Study of the effect of power lines on the efficiency of energy recovery and electric transport

ISSN 2223–5620 (Print), ISSN 2411–1554 (Online) Електромагнітна сумісність та безпека на залізничному транспорті, 2016, № 12 УДК 621.333.4 О. І. САБЛІН – к. т. н., доцент, Дніпропетровський національний університет залізничного транспорту імені академіка В. Лазаряна, ДОСЛІДЖЕННЯ ВПЛИВУ РЕЖИМІВ СИСТЕМ ЗОВНІШНЬОГО ЕЛЕКТРОПОСТАЧАННЯ НА ЕФЕКТИВНІСТЬ РЕКУПЕРАЦІЇ ЕНЕРГІЇ ЕЛЕКТРИФІКОВАНОГО ТРАНСПОРТУ Вступ Огляд літератури В умовах зростаючого енергодефіциту в країні та постійного зростання тарифів на енергоносії загострюється питання підвищення ефективності використання такого важливого резерву енергозбереження на електрифікованому транспорті як рекуперація електроенергії. За різними оцінками фахівців даний резерв оцінюють на рівні 10…15 % у магістральному русі, і 20…40 % у циклічному русі від електроенергії, витраченої на тягу. Однак сьогодні можливості енергозбереження за рахунок рекуперації використовуються далеко не повністю. Останнім часом повернення електроенергії не перевищує 3 % від її споживання і щорічно знижується [1–3]. Два минулих десятиріччя цей показник сягав 5 % по мережі залізниць країни, і лише на ділянках постійного струму. Це пов’язано з незадовільним технічним станом систем рекуперативного складу парку рухомого складу і низькою ефективністю споживання енергії рекуперації в системах електричної тяги. Один з варіантів розв’язання цієї проблеми базується на поверненні надлишкової енергії рекуперації з систем тягового електропостачання до первинної енергосистеми, що на ділянках постійного струму потребує на тягових підстанціях (ТП) інверторних перетворювачів. Особливістю режиму рекуперації на електрифікованому транспорті є його суттєва залежність від рівня напруги в тяговій мережі, що визначається двома основними факторами: 1. режим тягового електроспоживання в зоні рекуперації; 2. режим напруги на шинах суміжних ТП. Умовою переходу електрифікованого електротранспорту при електричному гальмуванні в режим рекуперації є [4] U км  t   U с  t   U сmax , (1) де U км  t  , U c  t  , U cmax – відповідно напруги в контактній мережі, на струмоприймачі транспортного засобу і граничнодопустима напруга на струмоприймачі (в тяговій мережі) згідно [5, 6]. Значення напруги U cmax визначається максимально допустимою напругою між колекторними пластинами тягових електродвигунів постійного струму у випадку їх прямого приєднання до тягової мережі, або максимальною напругою на виході перетворювача при безконтактному регулюванні. За цієї умови забезпечується протікання генераторного струму в контактну мережу U  t   U км  t  I рек  с , (2) R де  R – еквівалентний опір контуру струму рекуперації. При цьому режим рекуперації в системі електричної тяги викликає підвищення напруги в контактній мережі (рис. 1), що особливо проявляється в умовах обмеженого Мета статті Експериментальне дослідження впливу режимів систем зовнішнього електропостачання (СЗЕ) на ефективність процесу рекуперації енергії при її поверненні в живлячу енергосистему. © О. І. Саблін, 2016 41 ISSN 2223–5620 (Print), ISSN 2411–1554 (Online) Електромагнітна сумісність та безпека на залізничному транспорті, 2016, № 12 каються з випрямляючого режиму на інверторний [8]. При цьому забезпечується обмеження напруги в тяговій мережі і на струмоприймачі рекуперативного навантаження в допустимих межах [5–7]. Однак треба зауважити, що такий підхід до розв’язання зазначеної проблеми володіє і певними недоліками [8–11], а саме:  ускладнення обладнання ТП;  короткочасний характер генерованої потужності (особливо у приміському русі і міському електротранспорті);  перетік енергії по тяговій мережі при нерівності напруг на шинах суміжних ТП;  низька якість енергії на виході інверторів;  погіршення режимів живлення нетягових споживачів;  підвищення напруги в тяговій мережі. тягового електроспоживання в зоні рекуперації. Тому на вантажонапружених ділянках з підвищеним на 10…15 % рівнем напруги холостого ходу на шинах тягових підстанцій має місце погіршення умов, а в деяких випадках неможливість рекуперації енергії по верхній межі умови (1). При відсутності або зниженні у зоні рекуперації тягового навантаження відбувається зростання напруги на струмоприймачі рекуперативного поїзда, і по досягненні їм правої границі (1) рекуперація в мережу припиняється, а потяг переходить у режим реостатного або механічного гальмування, при якому енергія, що їм виробляється розсіюється в гальмівних пристроях. На рис. 2 приведені реалізації напруги і струму приміського електропоїзда постійного струму ЕПЛ2Т на одній з ділянок Придніпровської залізниці. Тут можна спостерігати часті неуспішні акти рекуперативного гальмування поїзда, припинення яких викликано досягненням напруги на струмоприймачі максимально допустимого значення (4,0 кВ) внаслідок відсутності в зоні рекуперації поїздів у режимі тяги. Крім цього ефективність режимів рекуперації істотно залежить від рівня напруги на шинах тягових підстанцій [7]. Застосування рекуперативного гальмування на поїздах ускладнює режими роботи систем тягового електропостачання (СТЕ), внаслідок значних генерованих потужностей при гальмуванні. У цьому випадку для здійснення рекуперативного гальмування необхідно виконати дві умови: мати низьку напругу на струмоприймачі рекуперативного ЕРС і приймач енергії рекуперації. У якості приймачів надлишкової енергії рекуперації в системі тяги постійного струму можуть служити потужні інверторні перетворювачі або накопичувачі на ТП. Одним з варіантів розв’язання даної проблеми в системі тяги постійного струму є передача надлишкової рекуперативної енергії електротранспорту з тягової мережі до живлячої енергосистеми. В такому разі у періоди дефіциту тягового навантаження реверсивні ТП постійного струму переми- Рис. 1. Режим напруги в контактній мережі при наявності на ділянці рекуперації а) б) Рис. 2. Часові діаграми напруги на струмоприймачі (а) та тягового струму (б) електропоїзду постійного струму ЕПЛ2Т © О. І. Саблін, 2016 42 ISSN 2223–5620 (Print), ISSN 2411–1554 (Online) Електромагнітна сумісність та безпека на залізничному транспорті, 2016, № 12 Для забезпечення якості енергії рекуперації згідно вимог ГОСТ 13109-97 необхідно вдосконалення і ускладнення обладнання ТП, що виконує прийом і передачу енергії в первинну енергосистему. Отже при наявності інверторів на ТП постійного струму режим напруги в тяговій мережі може бути поліпшено за рахунок передачі енергії гальмування в мережу середньої (високої) напруги за умови, що її прийом узгоджений як в технічному так і комерційному аспектах, таких як:  максимально допустима короткочасна потужність, що приймається мережею;  прийнятні гармоніки;  готовність обленерго до рефінансування. швидкостях руху поїздів режими рекуперації є достатньо тривалими і робота інверторів на ТП може вважатись усталеною. Вмикання інверторів відбувається коли напруга на шинах ТП сягає відповідного значення уставки, що для ТП досліджуваних ділянок складає 3550…3600 В. Для аналізу ефективності роботи інверторн (...truncated)