Bulletin of scientific research results Bulletin of scientific research results Бюллетень результатов научных исследований 2223-9987 84684 10.20295/2223-9987-2024-02-5-17 Проблематика транспортных систем PROBLEMATIC OF TRANSPORT SYSTEM Проблематика транспортных систем Experimental determination of external characteristics of AC traction substations for selection of parameters of active devices of traction power supply system Экспериментальное определение внешних характеристик тяговых подстанций переменного тока для выбора параметров активных устройств системы тягового электроснабжения Комяков Александр Анатольевич Komyakov Aleksandr A. tskom@mail.ru

доктор технических наук;

doctor of technical sciences;

 Тарасевич Виктор Александрович Tarasevich Viktor Aleksandrovich viktortarasevich5665@gmail.com Омский государственный университет путей сообщения Омск Россия Omsk State University of Railway Engineering Omsk Russian Federation Омский государственный университет путей сообщения Омск Россия Omsk State University of Railway Engineering Omsk Russian Federation 28 06 2024 28 06 2024 2024 2 5 17 27 06 2024 https://itt-pgups.ru/en/nauka/article/84684/view

Цель: разработать методику экспериментального определения внешних характеристик тяговых подстанций переменного тока для выбора параметров активных устройств системы тягового электроснабжения. Методы: нахождение эквивалентных токов фаз понижающего трансформатора с применением теории линейных электрических цепей; статистические методы, в том числе построение и аппроксимация внешних характеристик методов регрессионного анализа, построение теоретического и экспериментального закона распределения эквивалентного тока тяговой нагрузки и определение квантиля тока для заданной доверительной вероятности. Результаты: показаны преимущества и недостатки методов имитационного моделирования системы тягового электроснабжения применительно к определению параметров активных устройств, приведены возможности экспериментального метода. Приведено подробное описание проведенного эксперимента, показаны схемы подключения измерительных приборов и векторные диаграммы токов и напряжений. Изложены основные этапы предлагаемой методологии выбора параметров бустерного трансформатора. Представлены расчетные формулы для определения эквивалентных токов фаз, построена внешняя характеристика для выбранной тяговой подстанции. Построены теоретический и экспериментальный закон распределения эквивалентного тока тяговой нагрузки и определены квантили эквивалентного тока, который составил 400 А при доверительной вероятности 0,968. Определено максимальное необходимое значение вольтодобавки для выбранной тяговой подстанции и закон регулирования напряжения вольтодобавки для бустерного трансформатора. Практическая значимость: предлагаемая методология выбора параметров активных устройств системы тягового электроснабжения, основанная на экспериментальном определении внешних характеристик тяговых подстанций, позволит более точно определять энергетические показатели бустерных трансформаторов. Предполагается совершенствование методики за счет обработки результатов синхронных измерений токов и напряжений на соседних тяговых подстанциях, питающих межподстанционную зону. Это позволит расширить возможности применения активных устройств системы тягового электроснабжения и усовершенствовать алгоритмы работы бустерного трансформатора, в том числе с учетом работы управляемых устройств компенсации реактивной мощности.

Objective: to develop a method of experimental determination of external characteristics of alternating current traction substations for selection of parameters of active devices of traction power supply system. Methods: finding of equivalent currents of phases of a step-down transformer using the theory of linear electric circuits; statistical methods, including: construction and approximation of external characteristics of regression analysis methods, construction of theoretical and experimental law of distribution of equivalent current of traction load and determination of current quantile for a given confidence probability. Results: advantages and disadvantages of methods of simulation modeling of traction power supply system as applied to determination of parameters of active devices are shown, possibilities of experimental method are given. A detailed description of the conducted experiment is given, connection schemes of measuring devices and vector diagrams of currents and voltages are shown. The main stages of the proposed methodology for selecting the parameters of the booster transformer are outlined. Calculation formulas for determining the equivalent phase currents are presented, the external characteristic for the selected traction substation is constructed. The theoretical and experimental distribution law of the equivalent current of the traction load was constructed and the quantiles of the equivalent current were determined, which amounted to 400 A at a confidence level of 0.968. The maximum required value of volt additive for the selected traction substation and the law of volt additive voltage control for the booster transformer were determined. Practical importance: the proposed methodology of selecting the parameters of active devices of traction power supply system based on the experimental determination of external characteristics of traction substations will allow to determine more accurately the energy performance of booster transformers. It is supposed to improve the methodology by processing the results of synchronous measurements of currents and voltages at neighboring traction substations feeding the inter-substation zone. This will make it possible to expand the possibilities of application of active devices of the traction power supply system and improve the algorithms of booster transformer operation, including taking into account the operation of controlled reactive power compensation devices.

