Объединенная система электроснабжения с накопителями энергии
Предлагается объединенная система электроснабжения городских микрорайонов и городского электрифицированного транспорта с накопителями энергии, подключенными на входе инверторов подстанций и тяговых двигателей. Применение двухфункциональных фильтронакопительных средств на входе инверторов тяговой и коммунальной подстанций и тяговых двигателей позволяет эффективно использовать обмен энергией в системе объединенного энергоснабжения электроподвижного состава, тяговых и коммунальных сетей для экономии электроэнергии, снижения нагрузок на контактную сеть и дополнительной стабилизации за счет этого напряжений в обеих сетях.
Заявленное техническое решение относится к электротехнике, в частности к системе электроснабжения городского электрифицированного транспорта и коммунальных потребителей.
В качестве прототипа взята объединенного система электроснабжения с накопителями энергии (Решение о выдаче патента РФ от 23.03.2011 г. по заявке на полезную модель 
2011103813, Н02J 5/00, В60М 3/02 от 07.02.2011 г./ В.С.Климаш, Ю.М.Иньков, Д.В.Пименов (Россия)). Она содержит секцию контактной сети, которая подключена через сглаживающий реактор к выходу выпрямителя, вход которого соединен с вторичной обмоткой главного трансформатора тяговой подстанции, а также вольтодобавочные трансформаторы, подключенные к секции контактной сети на расстоянии друг от друга через вторые индуктивно-емкостные фильтры, в которых конденсаторы выполняют также функцию накопителя энергии в режиме вольтовычетания вольтодобавочных трансформаторов и режиме генераторного торможения тяговых двигателей с рекуперацией энергии в тяговую сеть, и инверторы напряжения с широтно-импульсной модуляцией. Вторичные обмотки всех вольтодобавочных трансформаторов соединены в звезду, а их первичные обмотки включены последовательно с первичными обмотками соответствующих главных трансформаторов подстанций городской электрической сети, причем к секции контактной сети также подключен через первый индуктивно-емкостной фильтр, который также выполняет функцию накопителя энергии и инвертор напряжения с широтно-импульсной модуляцией, своей вторичной обмоткой, соединенной звездой, дополнительный вольтодобавочный трансформатор, первичная обмотка которого включена последовательно с первичной обмоткой главного трансформатора тяговой подстанции.
В системе объединенного электроснабжения указанные преобразовательные устройства перераспределяют энергию между тяговыми и коммунальными сетями, при этом высвобождают дополнительные тяговые подстанции, расположенные по длине маршрутов, стабилизируют напряжение в обеих сетях с одновременным выравниванием графиков нагрузок.
Недостатком данного технического решения является то, что часть энергии, которой обмениваются транспортные средства с тяговыми и коммунальными сетями через накопители, теряется в скользящем контакте и в контактных проводах на пути к потребителям.
Задачей, на решение которой направлено заявляемое техническое решение, является повышение эффективности обмена энергией в системе объединенного энергоснабжения электроподвижного состава, тяговых и коммунальных сетей для экономии электроэнергии, снижения нагрузок на контактную сеть и дополнительной стабилизации за счет этого напряжений в обеих сетях.
Данная задача решается за счет того, что в объединенную систему электроснабжения с емкостными накопителями энергии введены третьи индуктивно-емкостные фильтры, в которых конденсаторы выполняют также функцию накопителя энергии, и подключены ко входу механического и (или) полупроводникового инвертора тягового двигателя каждого транспортного средства.
Техническим результатом, обеспечиваемым предлагаемым техническим решением, является использование энергии торможения для последующего разгона с наименьшими потерями, снижение нагрузки на контактную линию, выравнивание нагрузок и напряжений как в тяговой сети по всей длине маршрутов, так и в сети коммунального хозяйства, снижение влияния динамических режимов подвижных составов между собой и сетями.
