RU2710022C1 - Switching filter compensating unit - Google Patents
Switching filter compensating unit Download PDFInfo
- Publication number
- RU2710022C1 RU2710022C1 RU2019108108A RU2019108108A RU2710022C1 RU 2710022 C1 RU2710022 C1 RU 2710022C1 RU 2019108108 A RU2019108108 A RU 2019108108A RU 2019108108 A RU2019108108 A RU 2019108108A RU 2710022 C1 RU2710022 C1 RU 2710022C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- switch
- voltage
- damping resistor
- current
- fcu
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
- H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
- H02J3/12—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks for adjusting voltage in ac networks by changing a characteristic of the network load
- H02J3/16—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks for adjusting voltage in ac networks by changing a characteristic of the network load by adjustment of reactive power
-
- 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
- Y02E40/30—Reactive power compensation
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Supply And Distribution Of Alternating Current (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к системам электроснабжению электрических железных дорог переменного тока, в частности, к устройствам поперечной емкостной компенсации реактивной мощности тяговой нагрузки и фильтрации высших гармоник тока и напряжения в тяговой сети, то есть к фильтрокомпенсирующим установкам (ФКУ).The invention relates to power supply systems for electric railways of alternating current, in particular, to devices for transverse capacitive compensation of reactive power of the traction load and filtering higher harmonics of current and voltage in the traction network, that is, filter-compensating installations (PKU).
Известны ФКУ, подключаемые между питающим контактным проводом или питающей шиной 27,5 кВ и нулевой шиной - рельсом, содержащие последовательно включенные конденсатор и реактор, образующие LC контур, настраиваемый на фильтрацию третьей гармонической составляющей [1,2]. Принцип работы и пояснения к схеме ФКУ в тяговой сети даны в [1,2]. Для ограничения бросков тока и перенапряжений на конденсаторе при включении ФКУ, последовательно в LC контур на время коммутации включают демпфирующий (пусковой) резистор, который после включения ФКУ шунтируется выключателем.PKUs are known that are connected between a supply contact wire or a 27.5 kV supply bus and a zero rail rail, containing a capacitor and a reactor connected in series, forming an LC circuit, tuned to filter the third harmonic component [1,2]. The principle of operation and explanations to the PKU scheme in the traction network are given in [1,2]. To limit inrush currents and overvoltages on the capacitor when switching on the FKU, a damping (starting) resistor is switched on in series in the LC circuit for the duration of the switching, which after switching on the FKU is shunted by a switch.
Недостаток указанных аналогов заключается в том¸ что тяговая нагрузка на межподстанционной зоне постоянно изменяется, в то время как значение емкости ФКУ независимо от нагрузки остается постоянным. Значение емкости ФКУ согласно существующим нормативным документам выбирается из расчета получения минимальных потерь электроэнергии или из расчета максимально возможного повышения напряжения для обеспечения провозной способности железной дороги. Во втором случае емкость получается примерно в 1,5 раза больше чем в первом случае. Это значит, что если выбрать емкость по первому варианту для получения минимальных потерь при средних нагрузках, то этой емкости не хватит, чтобы поддержать напряжение при проходе тяжеловесных поездов. Если же выбрать емкость такой, чтобы пропускать тяжеловесные поезда, то при средних нагрузках будет перекомпенсация реактивной мощности и при этом может чрезмерно возрасти напряжение и потери электроэнергии. При этом может произойти аварийное отключение ФКУ. К тому же при высоком напряжении резко снижается надежность работы конденсаторов. Следовательно, ФКУ должно быть регулируемым и иметь хотя бы два значения для указанных выше режимов, чтобы обеспечить снижение потерь электроэнергии, т.е. энергосбережение без ущерба для перевозочного процесса при пропуске тяжеловесных составов путем изменения значения емкости ФКУ.The disadvantage of these analogues is that the traction load on the inter-substation zone is constantly changing, while the value of the PKU capacity remains constant regardless of the load. The value of the PKU capacity according to existing regulatory documents is selected on the basis of obtaining the minimum loss of electricity or on the basis of the maximum possible increase in voltage to ensure the carrying capacity of the railway. In the second case, the capacity is approximately 1.5 times greater than in the first case. This means that if you select the capacity according to the first option to obtain minimal losses at medium loads, then this capacity is not enough to maintain the voltage during the passage of heavy trains. If you select a capacity such as to allow heavy trains to pass, then at moderate loads there will be overcompensation of reactive power, and at the same time voltage and energy losses can increase excessively. In this case, an emergency shutdown of the PKU may occur. In addition, at high voltage, the reliability of the capacitors decreases sharply. Consequently, the PKU must be adjustable and have at least two values for the above modes to ensure a reduction in energy losses, i.e. energy saving without prejudice to the transportation process when skipping heavy trains by changing the PKU capacity value.
