Analysis of Electromagnetic Processes in a Traction Network in Connecting a Reactive Power Compensation and Harmonic Filtering System at a Sectioning Station
Keywords:
static reactive power generator, combined reactive power compensation and harmonic filtering system, electric rolling stock nonlinear model, compensation system power, power losses, harmonic filtering, waveforms of electromagnetic processes
Abstract
To increase the railway capacity, a controlled static reactive power generator is connected at a sectioning station. To reduce the cost indicators of the controlled installation and decrease the power losses, a combined reactive power compensation and harmonic filtering system is proposed, in which the following components are connected in parallel: an uncontrolled bank of shunt capacitive compensation with reduced cost indicators and a static reactive power generator. The total reactive power of the combined system is equal to the specified one. At low traction loads, the static generator operates in the mode of inductive power generation, due to which reactive power is smoothly regulated over the entire load range. Since the existing generator power is reduced by 2-3 times (at the same set power), the total increased power losses are also reduced. For analyzing the electromagnetic processes in the traction network, an electric rolling stock nonlinear model is developed. The article shows how the traction current higher harmonic components are filtered and demonstrates the combined system operability in terms of reactive power compensation under various traction loads by analyzing the waveforms of electromagnetic processes.
References
1. Марквардт К.Г. Электроснабжение электрифицированных железных дорог. М.: Транспорт, 1982, 528 с.
2. Бородулин Б.М., Герман Л.А., Николаев Г.А. Конденсаторные установки электрифицированных железных дорог. М.: Транспорт,1983, 183 с.
3. Герман Л.А., Серебряков А.С., Дулепов Д.Е. Фильтрокомпенсирующие установки в системах тягового электроснабжения железных дорог. Княгинино: НГИЭУ, 2017, 400 с.
4. Суд В.К. HVDC and FACTS Controllers: применение статических преобразователей в энергетических системах. М.: НП «НИИА», 2009, 344 с.
5. Добрусин Л. Современные средства управления энергоэффективностью и качеством транспорта и распределения электроэнергии. – Силовая электроника, 2012, № 1(34), с. 56–63.
6. Hingorani N.G. Understanding FACTS: Concepts and Technology of Flexible AC Transmission Systems. New York, 2000, 444 p.
7. Hafezi H., Balikci A., Akpinar E. Cascade PI Controller for Single-Phase. – STATCOM, 2014, pp 88–93, DOI:10.1109/EPE-PEMC.2014.6980615.
8. Колпаков А., Карташов Е. Алгоритмы управления многоуровневыми преобразователями напряжения. – Силовая электроника, 2009, № 2, с. 57–65.
9. Никонов А.В. Улучшение эксплуатационных показателей системы тягового электроснабжения за счет совершенствования работы регулируемых устройств поперечной компенсации реактивной мощности: дис. … канд. техн. наук. Омск, 2019, 124 с.
10. Черемисин В.Т., Никонов А.В. Оценка энергоэффективности статического генератора реактивной мощности. – Вестник Ростовского государственного университета путей сообщения, 2016, № 2, с. 128–134.
11. Черемисин В.Т., Никонов А.В. Анализ потерь мощности в основном оборудовании статических тиристорных компенсаторов с учетом несинусоидальности напряжения и пути их снижения. – Известия Транссиба, 2019, № 1, с. 54–63.
12. Доманский В.Т., Корниенко А.В. Компенсация реактивной мощности в системах тягового электроснабжения переменного тока (реальность и перспектива энергосбережения). – Железнодорожный транспорт Украины, 2015, № 2(111), с. 21–31.
13. Герман Л.А. и др. Регулируемая установка поперечной емкостной компенсации в тяговой сети переменного тока. – Электроника и электрооборудование транспорта, 2022, № 1, с. 10–17.
14. Пат. RU2605225C1. Устройство для моделирования электровоза переменного тока / А.С. Серебряков и др., 2016.
15. Титова Т.С. и др. Компьютерное моделирование емкостной компенсации реактивной мощности в тяговой сети. – Электроника и электрооборудование транспорта, 2021, № 2, с. 23–27.
16. Пат. RU2762932C1. Способ регулирования реактивной мощности тяговой сети / Л.А. Герман и др., 2021.
17. Жежеленко И.В. Высшие гармоники в системах электроснабжения промпредприятий. М.: Энергоатомиздат,1984, 160 с.
