RU157607U1 - Система тягового электроснабжения участка железной дороги переменного тока - Google Patents

Система тягового электроснабжения участка железной дороги переменного тока Download PDF

Info

Publication number
RU157607U1
RU157607U1 RU2015120353/05U RU2015120353U RU157607U1 RU 157607 U1 RU157607 U1 RU 157607U1 RU 2015120353/05 U RU2015120353/05 U RU 2015120353/05U RU 2015120353 U RU2015120353 U RU 2015120353U RU 157607 U1 RU157607 U1 RU 157607U1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
voltage
traction
traction load
currents
phases
Prior art date
Application number
RU2015120353/05U
Other languages
English (en)
Inventor
Тимур Рифхатович Храмшин
Рифхат Рамазанович Храмшин
Геннадий Петрович Корнилов
Ильдар Равильевич Абдулвелеев
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова" filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова"
Priority to RU2015120353/05U priority Critical patent/RU157607U1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU157607U1 publication Critical patent/RU157607U1/ru

Links

Images

Classifications

    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E40/00—Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
    • Y02E40/50—Arrangements for eliminating or reducing asymmetry in polyphase networks

Landscapes

  • Inverter Devices (AREA)
  • Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)

Abstract

Система тягового электроснабжения участка железной дороги переменного тока, содержащая силовой трансформатор, первичная обмотка которого подключена к линии электропередачи высокого напряжения 220 кВ, к его первой вторичной обмотке, соединенной в треугольник, подключена тяговая нагрузка, а ко второй - нетяговая нагрузка, причем одна из фаз первой вторичной обмотки силового трансформатора подключена к рельсам железной дороги, а две другие фазы подключены к контактным подвескам, образующим совместно с рельсами и нейтральной вставкой две независимые однофазные системы электроснабжения тяговой нагрузки, и устройство симметрирования токов тяговой нагрузки, отличающаяся тем, что устройство симметрирования токов системы выполнено в виде трех каскадных многоуровневых инверторов напряжения с реакторами и датчиками тока, причем последние соединены в треугольник и подключены к трем фазам первой вторичной обмотки силового трансформатора, а выходы указанных датчиков тока подключены к блоку измерения токов устройства симметрирования, выход которого соединен с первым входом блока управления, второй вход указанного блока подключен к блоку измерения токов тяговой нагрузки, а входы последнего подключены к двум датчикам тока тяговой нагрузки, установленным в фазы, питающие контактные подвески железной дороги, третий вход указанного блока управления подключен к датчику напряжения нетяговой нагрузки, входы которого подключены ко второй вторичной обмотке силового трансформатора, при этом каждый каскадный многоуровневый инвертор напряжения содержит n однофазных инверторов напряжения, последовательно соединенны

