Распредленная генерация и энергетические роутеры в системах электроснабжения железных дорог
Покупка
Тематика:
Железнодорожный транспорт
Издательство:
Директ-Медиа
Год издания: 2020
Кол-во страниц: 171
Дополнительно
Вид издания:
Монография
Уровень образования:
ВО - Магистратура
ISBN: 978-5-4499-0083-8
Артикул: 779591.01.99
Доступ онлайн
241 ₽
В корзину
Монография посвящена вопросам применения установок распределенной генерации и энергетических роутеров в системах электроснабжения железных дорог переменного тока. Проанализированы показатели, характеризующие качество электроэнергии в электрических сетях, примыкающих к тяговым подстанциям, рассмотрены вопросы влияния несимметрии и гармонических искажений на работу генераторов малой мощности. Также представлены результаты моделирования режимов систем электроснабжения, оснащенных установками распределенной генерации, реализованными на базе синхронных и асинхронных машин, рассмотрен вопрос об устранении фликера в сетях с генераторами малой мощности. Представлены результаты моделирования систем электроснабжения, построенных с использованием энергетических роутеров. Предназначена для научных и инженерно-технических работников, занимающихся вопросами проектирования и эксплуатации систем электроснабжения, а также для аспирантов и студентов электроэнергетических специальностей.
Тематика:
ББК:
УДК:
- 621: Общее машиностроение. Ядерная техника. Электротехника. Технология машиностроения в целом
- 6294: Подвижной состав железнодорожного транспорта
ОКСО:
- ВО - Магистратура
- 13.04.02: Электроэнергетика и электротехника
ГРНТИ:
Скопировать запись
Фрагмент текстового слоя документа размещен для индексирующих роботов
Ю. Н. Булатов, А. В. Крюков, Г. О. Арсентьев РАСПРЕДЕЛЕННАЯ ГЕНЕРАЦИЯ И ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ РОУТЕРЫ В СИСТЕМАХ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ ЖЕЛЕЗНЫХ ДОРОГ Монография Второе издание, переработанное и дополненное Москва Берлин 2020
УДК 621.331 ББК 31.271 Б18 Рецензенты: Дунаев М. П. — доктор технических наук, профессор кафедры «Электропривод и электрический транспорт» Иркутского национального исследовательского технического университета; Буякова Н. В. — кандидат технических наук, доцент кафедры «Электроснабжение промышленных предприятий» Ангарского государственного технического университета Булатов, Ю. Н. Б18 Распредленная генерация и энергетические роутеры в системах электроснабжения железных дорог : монография / Ю. Н. Булатов, А. В. Крюков, Г. О. Арсентьев — 2-е изд., перераб. и доп. — Москва ; Берлин : Директ-Медиа, 2020. — 171 с. ISBN 978-5-4499-0083-8 Монография посвящена вопросам применения установок распределенной генерации и энергетических роутеров в системах электроснабжения железных дорог переменного тока. Проанализированы показатели, характеризующие качество электроэнергии в электрических сетях, примыкающих к тяговым подстанциям, рассмотрены вопросы влияния несимметрии и гармонических искажений на работу генераторов малой мощности. Также представлены результаты моделирования режимов систем электроснабжения, оснащенных установками распределенной генерации, реализованными на базе синхронных и асинхронных машин, рассмотрен вопрос об устранении фликера в сетях с генераторами малой мощности. Представлены результаты моделирования систем электроснабжения, построенных с использованием энергетических роутеров. Предназначена для научных и инженерно-технических работников, занимающихся вопросами проектирования и эксплуатации систем электроснабжения, а также для аспирантов и студентов электроэнергетических специальностей. Текст приводится в авторской редакции. УДК 621.331 ББК 31.271 ISBN 978-5-4499-0083-8 © Булатов Ю. Н., Крюков А. В., Арсентьев Г. О., 2020 © Издательство «Директ-Медиа», оформление, 2020
ОГЛАВЛЕНИЕ Список сокращений ........................................................................... 5 Введение ............................................................................................ 7 1. Качество электроэнергии в сетях, примыкающих к тяговым подстанциям ....................................................................11 1.1. Отклонения напряжения ........................................................12 1.2. Несимметрия напряжения .....................................................18 1.3. Амплитудно-фазовые характеристики несимметрии напряжений ...................................................................................21 1.4. Гармонические искажения ....................................................34 1.5. Провалы напряжения .............................................................38 Выводы .........................................................................................40 2. Влияние несимметрии и гармонических искажений на работу генераторов малой мощности ..........................................41 2.1. Влияние несимметрии ...........................................................41 2.2. Влияние высших гармоник ....................................................54 2.3. Совместное воздействие несимметрии и гармонических искажений ........................................................61 Выводы .........................................................................................73 3. Микросети для питания нетяговых потребителей .......................75 3.1. Микрогрид, наногрид и пикогрид .........................................75 3.2. Режимы микрогрид с синхронными генераторами ..............83 3.3. Имитационное моделирование режимов СЭЖД с асинхронными генераторами ....................................................95 3.4. Фликер в сетях с установками РГ и способы его устранения .................................................................................. 106 Выводы ....................................................................................... 117 3
