محاسبات حالت گذرای جریان اتصال کوتاه به روش تبدیل لاپلاس در شبکه راه آهن برقی AC با سیستم تغذیه اتوترانسفورماتور

نوع مقاله : علمی - پژوهشی

چکیده
محاسبات اتصال کوتاه و حالت گذرای شبکه های الکتریکی از مهم ترین اجزای مراحل طراحی یک شبکه است. هادیهای یک شبکه علاوه بر تحمل جریان نامی شبکه و تأمین افت ولتاژ در محدوده قابل قبول، باید از نظرالکتریکی و مکانیکی تحمل جریانهای اتصال کوتاه را داشته باشند. علاوه بر این، باید محدوده تغییرات جریان اتصال کوتاه مشخص باشد تا ضمن انتخاب تجهیزات (سوئیچگیزها و ... ) با قدرت قطع و تحمل جریان اتصال کوتاه، سیستم حفاطتی را سریع و بموقع قطع کند. در این راستا باید حداکثر جریان اتصال کوتاه شبکه محاسبه شود. در این مقاله، روش تبدیل لاپلاس به منظور محاسبه حالت گذرای جریان اتصال کوتاه در شبکه یک پارچه راه آهن برقی AC با روش تغذیه اتوترانسفورماتور (شامل پست کشش، خطوط بالاسری و اتوترانسفورماتور) به همراه شبکه سه فاز بالادستی (شامل شبکه سه فاز و خطوط انتقال) بکار گرفته شده است. تمامی اجزای سیستم راه آهن برقی AC در حوزه لاپلاس مدل سازی شده و حالت گذرای جریان اتصال کوتاه توسط برنامه نویسی در محیط نرم افزار MATLAB/m-file  محاسبه شده است. علاوه بر روش تبدیل لاپلاس، روشهای حل عددی نیز قادر به محاسبه حالت گذرای جریان اتصال کوتاه هستند. در این مقاله به منظور تأیید نتایج محاسبه حالت گذرای اتصال کوتاه توسط روش تبدیل لاپلاس، نتایج به دست آمده با نتایج شبیه سازی در نرم افزار PSCAD (در این نرم افزار از روش حل عددی استفاده می شود) مقایسه شده است.  این مقایسه نشان دهنده دقت مناسب روش مدل سازی و حل در حوزه لاپلاس، به منظور محاسبه حالت گذرای جریان اتصال کوتاه است.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله English

Transient State Calculation of Short Circuit Current in AC Electrified Railway with Autotransformers Power Supply using Laplace Transform

چکیده English

Some of the most important aspects of network design include calculation of short circuits and temporary states of electrical networks. The conductors used in a network not only should handle nominal current of the network and supply voltage drops within acceptable limits, but should also have proper electrical and mechanical characteristics for enduring sparks and short circuit currents. Besides, the range of short-circuit current changes should be determined so that proper equipment (such as switchgears and …) which can endure short-circuit currents are selected for protecting the system and breaking current of a short circuit in time. In this regard, the highest amount of short-circuit current should be calculated. Therefore, in this dissertation, at first an AC railway system fed via auto transformers are introduced and then some techniques for calculating temporary short circuit conditions (including a numerical and a Laplace calculation method) are presented. Since a solution via Laplace is considered in this dissertation, all components of the AC electric railway system (including substations, overhead power lines, autotransformers) and the overhead network (including the 3 phase network and transmission lines) are modeled in form of Laplace. For this integrated system (AC electric railway system with its overhead power lines) a complete Matlab application, which can calculate temporary short circuit states, is developed. Some of outputs of the system comprise current and voltage of short-circuit in various parts of the network. In this dissertation, a sample research network is selected and temporary short circuit states and short circuit currents in various parts of the network are calculated.

کلیدواژه‌ها English

AC Electrified Railway
Autotransformer Power Supply
Short Circuit Current
Transient State
- Battistelli,L.,  Proto, D. and  Pagano, M. (2011) “2×25-Kv 50 Hz High-traction power system: Short-circuit modeling.” IEEE Trans.Power Del., Vol. 26.
 
- Battistelli, L., Proto, D. and Pagano, M. (2008) “Short circuit modeling and simulation of 2×25-Kv high speed railways.” IEEE Second Asia International Conference on Modeling  and Simulation.
 
