PL193037B3 - Filtr aperiodyczny i sposób wyznaczania parametrów filtra, prostowników trakcji elektrycznej - Google Patents

Abstract

Filtr aperiodyczny prostowników trakcji elektrycznej, zawierający, filtr dolnoprzepustowy typu gamma, który na wejściu ma szeregowo włączony element indukcyjny, z odłącznikiem zasilania, zaś pozostałe zaciski stanowią wyjście filtra, w którym poprzez wyłącznik filtra, połączona jest gałąź równoległa filtra, z równolegle połączonym pierwszym ochronnikiem przepięciowym oraz poprzez wyłącznik gałęzi filtra z gałęzią szeregową filtra, składającą się z rezystora ograniczającego prąd ładowania, do którego równolegle włączony jest blok opóźniający, stanowiący korzystnie pierwszy stycznik, opóźniający załączenie w czasie Δ^ i, gdzie: i - jest liczbą większą od zera, gałęzi elementu pojemnościowego zbocznikowanych każdy rezystorem rozładowującym, przy czym pierwszy stycznik sprzężony jest z drugim stycznikiem, którego styki robocze stanowią wyłącznik gałęzi szeregowej, według patentu nr 186 399, znamienny tym, że każda z i, gdzie i - jest liczbą naturalną większą od zera gałęzi elementu pojemnościowego (C1, C2, Ci) zbocznikowanych rezystorem rozładowującym (R1, R2,...Ri) jest połączona szeregowo poprzez rezystor dodatkowy (Rd1, Rd2,..Rdi) ograniczający amplitudę i czas trwania oscylacji prądu elementu pojemnościowego (C1, C2,...Ci) przy zwarciu lub w stanach dynamicznych obciążenia w sieci trakcyjnej.

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest filtr aperiodyczny i sposób wyznaczania parametrów filtra, prostowników trakcji elektrycznej, stanowiące ulepszenie według patentu głównego nr 186 399 (znany filtr aperiodyczny prostowników trakcji elektrycznej według patentu głównego nr 186 399 filtr dolnoprzepustowy typu gamma, który na wejściu ma szeregowo włączony element indukcyjny, z odłącznikiem zasilania, zaś pozostałe zaciski stanowią wyjście filtra, w którym poprzez wyłącznik filtra, połączona jest gałąź równoległa filtra, z równolegle połączonym pierwszym ochronnikiem przepięciowym i poprzez wyłącznik gałęzi filtra, gałęzią szeregową filtra, składającą się z rezystora ograniczającego prąd ładowania, do którego równolegle włączony jest blok opóźniający, stanowiący korzystnie pierwszy stycznik, opóźniający załączenie w czasie Δt załączenie i, gdzie i - jest liczbą większą od zera, gałęzi elementu pojemnościowego, zbocznikowanych każdej rezystorem rozładowującym. Pierwszy stycznik sprzężony jest z drugim stycznikiem, którego styki robocze stanowią wyłącznik gałęzi szeregowej.

Korzystne jest, jeśli równolegle do elementu indukcyjnego jest włączony drugi ochronnik przepięciowy, oraz, jeśli drugi stycznik jest sprzężony z wyłącznikiem mocy na wejściu prostownika trakcji elektrycznej, jak również, jeśli w gałęzi szeregowej filtra jest włączony bezpiecznik oraz, jeśli wyjście filtra jest połączone poprzez wyłącznik szybki z zasilaczem trakcjielektrycznej.

Znany sposób wyznaczania parametrów filtra z patentu głównego nr 186 399 polega na tym, że wartości obwodu rezonansowego złożonego z elementu indukcyjnego i elementu pojemnościowego wyznacza się w oparciu o symulacyjny model pojazdów trakcyjnych z przekształtnikami energoelektronicznymi, parametry sieci trakcyjnej i szyn, obwodów torowych, filtra i prostowników podstacji trakcyjnej.

Korzystne jest w sposobie według wynalazku, jeśli wartości obwodu rezonansowego filtru ustala się w oparciu o dopuszczalne napięcie psofometryczne, poziom amplitud prądów trakcyjnych w paśmie zadanym oraz napięcie w sieci trakcyjnej według krzywej napięcie -czas.

Filtr według wynalazku wyróżnia się tym, że każda z i, gdzie i -jest liczbą większą od zera gałęzi elementu pojemnościowego zbocznikowanych rezystorem rozładowującym jest połączona szeregowo poprzez rezystor dodatkowy ograniczający amplitudę i czas trwania oscylacji prądu elementu pojemnościowego przy zwarciu lub w stanach dynamicznych obciążenia w sieci trakcyjnej.

