Вопросы энергоэффективности тиристорно-управляемых компенсаторов реактивной мощности

Аннотация

Актуальность: В системах электроснабжения железных дорог тяговые нагрузки резко изменяются в зависимости от режима движения поездов, что приводит к увеличению объёма реактивной мощности в контактной сети и тяговых подстанциях. Повышенное значение реактивной мощности вызывает снижение напряжения, уменьшение коэффициента мощности и ухудшение качества электрической энергии. Неисправности в системах компенсации реактивной мощности оказывают негативное влияние на устойчивость тягового процесса, приводят к снижению скорости движения поездов и сокращению объёмов грузоперевозок. Применяемые традиционные средства компенсации не обеспечивают достаточной точности и быстродействия в условиях переменных и несимметричных нагрузок, характерных для железнодорожных систем. В связи с этим исследование устройств, обеспечивающих быстрое, надёжное и энергоэффективное компенсирование реактивной мощности в системах электроснабжения железных дорог, является актуальной научно-практической задачей.

Цель: Целью данного исследования является научно обоснованный анализ влияния реактивной мощности на устойчивость напряжения и коэффициент мощности в системах электроснабжения железных дорог, оценка рабочих характеристик системы компенсации реактивной мощности на основе тиристорно-управляемого конденсатора, а также определение путей повышения её энергоэффективности и надёжности.

Методы: В исследовании для определения и оценки реактивной мощности использованы формулы активной, реактивной и полной мощности на основе теории синусоидальных электрических цепей. Для расчёта и управления реактивной мощностью в режиме реального времени применена математическая модель, основанная на теории мгновенной мощности, предложенной Акага, и обоснована её пригодность для быстродействующих алгоритмов управления. Проведён сравнительный анализ технических характеристик различных компенсаторов реактивной мощности. В тиристорно-управляемом конденсаторе проанализированы процессы тепловыделения, цепь тепловых сопротивлений, методы охлаждения (естественное и принудительное воздушное, жидкостное), а также коммутационные процессы.

Результаты: Установлены технические преимущества применения тиристорно-управляемого конденсатора при звёздной схеме соединения. Показано, что данная схема обеспечивает раздельную компенсацию реактивной мощности по фазам и эффективно поддерживает устойчивость напряжения в условиях трёхфазной несимметричной нагрузки. Результаты исследования показали, что общая эффективность системы компенсации определяется не только выбором электрической схемы, но и тепловым режимом тиристоров, надёжностью системы охлаждения и правильной организацией технического обслуживания.