«Симметрирование нагрузки тяговой подстанции переменного токатрехфазным статическим компенсатором реактивной мощности» тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.22.07, кандидат наук Кузьмин Станислав Валерьевич

• Кузьмин Станислав Валерьевич
• кандидат наук
• 2016

Оглавление диссертации кандидат наук Кузьмин Станислав Валерьевич

Введение

1 Современное состояние проблемы повышения качества электроэнергии, потребляемой тяговыми подстанциями переменного тока

1.1 Особенности влияния электромагнитных процессов тяговых подстанций переменного тока на систему внешнего электроснабжения

1.2 Показатели качества электроэнергии

1.3 Влияние несимметрии тока и напряжения на потребителей электрической энергии

1.4 Способы повышения энергетических характеристик ЭПС переменного тока

1.5 Существующие способы повышения качества электроэнергии, потребляемой тяговыми подстанциями переменного тока

1.6 Преобразовательные устройства для улучшения показателей качества электроэнергии

1.7 Задачи и методы исследования

2 Методика и алгоритм управления статическим компенсатором

2.1 Направления компенсации реактивных составляющих полной мощности

2.2 Методы управления преобразователями

2.3 Методика управления режимами статического компенсатора для снижения коэффициента несимметрии токов по обратной последовательности

2.4 Алгоритм управления режимами статического компенсатора для снижения коэффициента несимметрии токов по обратной последовательности

2.5 Выводы по главе

3 Разработка математической модели системы автоматического управления статическим компенсатором

3.1 Методы анализа электромагнитных процессов в цепях с СПП

3.2 Разработка математической модели статического компенсатора

3.3 Расчёт параметров системы автоматического управления статического компенсатора

3.4 Выводы по главе

4 Определение численных значений основных элементов статического компенсатора

4.1 Расчёт значений ёмкости конденсатора и индуктивности дросселя

4.2 Зависимость значений ёмкости и индуктивности статического компенсатора от параметров системы внешнего электроснабжения

4.3 Выводы по главе

5 Разработка имитационной математической модели системы «источник внешнего электроснабжения - понижающий трансформатор - статический компенсатор - электротяговая сеть переменного тока»

5.1 Выбор и описание среды моделирования

5.2 Описание компьютерной имитационной модели

5.3 Проверка адекватности модели системы тягового электроснабжения переменного тока

5.4 Модель статического компенсатора

5.5 Исследование симметричности загрузки фаз питающих линий

5.6 Исследование компенсации реактивной мощности

5.7 Технико-экономическая оценка целесообразности применения статического компенсатора для симметрирования

5.8 Выводы по главе

6 Экспериментальное исследование методики управления статическим компенсатором

6.1 Описание макета статического компенсатора

6.2 Проведение эксперимента и анализ результатов

6.3 Выводы по главе

Заключение

Библиографический список

Приложение А. Акт о практическом использовании результатов диссертационного исследования

3

Введение диссертации (часть автореферата) на тему ««Симметрирование нагрузки тяговой подстанции переменного токатрехфазным статическим компенсатором реактивной мощности»»

Введение

Одним из приоритетов «Стратегии развития железнодорожного транспорта в Российской Федерации на период до 2030 года» является снижение удельного расхода электроэнергии на тягу поездов на 12 - 15 % - к 2030 году [1]. Значительным потенциалом для решения поставленной задачи обладают железные дороги, электрифицированные по системе электроснабжения переменного тока промышленной частоты. Наиболее существенными недостатками такой системы являются несимметричная загрузка фаз питающей энергосистемы и высокое потребление реактивной мощности.

Перспективным направлением по уменьшению энергозатрат является повышение качества потребляемого тока в системе тягового электроснабжения, что напрямую связано с проблемой энергосбережения и поэтому является актуальной задачей, так как в условиях увеличения скоростей движения и грузонапряжённости электрифицированных линий повышается воздействие электротяговой нагрузки на питающую энергосистему (несимметричная загрузка фаз и значительное потребление реактивной мощности).

Для повышения энергетической эффективности системы электроснабжения переменного тока на тяговых подстанциях устанавливают нерегулируемые и регулируемые фильтр-компенсирующие устройства (ФКУ).

Нерегулируемые ФКУ представляют собой батареи конденсаторов, подключаемые к шинам тяговых подстанций параллельно тяговой нагрузке. Для исключения резонансных явлений и фильтрации высших гармоник последовательно с батареей конденсаторов включается реактор. Такие ФКУ позволяют улучшить значение коэффициента мощности электрической тяги, повысить напряжение на токоприемнике, снизить несимметрию токов, осуществить фильтрацию 3-и и 5-й гармоник, наиболее выраженных в тяговом токе. Однако их эффективность значительно снижается в условиях резкопеременных нагрузок, характерных для тягового электроснабжения.

Кроме того, не достаточно контролируются переходные процессы, возникающие при включении и отключении ФКУ.

В регулируемых ФКУ батареи конденсаторов подключаются к шинам подстанции через тиристорные ключи. При этом ток через ФКУ может регулироваться как ступенчато путем изменения числа параллельно включенных конденсаторов, так и бесступенчато путем изменения угла открытия тиристоров. Однако и такое фильтр-компенсирующее устройство не лишено недостатков. Для плавного ступенчатого регулирования необходимо большое число тиристорных ключей и конденсаторов, а при бесступенчатом регулировании ФКУ само становится источником высших гармоник. Кроме этого, регулируемое фильтр-компенсирующее устройство неспособно в полной мере устранить несимметрию токов тяговой подстанции, особенно при использовании современного ЭПС с четырехквадрантными преобразователями.