Korzystne jest, jeśli, w co najmniej jednejz i, gdzie i -jest liczbą naturalną, większą od zera, gałęzi elementu pojemnościowego jest połączona szeregowo poprzez bezpiecznik, oraz jeśli filtr ma blok pomiaru napięcia na wejściu i/lub wyjściu oraz elementach filtra i blok do filtracji aktywnej, do kompensacji wyższych harmonicznych prądu lub napięcia, włączony szeregowo lub równolegle na wyjściu wraz z układem pomiaru prądu wyższych harmonicznych prądu filtra.

Dogodnie jest również, jeśli filtr na wyjściu ma włączone kolejne filtry aperiodyczne lub kolejne filtry rezonansowe, albo kolejne filtry aperiodyczne i filtry rezonansowe w różnym zestawieniu. Ponadto, dogodne jest, jeśli pierwszy i drugi ochronnik, stanowią element rezystorowy o charakterystyce nieliniowej, lub element typu warystorowego, lub element typu dioda prostownicza, lub układ tyrystorowy, lub układ stycznikowo-przekaźnikowy, bądź zestawienia tych elementów i układów.

Sposób polega na tym, że ogranicza się amplitudę i czas trwania oscylacji prądu elementu pojemnościowego przy zwarciu lub w stanach dynamicznych obciążenia w sieci trakcyjnej, poprzez połączenie szeregowo i -gałęzi elementu pojemnościowego, zbocznikowanego rezystancją rozładowującą przez rezystor dodatkowy w gałęzi szeregowej filtra, zaś wartość rezystancji rezystora dodatkowego i parametry pierwszego oraz drugiego ochronnika ustala się w oparciu o model symulacyjny podstacji trakcyjnej, sieci trakcyjnej i pojazdów.

Korzystne jest w sposobie, jeśli wartość rezystancji rezystorów dodatkowych ustala się w zależności od poziomu napięcia psofometrycznego na wyjściu filtra, poziom dopuszczalnych prądów wyższych harmonicznych w sieci trakcyjnej oraz dopuszczalny poziom napięcia w sieci trakcyjnej według krzywej napięcie -czas oraz zabezpieczenia przed wystąpieniem przepięć i przetężeń.

Korzystne jest, jeśli jako pierwszy i drugi ochronnik, stosuje się element rezystorowy o charakterystyce nieliniowej, lub element typu warystorowego, lub element typu -dioda prostownicza, lub układ tyrystorowy, lub układ stycznikowo-przekaźnikowy, bądź zestawienia tych elementów i układów.

Zgodnie z wynalazkami, dzięki zastosowaniu rezystora dodatkowego uzyskano istotne ograniczenie amplitudy i czasu trwania oscylacji prądu przy zwarciu na wyjściu filtra oraz zmniejszenie wzmacniania przez filtr aperiodyczny LC częstotliwości rezonansowej. Wprzypadku stosowania kilku

PL 193 037 B1 elementów pojemnościowych, rezystancja dodatkowa jest również rozdzielana na kilka rezystorów, włączonych szeregowo z każdym elementem pojemnościowym, jak również umożliwiono ochronę każdego z elementów pojemnościowych przyporządkowanym mu bezpiecznikiem. Ponadto filtr pozwala na stosowanie dodatkowych układów do pomiaru napięcia na poszczególnych elementach filtra do kontroli pracy elementów filtra i/lub sterowania układem załączania lub wyłączania. W sposobie natomiast dobiera się wartość elementu dodatkowego, aby uzyskać prawidłową pracę filtra w stanach normalnej pracy oraz w stanach awaryjnych. Ponadto filtr umożliwia kompensację wyższych harmonicznych, dzięki układowi do filtracji aktywnej i ich pomiar oraz pozwala na dołączenie kolejnych filtrów aperiodycznych, rezonansowych bądź zastosowanie ich kombinacji.

Filtr według wynalazku jest uwidoczniony w przykładzie wykonania na rysunku, przedstawiającym układ funkcjonalno - blokowy filtra z rozdzielonymi pojemnościami elementu pojemnościowego.