Известно также устройство автоматического регулирования компенсации реактивной мощности, которое имеет две ступени мощности [3]. Недостатком этого устройства является то, что при шунтировании одной секции устройства в остающейся в работе секции возникают броски тока и напряжения.Also known is a device for automatically controlling reactive power compensation, which has two power levels [3]. The disadvantage of this device is that when shunting one section of the device in the remaining section, surges and currents occur.
В качестве наиболее близкого технического решения принимаем переключаемую фильтрокомпенсирующую установку, описанную в [4]. Наличие двух секций в конденсаторной батарее обеспечивает две ступени мощности ФКУ - наименьшую и наибольшую.As the closest technical solution, we take a switched filter-compensating installation described in [4]. The presence of two sections in the capacitor bank provides two levels of power PKU - the smallest and largest.
Недостатком прототипа является то, что ступени ФКУК при одной и той же индуктивности реактора и разных значениях емкостей имеют разные резонансные частоты, что сказывается на фильтрующих свойствах устройства. Кроме того, при увеличении мощности ФКУ, т.е. при шунтировании одной секции конденсаторной батареи в оставшейся цепи LC отсутствует демпфирующий резистор, что вызывает значительные броски тока и перенапряжения на остающемся в работе конденсаторе.The disadvantage of the prototype is that the steps of the FCCC at the same reactor inductance and different capacitance values have different resonant frequencies, which affects the filtering properties of the device. In addition, with an increase in the power of the PKU, i.e. when bypassing one section of the capacitor bank in the remaining LC circuit, there is no damping resistor, which causes significant inrush currents and overvoltages on the remaining capacitor.
Цель изобретения - повышение эффективности устройства, снижение бросков тока и напряжения на секции конденсатора при переключении на большую мощность и за счет этого повышение эксплуатационной надежности ФКУ и его долговечности.The purpose of the invention is to increase the efficiency of the device, reduce the inrush current and voltage on the capacitor sections when switching to high power and thereby increase the operational reliability of the FCU and its durability.
Указанная цель достигается за счет того, что в переключаемое фильтрокомпенсирующее устройство, содержащее первый выключатель, подключенный первым выводом к питающей шине, а вторым выводом через реактор - к первому выводу конденсаторной батареи с двумя последовательно соединенными секциями, демпфирующий резистор, зашунтированный вторым выключателем, третий выключатель, подключенный первым выводом к точке соединения двух секций конденсаторной батареи, дополнительно введены второй реактор, подключенный между вторым выводом конденсаторной батареи и первым выводом демпфирующего резистора, датчик тока, подключенный между вторым выводом демпфирующего резистора и нулевой шиной¸ датчик напряжения, подключенный между питающей шиной и нулевой шиной и блок управления с двумя входами и двумя выходами, первый вход блока управления подключен к датчику напряжения, а второй вход - к датчику тока, выходы блока управления подключены к управляющим входам второго и третьего выключателя¸ а второй вывод третьего выключателя подключен к первому выводу демпфирующего резистора. Кроме того, в качестве второго выключателя пользован биполярный тиристорный ключ.This goal is achieved due to the fact that a damping resistor shunted by the second switch is connected to the switchable filter-compensating device containing the first switch connected by the first terminal to the supply bus and the second terminal through the reactor to the first terminal of the capacitor bank with two series-connected sections connected by the first terminal to the junction point of two sections of the capacitor bank, a second reactor is additionally introduced, connected between the second terminal of the condensate battery and the first output of the damping resistor, a current sensor connected between the second output of the damping resistor and the zero bus напряжения a voltage sensor connected between the supply bus and the zero bus and a control unit with two inputs and two outputs, the first input of the control unit is connected to the voltage sensor, and the second input is to the current sensor, the outputs of the control unit are connected to the control inputs of the second and third switch¸ and the second output of the third switch is connected to the first output of the damping resistor. In addition, a bipolar thyristor switch is used as the second switch.
