Resumen: Como carga desequilibrada típica, la carga de tracción del ferrocarril electrificado trae problemas de armónicos, secuencia negativa y calidad de la energía reactiva a la red eléctrica pública.
Ignorar. La compensación de var estática (SVC) es un método eficaz para reducir o incluso eliminar problemas de calidad de la energía, como la potencia reactiva y los armónicos. Stand still
A partir del compensador de potencia reactiva se estudia el control integral de la calidad de la energía eléctrica de los ferrocarriles electrificados.
Palabras clave: ferrocarril electrificado; red eléctrica; calidad de la energía; prevención y control integrales
1 Introducción
El kilometraje total de los ferrocarriles electrificados en China ha superado los 24.000 kilómetros. .
Segundo puesto del mundo. Los ferrocarriles electrificados tienen una gran capacidad de carga y velocidades de circulación rápidas.
Con las ventajas de calentamiento rápido, ahorro de energía y menor contaminación ambiental, juega un papel importante en el desarrollo económico de la economía nacional moderna.
Sin embargo, debido a fluctuaciones aleatorias en la carga de tracción de los ferrocarriles electrificados.
Dinámico y asimétrico, trae problemas de calidad de la energía como la corriente de secuencia negativa,
armónicos y potencia reactiva a la red pública y también ha atraído gran atención.
Atención. Este artículo estudia cómo controlar la carga de tracción de los ferrocarriles electrificados mediante medios eficaces.
Una serie de problemas de calidad eléctrica para garantizar el resto de energía en la red.
El funcionamiento seguro y económico de los equipos es de gran importancia.
2 Sistema de suministro de energía para tracción ferroviaria electrificada
2 1 Descripción general
El voltaje de la red de suministro de energía de mi país es generalmente de 110 kV o
220 kV a través de Conversión de transformador de tracción en 27 5kV como fuente de alimentación de tracción.
Alimentación de locomotoras. En la actualidad, los transformadores de tracción populares incluyen principalmente transformadores de tracción monofásicos, transformadores de tracción Y-D11, transformadores de tracción de adaptación de impedancia, transformadores Scott, etc. Los ferrocarriles electrificados de China utilizan frecuencia eléctrica CA.
Alimentación trifásica 50Hz y alimentación monofásica, su carga tira de locomotoras eléctricas.
Alta potencia, velocidad y cambios frecuentes en las condiciones de carga y características asimétricas.
La red eléctrica de tracción tiene bajo factor de potencia, alto contenido de armónicos y secuencia negativa.
Características como las grandes corrientes no solo causan grandes pérdidas, sino que también causan graves daños a la red eléctrica pública y otros equipos eléctricos a lo largo del ferrocarril.
Se deben tomar las siguientes medidas
Medidas de gobernanza efectivas[1].
2.2 Red de alimentación de tracción con transformador monofásico
La topología del sistema de alimentación de tracción con transformador de tracción monofásico es la siguiente
La figura 1 muestra [2].
La red de tracción del cableado monofásico utiliza transformador monofásico para el suministro eléctrico.
Se divide en modo de conexión monofásica y modo de conexión V-V. Cableado monofásico
El lado primario del transformador está conectado entre las dos fases en el sistema de alimentación trifásico
Un extremo está conectado a la barra colectora del lado de tracción; y el otro extremo está conectado a la vía y a la conexión a la red de tierra.
Los transformadores de tracción tienen una alta utilización de capacidad, pero son monofásicos en el sistema eléctrico.
La corriente de secuencia negativa generada por la carga de tracción es grande y la red de contactos no puede suministrar energía.
Se consigue suministro de energía bilateral. Por lo tanto, este tipo de cableado sólo es adecuado para la capacidad del sistema de energía.
Donde el suministro de energía es grande, la red eléctrica está relativamente desarrollada y la energía de carga trifásica puede ser suministrada de manera confiable
a través de la red eléctrica local. Además, los transformadores de tracción monofásicos
se diseñarán y fabricarán de acuerdo con aislamiento total. El cableado V-V monofásico será de dos transformadores monofásicos.
Los transformadores de tensión se conectan en forma de V a cada subestación de tracción del sistema eléctrico trifásico.
Todos ellos pueden alimentarse con la tensión de línea bifásica de un sistema trifásico. Dos conversiones de tensión
Un extremo del devanado secundario está conectado a la barra colectora bifásica de la subestación de tracción.
