2018 05 30 Modern een TNS na bzi

— 2018 -05 -30 Moderní řešení TNS na bázi SFC pro 50 Hz střídavou trakci Eugen Baerlocher - Senior Control Engineer, Stan Gnap – Business Development Manager

— Drážní SFC (Static Frequency Convertor) pro střídavou trakci 50 Hz ABB řešení Chování SFC při zkratu & Ochrany trakčního vedení Ochrany měniče SFC Paralelní provoz: Řízení zátěže Paralelní provoz: Najížděcí sekvence a podmínky ostrovního provozu Paralelní provoz: Řízení napětí & Řízení v koridoru Video - Retrofit měniče SFC Wolkramshausen Deutsche Bahn Otázky & Odpovědi

— SFC pro střídavou trakční soustavu Použití SFC PSFC QGRID A Síť A (distribuční síť) Frekvence A December 5, 2020 Slide 3 QGRID B Síť B (trakční soustava) Frekvence B

— SFC pro střídavou trakční soustavu Výhody SFC Zvýšení účinnosti systému, snížení spotřeby jalové energie: Zlepšené chování při poruše, Snížení vlivu poruch v distribuční síti na napájení trakce Zlepšený výkonová kapacita s aktivním řízením napětí trakce Oddělení vlivu harmonických složek trakce od nadřazené distribuční sítě 50 Hz a naopak Aktivní řízení činného výkonu Rozšířené testovací funkce pro pohony kolejových vozidel a trakční vedení Optimalizace nákladů na připojení – celkových včetně připojení z distribuční sítě Snížené náklady na rozvodnu distribuční sítě Snížené požadavky na výstavbu nových napájecích vedení Snížení počtu izolovaných úseku v trakční síti Možnost optimalizovaného využití rekuperované energie Vlastní redundance díky propojené síti Výrazná úspora nákladů na energii díky upřednostnění levnějších dodávek, bez jalového výkonu, omezení maxima napájecích špiček. . December 5, 2020 Slide 4

— SFC pro střídavou trakční soustavu Systém SFC 1. 3 f transformátor 2. 1 f transformátor 3. Kontejner měniče, řízení a jednotka vodního chlazení 4. Tepelný výměník (chladič) 5. Filtrační tlumivka DC obvodu 6. 1 f síťový filtr 7. 3 f síťový filtr (není zobrazen)

— SFC pro střídavou trakční soustavu Systém SFC

— Ochrany SFC

— SFC pro střídavou trakční soustavu Typické jednopólové schéma December 5, 2020 Slide 8 PRELIMINARY DRAFT – FOR INFORMATION ONLY - CONFIDENTIAL

— SFC pro střídavou trakční soustavu Plně implementované chránění Úplný systém chránění od vypínače na straně 3 f sítě po 1 f vypínač trakční sítě: Ochrany měniče Ochrany transformátoru Ochrany filtru … Samostatné hlavní a záložní ochrany Hlavní funkce jsou redundantní Komponenty jsou plně integrované do řidícího systému: Zjednodušený servis a údržba Integrovaná komunikace pro nadřazené řízení December 5, 2020 Slide 9 PRELIMINARY DRAFT – FOR INFORMATION ONLY - CONFIDENTIAL Všechny ochrany

— Chování SFC při zkratu & Ochrany trakčního vedení

— SFC pro střídavou trakční soustavu Chování při jednofázovém zkratu – Jak se testuje? ABB simulator v reálném čase (RTS) December 5, 2020 Slide 11 Queensland – testovací souprava pro zkrat

— SFC pro střídavou trakční soustavu Změny v nastavení ochran vývodů pro napájení trakce Zkrat – SFC napájí ostrovní provoz RTS test – Single-phase grid voltage – SFC’s single-phase current – Period until protection @ SFC opens CB On-site test – Single-phase grid voltage – SFC’s single-phase current – Period until protection @ SFC opens CB December 5, 2020 Slide 12

— SFC pro střídavou trakční soustavu Změny v nastavení ochran vývodů pro napájení trakce Zkrat – SFC napájí síť paralelně s transformátorem RTS test – Single-phase grid voltage – SFC’s single-phase current – Period until protection @ SFC opens CB On site test – Single-phase grid voltage – SFC’s single-phase current – Period until 1 st protection @ transformer opens CB – Period until 2 nd protection @ SFC opens CB December 5, 2020 Slide 13

