Книжная полка Сохранить
Размер шрифта:
А
А
А
|  Шрифт:
Arial
Times
|  Интервал:
Стандартный
Средний
Большой
|  Цвет сайта:
Ц
Ц
Ц
Ц
Ц

Распредленная генерация и энергетические роутеры в системах электроснабжения железных дорог

Покупка
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.
Булатов, Ю. Н. 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. - Текст : электронный. - URL: https://znanium.com/catalog/product/1870626 (дата обращения: 09.12.2024). – Режим доступа: по подписке.
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