Управление качеством электроэнергии и энергоэффективностью в системах электроснабжения железных дорог на основе технологий интеллектуальных сетей : SMART GRID

• Автор: Черепанов, Александр Валерьевич
• Шифр специальности: 05.13.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2015
• Место защиты: Иркутск
• Количество страниц: 207 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ
ВВЕДЕНИЕ
1. ВЛИЯНИЕ ИСКАЖЕНИЙ НАПРЯЖЕНИЯ НА ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ СИСТЕМ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ
1.1. Ущербы от искажения качества электроэнергии
1.2. Негативные эффекты отклонений напряжения от номинальных значений
1.3. Снижение энергоэффективности из-за наличия несимметрии трехфазной системы напряжений
1.4. Негативные эффекты гармонических искажений, влияющие на энергоэффективность
Выводы
2. ВЛИЯНИЕ ИСКАЖЕНИЙ НАПРЯЖЕНИЯ НА НАДЕЖНОСТЬ СИСТЕМ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ И УСТРОЙСТВ УПРАВЛЕНИЯ
2.1. Ускоренное старение изоляции и снижение надежности
2.2. Влияние несимметрии и гармонических искажений на работу релейной защиты
2.3. Снижение достоверности учета электроэнергии и влияние на устройства связи.
2.4. Эффект гармоник с номерами, кратными трем
2.5. Резонансы в тяговых сетях переменного тока на высших гармониках
2.5.1. Резонансы в пределах одной МПЗ
2.5.2. Анализ резонансных явлений на основе ПК Fazonord
2.5.3. Расчеты резонансных эффектов в одной МПЗ
2.5.4. Учет взаимоиндуктивной связи между контактными подвесками смежных путей
2.5.5. Резонансы в смежных МПЗ и линии внешнего электроснабжения
2.5.6. Сопоставление с результатами экспериментальных измерений
Выводы
3. АНАЛИЗ КАЧЕСТВА ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ В СИСТЕМАХ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ ЖЕЛЕЗНЫХ ДОРОГ
3.1. Экспериментальное исследование качества электроэнергии в системах тягового снабжения железных дорог Восточной Сибири
3.2. Экспериментальное исследование качества электроэнергии в сетях 220 кВ, питающих тяговые подстанции
3.3. Анализ факторов, влияющих на искажение показателей качества электроэнергии в
системах электроснабжения железных дорог
Выводы
4. РАЗРАБОТКА КОНЦЕПЦИИ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СИСТЕМЫ
ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ ЖЕЛЕЗНОЙ ДОРОГИ
4.1. Методологические аспекты интеллектуализации техники
4.2. Интеллектуальные электроэнергетические системы
4.3. Структура интеллектуальной системы электроснабжения железной дороги
4.4. Нечеткое моделирование режимов СЭЖД в фазных координатах
Выводы
5. АНАЛИЗ ТЕХНИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ АКТИВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНЫХ СЕТЕЙ ДЛЯ УЛУЧШЕНИЯ КАЧЕСТВА ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ
5.1. Снижение несимметрии на основе устройств FACTS
5.2. Устранение гармонических искажений
5.3. Эффективность применения накопителей энергии
5.4. Применение вставок постоянного тока
Выводы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ
АКГ - активный кондиционер гармоник
АРВ - автоматический регулятор возбуждения
АРЧВ - автоматический регулятор частоты вращения
АЭД - асинхронный электродвигатель
БСК - батарея статических конденсаторов
ВГ - высшие гармоники
ВГУ - ветрогенерирующая установка
ВДТ - вольтодобавочный трансформатор
ВП - ветропарк
ВПТ - вставка постоянного тока ВТСП- высотемпературный сверхпроводник ДМ - динамическое моделирование ДПР - система «два провода - рельс»
ЖД - железная дорога
ИИТ - интеллектуальные информационные технологии ИМ - имитационное моделирование ИРМ - источник реактивной мощности ИСУ - интеллектуальная система управления
ИСЭЖД - интеллектуальная система электроснабжения железной дороги
ИЭЭС ААС - интеллектуальная ЭЭС с активно-адаптивной сетью
КЗ - короткое замыкание
КЛЛ - компактные люминесцентные лампы
КП - контактная подвеска
КПД - коэффициент полезного действия
КС — контактная сеть
КЭ - качество электроэнергии
ЛЭП - линия электропередачи
МАСУ - мультиагентная система управления
МО - математическое ожидание
МПЗ - межподстанционная зона
НП - нетяговые потребители
НУУР - нечеткие уравнения установившегося режима НЭ - накопители энергии
ОАО РЖД - открытое акционерное общество «Российские железные дороги»
o.e. — относительные единицы
ОС - окружающая среда
ОУ — объект управления
ПК - программный комплекс
ПКЭ - показатели качества электроэнергии
ПР - система «провод - рельс»
ПУСТЭ - правила устройства систем тягового электроснабжения Р - реактор
РГ - распределённая генерация
РЗ - релейная защита
РМ - реактивная мощность
РП-распределительный пункт
РПН - регулирование напряжения под нагрузкой
РСЗ - решетчатые схемы замещения
РЭС - район электроснабжения нетяговых потребителей
САУ - система автоматического управления