Одной из важных проблем, возникающих при питании систем электрической тяги переменного тока промышленной частоты, является несимметрия токов в системе внешнего электроснабжения [2,3,4]. Применение понижающих трансформаторов со схемой соединения обмоток Y/A - 11 на подстанциях для питания однофазных электротяговых нагрузок вызывает появление значительных несимметричных токов в трехфазных сетях питающей энергосистемы. Протекание несимметричных токов в этих сетях приводит к возникновению несимметрии напряжений и является причиной нарушения одного из показателей качества электроэнергии - коэффициента несимметрии напряжений по обратной последовательности [5]. Особо остро эта проблема затрагивает электроснабжение тяговых подстанций на однопутных участках, где преобладает резко неравномерная загрузка плеч питания.

Существующий способ выравнивания загрузки фаз трехфазной сети

осуществляется за счет подключения тяговых подстанций к питающей линии

электропередачи по схеме с чередованием фаз. Такой вариант симметрирования

токов и напряжений является идеализированным и позволяет выравнивать

загрузку фаз только у опорных тяговых подстанций [3,4]. В реальных условиях

5

достичь полной симметрии нагрузок в питающей линии при использовании такой схемы чрезвычайно трудно, так как нагрузки плеч питания тяговых трансформаторов непрерывно изменяются в широких диапазонах, а количество подстанций на участке не всегда кратно трем. Но несмотря на это, подключение тяговых подстанций к питающей линии электропередачи по схеме с чередованием фаз широко применяется в практике эксплуатации электрифицированных линий переменного тока [2].

Применение на тяговых подстанциях симметрирующих трансформаторов определено как одно из приоритетных направлений при решении проблемы снижения несимметрии трехфазных токов. Однако на однопутных электрифицированных участках эффект от применения симметрирующих трансформаторов реализуется недостаточно полно [6].

На основании вышесказанного можно сделать вывод, что требуется разработка новых устройств для возможности повышения качества электроэнергии на тяговых подстанциях переменного тока одновременно по нескольким показателям (например, отклонение напряжения 5 и и коэффициент несимметрии напряжений по обратной последовательности К2и [5]).

Развитие элементной базы силовой электроники и методов высокочастотной модуляции привели к созданию класса устройств, улучшающих качество электроэнергии [7]. Такие устройства создаются на базе полностью управляемых полупроводниковых приборов и могут работать в четырёх квадрантах взаимного расположения векторов тока и напряжения. В зависимости от требуемых функций такие преобразователи получили различные названия: активные фильтры [8, 9], статические компенсаторы реактивной мощности [10,11,12], сетевые инверторы [13], кондиционеры сети [14]. Применение полностью управляемых полупроводниковых приборов позволяет создавать требуемые компенсирующие токи с малым содержанием высших гармонических составляющих за счёт использования методов широтно-импульсной модуляции.

На сегодняшний день неисследованным является вопрос о применении вышеназванных типов преобразователей в качестве устройств, снижающих несимметрию потребляемых токов. Данную функцию наиболее целесообразно рассмотреть применительно к статическому компенсатору, дополнив уже существующую - компенсация реактивной мощности.

В отечественной и зарубежной литературе подробно не анализируется работа статического компенсатора в режиме симметрирования токов, отсутствуют публикации по расчёту параметров основных элементов (индуктивности входного дросселя и ёмкости выходного конденсатора) [15], поэтому проведение исследований в данной области является актуальным.

В диссертационной работе рассматривается проблема снижения коэффициентов несимметрии по обратной последовательности токов сети внешнего электроснабжения при использовании статического компенсатора реактивной мощности.

Цель исследования заключается в симметрировании токов трёхфазной сети внешнего электроснабжения при питании однофазных тяговых нагрузок за счёт управления режимами работы статического компенсатора реактивной мощности.

Для достижения поставленной цели были решены следующие задачи:

1.Разработка методики и алгоритма управления статическим компенсатором реактивной мощности для снижения коэффициента несимметрии по обратной последовательности тока трехфазной сети внешнего электроснабжения.

2.Создание математической модели системы управления статическим компенсатором реактивной мощности.

3. Получение аналитических выражений для определения численных значений индуктивности входного дросселя и ёмкости выходного конденсатора статического компенсатора реактивной мощности в режиме снижения несимметрии токов, вызываемой однофазными тяговыми нагрузками.

4.Создание имитационной математической модели системы «источник внешнего электроснабжения - понижающий трансформатор - статический компенсатор реактивной мощности - электротяговая сеть переменного тока» и оценка её достоверности с использованием макета.

Диссертационная работа состоит из введения, шести глав, заключения, библиографического списка и двух приложений.

В первой главе диссертационной работы рассмотрено современное состояние проблемы повышения качества электроэнергии в системе тягового электроснабжения переменного тока, сформулированы задачи и методы исследований.

Во второй главе рассмотрены теоретические основы определения компенсирующих токов статического компенсатора для снижения коэффициентов несимметрии по обратной последовательности токов сети внешнего электроснабжения и реактивной мощности.

В третьей главе приведена разработанная математическая модель системы управления статическим компенсатором для режима симметрирования токов сети внешнего электроснабжения.

Четвёртая глава посвящена выводу аналитических зависимостей параметров (ёмкость выходного конденсатора и индуктивность входного дросселя) статического компенсатора от значения однофазной электротяговой нагрузки и мощности короткого замыкания системы внешнего электроснабжения.