Description

Полезная модель относится к электротехнике и предназначена для использования в системах электроснабжения электрифицированного транспорта, в частности, на тяговых подстанциях переменного тока, а также для симметрирования трансформаторов общего назначения и компенсации реактивной мощности в сетях.
Известна система тягового электроснабжения участка железной дороги переменного тока, состоящая из трехфазно-двухфазных трансформаторов, первичные обмотки которых соединены по схеме Скотта, а вторичные обмотки изолированы друг от друга, продольный питающий провод каждой фидерной зоны изолирован от продольных проводов соседних фидерных зон и подключен концами к первым выводам вторичных обмоток трехфазно-двухфазных трансформаторов соседних тяговых подстанций с одинаковым коэффициентом трансформации, вторые выводы которых подключены к контактной сети этой же фидерной зоны, в систему тягового электроснабжения введен блок выравнивания мощности, который содержит конденсаторную батарею, соединенную с согласующими трансформаторами посредством тиристорных мостов, при этом блок выравнивания мощности подключен к вторичным обмоткам трансформаторного преобразователя на основе схемы Скотта (см. патент РФ №139884, H02J 3/26).
Недостатком известного устройство является низкий коэффициент полезного действия, невысокая надежность и влияние на нетяговые потребители, подключенные к системе электроснабжения тяговой подстанции. Это обусловлено применением специальных трехфазно-двухфазных трансформаторов, двух согласующих трансформаторов, блока выравнивания мощности, который осуществляет двойное преобразование электрической энергии переменного тока в постоянный ток и наоборот, чтобы обеспечить равномерную нагрузку на плечи трансформатора Скотта и симметрию токов в питающих линиях трехфазной системе электроснабжения тяговых подстанций переменного тока. При этом блок выравнивания мощности содержит два трехуровневых высоковольтных тиристорных моста, которые в зависимости от направления потока мощности могут работать как в режиме активного выпрямителя, так и в режиме инвертора напряжения. Управление полностью управляемыми тиристорными ключами указанных высоковольтных мостов осуществляется методом широтно-импульсной модуляции (ШИМ) на высокой частоте коммутации, что приводит к значительным потерям мощности на коммутируемых тиристорных ключах. В известном устройстве на выходе блока выравнивания мощности, в результате ШИМ формируется импульсное напряжения 2∗25 кВ, которое создает значительные тепловые потери в согласующих трансформаторах и трехфазно-двухфазном трансформаторе. Кроме того, высокочастотные гармоники напряжения, сформированные ШИМ, вызывают искажение синусоидальности кривой напряжения в точке общего подключения. Все вышесказанное снижает коэффициент полезного действия и надежность работы известного устройства.
Наиболее близким аналогом к заявляемой полезной модели является система тягового электроснабжения участка железной дороги переменного тока, содержащая силовой трансформатор, первичная обмотка которого подключена к линии электропередачи высокого напряжения 220 кВ, к его первой вторичной обмотке, соединенной в треугольник, подключена тяговая нагрузка, а ко второй - нетяговая нагрузка, причем одна из фаз первой вторичной обмотки силового трансформатора подключена к рельсам железной дороги, а две другие фазы подключены к контактным подвескам, образующим совместно с рельсами и нейтральной вставкой две независимые однофазные системы электроснабжения тяговой нагрузки, и устройство симметрирования токов тяговой нагрузки. Указанная система электроснабжения участка железной дороги переменного тока рекомендована для Байкало-Амурской магистради (см. статью А.П. Долгов, Г.В. Рогов. Качество электроэнергии в электрических системах с распределенными искажающими потребителями // Научно-технический журнал. Энергия единой сети, №5 (16) октябрь-ноябрь 2014. С. 94, 95, 98.).
Недостатком известного устройство является низкий коэффициент полезного действия и невысокая надежность работы. В известном устройстве для повышения качества электроэнергии, т.е. снижения значений коэффициента несимметрии напряжения по обратной последовательности, коэффициента искажения синусоидальности кривой напряжения и компенсации реактивной мощности, применяется устройство симметрирования токов тяговой нагрузки. Оно выполнено на базе трехуровневого инвертора напряжения со звеном постоянного тока и понижающего трансформатора. Известное устройство создает такой несимметричный и несинусоидальный ток, который в сумме с током тяговой нагрузки формирует практически симметричный синусоидальный ток в фазах первой вторичной обмотки силового трансформатора. При этом отклонения напряжения на выходных зажимах силового трансформатора снижаются, т.е. качество электрической энергии для нетяговой нагрузки повышается. Однако, применение трехуровневого инвертора напряжения, который формирует несимметричный и несинусоидальный ток методом широтно-импульсной модуляции на высокой частоте, снижает коэффициент полезного действия и надежность устройства симметрирования токов тяговой нагрузки. Высокая частота коммутации полностью управляемыми ключами трехуровневого инвертора напряжения вызывает их нагрев, приводит к ускоренному старению изоляции кабелей, к тепловым потерям в понижающем трансформаторе, что снижает надежности работы известного устройства.