Filtr aperiodyczny przedstawiony na rysunku, stanowi filtr dolnoprzepustowy typu gamma, który ma wejście wysokonapięciowe zasilające prądu przemiennego AC poprzez wyłącznik mocy WM oraz trójfazowy transformator napięcia, połączone z wejściem prostownika trakcyjnego P. Na wyjściu stałoprądowym prostownika P szeregowo włączony jest element indukcyjny L z odłącznikiem zasilania OZ oraz system pomiarowy prądu, stanowiący amperomierz A, których pozostałe zaciski stanowią wyjście filtra. W układzie filtra poprzez wyłącznik filtra OF, włączana jest gałąź równoległa filtra z równolegle połączonym ochronnikiem przepięciowym ON, oraz poprzez wyłącznik BI gałęzi filtra, gałąź szeregowa filtra, składająca się z rezystora Rz ograniczającego prąd ładowania, do którego równolegle włączony jest blok opóźniający BO, stanowiący stycznik St2 opóźniający w czasie Δt załączenie poprzez bezpiecznik B1, B2,...Bi i, gdzie i -jest liczbą większą od zera, gałęzi elementu pojemnościowego C1, C2,...Cizbocznikowanych każda rezystorem rozładowującym R1, R2,...Ri. Stycznik St2 sprzężony jest ze stycznikiem St1,którego styki robocze stanowią wyłącznik gałęzi szeregowej BI, ponadto stycznik Stl jestsprzężony z wyłącznikiem mocy WM. Równolegle do elementu indukcyjnego L włączony jest ochronnik przepięciowy ON1. Jako ochronniki ON,ON1 stosowane są dobrane elementy rezystorowe o charakterystyce nieliniowej, elementy typu warystorowego, diody prostownicze, układy tyrystorowe, układy stycznikowo - przekaźnikowe, a także ich kombinacje.

Filtr zaopatrzony jest w blok pomiaru napięcia Up, na wejściu WElub wyjściu Wyfiltra lub na elemencie pojemnościowym C1, C2,...Ci, lub poszczególnych, elementach pojemnościowych C1, C2,...Ci, jak również służy do kontroli innych elementów filtra i sterowania załączaniem lub wyłączaniem.

Szeregowo z bezpiecznikiem B1,B2,.Bi elementu pojemnościowego C1, C2,.Ci włączony jest o dobranych parametrach rezystor dodatkowyRd1,Rd2,. Rdi,przyporządkowany każdemu kondensatorowi filtra, ograniczający amplitudę i czas trwania oscylacji prądu przy zwarciu na wyjściu Wy filtra oraz zmniejszający wzmacnianie przez filtr aperiodyczny LC częstotliwości rezonansowej. Rezystor dodatkowy Rd1,Rd2,...Rdi jest tak dobrany, że nie pogarsza w sposób znaczący charakterystyki tłumienia przez filtr wyższych harmonicznych.

Wyjście filtra połączone jest linią zasilającą o napięciu 3kV poprzez wyłącznik szybki WS z zasilaczem trakcji elektrycznej.

Filtr wyposażony jest również w blok do filtracji aktywnej UA kompensujący wyższe harmoniczne prądu lub napięcia, mierzone na wyjściu Wyukładem pomiarowym prądu PI lub blokiem pomiaru napięcia Up, włączonym równolegle na wyjściu Wyfiltra.

Filtr na wyjściu Wy może mieć włączone kolejne filtry aperiodyczne, kolejne filtry rezonansowe, albo kolejne filtry aperiodyczne i filtry rezonansowe w różnym zestawieniu.

Sposób wyznaczania parametrów filtra, polega na tym, że wartości rezystora dodatkowego Rd1,Rd2,.Rdi oraz parametry ochronników ON, ON1 wyznacza się w oparciu o symulacyjny model pojazdów trakcyjnych z przekształtnikami energoelektronicznymi, parametry sieci trakcyjnej i pojazdów.

Filtr aperiodyczny działa w sposób niżej opisany. Na wyjściu prostownika P, uzyskiwany jest przebieg zawierający składową stałą i pulsującą, zaś filtr poprzez element indukcyjny L tłumi składową zmienną prądu wyprostowanego, przy czym element indukcyjny L z elementem pojemnościowym C1, C2,.Ci stanowi pętlę zwarciową dla prądów o wyższych harmonicznych. Szeregowo z elementem pojemnościowym C1, C2,...Ci włączony jest rezystor dodatkowy Rd1,Rd2,...Rdi ograniczający amplitudęi czas trwania oscylacji prądu elementu pojemnościowego C1, C2,...Ci przy zwarciu lub w stanach dynamicznych obciążenia w sieci trakcyjnej oraz zmniejszający wzmacnianie przez filtr aperiodyczny LC częstotliwości rezonansowej. Dobór parametrów filtra w celu dopasowania częstotliwości rezonansowej , prowadzi się poprzez symulację na modelu pojazdu elektrycznego i układu zasilania