В пятой главе приведены результаты исследований показателей симметричности загрузки фаз трехфазных питающих линий системы внешнего электроснабжения при работе статического компенсатора, выполненные с помощью разработанной имитационной математической модели.

В шестой главе приведено описание разработанной физической модели статического компенсатора и выполнены экспериментальные исследования, подтверждающие эффективность предложенного алгоритма управления.

Основными положениями, выносимыми на защиту, являются:

1. Методика и алгоритм управления режимами трёхфазного статического компенсатора реактивной мощности по критерию снижения тока обратной последовательности в трехфазной сети внешнего электроснабжения при питании однофазных тяговых нагрузок.

2.Аналитические зависимости параметров (ёмкость выходного конденсатора и индуктивность входного дросселя) статического компенсатора от значения однофазной электротяговой нагрузки и мощности короткого замыкания системы внешнего электроснабжения.

3.Имитационная математическая модель с системой управления режимами работы объединённых в агрегат понижающего трансформатора и статического компенсатора реактивной мощности, воспроизводящая процессы симметрирования нагрузок в трёхфазной питающей сети.

Научная новизна работы заключается в следующем:

1. Разработана методика определения токов статического компенсатора для симметрирования нагрузки тяговой подстанции переменного тока, отличающаяся применением метода преобразования координат в электрических системах и позволяющая решать задачи энергосбережения.

2. Получены аналитические выражения для определения ёмкости выходного конденсатора и индуктивности входного дросселя статического компенсатора, в которых дополнительно учитываются параметры системы внешнего электроснабжения и нагрузки однофазной электротяговой сети.

3.Создана имитационная математическая модель системы «источник внешнего электроснабжения - понижающий трансформатор - статический компенсатор реактивной мощности - электротяговая сеть переменного тока», позволяющая производить оценку показателей несимметрии в системе внешнего электроснабжения в условиях питания однофазных электротяговых нагрузок и заданных режимах компенсации реактивных токов.

Практическая значимость работы:

1. Разработан алгоритм управления режимами системы «трёхфазный статический компенсатор реактивной мощности - понижающий трансформатор», обеспечивающий снижение тока обратной последовательности в сети внешнего электроснабжения при питании однофазных тяговых нагрузок.

2. Получены расчётные соотношения для определения численных значений ёмкости выходного конденсатора и индуктивности входного дросселя статического компенсатора, которые рекомендуется использовать при проектировании энергоэффективных устройств электроснабжения.

3. Разработанная имитационная математическая модель позволяет осуществлять выбор энергоэкономичного режима работы электротяговой сети реальных участков переменного тока со статическими компенсаторами.

1 Современное состояние проблемы повышения качества электроэнергии, потребляемой тяговыми подстанциями переменного

1.1 Особенности влияния электромагнитных процессов тяговых подстанций переменного тока на систему внешнего электроснабжения

В Российской Федерации на железных дорогах, электрифицированных по системе однофазного переменного тока промышленной частоты, наиболее распространённой является схема питания тяговой сети от трёхфазных понижающих трансформаторов со схемой соединения обмоток Y/Д - 11 с первичным напряжением 110 или 220 кВ (рис. 1.1).

тока

A

В

C

|/л К

В

л " В

C

ООО

рельс

Рисунок 1.1 - Схема питания тяговой сети железной дороги, электрифицированной по системе однофазного переменного тока

промышленной частоты

Выражение, связывающее комплексы вторичных токов понижающего трансформатора (1а, 1Ъ, 1С) и комплексы суммарных токов питающих линий,

отходящих от подстанции соответственно вправо и влево (1п, I л) записывается следующей системой уравнений [2,3,4]:

Т 2Т 1 Т

1 а = 21 л + 31 п I - 11 - 11

1ъ 31п 31 л

I --21 -11

с 3 п 3 л

(1.1)

Понижающий трансформатор по отношению к тяговой сети работает в следующих режимах: двухфазных одинаковых и неодинаковых нагрузок и однофазных нагрузок, когда в одном плече контактной сети имеется нагрузка, а в другом отсутствует. Анализ выражения (1.1), приведённый в [4], показывает,

• •

что при 1п - 1Л фазы «а» и «с» понижающего трансформатора нагружаются практически одинаково, а нагрузка третьей нерабочей фазы «Ь» в 2,35 раза

меньше по сравнению с фазами «а» и «с». При однофазной нагрузке (1П - 0

или 1Л - 0) ток менее загруженных двух фаз меньше тока фазы с нагрузкой в среднем в 2,15 раза. Таким образом, даже при одинаковой нагрузке в левом и правом плечах токи во вторичной обмотке тягового трансформатора несимметричны.

Систему несимметричных токов в трёхфазной системе принято раскладывать на симметричные системы прямой, обратной и нулевой последовательностей [16].

Первичные обмотки понижающих трансформаторов тяговых подстанций переменного тока соединены в схему звезды, а обмотки, питающие электротяговую сеть - в схему треугольника, следовательно, сопротивление токам нулевой последовательности со стороны обмотки, соединенной в

треугольник, бесконечно большое [17]. Следовательно, работа трёхфазных понижающих трансформаторов тяговых подстанций переменного тока сопровождается формированием несимметричной системы потребляемых токов, которая может быть разложена на симметричные составляющие прямой и обратной последовательностей.

Наличие токов обратной последовательности в цепи «источник энергии -тяговая подстанция» не вызывается непосредственно электротяговой нагрузкой, а является спецификой работы трёхфазного трансформатора на тяговых подстанциях переменного тока.

