Помощь студентам в учебе
СРАВНЕНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК ТЯГОВОЙ ПОДСТАНЦИИ
|
АННОТАЦИЯ 5
ВВЕДЕНИЕ 7
1 ТЯГОВЫЕ ПОДСТАНЦИИ
1.1 Устройство тяговых подстанций 9
1.2 Сравнительный анализ выпрямителей тяговых подстанций 11
1.3 Требование к качеству электроэнергии и способы их выполнений 14
1.4 Компенсированные и некомпенсированные выпрямители 15
Задачи исследования 21
2 МАТЕМАТИЧЕСКАЯ И ИМИТАЦИОННАЯ МОДЕЛЬ ОБЪЕКТА 22
2.1 Модель ОРУ-110 кВ 24
2.2 Модель преобразовательного трансформатора 27
2.3 Модель выпрямителя 34
2.4 Модель тяговой сети 38
2.5 Модель рельсовой сети 39
2.6 Модель контактной сети 43
2.7 Модель конденсатора в компенсирующее устройство 45
2.8 Модель электродвигателя электровоза 47
Выводы по разделу 2 52
3 РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
3.1 Электромагнитные процессы в компенсирующем устройстве 53
3.2 Сравнение моделей с компенсирующим устройством и без
компенсирующего устройства 56
3.3 Нагрузочные характеристики 63
Выводы по разделу 3 74
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 75
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 76
ПРИЛОЖЕНИЯ 78
ВВЕДЕНИЕ 7
1 ТЯГОВЫЕ ПОДСТАНЦИИ
1.1 Устройство тяговых подстанций 9
1.2 Сравнительный анализ выпрямителей тяговых подстанций 11
1.3 Требование к качеству электроэнергии и способы их выполнений 14
1.4 Компенсированные и некомпенсированные выпрямители 15
Задачи исследования 21
2 МАТЕМАТИЧЕСКАЯ И ИМИТАЦИОННАЯ МОДЕЛЬ ОБЪЕКТА 22
2.1 Модель ОРУ-110 кВ 24
2.2 Модель преобразовательного трансформатора 27
2.3 Модель выпрямителя 34
2.4 Модель тяговой сети 38
2.5 Модель рельсовой сети 39
2.6 Модель контактной сети 43
2.7 Модель конденсатора в компенсирующее устройство 45
2.8 Модель электродвигателя электровоза 47
Выводы по разделу 2 52
3 РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
3.1 Электромагнитные процессы в компенсирующем устройстве 53
3.2 Сравнение моделей с компенсирующим устройством и без
компенсирующего устройства 56
3.3 Нагрузочные характеристики 63
Выводы по разделу 3 74
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 75
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 76
ПРИЛОЖЕНИЯ 78
Схема электроснабжения железнодорожного транспорта — важная часть системы электроснабжения нашей страны, на железных дорогах нашей страны существуют две системы электрической тяги: это тяга на постоянном токе напряжением 3 кВ и на переменном токе напряжением 25 кВ промышленной частоты 50 Гц. Система тяги определяется видом тока и значением напряжения в нашей тяговой сети. Для обеих систем тяги создан и эксплуатируется разнообразный электроподвиж- ной состав различного типа от пассажирского до грузового. Поэтому правильность выбора схемы будет влиять на качество электрической энергии в сети, экономичность и надежность работы системы электроснабжения железных дорог в масштабах всей страны, а также на капитальные затраты при строительстве, затраты на эксплуатацию и т.д.
Как упоминалось ранее затраты на сооружение и эксплуатацию тяговых подстанций в целом составляют значительную часть от всех затрат на систему электроснабжения железных дорог, поэтому при её проектировании, фундамент должен закладываться, опираясь на технические решения, которые должны быть тщательно обоснованы и доказаны современными методами и способами.
Актуальность темы исследования в настоящее время заключается в том основными проблемами для всей системы электроснабжения железных дорог является качество электроэнергии в точке подключения к сети и в точке подключения нагрузки, а именно в этих точках подключения наблюдается повышенное потребление реактивной мощности и плохой гармонический состав питающего напряжения, кроме выше сказанного разработанная комплексная модель тяговой подстанции с помощью современных устройств, она с лёгкостью может быть адаптирована под любую тяговую подстанцию с разными экономическими условиями, позволит нам перед стадией проектирования найти экономически целесообразные схемы электроснабжения тяговых подстанций, кроме того позволит нам найти конкретные места закладки фундаментов наших тяговых подстанций и с экономической точки зрения создавать рациональные схемы электроснабжения, которые будут использоваться при номинальных параметрах.
Цель работы - создание математической и имитационной модели тяговой подстанции в системе «Matlab» для проведения анализа, в котором можно будет найти необходимые параметры тяговой сети и убедится в рациональности схемы питания железного дорожного транспорта в современных условиях.
