О проблемах при моделировании систем тягового электроснабжения

В данной статье рассказывается о решениях проблем, возникающих при создании моделей тягового электроснабжения, их решениях, реализованных в MATLAB/Simulink и результатах, полученных в ходе решения. Полный .docs тоже прекреплен, там показаны все изображения для визуального восприятия.

Электрический расчет непрерывно перемещающейся нагрузки в MATLAB/Simulink

Гречишников Виктор Александрович, д.т.н., доцент, профессор кафедры ЭЭТ;

Бредихин Яков Владимирович, студент;

Петрова Марина Николаевна, студент;

Кокушкин Роман Викторович, студент

Российский университет транспорта (МИИТ)

Введение

Расчет систем тягового электроснабжения является основной задачей проектирования электрифицированных железных дорог. Выбор количества питающих линий, уставок защит, силового оборудования тяговых подстанций и линий обратного тока основывается на расчетных токах нормального режима нагрузки с различной парностью движения и режимов короткого замыкания. Производство необходимых расчетов выполняется, на современном этапе, на основе компьютерной модели проектируемого участка.

MATLAB/Simulink является одной из наиболее удобных и эффективных программ для инженерных расчетов и может быть использована для моделирования систем тягового электроснабжения, так как включает в себя большой набор расчетных методов, обширную библиотеку силовых электротехнических элементов и имеет возможность создания сложных моделей.

Задачи

Первичными данными для проектирования являются параметры электрифицированного участка (длина участка, эквивалентный уклон, внутреннее сопротивление тяговой подстанции, напряжение холостого хода подстанции, мощность или ток короткого замыкания на вводах, пикетаж объектов электроснабжения и остановочных пунктов, тип и масса подвижного состава, марки тяговых трансформаторов, преобразовательных агрегатов, фидеров, отсосов и т.д.) и система тока.

Тяговый расчет электроподвижного состава.

На основе данных, указанных выше, производится тяговый расчет, в ходе которого определяются зависимости тока ЭПС и его скорости от времени хода по участку. Пример результатов упрощенного тягового расчета представлен на рисунке 1.

Рисунок 1 – Результаты упрощенного тягового расчета

Далее составляется схема замещения системы тягового электроснабжения (см. рис. 2), в которую входят: система внешнего электроснабжения, модели тяговой подстанции, линии контактной сети, рельсовой цепи и электроподвижного состава с исполненным тяговым расчетом.

Рисунок 2 – Представление схемы замещения СТЭ в виде виртуальной модели, выполненной в среде MATLAB/Simulink

Блочная структура модели:

1) Внешнее электроснабжение:

a) Электростанции – первичные источники напряжения (110 кВ переменного тока);

b) Линии электропередач (ЛЭП) – система проводов, выполняющая функцию передачи электроэнергии на расстояние.

2) Тяговые подстанции.

3) Контактная сеть.

4) Электроподвижной состав.

5) Вспомогательные блоки:

a) Блоки контактов контактной сети и рельса (на модели node) – устанавливают электрическое соединение между контактной сетью и ЭПС;

b) Блок Тяговый расчет;

c) Блок Измерения – измерительные приборы для мониторинга тока и напряжения на токоприемнике ЭПС.

При моделировании контактной сети и ЭПС в электрической схеме замещения возникает сложность, обусловленная тем, что в специализированной библиотеке SimPowerSystems MATLAB/Simulink нет блоков, моделирующих перемещающуюся нагрузку, которой является ЭПС.

Решение данной проблемы:

Эту задачу необходимо разделить на две подзадачи: движение по участку без узлов в схеме замещения и переход с одной зоны питания на другую.

Полный текст работы доступен ниже в разделе файлы.