Повышение энергетической эффективности рекуперативного торможения электровозов переменного тока

• Автор: Буняева, Екатерина Викторовна
• Шифр специальности: 05.09.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Хабаровск
• Количество страниц: 160 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
1 АНАЛИЗ НАУЧНЫХ РАБОТ И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ
1Л Анализ научных публикаций, направленных на повышение энергетической эффективности рекуперативного торможения электровозов переменного тока
1.2 Постановка цели и задач исследования
2 СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ИНВЕРТОРОМ ЭЛЕКТРОВОЗА ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ ЭЛЕКТРОВОЗОВ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА
2Л Причины ухудшения качества электроэнергии по показателям, характеризующим форму напряжения
2.2 Влияние алгоритма'сетевой коммутации инвертора электровоза на свободные колебания в тяговой сети и коэффициент мощности электровоза
2.3 Разработка алгоритма управления сетевой коммутацией инвертора электровоза и его влияние на коммутационные колебания
2.4 Применение диодного плеча в силовой электрической схеме ^
электровоза
3 МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ СИСТЕМЫ «ТЯГОВАЯ ПОДСТАНЦИЯ - КОНТАКТНАЯ СЕТЬ - ЭЛЕКТРОВОЗ В РЕЖИМЕ РЕКУПЕРАТИВНОГО ТОРМОЖЕНИЯ»
3.1 Общие принципы имитационного математического моделирования
3.2 Обобщенная математическая модель системы «тяговая подстанция -контактная сеть - электровоз в режиме рекуперативного торможения»
3.2.1 Математические модели тяговой подстанции и контактной сети
3.2.2 Математическая имитационная модель электровоза переменного

3.2.3 Математическая модель системы управления выпрямительноинверторным преобразователем
3.3 Оценка адекватности процессов в разработанной математической модели системы «контактная сеть - электровоз в режиме рекуперативного торможения» процессам в реальном электровозе
3.4 Сравнительный анализ электромагнитных процессов в моделях штатного электровоза и электровоза с изменениями в силовой электрической схеме и алгоритме управления
инвертором
4 РАЗРАБОТКА ТЕХНИЧЕСКИХ РЕШЕНИЙ ДЛЯ РЕАЛИЗАЦИИ

НОВОГО СПОСОБА УПРАВЛЕНИЯ ИНВЕРТОРОМ ЭЛЕКТРОВОЗА ПЕРЕМЕННОГО ТОКА
4Л Модернизация устройств управления в БУВИП-133 и силовой
схемы электровоза ВЛ80Р для реализации нового алгоритма ^д
управления
4.2 Экономическая оценка эффективности разработки
ВЫВОДЫ
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
ПРИЛОЖЕНИЕ А

ВВЕДЕНИЕ
Повышение энергоэффективности и безопасности перевозочного процесса является основной задачей поставленной ОАО «РЖД» перед локомотивным хозяйством. Одним из потенциальных путей решения данной задачи является применение рекуперативного торможения.
Принятая ОАО «РЖД» программа «Стратегия развития железнодорожного транспорта до 2030 года» предусматривает сокращение удельного расхода электроэнергии на 5%. За счет применения рекуперативного торможения по сети железных дорог было сэкономлено в 2008 г. около 1,3 млрд. руб., а в 2010 г. - уже 2,3 млрд. руб [49, 101].
В настоящее время на электрифицированных железных дорогах России работают электровозы переменного тока с тиристорными преобразователями (такие как ВЛ80Р, ВЛ85, ВЛ80ТК, ВЛ65, ЭП1, 2ЭС5К и ЗЭС5К). Эти электровозы оснащены системой рекуперативного торможения, с помощью которой появляется возможность увеличения пропускной и провозной способностей железных дорог, повышения безопасности движения поездов и возврат электроэнергии в контактную сеть [18, 60]. В тоже время существует ряд серьезных причин, сдерживающих широкое применение рекуперативного торможения.
К таким причинам относится то, что применение на электровозах выпрямительно-инверторных преобразователей (ВИП) электровоза в режиме инвертора вызывает значительные искажения синусоидальной формы напряжения контактной сети на токоприемнике электровоза, а также инвертор электровоза обладает низким коэффициентом мощности.
Искажения напряжения, возникающие в тяговой сети, оказывают негативное влияние на эксплуатационные характеристики электровозов, а также на саму систему тягового электроснабжения. Например, высшие гармоники напряжения, генерируемые электровозом, приводят к появлению добавочных потерь в обмотках вспомогательных машин электровоза и тягового транс-

2 СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ИНВЕРТОРОМ ЭЛЕКТРОВОЗА ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ ЭЛЕКТРОВОЗОВ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА
2Л Причины ухудшения качества электроэнергии по показателям, характеризующим форму напряжения
Электровозы переменного тока, являются нелинейной нагрузкой, так как в их состав входят выпрямительно-инверторные преобразователи на полупроводниковых тиристорах. Такая нагрузка искажает синусоидальность тока и напряжения в электрической сети и ухудшает показатели качества электроэнергии.
Основное искажение формы кривой питающего напряжения при возврате части электрической энергии в процессе рекуперации существует из-за возникновения естественной коммутации тока тиристоров инвертора, которая происходит в конце каждого полупериода переменного напряжения.
Физическая природа искажения формы напряжения заключается в возникновении в интервалы коммутации тока тиристорных плеч режима короткого замыкания обмоток тягового трансформатора электровоза. В результате этого короткого замыкания, на интервалах коммутации возникают провалы в кривой питающего напряжения. Эти провалы искажают синусоидальность формы напряжения и приводят к возникновению высших гармонических составляющих в частотном спектре напряжения. Наиболее существенными по амплитуде при работе электровозов являются гармоники с нечетными номерами (3-, 5-, 7- , 9-я и т. д.).
Однако снижение качества электроэнергии связано не только с применением на электровозах тиристорных выпрямительно-инверторных преобразователей (ВИЛ), но и с переходными процессами в системе «контактная сеть - электровоз». В результате таких переходных процессов возникают высокочастотные свободные колебания напряжения на токоприемнике электровоза в диапазоне частот 750 - 1950 Гц.