Задачи исследования представляют собой конкретные исследовательские действия и заключаются в том, что нам необходимо:
- провести анализ существующих видов тяговых подстанций, их разновидностей, и разбираться из каких элементов она состоит и за, что каждый из них отвечает;
- разработать математическую модель участка железной дороги в целом, в том числе и данной тяговой подстанции;
- на основании математической модели создать имитационную модель в системе «Matlab» с помощью блоков «SimPowerSystem»;
- по полученной имитационной модели оценить эффективность работы компенсированного и не компенсированного выпрямителя тяговой подстанции с целью определения тяговых характеристик нашей подстанции в различных режимах работы с целью нахождения наиболее оптимального для наших условий;
Объект исследования -однолинейная схема тупиковой тяговой подстанции постоянного тока «Светлая», которая состоит из 4 распределительных устройств: открытое распределительное устройство (ОРУ) - 110 кВ, закрытых распределительных устройств (ЗРУ) - 35 кВ, 10 кВ, 3,3 кВ
Предмет исследования - компенсированный 12 фазный преобразователь тяговой подстанции в системе электроснабжения участка железной дороги, для анализа которого была создана математическая и имитационная модель тяговой подстанции, имеющая постоянную нагрузку, зависящую от проходимости электровозов.
Новизна заключается в применении компьютерного моделирования с помощью программы «Matlab» для определения оптимальных характеристик тяговой подстанции для электроснабжения железнодорожного транспорта в современных, реальных и экономических условиях.
Метод исследования заключается в применении программного пакета «Matlab» для получения визуальных характеристик.
Практическая значимость работы определяет следующее:
1. полученная модель адаптирована под реальные условия и учитывает в себе факторы, в результате которых выбор схемы электроснабжения железнодорожного транспорта и определение характеристик тяговой подстанции будут более целесообразными и показательными;
2 имитационная модель получена при помощи программного пакета «Matlab», что позволяет быстро переключиться на любую тяговую подстанцию со своими особенностями и рассмотреть её характеристики;
3 разработанная имитационная модель тяговой подстанции может быть использована для проведения дальнейших научных исследований
Как упоминалось ранее затраты на сооружение и эксплуатацию тяговых подстанций в целом составляют значительную часть от всех затрат на систему электроснабжения железных дорог, поэтому при её проектировании, фундамент должен закладываться, опираясь на технические решения, которые должны быть тщательно обоснованы и доказаны современными методами и способами.
Актуальность темы исследования в настоящее время заключается в том основными проблемами для всей системы электроснабжения железных дорог является качество электроэнергии в точке подключения к сети и в точке подключения нагрузки, а именно в этих точках подключения наблюдается повышенное потребление реактивной мощности и плохой гармонический состав питающего напряжения, кроме выше сказанного разработанная комплексная модель тяговой подстанции с помощью современных устройств, она с лёгкостью может быть адаптирована под любую тяговую подстанцию с разными экономическими условиями, позволит нам перед стадией проектирования найти экономически целесообразные схемы электроснабжения тяговых подстанций, кроме того позволит нам найти конкретные места закладки фундаментов наших тяговых подстанций и с экономической точки зрения создавать рациональные схемы электроснабжения, которые будут использоваться при номинальных параметрах.
Цель работы - создание математической и имитационной модели тяговой подстанции в системе «Matlab» для проведения анализа, в котором можно будет найти необходимые параметры тяговой сети и убедится в рациональности схемы питания железного дорожного транспорта в современных условиях.
Задачи исследования представляют собой конкретные исследовательские действия и заключаются в том, что нам необходимо:
- провести анализ существующих видов тяговых подстанций, их разновидностей, и разбираться из каких элементов она состоит и за, что каждый из них отвечает;
- разработать математическую модель участка железной дороги в целом, в том числе и данной тяговой подстанции;
- на основании математической модели создать имитационную модель в системе «Matlab» с помощью блоков «SimPowerSystem»;
- по полученной имитационной модели оценить эффективность работы компенсированного и не компенсированного выпрямителя тяговой подстанции с целью определения тяговых характеристик нашей подстанции в различных режимах работы с целью нахождения наиболее оптимального для наших условий;
Объект исследования -однолинейная схема тупиковой тяговой подстанции постоянного тока «Светлая», которая состоит из 4 распределительных устройств: открытое распределительное устройство (ОРУ) - 110 кВ, закрытых распределительных устройств (ЗРУ) - 35 кВ, 10 кВ, 3,3 кВ
Предмет исследования - компенсированный 12 фазный преобразователь тяговой подстанции в системе электроснабжения участка железной дороги, для анализа которого была создана математическая и имитационная модель тяговой подстанции, имеющая постоянную нагрузку, зависящую от проходимости электровозов.
Новизна заключается в применении компьютерного моделирования с помощью программы «Matlab» для определения оптимальных характеристик тяговой подстанции для электроснабжения железнодорожного транспорта в современных, реальных и экономических условиях.
Метод исследования заключается в применении программного пакета «Matlab» для получения визуальных характеристик.