Выражения для разложения несимметричной системы трехфазных токов 1 а, Д, /с на симметричные составляющие прямой и обратной последовательностей имеют вид [16]:

4 = 1 '(¡а + а • К + а 2 * К )

3 (1.2)

12 а = - ■(!а + а 2 • К + а • К )

# 1 .л/3

где а - оператор поворота, а = е 3 =~~ + J~.

Основным критерием оценки степени несимметрии токов в трёхфазных линиях, от которых получают питание тяговые подстанции переменного тока, является коэффициент несимметрии токов по обратной последовательности:

К1 =12, (1.3)

где 11, 12 - действующие значения симметричных составляющих токов прямой и обратной последовательностей соответственно.

Для трёхфазных понижающих трансформаторов тяговых подстанций коэффициент несимметрии токов по обратной последовательности определяют по формуле [4]:

К21 =

П + 2- п- 0С8(^от -9оп -120° ) +1

П + 2-п• С08(^от -0 +1

(1.4)

п - ^ ,

1оп

где /оп, /от - действующие значения токов плеч опережающей и отстающей фаз подстанции соответственно;

Роп, Рот - углы сдвига токов плеч питания от соответствующих напряжений. При роп - <рот:

^-^^П!1. (1.5)

П + 1

Графики изменения коэффициента несимметрии токов по обратной последовательности в зависимости от различных соотношений между токами опережающей и отстающей фаз понижающего трансформатора при фиксированных значениях Лр-рот -роп приведены на рис. 1.2. Из рис. 1.2

видно, что при равенстве токов плеч питания и Лр- 0° имеет место значительная несимметрия, так как К21 равен 0,5. Система потребляемых токов подстанции становится симметричной только при равенстве токов плеч питания и Лр - -60°. При одноплечей нагрузке коэффициент несимметрии токов по обратной последовательности равен 1, то есть 11 =12.

В 2008 году сотрудниками кафедры «Электроснабжение железных дорог» ПГУПС совместно со специалистами ДЭЛ Октябрьской ж.д. проводилось комплексное исследование качества отбора электроэнергии из системы внешнего электроснабжения на тяговой подстанции переменного тока ЭЧЭ-84 «Сумский Посад» Кемской дистанции электроснабжения ЭЧ-9. Измерения проводились в течение суток при существующем графике движения поездов. На рисунке 1.3 представлена гистограмма относительной частоты появления коэффициента несимметрии потребляемых токов по обратной последовательности в соответствующем диапазоне.

Рисунок 1.2 - Графики зависимостей К21(п) для трёхфазных понижающих трансформаторов тяговых подстанций переменного тока при фиксированных

значениях Ар

Как видно из рисунка 1.3, относительная частота нахождения коэффициента несимметрии потребляемых токов по обратной последовательности в диапазоне 0,9-1 составляет 0,425, то есть около половины времени работы понижающий трансформатор находится в режиме однофазной нагрузки, при котором действующие значения симметричных составляющих прямой и обратной последовательностей равны. В [18] показано, что несимметричная нагрузка фаз трансформатора приводит к тому, что номинальную мощность понижающих трансформаторов тяговых подстанций переменного тока требуется выбирать существенно выше их среднесуточной нагрузки. По условиям допустимых тепловых режимов номинальная нагрузка фазы обеспечивается при токах в плечах 0,68-0,87 от номинального линейного тока. При этом мощность трансформатора используется только на 50-76%.

Рисунок 1.3 - Относительная частота нахождения Кц в соответствующем

диапазоне

Другой специфической особенностью тяговых подстанций переменного тока является значительное потребление реактивной мощности. Преобразовательные агрегаты электроподвижного состава переменного тока являются потребителями реактивной мощности, которая обусловливается процессом коммутации тока в преобразователе, искажением формы кривой первичного тока, намагничивающим током трансформатора и током нагрузки, а также углом регулирования управляемых выпрямителей. Коммутация тока с одного силового полупроводникового прибора (СПП) на другой происходит в течение некоторого времени. Этот промежуток времени (угол у, рис. 1.4) возрастает с увеличением индуктивного сопротивления питающей выпрямитель сети, а также с ростом тяговой нагрузки. Угол сдвига ф1 основной гармонической составляющей потребляемого тока ¡1 относительно питающего напряжения и определяет значение потребления реактивной мощности. Особенно возрастает угол ф1 при фазовом регулировании выходного напряжения выпрямителя. При задержке открывания СПП на угол

регулирования а основная гармоническая составляющая тока 11 значительно сдвигается относительно питающего напряжения. Пренебрегая

намагничивающим током трансформатора, приближенно принимают < = а +

[22]. Существенным недостатком электровозов переменного тока является то, что максимальный коэффициент мощности 0,84 достигается в режиме тяги в конце 4 зоны регулирования [21, 23].

Рисунок 1.4 - Осциллограмма тока и напряжения первичной обмотки

трансформатора электровоза

Потребление реактивной мощности достигает 60% и более от активной мощности, что вместе с искажением формы тока в контактной сети обусловливает низкие значения коэффициента мощности, не превышающие в эксплуатации 0,8. Следствием повышенного потребления реактивной мощности является дополнительная нагрузка тяговой и питающей трехфазной сетей реактивными токами и рост потерь электроэнергии. Кроме того, повышение токовой нагрузки за счет реактивной составляющей сопровождается увеличением уровня падения напряжения в питающей и тяговой сетях с соответствующим снижением напряжения на токоприемнике электровоза и дальнейшим ростом тока для реализации требуемой тяговой мощности. На рисунке 1.5 приведена диаграмма значений коэффициента реактивной мощности tgф по тяговым подстанциям переменного тока Октябрьской железной дороги за июнь 2011 г.