Предлагаемое устройство имеет два главных отличительных признака от аналога [3] и прототипа [4]. Во-первых, при шунтировании одной секции конденсаторной батареи последовательно с остающейся в работе секцией для ограничения перенапряжений и сверхтоков включается демпфирующий резистор. Во-вторых, для этих же целей демпфирующий резистор после замыкания одной секции шунтируется биполярным тиристорным ключом в момент прохождения тока через нуль.The proposed device has two main distinguishing features from analogue [3] and prototype [4]. Firstly, when bypassing one section of the capacitor bank in series with the remaining section in order to limit overvoltages and overcurrents, a damping resistor is turned on. Secondly, for the same purpose, the damping resistor after the closure of one section is bridged with a bipolar thyristor key at the moment the current passes through zero.
На рис. 1 показана схема предлагаемого изобретения, на которой приняты следующие обозначения:In fig. 1 shows a diagram of the invention, which adopted the following notation:
1 - питающая шина 27,5 кВ,1 - supply bus 27.5 kV,
2 - первый выключатель,2 - the first switch
3 - первый реактор,3 - the first reactor
4 и 5 - первая и вторая секции конденсаторной батареи,4 and 5 - the first and second sections of the capacitor bank,
6 - конденсаторная батарея,6 - capacitor bank,
7 - точка соединения первой и второй секций конденсаторной батареи7 - connection point of the first and second sections of the capacitor bank
8 - второй реактор,8 - the second reactor
9 - третий выключатель,9 - the third switch
10 - демпфирующий резистор,10 - damping resistor,
11 - второй выключатель,11 - the second switch
12 - датчик тока,12 - current sensor,
13 - нулевая шина - рельс,13 - zero tire - rail,
14 - блок управления.14 - control unit.
15 - датчик напряжения.15 - voltage sensor.
Схема работает следующим образом. Перед включением первого - главного выключателя 2, вводящего устройство в работу, размыкаются выключатели 9 и 11. Включается выключатель 2 и устройство с двумя последовательно включенными конденсаторными секциями подключается к питающему напряжению через демпфирующий резистор 10. Через несколько периодов питающего напряжения, когда закончится переходный процесс, включается второй выключатель 11 и демпфирующий резистор 10 шунтируется, Демпфирующее сопротивление становится равным нулю и ФКУ при средних нагрузках работает в штатном режиме. The scheme works as follows. Before turning on the first - the
Когда проходят тяжеловесные поезда и нагрузка возрастает, напряжение в тяговой сети падает. Получив от датчика напряжения 15 сигнал об уменьшении напряжения, блок управления 14 подает сигнал на отключение выключателя 11. После отключения выключателя 11 включается выключатель 9. Вторая секция ФКУ (конденсатор 5 и реактор 8) исключается из работы. Емкость ФКУ при этом возрастает, что обеспечивает необходимое повышение напряжения в контактной сети. Через небольшой промежуток времени демпфирующий резистор 10 шунтируется выключателем 11.When heavy trains pass and the load increases, the voltage in the traction network drops. Having received a voltage reduction signal from the
