Power quality in the circuits of traction substation

• Autorzy: Olczykowski Zbigniew , Starula Piotr

Identyfikatory

DOI

10.24136/tren.2023.015

Warianty tytułu

PL

Jakość energii elektrycznej w obwodach podstacji trakcyjnej prądu stałego

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Rail transport in Poland uses direct current electric traction to power vehicles (locomotives and multiple units). It is therefore necessary to convert the AC voltage of the power system into the DC voltage of the traction system. The conversion of alternating voltage into direct voltage takes place in traction substations. Rectifier units installed at traction substations are used for this purpose. As a result, electric traction should be classified as non-linear consumers. In addition, the traction substation load changes dynamically. All this makes the electric traction a recipient generating a number of disturbances to the network. These disturbances affect the quality of electricity in the power system from which the traction substations are supplied, and the quality of energy in auxiliary and non-traction lines. The article presents the results of the analysis of measurements of electricity quality indicators recorded at selected points of the traction substation line. Parameters characterizing the quality of electricity were recorded, among others, in in the main line supplying the traction substation, non-traction needs line and auxiliary circuits. The presented article is another in a series of publications related to the assessment of the impact of DC electric traction on the power system.

PL

Transport kolejowy w Polsce wykorzystuje do zasilania pojazdów (lokomotyw i zespołów trakcyjnych) trakcję elektryczną prądu stałego. Konieczne jest zatem przekształcenie napięcia przemiennego systemu elektroenergetycznego na napięcie stałe systemu trakcyjnego. Zamiana napięcia przemiennego na napięcie stałe odbywa się w podstacjach trakcyjnych. Wykorzystywane do tego celu są zespoły prostownikowe zainstalowane na podstacjach trakcyjnych. Sprawia to, że trakcję elektryczną zaliczyć należy do obiorców o charakterze nieliniowym. Dodatkowo obciążenie podstacji trakcyjnej zmienia się w sposób dynamiczny. Wszystko to powoduje, że trakcja elektryczna jest odbiorcą generującym do sieci szereg zaburzeń. Zaburzenia te wpływają na jakości energii elektrycznej systemu elektroenergetycznego, z którego zasilane są podstacje trakcyjne oraz jakość energii w liniach potrzeb własnych i potrzeb nietrakcyjnych. Artykuł przestawia wyniki analizy pomiarów wskaźników jakości energii elektrycznej zarejestrowanych w wybranych punktach linii podstacji trakcyjnych. Parametry charakteryzujące jakość energii elektrycznej zarejestrowano m.in. w głównej linii zasilającej podstację trakcyjną, linii potrzeb nietrakcyjnych oraz obwodach potrzeb własnych. Prezentowany artykuł jest jednym z cyklu publikacji związanych z oceną oddziaływania trakcji elektrycznej prądu stałego na system elektroenergetyczny.

Słowa kluczowe

EN

power quality; electric traction; disturbances; voltage changes; higher harmonics; THD

PL

jakość energii elektrycznej; trakcja elektryczna; zakłócenia; zmiany napięcia; wyższe harmoniczne; THD

• Wydawca: Uniwersytet Technologiczno-Humanistyczny im. Kazimierza Pułaskiego w Radomiu
• Czasopismo: Journal of civil engineering and transport
• Rocznik: 2023
• Tom: Vol. 5, No. 4
• Strony: 29--52
• Opis fizyczny: Bibliogr. 30 poz., rys., tab., wykr.

