Напряжение в тяговой сети постоянного тока при рекуперации электроэнергии

При рекуперативном торможении тяговые двигатели ЭПС переходят в генераторный режим. Механическая энергия поезда превращается в электрическую и передаётся другим ЭПС или инвертируется в переменный ток тяговой подстанции, где потребляется другими потребителями энергии.

На МПЗ появляется передвижной источник энергии - рекуперирующий электровоз, который повышает напряжение на токоприёмнике ЭПС, разгружает подстанцию, повышает напряжение тяговой сети, улучшает режим напряжения на токоприёмнике других ЭПС в тяговом режиме.

При рекуперативном торможении ток рекуперации ЭПС увеличивается до величины необходимой тормозному усилию. При этом увеличивается напряжение на токоприёмнике ЭПС. При этом ток рекуперации должен регулироваться в зависимости от тормозной силы.

Рис. Распределение напряжения при одной подстанции и одном рекуперирующем ЭПС. Rтс – сопротивление тяговой сети между ЭПС и ТП; Uш, Uэпс – напряжение на ТП и ЭПС   ,

 

 

Для простейшего случая ТП и один ЭПС на конце участка с током Iр весь ток рекуперации является избыточным и потребляется инвертором ТП. При естественной характеристике инвертора с ростом тока инвертора (рекуперации) увеличивается напряжение на подстанции и на электровозе. Предельное значение напряжения равно 4 кВ. Поэтому естественная характеристика инвертора не позволяет реализовать максимально возможный ток рекуперации ЭПС. Для увеличения максимального тока рекуперации необходимо снижать сопротивление тяговой сети: переходом на параллельную схему контактной сети двух путного участка, приближением инвертора к зоне интенсивной рекуперации(включение инвертора в середине МПЗ на посту секционирования), увеличением сечения контактной сети.

Для надёжного электрического торможения необходимо в любой момент времени иметь потребителя, готового потребить количество электроэнергии, необходимое тормозному усилию. Рекуперирующий ЭПС (генератор) работает параллельно с тяговой подстанцией. Наиболее экономичный режим при рекуперации - это когда вся энергия рекуперации передаётся локомотивам в тяговом режиме: Pр = Рт.

В отдельные периоды времени поездные токи в режиме тяги недостаточны, чтобы обеспечить рекуперативное торможение. Поэтому в СТЭ должны быть резервные приёмники энергии: инверторы, преобразующие энергию постоянного тока в переменный ток или резисторы (поглощающие устройства), в которых энергия превращается в тепловую энергию и рассеивается. В настоящее время резисторы не применяются и в качестве резервных приёмников энергии применяются инверторы.

Напряжение на ЭПС в режиме тяги ниже напряжения ТП. При рекуперации напряжение на рекуперирующем ЭПС выше, чем у ЭПС в тяговом режиме и на шинах ТП. Так как напряжение на токоприёмнике ЭПС не может быть более 4000 В, то при передачи тока рекуперации удалённым ЭПС необходимо включать приёмники избыточной энергии рекуперации (инверторы) в местах интенсивной рекуперации, в середине МПЗ или на подстанции.

Режим напряжения в тяговой сети зависит от характеристики приёмников избыточной энергии рекуперации и мест их расположения. Наиболее эффективно расположение инверторов в зонах интенсивной рекуперации МПЗ. Так как эксплуатация инверторов на перегонах затруднительна, то их располагают, как правило, на тяговых подстанциях.

Инверторы характеризуются внешней вольтамперной характеристикой. Естественная внешняя характеристика инвертора имеет повышающую характеристику, а выпрямитель падающую. С увеличением тока инвертора напряжение на шинах подстанции увеличивается. Так как предельно допустимое значение равно 4 кВ, то инвертор с естественной характеристикой не позволяет потреблять (инвертировать) значительные токи рекуперации ЭПС, которые необходимы для надёжного рекуперативного торможения. Регулирование процессов инвертирования и выпрямления позволяет иметь горизонтальные (плоские) характеристики: поддержание напряжения на уровне холостого хода при увеличение тока. Горизонтальная характеристика инвертора позволяет увеличить ток для режима рекуперации ЭПС.

 

 

Выводы по надёжной и эффективной рекуперации в тяговой сети постоянного тока:

1. Для надёжного электрического торможения необходимо в любой момент времени иметь потребителя, готового потребить количество электроэнергии, необходимое тормозному усилию.

2. Для увеличения максимального тока рекуперации необходимо снижать сопротивление тяговой сети: переход на параллельную схему контактной сети двухпутного участка, приближение инвертора к зоне интенсивной рекуперации, увеличением сечения контактной сети

3. Применение горизонтальной характеристик инвертора позволяет увеличить ток для режима рекуперации ЭПС.