Modeling of power supply systems of stationary railway objects
Keywords:
railway transport, power transmission line, power supply systems for stationary consumers, modelingAbstract
To ensure rail transportation, a developed infrastructure is needed, including enterprises for the maintenance and repair of rolling stock, track facilities, as well as signaling, centralization, automatic blocking and communication facilities. The functioning of this infrastructure is impossible without a reliable electricity supply. Therefore, at many traction substations of alternating current railways, switchgears of 6-10-35 kV are being built, supplying power to stationary consumers, which include the facilities listed above. Due to the influence of a single-phase traction load in the power supply systems (PSS) of these consumers, significant unbalance may occur, the levels of which often exceed the permissible rating values, resulting in such negative effects as loss increase and a reduction in the operation life of electrical equipment. Therefore means to improve the quality of electricity have to be developed and introduced, the choice of which in the current digitalization of the electric power industry should be based of computer technologies. To use this approach, digital models of PSS are required correctly taking into account all the important aspects. Such models can be implemented on the basis of methods and tools developed in the Irkutsk State University of Railways. These are based on an approach using phase coordinates, which make it possible to obtain a formalized description of the modes of three-phase - single-phase electrical networks closest to the physics of the processes in question. The article presents the results of studies aimed at developing models of PSS for stationary objects of railway transport; with the primary attention paid to the objects of signaling, centralization, automatic blocking and communication. The Fazonord software package was used for modeling. For a detailed study of the modes, simulation was carried out for the following options: loads on 0.4 kV buses were connected to phase or line voltages; variation of the length of 10 kV power transmission lines was performed; simulated single-phase-to-earth faults; the transformer loads for auxiliary needs and consumers connected to the 0,4 kV buses of substations of stationary objects varied; the traction load was changed in order to determine its effect on the PSS; three types of loads were considered: three-phase symmetrical, two-phase and single-phase; the length of the power transmission lines was varied.
References
Авилов В.Д. Повышение качества электроэнергии в распределительных сетях нетяговых потребителей // Изв. Транссиба. 2013. № 1 (13). С. 48–54.
Авилов В.Д., Третьяков Е.А., Краузе А.В. Управление качеством электроэнергии в распределительных сетях железнодорожного транспорта // Омский научный вестник. 2013. № 1 (117). С. 183–187.
Бобун А.А., Пинчуков П.С. Мониторинг качества электрической энергии в линиях автоблокировки железных дорог// Актуальные вопросы и перспективы развития науки и образования. Нефтекамск, 2018. С. 23–26.
Карабанов М.А. Снижение влияния системы тягового электроснабжения на электропитание нетяговых потребителей в моменты подключения преобразовательных агрегатов // Известия Транссиба. 2011. № 3 (7). С. 58–67.
Каштанов А.Л., Ананьева Н.Г. Электрические распределительные сети железнодорожных узлов: проблемы и пути их решения // Известия Транссиба. 2018. № 1 (33). С. 79–87.
Ожиганов Н.В., Попов А.А., Ожиганов С.Н. О повышении качества и надежности электроснабжения средств ЖАТ // Автоматика, связь, информатика. 2017. № 10. С. 27–30.
Ожиганов Н.В. Повышение качества электроэнергии для ЖАТ // Автоматика, связь, информатика. 2012. № 1. С. 22–26.
Орешков Е.В. Управление качеством электроэнергии в распределительных сетях железнодорожного транспорта // Качество в производственных и социально-экономических системах. Курск, 2018. С. 106–109.
Соколов С.Е., Соколова И.С. Регулирование напряжения в системах электроснабжения нетяговых потребителей железнодорожного транспорта // Вестн. Казах. акад. транспорта и коммуникаций им. М. Тынышпаева. 2014. № 6 (91). С. 154–157.
Shinzo Tamai. Novel power electronics application in traction power supply system in Japan. 2014 16th International Power Electronics and Motion Control Conference and Exposition. 2014 Publisher: IEEE. DOI: 10.1109/EPEPEMC.2014.6980579.
Improving the Quality of Electrical Energy in the Railway Power Supply System / Ye. Sokol, V. Zamaruiev, V. Ivakhno et. al. // 2018 IEEE 38th International Conference on Electronics and Nanotechnology (ELNANO). 2018 Publisher: IEEE. DOI:10.1109/ELNANO.2018.8477533.
Kneschke T. Voltage flicker calculations for single-phase AC railroad electrification systems. Proceedings of the 2003 IEEE/ASME Joint Railroad Conference. 2003 Publisher: IEEE. DOI: 10.1109/RRCON.2003.1204662.
Optimal Design for Power Quality of Electric Railway / H. Lee, G. Kim, S. Oh et al. // SICE-ICASE International Joint Conference. 2006 Publisher: IEEE. DOI:10.1109/SICE.2006.314842.
Анализ результатов моделирования системы электроснабжения нетяговых потребителей железнодорожного транспорта / И.С. Евдасёв, А.В. Дробов, В.Н. Галушко и др. // Проблемы безопасности на транспорте. – Гомель, 2017. С. 219–221.