18. Карташев И.И. и др. Управление качеством электроэнергии. М.: Издательский дом МЭИ, 2006, 320 с.
19. Железко Ю.С. Потери электроэнергии. Реактивная мощность. Качество электроэнергии. М.: ЭНАС, 2009, 456 с.
20. Ковалев И.Н. Электроэнергетические системы и сети. М.: ФГБОУ «Учебно-методич. центр по образованию на железнодорожном транспорте», 2015, 363 с.
#
1. Markvardt K.G. Elektrosnabzhenie elektrifitsirovannyh zhelez-nyh dorog (Electricity Supply of Electrified Railways). М.: Transport, 1982, 528 p.
2. Borodulin B.M., German L.A., Nikolaev G.A. Kondensatornye ustanovki elektrifitsirovannyh zheleznyh dorog (Condenser Installations of Electrified Railways). М.: Transport,1983, 183 p.
3. German L.A., Serebryakov A.S., Dulepov D.E. Fil'trokompensiruyushchie ustanovki v sistemah tyagovogo elektrosnabzheniya zheleznyh dorog (Filter-Compensating Installations in Traction Power Supply Systems of Railways). Knyaginino: NGIEU, 2017, 400 p.
4. Sud V.К. HHVDC and FACTS Controllers: primenenie staticheskih preobrazovateley v energeticheskih sistemah (HVDC and FACTS Controllers: Application of static converters in power systems). М.: NP «NIIА», 2009, 344 p.
5. Dobrusin L. Silovaya elektronika – in Russ. (Power Electronics), 2012, No. 1(34), pp. 56–63.
6. Hingorani N.G. Understanding FACTS: Concepts and Technology of Flexible AC Transmission Systems. New York, 2000, 444 p.
7. Hafezi H., Balikci A., Akpinar E. Cascade PI Controller for Single-Phase. – STATCOM, 2014, pp 88–93, DOI:10.1109/EPEPEMC.2014.6980615.
8. Kolpakov A., Kartashov Е. Silovaya elektronika – in Russ. (Power Electronics), 2009, No. 2, pp. 57–65.
9. Nikonov A.V. Uluchshenie ekspluatatsionnyh pokazateley sistemy tyagovogo elektrosnabzheniya za schet sovershenstvovaniya raboty reguliruemyh ustroystv poperechnoy kompensatsii reaktivnoy moshchnosti: dis. … kand. tekhn. nauk (Improving the Operational Performance of the Traction Power Supply System by Improving the Operation of Adjustable Devices for Transverse Reactive Power Compensation: Dis. ... Cand. Sci. (Eng.)). Омsk, 2019, 124 p.
10. Cheremisin V.T., Nikonov A.V. Vestnik Rostovskogo gosudarst-vennogo universiteta putey soobshcheniya – in Russ. (Bulletin of the Rostov State University of Railway Transport), 2016, No. 2, pp. 128–134.
11. Cheremisin V.T., Nikonov A.V. Izvestiya Transsiba – in Russ. (News of the Transsib), 2019, No. 1, pp. 54–63.
12. Domanskiy V.T., Kornienko A.V. Zheleznodorozhnyy transport Ukrainy – in Russ. (Railway Transport of Ukraine), 2015, No. 2(111), pp. 21–31.
13. German L.А., et al. Elektronika i elektrooborudovanie transporta – in Russ. (Electronics and Electrical Equipment of Transport), 2022, No. 1, pp. 10–17.
14. Pаt. RU2605225C1. Ustroystvo dlya modelirovaniya elektrovoza peremennogo toka (Device for modeling an alternating current electric locomotive) / А.S. Serebryakov, et al., 2016.
15. Тitovа Т.S., et al. Elektronika i elektrooborudovanie transpor-ta – in Russ. (Electronics and Electrical Equipment of Transport), 2021, No. 2, pp. 23–27.
16. Pаt. RU2762932C1. Sposob regulirovaniya reaktivnoy mosh-chnosti tyagovoy seti (Method of regulating the reactive power of the traction network)/ L.А. German, et al., 2021.
17. Zhezhelenko I.V. Vysshie garmoniki v sistemah elektrosnab-zheniya prompredpriyatiy (Higher Harmonics in Power Supply Systems of Industrial Enterprises). М.: Energoatomizdat,1984, 160 p.