Twórcy

autor

Olczykowski Zbigniew

• Kazimierz Pulaski University of Radom, Faculty of Transport, Electrical Engineering and Computer Science, Malczewskiego 29, 26-600 Radom, Poland

• https://orcid.org/0000-0003-4870-2485

autor

Starula Piotr

• PKP Energetyka, Hoża 63/67, 00-681 Warszawa, Poland

Bibliografia

• [1] Szeląg A., Nikšić M. (2023) Advances in Electric Traction System, Energies, 16(3), 1346. https://doi.org/10.3390/en16031346.
• [2] Żelazny R. (2018) Quality Of Electricity In Power Lines For Receivers PKP Polish Railway Lines S.A., Zeszyty Naukowe Politechniki Rzeszowskiej 297, Elektrotechnika 37, RUTJEE, z. 37 (1/2018), 37-48. https://doi.org/10.7862/re.2018.3
• [3] Pawełek R. (2014) Impact of the traction substation on the power grid (in Polish: Oddziaływanie podstacji trakcyjnej na sieć elektroenergetyczną,) Przegląd Elektrotechniczny, 90(7), 234-238. https://doi.org/10.12915/pe.2014.07.52.
• [4] Sikora A., Kulesz B. (2008) Dependence Of Traction Voltage Quality On Transformer-Rectifier System, Zeszyty Problemowe - Maszyny Elektryczne, 80, 63-67.
• [5] Zheng W., Pei H. (2022) Detection of pantograph-catch arc in urban rail transit based on correlation filtering, Proceedings of the International Conference on Cloud Computing, Internet of Things, and Computer Applications (CICA 2022), Luoyang, China, 22–24 April 2022. https://doi.org/10.1117/12.2642625.
• [6] Cipolletta G., et al. (2022) Detection of dips, swells and interruptions in DC power network. Proceedings of the 20th International Conference on Harmonics and Quality of Power, Naples, Italy, 29 May - 1 June 2022.
• [7] Pomykała A., Szeląg A. (2022) Reduction of Power Consumption and CO2 Emissions as a Result of Putting into Service High-Speed Trains: Polish Case, Energies, 15(12), 4206. https://doi.org/10.3390/en15124206.
• [8] Aguado J.A., Racero A.J.S. De La Torre S. (2018) Optimal operation of electric railways with renewable energy and electric storage systems. IEEE Transactions on Smart Grid, 9(2), 993–1001. https://doi.org/10.1109/TSG.2016.2574200.
• [9] Petru Valentin Radu, Lewandowski M., Szelag A., Steczek M. (2022) Short-Circuit Fault Current Modeling of a DC Light Rail System with a Wayside Energy Storage Device, Energies, 15(10), 3527. https://doi.org/10.3390/en15103527
• [10] Jefimowski W., Szeląg A., Steczek M., Nikitienko A. (2020) Vanadium redox flow battery parameters optimization in a transportation microgrid: A case study, Energy, 195, 116943. https://doi.org/10.1016/j.energy.2020.116943.
• [11] Steczek M., Chudzik P., Szeląg A. (2020) Application of a Non-carrier-Based Modulation for Current Harmonics Spectrum Control during Regenerative Braking of the Electric Vehicle, Energies, 13(24), 6686. https://doi.org/10.3390/en13246686.
• [12] Alfieri L., Battistelli L., Pagano M. (2019) Impact on railway infrastructure of wayside energy storage systems for regenerative braking management: A case study on a real Italian railway infrastructure. IET Electrical Systems in Transportation, 9(3), 140-149. https://doi.org/10.1049/iet-est.2019.0005.
• [13] Jiang Y., et al. (2014) Energy Harvesting for the Electrification of Railway Stations: Getting a charge from the regenerative braking of trains. IEEE Electrification Magazine, 2(3), 39-48. https://doi.org/10.1109/MELE.2014.2333561.
• [14] Cui G., et al. (2019) Supercapacitor Integrated Railway Static Power Conditioner for Regenerative Braking Energy Recycling and Power Quality Improvement of High-Speed Railway System. IEEE Transactions on Transportation Electrification, 5(3), 702-714. https://doi.org/10.1109/TTE.2019.2936686.