В соответствии с приказом Минпромэнерго РФ №49 от 22.02.2007 коэффициент реактивной мощности Х^ф для часов больших суточных нагрузок на шинах потребителя нормируется в зависимости от номинального напряжения сети:

Напряжение сети, кВ...... 110(154) 35 6 - 20 0,4

tgф ............... 0,5 0,4 0,4 0,35

В частности, для тяговой подстанции переменного тока на шинах 110 кВ нормируется tgф < 0,5. При этом значение коэффициента реактивной мощности, генерируемой в часы малых суточных нагрузок электрической сети, устанавливается равным нулю. Как видно из рис. 1.5, на большинстве тяговых подстанций переменного тока Октябрьской железной дороги коэффициент реактивной мощности превышает нормативное значение.

В Постановлении Правительства РФ от 27 декабря 2004 г. N 861 (с дополнениями и изменениями в 2010 г.) указано, что в договор оказания услуг по передаче электрической энергии следует включить: «...согласованные с субъектом оперативно-диспетчерского управления в электроэнергетике организационно-технические мероприятия по установке устройств компенсации и регулирования реактивной мощности в электрических

сетях......». Кроме того, в договоре оказания услуг по передаче электрической

энергии следует учесть: «. обязанности сторон по соблюдению требуемых параметров надежности энергоснабжения и качества электрической энергии, режимов потребления электрической энергии, включая поддержание соотношения потребления активной и реактивной мощности на уровне, установленном законодательством Российской Федерации...».

Таким образом, ОАО «РЖД», как сетевая организация, ежегодно при заключении договора оказания услуг по передаче электрической энергии должна составлять мероприятия по компенсации реактивной мощности в точках приема электроэнергии в сеть.

1,40

1,20

о 1,00

0,40 —

0,20

0,00

1,12

0,78

0,37

1,17

-076-

0,85

0,77

1,05

0,46

0,70

у*////'/ " '/у*/'//

„О .с*

Рисунок 1.5 - Значения tgф за июнь 2011 г. по тяговым подстанциям переменного тока Октябрьской железной дороги

1,26

,12

0,86

0,85

0,80

0,66

0,64

0,59

0,60

0,46

0,20

Обобщая вышесказанное можно выделить следующие особенности электромагнитных процессов тяговых подстанций переменного тока по отношению к системе внешнего электроснабжения: несимметричная система трёхфазных токов и высокое потребление реактивной мощности.

1.2 Показатели качества электроэнергии

Основным документом, регламентирующим требования к качеству

электроэнергии на территории РФ, является ГОСТ 32144 - 2013 «Нормы

качества электрической энергии в системах электроснабжения общего

назначения»[5] (введён в действие с 01.07.2014 г.). ГОСТ устанавливает

показатели и нормы качества электроэнергии в точках передачи электрической

энергии пользователям электрических сетей низкого, среднего и высокого

напряжений систем электроснабжения общего назначения переменного тока

частотой 50 Гц (точка передачи электрической энергии - точка электрический

сети, находящаяся на линии раздела объектов электроэнергетики между

владельцами по признаку собственности или владения на ином

19

предусмотренном федеральными законами, определённая в процессе технологического присоединения). Качество электроэнергии определяется следующими основными показателями качества (ПКЭ): отклонением напряжения 8и, коэффициентами гармонических составляющих напряжения Ки(п), значением суммарного коэффициента гармонических составляющих

напряжения Ки, отклонением частоты 88, длительностью провала напряжения А1 п, импульсным напряжением ип, для трёхфазной системы вводятся коэффициенты несимметрии напряжений по обратной и нулевой последовательностям К2и, Кои, размахом изменения напряжения 8т и дозой колебания фликера. Существуют нормальные и допустимые значения ПКЭ. Следует особо отметить, что ГОСТ 32144 - 2013 не устанавливает требований к потребляемому из сети току.

В нормальных режимах допускается: отклонение напряжения ± 5%, суммарный коэффициент гармонических составляющих напряжения 3%, коэффициенты обратной и нулевой последовательностей 2%, отклонение частоты ± 0,2 Гц. Показатели качества оцениваются в точках передачи электрической энергии. Превышение ПКЭ в точках передачи электрической энергии ведёт к штрафным санкциям, связанным с надбавками к тарифу на электроэнергию. Приказом Федеральной службы по тарифам от 31 августа 2 010 г. N 219-э/6 утверждены «Методические указания по расчету повышающих (понижающих) коэффициентов к тарифам на услуги по передаче электрической энергии в зависимости от соотношения потребления активной и реактивной мощности для отдельных энергопринимающих устройств (групп энергопринимающих устройств) потребителей электрической энергии, применяемых для определения обязательств сторон по договорам об оказании услуг по передаче электрической энергии по единой национальной (общероссийской) электрической сети (договорам энергоснабжения)». В данных методических указаниях приведен порядок расчета повышающего (понижающего) коэффициента, применяемого к тарифу на услуги по передаче

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Кузьмин Станислав Валерьевич, 2016 год

Библиографический список

1. Стратегия развития железнодорожного транспорта в Российской Федерации до 2030 года [Электронный ресурс]. - Электрон. дан. - М., [171-]. Режим доступа: http://www.mintrans.ru/documents/ detail.php? ELEMENT_ID=13009. - Загл. с экрана.