Y sus otros extremos se conectan a los carriles y conducen de regreso en forma de terminales macho. Fila de retorno de
. En este momento, la diferencia de voltaje entre los dos brazos es de 60° y se reduce la asimetría de corriente. Esta conexión a menudo se denomina conexión de 60°.
2.3 Red de alimentación de tracción con transformador trifásico Y-D11
Utilizar transformador de tracción trifásico Y-D11 para ampliar el sistema de alimentación de tracción
La La estructura del robot se muestra en la Figura 2 (2).
Presentamos el lado de alto voltaje del transformador de tracción de unión trifásico Y-D11
Las líneas se conectan a 110 kV o 220 kV en el orden especificado, que es mayor en los tres. -sistema de alimentación de fase.
Línea de transmisión de tensión; el ángulo C en el lado de baja tensión del transformador está conectado a la vía y a la red de puesta a tierra.
Luego, las otras dos esquinas A y B del transformador se conectan a los buses en fase de 27±5kV fase A y fase B
respectivamente. El bus de tracción bifásico suministra energía a los brazos de alimentación correspondientes en ambos lados.
La fuente de alimentación, los dos brazos están separados 60° y también están conectados a 60°. Por lo tanto, se utiliza un aislador de fase dividida entre dos secciones de catenaria adyacentes.
Dispositivo de compensación de potencia reactiva estática y dinámica 3 SVC
3 1 Desarrollo del compensador de potencia reactiva estática
Dispositivo de compensación de potencia reactiva estática y dinámica SVC es un avanzado Alta -Dispositivo de compensación de potencia reactiva de velocidad.
Dispositivo de compensación dinámica del factor de potencia de la red de tensión. Al mejorar el factor de potencia
, se puede ahorrar una gran cantidad de energía eléctrica y, al mismo tiempo, se pueden reducir los armónicos de la red eléctrica, se puede estabilizar la presión del consumo de energía y la Se puede mejorar la calidad de la red eléctrica (medio ambiente). En la década de 1970,
los reactores controlados por tiristores (TCR) y los condensadores conmutados por tiristores.
Dispositivo (TSC) y su dispositivo de mezcla (TCR TSC), etc.
El compensador estático de var (SVC) compuesto por fórmulas se ha desarrollado rápidamente. Un circuito virtual conmutado
puede verse como un elemento reactivo con susceptancia ajustable, dependiente de la electricidad.
El interruptor del subdispositivo realiza el ajuste de potencia reactiva. SVC se puede utilizar como compensación del sistema.
Ajusta e intercambia continuamente potencia reactiva con el sistema. También tiene una velocidad de respuesta rápida y puede mantener constante el voltaje del terminal.
3 2 El principio de funcionamiento de SVC y su aplicación en redes eléctricas
La topología básica de TCR TSC SVC se muestra en la Figura 3. Incluye
1 TCR, 2 TSC y 2 filtros pasivos. De hecho,
En el sistema, el número de TSC y grupos de filtros pasivos se puede configurar según sea necesario.
El principio de funcionamiento del TCR es conectarse al reactor controlado por fase mediante control.
El pulso de disparo de cambio de fase del par de tiristores antiparalelo se utiliza para cambiar el valor equivalente del reactor.
El tamaño de la susceptancia, generando así potencia reactiva continuamente variable. En la Figura 3
los dos tiristores pueden cambiar la corriente a través del inductor cambiando
el ángulo de control α de acuerdo con el interruptor de CA monofásico de media onda. La medición de α se basa en tomar el punto de cruce por cero de voltaje como punto de referencia, y α se puede activar parcialmente entre 90 y 180.
Cuando el ángulo de conducción aumenta, la componente fundamental de la corriente disminuye, lo que equivale a un aumento de la reactancia.
Reduce la reactancia de la potencia reactiva fundamental. El ángulo de conducción es de 90 ~ 180.
Durante el proceso de ajuste continuo, la corriente también cambia continuamente del valor nominal a 0 y el TCR aumenta.
La corriente de compensación proporcionada contiene componentes armónicos [3].
El principio de funcionamiento del TSC se basa en el cambio de potencia reactiva inductiva de la carga.
El condensador es cortado o puesto en funcionamiento mediante el par de tiristores antiparalelos. Aquí,
A diferencia del tiristor en TCR, el tiristor se utiliza sólo como interruptor.
Actuar por etapas. En un sistema real, cada banco de condensadores debe estar conectado en serie.
Un reactor de amortiguación para reducir el funcionamiento anormal del cristal.
