The power balance of the dc traction substation at the different levels of the voltage unbalance of the external power supply system

Authors

  • Денис Романович Земський Dnipropetrovsk National University of Railway Transport named after academician V. Lazaryan Lazaryana 2 Str., Dnipropetrovsk, Ukraine, 49010, Ukraine https://orcid.org/0000-0003-4322-0727
  • Дмитро Олексійович Босий Dnipropetrovsk National University of Railway Transport named after academician V. Lazaryan Lazaryana 2 Str., Dnipropetrovsk, Ukraine, 49010, Ukraine https://orcid.org/0000-0003-1818-2490

DOI:

https://doi.org/10.15587/1729-4061.2014.23382

Keywords:

electric power, balance, traction substation, harmonics ratio, power factor

Abstract

This article contains the research of DC traction substation power balance and the components of the apparent power for the DC and the AC circuits in the normal and the unbalanced modes. The ratio of higher harmonics of DC voltage which depends on the external voltage unbalance    is used for the quantitative estimation of the external network influence on the rectifier.

The cause of the research lies in need of the energy saving with regard to the power quality which needs power balance evaluation. Many authors suppose that in the DC traction system the conversion process from the three-phase energy to the DC energy is symmetrical but in fact the voltage unbalance creates additional difficulties for the power supply devices and might be considered.

The result of research is in determination of the fact that changing voltage unbalance doesn’t change the three-phase and the DC power factors. While the voltages unbalance is reallocating the power in phases of the rectifier the power factor is increasing in the phase with lower voltage and decreasing in the other phases.

The importance of the given result is in the method of voltage unbalance definition with the higher harmonics ratio that allows the accurate calculation only by the values of DC harmonic magnitudes. In practice the given method allows to avoid the measurement of the primary networks parameters in the control systems. The created physical model may be useful for the further research of the DC traction substation in parts of creating and tuning the devices of the power quality improvement.

Author Biographies

Денис Романович Земський, Dnipropetrovsk National University of Railway Transport named after academician V. Lazaryan Lazaryana 2 Str., Dnipropetrovsk, Ukraine, 49010

Student (4-year)

Department of Power Supply ofRailways

Дмитро Олексійович Босий, Dnipropetrovsk National University of Railway Transport named after academician V. Lazaryan Lazaryana 2 Str., Dnipropetrovsk, Ukraine, 49010

Candidate of technical Sciences, post graduate student

Department of Power Supply of Railways

References

Тонкаль, В. Е. Баланс энергии в электрических цепях [Текст] / В. Е. Тонкаль, А. В. Новосельцев, С. П. Денисюк. – К.: Наук. Думка, 1992. – 312 с.

Сиченко, В. Г. Розвиток наукових основ підвищення електромагнітної сумісності підсистем електричної тяги постійного струму залізничного транспорту [Текст]: дис. … док. техн. наук: 05.22.09 / В. Г. Сиченко // Дніпропетр. нац. ун-т залізн. трансп. ім. акад. В. Лазаряна. – Д., 2011. – 396 с.

Сиченко, В. Г. Показники якості електроживлення у тягових мережах постійного струму [Текст] : зб. наук. праць/ В. Г. Сиченко // Праці інституту електродинаміки Національної академії наук України. Спец. випуск, Частина 2. Київ, 2011. – С. 5–13.

Жемеров, Г. Г. Теория мощности Фризе и современные теории мощности [Текст] / Г. Г. Жемеров, О. В. Ильина // Електротехніка і Електромеханіка. – 2007. – Вип. 7. – С. 63–65.

Кизилов, В. У. К вопросу о физическом смысле реактивного тока и реактивной мощности [Текст] / В. У. Кизилов // Вестник НТУ ХПИ. Сборник научных трудов. Тем. выпуск. Энергетика и преобразовательная техника. – 2002. – Вып. 9, Т. 3. – С. 44–50.

Железко, Ю. С. Потери электроэнергии. Реактивная мощность. Качество электроэнергии: руководство для практических расчетов [Текст] / Ю. С. Железко. – М.: ЭНАС, 2009. – 459 с.

Akagi, H. Instantaneous reactive power compensators comprising switching devices without energy storage components [Text] / H. Akagi, Y. Kanazawa, A. Nabae // IEEE Trans. Ind. Applicat. – 1984. – Vol. 20. – P. 625–630.

Kim, H. S. Instantaneous power compensation in three-phase systems using p-q-r theory [Text] / H. S. Kim, F. Blaabjerg, B. Bak-Jensen, L. Choi // IEEE Trans. Power Electronics. – 2002. – Vol. 17, № 5. – P. 701–710.

Сербиненко, Д. В. Качество электрической энергии и степень взаимного влияния тяговых подстанций железных дорог постоянного тока и системы внешнего электроснабжения [Текст]: дис. … канд. техн. наук: 05.22.07 / Д. В. Сербиненко. – М.: РГБ, 2006. – 195 с.

