Комплексная оценка показателей качества электроэнергии на тяговых подстанциях переменного тока

Bosiy, D. O. Power quality complex estimation at alternating current traction substations / D. O. Bosiy // Наука та прогрес транспорту. — 2013. — № 4 (46). — P. 30—37 : граф. — Библиогр. в конце ст. — doi: 10.15802/stp2013/16573.EN: Purpose. At alternating current traction substations are used three-winding transformers. This scheme comes to significant costs from power quality disturbances at each supplier. The most significant power quality indices at alternating current traction substation are voltage deviation, voltage unbalance and harmonic distortion. The purpose of this article is power quality complex estimation at two traction substations that work on the one district of traction network. Methodology. The measurements were made according to accepted program during 24 hours with 1 sec discretization. A few power quality analyzers PM175 are used to record data with time synchronization. The scheme of measurements means that devices are connected through current and potential transformers at the each level of voltage. Findings. Voltage level at different substation is various due to power losses in primary network. The voltage in one phase of 1-st substation is bigger than in other phases. Voltage THD values according to standard requirements are below norm only for primary 154 kV networks. For another traction and regional networks voltage THD values are above norm value. The voltage unbalances in 154 kV networks are below voltage unbalance in 35 kV networks. Besides the voltage unbalance in 154 kV network is below 2% that complies with the requirements of standard. At the same time we can consider that voltage and current spectrums consist from discrete harmonics with frequencies that multiples of the fundamental frequency. Originality. Voltages at the connection points of traction substations to supply lines are complex stationary random process that determines the voltage mode of the external power supply system of each traction substation. The flows of active and reactive power of the higher harmonics at AC traction substation are directed opposite power of the fundamental harmonic. The power flows on higher harmonics create the disturbing impact on related devices. The total power at AC traction substation consists of 61.8% of the active power, 32.5% of the reactive power of the 1st harmonic and 5.7% of the distortion power in the quadrature components. Practical value. Analysis of the quadrature components suggests that traditional approaches to reactive power compensation at the fundamental frequency will be sufficiently effective. But the influence of the distortion power on reducing energy losses must be also researched. Besides reactive power compensation should be considered with the issue of reducing the basic power quality indices to standardized values.UK: Мета. На тягових підстанціях змінного струму застосовуються триобмоткові трансформатори. Така схема живлення призводить до значних спотворень показників якості електроенергії в кожного споживача, який живиться від тягової підстанції. Найбільш важливими показниками якості для тягових підстанцій змінного струму є відхилення, несиметрія та гармонійні спотворення напруги. Метою цієї роботи є комплексна оцінка показників якості електроенергії двох тягових підстанцій, які паралельно працюють на одну міжпідстанційну зону. Методика. Вимірювання показників якості виконані відповідно до програми протягом 24 годин з дискретизацією в часі 1 с. Застосовано декілька аналізаторів потужності PM175 із синхронізацією в часі. Вимірювальні прилади підключались через відповідні трансформатори напруги і струму на кожному рівні напруги. Результати. Рівень напруги на різних підстанціях відрізняється через втрати потужності в первинній мережі. Крім того, напруга в одній фазі мережі більша, ніж у інших фазах. Гармонійні спотворення напруги можуть бути менші норми, встановленої стандартом, лише для первинної мережі 154 кВ. Для інших – тягової та районної мереж – вони перевищують встановлені норми. Несиметрія напруги в мережі 154 кВ нижча, ніж у районній мережі 35 кВ. Крім того, рівень несиметрії в первинній мережі відповідає вимогам стандарту. У той же час можна вважати, що спектри напруги і струму містять дискретні гармонійні складові, частоти яких кратні основній частоті мережі. Наукова новизна. Напруги в точках приєднання тягових підстанцій до живильної мережі являють собою складний стаціонарний випадковий процес, який визначає режим напруги системи зовнішнього електропостачання кожної тягової підстанції. Потоки активної та реактивної потужностей на вищих гармоніках спрямовані протилежно потокам потужностей на основній гармоніці. Потоки потужностей на вищих гармоніках створюють перешкоджаючий вплив на суміжні пристрої. Повна потужність тягової підстанції змінного струму складається на 61,8 % з активної, 32,5 % з реактивної 1-ї гармоніки і 5,7 % потужності спотворення у квадратурних складових. Практична значимість. Аналіз квадратурних складових вказує на те, що застосування традиційної компенсації реактивної потужності на основній частоті буде достатньо ефективним. Проте необхідно враховувати вплив потужності спотворень на зниження втрат електроенергії. Крім того, компенсацію реактивної потужності необхідно застосовувати як спосіб зниження основних показників якості електроенергії до нормованих значень.RU: Цель. На тяговых подстанциях переменного тока применяются трехобмоточные трансформаторы. Такая схема питания приводит к значительным искажениям показателей качества электроэнергии у каждого потребителя, который питается от тяговой подстанции. Для тяговых подстанций переменного тока наиболее важными показателями качества электроэнергии являются отклонения, несимметрия и гармонические искажения напряжения. Цель данной работы состоит в комплексной оценке показателей качества электроэнергии для двух тяговых подстанций, которые параллельно работают на одну межподстанционную зону. Методика. Измерения показателей качества выполнены в соответствии с программой на протяжении 24 часов с дискретизацией во времени 1 с. Применено несколько анализаторов мощности PM175 с синхронизацией времени. Измерительные приборы подключались через соответствующие трансформаторы напряжения и тока на каждом уровне напряжения. Результаты. Уровень напряжения на разных подстанциях отличается ввиду потерь мощности в первичной сети. Кроме того, напряжение в одной фазе больше, чем в остальных фазах. Гармонические искажения могут быть ниже нормы, установленной стандартом, только для первичной сети 154 кВ. Для других – тяговой и районной сетей – гармонические искажения превышают установленные нормы. Несимметрия напряжений в сети 154 кВ ниже, чем в районной сети 35 кВ. Кроме того, уровень несимметрии в первичной сети соответствует требованиям стандарта. В то же время можно считать, что спектры напряжения и тока содержат дискретные гармонические составляющие, частоты которых кратны основной частоте сети. Научная новизна. Напряжения в точках присоединения тяговых подстанций к питающей сети представляют собой сложный стационарный случайный процесс, который определяет режим напряжения системы внешнего электроснабжения каждой тяговой подстанции. Потоки активной и реактивной мощностей на высших гармониках направлены противоположно потокам мощностей на основной гармонике. Потоки мощностей на высших гармониках создают мешающее влияние на смежные устройства. Полная мощность тяговой подстанции переменного тока состоит на 61,8 % из активной, 32,5 % из реактивной 1-й гармоники и 5,7 % мощности искажений в квадратурных составляющих. Практическая значимость. Анализ квадратурных составляющих указывает на то, что применение традиционной компенсации реактивной мощности на основной частоте будет достаточно эффективным. Но также необходимо учесть влияние мощности искажений на общее снижение потерь электроэнергии. Кроме того, компенсацию реактивной мощности необходимо применять как способ снижения основных показателей качества электроэнергии до нормируемых значений

