Направления стабилизации уровня напряжения на шинахтяговых подстанций постоянного тока с помощью накопителя электроэнегрии в. Л. Незевак, ю. В. Плотников, а. П. Шатохин

(Омский государственный университет путей сообщения, Омск)

Применение рекуперативного торможения на участках постоянного тока позволяет в ряде случаев существенно повысить энергоэффективность электротяги. В настоящее время на сети железных дорог России реализуется несколько направлений, направленных на повышение энергоэффективности электрической тяги. Тем не менее, остается нереализованным потенциал использования избыточной энергии рекуперации на участках, где рекуперативное торможение не применяется вследствие особенностей системы тягового электроснабжения или эксплуатации электроподвижного состава, способного применять рекуперативное торможение. Одной из задач, требующих решения на сегодняшний день, является задача организации приема избыточной электроэнергии рекуперации с целью исключения случаев превышения напряжения в контактной сети свыше допустимого уровня в соответствии с требованиями Правил технической эксплуатации железных дорог РФ, а также случаев понижения напряжения ниже допустимого в периоды максимальных нагрузок.

Если прием избыточной энергии рекуперации на тяговых подстанциях переменного тока осуществляется при повышении напряжения на токоприемнике рекуперирующего электроподвижного состава свыше напряжения холостого хода понижающих трансформаторов, то прием избыточной энергии рекуперации на тяговых подстанциях постоянного тока невозможен без применения специальных устройств. Одним из наиболее распространенных устройств является выпрямительно-инверторный преобразователь, основным достоинством которого перед другими устройствами является преобразование мощности рекуперации на уровне мощности преобразовательного трансформатора, что, как показывает практика, является более чем достаточным. Другим типом устройств, позволяющим принять энергию рекуперации, является поглощающее устройство, реализующее принцип, аналогичный используемому на ЭПС принципу реостатного торможения. Основным преимуществом данного решения является относительная невысокая стоимость по сравнению с другими устройствами. Вопросы стабилизации напряжения на тяговых подстанциях как постоянного, так и переменного тока могут решаться путем изменения коэффициента трансформации преобразовательных и понижающих трансформаторов соответственно изменению тяговой нагрузки. Этот принцип реализован при применении устройств автоматического регулирования напряжения на тяговых подстанциях постоянного тока. Следует отметить, что в описанных выше случаях применение накопителя электрической энергии на шинах тяговых подстанциях не является однозначным. Представляется, что наиболее эффективное применение накопители электрической энергии могут найти в случае их размещения на электроподвижном составе или на шинах тяговых подстанций без применения других специальных устройств. Применение накопителя электрической энергии совместно с выпрямительно-инверторными преобразователями и поглощающими устройствами представляется нецелесообразным соответственно ввиду передачи избыточной энергии рекуперации на шины переменного тока и потребления ее на шинах постоянного тока подстанции.

Стабилизация напряжения на шинах тяговой подстанции при помощи накопителя основана на заряде накопителя при применении электроподвижным составом рекуперативного торможения и повышении напряжения свыше напряжения холостого хода преобразовательного трансформатора с последующим разрядом накопителя в период максимальных нагрузок и пониженного напряжения. Для реализации необходимого уровня стабилизации требуется оценить емкость накопителя исходя из среднесуточного графика нагрузки тяговой подстанции. На рисунке 1 представлен суточный график изменения напряжения на шинах тяговой подстанции постоянного тока.

Следует отметить, что в соответствии с результатами обработки суточного графика применение накопителя электрической энергии совместно с устройствами автоматического регулирования напряжения на шинах тяговых подстанций постоянного тока является нецелесообразным. Установка для рассматриваемого случая накопителя электрической энергии, позволяющего осуществлять заряд при превышении напряжения на шинах свыше 3560 В и отрицательном токе нагрузки, позволяет в течение суток накапливать электрическую энергию на уровне 100 кВт·ч. Аналогичный уровень объема электрической энергии требуется для стабилизации напряжения в момент пиковых нагрузок (при понижении напряжения ниже 3310 В). Использование накопителя электрической энергии для рассматриваемого случая позволяет уменьшить размах колебаний напряжений более чем на 100 В или на 30 % от имеющего место. Работы по дальнейшей стабилизации напряжения связаны с существенным увеличением емкости накопителя, что в условиях высокой стоимости последнего являются нецелесообразным.

Рисунок 1 – График изменения напряжения на шинах тяговой подстанции постоянного тока

Таким образом, использование накопителей электрической энергии на тяговых подстанция постоянного тока позволяет стабилизировать напряжения в заданных границах. Однако ввиду высокой стоимости является нецелесообразным, в т.ч. при использовании на тяговых подстанциях других устройств приема энергии рекуперации.

УДК 621.313