АНАЛИЗ ПЕРЕХОДНЫХ ПРОЦЕССОВ В АКТИВНО-ЕМКОСТНОЙ ЦЕПИ ПРИ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОМ ВКЛЮЧЕНИИ КОНДЕНСАТОРОВ

DOI: 10.47026/1810-1909-2022-1-156-170

УДК 621.331

ББК 31.28

А.С. СЕРЕБРЯКОВ, В.Л. ОСОКИН, Д.Е. ДУЛЕПОВ

Ключевые слова

установка компенсации реактивной мощности, численный метод решения дифференциальных уравнений, классический метод расчета переходных процессов, метод Рунге–Кутта

Аннотация

Активно-емкостные и индуктивно-емкостные цепи с последовательным включением конденсаторов широко используют в электроэнергетике для компенсации реактивной мощности. В системах тягового электроснабжения железных дорог, электрифицированных на переменном токе, установки компенсации выполняют две задачи: при большой нагрузке они поддерживают заданную пропускную способность железной дороги, а при малой нагрузке снижают потери мощности в тяговой сети. Поэтому установка компенсации в тяговой сети должна быть, по крайней мере, двухступенчатой, т.е. иметь два значения реактивной мощности и, соответственно, два значения емкости. Значение реактивной мощности в таких установках регулируется ступенчато за счет переключения отдельных секций конденсаторов, которые включаются последовательно. При переключениях последовательно включенных конденсаторов могут возникать неизвестные ранее специфические переходные процессы, вызывающие значительные перенапряжения на конденсаторах.

Показано, что в некоторых случаях расчет переходных процессов в активно-емкостных цепях с последовательно включенными конденсаторами по известному классическому методу дает результаты, отличные от действительных значений.

Цель статьи – дать неизвестное ранее теоретическое обоснование для расчета переходных процессов в электрических цепях, содержащих последовательно включенные конденсаторы на примере активно-емкостных цепей постоянного тока.

Проведенные исследования имеют практическое значение, так как в современных электроустановках в качестве коммутационной аппаратуры используются тиристорные ключи, при которых расшунтирование одного конденсатора в компенсирующей установке происходит при максимальном напряжении на работающем конденсаторе. В этом случае возможны перенапряжения, превышающие предполагаемые значения, в пределе до двойного амплитудного значения питающего напряжения. Дано теоретическое обоснование этого явления на примере анализа переходного процесса в активно-емкостной цепи с двумя последовательно включенными конденсаторами.