Intelligent Systems in the Management of Modes in the Traction Power Supply Systems of the Electrified Railways

Босий, Д. О. Інтелектуальні системи в керуванні режимами систем тягового електропостачання електрифікованих залізниць: [препринт] / Д. О. Босий // Технічна електродинаміка. — 2015. — № 4. — С. 76—80.UK: Представлено результати аналізу основних заходів удосконалення керування режимів роботи систем тягового електропостачання постійного та змінного струму. В якості методики виконання розрахунків використано просторово-часове уявлення основних електричних величин для систем електричної тяги. Для системи постійного струму запропоновано систему стабілізації напруги на струмоприймачах електровозів. В системі змінного струму розглядається заходи унеможливлення протікання вирівнювальних струмів, спричинених відхиленням параметрів режиму системи зовнішнього електропостачання.RU: Представлены результаты анализа основных способов усовершенствования управления режимами работы систем тягового электроснабжения постоянного и переменного тока. В качестве методики выполнения расчетов использовано пространственно-временное представление основных электрических величин для систем электрической тяги. Для системы постоянного тока предложено систему стабилизации напряжения на токоприемниках электровозов. В системе переменного тока рассматриваются способы предотвращения протекания уравнительных токов, вызванных отклонениями параметров режима системы внешнего электроснабжения.EN: The analysis of the main ways to improve the operation control systems of DC and AC traction power supply are shown. As a method of performing calculations used space-time representation of basic electrical values for electric traction systems. For the DC system the voltage stabilization system at the electric current collectors proposed. For the AC system the ways of preventing the flow circulating currents caused by abnormalities mode parameters of the external power supply are discussed