Барковский, Б. С. Обобщение теории мостовых схем выпрямления и выбор оптимальной [Текст]: сб. науч тр. / Б. С. Барковский, Е. Ю. Салита // Повышение качества электрической энергии на тяговых подстанциях. – ОмИИТ, 1983. – С. 15–21.

Глинтерник, С. Р. Электромагнитная совместимость мощных вентильных преобразователи и электрических сетей [Текст] / С. Р. Глинтерник // Электричество. – 1991. – № 5. – С. 1–4.

Барковский, Б. С. Двенадцатипульсовые полупроводниковые выпрямители тяговых подстанций [Текст] / Б. С. Барковский, Г. С. Магай, В. П. Маценко и др.; под ред. М. Г. Шалимова. – М.: Транспорт, 1990. – 127 с.

Руденко, B. C. Анализ электромагнитных процессов в статических преобразователях методом эквивалентного источника [Текст] / B. C. Руденко, В. И. Сенько, В. Я. Жуйков // Проблемы технической электродинамики. – 1973. – Вып. 41. – С. 10–14.

ГОСТ 13109-97. Электрическая энергия и совместимость технических средств электромагнитная. Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения [Текст]. – К.: Госстандарт Украины, 1999. – 32 с.

Tonkal, V. E., Novosel'cev, A. V., Denisjuk, S. P. (1992). Balans jenergii v jelektricheskih cepjah. Nauk. Dumka, 312.

Sichenko, V. G. (2011). Rozvitok naukovih osnov pіdvishhennja elektromagnіtnoj sumіsnostі pіdsistem elektrichnoї tjagi postіjnogo strumu zalіznichnogo transportu. Dnіpropetr. nac. un-t zalіzn. transp. іm. akad. V. Lazarjana, 396.

Sichenko, V. G. (2011). Pokazniki jakostі elektrozhivlennja u tjagovih merezhah postіjnogo strumu. Pracі іnstitutu elektrodinamіki Nacіonal'noї akademії nauk Ukraini. Spec. vipusk, Part 2. Kiiv, 5–13.

Zhemerov, G. G., Il'ina, O. V. (2007). Teorija moshhnosti Frize i sovremennye teorii moshhnosti. Elektrotehnіka і Elektromehanіka, Vol. 7, 63–65.

Kizilov, V. U. (2002). K voprosu o fizicheskom smysle reaktivnogo toka i reaktivnoj moshhnosti. Vestnik NTU HPI. Sbornik nauchnyh trudov. Tem. vypusk. Jenergetika i preobrazovatel'naja tehnika, Vol. 3, Issue 9, 44–50.

Zhelezko, Ju. S. (2009). Poteri jelektrojenergii. Reaktivnaja moshhnost'. Kachestvo jelektrojenergii: rukovodstvo dlja prakticheskih raschetov. JeNAS, 459.

Akagi, H., Kanazawa, Y., Nabae, A. (1984). Instantaneous reactive power compensators comprising switching devices without energy storage components. IEEE Trans. Ind. Applicat, Vol. 20, 625–630.

Kim, H. S., Blaabjerg, F., Bak-Jensen, B., Choi, L. (2002). Instantaneous power compensation in three-phase systems using p-q-r theory. IEEE Trans. Power Electronics, Vol. 17, № 5, 701–710.

Serbinenko, D. V. (2006). Kachestvo jelektricheskoj jenergii i stepen' vzaimnogo vlijanija tjagovyh podstancij zheleznyh dorog postojannogo toka i sistemy vneshnego jelektrosnabzhenija. RGB, 195.

Barkovskij, B. S., Salita, E. Ju. (1983). Obobshhenie teorii mostovyh shem vyprjamlenija i vybor optimal'noj. Povyshenie kachestva jelektricheskoj jenergii na tjagovyh podstancijah, 15–21.

Glinternik, S. R. (1991). Jelektromagnitnaja sovmestimost' moshhnyh ventil'nyh preobrazovateli i jelektricheskih setej. Jelektrichestvo, 5, 1–4.

Barkovskij, B. S., Magaj, G. S., Macenko, V. P. (1990). Dvenadcatipul'sovye poluprovodnikovye vyprjamiteli tjagovyh podstancij. Transport, 127.

Rudenko, V. S., Sen'ko, V. I., Zhujkov, V. Ja. (1973). Analiz jelektromagnitnyh processov v staticheskih preobrazovateljah metodom jekvivalentnogo istochnika. Problemy tehnicheskoj jelektrodinamiki, Vol. 41, 10–14.

GOST 13109-97. Jelektricheskaja jenergija i sovmestimost' tehnicheskih sredstv jelektromagnitnaja. Normy kachestva jelektricheskoj jenergii v sistemah jelektrosnabzhenija obshhego naznachenija (1999). Gosstandart Ukrainy, 32.

Published

2014-04-22

How to Cite

Земський, Д. Р., & Босий, Д. О. (2014). The power balance of the dc traction substation at the different levels of the voltage unbalance of the external power supply system. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 2(8(68), 52–57. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2014.23382

Issue

Section

Energy-saving technologies and equipment