2. Марквадт, К.Г. Электроснабжение электрифицированных железных дорог: Учебник для вузов ж.-д. транспорта [Текст] /К.Г. Марквадт. - М.: Транспорт, 1982. - 528 с.

3. Мамошин, Р.Р. Повышение качества энергии на тяговых подстанциях дорог переменного тока [Текст] /Р.Р. Мамошин. - М.: Транспорт, 1973. -224 с.

4. Тамазов, А.И. Несимметрия токов и напряжений, вызываемых однофазными тяговыми нагрузками [Текст] /А.И. Тамазов. - М.: Транспорт, 1965. - 235 с.

5. ГОСТ 32144-2013. Электрическая энергия. Совместимость технических средств электромагнитная. Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения [Текст]. - М.: Стандартинформ, 2014. - 16 с.

6. Исследования качества отбора электроэнергии из системы внешнего электроснабжения на тяговой подстанции ЭЧЭ-85 «Нюхча» с симметрирующими трансформаторами типа ТМТНЖСМ-25000/110: отчёт о НИР [Текст]/

7. Розанов, Ю.К. Силовая электроника: Учеб. для вузов [Текст]/ Розанов Ю.К., Рябчинский М.В., Кваснюк А.А. 2-е издание, стереотипное. - М.: Издательский дом МЭИ, 2009. - 632 с.

8. Шрейнер, Р.Т. Активный фильтр как новый элемент энергосберегающих систем электропривода [Текст] / Р.Т. Шрейнер, А.А. Ефимов // Электричество.— 2000. - № 3. - С. 46-54.

9. Волков, А.В. Анализ процессов и совершенствование регулирования активного фильтра [Текст] /А.В. Волков // Электротехника. - 2002. - № 12. - С. 40-48.

10. Агунов, А.В. Статический компенсатор неактивных составляющих мощности с полной компенсацией гармонических составляющих тока нагрузки [Текст] /А.В. Агунов // Электротехника. - 2002. - № 3. - С. 4750.

11. Гамазин, С.И. Обеспечение надёжности электроснабжения потребителей и качества электроэнергии современными техническими средствами [Текст]/ С.И. Гамазин, В.М. Пупин, Ю.В. Марков // Электрика. - 2006. -№10. - С.22-26.

12. Шидловский, А.К. Регулируемые источники реактивной мощности [Текст] / А.К. Шидловкий, В.С. Федий // Электричество. - 2009. - №1. С.15-20.

13. Герман-Галкин, С.Г. Matlab & Simulink. Проектирование мехатронных систем на ПК [Текст] / С.Г. Герман-Галкин. - СПб.: КОРОНА-Век, 2009. - 368 с.

14. Сазонов, В.В. Кондиционеры сети на основе активных фильтров [Текст] / В.В. Сазонов // Электротехника. - 2007. - № 5. - С. 28-34.

15. Киселёв, М.Г. Анализ режимов работы статического компенсатора реактивной мощности в режиме симметрирования нагрузки [Текст] / М.Г. Киселёв, Ю.К. Розанов // Электричество. - 2012. - №3. С.63-69.

16. Бессонов, Л.А. Теоретические основы электротехники [Текст]/Л.А. Бессонов. - М.: Высшая школа, 1964. - 750 с.

17. Рожкова, Л.Д. Электрооборудование станций и подстанций [Текст]/Л.Д. Рожкова. - М.: Энергоатомиздат, 1987. - 647 с.

18. Марский, В.Е. Выбирая мощность трансформатора, учитываем тип нагрузки [Текст]/ В.Е. Марский // Локомотив. - 2011. - №5. - С.38-39.

19. Анисимов, Я.Ф. Электромагнитная совместимость полупроводниковых преобразователей и судовых электроустановок [Текст]/ Я.Ф. Анисимов, Е.П. Васильев. - Л.: Судостроение, 1990. - 264 с.

20. Кривной, А.М. Энергосберегающие технические средства [Текст]/ А.М. Кривной, В.В. Литовченко // Железнодорожный транспорт. - 2005. - №9.

- С. 21-23.

21. Кулинич, Ю.М. Повышение качества электроэнергии, потребляемой электровозом однофазно-переменного тока, на основе применения гибридного компенсатора реактивной мощности: автореф. дис. ... доктора техн. наук: 05.09.03 [Текст]/Кулинич Ю.М.; Московский гос. ун-т путей сообщения. - Москва, 2002. - 48 с.

22. Бородулин, Б.М. Конденсаторные установки электрифицированных железных дорог [Текст]/ Бородулин Б.М., Герман Л.А., Николаев Г.А. -М.: Транспорт. 1983. - 184 с.

23. Донской, А.Л.. Компенсация реактивной мощности - эффективный способ снижения энергоёмкости перевозочного процесса [Текст] / А.Л. Донской, В.В. Литовченко, А.А. Тимощук. Материалы Пятого Международного симпозиума «Элтранс-2009», 20 - 23 октября 2009 года.

- СПб.: Петербургский государственный университет путей сообщения, 2010. - с.437 - 445.

24. Куско, А. Качество энергии в электрических сетях [Текст]/ А. Куско, М. Томпсон.: пер. с англ. Рабодзея А.Н. - М.: Додэка - XXI, 2008. - 336 с.

25. Карякин, Р.Н. Тяговые сети переменного тока [Текст]/ Р.Н. Карякин. -М.: Транспорт. -279 с.

26. Вольдек, А.И. Электрические машины: Учебник для студентов высш. техн. учебн. заведений. — 3-е изд., перераб. [Текст] / А.И. Вольдек. - Л.: Энергия, 1978. - 832 с.