PL 193 037B1 trakcji elektrycznej. Natomiast dobór wartości rezystora dodatkowego Rd1, Rd2,...Rdi i parametrów ochronników ON, ON1 prowadzi się również w oparciu o model symulacyjny podstacji trakcyjnej i pojazdów, aby uzyskać prawidłową pracę filtra w stanach pracy bezawaryjnych, ze względu na poziom napięcia psofometrycznego na wyjściu Wy filtra, poziom dopuszczalnych prądów wyższych harmonicznych w sieci trakcyjnej oraz dopuszczalny poziom napięcia w sieci trakcyjnej według krzywej napięcie -czas oraz w stanach awaryjnych, ze względu na możliwość wystąpienia przepięć i przetężeń, stąd niedopuszczalne jest przekraczanie parametrów prostowników podstacji trakcyjnej, dławika LC, pojemności elementu C1, C2,...Ci rezystora ograniczającego ładowanie Rzi rezystora dodatkowego

Rd1, Rd2,...Rdi, oraz ochronników ON, ON1 oraz innych elementów wchodzących w skład obwodu po stronie napięcia wyprostowanego prostownika podstacji.

Element pojemnościowy C1,C2,...Ci ładowany jest przez rezystor Rz, do czasu naładowania tego elementu C1,C2,...Cipo czym po naładowaniu jest zwierany stycznikiem St2 bloku opóźniającego BO. StycznikSt2działa z uzależnieniem od stycznika St1z opóźnieniem czasowym równym 1sek, tak,aby element pojemnościowy C1,C2,...Ci zdążył się naładować.

Filtr aperiodyczny z elementem indukcyjnym L i elementem pojemnościowym C1 , C2...Ci połączonym równolegle, stanowi obwód rezonansowy, który w paśmie wysokich częstotliwości charakteryzuje się silnym tłumieniem składowej zmiennej. Efektywność tego tłumienia zależy od doboru parametrów indukcyjności i pojemności. Wobszarze niskich częstotliwości t.j. paśmie częstotliwości rezonansowej, filtr wzmacnia amplitudy składowej zmiennej. Odpowiedni dobór częstotliwości rezonansowej filtra, powoduje, że zawarte w składowej zmiennej napięcia wyprostowanego, napięcia wyższych harmonicznych o częstotliwościach charakterystycznych dla filtra o wyznaczonych parametrach zespołu prostownikowego są tłumione.

Wcelu poprawienia skuteczności działania filtra aperiodycznego LCdołączony jest dodatkowo równolegle układ filtracji aktywnej UA kompensujący wyższe harmoniczne prądu, mierzone na wyjściu Wyukładem pomiarowym prądu PI, lub wyższe harmoniczne napięcia, mierzone na wyjściu Wy blokiem pomiarunapięcia UP poprzez wygenerowanie wyższych harmonicznych o przeciwnych fazach do harmonicznych występujących na wyjściu filtra.

Stycznik St1jest sprzężony z wyłącznikiem mocy WM prostownika P, tak, że po załączeniu wyłącznika mocy WM następuje załączenie stycznika St1,zaś odłączenie stycznika St1, następuje po wyłączeniu wyłącznikiem mocy WM.

Claims (12)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Filtr aperiodyczny prostowników trakcji elektrycznej, zawierający, filtr dolnoprzepustowy typu gamma, który na wejściu ma szeregowo włączony element indukcyjny, z odłącznikiem zasilania, zaś pozostałe zaciski stanowią wyjście filtra, w którym poprzez wyłącznik filtra, połączona jest gałąź równoległa filtra, z równolegle połączonym pierwszym ochronnikiem przepięciowym oraz poprzez wyłącznik gałęzi filtra z gałęzią szeregową filtra, składającą się z rezystora ograniczającego prąd ładowania, do którego równolegle włączony jest blok opóźniający, stanowiący korzystnie pierwszy stycznik, opóźniający załączenie w czasie At, i, gdzie - i jest liczbą większą od zera, gałęzi elementu pojemnościowego zbocznikowanych każdy rezystorem rozładowującym, przy czym pierwszy stycznik sprzężony jestz drugimstycznikiem, którego styki robocze stanowią wyłącznik gałęzi szeregowej, według patentunr 186 399, znamienny tym, że każda z i, gdzie i -jest liczbą naturalną większą od zera gałęzi elementu pojemnościowego (C1, C2,.Ci) zbocznikowanych rezystorem rozładowującym (R1, R2,...Ri)jest połączona szeregowo poprzez rezystor dodatkowy (Rd1, Rd2,. Rdi)ograniczający amplitudęi czas trwania oscylacji prądu elementu pojemnościowego (C1, C2,...Ci) przy zwarciu lub w stanach dynamicznych obciążenia w sieci trakcyjnej.
2. 2. Filtr według zastrz.1, znamienny tym, że co najmniej jedna z i, gdziei-jest liczbą naturalną, większą od zera, gałęzi elementu pojemnościowego(C1,C2,. Ci), jest połączona szeregowo poprzez bezpiecznik (B1, B2,...Bi).
3. 3. Filtr według zastrz.1, znamienny tym, że mablok pomiaru napięcia(UP) na elementach filtra.
4. 4. Filtr według zastrz.1, znamienny tym, że mablok do filtracji aktywnej (UA) do kompensacji wyższych harmonicznych prądu lub napięcia, włączony szeregowo lubrównolegle na wyjściu (Wy)filtra.
5. 5. Filtr według zastrz. 1, znamienny tym, że na wyjściu (Wy) ma włączone kolejne filtry aperiodyczne.