Сущность полезной модели поясняется чертежом, на котором изображены: тяговая подстанция 1 с вольтодобавочным устройством 2, секция контактной сети 3, транспортное средство 4 с третьим индуктивно-емкостным фильтром (накопителем энергии) 5, с механическим (коллектором) или полупроводниковым инвертором и тяговым двигателем 6, коммунальные трансформаторные подстанции 7, 8, 9 с вольтодобавочными устройствами 10, 11, 12 и нагрузками 13, 14, 15. Тяговая подстанция содержит главный трансформатор 16, вентильный выпрямитель 17 и сглаживающий реактор 18. Вольтодобавочное устройство тяговой подстанции включает в себя вольтодобавочный трансформатор 19, инвертор напряжения 20 с широтно-импульсной модуляцией и первый индуктивно-емкостной фильтр (накопитель энергии) 21. Коммунальная трансформаторная подстанция содержит главный трансформатор 22 и вольтодобавочное устройство, в состав которого входят вольтодобавочный трансформатор 23, инвертор напряжения 24 с широтно-импульсной модуляцией и второй индуктивно-емкостной фильтр(накопитель энергии) 25. Во всех трех индуктивно-емкостных фильтрах конденсаторы выполняют две функции. При прямом направлении энергии они участвуют в фильтрации напряжения, а при обратном являются накопителями энергии. Во всех случаях конденсаторы индуктивно-емкостных фильтров подключаются ко входу инверторов, которые осуществляют двусторонний обмен энергией между конденсатором и его потребителем. Конденсаторы первого и вторых индуктивно-емкостных фильтров подключаются ко входу полупроводниковых инверторов, а третьих - ко входу механических и (или) современных полупроводниковых инверторов. Универсальность системы позволит сделать плавный переход с электроприводов постоянного тока к частотно-регулируемым электроприводам переменного тока, который соответствует общей направленности в электротехнике.
Работает устройство следующим образом. В режиме вольтодобавки (вольтовычета) вольтодобавочного трансформатора 19 стабилизатора 2, вольтодобавочных трансформаторов 23 стабилизаторов 9, 10, 11 и при разгоне (генераторном торможении) транспортных средств 4 происходит обмен энергии между конденсаторами, вольтодобавочными трансформаторами и двигателями. При этом индуктивности фильтров ограничивают влияние динамических режимов стабилизаторов и электроприводов на тяговую сеть.
Предлагаемое техническое решение, как более технически совершенное, может быть использовано для экономии электроэнергии, выравнивания графиков нагрузки и стабилизации напряжений без дополнительных тяговых подстанций в тяговых сетях (трамвайно-троллейбусного хозяйства, эскалаторов и электропоездов) и электросетях городских микрорайонов.
Объединенная система электроснабжения с емкостными накопителями энергии, содержащая главный трансформатор тяговой подстанции со вторичной обмоткой, подключенной ко входу выпрямителя, выход которого через реактор подключен к секции контактной сети, с вольтодобавочным трансформатором, первичная обмотка которого соединена последовательно с первичной обмоткой главного трансформатора тяговой подстанции, а его вторичная обмотка, соединенная звездой, через инвертор напряжения с широтно-импульсной модуляцией и первый индуктивно-емкостной фильтр, в котором конденсатор также выполняет функцию накопителя энергии, подключена к секции контактной сети, к которой на определенном расстоянии друг от друга через вторые индуктивно-емкостные фильтры и инверторы напряжения с широтно-импульсной модуляцией, в которых конденсаторы также выполняют функцию накопителя энергии, подключены вторичные обмотки вольтодобавочных трансформаторов, первичные обмотки которых включены в цепи первичных обмоток главных трансформаторов трансформаторных подстанций, отличающаяся тем, что введены третьи индуктивно-емкостные фильтры, в которых конденсаторы также выполняют функцию накопителя энергии, подключенные ко входу механического и (или) полупроводникового инвертора тягового двигателя каждого транспортного средства.
