Analýza vlivů nesymetrické a nelineární zátěže na energetickou napájecí soustavu

Bogdan Fukala

Doctoral thesis

Analysis of Influence of Asymmetric and Nonlinear Loads on the Energy Power Supply System

Abstract:

Elektrická trakce je významným odběratelem elektrické energie z distribuční sítě. Trakční odběry lze charakterizovat jako dynamické, mnohdy nepředvídatelné, časově i kvantitativně značně nestálé. Při provozování elektrické vozby dochází ke vzájemnému ovlivňování mezi trakčními zařízeními, napájecí soustavou a ostatními elektrickými zařízeními připojenými ke společnému napájecímu bodu. Charakteristickými znaky při provozování střídavé jednofázové elektrické trakce 25 kV, 50 Hz jsou především nesymetrické zatěžování trojfázové napájecí soustavy a vznik harmonického zkreslení odebíraného trakčního proudu. Účelem disertační práce je analýza těchto fenoménů. Disertační práce navazuje na autorovu diplomovou práci, ze které čerpá výsledky zpracování měření v trakční transformovně a nově přináší kapitolu věnovanou softwarovému modelování přenosu elektrické energie přes napájecí soustavu, trakční napájecí stanici, trakční vedení k hnacímu vozidlu. Na vytvořeném simulačním modelu jsou analyzovány různé provozní stavy při napájení jednofázové vozby z hlediska jejího vlivu na energetickou napájecí soustavu. Model také umožňuje predikovat míru vlivu elektrické vozby na hodnotu činitele napěťové nesymetrie v napájecí soustavě a vyhodnotit poklesy napětí v trakčním vedení při různých stupních zatížení trakční transformovny. Další část této disertační práce zhodnocuje přínos instalace Scottova transformátoru v trakčních transformovnách jakožto technického prostředku pro snížení míry nesymetrie. V závěrečné části je provedena simulace připojení další filtrační větve ke stávajícímu filtračně-kompenzačnímu zařízení za účelem omezení pronikání proudové harmonické 7. řádu do napájecí sítě.

Abstract:

Electric traction is a major energy consumer from the power supply system. Traction power consumption can be characterized as dynamic, often unpredictable, time and quantitatively very unstable. During operation of electric traction there is a mutual influence among traction devices, power supply system and other electrical devices connected to a point of common coupling. Characteristic features of the operation of electric single-phase AC traction, 25 kV, 50 Hz are primarily asymmetric loading of three-phase power supply system and the origin of harmonic distortion of drawn traction current. The purpose of the doctoral thesis is the analysis of these phenomena. The doctoral thesis follows the author's diploma thesis, from which draws the results of measurement processing in the traction transformer station and brings new chapters on software modeling of electric power transmission through the power supply system, traction transformer station, contact line to the drive vehicle. The simulation model is analyzed in terms of various operating states during traction power supply in terms of its impact on the power supply system. The model also allows to predict the degree of influence of traction operation on the voltage unbalance factor rate in the power supply system and to evaluate the voltage drops in the contact line at various stages of loading of the traction transformer station. Another part of this dissertation evaluates the benefit of installation of the Scott transformer in traction transformer stations as a technical means for asymmetry reduction. The final part is related to the simulation of connection of additional filter branch to the existing filter-compensating unit in order to reduce the penetration of the 7th harmonic current to the power supply system.

Keywords

činitel napěťové nesymetrie, filtračně-kompenzační zařízení, harmonické zkreslení proudu, model sítě, nelineární zátěž, nesymetrická zátěž, Scottův transformátor, trakční transformovna

Keywords

asymmetric load, filter-compensating unit, harmonic current distortion, non-linear load, power supply network model, Scott transformer, traction transformer station, voltage unbalance factor

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 27. 12. 2013

Thesis defence

• Date of defence: 10. 4. 2014
• Supervisor: Josef Paleček
• Reader: Milan Pospíšil, Veleslav Mach, Jiří Kupczyn

VŠB - Technical University of Ostrava

Fakulta elektrotechniky a informatiky

Doctoral programme / field:
Elektrotechnika / Elektroenergetika