Задача, решаемая полезной моделью, заключается в повышении коэффициента полезного действия и надежности работы системы тягового электроснабжения участка железной дороги переменного тока при резких изменениях токов тяговой нагрузки, приводящих к значительным отклонениям напряжений на шинах тяговой подстанции.
Технический результат, обеспечивающий решение задачи, достигается возможностью формирования практически синусоидальной формы выходного напряжения устройства симметрирования токов при одновременном уменьшении до нуля отклонения напряжений на шинах тяговой подстанции.
Поставленная задача решается тем, что система тягового электроснабжения участка железной дороги переменного тока, содержащая силовой трансформатор, первичная обмотка которого подключена к линии электропередачи высокого напряжения 220 кВ, к его первой вторичной обмотке, соединенной в треугольник, подключена тяговая нагрузка, а ко второй - нетяговая нагрузка, причем одна из фаз первой вторичной обмотки силового трансформатора подключена к рельсам железной дороги, а две другие фазы подключены к контактным подвескам, образующим совместно с рельсами и нейтральной вставкой две независимые однофазные системы электроснабжения тяговой нагрузки, и устройство симметрирования токов тяговой нагрузки, согласно изменению, в ней устройство симметрирования токов системы выполнено в виде трех каскадных многоуровневых инверторов напряжения с реакторами и датчиками тока, причем последние соединены в треугольник и подключены к трем фазам первой вторичной обмотки силового трансформатора, а выходы указанных датчиков тока подключены к блоку измерения токов устройства симметрирования, выход которого соединен с первым входом блока управления, второй вход указанного блока подключен к блоку измерения токов тяговой нагрузки, а входы последнего подключены к двум датчикам тока тяговой нагрузки, установленным в фазы, питающие контактные подвески железной дороги, третий вход указанного блока управления подключен к датчику напряжения нетяговой нагрузки, входы которого подключены ко второй вторичной обмотке силового трансформатора, при этом каждый каскадный многоуровневый инвертор напряжения содержит n однофазных инверторов напряжения, последовательно соединенных по цепи переменного тока, а цепь постоянного тока каждого однофазного инвертора напряжения содержит конденсатор с блоком контроля его напряжения, причем выходы всех блоков контроля напряжения конденсаторов каждого каскадного многоуровневого инвертора напряжения подключены к соответствующим входам блока управления, а его управляющие выходы подключены к соответствующим входам полностью управляемых ключей n однофазных инверторов напряжения каждого каскадного многоуровневого инвертора напряжения.
Сущность полезной модели поясняется чертежами, где:
- на фиг. 1 изображена функциональная схема системы тягового электроснабжения участка железной дороги переменного тока;
- на фиг. 2 приведены выходные напряжения u1, u2, …u8 восьми однофазных инверторов напряжения и полное выходное напряжение uвых каскадного семнадцатиуровневого инвертора напряжения;
- на фиг. 3 приведена векторная диаграмма напряжений и токов, поясняющая принцип работы заявляемого устройства для случая, когда ток тяговой нагрузки IН1<IН2;
- на фиг. 4 приведена векторная диаграмма напряжений и токов, поясняющая принцип работы заявляемого устройства для случая, когда ток тяговой нагрузки IН1>IН2.
Заявляемое устройство содержит силовой трансформатор 1 (фиг. 1), первичная обмотка которого подключена к линии электропередачи 2 высокого напряжения 220 кВ. К первой вторичной обмотке силового трансформатора 1, которая соединена в треугольник, подключена тяговая нагрузка 3, а ко второй - нетяговая нагрузка 4. Причем одна из фаз первой вторичной обмотки силового трансформатора 1 подключена к рельсам 5 железной дороги, а две другие фазы подключены к контактным подвескам 6, образующим совместно с рельсами 5 и нейтральной вставкой 7 две независимые однофазные системы электроснабжения тяговой нагрузки 3. Система тягового электроснабжения участка железной дороги переменного тока также содержит устройство симметрирования токов 8 тяговой нагрузки. В заявляемой системе указанное устройство 8 (фиг. 1) выполнено в виде трех каскадных многоуровневых инверторов напряжения 9 с реакторами 10 и датчиками тока 11. Причем последние