26319

كنترل ولتاژ شبكه تغذيه DC راه‌آهن برقي با هدف بهينه‌سازي هزينه بهره‌برداري

كارشناسي ارشد

مهندسي راه آهن گرايش راه آهن برقي

1398

1400/12/21

دكتر روزبه اسد

مهندسي راه آهن

با توجه به مزاياي قابل توجه شبكه راه‌‌آهن برقي نسبت به شبكه راه‌آهن سنتي مانند راندمان بالا، سرعت و شتاب بيشتر و آلودگي كمتر صوتي و هوا و ...، توجه به شبكه‌هاي راه‌آهن برقي روز به روز درحال افزايش مي‌باشد. به طور كلي اين نوع شبكه‌ها به دو دسته AC و DC با سطح ولتاژهاي مختلف، قابل دسته‌بندي مي‌باشند. شبكه‌هاي راه‌آهن برقي AC به نسبت شبكه‌هاي راه‌آهن برقي DC داراي مشكلات مهمي از جمله افت ولتاژ ناشي از راكتانس هادي‌ها و اثر پوستي و ... هستند. علاوه براين توان راكتيو و كنترل آن از مسائل مهم در شبكه‌هاي راه‌آهن برقي AC مي‌باشد. درحالي كه اين توان در شبكه‌هاي راه‌آهن برقي DC به طور طبيعي حذف مي‌شود. برهمين اساس در سال‌هاي اخير، تحقيق و توسعه بر روي شبكه‌هاي راه‌آهن برقي DC شدت گرفته است. يكي از موضوعات مهم در رابطه با شبكه‌هاي راه‌آهن برقي DC، مسئله كنترل ولتاژ آنان است. در شبكه‌هاي راه‌آهن برقي AC كنترل ولتاژ به توان راكتيو وابسته بوده و براساس آن فرآيند كنترل ولتاژ صورت مي‌گيرد؛ اما در شبكه‌هاي راه‌آهن برقي DCتوان راكتيو صفر مي‌باشد و امكان كنترل ولتاژ با كنترل توان راكتيو وجود ندارد. از طرفي با توجه به صفر بودن فركانس در اين شبكه‌ها، نيازي به كنترل فركانس نيز نخواهد بود. برهمين اساس با توجه به ارتباط تنگاتنگ ولتاژ و توان اكتيو در شبكه‌هاي راه‌‌آهن برقي DC، كنترل ولتاژ از طريق كنترل توان اكتيو توليدي صورت مي‌گيرد. در واقع در اين شبكه‌ها كنترل توان اكتيو-ولتاژ برقرار است. انتخاب روش مناسب كنترل ولتاژ مي‌تواند منجر به بهبود كيفيت ولتاژ، كاهش هزينه‌ها و افزايش قابليت اطمينان گردد. در اين پايان‌نامه يك روش جديد و قابل توجه جهت كنترل ولتاژ شبكه راه‌آهن برقي DC به نام روش تقسيم توان بهينه DC (DCOPS) ارائه مي‌گردد. تقسيم بهينه توان ميان پست‌هاي كشش، قابليت اطمينان بالا، مقاوم و مدولار بودن و مقياس‌پذيري از ويژگي‌هاي برجسته روش بيان‌ شده مي‌باشد. همچنين روش محاسبه قيمت توان گره‌هاي مختلف شبكه و يك روش پخش بار ساده، سريع، مقاوم و همراه با بازدهي محاسباتي بالا به منظور اجرا بر روي شبكه‌هاي راه‌آهن برقي DC مجهز به روش تقسيم توان بهينه DC، ارائه شده است. بررسي نتايج حاصل از انجام شبيه‌سازي برروي يك شبكه‌ راه‌آهن برقي DC ولتاژ متوسط در حالت و سناريو‌هاي مختلف، عملكرد موفق روش تقسيم توان بهينه DC را نشان مي‌دهد.

1401/01/17

Voltage Control of Electric Railway DC Power Supply Network with the Aim of Optimizing Operating Costs

3/12/2023 12:00:00 AM

Due to the significant advantages of the electric railway network compared to the traditional railway network, such as high efficiency, higher speed and acceleration, less noise and air pollution, etc., attention to the electric railway networks is increasing day by day. In general, these types of networks can be classified into two categories: AC and DC with different voltage levels. AC electric railway networks have important problems compared to DC electric railway networks, such as voltage drop due to conductor reactance and skin effect, etc. In addition, reactive power and its control are important issues in AC electric railway networks, while this power is naturally eliminated in DC electric railway networks. Accordingly, research and development on DC electric railway networks has intensified in recent years. One of the most important issues with DC electric railway networks is their voltage control. In AC electric railway networks, voltage control depends on the reactive power and the voltage control process is performed based on it. However, in DC electric railway networks, the reactive power is zero and it is not possible to control the voltage by controlling the reactive power. On the other hand, due to the zero frequency in these networks, there will be no need to control the frequency. Accordingly, due to the close relationship between voltage and active power in DC electric railway networks, voltage control is done by controlling the active power output. In fact, in these networks, active power-voltage control is established. Choosing the right voltage control method can improve voltage quality, reduce costs and increase reliability. In this thesis, a new and significant method for voltage control of DC electric railway network is presented, called the DC Optimal Power Sharing (DCOPS) method. Optimal power sharing between traction substations, high reliability, robustness and modularity and scalability are prominent features of the expressed method. Also, a method for calculating the power price of different network nodes and a simple, fast, robust and with high computational efficiency load flow method to be implemented on DC electric railway networks that are equipped with the DCOPS method are presented. Examination of the simulation results on a medium voltage DC electric railway network in different modes and scenarios shows the successful performance of the DCOPS method.

كنترل ولتاژ DC , كنترل شيب افتي , تقسيم توان بهينه , منابع توليد پراكنده (DG) , سيستم‌هاي قدرت كشش (TPS) , سيستم‌هاي راه‌آهن برقي DC ولتاژ پايين و ولتاژ متوسط , خطوط ريلي با سرعت بالا (HSR)

DC voltage control , Droop control , Optimal power sharing , Distributed generation (DG) , Traction power systems (TPS) , Low-voltage and medium-voltage DC electric railway systems , High-speed rail (HSR)

Ehsan Mansori

Roozbeh Asad