   PL 193 037 B1
6. 6. Filtr według zastrz. 1, znamienny tym, że na wyjściu (Wy) ma włączone kolejne filtry rezonansowe.
7. 7. Filtr według zastrz. 1, znamienny tym, że na wyjściu (Wy) ma włączone kolejne filtry aperiodyczne i filtry rezonansowe w różnym zestawieniu.
8. 8. Filtr według zastrz. 4, znamienny tym, że ma układ pomiaru prądu (Pl) wyższych harmonicznych prądu.
9. 9. Filtr według zatrz. 1, znamienny tym, że pierwszy i drugi ochronnik (ON, ON1), stanowią element rezystorowy o charakterystyce nieliniowej, lub element typu warystorowego, lub element typu - dioda prostownicza, lub układ tyrystorowy, lub układ stycznikowo-przekaźnikowy, bądź zestawienia tych elementów i układów.
10. 10. Sposób wyznaczania parametrów filtra, w którym wartości obwodu rezonansowego złożonego z elementu indukcyjnego i elementu pojemnościowego wyznacza się w oparciu o symulacyjny model pojazdów trakcyjnych z przekształtnikami energoelektronicznymi, parametry sieci trakcyjnej i szyn, obwodów torowych, filtru i prostowników podstacji trakcyjnej, wyposażonego w gałąź równoległą filtra, w której równolegle połączone są pierwszy ochronnik przepięciowy oraz poprzez wyłącznik gałęzi filtra, gałąź szeregowa filtra, składająca się z rezystora ograniczającego prąd ładowania, do którego równolegle włączony jest blok opóźniający załączanie i, gdzie i - jest liczbą naturalną większą od zera, gałęzi elementu pojemnościowego zbocznikowanego rezystorem rozładowującym według patentu nr 186 399, znamienny tym, że ogranicza się amplitudę i czas trwania oscylacji prądu elementu pojemnościowego (C1, C2,...Ci) przy zwarciu lub w stanach dynamicznych obciążenia w sieci trakcyjnej, poprzez połączenie szeregowo i - gałęzi elementu pojemnościowego (C1, C2,...Ci), zbocznikowanego rezystancją rozładowującą (R1, R2,...Ri) przez rezystor dodatkowy (Rd1, Rd2,.Rdi) w gałęzi szeregowej filtra, zaś wartość rezystancji rezystora dodatkowego (Rd1, Rd2,...Rdi) i parametry pierwszego oraz drugiego ochronnika (ON, ON1) ustala się w oparciu o model symulacyjny podstacji trakcyjnej, sieci trakcyjnej i pojazdów.
11. 11. Sposób według zastrz. 10, znamienny tym, że wartość rezystancji rezystorów dodatkowych (Rd1, Rd2,.Rdi) ustala się w zależności od poziomu napięcia psofometrycznego na wyjściu (Wy) filtra, poziom dopuszczalnych prądów wyższych harmonicznych w sieci trakcyjnej oraz dopuszczalny poziom napięcia w sieci trakcyjnej według krzywej napięcie - czas oraz zabezpieczenia przed wystąpieniem przepięć i przetężeń.
12. 12. Sposób według zastrz. 10, znamienny tym, że jako pierwszy i drugi ochronnik (ON, ON1), stosuje się element rezystorowy o charakterystyce nieliniowej, lub element typu warystorowego, lub element typu - dioda prostownicza, lub układ tyrystorowy, lub układ stycznikowo-przekaźnikowy, bądź zestawienia tych elementów i układów.