соединены в треугольник и подключены к трем фазам первой вторичной обмотки силового трансформатора 1. Выходы указанных датчиков тока 11 подключены к блоку измерения токов 12 устройства симметрирования 8, выход которого соединен с первым входом блока управления 13. Второй вход указанного блока 13 подключен к блоку измерения токов 14 тяговой нагрузки 3, а входы последнего 14 подключены к двум датчикам тока 15 тяговой нагрузки. Указанные датчики 15 установлены в фазы A и C, питающие контактные подвески 6 железной дороги. Третий вход блока управления 13 подключен к датчику напряжения 16 нетяговой нагрузки 4, входы которого подключены ко второй вторичной обмотке силового трансформатора 1. При этом каждый каскадный многоуровневый инвертор напряжения 9 содержит n однофазных инверторов напряжения 17, последовательно соединенных по цепи переменного тока, а цепь постоянного тока каждого однофазного инвертора напряжения 17 содержит конденсатор 18 с блоком контроля 19 его напряжения. Причем выходы всех блоков контроля 19 напряжения конденсаторов 18 каждого каскадного многоуровневого инвертора напряжения 9 подключены к соответствующим входам блока управления 13. Управляющие выходы указанного блока 13 подключены к соответствующим входам полностью управляемых ключей n однофазных инверторов напряжения 17 каждого каскадного многоуровневого инвертора напряжения 9.
Основными элементами каждого каскадного многоуровневого инвертора напряжения 9 являются n однофазных инверторов напряжения 17 с конденсатором 18, блоком контроля напряжения 19 конденсатора 18. Конструктивное исполнение указанных элементов идентичное. При этом каждый однофазный инверторов напряжения 17 формирует регулируемое импульсное напряжение un, основная гармоника которого составляет (1/n) линейного напряжения на зажимах первой вторичной обмотки силового трансформатора 1. Полностью управляемые ключи однофазных инверторов напряжения 17 совместно с блоком управления 13 позволяют каждому каскадному многоуровневому инвертору напряжения 9 переходить в режим потребления или генерирования реактивной мощности, а также режим холостого хода. Эффективное управление однофазными инверторами напряжения 17, увеличение их количества в каскадном многоуровневом инверторе напряжения 9 позволяют получать практически синусоидальную форму выходного напряжения для устройства симметрирования токов 8 тяговой нагрузки при относительно невысокой частоте коммутации полностью управляемых ключей. Оптимальный выбор количества n однофазных инверторов напряжения 17 позволяет получить безтрансформаторное устройство симметрирования токов 8 тяговой нагрузки требуемого номинального напряжения и мощности.
Система тягового электроснабжения участка железной дороги переменного тока работает следующим образом.
В блоке управления 13 (фиг. 1) устройства симметрирования токов 8 используется низкочастотный метод ШИМ с тремя углами переключения αn1, αn2, αn3 за четверть периода полностью управляемых ключей для каждого n-го однофазного инвертора напряжения 17. При этом выходное напряжение u1, u2, …un каждого однофазного инвертора напряжения 17 содержат три импульса за полупериод питающего напряжения. Это позволяет существенно уменьшить коммутационные потери на полностью управляемых ключах однофазного инвертора напряжения 17. Для каждого каскадного многоуровневого инвертора напряжения 9 полное выходное напряжение uвых является суммой выходных напряжений u1, u2, …un отдельных однофазных инверторов напряжения 17.
На фиг. 2 для каскадного семнадцатиуровневого инвертора напряжения 9 (фиг. 1) показаны выходные напряжения u1, u2, …u8 восьми однофазный инверторов напряжения 17 и его полное выходное напряжение uвых. Где αn1, αn2, αn3 углы переключения ключей восьми однофазных инверторов напряжения 17, которые зависят от коэффициента модуляции µ для указанного метода ШИМ, обеспечивающего заданное значение первой гармоники U1, выходного напряжения uвых каскадного семнадцатиуровневого инвертора напряжения 9. Отличительной особенностью формирования углов переключений αn1, αn2, αn3 является то, что изменение мгновенного значения полного выходного напряжения uвых осуществляется в пределах одного уровня напряжения, которое равно напряжению, формируемому однофазным инвертором напряжения 17. При этом, чем больше количество n однофазных инверторов напряжения 17, тем меньше этот уровень. Это позволяет существенно снизить пульсации выходного напряжения uвых каскадного многоуровневого инвертора напряжения 9, что способствует повышению коэффициента полезного действия и надежности работы системы тягового электроснабжения участка железной дороги переменного тока при резких изменениях токов тяговой нагрузки.
