Способ регулирования мощности фильтрокомпенсирующей установки системы тягового электроснабжения железных дорог



Способ регулирования мощности фильтрокомпенсирующей установки системы тягового электроснабжения железных дорог
Способ регулирования мощности фильтрокомпенсирующей установки системы тягового электроснабжения железных дорог
Способ регулирования мощности фильтрокомпенсирующей установки системы тягового электроснабжения железных дорог
Способ регулирования мощности фильтрокомпенсирующей установки системы тягового электроснабжения железных дорог
Способ регулирования мощности фильтрокомпенсирующей установки системы тягового электроснабжения железных дорог

 


Владельцы патента RU 2567996:

Герман Леонид Абрамович (RU)
Максимова Александра Альбертовна (RU)

Изобретение относится к линиям электроснабжения для транспортных средств. Способ регулирования заключается в том, что фильтрокомпенсирующую установку (ФКУ) включают или отключают в зависимости от значения измеряемого фактического коэффициента реактивной мощности t g ϕ факт в часы больших суточных нагрузок электрической сети и отключают ФКУ в часы малых нагрузок при генерируемой реактивной мощности: t g ϕ г .факт = 0 . Блок расчета полного коэффициента гармоник напряжения K U (n) на шинах 110 (220) кВ и блок расчета коэффициента реактивной мощности нагрузки t g ϕ и генерируемой реактивной мощности t g ϕ г рассчитывают K U (n) от и t g ϕ от при включенной ФКУ в часы больших нагрузок в предположении отключенного положения ФКУ. При условиях K U (n) от K U (n) доп и t g ϕ от t g ϕ доп , где K U (n) доп и t g ϕ доп - допустимые значения, ФКУ отключается. При отключенной ФКУ в часы малых нагрузок измеряют фактическое значение K U (n) факт и рассчитывают t g ϕ г .вкл в предположении включенного состояния ФКУ. При условиях K U (n) факт K U (n) доп и t g ϕ г .вкл = 0 , ФКУ включается. Технический результат изобретения заключается в эффективной компенсации реактивной мощности и снижении уровня гармоник тока и напряжения. 1 ил.

 

Изобретение относится к электроэнергетике для регулирования ее режима, в частности к системе тягового электроснабжения переменного тока железных дорог для регулирования потоков реактивной мощности и уровня гармоник тока и напряжения.

Известен нормативный документ [1], определяющий предельные значения соотношения потребления активной и реактивной мощности. Согласно ему коэффициент реактивной мощности нагрузки tgφ(факт) для потребителей, присоединенных к сетям 110 кВ, не должен быть больше 0,5 в часы больших суточных нагрузок электрической сети, а коэффициент реактивной мощности, генерируемой в электрическую сеть, должен быть равен нулю в часы малых суточных нагрузок. Указанные периоды больших и малых суточных нагрузок определяются договором энергоснабжения, иначе часами больших нагрузок считается период с 7 ч 00 мин до 23 ч 00 мин, а часами малых нагрузок - с 23 ч 00 мин до 7 ч 00 мин.

Применяемые в тяговом электроснабжении фильтрокомпенсирующие установки выполняют функции компенсации реактивной мощности и фильтрации гармоник тока и напряжения [2, 3].

Принципы автоматики регулирования мощности установок емкостной компенсации в тяговых сетях переменного тока рассмотрены в [3].

В качестве прототипа используем способ регулирования мощности фильтрокомпенсирующей установки (ФКУ) [2, стр. 84]. Способ регулирования мощности фильтрокомпенсирующей установки (ФКУ) тяговой подстанции системы тягового электроснабжения 27,5 кВ с понижающим трансформатором 110(220)/27,5 кВ, оборудованным устройством регулирования напряжения, к шинам 27,5 кВ которой подключена ФКУ, осуществляемый путем включения (отключения) ФКУ в зависимости от значения измеряемого фактического коэффициента реактивной мощности нагрузки tgφ(факт) в часы больших суточных нагрузок электрической сети и отключения ФКУ в часы малых суточных нагрузок электрической сети для соблюдения требования по генерируемой реактивной мощности: tgφг(факт)=0, поэтому для соблюдения [1] обычно при больших суточных нагрузках ФКУ включается и при малых отключается.