- Bozkaya, H.(1987) “A comparative assessment of 50 kV auto-transformer and 25 kV booster transformer railway electrification systems”, MPHIL Thesis, University of  Birmingham, UK.
 
 
- Cella, R., Giangaspero,G., Mariscotti,  A., Montepagano, A., Pozzobon, I., Ruscelli, M. and Vanti, M. (2006) “Measurements of AT electric railway system currents at power supply frequency and validation of a multiconductor transmission line model,” IEEE Trans. Power Del.,vol. 21, no. 3, pp. 1721–1726.
 
- Chan, W.S. (1988) “Whole system simulator for AC traction”, PhD dissertation, University of Birmingham, UK.
 
- Chen,T. and Hsu ,Y.(1998) “Systematized short-circuit analysis of a 2×25-Kv electric TractionNetwork.” Electric Power System Research, Vol.47.
 
- Courtois,C.(1993) “Why the 2×25 kV alternative? [autotransformer tractionsupply],” Inst. Elect. Eng. Colloq. 50 kV Autotransformer Traction Supply Systems-the French Experience, pp. 1/1–1/4, Nov. 9.
 
- Dolecek, R., Cerny,O.(2007) “Short-Circuit Simulation at 25 Kv, 50 Hz Contact Line System.” Proceedings: ICREPQ 07.
 
- Dommel, H .W. (1969) “Digital computer solution of electromagnetic transients in single- and multi-phasenetworks”, IEEE Trans. on Power Apparatus and Systems, 88(2), pp.734–741.
 
-Dommel, H. W. (1996) “EMTP Theory Book”, 2nd Edition, Microtran Power System Analysis Corporation,Vancouver, BC, Canada.
 
- Hemmer, B., Mariscotti, A. and Wuergler, D. (2004) “Recommendations for calculation of the total disturbing return current from electric traction vehicles,” IEEE Trans. Power Del., vol. 19, no. 3, pp. 1190–1197.
 
- Hill, R. J.(1994) “Electric railway traction – Part 3 traction power supplies”, Power Engineering Journal, pp. 275-286.
 
- His, P. H.,  Chen, S. L. and  Li, R. J.(1999) “Simulating on-line dynamic voltage of multiple trains under real operation conditions for Ac railways”, IEEE Transaction on Power Systems, Vol. 14 , No. 2.
 
- Huang, S., Kuo,Y., Chen, B., Lu, K.and Huang, M. ( 2001) “A short circuit current study for the power supply system of Taiwan railway.” IEEE Trans. On Power Del., Vol. 16, No. 4.
 
- Kulworawanichpong,T.(2003) “Optimizing AC electric railway power flows with power electronic control”, PhD dissertation, University of Birmingham.
  
- Lee, H., Kima, G., Oha, S., Jang, G. and Kwon, S. (2005) “ Fault analysis of  Korean AC electric railway system”, Electric Power Systems Research.
 
- Martinez-Velasco, J. A. and Marti, J. R. (2009)“Electromagnetic transients analysis”  ebook.
 
- Nano Dot Tek (N.D.T) Report ( 2007) “The Laplace transform approach to linear transmission line analysis”.
 
- Shenkman,  A. L.(2005) “Transient analysis of electric power circuits handbook”.

 
- Shao, Z. (1988) “Auto-transformer power supply system for electric railways”, PhD disertation, University of Birmingham, UK,.
 
 
- Shenoy, U., Sheshadri,  K., Parthasarathy,  K., Khincha, H. and Thukaram, D.(2004) “Matlab/PSB based modeling and simulation of 25 Kv AC railway traction system- A particular reference to loading and fault conditions”, IEEE Region 10 Conference,.
 
- Tortia, A. M. L. (2006) “Turin-Milan high-speed railway-line, 2×25 kV 50 Hz AC electrified EMC problems in earthing of exposed conductive parts,” in Proc. SPEEDAM Int. Conf., Taormina, Italy, pp.1127–1132.

 
- Watson,  N., Arrillaga J.(2007),“Power Systems ElectromagneticTransients Simulation ebook.” 2nd  Edition.
 

  • تاریخ دریافت 18 مرداد 1393