4. Энергетические роутеры для питания нетяговых потребителей ...................................................................................119 4.1. Структура энергетического роутера....................................119 4.2. Твердотельные трансформаторы .........................................126 4.3. Установившиеся и переходные режимы сетей с энергетическими роутерами .......................................................131 4.4. Аварийные режимы в СЭС с энергетическими роутерами....................................................................................139 Выводы .......................................................................................143 Заключение .....................................................................................144 Библиографический список ............................................................149 Приложение А. Амплитудно-фазовые характеристики несимметрии напряжений СТЭ 94 кВ ............................................163
СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ АРВ — автоматический регулятор возбуждения АРЧВ — автоматический регулятор частоты вращения АСГ — асинхронный генератор АФХ — амплитудно-фазовые характеристики АЭД — асинхронный электродвигатель В — выключатель ВГ — высшие гармоники ВПТ — вставка постоянного тока ДЧ — датчик частоты вращения ИРМ — источник реактивной мощности ИЭЭС ААС — интеллектуальная ЭЭС с активно-адаптивной сетью КЗ — короткое замыкание КПД — коэффициент полезного действия КС — контактная сеть ЛЭП — линия электропередачи МПЗ — межподстанционная зона НВИЭ — нетрадиционные возобновляемые источники энергии ОАО РЖД — открытое акционерное общество «Российские железные дороги» ОВ — обмотка возбуждения о.е. — относительные единицы ПК — программный комплекс ПКЭ — показатели качества электроэнергии ПИ — пропорционально-интегральный регулятор ПИД — пропорционально-интегрально-дифференциальный регулятор Р — реактор РГ — распределённая генерация РМ — реактивная мощность РЭС — район электроснабжения нетяговых потребителей СГ — синхронный генератор СТ — симметрирующий трансформатор СТЭ — система тягового электроснабжения СЭЖД — система электроснабжения железной дороги СЭС — система электроснабжения 5
Т — турбина ТИ — телеизмерения ТН — трансформатор напряжения ТП — тяговая подстанция ТС — тяговая сеть ТТ — трансформатор тока ЭПС — электроподвижной состав ЭР — энергетический роутер ЭЭ — электрическая энергия ЭЭС — электроэнергетическая система FACTS — flexible alternative current transmission systems (гибкая система передачи переменного тока) Smart grid — интеллектуальная электрическая сеть SST — твердотельный трансформатор
ВВЕДЕНИЕ Магистральное направление развития электроэнергетики России основывается на переходе к новой технологической платформе, в основу которой положена концепция интеллектуальных электрических сетей. Для реализации этой концепции требуется решение следующих задач [37, 122, 140]: • применение эффективных устройств для дистанционных измерений параметров режима ЭЭС; • внедрение быстродействующих вычислительных комплексов и информационных технологий, использующих достижения в области искусственного интеллекта, для оценки состояния ЭЭС и управления; • установка в сетях активных, автоматически управляемых технических средств регулирования режимов ЭЭС; • создание системы управления нормальными и аварийными режимами, основанной на применении интеллектуальных технологий; • широкомасштабное использование установок распределенной генерации [31, 135], в том числе реализованных на основе возобновляемых источников энергии; • улучшение качества электроэнергии [38–41] и повышение эффективности использования энергоресурсов. Цель указанных преобразований состоит в переходе к интеллектуальным энергосистемам с активно-адаптивными сетями, построенным с использованием технологий энергетического интернета — «Энерджинет». Одним из достаточно емких потребителей электроэнергии является железнодорожный транспорт [108]. Электросетевой комплекс ОАО «РЖД» является сложной технической системой, обеспечивающей решение следующих задач: • электроснабжение тяги поездов; • питание объектов, обеспечивающих безопасность движения (сигнализация, централизация, автоблокировка и связь); • электроснабжение объектов железнодорожной инфраструктуры: эксплуатационных и ремонтных депо [9, 80], центров обработки данных, вокзалов и т. д. Основу электросетевого комплекса составляют тяговые подстанции и сети, обеспечивающие надежное электроснабжение 7