Недостаток рассмотренного способа регулирования мощности фильтрокомпенсирующей установки состоит в том, что в нем не учитываются требования ГОСТ, предъявляемые к качеству электрической энергии [4] в части соблюдения требований к значениям полного коэффициента гармоник напряжения. Поэтому, при таком способе регулирования, возможны случаи, когда с отключением ФКУ с целью снижения генерирования реактивной мощности возникает недопустимый режим по уровню гармоник напряжения. В соответствии с [4] полный коэффициент гармоник напряжения в сетях 110 кВ не должен быть больше 2% (максимальное значение - 3%).

Цель изобретения: обеспечить режим работы тяговой сети, удовлетворяющий требованиям нормативных документов, путем разработки способа регулирования мощности фильтрокомпенсирующей установки для эффективной компенсации реактивной мощности и снижения уровня гармоник тока и напряжения.

Для реализации цели введено расчетное устройство, включающее блок расчета полного коэффициента гармоник напряжения КU(n) на шинах 110(220) кВ, а также блок расчета коэффициента реактивной мощности нагрузки tgφ и генерируемой реактивной мощности tgφг, которые при включенной ФКУ в часы больших суточных нагрузок электрической сети рассчитывают КU(n)от и tgφот, но в предположении отключенного положения ФКУ, и если выполняются условия КU(n)от≤КU(n)доп и tgφ≤tgφдоп (где КU(n)доп и tgφдоп - допустимые значения), то ФКУ отключается, а при отключенной ФКУ в часы малых суточных нагрузок измеряют фактическое значение КU(n)факт и рассчитывают tgφг.вкл в предположении включенного состояния ФКУ, и если КU(n)факт≥КU(n)доп и tgφг.вкл=0, то ФКУ включается.

Для доказательства необходимости реализации указанного в рассматриваемом изобретении способа регулирования проанализируем возможные варианты режима тяговой сети.

А. Период больших суточных нагрузок электрической сети. ФКУ включена.

А.1 КU(n)≤КU(n)доп и tgφот≤tgφдоп, где tgφдоп - допустимое значение коэффициента реактивной мощности [1]. В этом случае целесообразно отключить ФКУ для исключения перекомпенсации реактивной мощности для соблюдения норматива по гармоникам напряжения.

А.2 КU(n)≤КU(n)доп и tgφот>tgφдоп. Отключать ФКУ нецелесообразно, так как не будет соблюдаться норматив по коэффициенту реактивной мощности.

А.3 КU(n)U(n)доп и tgφот>tgφдоп. Отключать ФКУ нецелесообразно, так как не будут соблюдаться нормативы по коэффициенту реактивной мощности и полному коэффициенту гармоник напряжения.

А.4 КU(n)U(n)доп и tgφот≤tgφдоп. В этом случае нецелесообразно отключать ФКУ, так как не будет соблюдаться норматив по полному коэффициенту гармоник напряжения.

Итак, доказано, что в период больших нагрузок только при одном режиме КU(n)≤КU(n)доп и tgφот≤tgφдоп целесообразно отключать ФКУ.

Б. Период малых суточных нагрузок электрической сети. ФКУ отключена.

Б.1 КU(n)≤КU(n)доп и tgφг·факт=0. Требования [1] и [4] соблюдаются. Нет необходимости во включении ФКУ.

Б.2 КU(n)U(n)доп и tgφг.факт=0. Требования [2] не соблюдаются, поэтому необходима проверка возможности включения ФКУ. Если при этом будет соблюдаться требование tgφг.факт=0, то следует включить ФКУ. Однако возможен вариант, когда при включении ФКУ будет удовлетворено условие КU(n)≤КU(доп), но не будет выполняться условие tgφг.факт=0. В этом случае целесообразно указать в договоре энергоснабжения условия реализации рассматриваемого режима.

На чертеже представлено устройство, реализующее предлагаемый способ регулирования.

Обозначения в схеме:

1 - трехфазные шины 110 кВ;

2 - силовой трансформатор 110/27,5 кВ с устройством регулирования напряжения РПН;

3 - измерительные трансформаторы напряжения 110 кВ;

4 - измерительные трансформаторы тока (ТТ) шин 27,5 кВ;

5 - контактные часы Т для контроля заданных периодов больших и малых суточных нагрузок электрической сети;

6 - расчетное устройство;

7 - блок расчета полного коэффициента гармоник напряжения КU(n);

8 - блок расчета коэффициента реактивной мощности нагрузки tgφ и коэффициента генерируемой реактивной мощности tg φг;

9 - трансформаторы напряжения шинные 27,5 кВ;

10 - шины 27,5 кВ;

11 - ФКУ, настроенная на фильтрацию третьей гармоники (150 Гц);

12 - выключатель ФКУ;

13 - конденсаторная батарея ФКУ;

14 - реактор ФКУ;

15 - блок-контакт выключателя ФКУ 12;

16 - рельсы.