Практическая значимость работы определяет следующее:
1. полученная модель адаптирована под реальные условия и учитывает в себе факторы, в результате которых выбор схемы электроснабжения железнодорожного транспорта и определение характеристик тяговой подстанции будут более целесообразными и показательными;
2 имитационная модель получена при помощи программного пакета «Matlab», что позволяет быстро переключиться на любую тяговую подстанцию со своими особенностями и рассмотреть её характеристики;
3 разработанная имитационная модель тяговой подстанции может быть использована для проведения дальнейших научных исследований
По результатам проделанной выпускной квалификационной работе произведен анализ с целью нахождения наиболее оптимального режима работы системы электроснабжения участка железной дороги в том числе и тяговой подстанции постоянного тока и можно прийти к заключению что:
1. Разработана комплексная имитационная и математическая модель системы электроснабжения участка действующей железной дороги, состоящая из тяговой подстанции постоянного тока, компенсирующего устройства, которое в свою очередь состоит из двух реакторов и конденсаторной установки, выпрямительный 12- пульсный агрегат последовательного типа, тяговая сеть, состоящая из рельсовой и контактной сети и модели электроподвижного состава.
2. На основании полученной имитационной модели тяговой подстанции мы создали два аналога модели с компенсирующим устройством и без него с целью определения наиболее оптимального режима работы участка железной дороги и увеличения коэффициента мощности преобразовательного агрегата системы с применением искусственной коммутации вентильных блоков с использованием конденсаторов. По нашей модели с компенсирующим устройством мы установили, что увеличение коэффициента мощности системы происходит благодаря тому, что ток опережает напряжение, полученная модель выполнена в системе «Matlab» с применением блока SimPowerSystem, которая при необходимости может быть доработана для любой тяговой подстанции в том числе с инвертирующим звеном. При разработке модели были приняты допущения при расчётах параметров реакторов в компенсирующем устройстве и снаббера в цепи вентильных ключей.
3. На основании нашей модели получили, что в системе тягового электроснабжения участка железной дороги в тяговой сети происходит экономия электроэнергии путём применения компенсирующего устройства, кроме этого мы убедились, что в имитационной модели компенсированного 12 -фазного преобразователя с применением реакторов, вторичные обмотки которых соединяются в звезду и треугольник, наблюдается что в большей степени составляющей тока являются 5-ая и 7-ая гармоники тока.
4. По итогам работы мы оценили эффективность применения компенсированного выпрямителя и выяснили что мы благодаря этому мы получаем более жёсткую внешнюю характеристику нашей системы в целом, наклон которой зависит от правильного подбора величины конденсаторной установки, кроме этого мы наглядно убедились, что при увеличении ёмкости конденсаторной батареи увеличивается выпрямленное напряжение.
5. Для обширного использования данной модели в будущем, необходимо доработать некоторые факторы, учитывающие реальные параметры снаббера в вентильных ключах, реакторов в преобразовательном устройстве и включить в модель блок инвертирующего звена.
1. Разработана комплексная имитационная и математическая модель системы электроснабжения участка действующей железной дороги, состоящая из тяговой подстанции постоянного тока, компенсирующего устройства, которое в свою очередь состоит из двух реакторов и конденсаторной установки, выпрямительный 12- пульсный агрегат последовательного типа, тяговая сеть, состоящая из рельсовой и контактной сети и модели электроподвижного состава.
2. На основании полученной имитационной модели тяговой подстанции мы создали два аналога модели с компенсирующим устройством и без него с целью определения наиболее оптимального режима работы участка железной дороги и увеличения коэффициента мощности преобразовательного агрегата системы с применением искусственной коммутации вентильных блоков с использованием конденсаторов. По нашей модели с компенсирующим устройством мы установили, что увеличение коэффициента мощности системы происходит благодаря тому, что ток опережает напряжение, полученная модель выполнена в системе «Matlab» с применением блока SimPowerSystem, которая при необходимости может быть доработана для любой тяговой подстанции в том числе с инвертирующим звеном. При разработке модели были приняты допущения при расчётах параметров реакторов в компенсирующем устройстве и снаббера в цепи вентильных ключей.
3. На основании нашей модели получили, что в системе тягового электроснабжения участка железной дороги в тяговой сети происходит экономия электроэнергии путём применения компенсирующего устройства, кроме этого мы убедились, что в имитационной модели компенсированного 12 -фазного преобразователя с применением реакторов, вторичные обмотки которых соединяются в звезду и треугольник, наблюдается что в большей степени составляющей тока являются 5-ая и 7-ая гармоники тока.
4. По итогам работы мы оценили эффективность применения компенсированного выпрямителя и выяснили что мы благодаря этому мы получаем более жёсткую внешнюю характеристику нашей системы в целом, наклон которой зависит от правильного подбора величины конденсаторной установки, кроме этого мы наглядно убедились, что при увеличении ёмкости конденсаторной батареи увеличивается выпрямленное напряжение.
5. Для обширного использования данной модели в будущем, необходимо доработать некоторые факторы, учитывающие реальные параметры снаббера в вентильных ключах, реакторов в преобразовательном устройстве и включить в модель блок инвертирующего звена.