Дробов А.В. Статистическая проверка адекватности математической модели системы электроснабжения нетяговых железнодорожных потребителей // Информационно-телекоммуникационные системы и технологии. Кемерово, 2017. С. 65–67.
Евдасев И.С., Галушко В.Н., Дробов А.В. Моделирование системы электроснабжения нетяговых потребителей железнодорожного транспорта // Вестн. Белорус. гос. ун-та трансп. Сер.: наука и транспорт. 2017. № 2 (35). С. 33–36.
Третьяков Е.А., Малышева Н.Н. Моделирование установившихся режимов системы электроснабжения нетяговых потребителей // Совершенствование электромеханических преобразователей энергии. Омск, 2010. С. 54–61.
Zaytseva L.A., Zaytsev V.V. Methods and Tools for Predicting Working Modes of Railroad Power-Supply Systems // IET International Conference On Railway Condition Monitoring. 2006 Publisher: IET.
Funabiki S., Nakano H., Tanaka T. A fuzzy-based control strategy for leveling electric power fluctuations in railroad substations. 4th IEEE International Conference on Power Electronics and Drive Systems. IEEE PEDS 2001. Indonesia. Pro.
Hill R.J., Cevik I.H. On-line simulation of voltage regulation in autotransformer-fed AC electric railroad traction networks. IEEE Transactions on Vehicular Technology. 1993. Vol.: 42. Iss. 3. Publisher: IEEE.
Черемисин В.Т., Комяков А.А. Моделирование процессов электропотребления в системе нетягового электроснабжения железнодорожного транспорта. Омск, 2017. 161 с.
Аржанников Б.А., Сергеев Б.С., Набойченко И.О. Системы электроснабжения устройств СЦБ. Екатеринбург : Изд-во УрГУПС, 2009. 101 с.
Герман Л.А., Векслер М.И., Шелом И.А. Устройства и линии электроснабжения автоблокировки. М. : Транспорт, 1987. 192 c.
Герман Л.А., Калинин А.Л. Электроснабжение автоблокировки и электрической централизации. М.: Транспорт, 1974. 168 с.
Валияхметова В.К., Николаев В.Л., Власова В.А. Повышение надежности электроснабжения нетяговых потребителей железных дорог // Современные инновации в науке, образовании и технике. 2018. С. 27–29.
Дорощук Д.В., Евдасев И.С. О параметрической надежности систем нетягового электроснабжения железнодорожного транспорта // Проблемы безопасности на транспорте. Гомель, 2005. С. 185–187.
Дынькин Б.Е., Лохманов В.В. Электроснабжение нетяговых потребителей железных дорог с использованием альтернативных источников энергии // Транспорт: наука, образование, производство. Ростов на Дону, 2017. С. 92–96.
Use of Renewable Energy Sources to Power Railroad Traffic Safety Installations / E. Spunei, B. Protea, I. Piroi et ai // 11th International Symposium on Advanced Topics in Electrical Engineering (ATEE). 2019 Publisher: IEEE.
Косарев А.Б., Сербиненко Д.В. Система обеспечения электромагнитной совместимости устройств автоблокировки и связи с тяговым электроснабжением переменного тока // Вестн. Науч.-исслед. ин-та ж.-д. трансп. 2011. № 6. С. 17–22.
Косарев А.Б., Сербиненко Д.В., Юрков А.Ю. Электрическое влияние системы тягового электроснабжения с высоковольтным питающим проводом на воздушные линии электропередач // Транспорт: наука, техника, управление. 2013. № 9. С. 21–24.
Головнёв Г.Е. Повышение энергетической эффективности работы системы электроснабжения нетяговых потребителей // Инновационные проекты и технологии в образовании, промышленности и на транспорте. Омск, 2016. С. 80–84.
Куликова Е.А., Бебрис А.Н. Инновационное оборудование для повышения энергоэффективности систем электроснабжения нетяговых потребителей // Современные научные исследования: актуальные вопросы, достижения и инновации. Нефтекамск, 2017. С. 18–23.
Митрофанов А.Н., Гаранин М.А., Добрынин Е.В. Управление технологиями электропотребления и энергосбережения. Самара : Изд-во СамГУПС, 2009. 150 с.
Никифоров М.М., Норкин И.Ю. Повышение технико-экономических показателей системы нетягового электроснабжения при внедрении АСКУЭ розничных рынков электроэнергии // Транспорт Урала. 2009. № 2 (21). С. 97–99.
Еркебаев А.Ж. Анализ методов оценки эффективности использования электроэнергии на нетяговые нужды железнодорожного транспорта // Разработка и эксплуатация электротехнических комплексов и систем энергетики и наземного транспорта. Омск, 2018. С. 59–66.
Закарюкин В.П., Крюков А.В. Сложнонесимметричные режимы электрических систем. Иркутск : Изд-во Иркут. гос. ун-та, 2005. 273 с.
Улучшение качества электроэнергии в системах электроснабжения нетяговых потребителей железных дорог / В.П. Закарюкин и др. ; под ред. А.В. Крюкова. М. ; Берлин : Директ-Медиа, 2020. 183 с.
Воропай Н.И. От плана ГОЭЛРО к глобальному электроэнергетическому интернету // Электричество. 2020. № 12. С. 10–13.