17 - команда управления (включение-отключение) ФКУ.

Способы измерения коэффициента реактивной мощности tgφ и полного коэффициента гармоник КU(n) следующие. Коэффициент реактивной мощности измеряется трехфазным счетчиком активной и реактивной энергии в период больших суточных нагрузок как отношение реактивной энергии к активной за контролируемый период времени, и, кроме того, измеряется коэффициент реактивной мощности в период малых суточных нагрузок генерируемой реактивной мощности tgφг.

Для определения расчетного коэффициента реактивной мощности и генерируемой реактивной мощности в предположении отключенного (включенного) состояния ФКУ используют следующие формулы.

1. Режим действительно включенной ФКУ. Расчет выполняется в предположении отключенной ФКУ

2. Режим действительно отключенной ФКУ. Расчет выполняется в предположении включенной ФКУ

где Qнагр и Рнагр - измеренные реактивная и активная мощности нагрузки,

Qфку - номинальная мощность ФКУ.

Для измерения полного коэффициента гармоник КU(n) в настоящее время существует большое количество приборов, в частности ИВК «Омск» [5].

Для определения расчетного КU(n) используют следующие формулы.

1. При действительно отключенной ФКУ, но в предположении ее включенного состояния

где UИ - измеренное напряжение гармоник в период малых нагрузок при отключенном положении ФКУ, кВ;

U(з) - измеренное напряжение третьей гармоники на шинах 110 кВ тяговой подстанции при отключенной ФКУ, которая будет отфильтрована при включении ФКУ, кВ;

U(1) - напряжение первой гармоники на шинах 110 кВ тяговой подстанции, кВ.

2. При действительно включенной ФКУ, но в предположении ее отключенного состояния

где UИ - измеренное напряжение гармоник в период малых нагрузок при включенном положении ФКУ, кВ;

U(з) - расчетное напряжение третьей гармоники на шинах 110 кВ тяговой подстанции, которая фильтруется при включении ФКУ, кВ.

Фазное напряжение третьей гармоники U(з) на шинах 110 кВ определяется по формуле:

где I(3) - ток третьей гармоники тяговой нагрузки на стороне обмотки трансформатора 110 кВ, А;

X(1) - входное индуктивное сопротивление системы внешнего электроснабжения первой гармоники до шин 110кВ тяговой подстанции, Ом.

Входное сопротивление определяется по мощности короткого замыкания на шинах 110 кВ (Sкз, MBA), которое задается энергосистемой

где U - напряжение шин равное 110 кВ.

В связи с несимметричной нагрузкой рассмотренные расчеты производятся для каждой фазы.

Если ФКУ выполнена двухступенчатой с двумя секциями на 150 и 250 Гц, то в (2) расчетах будут участвовать напряжения третьей U(3) и пятой U(5) гармоник.

Рассмотрим с помощью представленной схемы реализацию предлагаемого способа регулирования мощности ФКУ.

1. Период больших нагрузок, ФКУ включена.

В расчетном устройстве 6 по измерениям от трансформаторов напряжения 9 и трансформаторов тока 4 и по соответствующим измерениям счетчиками активной и реактивной энергии в блоке 8 за заданный период (например, 1 мин) определяется tgφфaкт. Одновременно измеряется полный коэффициент гармоник напряжения по данным от трансформатора напряжения 3 с использованием ИВК «Омск». Далее выполняется расчет КU(n)от и tgφот в предположении отключенного состояния ФКУ (10) по формулам (1а) и (2б), и если выполняются условия КU(n)≤КU(n)доп и tgφот≤tgφдоп, то ФКУ отключается по команде 17.

Блок-контакты 15 выключателя ФКУ указывают на отключенное или включенное состояние ФКУ 11. Контактные часы Т 5 формируют заданные периоды периодов больших и малых суточных нагрузок электрической сети.