Power Losses Metering in the Traction Power Supply Systems

Босый, Д. А. Учет потерь электроэнергии в системах тягового электроснабжения / Д. А. Босый // Вісник Нац. техніч. ун-ту «ХПІ» : сб. науч. трудов. — Харьков, 2015. — № 12 (1121). — С. 270—273.RU: В статье рассмотрен вопрос сложности учета потерь электрической энергии в системах тягового электроснабжения ввиду отсутствия автоматизированных способов и стохастический характер нагрузки. Автоматизированная система учета потерь полностью исключит человеческий фактор и позволит соотнести затраченную электроэнергию между расходами на перевозки и обслуживание перевозочного процесса. Предложенная система учета потерь в тяговой сети состоит из специальных измерительных устройств с беспроводной передачей данных. Проведенные расчеты показали, что предложенная система позволяет достичь точности в 1,0 – 2,5 % при размещении приборов от 1 до 2 км.UK: В статті розглянуте питання складності обліку втрат електричної енергії в системах тягового електропостачання через відсутність автоматизованих способів та стохастичний характер навантаження. Автоматизована система обліку втрат повністю виключає людський фактор і дозволить співвіднести витрачену електроенергію між витратами на перевезення і обслуговування перевізного процесу. Запропонована система обліку втрат в тяговій мережі складається з спеціальних вимірювальних пристроїв з бездротовою передачею даних. Проведені розрахунки показали, що запропонована система дозволяє досягти точності в 1,0 – 2,5 % при розташуванні приладів від 1 до 2 км.EN: The article discusses the difficulty of accounting losses of electric energy in the traction power supply systems due to lack of automated methods and the stochastic nature of the traction load. Automated accounting losses system completely eliminate the human factor and allow to correlate the energy expended between the cost of transport and maintenance of the transportation process. The proposed system of accounting losses in the traction network consists of special measuring devices with wireless data transmission. The calculations showed that the proposed system can achieve the accuracy of 1.0 – 2.5 % while placing the devices from 1 to 2 km

Providing the Parallel Operation of the Alternating Current Traction Substations under Conditions of Transit Power Flows

Босий, Д. О. Забезпечення паралельної роботи тягових підстанцій змінного струму в умовах транзитних перетікань потужності / Д. О. Босий // Енергетика: економіка, технології, екологія. — 2015. — № 2. — С. 95—103.UK: В статті розглядається явище виникнення вирівнювальних струмів в тяговій мережі змінного струму при відхиленнях кута зсуву фаз однойменних напруг суміжних тягових підстанцій, що паралельно живлять міжпідстанційну зону. На підставі результатів експериментальних досліджень тягової підстанції Одеської залізниці досліджується вплив пристроїв поздовжньої та поперечної компенсації реактивної потужності на характеристики вирівнювальних струмів. Запропонована методика визначення параметрів поздовжньої компенсації реактивної потужності у відсмоктуючому фідері для переведення проблеми транзитних перетікань у реактивну площину з подальшим застосуванням пристроїв поперечної компенсації.RU: В статье рассматривается явление возникновения уравнительных токов в тяговой сети переменного тока при отклонениях угла сдвига фаз одноименных напряжений смежных тяговых подстанций, которые параллельно питают межподстанционную зону. На основании результатов экспериментальных исследований тяговой подстанции Одесской железной дороги исследуется влияние устройств продольной и поперечной компенсации на характеристики уравнительных токов. Предложена методика определения параметров продольной компенсации реактивной мощности в отсасывающем фидере для переведения проблемы транзитных перетоков в реактивную плоскость с последующим применением устройств поперечной компенсации.EN: The phenomenon of transit power flows in the alternating current traction network that parallel operating caused by the shift of the same name voltage phases is described in the article. Using the results of the experimental researches at traction substation of the Odeska Railway the influence of the series and the parallel compensation routines on the characteristics of the circulating currents is researched. The methodic of the evaluating of the series compensation routine parameters which connected in the reverse feeder is proposed. The methodic which proposed in the article allow to transfer the problem of the transit power flows in the reactive power field where might be used the modern parallel compensator routines

Instantaneous Characteristics Application to the Analysis of the Electromagnetic Processes in the System of Alternating Current Traction Power Supply

