Aktivno potiskivanje niskofrekvencijskih struja smetnji primjenom upravljanih mrežnih sučelja energetskih pretvarača u željezničkim vozilima : doktorski rad - Težak, Nenad (N. Težak ; Fakultet elektrotehnike i računarstva, 2014)
SAŽETAK: 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 niskofrekvencijekih struja smetnji detaljno su testirani ispitivanjima u laboratorijskim uvjetima i na stvarnom vozilu. -