 система тягового электроснабжения тяговая подстанция внешняя характеристика железнодорожный транспорт энергоэффективность traction power supply system traction substation external characteristic railway transportation energy efficiency Исследование выполнено в рамках гранта Российского научного фонда № 24-29-00346 по теме «Применение бустерных трансформаторов с тиристорным управлением для повышения пропускной способности и энергоэффективности участков железных дорог переменного тока» The study was carried out within the framework of a grant from the Russian Science Foundation No. 24-29-00346 on the topic “Application of booster transformers with thyristor control for increased throughput and energy efficiency sections of AC railways."

Герман Л. А. Регулирование напряжения в тяговой сети переменного тока железных дорог / Л. А. Герман, К. В. Кишкурно // Электричество. 2014. № 9. С. 23–33. EDN XXSQQN. German L. A. Regulirovanie napryazheniya v tyagovoy seti peremennogo toka zheleznyh dorog / L. A. German, K. V. Kishkurno // Elektrichestvo. 2014. № 9. S. 23–33. EDN XXSQQN. Cheremisin V. T. Assessment of Train Traction Electric Energy Losses / V. T. Cheremisin, M. M. Nikiforov, S. Y. Ushakov // 2018 International Multi-Conference on Industrial Engineering and Modern Technologies, FarEastCon 2018, Vladivostok. P. 8602528. DOI: 10.1109/ FarEastCon.2018.8602528. Cheremisin V. T. Assessment of Train Traction Electric Energy Losses / V. T. Cheremisin, M. M. Nikiforov, S. Y. Ushakov // 2018 International Multi-Conference on Industrial Engineering and Modern Technologies, FarEastCon 2018, Vladivostok. P. 8602528. DOI: 10.1109/ FarEastCon.2018.8602528. Кондратьев Ю. В., Тарасенко А. В., Комяков А. А. и др. Расчет параметров устройств продольной компенсации реактивной мощности в тяговой сети переменного тока // Омский научный вестник. 2015. № 3 (143). С. 237–239. EDN VCNUPN. Kondrat'ev Yu. V., Tarasenko A. V., Komyakov A. A. i dr. Raschet parametrov ustroystv prodol'noy kompensacii reaktivnoy moschnosti v tyagovoy seti peremennogo toka // Omskiy nauchnyy vestnik. 2015. № 3 (143). S. 237–239. EDN VCNUPN. Агунов А. В., Карабанов А. А., Терехин И. А. и др. Расчет тепловых потерь в комбинированной фильтрокомпенсирующей установке // Бюллетень результатов научных исследований. 2023. № 2. С. 92–103. DOI: 10.20295/2223-9987-2023-2-92-103. EDN PJIOVK. Agunov A. V., Karabanov A. A., Terehin I. A. i dr. Raschet teplovyh poter' v kombinirovannoy fil'trokompensiruyuschey ustanovke // Byulleten' rezul'tatov nauchnyh issledovaniy. 2023. № 2. S. 92–103. DOI: 10.20295/2223-9987-2023-2-92-103. EDN PJIOVK. Баранов И. А. Моделирование процессов компенсации реактивной мощности в системе тягового электроснабжения с помощью MATLAB-Simulink / И. А. Баранов, А. В. Агунов // Интеллектуальные технологии на транспорте. 2021. № 2(26). С. 5–12. EDN IRFFJT. Baranov I. A. Modelirovanie processov kompensacii reaktivnoy moschnosti v sisteme tyagovogo elektrosnabzheniya s pomosch'yu MATLAB-Simulink / I. A. Baranov, A. V. Agunov // Intellektual'nye tehnologii na transporte. 