• [15] Jefimowski W., Szeląg A. (2018) The multi-criteria optimization method for implementation of a regenerative inverter in a 3 kV DC traction system. Electric Power Systems Research. 161, 61-73. https://doi.org/10.1016/j.epsr.2018.03.023.
• [16] Jabr R. A., Džafić I. (2018) Solution of DC railway traction power flow systems including limited network receptivity. IEEE Transactions on Power Systems, 33(1), 962-969. https://doi.org/10.1109/TPWRS.2017.2688338.
• [17] Zhang, G., et al. (2019) Inverter Operating Characteristics Optimization for DC Traction Power Supply Systems. IEEE Transactions on Vehicular Technology, 68(4), 3400-3410. https://doi.org/10.1109/TVT.2019.2899165.
• [18] Olczykowski Z., Kozyra J. (2022) Propagation of Disturbances Generated by DC Electric Traction, Energies, 15(18), 6851, 1-22. https://doi.org/10.3390/en15186851.
• [19] Kus V., Skala B., Drabek P. (2021) Complex Design Method of Filtration Station Considering Harmonic Components, Energies, 14(18), 5872, 1-17. https://doi.org/10.3390/en14185872.
• [20] De Santis M., Silvestri L., Vallotto L., Bella G. (2022) Environmental and Power Quality Assessment of Railway Traction Power Substations, 2022 6th International Conference on Green Energy and Applications (ICGEA), Singapore, 4-6 March 2022. https://doi.org/10.1109/ICGEA54406.2022.9792029.
• [21] Xu X., Chen B. (2009) Research on Power Quality Control for Railway Traction Power Supply System, Published in: 2009 Pacific-Asia Conference on Circuits, Communications and Systems, Chengdu, China, 16-17 May 2009. https://doi.org/10.1109/PACCS.2009.117.
• [22] Seferi Y., Blair S.M., Mester C., Stewart B.G. (2020) Power Quality Measurement and Active Harmonic Power in 25 kV 50 Hz AC Railway Systems, Energies, 13(21), 5698, 1-17. https://doi.org/10.3390/en13215698.
• [23] Wu S., Mingli Wu M., Wang Y. (2021) A Novel Co-Phase Power-Supply System Based on Modular Multilevel Converter for High-Speed Railway AT Traction Power-Supply System, Energies, 14(1), 253, 1-17. https://doi.org/10.3390/en14010253.
• [24] Xie S., Zhang Y., Wang H. (2021) A Novel Co-Phase Power Supply System for Electrified Railway Based on V Type Connection Traction Transformer, Energies, 14(4), 1214, 1-21. https://doi.org/10.3390/en14041214.
• [25] Panpean C. et al., (2021) Harmonic Mitigation in Electric Railway Systems Using Improved Model Predictive Control, Energies, 14(7), 2012, 1-16. https://doi.org/10.3390/en14072012.
• [26] Ma L., Du Y, Zhu K., Yang F., Xiang S., Shu Z. (2021) Decentralized Control Strategy for an AC Co-Phase Traction Microgrid, Energies, 14(1), 7. https://doi.org/10.3390/en14010007.
• [27] Kong, W.; Qin, L.; Yang, Q.; Ding, F. (2004) DC side short-circuit transient simulation of DC traction power supply system. Published in: 2004 International Conference on Power System Technology, PowerCon 2004, 182–186. https://doi.org/10.1109/ICPST.2004.1459989.
• [28] PN-EN 50160; Parameters of the Supply Voltage in the Public Power Networks. Polish Committee of Standardization: Warsaw, Poland, 2014. Available online: https://sklep.pkn.pl/pn-en-50160-2010e. html (accessed on 18 February, 2023).
• [29] Ordinance of the Minister of Economy of 4 May 2007 on the Detailed Conditions for the Functioning of the System. Available online: http://prawo.sejm. gov.pl/isap.nsf/DocDetails.xsp?id=WDU20070930623 (accessed on 14 September 2022). (In Polish).
• [30] Requirements towards Allowed Limits and Parameters of Disturbances for Devices of Track Occupancy. Control on Railway Lines Operated by PKP PLK S.A., Ie-115, Warsaw, Poland. 2015. Available online: https://www.plksa.pl/files/ public/user_upload/pdf/Akty_prawne_i_przepisy/Instrukcje/Wydruk/Wymagania_Ie_-115_ internet.pdf (accessed on 18 February, 2023).