Устройство для регулирования мощности емкостной компенсации электрифицированной железной дороги

Устройство для регулирования мощности емкостной компенсации электрифицированной железной дороги

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к области компенсации реактивной мощности в тяговой сети электрических железных дорог. Цель изобретения - стабилизация напряжения в тяговой сети и снижение потерь энергии. Устройство содержит датчики напряжения 1, подключенные к тяговой сети в месте присоединения управляемой компенсирующей установки 2 внутри межподстанционной зоны 3, дополнительные датчики напряжения 4 и датчики тока 5, подключенные к шинам тяговых подстанций, блок управления 7, связанный с входным коммутатором 8 и выходным коммутатором 9, выходы всех датчиков 1, 4 и 5 подключены к входам входного коммутатора 8, число выходов выходного коммутатора 9 равно числу управляемых компенсирующих установок. Устройство включает управляемые компенсирующие установки в случае положительного прогноза улучшения режима напряжения. 5 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (5 )5 В 60 M 3/02

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТ8ЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ Сса

1 (21) 4317533/27-11 (22) 16.10.87 (46) 30.01,90, Бюл, Р 4 (71) Омский институт инженеров железнодорожног0 транспорта (72) P,А.Ахмеджанов, P.P.Ìàìîøèí и Б,С.Мулин (53) 621 311,4 (088.8) (56) Мамошин P.P. и Зимакова А.М.

Электроснабжение электрифицированных железных дорог, М.: Транспорт, 1980, с.!44, (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ

МО!ЦНОСТИ ЕМКОСТНОЙ КОМПЕНСАЦИИ ЭЛЕКТРИФИЦИРОВАННОЙ ЖЕЛЕЗНОЙ ДОРОГИ (57) Изобретение относится к области компенсации реактивной мощности в тяговой сети электрических железных дорог, Цель изобретения — стаУстройство относится к компенсации реактивной мощности в тяговой сети электрических железных дорог, Цель изобретения — стабилизация напряжения на всем участке тяговой сети и снижение потерь энергии, На фиг,l представлена схема устройства дпя регулирования мощности емкостной компенсации реактивной мощности электрифицированной железной дороги; на фиг,2 и 3 — блок †схе алгоритма работы блока управления; на фиг,4 — функциональная схема компенсирующего устройства (КУ); на фиг.5 — схема замещения межподстанционной зоны (МПЗ).

Устройство содержит датчики 1 напряжения, подключенные к тяговой

„„SU 1539094

2 билизация напряжения в тяговой сети и снижение потерь энергии. Устройство содержит датчики напряжения 1, подключенные к тяговой сети в месте присоединения управляемой компенсирующей установки 2 внутри межподстанционной зоны 3, дополнительные датчики напряжения 4.и датчики тока

5, подключенные к шинам тяговых подстанций 6, .блок управления 7, связанный с входным коммутатором 8 и выходным коммутатором 9, выходы всех датчиков 1,4 и 5 подключены к входам входного коммутатора 8, число выходов выходного коммутатора 9 равно числу управляемых компенсирующих установок. Устройство включает управляемые компенсирующие установки в случае положитсльного прогноза улучшения режима напряжения, 5 ил. сети в месте присоединения управляемой компенсирующей установки 2 внутри межподстанционной зоны 3, допол нительные датчики 4 напряжения и датчики 5 тока, подключенные к шинам тяговых подстанций 6, блок 7 управления, связанный с входным коммутатором 8 и выходным коммутатором 9, выходы всех датчиков 1,4 и 5 подключены к входам входного коммутатора 8, число выходов выходного коммутатора 9 равно числу управляемых компенсирующих установок, Совокупность межподстанционных зон (МПЗ) образует участок электрифицированной железной ло роги. Питание подстанции получают "т системы внешнего электроснабжения (ВЭС), 1539094

Управляемая компенсирующая установка (КУ) 2 (фиг,4) содержит последовательно соединенные управляемый коммутирующий аппарат 10, конденсаторную батарею 11 и реактор 12, которые подключены к тяговой сети. Управляющий вход коммутирующего аппарата 10 соединен с управляющими входами компенсирующей установки 2.