При этом резонансная частота ФКУ остается прежней, так как обе секции ФКУ настроены на одну и ту же частоту 142 Гц для фильтрации третьей гармоники с небольшой расстройкой. В контуре шунтируемой второй секции ФКУ нет демпфирующего резистора 10. Однако, как показали исследования авторов, никаких опасных бросков тока и напряжения в ней не возникает. В прототипе необходимо было разряжать конденсатор второй секции ФКУ обязательно через демпфирующий резистор, чтобы избежать экстратоков при разряде конденсатора накоротко. При разряде конденсатора через реактор не возникает опасных перенапряжений и сверхтоков. В замкнутом контуре возникают не опасные колебания напряжения и тока с частотой 142 Гц, которые за счет небольшого активного сопротивления реактора постепенно затухают. Но зато при шунтировании второй секции демпфирующий резистор 10 включается последовательно с первой секцией ФКУ. Это значительно уменьшает броски тока и напряжения на элементах первой секции. Через несколько периодов питающего напряжения после включения выключателя 9 включается выключатель 11, шунтирующий демпфирующий резистор.In this case, the resonant frequency of the PKU remains the same, since both sections of the PKU are tuned to the same frequency of 142 Hz to filter the third harmonic with a slight detuning. There is no
Благодаря наличию датчика тока 12 блок управления 14 подает импульс на включение выключателя 11(биполярного тиристора) в тот момент времени¸ когда ток установки переходит через нуль. Это обеспечивает протекание переходного процесса с минимальными превышениями тока и напряжения.Due to the presence of a
Когда нагрузка в тяговой сети спадает, для перевода ФКУ в штатный режим энергосбережения выключатель 11, а затем и выключатель 9 отключаются, Затем, спустя некоторое время, включается выключатель 11, шунтирующий демпфирующий резистор 10 и ФКУ переводится в штатный режим энергосбережения. Напряжение на конденсаторах уменьшается и они меньше изнашиваются. Потери электроэнергии в этом режиме минимальные.When the load in the traction network decreases, to switch the PKU into the normal energy-saving mode, the
Перед отключением установки выключают выключатель 11 и в цепь ФКУ вводится демпфирующий резистор 10. После этого отключается главный выключатель 2.Before turning off the installation, turn off the
Экономический эффект изобретения выражается в увеличении надежности работы устройства, что позволяет его включать и отключать по мере надобности при переменной тяговой нагрузке и переводить устройство из нерегулируемого режима в регулируемый. Последнее актуально для исключения генерирования реактивной мощности при малых тяговых нагрузках и для повышения напряжения в контактной сети при больших тяговых нагрузках.The economic effect of the invention is expressed in increasing the reliability of the device, which allows it to be turned on and off as needed with variable traction load and transfer the device from unregulated to adjustable mode. The latter is relevant for eliminating the generation of reactive power at low traction loads and for increasing the voltage in the contact network at high traction loads.
Источники информацииSources of information
1. Герман Л.А., Серебряков А.С. Регулируемые установки емкостной компенсации в системах тягового электроснабжения железных дорог: монография. М.: МИИТ, 2012. - 211 с.1 . German L.A., Serebryakov A.S. Adjustable capacitive compensation settings in railway traction power supply systems: monograph. M .: MIIT, 2012 .-- 211 p.
2. Бородулин Б.М., Герман Л.А., Николаев Г.А. Конденсаторные установки электрифицированных железных дорог. - М.: Транспорт, 1983. - 183 с.2. Borodulin BM, German L.A., Nikolaev G.A. Condenser installations of electrified railways. - M .: Transport, 1983. - 183 p.
3. Патент №2459335 от 22.04.2011. Устройство переключаемой однофазной поперечной емкостной компенсации (Васильев С.Н., Гончаренко В.П., Латманизов М.В., Мизинцев А.В.). Опубл.20.08.2012, Бюл. 23.3. Patent No. 2459335 dated 04/22/2011. The device of switched single-phase transverse capacitive compensation (Vasiliev S.N., Goncharenko V.P., Latmanizov M.V., Mizintsev A.V.). Publ. 20.08.2012, Bull. 23.