El valor de sobrecorriente del tubo de freno, evitando al mismo tiempo la resonancia con el sistema. Uso de cristales
Al cambiar bancos de condensadores, generalmente se elige el voltaje máximo del sistema o
el cruce por cero es una condición necesaria para la acción de conmutación.
Dado que el condensador TSC sólo conmuta entre dos valores de corriente extremos, no genera armónicos, pero compensa la potencia reactiva paso a paso.
El principio de funcionamiento conjunto de TCR y TSC es el siguiente: cuando el voltaje del sistema es bajo,
al configurar el voltaje de funcionamiento, se debe poner la potencia reactiva que necesita compensarse. en funcionamiento.
Cuando el número de baterías de condensadores es ligeramente positivo (sobrecompensación), esto
Luego se utiliza el TCR para ajustar la potencia reactiva inductiva de salida para compensar esta parte.
Sobrecompensa la potencia reactiva capacitiva; cuando el voltaje del sistema es mayor que el voltaje establecido, se apagará.
Además de todas las baterías de condensadores, sólo el TCR sigue funcionando.
Control y gestión integral de la calidad de la red eléctrica
4 1 Supresión de armónicos y compensación de potencia reactiva
La aplicación del dispositivo de compensación dinámica de potencia reactiva SVC en la potencia de tracción Aplicación del sistema de suministro
La clave para una gestión integral de la potencia reactiva y armónica es la compensación máxima de potencia reactiva del SVC.
Determinación de compensación y diseño de ramal de filtro [3].
La compensación máxima de potencia reactiva Qsvc de svc debe ser el valor negativo de la tracción de la línea diseñada.
La carga deberá ser compatible con la carga máxima de tracción del ferrocarril electrificado.
La demanda de potencia activa y el factor de potencia del lugar de instalación después de la compensación o en el valor máximo
La pérdida máxima de voltaje durante una sobretensión se puede determinar mediante la siguiente fórmula
Según el cálculo de la fórmula (1) y (2).
QSVC = (tanφ1-tanφ2)Pmax(1)
Donde φ1 y φ2 son la potencia medida antes y después de la compensación de la fuente de alimentación de 110kV respectivamente.
Perspectiva del factor; Pmax es la demanda máxima de potencia activa de la carga ferroviaria electrificada.
QSVC = Qfmax-δU Xs(2)
Donde Qfmax es la potencia reactiva máxima impactada en el lugar de instalación de δU;
El requisito máximo de pérdida de voltaje en sitio; Xs es la impedancia del sistema.
Para lograr el efecto de supresión armónica ideal, la FC debe considerarse de manera integral.
El diseño de la rama del filtro no sólo debe garantizar el funcionamiento seguro del dispositivo, sino también lograr
el efecto ideal esperado. En el diseño real, los componentes armónicos contenidos en el brazo de potencia se utilizan primero para determinar la composición de la rama del filtro FC. Después
Entre los armónicos de las cargas de tracción eléctrica, el tercer, quinto y séptimo armónicos representan una gran proporción.
Por lo tanto, la rama del filtro FC es generalmente un filtro de tercer, quinto y séptimo orden de sintonización única.
Está compuesto por dispositivo ondulatorio.
Cuando se determinan la capacidad máxima de compensación de potencia reactiva y la composición de la rama del filtro,
Cómo asignar razonablemente la capacidad de potencia reactiva a cada rama del filtro se muestra a continuación
Una pregunta muy importante. Si la asignación de capacidad de cada rama de filtro es inconsistente
Por un lado, la capacidad total de la instalación del equipo será mayor, por otro lado, también es posible;
Debido a que la potencia de compensación de un determinado circuito de filtro es demasiado pequeña y se produce una sobrecarga, este circuito de filtro está configurado para un funcionamiento seguro.
El algoritmo adoptado por algunas empresas eléctricas conocidas es el siguiente [6]:
Por ejemplo, la compensación de potencia reactiva de Siemens se distribuye según la fórmula (3).
Qc(h)=QSVCIh/h∑Ih/h(3)
Donde Qc(h) es la capacidad de compensación asignada por la rama del filtro h
;es la h-ésima corriente armónica del brazo de suministro de energía.
BBC Electric Company asigna energía reactiva según la fórmula (4)
Qc(h)=QSVC∑Ih(4)
AEG Electric Power Company distribuye energía reactiva potencia según fórmula (4) 5) Configurar potencia reactiva.