СВЭ - система внешнего электроснабжения
СДЛ - светодиодные лампы
СКО - среднеквадратичное отклонение
СКРМ - средства компенсации реактивной мощности
СМЭ - статический многопроводный элемент
СПИН - сверхпроводниковый индуктивный накопитель энергии
СТК - статический тиристорный компенсатор
СТЭ - система тягового электроснабжения
СХН - статическая характеристика нагрузки
СЦБ - сигнализация, централизация, блокировка
СЭЖД - система электроснабжения железной дороги
СЭС - система электроснабжения
ТВО - тепловизионные обследования
ТИ - телеизмерения
ТН - трансформатор напряжения
ТП - тяговая подстанция
ТР - тиристорный регулятор
ТС - тяговая сеть
ТТ - трансформатор тока
УУ — устройство управления
УУР - уравнения установившегося режима
ФП — функция принадлежности
ЭДС - электродвижущая сила
ЭМП - электромагнитное поле
ЭП - электроприемник
ЭПС - электроподвижной состав
ЭЭ - электрическая энергия
ЭЭС - электроэнергетическая система
AMI-Advanced Metering Infrastructure (развитые системы измерений)
ARES - Advanced Rail Energy Storage
DIN VDE - нормативы союза немецких электротехников
EV - электромобиль
FACTS - flexible alternative current transmission systems (гибкая система передачи переменного тока)
HVDC - High Voltage Direct Current (передача электроэнергии постоянным током высокого напряжения)
1СТ - информационно-коммуникационные технологии
IED - Intelligent Electronic Device (интеллектуальные устройства контроля и управления)
IGBT - Insulated-gate bipolar transistor (биполярный транзистор с изолированным затвором)
ЮТС - тиристор с интегрированным управлением
micro grid - микро энергосистема
Smart grid - интеллектуальная электрическая сеть
UPFC - Unified Power Flow Controller (унифицированная система управления энергопотоками)
SVC - Static VAR Compensator (система статической компенсации реактивной мощности)
WAMPAC - глобальная система защиты и противоаварийного управления WAMS - динамическая оценка состояния ЭЭС по данным синхронных векторных измерений

1.4. Негативные эффекты гармонических искажений, влияющие на
энергоэффективность
Аналитический расчет дополнительных потерь в ЛЭП от несинусоидальности может быть выполнен следующим образом. Потери на основной частоте можно найти так:
АРь = з/2 д0 [о. 9+0.0063(/; )0'755 ]=З/,2 Д0 • 1.021,
где До - омическое сопротивление провода.
Потери на частотах ВГ определяются по следующему выражению:
АРУ = 3 Я0 £ II [о. 9 + 0.0063(1' /,)0755 ] - 3 7?0 £ /2 к,,
ч=2 4=
где кК = 0.9 + 0.0063(в /, )0,755.
Величина кК, определяющая увеличение активного сопротивления вследствие поверхностного эффекта, может быть найдена по приближенному выражению [29]
кК ~0.47л/в.
Результаты расчета кК по точной и приближенной формулам проиллюстрированы на рис. 1.34, из которого видно, что приближенное выражение можно использовать только для оценочных расчетов.
Относительные потери в фазном проводе ЛЭП от несинусоидальности могут быть определены так:
1()0Др 100 • ±1; [о9+0.0063Н)° 755 ]
АРу* ~ АР{ ~~ /,2-1.021 ~
= 97.9ХА-2м[о.9 + 0.0063(ву;)а755]=97.9ХА'2м[о.9 + 0.1208ва755].
у-2 у=
Дополнительные потери активной мощности в трансформаторах при несинусои-далыюсти напряжений представляют в виде суммы дополнительных потерь холостого хода (XX) и короткого замыкания (КЗ). При синусоидальных режимах потери от вихревых токов обычно невелики, однако при протекании в трансформаторе токов ВГ добавочные потери резко возрастают и могут достигать 30...50 % АРк [36]. Например, на преобразовательной подстанции ЛЭП постоянного тока в Канаде был зарегистрирован отказ трёхобмоточного трансформатора мощностью 240 МВ-А, который был вызван потерями от вихревых токов, уровень которых из-за ВГ значительно превысил допус-