engleski

ACTIVE SUPPRESSION OF LOWFREQUENCY INTERFERENCE CURRENTS BY CONTROLLED GRID INTERFACE OF POWER CONVERTERS IN RAIL VEHICLES

Tema disertacije je aktivno potiskivanje niskofrekvencijskih struja smetnji primjenom upravljanih mrežnih sučelja energetskih pretvarača za napajanje glavnih i pomoćnih pogona u željezničkim vozilima. Široka primjena energetskih pretvarača u željezničkim vozilima, uz druge ključne nove tehnologije, omogućila je u proteklom razdoblju značajno poboljšanje dinamičkih karakteristika suvremenih vozila uz istodobno ostvarivanje ekonomičnijeg rada pogona kao i niz drugih prednosti proizašlih iz primjene glavnih pogona zasnovanih na vektorski upravljanim izmjeničnim reguliranim elektromotornim pogonima s asinkronim vučnim motorima i fleksibilnih pretvarača pomoćnih napajanja za osiguravanje energije svim ostalim pomoćnim podsustavima (rashladni sustavi pretvarača glavnog pogona, sustavi ventilacije, grijanja, klimatizacije, rasvjeta, informacijski i upravljački sustavi na vozilu…). Pri tome je ukupna instalirana snaga svih glavnih i pomoćnih pogona u vozilu znatno povećana, posebice uzmu li se u obzir i konfiguracije višestrukih vučnih jedinica (MTU – Multiple Traction Units) vrlo uobičajene u putničkom prometu, ali i u teretnom željezničkom prometu (povezivanjem lokomotiva u tzv. tandemske konfiguracije). Suvremeni pretvarači za napajanje glavnih i pomoćnih pogona, u pravilu su zasnovani na IGBT tehnologiji. Karakter rada takvih pretvarača, kod kojih se formiranje željenih iznosa napona i struja ostvaruje nekom od metoda upravljanja IGBT sklopkama (npr. modulacija širine impulsa – Pulse Width Modulation – PWM), uz istodobno povećanje jedinične i ukupne snage pretvarača na vozilu, uzrokovali su znatno povećanje sadržaja neželjenih viših harmonika i drugih smetnji u strujama pojne mreže. Sve struje smetnji sadržane u struji pojne mreže, uključujući i one nastale radom pretvarača glavnih i pomoćnih pogona, mogu svojim djelovanjem štetno utjecati na ispravnost rada telekomunikacijskih (TK) i signalno-sigurnosnih (SS) uređaja uz prugu, što se izravno odražava i na smanjenje sigurnosti željezničkog prometa. Posebice su opasni harmonici struja smetnji niskih frekvencija, jer se znatno teže filtriraju, pogotovo ako im je frekvencija u blizini radnih frekvencija (frekvencijskih pojasa) SS uređaja. Najbolji rezultati u potiskivanju struja smetnji u struji mreže koju vozilo razmjenjuje s aktivnom mrežom, postižu se kombiniranjem aktivnih i pasivnih mjera. Pri tome se posebna pažnja posvećuje provedbi aktivnih mjera u okviru upravljačko-regulacijske strukture mrežnih sučelja pretvarača za napajanje glavnih i pomoćnih pogona. Aktivnim potiskivanjem niskofrekvencijskih struja smetnji, primjenom upravljanih mrežnih sučelja energetskih pretvarača u željezničkim vozilima, nastoji se maksimalno iskoristiti raspoložive mogućnosti kako bi se ostvarilo što pouzdanije, ekonomičnije i energetski učinkovitije rješenje za potiskivanje struja smetnji sadržanih u struji pojne mreže. Pri postavljanju tehničkih zahtjeva na upravljačko-regulacijski sustav, kojim će se provesti aktivne mjere za potiskivanje struja smetnji poseban se naglasak stavlja na harmonike struja smetnji niskih frekvencija, pogotovo ako im je frekvencija u blizini radnih frekvencija SS uređaja te na identifikaciju točaka utiskivanja smetnji i njihovog širenja upravljačko-regulacijskom strukturom, kako bi se mogla provesti imunizacija sustava (uvođenjem odgovarajućih filtara na signale povratnih veza, odabirom odgovarajuće topologije regulacijske strukture i tipova regulatora pojedinih veličina, primjena adaptivnog/selektivnog predupravljanja …). Disertacija opisuje i predlaže algoritme upravljanja mrežnim sučeljima energetskih pretvarača za napajanje glavnih i pomoćnih pogona u željezničkim vozilima koji će aktivnim potiskivanjem struja smetnji osigurati da negativni utjecaji rada tih pretvarača na pojnu mrežu budu u dopuštenim granicama definiranim tzv. mrežnim pravilima i drugim relevantnim propisima. Za uspjeh predložene koncepcije aktivnog potiskivanja struja smetnji (poglavito osnovnih sklopnih harmonika) u struji mreže na razini vozila, koordiniranim djelovanjem na upravljačko-regulacijske strukture i pripadne PWM jedinice mrežnih sučelja više dislociranih pretvarača ključan je razvoj što robusnijih, a istodobno što točnijih sinkronizacijskih algoritama, kao osnove za formiranje zajedničke sinkronizacijske baze na osnovi estimiranog faznog kuta osnovnog harmonika napona mreže. Stoga je poseban naglasak u disertaciji stavljen na prikaz sinkronizacijske tehnike zasnovane na algoritmima sa zatvorenom petljom (npr. fazno zatvorena petlja ili PLL – Phase Locked Loop), koje su namijenjene za primjenu na jednofaznim sustavima napajanja. Primjenom predloženih algoritama upravljanja mrežnim sučeljima energetskih pretvarača za napajanje glavnih i pomoćnih pogona u željezničkim vozilima, pokazano je da se može osigurati da negativni utjecaji rada tih pretvarača na pojnu mrežu budu u dopuštenim granicama, unatoč relativno niskoj sklopnoj frekvenciji pretvarača s bipolarnim tranzistorima s izoliranom upravljačkom elektrodom. Razvijeni algoritmi potiskivanja niskofrekvencijskih struja smetnji detaljno su testirani ispitivanjima u laboratorijskim uvjetima i na stvarnom vozilu.

active filter; advanced control system design; interference currents suppression; line-side

nije evidentirano