Обгрунтування і методика визначення форми та параметрів струму компенсуючого пристрою тягових мереж Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

УДК 621.313.333

ПЕТРОВ А. В., КОСТ1Н М. О. (ДНУЗТ)

ОБГРУНТУВАННЯ I МЕТОДИКА ВИЗНАЧЕННЯ ФОРМИ ТА ПАРАМЕТР1В СТРУМУ КОМПЕНСУЮЧОГО ПРИСТРОЮ ТЯГОВИХ МЕРЕЖ

Вступ

Як вщомо [1], непродуктивш втрати елект-poeHeprii' АРД в тяговш мереж обумовленi те-

хнолопчними змiнами випрямлених фiдepних напруги i струму, якi, в свою чергу, обумовлю-ють виникнення i перетшання реактивно' по-тужнoстi по Фризе Q0 . Одночасно, спектраль-ний анатз зазначених напруг i стpумiв показав, що вони мiстять штергармошки (1Г) [2]. Тому зменшення втрат АРД в тягoвiй мереж повинно передбачати компенсащю 1Г, тобто потуж-нoстi .

Обгрунтування форми та napaMeTpiB струму

Серед юнуючих пiдхoдiв для електричних кш несинусо'дних електричних величин най-бшьш поширеним способом компенсаци реактивно' потужност по Фризе Q0 отримав спошб поперечно' компенсаци [3]. Повна компенсащя Q0 за кpитepieм мшмуму втрат електроенергп передбачае виконання протягом певного штер-валу часу т строго' пpoпopцiйнoстi мiж функ-щями напруги Ue (t) i струму Ie (t) (або струму i напруги) на затискачах ЕРС, тобто, щоб

Ue (t) Ie (t)

e v '■ = Rs (t) = const,= Gs (t) = const, (1)

Ie (t)

Ue (t)

де РЕ (7) i GE (7) - сумарнi параметричш опiр i провiднiсть вiдносно вхвдних затискачiв ЕРС.

У такому випадку здiйснення компенсацii необхвдно виконувати за миттевими величинами з використанням принципу слiдкування за формою струму. Тобто, необхщна розробка адаптивних систем слiдкування за миттевими значеннями випрямлених напруги i струму. Тому для структурно-параметричного синтезу схеми компенсуючого пристрою (КП) необхвд-но знати форму струму 1к (7), який повинен генерувати компенсатор, а також його парамет-ричну провiднiсть Gк () . Викладемо теоретич-

не обгрунтування загальноi методики визна-чення цих величин-функцш.

Розкладемо пpoвiднoстi GR (t), Ge (t) на постшш i змiннi складов^

GK (t) = GKo + GK~ (t), Ge (t) = Geo + Ge~ (t). (2)

У вщповщносп з наведеною вище умовою (1), мае мюце умова по сумаpнiй вхщнш провщнос-ii Gz(t) (рис. 1):

М

U (t)

= Gs(t ) = Gкo + GK~ (t) +

+Geo + Ge~ (t) = const.

(3)

Припустимо, що компенсуючий пpистpiй реал> зовано на oснoвi напiвпpoвiдникoвих i реактив-них елеменпв, тобто в ньому вщсутш резисти-внi елементи й тим самим цей компенсатор не перетворюе електроенерпю в iншi форми енер-rii', тoдi справедливим е, що G^ = 0 i (3) спро-щуеться

GS (t) = G^ (t) + Geo + Ge~ (t) = const. (4)

де Geo =

i т

т Jg (

ТП

t )dt.

m

! Ь!

Щ) 1Щ) 1 l/fc,(0 I т J

КП

Рис. 1. Розрахункова схема компенсаци неактивноi' потужносл Qф, де I (7), 1к (), 1е () - струми ввдповщно тягово! мереж1 (ТМ), компенсуючого пристрою, одинищ ЕРС; Gк (7), Ое (7) - параметричш проввдносп в1дпов1дно компенсатора 1 ЕРС.

А для наближення форми струму I (7) до форми напруги и (7) необхщно виконання тако!

умови (що випливае iз (4)): щоб шукана пров> днiсть компенсуючого пристрою дорiвнювала:

Gк (t) = G^ (t) = -Ge~ (t),

(5)

що е першою умовою синтезу схеми компен-суючого пристрою.

Далi визначимо форму IK (t), зпдно з законом Ома та виразом (4), запишемо

I (t ) = GY(t )U (t ) =

= (Gk~ (t) + Gе0 + Gе~ (t))U(t) . (6)

З урахуванням умови (5) вираз (6) прийме ви-гляд

I (t) = GeoU (t) .