— SFC pro střídavou trakční soustavu Nutné změny v systému chránění ve vývodech napájení trakce 25 k. V pro omezený proud SFC Je možno použít princip impedančního chránění (vysoký proud, nízké napětí) pro nízkou impedanci (zkratovací souprava). Pro nadzemní vedení je obvykle požadovaná distanční ochrana se zónami. Ochrana s distanční funkcí pro 1 f trakční systém by měla vyhovovat, jako zařízení pro studii kompletního chránění a řízení. Zvolené schéma nastavení chránění pro zařízení trakčního systému je pak použito pro selektivní nastavení ochran SFC. Slide 16

— SFC pro střídavou trakční soustavu Paralelní provoz transformátorů a SFC – Chránění nadzemního vedení Varianta SFC & Tx V závislosti na lokalizaci poruchy v některé sekci/úseku trakčního vedení, distanční ochrana na libovolném konci vedení indikuje/nahlásí poruchu. Podobné paralelní zapojení bylo úspěšně realizováno u společnosti Queensland v blízkosti TNS Wulkuraka, pro nový SFC.

— SFC pro střídavou trakční soustavu Paralelní provoz SFCs – OLE Protection Varianta provozu SFC & SFC V závislosti na lokalizaci poruchy v některé sekci/úseku trakčního vedení, distanční ochrana na libovolném konci vedení indikuje/nahlásí poruchu. Podobná varianta použita v Norsku, Švédsku, bývalém východním Německu

— Paralelní provoz: Řízení zátěže

— SFC pro střídavou trakční soustavu Paralelní provoz bez nebo s využitím systému řízení zátěže Paralelní a kruhové napájení 3 f sítě z jednotlivých lokalit je běžnou praxí. Stejné řešení je aplikováno pro 1 f síť 16. 66 a 16. 7 Hz trakčních sítí (DE, AT, CH, NO, SE). Pro toto řešení nutné řízení zátěže! Poněvadž řešení drážních měničů SFC od ABB kopíruje funkcionalitu napájení z drážního transformátoru, nevyžaduje paralelní provoz SFC a transformátoru nebo dvou SFC systém řízení zátěže (pokud jsou SFC a transformátor připojeny do stejného místa 3 f sítě). SFC jsou schopné samostatného provozu bez komunikačního připojení, podle jejich nastavené charakteristiky. Celkový systém řízení zátěže by ale měl být použit pro optimalizaci provozu měniče a řízení příkonu. Jedná se o relativně pomalý způsob řízení, který nevyžaduje rychlé dálkové spojení v reálném čase. Je pak řízen každý měnič samostatně změnou parametrů jejich charakteristiky. Toto řešení je často použito i pro ruční řízení.

— SFC pro střídavou trakční soustavu Řízení paralelního provozu December 5, 2020 Slide 19

— SFC pro střídavou trakční soustavu Paralelní provoz Transformátoru a SFC podle referenčního signálu/měření Pro paralelní provoz by měla být impedance SFC nastavena na stejnou hodnotu jako je impedance transformátoru: ZSFC 1 je nastaveno na stejnou hodnotu jako ZTF. ZSFC 2 je nastaveno na ZTF - ZTS Pokud je ZG “velká” v porovnání s ZTF + ZOHL. Nebo pokud je Zts velká a je proměnlivé zatížení v distribuční síti, může dojít ke znatelnému přetoku výkonu přes trakční síť. V takovém případě by mělo být použito měření ve jako reference a přivedeno do SFC, kde je porovnáno s měřením v bodě a a využito jako pomalý korekční signál.

— SFC pro střídavou trakční soustavu Paralelní provoz Transformátoru a SFC s využitím Pilotního signálu Řízení na základě pilotního signálu: výstupní napětí SFC kopíruje danou referenci sinusového průběhu napětí. Toto řešení je použito v Německu, kde je měnič připojen ke „slabému“ přívodnímu vedení, připojenému na druhém konci k „silné“ centrální síti. Centrální síť je provozována jako frekvenčně pružná síť. Problém: Pokud je SFC provozován podle charakteristiky f/P, změna frekvence v centrální síti vede ke změně výkonu a SFC se změnou výkonu snaží podpořit centrální síť pokrytím ztrát na přívodním vedení. Řešení: SFC kopíruje napětí na druhém konci „slabého“ přívodního vedení. Výhody: - Vedením nepřetéká žádný výkon a optimalizace rozdělení zatížení vede k minimalizaci ztrát na vedení. Nevýhody: - Přívod výkonu je neřiditelný, což vede k vyšším nákladům na energii (minimální ztráty neznamenají minimální náklady) - Je potřebný rychlý přenos synchronizačního signálu na velkou vzdálenost (Je velice provozně nespolehlivé, pokud SFC pracuje jako záloha s charakteristikou f/P) Þ Je použito pouze pro frekvenčně pružné sítě s nevyváženým výkonem pro napájení „slabého“ vedení, Þ Pro trakci 50 Hz je toto řešení nutné pouze v případě, kdy je 3 f napájecí síť SFC a transformátoru asynchronní.