18. Kartashev I.I., et al. Upravlenie kachestvom elektroenergii (Power Quality Management). М.: Izdatel'skiy dom MEI, 2006, 320 p.
19. Zhelezko Yu.S. Poteri elektroenergii. Reaktivnaya moshchnost'. Kachestvo elektroenergii (Electricity Losses. Reactive Power. Power quality). М.: ENАS, 2009, 456 p.
20. Kovalev I.N. Elektroenergeticheskie sistemy i seti (Electric Power Systems and Networks). М.: FGBOU «Uchebno-metodich. tsentr po obrazovaniyu na zheleznodorozhnom transporte», 2015, 363 p.
2. Бородулин Б.М., Герман Л.А., Николаев Г.А. Конденсаторные установки электрифицированных железных дорог. М.: Транспорт,1983, 183 с.
3. Герман Л.А., Серебряков А.С., Дулепов Д.Е. Фильтрокомпенсирующие установки в системах тягового электроснабжения железных дорог. Княгинино: НГИЭУ, 2017, 400 с.
4. Суд В.К. HVDC and FACTS Controllers: применение статических преобразователей в энергетических системах. М.: НП «НИИА», 2009, 344 с.
5. Добрусин Л. Современные средства управления энергоэффективностью и качеством транспорта и распределения электроэнергии. – Силовая электроника, 2012, № 1(34), с. 56–63.
6. Hingorani N.G. Understanding FACTS: Concepts and Technology of Flexible AC Transmission Systems. New York, 2000, 444 p.
7. Hafezi H., Balikci A., Akpinar E. Cascade PI Controller for Single-Phase. – STATCOM, 2014, pp 88–93, DOI:10.1109/EPE-PEMC.2014.6980615.
8. Колпаков А., Карташов Е. Алгоритмы управления многоуровневыми преобразователями напряжения. – Силовая электроника, 2009, № 2, с. 57–65.
9. Никонов А.В. Улучшение эксплуатационных показателей системы тягового электроснабжения за счет совершенствования работы регулируемых устройств поперечной компенсации реактивной мощности: дис. … канд. техн. наук. Омск, 2019, 124 с.
10. Черемисин В.Т., Никонов А.В. Оценка энергоэффективности статического генератора реактивной мощности. – Вестник Ростовского государственного университета путей сообщения, 2016, № 2, с. 128–134.
11. Черемисин В.Т., Никонов А.В. Анализ потерь мощности в основном оборудовании статических тиристорных компенсаторов с учетом несинусоидальности напряжения и пути их снижения. – Известия Транссиба, 2019, № 1, с. 54–63.
12. Доманский В.Т., Корниенко А.В. Компенсация реактивной мощности в системах тягового электроснабжения переменного тока (реальность и перспектива энергосбережения). – Железнодорожный транспорт Украины, 2015, № 2(111), с. 21–31.
13. Герман Л.А. и др. Регулируемая установка поперечной емкостной компенсации в тяговой сети переменного тока. – Электроника и электрооборудование транспорта, 2022, № 1, с. 10–17.
14. Пат. RU2605225C1. Устройство для моделирования электровоза переменного тока / А.С. Серебряков и др., 2016.
15. Титова Т.С. и др. Компьютерное моделирование емкостной компенсации реактивной мощности в тяговой сети. – Электроника и электрооборудование транспорта, 2021, № 2, с. 23–27.
16. Пат. RU2762932C1. Способ регулирования реактивной мощности тяговой сети / Л.А. Герман и др., 2021.
17. Жежеленко И.В. Высшие гармоники в системах электроснабжения промпредприятий. М.: Энергоатомиздат,1984, 160 с.
18. Карташев И.И. и др. Управление качеством электроэнергии. М.: Издательский дом МЭИ, 2006, 320 с.
19. Железко Ю.С. Потери электроэнергии. Реактивная мощность. Качество электроэнергии. М.: ЭНАС, 2009, 456 с.
20. Ковалев И.Н. Электроэнергетические системы и сети. М.: ФГБОУ «Учебно-методич. центр по образованию на железнодорожном транспорте», 2015, 363 с.
#
1. Markvardt K.G. Elektrosnabzhenie elektrifitsirovannyh zhelez-nyh dorog (Electricity Supply of Electrified Railways). М.: Transport, 1982, 528 p.