Для расчета углов переключения ключей αn1 αn2, αn3 однофазных инверторов напряжения 17 записывается система нелинейных уравнений. При этом первая гармоника U1, выходного напряжения uвых каскадного многоуровневого инвертора напряжения 9 задается коэффициентом модуляции µ, а выбор значений углов переключения ключей αn1, αn2, αn3 должен удовлетворять условию плавного изменения мгновенного значения полного выходного напряжения uвых, т.е. в пределах одного уровня напряжения, формируемое одним однофазным инвертором напряжения 17. Решение системы нелинейных уравнений осуществляется итерационными методами. В заявляемом устройстве углы переключения ключей αn1, αn2, αn3 для заданного диапазона изменения коэффициента модуляции ц выходных напряжений uвых каскадного многоуровневого инвертора напряжения 9 были заранее рассчитаны и сохранены в блоке управления 13.
Известно, что однофазная тяговая нагрузка 3 (фиг. 1) в трехфазных системах электроснабжения железных дорог переменного тока 2 представляет собой источник несимметрии и несинусоидальности. Перемещение тяговых нагрузок 3 и изменение потребляемой ими мощности в связи с различным рельефом железной дороги вызывает значительные отклонения напряжения от номинального значения на выходных зажимах A, B, C силового трансформатора 1 тяговой подстанции, что существенно влияет на работу нетяговой нагрузки 4. Коэффициент несимметрии напряжения по обратной последовательности в указанных системах электроснабжения может значительно превышать допустимое значение, что приведет к снижению качества электроэнергии такой системы электроснабжения.
В заявляемом устройстве по сигналам с блока измерения токов тяговой нагрузки 14 (фиг. 1) и сигналам с датчика напряжения 16 нетяговой нагрузки блок управления 13 определяет величину коэффициента несимметрии напряжения по обратной последовательности для нетяговой нагрузки 4. И если этот коэффициент превышает некоторое заданное значение, то блок управления 13 формирует управляющие сигналы для каскадных многоуровневых инверторов напряжения 9. При этом каждый из них независимо от режима работы двух других может работать в одном из трех режимов: либо потреблять реактивную мощность; либо генерировать реактивную мощность; либо работать в режиме холостого хода. В первом режиме значение первой гармоники U1 выходного напряжения uвых каскадного многоуровневого инвертора напряжения 9 меньше линейного напряжения первой вторичной обмотки силового трансформатора 1 и находится с ним в фазе. При этом ток каскадного многоуровневого инвертора напряжения 9 приобретает индуктивный характер, т.е. отстает на 90° от указанного линейного напряжения. Во втором вышеуказанном режиме значение первой гармоники U1 выходного напряжения uвых каскадного многоуровневого инвертора напряжения 9 больше линейного напряжения первой вторичной обмотки силового трансформатора 1 и также находится с ним в фазе. Тогда ток каскадного многоуровневого инвертора напряжения 9 приобретает емкостной характер, т.е. опережает на 90° свое линейного напряжения. В третьем режиме значение первой гармоники U1 выходного напряжения uвых каскадного многоуровневого инвертора напряжения 9 равно линейному напряжению первой вторичной обмотки силового трансформатора 1 и также как в первых двух режимах находится с ним в фазе. При этом ток каскадного многоуровневого инвертора напряжения 9 равен нулю. Токи Iab, Ibc, Ica (фиг. 1) каскадных многоуровневых инверторов напряжения 9 формируются таким образом, чтобы их сумма с токами IН1, IН2 тяговых нагрузок 3 сформировали практически симметричные синусоидальные токи IА, IB, IC в фазах первой вторичной обмотки силового трансформатора 1. Кроме того, заявляемое устройство обеспечивает отсутствие реактивных токов в указанных фазах силового трансформатора 1, что способствует повышению пропускной способности электропередачи в трехфазных системах электроснабжения железных дорог переменного тока 2.
На фиг. 3 в качестве примера приведена векторная диаграмма напряжений и токов поясняющая принцип работы заявляемой системы для случая, когда ток IН1 тяговой нагрузки 3 (фиг. 1), созданный одним электровозом меньше тока IН1 тяговой нагрузки 3, созданный двумя электровозами. Известно, что реальный характер токов IН1, IН2 тяговых нагрузок 3 активно-индуктивный, поэтому на векторной диаграмме, приведенной на фиг. 3, они отстают на угол φН1 и φН2 от соответствующих линейных напряжений UАВ и UBC, которые их создают.
Для симметрирования токов
Figure 00000002
,
Figure 00000003
,
Figure 00000004
(фиг. 3) в фазах первой вторичной обмотки силового трансформатора 1 (фиг. 1) необходимо, чтобы модули токов были равны IA=IB=IC, а углы между ним составляли 120°. Для этого в уравнениях токов
Figure 00000005
,
Figure 00000006
,
Figure 00000007
, составленных по первому закону Кирхгофа для заявляемой системы электроснабжения ток Iab, создаваемый соответствующим каскадным многоуровневым инвертором напряжения 9 должен иметь индуктивный характер. Токи Ibс, Ica, создаваемые соответствующими каскадными многоуровневыми инверторами напряжения 9, должны иметь емкостной характер. При этом модули токов Iab, Ibс, Iса задаются коэффициентами модуляции µab, µbc, µca, которые формирует блок управления 13 для соответствующих каскадных многоуровневых инверторов напряжения 9.