27. Жежеленко, И.В. Качество электроэнергии на промышленных предприятиях [Текст]/ И.В. Жежеленко, М.Л. Рабинович, В.М. Божко. -К.: Техника, 1981. - 160 с.

28. Пронин, М.В. Силовые полностью управляемы полупроводниковые преобразователи (моделирование и расчёт) [Текст]/ Пронин М.В., Воронцов А.Г. - СПб.: «Электросила», 2003. - 172 с.

29. Литовченко, В.В. 4-qs — Четырехквадрантный преобразователь электровозов переменного тока. Принцип работы, анализ, экспериментальные исследования [Текст]/ В.В. Литовченко // Изв. вузов Электромеханика.— 2000. - № 3. - С. 64-74.

30. Steimel A. Power-Electronics Issues of Modern Electric Railway Systems / A. Steimel [Текст]// Advances in Electrical and Computer Engineering. - 2010. -Volume 10. - p.3-10.

31. Тихменев, Б.Н. Электровозы переменного тока с тиристорными преобразователями [Текст]/ Б.Н. Тихменев, В.А. Кучумов. - М.: Транспорт, 1988. - 311 с.

32. Власьевский, С.В. Снижение коэффициента искажения синусоидальности напряжения контактной сети при работе электровоза переменного тока в режиме рекуперативного торможения [Текст]/ С.В. Власьевский, В.Г. Скорик, Е.В. Буняева // Электрификация транспорту. -2012. №3. - С.43-48.

33. Герман, Л.А. Регулируемые установки емкостной компенсации в системах тягового электроснабжения железных дорог [Текст]/ Л.А. Герман, А.С. Серебряков. - М.: МГУПС - МИИТ, 2011. - 162 с.

34. Кочкин, В.И. Применение статических компенсаторов реактивной мощности в электрических сетях энергосистем и предприятий [Текст]/ Кочкин В.И., О.П. Нечаев. - М.: Изд-во НЦ ЭНАС, 2002. - 248 с.

35. Кочкин, В.И. Статические компенсаторы реактивной мощности для электрических сетей: Сборник статей [Текст]/В.И. Кочкин. - М.: ЭЛЕКС-КМ, 2010. - 296 с.

36. Отчёт по разработке системы тягового электроснабжения 94 кВ: отчёт о НИР [Текст]/ Московский государственный университет путей сообщения; Рук. Р.Р. Мамошин. - М., 2005. - 111 с.

37. Розанов, Ю.К. Современные методы улучшения качества электроэнергии (аналитический обзор) [Текст]/ Ю.К. Розанов, М.В. Рябчинский // Электротехника. - 1998. - №3. - с.10-17.

38. Блинов, Ю.И. Современные энергосберегающие электротехнологии: Учеб. Пособие для вузов [Текст]/ Ю.И. Блинов, А.С. Васильев, А.Н. Никаноров и др. - СПб: Изд-во СПбГЭТУ «ЛЭТИ», 2000. - 564 с.

39. Агунов, А.В. Управление качеством электроэнергии при несинусоидальных режимах [Текст]/ А.В. Агунов. -СПб.: СПбГМТУ, 2009. - 134 с.

40. Розанов, Ю.К. Применение аппарата нечёткой логики для улучшения динамических характеристик гибридных фильтров высших гармоник [Текст] / Ю.К. Розанов, М.В. Рябчинский, М.И. Смирнов, Р.П. Гринберг // Электричество. - 2007. - №1. - С.23-31.

41. Кондратьев, Д.Е. Управление трёхфазным активным выпрямителем при искажениях напряжений сети [Текст]/Д.Е. Кондратьев, С.Г. Обухов // Электричество. - 2007. - № 6. - С. 21 -32.

42. Чаплыгин, Е.Е. Несимметричные режимы трёхфазного преобразователя с коррекцией коэффициента мощности [Текст]/ Е.Е. Чаплыгин // Электричество. - 2005. - №9. - С. 55-62.

43. Akagi H. Instantaneous power theory and applications to power conditioning [Текст]/ H. Akagi, E.H. Watanabe, M. Aredes . New York.: IEEE Press, 2007. - 389 c.

44. Ковач, К.П. Переходные процессы в машинах переменного тока [Текст]/ К.П. Ковач, И. Рац. - М.-Л.: Госэнергоиздат, 1963. - 744 с.

45. Мелешин, В.И. Управление транзисторными преобразователями электроэнергии [Текст]/ В.И. Мелешин, Д.А. Овчинников. - М.: Техносфера, 2011. - 576 с.

46. Мерабишвили, П.Ф. Нестационарные электромагнитные процессы в системах с вентилями [Текст]/ П.Ф. Мерабишвили, Е.М. Ярошенко. -Кишинев: Штиинца, 1980. - 208 с.

47. Тонкаль, В.Е. Синтез автономных инверторов модуляционного типа [Текст]/ В.Е. Тонкаль. - Киев: Наукова думка, 1979. - 208 с.

48. Руденко, В.С. Основы преобразовательной техники [Текст]/ В.С. Руденко, В.И. Сенько, И.М. Чиженко. - М.: Высшая школа, 1974. - 432 с.

49. Толстов, Ю.Г. Автономные инверторы тока [Текст]/ Ю.Г. Толстов. М.: Энергия, 1978. - 208 с.

50. Кривицкий, С.О. Динамика частотно-регулируемых электроприводов с автономными инверторами [Текст]/ С.О. Кривицкий, И.И. Эпштейн. М: Энергия, 1970. - 152 с.