Схема замещения МПЗ по фиг.5 содержит первый 13 и второй 14 источники напряжения, первый 15 и второй 16 четырехполюсники и rLC-цепочку 17, Причем к входам первого 15 и второго 16 четырехполюсников подключены первый 13 и второй 14 источники напряжения соответственно. Выходы четырехполюсников 15,,16 соединены параллельно и к ним подключена rLCцепочка 17.

Устройство работает следующим образом.

Для всех М113 3 на выходах датчиков напряжения 4 формируют сигналы, соответствующие, напряжениям.Е,, Е

° 1 на выходных шинах тяговых подстанций б, которые ограничивают %13 3, На выходе датчика 1 формируют сигнал напряжения. U1 в тяговой сети в мес= те подключения КУ4. На выходах датчиков 5 тока фон««ируют сигналы, соответствующие реактивным составляющим

I T.2 т9ков нагрузки тяговых

«Рц 9 подстанций 6. Сигналы с выходов дат-чиков через входной коммутатор 8 последовательно для всех МПЗ 3 подают на входы блока 7 управления. На вы— ходе блока управления последовательно для всех МПЗ формируют сигналы А, 10 управляющие состоянием КУ2. Сигнал А может принимать два значения 0 и 1, При А = 1 коммутирующий аппарат 1О (фиг,4) компенсирующей установки 2

j-й МПЗ замкнут и КУ находится во включенном состоянии, при А = 0 аппарат 10 разомкнут и КУ находится в отключенном состоянии, Сигналы А> с выхода блока управления через выходной коммутатор 9 последовательно подают на управляющие входы КУ всех

МПЗ, в результате чего все КУ устанавливают в требуемое состояние, Блок управления может быть реализован на управляющей ЦВМ, В этом

55 случае алгоритм работы устройства (фиг.2 и 3) имеет следующий вид.

1, Задают А = 1, .1 =- 1,N, т,е. переводят все «:У во включенное состояние (N †.количество ИПЗ на участке).

2. Задают номер такта, т,е. Дискретного момента времени K=1, 3. Задают номер рассматриваемой

NII3 j l.

4, Вводят измеренные посредством датчиков 4 и 5 значения информативных переменных на К-м такт«е для

3- МПЗ:

1 1 4

Е,9 Е29 U9«9 « И 94 «,« ° .

5, Если А " 0 (КУ )-й ИПЗ отклю чено), то переходят к п. 15, б, Если j Ф 1, то переходят к п,8.

7. Если выполняются условия

«

В

П«1 . Пмс9кс «

T« u мин

«

2ри Э Рмин

S .1 + П5 «ри " « U Е + П

2 «

+ «-аЕ )

1-Z Ъ

Рь где Z — импеданс КУ j-й МПЗ, 5

9, Вычисляют ожидаемые значения информативных переменных при отключении КУ j-й МПЗ

П,„= — — (, Е„ P,E ), 1 1 1

Т =" Е +ь U

« Ож -«9 ««2 ОХ.

5 S «

2 Р0 « - 2«е 22 0 (3) 10, Если не выполняется хотя бы одно из условий

U а мин то переходят к п,23, Здесь U„„„«-, максимально допустимое напряжение в тяговой сети, ТР»„— минимально допустимая величина реактивной составляющей тока нагрузки при перекомпенсации (T.„м„„(О) ..

8. Определяют для 4-го такта параМЕТРЫ 06 9 О 2 9 g«9 ° $«9 Я 9 Р3 МО дели процесса компенсации реактивной мощности в МПЗ при включенной КУ, Модель имеет вид:

1539094

1 < p<»»K 4» р М<9кС, (7) (4)

Т2 рîw |p h

» м«кс

« б

I

„1- <) (. „<

»- <

Би

1"<

3. ние КУ

А = О

j =1+1

U 3

Пми«9 т< (т

-"<Ри - "-РМ<9«С < (5) К=К+1 т< ( 2 ри — I p M<» Kc >

45, i °

2Р<< 2< 22 И9 (6)

I = а„ I .< + б з амE< + (9) (107 (11) (12) а<2 09 а U„

?2 = Ь« Е2 + Ь<2 U9

I4 = Ь2< Е2 + bzzU< то переходят. к п,23, Здесь 11м«„ минимально допустимое напряжение в тЯГОВОй СЕТИ ° <. р макс МаКСИМаЛЬНО допустимая величина реактивной составляющей тока нагрузки.

