Крюков Андрей Васильевич, доктор технических наук, профессор, профессор кафедры электроснабжения и электротехники; профессор кафедры электроэнергетики транспорта
664074, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83
664074, г. Иркутск, ул. Чернышевского, 15
Andrey V. Kryukov, Dr. Sci (Eng.), Professor, Professor of the Department of Power Supply and Electrical Engineering; Professor of the Department of Transport Electrical Engineering
83, Lermontov St., Irkutsk 664074
15, Chernyshevsky St., Irkutsk 664074
Черепанов Александр Валерьевич, кандидат технических наук, доцент кафедры электроэнергетики транспорта
664074, г. Иркутск, ул. Чернышевского, 15
Aleksandr V. Cherepanov, Cand. Sci. (Eng.), Associate Professor of the Department of Transport Electrical Engineering
15, Chernyshevsky St., Irkutsk 664074
Любченко Ирина Алексеевна, аспирант
664074, г. Иркутск, ул. Чернышевского, 15
Irina A. Lyubchenko, Postgraduate Student
15, Chernyshevsky St., Irkutsk 664074
Цель – разработка методики моделирования систем электроснабжения железных дорог, оснащенных комплексом устройств, реализованных с использованием технологий интеллектуальных сетей (Smart Grid). Исследования проведены с помощью программного комплекса Fazonord, предназначенного для моделирования режимов систем электроснабжения железных дорог в фазных координатах. Расчетная модель реализована для системы электроснабжения двухпутного участка с пятью тяговыми подстанциями. Полученные результаты показали, что надежное и качественное электроснабжение тяги поездов и нетяговых потребителей может быть реализовано на основе комплексного использования активных элементов Smart Grid, таких как преобразователь числа фаз, активный кондиционер гармоник, управляемый источник реактивной мощности и установка распределенной генерации. На основе компьютерного моделирования установлено, что при отсутствии источников реактивной мощности наблюдаются заметные колебания напряжений на шинах 10 кВ нетягового потребителя, несимметрия приближается к пределу нормально допустимых значений; отключение активного фильтра приводит к повышению суммарного коэффициента гармоник напряжений до 16%; при наличии всего комплекса активных устройств достигается высокое качество электроэнергии; преобразователь числа фаз отличается робастностью и имеет невысокую чувствительность к погрешностям задания параметров; отклонения напряжений, вызванные ограниченным диапазоном изменения реактивной мощности в источнике реактивной мощности, носят кратковременный характер и не превышают приемлемых для практики величин. Таким образом, на базе технологий Smart Grid может быть реализовано подключение установок распределенной генерации непосредственно в тяговую сеть с применением устройства преобразования числа фаз, сформированного по обращенной схеме Штейнмеца. Устранение гармонических искажений, создаваемых выпрямительными электровозами, осуществляется посредством активного кондиционера высших гармоник. Для поддержания уровней напряжения может быть использован управляемый источник реактивной мощности.
The purpose of the paper is to develop a methodology for modeling railway power supply systems equipped with a set of devices implemented on the base of smart grid technologies. The research is carried out using the Fazonord software package designed for modeling the modes of railway power supply systems in phase coordinates. The calculation model is implemented for the power supply system of a two-track section with five traction substations. The results obtained show that reliable and high-quality power supply of train traction and non-traction consumers can be ensured on the basis of the integrated use of active Smart Grid elements, such as a phase number converter, active harmonic conditioner, controlled reactive power source, and a distributed generation unit. Computer simulation allows to establish that in the absence of reactive power sources there are noticeable voltage fluctuations on 10 kV buses of non-traction consumers; the asymmetry is approaching the limit of normally acceptable values; disabling of the active filter results in the increase of the total harmonic coefficient of voltages up to 16%; if the entire complex of active devices is available, the high quality of electrical energy is achieved; the phase number converter is robust and features low sensitivity to the errors in parameter setting; voltage deviations caused by the limited variation range of reactive power in the reactive power source are short-term and do not exceed the values acceptable in practice. Thus, on the basis of Smart Grid technologies, distributed generation units can be connected directly to the traction network using a phase number conversion device formed according to the reciprocal Steinmetz circuit. Elimination of harmonic distortions created by rectifier electric locomotives is carried out by means of an active conditioner of higher harmonics. A controlled reactive power source can be used to maintain voltage levels.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.