CC BY
9
ИРКУТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ
Закарюкин В.П., Крюков А.В., Асташин С.М. УДК621.311
УЧЕТ ВОЗМУЩЕНИЙ ВО ВНЕШНЕЙ СЕТИ ПРИ ИМИТАЦИОННОМ МОДЕЛИРОВАНИИ СИСТЕМ ТЯГОВОГО ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ
При учете электромагнитных и электро- Ввиду большой размерности, сложности и механических переходных процессов система недостаточной информационной обеспечен-тягового электроснабжения (СТЭ) магис- ности СТЭ практическое использование моде-тральной железной дороги переменного тока ли (1) на современном этапе не представляется представляет собой сложный нелинейный ди- возможным. Поэтому для определения режи-намический объект, для формального описа- мов СТЭ применяют имитационные методы ния которого может быть использована следу- [1...4]. При этом используется концепция так ющая модель: называемых мгновенных2 схем [5] и осуще-
X( t) = Ft [Y( t), C(t),S(t)], (1) ствляется редукция динамической модели (1) к
Чч „ набору статических моделей. Для выполнения
t) — n-мерный вектор параметров, ха-
процедуры моделирования исследуемый ин-рактеризующих режим СТЭ; тервал TM разбивается на малые промежутки
Ft [Y(t),C(t),S(t)] - нелинейный, динами- At, внутри которых параметры X,Y,C и S при-
ческий оператор, в общем случае зависящий нимаются неизменными.
от времени; Y(t) - m-мерный вектор возму- На каждом интервале моделирования At
„ ч , „ осуществляется решение следующей нели-
щающихвоздействий; C(t) - /-мерныйвектор нейной системы уравнений, описывающей
управляющих воздействий; S(t) — р-мерный установившийся режим соответствующей
вектор структурных параметров СТЭ. мгновенной cxmbL
х х j j А i i Hjr"Y Л/" с* \ _А ({Г)\
В качестве параметров X(t) обычно ис- F[Xk, Yk,Ck,Sk]_u, (2)
Stt' ttгде XY ,C, ,S, — значения векторов X,Y,C,S пользуются декартовые (U i ,U t I или полярные k k k k 1
/ ч для k-ой мгновенной схемы.
координаты (U,. ,5 ,) узловых напряжений. Па- Описанный алгоритм реализован в ком-
раметры Y(t) представляют собой изменяю- плексе программ Fazonord «Расчеты режимов
щиеся во времени и перемещающиеся в про- и нагрузочной способности систем тягового
странстве активные P и реактивные Q тяго- электроснабженйявфазныхкоординатах>>[6].
i i Однофазная СТЭ связана с рядом других под-
вые нагрузки. Вектор управлений C(t) форми- систем, активно взаимодействующих друг с
руется на основании детерминированного или другом. К их числу можно отнести трехфаз-
случайного графика движения поездов1. ную электроэнергетическую систему (ЭЭС) и
Структурные параметры S( t) включают в свой районы электроснабжения (РЭС) нетяговых и
нетранспортных потребителей. Объединен-
состав в основном элементы матрицы прово- ^
ная система электроснабжения (ОСЭ) желез-димостеи, отвечающей электрической сети ^ у '
Суд нодорожнои магистрали характеризуется
1 Ниже будет показано, что в состав этого вектора могут входить управляющие воздействия, направленные на коммутацию линий электропередач и изменение режимов работы генераторов, нагрузок и компенсирующих устройств.
2 Под мгновенными понимаются схемы СТЭ с расположением поездов в определенный момент времени [5].
©
УПРАВЛЕНИЕ В ТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ
большой размерностью и сложностью взаимосвязей. Отличительная особенность комплекса Fazonord состоит в возможности подробного описания внешней сети, что позволяет выполнять корректное моделирование ОСЭ с учетом процессов, происходящих во внешней сети, в частности, с учетом коммутаций линий электропередач высокого напряжения и изменений режимов работы генераторов, нагрузок, а также компенсирующих и регулирующих устройств.
В настоящей статье приведены результаты исследований, показывающих актуальность учета возмущений во внешней сети при имитационном моделировании СТЭ. Моделирование проводилось применительно к ОСЭ
западного участка Байкало-Амурской железнодорожной магистрали на основе комплекса программ Fazonord. Сформированная в программном комплексе расчетная схема ОСЭ показана на рис. 1. Расчетная схема составлена в предположении включения всех автотрансформаторов системы 2х25 кВ в соответствии с проектом.
Мощности районных нагрузок взяты из результатов контрольных замеров для летнего режима. Для получения сопоставимых результатов во всех вариантах расчета моделировалось движение пакета из трех нечетных поездов массами 3000 т с интервалами в 30 мин. Характер изменения активных и реактивных мощностей, потребляемых таким поездом, по-
Рис. 1. Расчетная схема ОСЭ.
Время, мин
Рис. 2. Активные и реактивные мощности, потребляемые поездом массой в 3000 т.