Босий, Д. О. Застосування миттєвих характеристик до аналізу електромагнітних процесів в системі тягового електропостачання змінного струму / Д. О. Босий // Гірнича електромеханіка та автоматика : зб. наук. пр. — Д., 2015. — № 94. — С. 37—41.UK: В статті розглядається питання використання в розрахунках електромагнітних процесів в системах тягового електропостачання миттєвих характеристик, отриманих дослідним шляхом за допомогою осцилографування миттєвих струмів і напруг. На підставі огляду літературних джерел та досвіду використання миттєвих характеристик розглянуті окремі випадки чисельного визначення складових повного опору для електровозу змінного струму. Встановлено, що миттєві характеристики електровозів чи плечей навантаження в системі електропостачання змінного струму за виміряними миттєвим напругами і струмами можуть бути визначені за допомогою чисельно розрахованих похідних цих залежностей.RU: В статье рассматривается вопрос использования в расчетах электромагнитных процессов в системах тягового электроснабжения мгновенных характеристик, полученных опытным путем с помощью осциллографирования мгновенных токов и напряжений. На основании обзора литературных источников и опыта использования мгновенных характеристик рассмотрены отдельные случаи численного определения составляющих полного сопротивления для электровоза переменного тока. Установлено, что мгновенные характеристики электровозов или плеч питания нагрузки в системе электроснабжения переменного тока по измеренным мгновенным напряжениям и токам могут быть определены с помощью численно рассчитанных производных этих зависимостей.EN: The article provides an issue about using the instantaneous characteristics in electromagnetic process calculation of the alternating current traction power systems which are received by instantaneous voltages and currents oscillography. The numerical determination in individual cases for the alternating current electric rolling stock was considered on the base of the literature review and experience of using the instantaneous characteristics. It was found that instantaneous characteristics of the electric rolling stock or the shoulder of a power may be calculated by a derivative of the instantaneous voltages and currents that were measured

Providing the Parallel Operation of the Alternating Current Traction Substations under Conditions of Transit Power Flows

Босий, Д. О. Забезпечення паралельної роботи тягових підстанцій змінного струму в умовах транзитних перетікань потужності / Д. О. Босий // Енергетика: економіка, технології, екологія. — 2015. — № 2. — С. 95—103.UK: В статті розглядається явище виникнення вирівнювальних струмів в тяговій мережі змінного струму при відхиленнях кута зсуву фаз однойменних напруг суміжних тягових підстанцій, що паралельно живлять міжпідстанційну зону. На підставі результатів експериментальних досліджень тягової підстанції Одеської залізниці досліджується вплив пристроїв поздовжньої та поперечної компенсації реактивної потужності на характеристики вирівнювальних струмів. Запропонована методика визначення параметрів поздовжньої компенсації реактивної потужності у відсмоктуючому фідері для переведення проблеми транзитних перетікань у реактивну площину з подальшим застосуванням пристроїв поперечної компенсації.RU: В статье рассматривается явление возникновения уравнительных токов в тяговой сети переменного тока при отклонениях угла сдвига фаз одноименных напряжений смежных тяговых подстанций, которые параллельно питают межподстанционную зону. На основании результатов экспериментальных исследований тяговой подстанции Одесской железной дороги исследуется влияние устройств продольной и поперечной компенсации на характеристики уравнительных токов. Предложена методика определения параметров продольной компенсации реактивной мощности в отсасывающем фидере для переведения проблемы транзитных перетоков в реактивную плоскость с последующим применением устройств поперечной компенсации.EN: The phenomenon of transit power flows in the alternating current traction network that parallel operating caused by the shift of the same name voltage phases is described in the article. Using the results of the experimental researches at traction substation of the Odeska Railway the influence of the series and the parallel compensation routines on the characteristics of the circulating currents is researched. The methodic of the evaluating of the series compensation routine parameters which connected in the reverse feeder is proposed. The methodic which proposed in the article allow to transfer the problem of the transit power flows in the reactive power field where might be used the modern parallel compensator routines

Space-Time Model of a Traction Power Supply System

Босий, Д. О. Просторово-часова модель системи тягового електропостачання / Д. О. Босий // Вісник Нац. техніч. ун-ту «ХПІ» : зб. наук. пр. — Харків, 2015. — № 19 (1128). — С. 139—151.UK: В статті розглянуто питання виконання розрахунків систем тягового електропостачання в якості складної системи, в якій вимагається враховувати багато різноманітних факторів. Запропоновано методику просторово-часового розрахунку систем тягового електропостачання, яка представляє собою аналітичне описання основних електричних процесів кусочно-заданими функціями двох змінних. Запропоновану методику можна використати до оптимізаційних розрахунків та визначення керуючого впливу при посиленні систем тягового електропостачання або застосуванні підходів керованого електропостачання.RU: Рассмотрен вопрос выполнения расчетов систем тягового электроснабжения в качестве сложной системы, в которой требуется учитывать много разнообразных факторов. Предложена методика пространственно-временного расчета систем тягового электроснабжения, которая представляет собой аналитическое описание основных электрических процессов кусочно-заданными функциями двух переменных. Предложенная методика может использоваться для оптимизационных расчетов и определения управляющего воздействия при усилении систем тягового электроснабжения или применении подходов управляемого электроснабжения.EN: Evaluation of traction power supply system as a complex system in which needs to be taken into account many different factors is very difficult process. Receiving the results in a space-time coordinates are the most generalizing. Without space-time results cannot be performed optimization calculations for traction power supply system. Methodic of evaluation the space-time systems of traction power supply lies in analytical description of the main electrical processes by piecewise functions of two variables. As the example of solving the problem of stabilizing the voltage at the pantograph for distributed power supply system the developed model is used. The results of evaluation are used as a control law of the reinforcing points