Qc(3):Qc(5):Qc(11):Qc(13)= 2:2:1:1(5)
Donde Qc(3), Qc(5), Qc(11) y Qc(13) son 3, 5, 11 respectivamente.
13 Capacidad de compensación asignada al ramal de filtrado.
4.2 Compensación de corriente de secuencia negativa
La gran cantidad de corriente de secuencia negativa generada por la locomotora eléctrica de tracción se cede a otras personas en la red eléctrica.
Tiene un gran impacto en el funcionamiento seguro y económico de los equipos eléctricos. SVC estático
El dispositivo de compensación de potencia reactiva estática tiene la función de compensar la secuencia negativa y el voltaje del terminal.
Sé eficiente. En aplicaciones de ingeniería, podemos elegir el sistema de red eléctrica y la carga.
SVC[5] está instalado en ambos.
SVC se instala en el extremo del sistema de la red eléctrica para compensar la corriente de secuencia negativa.
El principio se basa en la ley de Steinmetz. Independientemente del transformador de tracción que se utilice en la minería
La implementación de la compensación de secuencia negativa se divide en los dos pasos siguientes:
(1) Corrección del factor de potencia. Al instalar dispositivos condensadores, la carga de cada fase es resistiva.
②Consulte la ley de Steinmetz), fase ab AB.
La carga resistiva G y la carga capacitiva G/ 3 de la fase BC y CA
La carga inductiva G/ 3 de cada fase son simétricas entre sí.
El diagrama de bucle actual y el diagrama de fases se muestran en la Figura 4 y la Figura 5 respectivamente:
Se puede ver claramente en la Figura 5 que las corrientes de línea i. y i.c es simétrico.
Con secuencia positiva, también se puede realizar la carga de impedancia entre la fase BC y la fase CA.
Simetría similar, por lo que se pueden compensar todas las corrientes de secuencia negativa del sistema.
Compensación y eliminación.
La cuestión clave ahora es cómo mantenerse al día con las fluctuaciones en las cargas de tracción.
Los bancos de condensadores e inductores necesarios para la compensación se controlan eficazmente. Desesperado por las señales digitales
Condensadores fijos (FC) de DSP y reactores controlados por tiristores.
La combinación de (TCR) es ampliamente utilizada, como se muestra en la Figura 6. Gracias a
DSP se puede procesar rápidamente la información de los datos y compensar la capacitancia e inductancia requerida.
Los parámetros se pueden calcular de forma rápida y precisa.
5 Conclusión y perspectivas
Basado en los dispositivos de compensación de potencia reactiva estático y dinámico, se propone un dispositivo de compensación de potencia reactiva estático y dinámico.
Principios y aplicaciones de control y gestión integral de la calidad de la energía en redes de tracción ferroviaria electrificada
Esta solución tiene un importante significado en ingeniería. La calidad de la energía de los ferrocarriles electrificados es un tema y un problema importante y grave que requiere que exploremos constantemente otros nuevos.
Sobre la base del método de compensación integral, el impacto en la calidad de la energía se controla y gestiona de manera integral.
Potencia reactiva, armónicos, secuencia negativa y otros factores para mejorar la calidad eléctrica de la red eléctrica y garantizar el consumo eléctrico.
Seguridad de la red y funcionamiento económico.
Referencia
[1] Li Qunzhan. Compensación integral paralela del ferrocarril electrificado y su aplicación [M] Beijing: China Railway.
Prensa, 1993.
[2] TB/10009-2005 Especificaciones de diseño[S] de fuente de alimentación de tracción eléctrica ferroviaria.
Wang Zhaoan. Supresión de armónicos y compensación de potencia reactiva [M]. Beijing: Machinery Industry Press, 1999.
[4] Instituto de Diseño y Estudio de Electrificación de la Oficina de Ingeniería de Electrificación del Ministerio de Ferrocarriles. Manual de diseño de ferrocarril electrificado
Sistema de suministro de energía[M]. Beijing: Editorial de Ferrocarriles de China, 1988.
[5]An Peng, Zhang Lei, Liu Yutian. El impacto de los ferrocarriles electrificados en el funcionamiento seguro de los sistemas eléctricos
Política[J]. Tecnología de energía eléctrica de Shandong, 2005, (4): 16-19.
Ma Liqian. Aplicación de un dispositivo de compensación dinámica de potencia reactiva en una subestación de tracción [J]. Ferrocarril Electrificado
Tao, 2008(4).