казан на рис. 2. Шунтирующие реакторы (ШР), установленные на шинах 10 кВ тяговых подстанций (ТП), моделировались с помощью индуктивных шунтов или реактивных нагрузок. Информация о реакторах рассматриваемой ОСЭ представлена в табл. 1. Параметры ШР выбраны по данным контрольных замеров, а также из условия обеспечения напряжения холостого хода в 29 кВ на тяговых шинах подстанций.
С целью изучения влияния возмущений во внешней сети на результаты расчетов имитационное моделирование выполнялось для двух вариантов:
1) нормальная схема внешней сети с двух-цепной ЛЭП-220 кВ и включенными реакторами; отключение на 170-й минуте одной цепи ЛЭП 220 кВ между ТП Ангоя и Уоян.
2) нормальная схема внешней сети с двух-цепной ЛЭП-220 кВ и включенными реактора-
ми; отключение на 170-й минуте одной цепи ЛЭП 220 кВ между ТП Ангоя и Уоян с одновременным отключением части ШР.
Результаты расчетов представлены на рис. 3 и 4 в виде графиков изменения напряжения на токоприемнике среднего поезда моделируемого пакета.
Анализ полученных результатов позволяет сделать следующие выводы.
1. Возмущения во внешней сети, связанные с коммутациями линий электропередачи и компенсирующих устройств, могут оказывать существенное влияние на режимы систем тягового электроснабжения.
2. Для корректного моделирования СТЭ необходим учет процессов, происходящих во внешней сети, в частности, учет коммутаций линий электропередач высокого напряжения и изменений режимов работы генераторов, нагрузок, а также компенсирующих и регули-
Табл. 1.
Коммутируемые реакторы.
№ Подстанция Число и мощность включенных реакторов Эквивалентная проводимость, приведенная к напряжению 220 кВ
1 Киренга 1 х 18 Мвар 372 мкСм
2 Даван 2 х 3.3 Мвар 136 мкСм
3 Северобайкальск 4 х 3.3 Мвар 272 мкСм
4 Кичера 2 х 3.3 Мвар 136 мкСм
5 Ангоя 2 х 3.3 Мвар 136 мкСм
6 Уоян 2 х 3.3 Мвар 136 мкСм
7 Янчукан 4 х 3.3 Мвар 272 мкСм
8 Таксимо 2 х 10 Мвар 414 мкСм
©
УПРАВЛЕНИЕ В ТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ
Рис. 3. Напряжение на токоприемнике среднего поезда для первого варианта расчета.
рующих устройств. Такой учет особенно актуален для железных дорог в регионах Сибири и Дальнего Востока, схемы внешнего электроснабжения которых характеризуются наличием протяженных ЛЭП 110 — 220 кВ, питающих тяговые подстанции.
Заключение.
Разработана методика учета возмущений во внешней сети при имитационном моделировании систем тягового электроснабжения. Результаты компьютерного моделирования, проведенные применительно к системе электроснабжения западного участка Байкало-Амурской железнодорожной магистрали, показали применимость предлагаемой методики для решения практических задач, связанных с определением режимов и нагрузочной способности систем тягового электроснабжения переменного тока.
БИБЛИОГРАФИЯ
1. Тер-Оганов, Э.В. Имитационная модель работы системы электроснабжения двухпутного электрифицированного участка [Текст] / Э.В. Тер-Оганов // Сб. научн. тр. ВЗИИТ. - 1983. - Вып. 788.
2. Герман, Л.А. Схема замещения электрифицированного участка железной дороги переменного тока [Текст] / Л.А. Герман // Электричество. - 1988. - № 3. - С. 71-75.
Рис. 4. Напряжение на токоприемнике среднего поезда для второго варианта расчета: а) уплотненный масштаб по оси абсцисс; б) разреженный масштаб по оси абсцисс для интервала времени 300...320 мин.
3. Дынькин, Б.Е. Алгоритм и программа имитационного моделирования системы тягового электроснабжения на ЭВМ [Текст] / Б.Е. Дынькин, Л.Н. Рачек, С.Ю. Поступаев // Вопросы повышения эффективности устройств тягового электроснабжения в условиях Дальнего Востока и БАМ. - 1989. - С. 10-16.
4. Закарюкин, В.П. Имитационное моделирование систем тягового электроснабжения [Текст] / Закарюкин В.П., Крюков А.В. -Иркутск: ИрГУПС, 2007 - 124 с.
5. Марквардт, К.Г. Электроснабжение электрифицированных железных дорог [Текст] /К.Г. Марквардт. - М.: Транспорт, 1982. -528 с.
6. <^а20П0М - Расчеты режимов и нагрузочной способности систем тягового электроснабжения в фазных координатах». Сви-дет. об офиц. регистр. программы для ЭВМ №2005611179 (РФ) / Закарюкин В.П., Крюков А.В., Литвинов Е.Ю. - Федеральная служба по интеллектуальной собственности, патентам и товарным знакам. -Зарегистр. 19.05.2005.
