بخشی از مقاله
چکیده:
در سال های اخیر مشکلات مهم کیفیت توان از جمله عدم تعادل ولتاژ سه فاز و توان راکتیو بزرگ مورد توجه شرکتهای راهآهن الکتریکی و سیستم های قدرت قرار گرفته است. علاوهبراین عایق-های بخش خنثی در خروجی پستها بر ایمنی و کارایی قطارهای الکتریکی به ویژه در راهآهن الکتریکی پرسرعت و راهآهن حمل و نقل سنگین تاثیر میگذارد. در این مقاله یک سیستم تامین برق کششی جدید با استفاده از ترانسفورماتور کششی با اتصال Vx و کنترلکننده اکتیو پخش توان - PFC - پیشنهاد شده است. مدل ریاضی سیستم جدید به دست آمده و جریان جبرانسازی PFC برای جبرانسازی جامع کیفیت توان محاسبه میشود. علاوهبراین، توپولوژی بهینه شده و روش کنترل PFC مورد بررسی قرار گرفته است. شبیهسازی و کارایی حالت های عملیاتی مختلف، اعتبار سیستم پیشنهادی را مورد بررسی قرار میدهد که میتواند در راهآهن پرسرعت و راهآهن باربری استفاده شود.
واژههای کلیدی: راهآهن الکتریکی، کیفیت توان، جبرانسازی اکتیو، مدلسازی، راهآهن پرسرعت
.1 مقدمه1
سیستم تامین برق کششی AC تکفاز 25KV در راه آهن الکتریکی محبوبیت دارد . [1] رشد سریع بار کششی منجر به عدم تعادل سه فاز شدید و توان راکتیو زیاد نسبت به استاندارد های کیفیت توان موجود، به ویژه در مناطق با سیستم قدرت ضعیف می شود . [2,3] در همین حال، تعداد زیادی از لوکوموتیو های موجود، توان راکتیو تولید کرده و ضریب توان - PF - را کاهش می دهند . که موجب کارکرد ترانسفورماتور کششی زیر توان نامی شده و تلفات انتقال افزایش می یابد . [4] علاوه بر این، بخش های ایزوله شده الکتریکی به نام بخش های خنثی می توانند مشکلات جدی از جمله اضافه ولتاژ، جریان هجومی مغناطیسی، کاهش سرعت لوکوموتیوها و حتی حوادث اختلاط فاز ایجاد کنند .[5]
فن آوری های مختلف برای حل این مشکلات در سال های اخیر مورد بررسی قرار گرفته اند و برخی ترانسفورماتور های کششی متعادل کننده معرفی شده اند . [6-8] متاسفانه، بارهای کششی به دلیل تعداد، سرعت و موقعیت لوکوموتیوها در سمت کشش، به ندرت متعادل می شوند . در مقایسه با ترانسفورماتور های کششی تکفاز، اتصالات پیچیده و قابلیت دسترسی کم به مدل های جدید، کاربرد عملی آن ها را محدود کرده است . فن آوری های مبتنی بر جبرانساز برای بهبود کیفیت توان در TPSS مورد توجه قرار گرفته اند . [9-12]
با این حال، در این مطالعات طرح منبع تغذیه سه فاز به دوفاز پذیرفته شده و بخش های ایزوله شده الکتریکی ضروری بودند . اخیرا یک سیستم تامین برق همگام پیشنهاد شده و یک سیستم همگام واقعی 10MVA/27.5KV با ترانسفورماتور متعادل کننده تطبیق امپدانس در راه آهن چین طراحی، توسعه و آزمایش شده است .[13-15] در سیستم تامین برق کششی همگام، بار کششی می تواند توسط ترانسفورماتور کششی با یک فاز بارگذاری تغذیه شود و بخش های خنثی متعاقبا می توانند حذف شوند . علاوه بر این، جبرانسازی کیفیت توان را می توان با کنترل کننده پخش توان - PFC - انجام داد . بدین ترتیب تعادل سه فاز و ضریب قدرت واحد در سمت شبکه می تواند به دست آید .
در این مقاله یک سیستم تامین برق کششی جدید با استفاده از ترانسفورماتور کششی با اتصال Vx و کنترل کننده اکتیو پخش توان - PFC - پیشنهاد شده است . با جبرانسازی جامع دینامیکی، مشکلات کیفیت توان ناشی از بار کششی تکفاز در سمت شبکه بهبود یافته و قدرت مداوم بدون بخش های خنثی در سمت کششی می تواند برای قطارهای الکتریکی فراهم شود . بر اساس روش تبدیل الکتریکی و تئوری جبرانسازی تعادل، مدل ریاضی سیستم پیشنهادی، بدست آمده و جریان های جبرانسازی PFC برای جبرانسازی کامل کیفیت توان محاسبه شده اند . در نهایت، نتایج شبیه سازی، اعتبار سیستم پیشنهادی را بررسی می کند .
.2 تجزیه و تحلیل سیستم تامین برق کششی
. 2 - 1 ساختار الکتریکی
در سیستم تامین برق کششی جدید، یک ترانسفورماتور کششی با اتصال Vx با دو مبدل تکفاز پشت به پشت به نام های PFC1 و PFC2 مطابق شکل 1 کار می کنند . ترانسفورماتور کششی و PFC ها، قدرت پیوسته با فرکانس اصلی و ولتاژ فازی مشابه را برای لوکوموتیو ها فراهم می کنند . در نتیجه بخش خنثی موجود در پست حذف می شود . بار کششی عمدتا توسط یک ترانسفورماتور تکفاز فراهم می شود . با یک اتصال مخصوص بین دیگر تران سفورماتور های تکفاز و PFC ها، جبران سازی قدرت نامتعادل در سمت شبکه انجام شده و جبران سازی مولفه ا صلی توان راکتیو در سمت ک ش شی به طور همزمان انجام می شود . در حال حا ضر تران سفورماتور ک ش شی با ات صال Vx محبوب بوده و به طور و سیعی در راه آهن پرسرعت و راه آهن باربری سنگین کاربرد دارد . با به کارگیری سیستم تامین برق کششی جدید، مشکلات کیفیت توان می توانند حل شوند . علاوه بر این قابلیت اطمینان و بازده منبع تغذیه به طور قابل توجهی بهبود می یابد .
. 2 - 2 تجزیه و تحلیل مدل ریاضی
در شکل 1، ن سبت دور تران سفورماتور تکفاز برابر N1 می با شد . ولتاژهای ورودی خطی در سمت شبکه به عنوان UAB و UBC تعریف می شوند . ولتاژ تران سفورماتور تکفاز در سمت ک ش شی به عنوان UL تعریف شده و Uad و Ubd ولتاژ های مجزای ورودی PFC1 و PFC2 در سمت شبکه می با شند . ′ و ′ جریان های ورودی PFC ها بوده و جریان های ورودی تران سفورماتور ک ش شی Vx در سمت شبکه به عنوان IAB و ICB تعریف می شوند . بدین ترتیب در معادله - 1 - خواهیم داشت . در سمت کششی با استفاده از روش تعادل قدرت، معادله - - 6 محاسبه می شود . در PFC ها رابطه الکتریکی در هر پورت را می توان با معادله - 7 - توصیف کرد . بر اساس - 7 - ، - 1 - و معادله - 8 - می شود .