На фиг. 4 в качестве примера приведена векторная диаграмма напряжений и токов для случая, когда ток IН1 тяговой нагрузки 3 больше тока IН2 тяговой нагрузки 3. При этом на приведенной на фиг.4 диаграмме для симметрирования токов
Figure 00000002
,
Figure 00000003
,
Figure 00000004
в фазах первой вторичной обмотки силового трансформатора 1 необходимо, чтобы токи Iab, Ibc, создаваемые соответствующими каскадными многоуровневыми инверторами напряжения 9, имели соответственно индуктивный характер и емкостной, а характер тока Ica был индуктивный. Модули токов Iab, Ibс, Icа задаются коэффициентами модуляции µab, µbc, µca, которые формирует блок управления 13 для соответствующих каскадных многоуровневых инверторов напряжения 9.
Установлено, что при равенстве токов тяговых нагрузок IН1=IН2 и симметрирования токов
Figure 00000002
,
Figure 00000003
,
Figure 00000004
характеры токов Iab, Ibс сохраняются, т.е. имеют соответственно индуктивный характер и емкостной, а значение тока Ica равно нулю. Модули токов Iab, Ibc задаются коэффициентами модуляции µab, µbc, которые формирует блок управления 13 для соответствующих каскадных многоуровневых инверторов напряжения 9.
В случае, если ток тяговой нагрузки IН1≠0,а IН2=0, т.е. нагрузка отсутствует, то для симметрирования токов
Figure 00000002
,
Figure 00000003
,
Figure 00000004
токи Iab, Ibc должны иметь емкостной характер, а ток Ica - индуктивный характер. При этом модули токов Iab, Ibc, Ica задаются коэффициентами модуляции µab, µbc, µca, которые формирует блок управления 13 для соответствующих каскадных многоуровневых инверторов напряжения 9.
В случае, если ток тяговой нагрузки IН1=0, т.е. нагрузка отсутствует, а ток тяговой нагрузки IH2≠0, то для симметрирования токов
Figure 00000002
,
Figure 00000003
,
Figure 00000004
необходимо, чтобы токи Iab, Ibс имели соответственно индуктивный характер и емкостный, а характер тока Ica был индуктивный. Модули токов Iab, Ibc, Ica задаются коэффициентами модуляции µab, µbc, µса, которые формирует блок управления 13 для соответствующих каскадных многоуровневых инверторов напряжения 9.
Вышеописанные пять режимов работы системы тягового электроснабжения участка железной дороги переменного тока: IН1<IН2; IН1>IН2; IН1=≠0, IН2=0 и IН1=0, IН2≠0 показывают, что заявляемая система за счет создания безтрансформаторного устройства симметрирования токов тяговой нагрузки на основе каскадного многоуровневого исполнения, позволяет создать условия, при которых первая вторичная обмотка силового трансформатора 1 и он сам будут работать в симметричном режиме. При этом качество электрической энергии для нетяговой нагрузки 4 повышается, так как коэффициент несимметрии напряжения по обратной последовательности в указанной системе электроснабжения не превышает заданного значения. Кроме того, заявляемое устройство осуществляет компенсацию реактивной мощности, что способствует расширению пропускной способности электропередачи в трехфазных системах электроснабжения железных дорог переменного тока. Каскадное многоуровневое исполнение устройства симметрирования токов и создание некоторого запаса по напряжению для однофазных инверторов напряжения 17 допускает возможность аварийного отключения одного или двух однофазных инверторов напряжения 17, сохраняя при этом надежную работу системы в целом. Также каскадное многоуровневое исполнение устройства симметрирования токов 8 с эффективным методом ШИМ минимизируют уровни гармоник и их содержание в выходном напряжении и токе системы, что обеспечивает низкий уровень электромагнитных помех, уменьшает количество силовых фильтров и их размеры, обеспечивает легкость замены неисправных элементов системы, что повышает надежность ее работы.
Таким образом, заявляемая система с безтрансформаторным устройством симметрирования токов тяговой нагрузки на основе каскадного многоуровневого исполнения обеспечивает формирование практически синусоидальной формы его выходного напряжения с малыми уровнями высших гармоник напряжений. Это позволяет повысить коэффициент полезного действия системы тягового электроснабжения участка железной дороги переменного тока при резких изменениях токов тяговой нагрузки путем предотвращения отклонений напряжений на шинах тяговой подстанции. Кроме того, выбор низкочастотного метода ШИМ с тремя углами переключения αn1, αn2, αn3 за четверть периода полностью управляемых ключей для каждого n-го однофазного инвертора напряжения позволяет существенно уменьшить коммутационные потери на полностью управляемых ключах однофазного инвертора напряжения, что также способствует повышению коэффициента полезного действия заявляемой системы и надежности ее работы.