II, Если j 1, то переходят к п. 13.

12. Если не выполняется условие то переходят к п,23. Здесь если переключение КУ (j«1) — 11ПЗ не произве- 20 дено

)- <

11 если произведено переключение КУ ()-1)

МПЗ, Формируют сигнал на отключеj-й ИПЗ:

14, Переходят к п,23.

15. Если jI<:I то переходят к п.17, 30

16, Если не выполняется хотя би одно из условий то переходят к п.22.

17. Определяют для 1-.ro такта параметры о 9 Ы,, о,, Ы, Ь<, Р модели процесса компенсации реактивной мощности в ИПЗ при отключенной КУ, Модель имеет вид

Пй « »-- ((

Р,з

18, Вычисляют ожидаемые значения информативних переменных при включе» нии КУ j-й ИПЗ:

U = ----.— — ((Ъ Е + Ъ Е )

» о:к Р, <

2 9» 9

Рз

1 < рок. 0 « Е + о <2 Б 9, » <»

I2 10х- <4Л2 + А,2 UUox °

19, Если не виполняется хотя бы одно из условий то переходят к rr.23.

2Q. Если j = 1< то переходят к п.22, 21, Если не выполняется условие

iU,„- Ц (IU „- U "1, то переходят к и ° 23, 22. Формируют сигнал на включение КУ j-й МПЗ:

А = 1, 23, Выводят сигнал А

„3

24, Задают следующий номер рассматриваемой МПЗ:

25, Если j - р1, то переходят к п.4.

26. Задают номер следующего такта:

27. Переходят к п,3, 11одели (2), (6) процесса компенсации реактивной мощности получены на основе схемы замещения ИПЗ (фиг.5).

На ней тяговые подстанции 6 представлены в виде источников 13,14 напряжения Е,,Е, а компенсирующая установка 2 — в виде rLC-цепочки 17, Участки ИПЗ между подстанциями и КУ представлени на схеме в виде четырехполюсников 15 и 16, В соответствии с теорией четырехполюсников, уравнения для их входных и выходных токов можно записать в виде:

\ 1

1539094 где Т„, T. - комплексные значения входных токов четырехполюсников, которые совпадают с токами нагрузки тяговых подстанций;

I> I - комплексные значения выходных токов четырехпо" люсников f0

U — выходное напряжение четырехполюсников, совпадающее с напряжением в ; сети в месте подключения

КУ; 15 а;,Ь; - параметры четырехнолюсников, являющиеся комплексными числами.

Выделив мнимые части уравнений (9), (11) и обозначив

II = Iss,I, 1 I p = Т Х2; Ы,„= Is„a,<1, IIssa I2 4 = пЬ « ° c622= Iebs2. s

25 получим первые два уравнения для искомых моделей: (13) I Р = Ы „Е< + 20;

I20= 42лE 2

Здесь предполагается, что напряжения Е<,Е2, Б синфазны и их начальная фаза принята равной нулю.

При включенной КУ для напряжения

U справедливо:

U К(а2,E + а22Б + Ь2, Е2 + Ь22Б) 45

Z ц = — — — —.(яр

1-71 э

+ P Eà) s (16) О

Рь а22+ b22

Где P, = a 21, (32=

Уравнение (16) представляет собой третье уравнение модели (?) при включенной КУ, 55

При отключенной КУ rLC-цепочка в схеме замещения МПЗ отсутствует и для выходных токов четырехполюсников справедливо

U = Z(Iъ + ХФ) у (15)

40 где Z — комплексное сопротивление г1.С-цепочки.