4. Патент №2475912 от 09.03.2011. Устройство переключаемой однофазной поперечной емкостной компенсации (Серебряков А.С., Герман Л.А., Дулепов Д.Е., Семенов Д.А.). Опубл.20.02.2013. Бюл. 5.4. Patent No. 2475912 dated 03/09/2011. Switchable single-phase transverse capacitive compensation (Serebryakov A.S., German L.A., Dulepov D.E., Semenov D.A.). Published on 02.20.2013. Bull. 5.
Claims (2)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019108108A RU2710022C1 (en) | 2019-03-21 | 2019-03-21 | Switching filter compensating unit |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019108108A RU2710022C1 (en) | 2019-03-21 | 2019-03-21 | Switching filter compensating unit |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2710022C1 true RU2710022C1 (en) | 2019-12-24 |
Family
ID=69023005
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2019108108A RU2710022C1 (en) | 2019-03-21 | 2019-03-21 | Switching filter compensating unit |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2710022C1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2733071C1 (en) * | 2020-03-13 | 2020-09-29 | Государственное бюджетное образовательное учреждение "Нижегородский государственные инженерно-экономический университет | Switching filter compensating unit |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2475912C2 (en) * | 2011-03-09 | 2013-02-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Нижегородский государственный инженерно-экономический институт (НГИЭИ) | Switchable single-phase transversal capacitive compensation device within tract dc network |
RU2499341C1 (en) * | 2012-03-20 | 2013-11-20 | Леонид Абрамович Герман | Filtration and compensation device of traction ac energy system |
-
2019
- 2019-03-21 RU RU2019108108A patent/RU2710022C1/en active
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2475912C2 (en) * | 2011-03-09 | 2013-02-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Нижегородский государственный инженерно-экономический институт (НГИЭИ) | Switchable single-phase transversal capacitive compensation device within tract dc network |
RU2499341C1 (en) * | 2012-03-20 | 2013-11-20 | Леонид Абрамович Герман | Filtration and compensation device of traction ac energy system |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2733071C1 (en) * | 2020-03-13 | 2020-09-29 | Государственное бюджетное образовательное учреждение "Нижегородский государственные инженерно-экономический университет | Switching filter compensating unit |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
KR100349734B1 (en) | Power supply device for electromotive railcar | |
US10483871B2 (en) | Power conversion apparatus and power system | |
RU2475912C2 (en) | Switchable single-phase transversal capacitive compensation device within tract dc network | |
EP0442455B1 (en) | Series capacitor equipment | |
CN103499728B (en) | A kind of series capacitance unbalanced detection method of group voltage and system | |
RU2710022C1 (en) | Switching filter compensating unit | |
US20200021184A1 (en) | Robust inverter topology | |
US4700283A (en) | Control system for an electric locomotive having AC to DC converters | |
RU188806U1 (en) | The device of the three-stage filter-compensating installation of the traction network AC | |
US11088535B2 (en) | Fast ground fault circuit protection | |
RU2499341C1 (en) | Filtration and compensation device of traction ac energy system | |
RU2704023C1 (en) | Three-stage filtering compensating plant of ac traction network | |
RU2280934C1 (en) | Method for reactive power correction device | |
KR101339180B1 (en) | Automatic Voltage Regulator based on Series Voltage Compensation with AC Chopper | |
WO2016048187A1 (en) | Surge protector | |
AU2019258117A1 (en) | Precharging of an intermediate circuit | |
RU2733071C1 (en) | Switching filter compensating unit | |
RU2620128C9 (en) | Improved system of hard precharging for parallel inverters | |
RU2644150C2 (en) | Method for reducing power losses in ac traction network | |
KR102230454B1 (en) | Uninterruptible power supply having multiple harmonics filtering function | |
RU2739329C1 (en) | Switching filter compensating unit | |
RU2593210C1 (en) | Method for compensation of reactive power and device for its implementation | |
RU2459335C1 (en) | Device of automatic control of reactive power compensation | |
SE442076B (en) | PROCEDURE AND DEVICE FOR OPERATION OF POWER CONDENSERS FOR COMPENSATION OF REACTIVE DRUMS | |
RU2647709C2 (en) | Filter compensating device |