Повышение энергетической эффективности электровоза переменного тока на основе применения регулируемого пассивного компенсатора реактивной мощности

• Автор: Духовников, Вячеслав Константинович
• Шифр специальности: 05.09.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Хабаровск
• Количество страниц: 148 с. : ил.

ВВЕДЕНИЕ.
СОДЕРЖАНИЕ

1 АНАЛИЗ ВЫПОНЕННЫХ РАБОТ И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

1Л Потери, связанные с передачей реактивной мощности

1.2 Анализ устройств компенсации реактивной мощности эпектроподвижного состава

1.2 Л Пассивный компенсатор реактивной мощности электроподвижного состава

1.2.2 Переключаемый пассивный компенсатор реактивной мощности электроподвижного состава

1.3 Постановка задачи исследования

2 МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ СИСТЕМЫ «ТЯГОВАЯ ПОДСТАНЦИЯ - КОНТАКТНАЯ СЕТЬ - ЭЛЕКТРОВОЗ»

2.1 Описание пакета программ ОгСАБ

2.2 Математическая модель тяговой подстанции
2.3 Математическая модель контактной сети
2.4 Математическая модель тягового трансформатора
электровоза
2.5 Математическая модель выпрямительно-инверторного преобразователя электровоза
2.6 Математическая модель тягового двигателя электровоза
2.7 Проверка адекватности модели системы «тяговая
подстанция - контактная сеть - электровоз»
2.8 Показатели качества электроэнергии
3 ПРЕДЛОЖЕНИЕ О НОВОМ СПОСОБЕ КОМПЕНСАЦИЙ РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТИ
3.1 Существующие устройства компенсации реактивной
мощности
3.1.1 Работа электровоза в штатном режиме
3.1.2 Работа электровоза с пассивным компенсатором реактивной мощности
3.2 Структурная схема предлагаемого устройства компенсации реактивной мощности
3.3 Математические модели узлов компенсатора реактивной мощности
3.3.1 Автономный инвертор напряжения
3.3.2 Устройство формирования импульсов управления
3.4 Модель компенсатора реактивной мощности с условным вольтодобавочным трансформатором
3.5 Работа предлагаемого компенсатора реактивной мощности с каналом слежения за напряжением на конденсаторе
3.6 Разработка структуры системы управления предлагаемым компенсатором реактивной мощности
4 АНАЛИЗ РАБОТЫ ПРЕДЛАГАЕМОГО КОМПЕНСАТОРА РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТИ
4.1 Работа электровоза в режиме тяги
4.2 Работа электровоза в режиме рекуперативного торможения
4.3 Общие выводы по результатам исследования математического моделирования работы электровоза с предлагаемым компенсатором реактивной мощности
4.4 Физическое моделирование применения разработанного компенсатора реактивной мощности
5 ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА'РЕАЛИЗАЦИЙ’
УСТРОЙСТВА КОМПЕНСАЦИИ РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТИ НА ЭЛЕКТРОВОЗАХ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА С ПЛАВНЫМ РЕГУЛИРОВАНИЕМ НАПРЯЖЕНИЯ
5.1 Определение габаритных показателей предлагаемого компенсатора реактивной мощности
5.2 Затраты приходящиеся на оборудование электровоза предлагаемым компенсатором реактивной мощности
5.3 Определение годовой экономии денежных средств от применения на электровозе предлагаемого компенсатора
5.4 Расчёт срока окупаемости разработанного компенсатора реактивной мощности
ВЫВОДЫ
Библиографический список Приложение А

ВВЕДЕНИЕ
ОАО «Российские железные дороги» входит в тройку мировых лидеров среди железнодорожных компаний. В её эксплуатации находится свыше 85 тыс. км железных дорог, 46 % которых электрифицированы, из них 53 % составляют линии переменного тока. На долю железнодорожного транспорта в Российской Федерации приходится более 80 и около 40 % всего объёма грузовых и пассажирских перевозок соответственно. Ежегодно ОАО «РЖД» потребляет около 6 % от всей вырабатываемой электроэнергии в стране. Система электроснабжения железных дорог включает более 1400 тяговых подстанций, обеспечивающих тягу поездов и собственные нужды подразделений дороги.
Одним из направлений принятой в ОАО «РЖД» программе «Стратегия развития железнодорожного транспорта до 2030 года» является повышение энергоэффективности подвижного состава. Эта программа входит в государственную энергетическую политику, которая направлена на переход Российской Федерации к энергосберегающим технологиям. В соответствии с программой планируется сократить удельный расход электроэнергии на 5 %. Это решение обусловлено спецификой локомотивного хозяйства, которым на тягу поездов расходуется около 83 % от всей электроэнергии, потребляемой железнодорожным транспортом.
Одним из энергетических показателей работы электровоза переменного тока является коэффициент мощности (км), который определяет потребляемую производительную мощность.
На сети железных дорог Российской Федерации эксплуатируются электровозы переменного тока, имеющие низкое значение км, что обусловлено отставанием по фазе потребляемого тока относительно питающего напряжения, а также искажением синусоидальности этого тока. Из-за этого из контактной сети потребляется непроизводительная реактивная мощность, ухудшающая энергетическую эффективность локомотива. Электровозы ВЛ80Т,С с вентильными преобразователями, в зависимости от нагрузки и

Рис. 2.8 - Модель контактной сети, учитывающая поверхностный эффект
Элементарный участок контактной сети, выполненный в программе OrCAD Capture, приведён на рис. 2.9.
0 VW
R1-1 L
ІЛАГуО
L1-2 _1 /У'У’У 2 О 44е
R1-2 -АЛЛ—

11 6е
R0 2 4е6

Рис. 2.9 - Модель элементарного участка контактной сети длиной 400 м, выполненная в программе OrCAD Capture
Таким образом, принятая модель длинной линии (см. рис. 2.8), учитывает поверхностный эффект и нелинейность продольных параметров тяговой сети, поэтому является наиболее адекватной при моделировании электромагнитных процессов происходящих в контактной сети. Полученные результаты в [52, 82] имеют наибольшую сходимость с экспериментальными данными, в отличие от других конфигураций схем замещения.