Claims (1)

  1. Система тягового электроснабжения участка железной дороги переменного тока, содержащая силовой трансформатор, первичная обмотка которого подключена к линии электропередачи высокого напряжения 220 кВ, к его первой вторичной обмотке, соединенной в треугольник, подключена тяговая нагрузка, а ко второй - нетяговая нагрузка, причем одна из фаз первой вторичной обмотки силового трансформатора подключена к рельсам железной дороги, а две другие фазы подключены к контактным подвескам, образующим совместно с рельсами и нейтральной вставкой две независимые однофазные системы электроснабжения тяговой нагрузки, и устройство симметрирования токов тяговой нагрузки, отличающаяся тем, что устройство симметрирования токов системы выполнено в виде трех каскадных многоуровневых инверторов напряжения с реакторами и датчиками тока, причем последние соединены в треугольник и подключены к трем фазам первой вторичной обмотки силового трансформатора, а выходы указанных датчиков тока подключены к блоку измерения токов устройства симметрирования, выход которого соединен с первым входом блока управления, второй вход указанного блока подключен к блоку измерения токов тяговой нагрузки, а входы последнего подключены к двум датчикам тока тяговой нагрузки, установленным в фазы, питающие контактные подвески железной дороги, третий вход указанного блока управления подключен к датчику напряжения нетяговой нагрузки, входы которого подключены ко второй вторичной обмотке силового трансформатора, при этом каждый каскадный многоуровневый инвертор напряжения содержит n однофазных инверторов напряжения, последовательно соединенных по цепи переменного тока, а цепь постоянного тока каждого однофазного инвертора напряжения содержит конденсатор с блоком контроля его напряжения, причем выходы всех блоков контроля напряжения конденсаторов каждого каскадного многоуровневого инвертора напряжения подключены к соответствующим входам блока управления, а его управляющие выходы подключены к соответствующим входам полностью управляемых ключей n однофазных инверторов напряжения каждого каскадного многоуровневого инвертора напряжения.
    Figure 00000001
RU2015120353/05U 2015-05-28 2015-05-28 Система тягового электроснабжения участка железной дороги переменного тока RU157607U1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015120353/05U RU157607U1 (ru) 2015-05-28 2015-05-28 Система тягового электроснабжения участка железной дороги переменного тока