2021. № 2(26). S. 5–12. EDN IRFFJT. Гречишников В. А., Плетнев Д. С., Белов М. Н. и др. Выбор мест установки накопителей энергии на тяговых подстанциях линий метрополитена // Электротехника. 2023. № 9. С. 45– 50. DOI: 10.53891/00135860_2023_9_45. EDN TQUIRU. Grechishnikov V. A., Pletnev D. S., Belov M. N. i dr. Vybor mest ustanovki nakopiteley energii na tyagovyh podstanciyah liniy metropolitena // Elektrotehnika. 2023. № 9. S. 45– 50. DOI: 10.53891/00135860_2023_9_45. EDN TQUIRU. Закарюкин В. П. Применение накопителей энергии в системах тягового электроснабжения железных дорог переменного тока / В. П. Закарюкин, А. В. Крюков, А. В. Черепанов // Современные технологии. Системный анализ. Моделирование. 2014. № 2(42). С. 158–164. EDN SKDVTN. Zakaryukin V. P. Primenenie nakopiteley energii v sistemah tyagovogo elektrosnabzheniya zheleznyh dorog peremennogo toka / V. P. Zakaryukin, A. V. Kryukov, A. V. Cherepanov // Sovremennye tehnologii. Sistemnyy analiz. Modelirovanie. 2014. № 2(42). S. 158–164. EDN SKDVTN. Блинкова С. А. Эффективность использования альтернативных источников питания на железной дороге // Вестник транспорта Поволжья. 2024. № 1(103). С. 7–12. EDN SLLETJ. Blinkova S. A. Effektivnost' ispol'zovaniya al'ternativnyh istochnikov pitaniya na zheleznoy doroge // Vestnik transporta Povolzh'ya. 2024. № 1(103). S. 7–12. EDN SLLETJ. Гаранин М. А. Моделирование системы тягового электроснабжения с использованием накопителей энергии / М. А. Гаранин, С. А. Блинкова // Вестник Ростовского государственного университета путей сообщения. 2023. № 2(90). С. 85–90. DOI: 10.46973/0201- 727X_2023_2_85. EDN TUOYML. Garanin M. A. Modelirovanie sistemy tyagovogo elektrosnabzheniya s ispol'zovaniem nakopiteley energii / M. A. Garanin, S. A. Blinkova // Vestnik Rostovskogo gosudarstvennogo universiteta putey soobscheniya. 2023. № 2(90). S. 85–90. DOI: 10.46973/0201- 727X_2023_2_85. EDN TUOYML. Комяков А. А. Совместное применение бустерных трансформаторов и статических компенсаторов реактивной мощности для управления режимами работы системы тягового электроснабжения переменного тока / А. А. Комяков, М. М. Никифоров // Проблемы безопасности и эффективности технических систем: Сборник докладов конференции с международным участием, посвященной 95‑летию со дня рождения А. В. Плакса, Санкт-Петербург, 11–12 мая 2023 года. СПб.: Петербургский государственный университет путей сообщения Императора Александра I, 2023. С. 67–70. EDN CWABFT. Komyakov A. A. Sovmestnoe primenenie busternyh transformatorov i staticheskih kompensatorov reaktivnoy moschnosti dlya upravleniya rezhimami raboty sistemy tyagovogo elektrosnabzheniya peremennogo toka / A. A. Komyakov, M. M. Nikiforov // Problemy bezopasnosti i effektivnosti tehnicheskih sistem: Sbornik dokladov konferencii s mezhdunarodnym uchastiem, posvyaschennoy 95‑letiyu so dnya rozhdeniya A. V. Plaksa, Sankt-Peterburg, 11–12 maya 2023 goda. SPb.: Peterburgskiy gosudarstvennyy universitet putey soobscheniya Imperatora Aleksandra I, 2023. S. 67–70. EDN CWABFT. Закарюкин В. П. Параметрическая идентификация систем тягового электроснабжения 2×25 кВ / В. П. Закарюкин, А. В. Крюков, А. А. Кушов // Вестник Ростовского государственного университета путей сообщения. 