Литература

1. Бессонов Л.А. Теоретические основы электротехники. Электрические цепи. 12-е изд., исправ. и доп. М.: Юрайт, 2014. 701 с.
2. Герман Л.А., Серебряков А.С., Максимова А.А. Фильтрокомпенсирующие установки в тяговых сетях переменного тока // Вестник научно-исследовательского института железнодорожного транспорта. 2016. Т. 75, № 1. С. 26.
3. Герман Л.А., Серебряков А.С., Осокин В.Л., Якунин Д.В. Переключаемая фильтрокомпенсирующая установка в тяговой сети переменного тока // Вестник научно-исследовательского института железнодорожного транспорта. 2020. Т. 79, № 2. С. 80–87. DOI: 10.21780/2223-9731-2020-79-2-80-87.
4. Герман Л.А., Серебряков А.С., Дулепов Д.Е. Фильтрокомпенсирующие установки в системах тягового электроснабжения железных дорог. Княгинино: Изд-во НГИЭУ 2017, 402 с.
5. Довгун В.П., Егоров Д.Э., Важенина И.Г., СиняговскийА.Ф. Регулируемые фильтрокомпенсирующие устройства для систем тягового электроснабжения // Омский научный вестник. 2018. № 5(161). С. 45–50.
6. Доманский И.В. Режимы работы системы тягового электроснабжения переменного тока с устройствами компенсации реактивной мощности // Электротехника и электромеханика. № 3. С. 59–66.
7. Иванов И.И., Соловьев Г.И., Фролов В.Я. Электротехника и основы электроники. 9-е изд., стер. СПб.: Лань, 2017. 736 с.
8. Касаткин А.С., Немцов М.В. Курс электротехники. 8-е изд. М.: Высш. шк., 2005. 542 с.
9. Лазута И.В., Реброва И.А. Основы электротехники и электроники. [Электронный ресурс]. Омск: СибАДИ, 2018. URL: http://bek.sibadi. org/fulltext/esdpdf (дата обращения: 01.12.2021).
10. Нейман Л.Р., Демирчян К.С. Теоретические основы электротехники: в 2 т. 3-е изд. перераб. и доп. Л.: Энергоиздат. Ленингр. отд-ние, 1981. Т. 1. 536 с.
11. Пат. 2704023 РФ. Трехступенчатая фильтрокомпенсирующая установка тяговой сети переменного тока / Серебряков А.С., Герман Л.А., Осокин В.Л., Дмитриева Н.Ю.; заявитель и патентообладатель НГИЭУ. № 2019108106; заявл. 21.03.2019; опубл. 23.10.2019, Бюл. № 30. 9 с.
12. Пат. 2475912 РФ. Устройство переключаемой однофазной поперечной емкостной компенсации в тяговой сети переменного тока / Серебряков А.С., Герман Л.А., Дулепов Д.Е., Семенов Д.А.; заявитель и патентообладатель НГИЭУ. № 2011108818; заявл. 09.03.2011; опубл.02.2013, Бюл, № 5. 5 с.
13. Пат. 2739329 РФ. Переключаемая фильтрокомпенсирующая установка / Серебряков А.С., Герман Л.А., Осокин В.Л., Дулепов Д.Е., Саевич В.Л.; заявитель и патентообладатель НГИЭУ. № 2020126267; заявл. 06.08.2020; опубл. 22.12.2020, Бюл, № 36. 9 с.
14. Реброва И.А. Расчёт установившихся режимов в линейных электрических цепях. Омск: СибАДИ, 2013.
15. Серебряков А.С. Mathcad и решение задач электротехники. 2-е изд., перераб. и доп. М.: ФГБУ ДПО «Учебно-методический центр по образованиюь на железнодорожном транспорте», 2019. 568 с.
16. Серебряков А.С. Электротехника и электроника. лабораторный практикум на Electronics Workbench и Multisim. М.: Высш. шк., 2012. 335 с.
17. Серебряков А.С., Герман Л.А., ОсокинВ.Л. Исследование переходных процессов в переключаемой фильтрокомпенсирующей установке // Интеллектуальная электротехника. 2018. № 2. С. 84–92.
18. Серебряков А.С., Герман Л.А., Якунин Д.В., Маралова В.А., МаксимоваА.А. Двступенатая установка поперечной емкостной компенсации в тяговых сетях железных дорог // Электроника и электрооборудование транспорта. 2016. № 4. С. 27–31.
19. Серебряков А.С., Осокин В.Л., Дулепов Д.Е. Переходный процесс в установке компенсации реактивной мощности с последовательным включением конденсаторов при расшунтировании одного из них // Известия СПбГЭТУ ЛЭТИ. 2021. № 4. С. 84–91.
20. Akagi H., Watanabe E.H., Aredes M. Instantaneous power theory and applications to power conditioning. Hoboken, N.J., Wiley, 2007, 379 p.
21. Das J. Passive filters-potentialities and limitations. IEEE Transactions on Industry Applications, 2004, vol. 40, no. 1, pp. 232–241.
22. Kim H., Blaabjerg F., Bak-Jensen D., Cho J. Instantaneous power compensation in three-phase systems by using p-q-r theory. In: The IEEE 32^nd Annual Power Electronics Specialists Conference, PESC 2001, Vancouver, Canada, June 17-21, 2001. Vancouver, 2001, vol. 2, pp. 478–485.
23. Tan P.-C., Loh P.C., Holmes D.G. A robust multilevel hybrid compensation system for 25-kV electrified railway applications. IEEE Transactions on Power Electronics, 2004, vol. 19, iss. 4, pp. 1043–1052. DOI: 10.1109/TPEL.2004.830038.

Сведения об авторах

Серебряков Александр Сергеевич – доктор технических наук, профессор кафедры электрификация и автоматизация, Нижегородский государственный инженерно-экономический университет, Россия, Княгинино (a.sereb@mail.ru; ORCID: https://orcid.org/0000-0002-7455-2348).

Осокин Владимир Леонидович – кандидат технических наук, доцент кафедры электрификации и автоматизации, Нижегородский государственный инженерно-экономический университет, Россия, Княгинино (osokinvl@mail.ru; ORCID: https://orcid.org/0000-0001-8772-4252).

Дулепов Дмитрий Евгеньевич – кандидат технических наук, заведующий кафедрой электрификации и автоматизации, Нижегородский государственный инженерно-экономический университет, Россия, Княгинино (dulepov.86@mail.ru; ORCID: https://orcid.org/0000-0003-1044-1865).

Формат цитирования

Серебряков А.С., Осокин В.Л., Дулепов Д.Е. Анализ переходных процессов в активно-емкостной цепи при последовательном включении конденсаторов // Вестник Чувашского университета. – 2022. – № 1. – С. 156–170. DOI: 10.47026/1810-1909-2022-1-156-170.

Загрузить полный текст статьи