Подставим в (15) уравнения (10),(11)1 (17) Хэ=- I

Подставим в (17) уравнения (10), (11) .а2,E + a@@U (Ъ, Е + b2 U) U = — — - (ф,Е, + (ЬЕ ), (18)

1 з (19) IP где g = -- - — весовой коэффициент

Ц

Ф равный отношению средней величины Х 1 реакР тивных составляющих токов к номинальному напряжению Б„, При равенстве выходных переменных модели и процесса функция ошибки I обращается в нуль и, в то же время, она растет с увеличением отклонения хотя бы одной выходной переменной модели от выходной переменной процесса. Искоиыс параметры лолжны быть определены иэ условия минимума функции ошибки Т, т.е, иэ условия

Уравнение (18) можно также полу" чить, подставив в (16) Z = е, Уравнение (18).представляет собой третье уравнение модели (6) при отключенной КУ, При определении параметров моделей в них подставляют измеренные значения информативных переменных для j-й МПЗ. Полученные модели позволяют также вычислять ожидаемые значения информативных переменных

{формулы (3), (7)).

При определении параметров полученных моделей находят их значения, обеспечивающие минимальное отклонение выходных переменных U, T.<„, Т модели от измеряемых информативных переменных U I „, Т процесса, т,е. определение параметров осуществляют исходя иэ требования наилучшей адекватности модели реальному процессу компенсации реактивной мощности в МПЗ.

Степень отклонения переменных модели и процесса для j-й МПЗ оценивают функцией ошибки вида (верхний . индекс, указывающий номер ИПЗ, опустим): (23) р (K+lj = P. (К) - — —,(=i 3 (22)

3I (1 у р где аргумент в квадратных скобках означает номер такта„

С учетом выражений (13), (14) частные производные определяются по формулам

V (K+I) — — — — — -(Д(к) Е,(K+Ij ь

1 зо (),(к) + p,(к) е,(к- ) ). — — -(Т - I )

3Т

Эф(, (р8 (р (P(II h P

---- е.— (I — I l )

3I д о !P(( ()) Х о Ь .„

E(I (25) Выражение (24) используется при включенной КУ у (25) — при отключенной.

Зт (2

3I

Для производных — — — справедливо

3 „

Э? е» II (2)U — — =- — — -" — — (I -Т )4 аР, аИ 3Р Р аТ 3И вЂ” — — - — — (I I ) д (. 2рц fp) — 8 — — —, (U> U)

BU (26)

В соответствии с (26), выражения (22) при включенном Ку принимают вид:

Р,(К+1) = Р (Kj +.а (К) — - — — — E

ZEI (K+lj

1-Z ф (К)

50 к (I((К+1) «I((К+1)) +

1)(I I )4 (р((3I ЭЬ

---= (I — I ) аы„э „

2(2р, 2 ), I2p д (гни I23) 2 2(2)

9 1539094

2(2Е p;) — — — мии (2p) - I,p (K+I))) (1 т ллв лостцнениа минимУма фУнкции (2+1) = K (к) " (кт1) (2 (кэ()

Т1) паРаметРы Ы,;, (;, изменяясь BQ

2 2pè + време»»и t ф Должны подстраиват»рся та- I 2 К+ 1 ) ° ким образом,, чтобы, стартуя с некоторого начального эначения, они 2 (К+() /, К)эр(кт)1 (2 (2+ 1 достигли значений, обеспечивающих вый и + полнение условия (20). Для этого не- IP 2np(K+Ij) обходимо, чтобы при подстройке параметров происходило их движение по Переменные UjK+ l I К+1 антиградиенту функции I, т,е, в нап- I2p (K+lj в соответствии с (13),(14) ф равлении ее наиболее быстрого убыва". (16) ф (18) определяются по формулам ния. Тогда уравнения для подстройки 15 параметров сС;, PI принимают втл2: Ii (К+) = (K) E (Ktl)

1 —, ш..(кэ ) = е. (к) — - — —, „(к) "(к"1: (,»

20 Ег (K+I) = J,,(К) Ее(К+(1

+ (К) U (К+1);

V(K+I) - — — — — (P,(K)E,(K+l5 +

25 1-2 )3(K)

+ () (K) Ее(К+1) ); (24) Тогда выражения (21) принимают внд

„(" ) = „(j - (" 1(„,(")55 — z, (к+)));

/ K+ I) = 2.„(К) + V (K+ I j (2, .(К+ 1)—

Z ° К 1К+11

+ а 1К1 ---"--- x (I tK+1)