51. Шрейнер, Р.Т. Математическое описание и алгоритмы ШИМ активных выпрямителей тока [Текст]/ Р.Т. Шрейнер, А.А. Ефимов, А.И. Калыгин // Электротехника. - 2000. - №10. - С.42-49.

52. Кондратьев, Д.Е. Трёхфазные выпрямители с активной коррекцией коэффициента мощности и двунаправленной передачей энергии: автореф. дис. ... кандидата техн. наук: 05.09.12 [Текст]/ Д.Е. Кондратьев; Московский технический университет. - Москва, 2008. - 24 с.

53. Мирошник, И.В. Теория автоматического управления [Текст]/ И.В. Мирошник. - СПб.: Питер, 2005. - 336 с.

54. Чаплыгин, Е.Е. Спектральное моделирование преобразователей с широтно-импульсной модуляцией [Текст]/ Е.Е. Чаплыгин. - М.: Издательский дом МЭИ, 2009. - 150 с.

55. Бишоп, Р. Современные системы управления [Текст]/ Р. Бишоп, Р. Дорф пер. с англ. Б.И. Копылова. - М.: Лаборатория базовых знаний, 2002. -832с.

56. Ким, Д.П. Теория автоматического управления. Т.1. Линейные системы [Текст]/ Д.П. Ким. - М.: Физматлит, 2007. - 288 с.

57. Терехов, В. М. Системы управления электроприводов [Текст]/В.М. Терехов, О. И. Осипов. - М.: Академия, 2005. - 300 с.

58. Гитгарц, Д.А. Симметрирующие устройства для однофазных электротермических установок [Текст]/ Д.А. Гитгарц, Л.А. Мнухин. М.: Энергия, 1974. - 120 с.

59. Сероносов, В.В. Симметрирующая агрегация компенсируюшщих устройств и трехфазно-двухфазных преобразователей тяговых подстанций: автореф. дис. ... кандидата техн. наук: 05.22.07 [Текст]/ В.Е. Сероносов; Петербургский Государственный Университет Путей Сообщения. - Санкт-Петербург, 2007. - 24 с.

60. Кузьмин, С.В. Принцип построения и математическое моделирование статического компенсатора тяговой сети переменного тока [Текст] / С.В. Кузьмин // Известия ПГУПС.- 2011. - № 3. - С. 70 - 77.

61.Кузьмин, С.В. Алгоритм управления статическим компенсатором тяговых подстанций переменного тока в целях симметрирования нагрузки питающей линии и компенсации реактивной мощности [Текст] / С.В. Кузьмин // Известия ПГУПС.— 2012. - № 4. - С. 105 - 111.

62.Кузьмин, С.В. Применение преобразования Парка-Горева для управления статическим компенсатором реактивной мощности тяговой сети переменного тока [Текст] / С.В. Кузьмин, А.Н. Марикин, С.А. Виноградов // Вестник РГУПС. - 2013. - №2. - С. 47 - 54.

63.Кузьмин, С.В. Интеллектуальные преобразователи для симметрирования высокоскоростной электротяговой нагрузки [Текст]/ С.В. Кузьмин, А.Т. Бурков, В.В. Сероносов, О.А. Степанская //Вестник РГУПС. - 2015. - №2. - С. 116 - 121.

64.Кузьмин, С.В. Система управления статическим компенсатором реактивной мощности для симметрирования трёхфазной нагрузки [Текст] / С.В. Кузьмин // Молодой ученый. - 2014. - №6. - С. 175 - 179.

65.Методические рекомендациями по оценке инвестиционных проектов ОАО «РЖД» (в ред. распоряжения ОАО «РЖД» от 10.11.2009 №2288р) [Текст].

66.Оценка энергоэффективности системы тягового электроснабжения и электроподвижного состава и потенциала ее повышения Октябрьской железной дороги - филиала ОАО «Российские железные дороги: отчёт о НИР [Текст]/ Петербургский государственный университет путей сообщения; Рук. А.Н. Марикин. - СПб., 2012. - 250 с.

Приложение А

Утверждаю

Первый заместитель генерального директора,

о практическом исполь ювании результатов диссертационного

исследования

Комиссия в составе директора по науке ООО «НИИЭФА-ЭНЕРГО» С.Н. Васильева, заместителя директора по науке ООО «НИИЭФА-ЭНЕРГО» А.В.Ковтуна, начальника проектного отдела Киселева В.Г. настоящим подтверждает, что в ООО «НИИЭФА-ЭНЕРГО» используются в качестве методического обеспечения при разработке перспективных видов компенсирующих устройств для железных дорог, электрифицированных на переменном токе результаты диссертационной работы Кузьмина C.B.

Наиболее важными результатами, полученными Кузьминым Станиславом Валерьевичем при выполнении диссертационного исследования на тему: «Симметрирование нагрузки тяговой подстанции переменного тока трехфазным статическим компенсатором реактивной мощности» являются:

1)Методика расчёта ёмкости выходного конденсатора и индуктивности входного дросселя статического компенсатора, в которой учитываются параметры системы внешнего электроснабжения и нагрузки однофазной электротяговой сети.

2)Методика и алгоритм управления трёхфазным статическим компенсатором реактивной мощности, функционально объединённым с понижающим трансформатором, для снижения тока обратной последовательности в сети внешнего электроснабжения, отличающиеся применением метода векторного представления величин в электрических системах.

Председател ь комиссии:

Директор по науке, к.т.н.

Члены комиссии:

Зам. директора по науке, к.т.н.

Начальник проектного отдела