2. Период малых суточных нагрузок, ФКУ отключена. Измеряют фактическое значение КU(n)факт и рассчитывают в блоке 8 tgφг.вкл, в предположении включенного состояния ФКУ, и если КU(n)факт≥КU(n)доп и tgг.вкл=0, то ФКУ включается по команде 17.

Таким образом, реализуется одноступенчатое регулирование мощности ФКУ. При многоступенчатой ФКУ предлагаемый принцип регулирования мощности не изменяется.

После операции включения (отключения) ФКУ 11 при необходимости корректируется напряжение на шинах 27,5 кВ с помощью устройства РПН трансформатора 2.

Источники информации

1. Приказ №49 от 22 февраля 2007 г. «О порядке расчета значений соотношения потребления активной и реактивной мощности для отдельных энергопринимающих устройств (групп энергопринимающих устройств) потребителей электрической энергии, применяемых для определения обязательств сторон в договорах об оказании услуг по передаче электрической энергии (договорах энергоснабжения)».

2. Бородулин Б.М., Герман Л.А., Николаев Г.А. Конденсаторные установки электрифицированных железных дорог. - М.: Транспорт, - 1983, - 183 с.

3. Герман Л.А., Серебряков А.С. Регулируемые установки емкостной компенсации в системах тягового электроснабжения железных дорог./ Монография. М.: МИИТ, 2012. - 211 с.

4. ГОСТ Р 54149-2010. Электрическая энергия. Совместимость технических средств электромагнитная. Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения. М.: Стандартинформ, 2010.

5. Управление качеством электроэнергии/ И.И.Карташев, В.И.Тульский и др. под ред. Ю.В.Шарова - М.: Издательский дом МЭИ, 2006. - 320 с.

Способ регулирования мощности фильтрокомпенсирующей установки (ФКУ) тяговой подстанции системы тягового электроснабжения 27,5 кВ с понижающим трансформатором 110(220)/27,5 кВ, оборудованным устройством регулирования напряжения, к шинам 27,5 кВ которой подключена ФКУ, осуществляемый путем включения (отключения) ФКУ в зависимости от значения измеряемого фактического коэффициента реактивной мощности нагрузки в часы больших суточных нагрузок электрической сети и отключения ФКУ в часы малых суточных нагрузок электрической сети для соблюдения требования по фактической генерируемой реактивной мощности: , отличающийся тем, что введено расчетное устройство, включающее блок расчета полного коэффициента гармоник напряжения на шинах 110(220) кВ, а также блок расчета коэффициента реактивной мощности нагрузки и генерируемой реактивной мощности , которые при включенной ФКУ в часы больших суточных нагрузок электрической сети рассчитывают и , но в предположении отключенного положения ФКУ, и если выполняются условия и , где и - допустимые значения, то ФКУ отключается, а при отключенной ФКУ в часы малых суточных нагрузок измеряют фактическое значение и рассчитывают в предположении включенного состояния ФКУ, и если и , то ФКУ включается.



 

Похожие патенты:

Использование: в области электроэнергетики. Технический результат - обеспечение напряжения у потребителей на допустимом уровне, компенсация реактивной мощности непосредственно у ее потребителя и упрощение расчетов мест размещения конденсаторных устройств.

Использование: в области электроснабжения электрических железных дорог переменного тока. Технический результат - повышение точности регулирования мощности установки поперечной емкостной компенсации (КУ) и, следовательно, повышение надежности и экономичности электроснабжения тяговой сети.
Изобретение относится к области электротехники, а именно к повышению качества тока в электропитающих сетях за счет повышения коэффициента мощности. Способ включает в себя параллельное подключение компонентов сети между фазными проводами, симметрирование токов в фазах и межфазных токов, измерение значения напряжений на подключаемых и подключенных конденсаторах, сравнение мгновенных значений напряжений на подключаемых и подключенных конденсаторах, параллельное соединение их в момент их равенства.

Изобретение относится к электротехнике, а именно к устройствам, обеспечивающим энергосбережение путем централизованной компенсации реактивной мощности в условиях переменных нагрузок, и может быть использовано в высоковольтных электрических сетях напряжением от 3 кВ и выше.

Изобретение относится к области электроэнергетики и может быть использовано в сетях с компенсацией емкостных токов замыкания на землю с помощью настраиваемого дугогасящего реактора (ДГР), включенного в контур нулевой последовательности (КНП) сети, например в нейтраль питающего трансформатора.