1-Z y P(j

I » — U (К+1) ) 12

1539094 1К+!) Р (К) +, IKj — — (i (K+lj r. K+1 ) |Kj Е Ех1К+1

1-К РДК (P2pl (K+ I) P2p (K+I) )+Š— — 1-- (U (K+1) -U (К+1) ) °

l-Z y (K) и

)) (к„) = p) (к), g (к) -Е - <-Е)к) Е< LK+Il +3k) е11К+1) 1 (1-z ) IKj )

z(I,,„(K+1(-Т, (K+1) )yg (K) « 1АЫ «К (К+1 +Яа(1 Ба К+11 (, + Z((1АK)E(fK+ll + Ь ) К1 Е К+ 11 (1-z p (к)) К,1) ?К), (К) Û+11(Т (К+ll -Т (К+11 )- (, (К1 — —— р, (KK) Р " Р

„(Iz (К+1) - Iz (К+1) ) - Š— — (" (K+1) К+1 =, к)- < (K) — - — — (Т (К+6- > (К+1))- Ж â€” ——

1р" <г «()) (К( (L2 (К+11 — T К 1) ) К ((3 (Кг В+ 11

3 — 1ь К1

40 сь;; (О) = 01

p;jo) = о.

Для включенной КУ выражения для подстройки параметров P, P принима:ют вид

При отключенной КУ параметр

-3 подстраивать нельзя, так как в уравнении (18) появляется неоднозначность, поэтому уравнение для подстройки Р3 принимает вид

В связи с этим на первом такте, когда начинается процесс управления, все КУ переводят во включенное состояние, чтобы вычислить значение параметра P> . Начальные значения параметров при К = О принимают равными нулю, т.е, 50

Таким образом, в восьмом пункте алгоритма работы устройства 6 параметры для К вЂ” го такта определяются по формулам (23), (27), а в 17 пункте по формулам (23), (28).

Компенсация реактивной мощности в любой МЛЗ вызывает снижение реактивных составлян)щих токов в системе

ВЭС и обеспечивает таким образом снижение потерь электроэнергии и повышение напряжения в системе ВЭС и тяговой сети.

Расчеты и экспериментальные исследования показали, что на головных участках сети ВЭС формируется около

70-80Х всех потерь электроэйергии и около 40-707 всех потерь напряжения.

Системная компенсация реактивной мощности на всех МПЗ вызывает в первую очередь снижение потерь электроэнергии и напряжения именно на головных участках сети ВЭС, создавая тем самым общий стабилизирующий эффект, Практически стабилизация напряжения на всем участке осуществляется путем минимизации отклонения между напряжениями в смежных МПЗ.

Изменение состояния КУ осуществляют только в том случае, если модели" рование ожидаемого режима показывает, что переключение КУ приведет к улучшению режима напряженИя или компенсации реактивной мощности в тяговой сети, Таким путем ограничивают колччество переключений коммутирующих аппаратов КУ, благодаря исключению ма1З 1539094 лоэффективных коммутации и увеличивают срок службы КУ.

Формула изобретения

Устройство для регулирования мощности емкостной компенсации электрифицированной железной дороги, содержащее датчики напряжения, связанные с . блоком управления, выход которого связан с управляемой KoMIIeHcHpyNlqeH установкой, датчики напряжения подключены к тяговой сети внутри каждой межподстанционной зоны в мес- 15 те расположения управляемой компен(сирующей установки, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью стабилизации напряжения в тяговой сети и снижения потерь энергии, оно снабжено входным и выходным комму-татора ми, подключенными к блоку управления, датчиками тока и дополнительными датчиками напряжения, подключенными к шинам тяговых подстанций, выходы которых совместно с датчиками напряжения подключены к входам входного коммутатора, причем число выходов выходного коммутатора равно числу управляемых компенсирующих установок.

1539094 фиг4

Составитель Ю,Щерба

Редактор И,11едолуженко Техред Л.Олийнык

Корректор Н. Король

Заказ 186 Тираж 339 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

11303S, Москва, Ж-35, Раушская наб., д, 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101