Koncepcja trakcyjnej podstacji prostownikowo-falownikowej w kolejowym systemie zasilania trakcyjnego 3 kV DC

Kolejowe podstacje trakcyjnego systemu zasilania trakcji elektrycznej prądu stałego wyposażone są w prostowniki, których zadaniem jest przekształcanie, napięcia przemiennego o częstotliwości krajowego systemu energetycznego na napięcie stałe. Są to przekształtniki nie sterowane o jednokierunkowym przesyle mocy. W ostatnich latach praktycznie wszystkie nowo produkowane i wprowadzane do eksploatacji elektryczne pojazdy trakcyjne, to pojazdy wyposażone w silniki asynchroniczne i mające możliwość zwrotu energii do kolejowej sieci trakcyjnej podczas hamowania rekuperacyjnego. Zwrot energii jest jednak możliwy tylko w przypadku gdy w tym samym czasie w pobliżu znajduje się inny pojazd, który jest w fazie rozruchu lub jazdy z prądem, w takiej sytuacji energia ta może być wykorzystana przez ten pojazd. W każdym innym przypadku energia elektryczna pochodząca od procesu hamowania rekuperacyjnego wytracana jest w specjalnych rezystorach hamowania. Zwrot odzyskanej energii do systemu energetycznego byłby możliwy w przypadku zastosowania w kolejowych podstacjach trakcyjnych zamiast prostowników, przekształtniki dwukierunkowych czyli rodzaju przekształtnika półprzewodnikowego, mającego zdolność dwukierunkowego przesyłu mocy. Niniejszy artykuł przedstawia zarys problemów technicznych z jakimi należy się uporać przy próbie modelowania, projektowania i budowy takiego przekształtnika. Intencją autora jest rozpoczęcie przewodu doktorskiego, w którym zostanie wykonane modelowanie komputerowe, ocena możliwości, sensowności technicznej i ekonomicznej zastosowania takiego przekształtnika w kolejowych podstacjach trakcyjnych 3 kV DC. Promotorem tej rozprawy doktorskiej będzie prof. dr hab. inż. Grzegorz Skarpetowski.

In recent years, all newly manufactured and put into operation electric rail vehicles are equipped with asynchronous motors and have the opportunity to return the energy to the overhead conytact line system during regenerative braking. This energy obtained from the regenerative braking process can be fed back only if on the same OHCL section there is another electric vehicle that is simultaneously generating traction force. In this case this energy can be reused by this second vehicle. In any other case the energy generated by the regenerative braking process is dissipated on braking resistors. Moreover, the energy recuperation and transmission to the local power distribution system could be possible, if the traction substations were equipped with traction rectifier-inverter substation converters instead of traditional rectifiers. Converters are a type of converter semiconductor capable of bi-directional power transmission. This article outlines the technical problems which need to be solved while trying to model, design and to build such an inverter.