The Energy Metering of the Modern Electronic Meters in a Harmonic Distortion Condition

Босий, Д. О. Облік електроенергії сучасними електронними лічильниками в умовах гармонійних спотворень / Д. О. Босий, О. М. Синьогіна // Електрифікація транспорту. — 2014. — № 7. — С. 98—106. — Бібліогр. в кінці ст.UK: Розглядається питання виникнення похибок електронних лічильників унаслідок спотворення синусоїдності напруги і струму на тягових підстанціях електрифікованих залізниць. Встановлено, що дослідні типи лічильників у своїй роботи налаштовані на класичне уявлення визначення реактивної потужності. Практичну цінність складає отримане в результаті досліджень критичне значення коефіцієнта спотворення, при якому лічильник виходить за межі, регламентовані класом точності.RU: Рассматривается вопрос возникновения погрешностей электронных счетчиков вследствие искажения синусоидальности напряжений и токов на тяговых подстанциях электрифицированных железных дорог. Установлено, что исследуемые типы счетчиков в своей работе настроены на классическое представление определения реактивной мощности. Практическую ценность составляет полученное в результате исследований критическое значение коэффициента искажения, при котором счетчик выходит за пределы, регламентированные классом точности.EN: The article discusses the occurrence of errors due to electronic meters harmonic distortion of voltages and currents in the traction substations of the electrified railways. It has been established that the investigated types of meters in their work set to the classical concept of the definition of reactive power. Practical value is obtained as a result of research in critical distortion factor value at which the meter is outside the range which regulated by the class accuracy

The Definition of Trajectory of Disposition of the Contact Wire For Physical Models of Reciprocity Contact Catenary with Current Collector of the Rolling Stock

Босий, Д. О. Визначення траєкторії розташування контактного проводу для фізичної моделі взаємодії контактної підвіски зі струмоприймачем електрорухомого складу / Д. О. Босий, В. Г. Мандич // Електрифікація транспорту. – 2011. – № 2. – С. 35-40. УДК 621.332.32UK: В статті приведено методологію визначення траєкторії контактного проводу для фізичної моделі для різних типів контактних підвісок. На підставі аналітичних виразів в загальному вигляді визначено необхідні довжини контактного проводу для монтажу на кільцевому стенді.RU: В статье приведена методология определения траектории контактного провода для физической модели для различных типов контактных подвесок. На основании аналитических выражений в общем виде определены необходимые длины контактного провода для монтажа на кольцевом стенде.EN: The authors consider the method of determining the trajectory of the contact wire to a physical model for the different types of contact hanger. Based on analytical expressions are defined in general terms the required length of the contact wire for mounting on a ring stand

Managing the Schedule of Trains to Reduce the Operating Costs of Electrified Railways

Босий, Д. О. Управління графіком руху поїздів для зменшення експлуатаційних витрат електрифікованих залізниць / Д. О. Босий, К. О. Калашников // Українські залізниці. – 2014. – № 4(10). – С. 46-51.UK: Приведені результати досліджень зміни втрат електроенергії на прикладі реальної ділянки залізниці в залежності від різних способів управління графіком руху поїздів. Розглянуто вирівнювання інтенсивності, впорядкування послідовності відправлення, регулювання інтервалу попутного слідування та часовий зсув пакету поїздів при виконанні графіків рухуRU: Приведены результаты исследований изменения потерь электроэнергии на примере реального участка железной дороги в зависимости от разных способов управления графиком движения поездов. Рассмторены выравнивание интенсивности, упорядочивание последовательности отправления, регулирование интервала попутного следования и временной сдвиг пакета поездов при выполнении графиков движения.EN: This article discusses the studies of changes in electricity losses on the example of the real district of the railway in depending from the different ways of managing the schedule of trains. The alignment intensity, ordering the sequence of departure, regulation interval associated repetition and time shift packet train are researched