2. Borodulin B.M., German L.A., Nikolaev G.A. Kondensatornye ustanovki elektrifitsirovannyh zheleznyh dorog (Condenser Installations of Electrified Railways). М.: Transport,1983, 183 p.
3. German L.A., Serebryakov A.S., Dulepov D.E. Fil'trokompensiruyushchie ustanovki v sistemah tyagovogo elektrosnabzheniya zheleznyh dorog (Filter-Compensating Installations in Traction Power Supply Systems of Railways). Knyaginino: NGIEU, 2017, 400 p.
4. Sud V.К. HHVDC and FACTS Controllers: primenenie staticheskih preobrazovateley v energeticheskih sistemah (HVDC and FACTS Controllers: Application of static converters in power systems). М.: NP «NIIА», 2009, 344 p.
5. Dobrusin L. Silovaya elektronika – in Russ. (Power Electronics), 2012, No. 1(34), pp. 56–63.
6. Hingorani N.G. Understanding FACTS: Concepts and Technology of Flexible AC Transmission Systems. New York, 2000, 444 p.
7. Hafezi H., Balikci A., Akpinar E. Cascade PI Controller for Single-Phase. – STATCOM, 2014, pp 88–93, DOI:10.1109/EPEPEMC.2014.6980615.
8. Kolpakov A., Kartashov Е. Silovaya elektronika – in Russ. (Power Electronics), 2009, No. 2, pp. 57–65.
9. Nikonov A.V. Uluchshenie ekspluatatsionnyh pokazateley sistemy tyagovogo elektrosnabzheniya za schet sovershenstvovaniya raboty reguliruemyh ustroystv poperechnoy kompensatsii reaktivnoy moshchnosti: dis. … kand. tekhn. nauk (Improving the Operational Performance of the Traction Power Supply System by Improving the Operation of Adjustable Devices for Transverse Reactive Power Compensation: Dis. ... Cand. Sci. (Eng.)). Омsk, 2019, 124 p.
10. Cheremisin V.T., Nikonov A.V. Vestnik Rostovskogo gosudarst-vennogo universiteta putey soobshcheniya – in Russ. (Bulletin of the Rostov State University of Railway Transport), 2016, No. 2, pp. 128–134.
11. Cheremisin V.T., Nikonov A.V. Izvestiya Transsiba – in Russ. (News of the Transsib), 2019, No. 1, pp. 54–63.
12. Domanskiy V.T., Kornienko A.V. Zheleznodorozhnyy transport Ukrainy – in Russ. (Railway Transport of Ukraine), 2015, No. 2(111), pp. 21–31.
13. German L.А., et al. Elektronika i elektrooborudovanie transporta – in Russ. (Electronics and Electrical Equipment of Transport), 2022, No. 1, pp. 10–17.
14. Pаt. RU2605225C1. Ustroystvo dlya modelirovaniya elektrovoza peremennogo toka (Device for modeling an alternating current electric locomotive) / А.S. Serebryakov, et al., 2016.
15. Тitovа Т.S., et al. Elektronika i elektrooborudovanie transpor-ta – in Russ. (Electronics and Electrical Equipment of Transport), 2021, No. 2, pp. 23–27.
16. Pаt. RU2762932C1. Sposob regulirovaniya reaktivnoy mosh-chnosti tyagovoy seti (Method of regulating the reactive power of the traction network)/ L.А. German, et al., 2021.
17. Zhezhelenko I.V. Vysshie garmoniki v sistemah elektrosnab-zheniya prompredpriyatiy (Higher Harmonics in Power Supply Systems of Industrial Enterprises). М.: Energoatomizdat,1984, 160 p.
18. Kartashev I.I., et al. Upravlenie kachestvom elektroenergii (Power Quality Management). М.: Izdatel'skiy dom MEI, 2006, 320 p.
19. Zhelezko Yu.S. Poteri elektroenergii. Reaktivnaya moshchnost'. Kachestvo elektroenergii (Electricity Losses. Reactive Power. Power quality). М.: ENАS, 2009, 456 p.
20. Kovalev I.N. Elektroenergeticheskie sistemy i seti (Electric Power Systems and Networks). М.: FGBOU «Uchebno-metodich. tsentr po obrazovaniyu na zheleznodorozhnom transporte», 2015, 363 p.
Published
2021-02-24
Issue
Section
Article