перевозочного процесса, а также нетяговых и нетранспортных потребителей. На некоторых ТП электропотребление нетяговыми объектами превосходит расход электроэнергии на тягу поездов. В электрических сетях, примыкающих к тяговым подстанциям, а также в системах электроснабжения железных дорог в полном объеме применимы технологии интеллектуальных сетей [47, 51, 52, 75, 76, 84–88, 100–102, 130, 131]. Однако СЭЖД обладают рядом особенностей, существенно отличающих их от электрических сетей общего назначения. К этим особенностям можно отнести [9, 65]: • резкопеременную, однофазную и нелинейную тяговую нагрузку; • значительную пространственную распределенность; • перемещение потребителей электроэнергии в пространстве; причем скорость этих перемещений с каждым годом возрастает. Однофазные тяговые нагрузки создают в сетях, примыкающих к ТП, значительные отклонения напряжений и уровни несимметрии, неблагоприятно влияющие на работу большинства потребителей электроэнергии. Нелинейные вольтамперные характеристики выпрямительных электровозов являются причиной генерации высших гармоник, также негативно влияющих на электрооборудование. Перечисленные факторы необходимо учитывать при разработке и внедрении технологий интеллектуальных сетей на объектах железнодорожного транспорта. Для эффективного применения этих технологий необходима разработка методов моделирования СЭЖД, позволяющих адекватно учитывать активные элементы и неопределенность информации о параметрах и режимах ЭЭС. Такие методы могут быть реализованы на основе применения современных методов моделирования, в основу которых могут быть положены два вида моделей: • статические и квазидинамические модели, реализованные на основе фазных координат; • динамические модели, формируемые на базе средств программной системы MATLAB. Реализация концепции интеллектуальных электрических сетей, использующих технологии «Энерджинет», требует решения большого комплекса научно-технических задач. В настоящей работе рассматриваются несколько таких задач, а именно: 8
• разработка методов и средств моделирования режимов СЭЖД, оснащенных установками распределенной генерации, реализованными на базе синхронных и асинхронных машин относительно небольшой мощности; • создание средств моделирования систем электроснабжения нетяговых потребителей, использующих энергетические роутеры, в основу которых положены твердотельные трансформаторы. • Научную новизну работы определяют следующие результаты: • на основе экспериментальных исследований и компьютерного моделирования определены допустимые режимы работы синхронных генераторов малой мощности в условиях пониженного качества электроэнергии по несимметрии и гармоническим искажениям; • предложены оригинальные технологии компьютерного моделирования СЭЖД, оснащенных установками РГ с синхронными генераторами; • разработана математическая модель асинхронного генератора, отличающаяся от известных структурой в виде трех источников токов, параметры которых корректируются на итерациях расчета стационарного режима СЭЖД; на базе этой модели предложены оригинальные технологии имитационного моделирования квазидинамических режимов работы СЭЖД, оборудованных асинхронными генераторами; • предложены методы устранения фликера в сетях с установками РГ, отличающиеся от известных использованием согласованной настройки автоматических регуляторов возбуждения и частоты; • предложены технологии компьютерного моделирования нормальных и аварийных режимов систем электроснабжения, оснащенных энергетическими роутерами; эти технологии отличаются от известных возможностью применения в железнодорожных электрических сетях 6…10 кВ, характеризующихся пониженным качеством электроэнергии. • Практическая значимость работы определяется тем, что на основе предложенных авторами методов и средств компьютерного моделирования возможно решение следующих актуальных задач, возникающих при проектировании и эксплуатации систем электроснабжения железных дорог: 9
• внедрение эффективных технологий интеллектуальных сетей и «Энерджинет» в системы электроснабжения ответственных потребителей железнодорожного транспорта; • определение областей допустимой работы установок РГ при наличии несимметрии и гармонических искажений; • устранение фликера в сетях, оборудованных генераторами малой мощности. В первой главе проанализированы показатели, характеризующие качество электроэнергии в электрических сетях, примыкающих к тяговым подстанциям. Во второй — рассмотрены вопросы влияния несимметрии и гармонических искажений на работу генераторов малой мощности. Третья глава посвящена применению технологий интеллектуальных сетей (микрогрид, наногрид и пикогрид) в системах электроснабжения нетяговых потребителей. Здесь же представлены результаты моделирования режимов систем электроснабжения, оснащенных установками распределенной генерации, реализованными на базе синхронных и асинхронных машин, а также рассмотрен вопрос об устранении фликера в сетях с генераторами малой мощности. В четвертой главе представлены результаты моделирования СЭС, построенных с использованием энергетических роутеров.
Доступ онлайн
241 ₽
В корзину