— Paralelní provoz: Najetí a podmínky ostrovního provozu

— SFC pro střídavou trakční soustavu Automatická detekce fáze – Změna fáze ± 30° sekce pro detekci December 5, 2020 Slide 23 Možné nastavení fáze

— SFC pro střídavou trakční soustavu Postup při nastavení December 5, 2020 Slide 24

— SFC pro střídavou trakční soustavu Řízení při paralelním provozu December 5, 2020 Slide 25

— SFC pro střídavou trakční soustavu Řízení poklesu zátěžového úhlu (LADC) a detekce ostrovního provozu LADC charakteristika RTS test pro detekci ostrovního provozu Detekce ostrovního provozu a přepínání pracovních charakteristik December 5, 2020 Slide 26

— Paralelní provoz: Řízení napětí & Řízení v koridoru

— SFC pro střídavou trakci Přínosy SFC Přínosy Flexibilní (více možností při problémech v síti) Snadné řízení (ECO: SFC vs tradiční transformátor) Kompatibilní (pevný harmonický profil) SFC mají podíl na Strategii úspor energie SFC umožňuje Simulační mód! (např. pro testování trakčního vedení a pohonů kolejových vozidel proti tepelnému přetížení) Zajištění nové technologie Všechny testy lze provést na simulátoru Vytvořeny modely (včetně sítě) Nový koncept systému chránění Testy zkratových poměrů © Queensland Rail December 5, 2020 Slide 28 “Sdílená síť” Tradiční síť

— SFC pro střídavou trakci Wulkuraka SFC Požadavek na špičky 20% snížení Unity Po wer Fac tor Výsledky řešení Provozní zkušenosti Spolehlivé zařízení Corinda Tx Provozní dostupnost (zákazníci nebyli dotčení výpadkem SFC nebo transformátoru) Konfigurovatelné (úspory nákladů na energii) Některé změny vyžadované managementem Paralelní zdroje Nové provozní módy (VAr kompenzace, Synchronizace, Ostrovní provoz, atd…) Obnovení systému z ostrovního provozu (kontrola synchronizace) Zkušenosti ze simulací Provozní chování odpovídá simulovaným testům © Queensland Rail December 5, 2020 Slide 29 Power F actor Im Corridor provem ent

— SFC pro střídavou trakční soustavu Reference PCS 6000 16 Hz References Největší instalovaná báze / více než 60 jednotek v servisu, více než 1. 5 GW instalovaného výkonu SFC Více než 20 let zkušeností s aplikacemi pro napájení trakčních vedení Pokročilé algoritmy řízení a chránění Splnění vysokých požadavků na spolehlivost a dostupnost SVC Load Balancers & Voltage Control London LUL 5 x 60 MVAr London LUL 1 x 17 MVAr Barking 2 x 40 MVAr Singlewell 4 x 40 MVAr Selingde 1 x 170 MVAr SVC Light Load Balancers Mesnay 1 x 15 MVAr Evron 1 x 17 MVAr December 5, 2020 Slide 30 Kalix Stavanger Rudshögda Alnabru Holmlia Larvik Neumünster Lübeck Bremen III Bremen II Datteln Wolkramshausen Doberlug Düsseldorf Hof Limburg Neckarwestheim Timelkam Landquart Bever Obermatt Wimmis 2 x 19 MVA 2 x 17 MVA 1 x 15 MVA 2 x 15 MVA 1 x 15 MVA 2 x 35 MVA 2 x 19 MVA 1 x 40 MVA 1 x 80 MVA 4 x 120 MVA 2 x 19 MVA 1 x 19 MVA 2 x 15 MVA 8 x 19 MVA 2 x 75 MVA 2 x 37 MVA 1 x 20 MVA 1 x 10 MVA 4 x 21 MVA

— Video - Retrofit SFC Wolkramshausen Deutsche Bahn

— Dotazy & Odpovědi

December 5, 2020 Slide 33