Использование: в области электротехники. Технический результат - повышение стабильности работы генератора.

Изобретение относится к электротехнике и может найти применение в устройствах электропитания технологического оборудования, в частности нагревателей прецизионных электропечей.

Использование: в области электротехники. Технический результат - устранение напряжения обратной последовательности в многофазной электрической сети (1) электропередачи с многофазным соединением (2).

Предлагаемое устройство относится к силовой преобразовательной технике и обеспечивает энергетически эффективный импульсный способ регулирования мощности, передаваемой в нагрузку.

Изобретение относится к электротехнике, прежде всего, к способам и устройствам для компенсации или регулирования коэффициента мощности в преобразователях или инверторах и, в частности, касается способов компенсации реактивной мощности в питающих сетях промышленных предприятий или индивидуальных потребителей этой мощности с целью обеспечения требований энергосистемы к потреблению реактивной мощности. Заявляемый способ заключается в установлении в каждой линии питающей сети 1 вентильного моста 2, имеющего во входной цепи со стороны питающей сети по меньшей мере один конденсатор 3, и пропускании выходного тока вентильного моста 2 через нагрузку, обеспечивающую регулирование тока, протекающего через этот конденсатор 3.

Система электрифицированных железных дорог переменного тока 25 кВ содержит линии электропередач, тяговые подстанции, включающие трехфазные трехобмоточные тяговые трансформаторы с устройством регулирования напряжения под нагрузкой и датчиками контроля температуры трансформаторного масла, конденсаторные установки продольной и поперечной емкостной компенсации, диспетчерский пункт с поездным и энергодиспетчерами, блоком выбора схем питания тяговых нагрузок, датчики контроля температуры наиболее нагретых точек обмоток тяговых трансформаторов, датчики контроля температур воздуха окружающей среды и атмосферного давления, датчики контроля влажности воздуха окружающей среды, блок сбора статистических данных, блок анализа схем питания тяговых нагрузок соединен через линии связи с поездным и энергодиспетчерами, блок выбора схем связан с блоком анализа схем питания тяговых нагрузок и посредством линий связи с энергодиспетчером, датчики контроля температуры наиболее нагретых точек обмоток тяговых трансформаторов, датчики контроля температуры воздуха окружающей среды, датчики контроля атмосферного давления, датчики контроля влажности воздуха окружающей среды связаны посредством линий связи с блоком сбора статистических данных, который связан с блоком учета температуры наиболее нагретых точек обмоток тяговых трансформаторов, а блок учета температуры наиболее нагретых точек обмоток тяговых трансформаторов - с блоком анализа схем питания тяговых нагрузок.

Изобретение относится к электротехнике, в частности к системам промышленного, городского и тягового энергоснабжения, и может быть использовано в трансформаторных подстанциях, в том числе для железнодорожного и городского (трамваи, троллейбусы, эскалаторы) электрифицированного транспорта.

Изобретение относится к устройству энергоснабжения для по меньшей мере одного элемента пути связанного с колеей транспорта, содержащему приемное устройство на стороне участка пути для приема энергии, активно передаваемой посредством электромагнитной индукции передающим устройством связанного с колеей транспортного средства.

Изобретение относится к аппаратуре, обеспечивающей нормальное функционирование контактной сети в условиях пропуска высокоскоростных электроподвижных составов (ЭПС).

Настоящее изобретение относится к обеспечению низковольтной линии питания устройств вдоль линий железной дороги и метро. Причем линия получает энергию от высоковольтной контактной линии постоянного тока, проходящей поверху, вместо специальной электрической линии, установленной для этой цели вдоль путей.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в системе электроснабжения потребителей, расположенных вдоль трасс. .

Изобретение относится к области электроснабжения железных дорог. .

Изобретение относится к области электрифицированных железных дорог. .

Изобретение относится к области железных дорог, электрифицированных на переменном токе, и направлено на обеспечение нормального функционирования высоковольтных линий с изолированной нейтралью в условиях интенсивного воздействия электромагнитного поля контактной сети железной дороги.

Изобретение относится к линиям электроснабжения, в частности к определению местоположения электрических повреждений. Способ заключается в том, что в момент короткого замыкания измеряют на одной или смежных тяговых подстанциях напряжение на шинах, токи линий, питающих контактные сети, и фазовые углы токов.
Наверх