(7)

G Ре де Ge0 = —Г: U 2

(10)

Ре

Ik (t) = -1е (t) + "ТU(t) ,

U д

звiдки «нове» (пiсля вмикання компенсатора) значення струму в ТМ буде:

Ре

I '(t )=-2 u (t)

U д

U д

U (t) Iе (t) = Ре (t) ,

1 Т

Ре =-{Ре (t)t.

Одночасно, для вузла схеми рис. 1 за першим законом Юрхгофа маемо:

I (t)= Ik (t) +1е (t). (8)

Прирiвнявши (7) i (8), отримаемо

IK (t) = -h (t) + GeoU (t) . (9)

де Ре - потужнють споживана ЕРС; ид - ддаче за тeрмiн [0...т] значення напруги

U (t).

Поставивши (10) в (9), отримуемо остаточний вираз струму Ik (t), який повинен «генерувати» компенсуючий пристрiй

(11)

(12)

а його ддаче значення буде !д (t). Помноживши (11) на U(t), визначимо миттеву потужнють компенсатора

Рк (t) = U(t)Ik (t) = -U(t)Iе (t) + РU2 (t) , (13)

1з наведених мiркувань i отриманого виразу (11) випливае така методика визначення струму 1к (7) компенсатора.

1. Здшснюемо синхронний монiторинг (за добу чи за мюяць - це термш [0...т]) напруги

и (7) на виходi ТП i на струмоприймачi ЕРС, а

також його струму 1е (7) i в тяговш мереж

I (7) ; до вмикання компенсатора I (7) = 1е (7) .

2. Визначаемо !х дiючi за [0...т] значення ид (7) та Iед (7) = 1д (7), а також установлену (повну) потужнють ТП (до вмикання КП): 5 = иД (7) 1Д (7) .

3. Визначаемо функцiю миттево! потуж-ностi ре (7) ЕРС за виразом (14).

4. Знаходимо за формулою (15) активну потужнють Ре, що споживае ЕРС; ця величина Ре дорiвнюе потужностi ТП Ртп (до вмикання

компенсатора).

5. Користуючись виразом (11), визначаемо функщю миттевого струму 1к (7) компенсатора.

6. Визначаемо миттеву потужнють компенсатора рк (7) за формулою (13).

7. Знаходимо сумарну миттеву потужнють рЕ( 7) компенсатора та ЕРС.

8. Визначаемо «нове» значення активно!

1 Т

потужност РЕ ТП за виразом Р£ = — I р£ (7.

Т0

9. Визначаемо «нове» значення установлено! потужносп ТП 5' = и (7) 1Д (7) i переко-

нуемося, що воно менше значення 5, яке було до вмикання компенсатора. Тобто, якщо струм компенсатора 1к (7) буде «генеруватись» за виразом (11), тодi ефект компенсаци реактивно! потужностi Qф (по Фризе) буде досягнено.

Результата застосування розробленоТ методи-

(14)

ки

де ре (t) - миттева потужнють ЕРС, тодi активна потужнють Ре ЕРС визначиться як

Нижче, на рис. 2, в якост прикладу, засто-совано викладену методику для визначення Ik (t) та iнших величин для реально! дшянки Письменна - Ул'яшвка, на якiй експлуатуються

електровози ДЕ1 (ДЕ1 №007, машинют Яровий та ДЕ1 №003, машинют Стефашин) та шшь

Рис. 2. Репстрограми та дшч1 значения напруги (а), струму (б), функцш та середньоарифметичне зна-чення миттево!' потужност1 ЕРС (в), струм компенсатора (г) та мереж! тсля його ув1мкнення (д), фун-кщя миттево! потужносп компенсатора (е), функщя та середньоарифметичне значення миттево! потуж-ност1 ТП (ж) тсля вмикання компенсатора.

Висновок

Розроблена методика е потужним засобом структурно-параметричного синтезу компен-суючи пристро!в, що являють собою адаптивш системи слiдкування за миттевими значеннями напруги i струму.

Б1БЛЮГРАФ1ЧНИЙ СПИСОК

1. Петров А. В. Непродуктивш втрати електрое-нерги в тяговому електропостачанш системи пос-тшного струму / А. В. Петров, М. О. Костш // Вюник ДНУЗТ. - 2010. - № 31. - С. 106-110.

2. Петров А. В. Методи спектрального анатзу випадкових технолопчних коливань напруги та струму фщера ТП постшного струму / А. В. Петров // Вюник ДНУЗТ. - 2010. - № 34. - С. 77-80.

3. Тонкаль В. Е. Компенсация неактивных составляющих полной мощности в цепях несинусоидального тока и напряжения / В. Е. Тонкаль, В. Я. Жуйков, С. П. Денисюк [и др.] // Техническая электродинамика. - К.: Наук. думка, 1989. - №5. - С. 2629.

Л<1

200-

I, хв.

0 360 720

Рис. 2.

1080