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015120353/05U RU157607U1 (ru) 2015-05-28 2015-05-28 Система тягового электроснабжения участка железной дороги переменного тока

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU157607U1 true RU157607U1 (ru) 2015-12-10

Family

ID=54846051

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2015120353/05U RU157607U1 (ru) 2015-05-28 2015-05-28 Система тягового электроснабжения участка железной дороги переменного тока

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU157607U1 (ru)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113937705A (zh) * 2021-10-15 2022-01-14 中铁第一勘察设计院集团有限公司 一种铁路牵引网交流融冰装置及其控制方法
CN114583973A (zh) * 2022-03-28 2022-06-03 西南交通大学 一种柔性牵引变电所结构及其优化控制方法
CN116683381A (zh) * 2023-05-30 2023-09-01 西南交通大学 一种柔性牵引供电系统的电热防融冰方法

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113937705A (zh) * 2021-10-15 2022-01-14 中铁第一勘察设计院集团有限公司 一种铁路牵引网交流融冰装置及其控制方法
CN114583973A (zh) * 2022-03-28 2022-06-03 西南交通大学 一种柔性牵引变电所结构及其优化控制方法
CN116683381A (zh) * 2023-05-30 2023-09-01 西南交通大学 一种柔性牵引供电系统的电热防融冰方法
CN116683381B (zh) * 2023-05-30 2024-02-13 西南交通大学 一种柔性牵引供电系统的电热防融冰方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Siwakoti et al. A novel seven-level active neutral-point-clamped converter with reduced active switching devices and DC-link voltage
CN106953349B (zh) 一种用于柔性直流输电系统孤岛启动的方法
CN103552487A (zh) 一种同相供电装置及牵引供电系统
Ladoux et al. Power Quality Improvement in ac Railway Substations: The concept of chopper-controlled impedance
RU157607U1 (ru) Система тягового электроснабжения участка железной дороги переменного тока
Sujitha et al. A new hybrid cascaded h-bridge multilevel inverter-performance analysis
CN108599161B (zh) 一种贯通式牵引供电系统
Huang et al. Hierarchical model predictive control of modular multilevel matrix converter for low frequency AC transmission
Lopez-Santos et al. Hysteresis control methods
WO2018091065A1 (en) A modular multilevel converter for use in a high voltage traction system
Fabre et al. Full SiC multilevel chopper for three-wire supply systems in DC electric railways
Silversides et al. A high density converter for mid feeder voltage regulation of low voltage distribution feeders
Rekola et al. Comparison of converter losses in an LVDC distribution
Tian et al. Novel high speed railway uninterruptible flexible connector based on modular multilevel converter structure
RU2156024C1 (ru) Стабилизатор трехфазного синусоидального напряжения со звеном повышенной частоты
RU2709186C1 (ru) Стабилизатор трёхфазного синусоидального напряжения со звеном повышенной частоты
Chai et al. A low switching frequency voltage balancing strategy of modular multilevel converter
WO2013037400A1 (en) M2lc system with dual mode operation for energy transfer and reactive power compensation
KR101312589B1 (ko) 멀티레벨 인버터 및 그 인버터의 구동 방법
Sajedi et al. New grid-tied cascaded multilevel inverter topology with reduced number of switches
CN208400677U (zh) 一种逆变变压器
Kandula et al. Power flow controller for meshed systems with a fractionally rated BTB converter
KR101287444B1 (ko) 멀티레벨 인버터 및 그 인버터의 구동 방법
RU2416866C1 (ru) Преобразователь трехфазного переменного напряжения
Hasan et al. A high frequency linked modular cascaded multilevel inverter