2015. № 2(58). С. 121–129. EDN UCQZKL. Zakaryukin V. P. Parametricheskaya identifikaciya sistem tyagovogo elektrosnabzheniya 2×25 kV / V. P. Zakaryukin, A. V. Kryukov, A. A. Kushov // Vestnik Rostovskogo gosudarstvennogo universiteta putey soobscheniya. 2015. № 2(58). S. 121–129. EDN UCQZKL. Комяков А. А. Разработка алгоритма совместных тяговых и электрических расчетов с учетом характеристик и параметров участков и поездной ситуации / А. А. Комяков, А. С. Вильгельм, А. И. Шкулов // Известия Транссиба. 2021. № 3(47). С. 106–115. EDN NFUWMM. Komyakov A. A. Razrabotka algoritma sovmestnyh tyagovyh i elektricheskih raschetov s uchetom harakteristik i parametrov uchastkov i poezdnoy situacii / A. A. Komyakov, A. S. Vil'gel'm, A. I. Shkulov // Izvestiya Transsiba. 2021. № 3(47). S. 106–115. EDN NFUWMM. Королев А. А., Плетнев Д. С., Белов М. Н. и др. Анализ программного обеспечения для моделирования электрификации железных дорог // Наукосфера. 2022. № 1–1. С. 175–181. EDN ZHHHYU. Korolev A. A., Pletnev D. S., Belov M. N. i dr. Analiz programmnogo obespecheniya dlya modelirovaniya elektrifikacii zheleznyh dorog // Naukosfera. 2022. № 1–1. S. 175–181. EDN ZHHHYU. Незевак В. Л. Совершенствование методов и алгоритмов расчета энергетических показателей системы тягового электроснабжения с регулируемыми устройствами / В. Л. Незевак, А. Д. Дмитриев // Известия Транссиба. 2022. № 3(51). С. 19–34. EDN KBOZNF. Nezevak V. L. Sovershenstvovanie metodov i algoritmov rascheta energeticheskih pokazateley sistemy tyagovogo elektrosnabzheniya s reguliruemymi ustroystvami / V. L. Nezevak, A. D. Dmitriev // Izvestiya Transsiba. 2022. № 3(51). S. 19–34. EDN KBOZNF. Власов С. П. Вольтодобавочный трансформатор в условиях меняющейся тяговой нагрузки // Мир транспорта. 2012. Т. 10, № 1(39). С. 52–57. EDN OWZIPZ. Vlasov S. P. Vol'todobavochnyy transformator v usloviyah menyayuscheysya tyagovoy nagruzki // Mir transporta. 2012. T. 10, № 1(39). S. 52–57. EDN OWZIPZ. Незевак В. Л. Характеристика тяговой нагрузки для определения параметров накопителя электрической энергии / В. Л. Незевак, А. П. Шатохин // Мир транспорта. 2018. Т. 16, № 2(75). С. 84–94. EDN XSMVTN. Nezevak V. L. Harakteristika tyagovoy nagruzki dlya opredeleniya parametrov nakopitelya elektricheskoy energii / V. L. Nezevak, A. P. Shatohin // Mir transporta. 2018. T. 16, № 2(75). S. 84–94. EDN XSMVTN. Комяков А. А. Применение вероятностного подхода для формирования графика электротяговой нагрузки при имитационном моделировании системы тягового электроснабжения / А. А. Комяков, Т. В. Комякова, А. И. Шкулов // Вестник Ростовского государственного университета путей сообщения. 2023. № 4(92). С. 184–192. DOI: 10.46973/0201-727X_2023_4_184. EDN JLRHET. Komyakov A. A. Primenenie veroyatnostnogo podhoda dlya formirovaniya grafika elektrotyagovoy nagruzki pri imitacionnom modelirovanii sistemy tyagovogo elektrosnabzheniya / A. A. Komyakov, T. V. Komyakova, A. I. Shkulov // Vestnik Rostovskogo gosudarstvennogo universiteta putey soobscheniya. 2023. № 4(92). S. 184–192. DOI: 10.46973/0201-727X_2023_4_184. EDN JLRHET.