Рост числа потребителей с нелинейными характеристиками тока и напряжения приводит к ухудшению качества электроэнергии. Это негативно сказывается как на внешних, так и на внутренних электросетях. В результате повышаются потери, сокращается срок службы оборудования и увеличиваются экономические затраты.
К таким потребителям относятся крупные химические и металлургические предприятия, а также тяговые системы железных дорог с переменным током, где используются мощные тиристорные преобразователи для питания электроподвижного состава.
Влияние железнодорожного транспорта на качество электроэнергии проявляется в следующих аспектах:
• Нарушение синусоидальной формы тока и напряжения.
• Снижение симметрии напряжения.
Несинусоидальность напряжения зависит от частотных характеристик электросети [1, с. 215].
Эти проблемы ухудшают работу электроподвижного состава и снижают качество электроэнергии в общей сети. Устройства связи, автоматика, телемеханика и чувствительное электронное оборудование также страдают от ухудшения качества электроэнергии в тяговой сети. Отклонения параметров качества от нормы вызывают резонансные явления, которые создают помехи в работе вышеупомянутых устройств [2, с. 18].
Мощные силовые тиристоры, используемые в электроподвижном составе, потребляют большое количество реактивной мощности, что искажает график тока в тяговой сети.
Для компенсации реактивной мощности в тяговой сети переменного тока применяются силовые конденсаторные установки (КУ) [3, с. 297–302]. Обычно их устанавливают на подстанциях и постах секционирования. Установка КУ в тяговую сеть позволяет:
• Стабилизировать рабочее напряжение в контактной сети.
• Снизить потери электроэнергии во всей системе тягового электроснабжения, включая тяговую сеть, трансформаторы на подстанции и питающую линию электропередачи.
Для всестороннего анализа спектральных характеристик токов и напряжений, частотных зависимостей и оценки потерь электроэнергии, возникающих в элементах системы тягового электроснабжения (МКУ), необходимо применять методы математического моделирования и имитационного анализа [4, с. 256]. Современные программные комплексы с расширенным функционалом, такие как PSpice, позволяют моделировать сложные технические схемы и процессы, протекающие в системах тягового электроснабжения. В отличие от аналитических методов, которые ограничены рассмотрением простейших конфигураций, численные методы моделирования обеспечивают высокую точность и детализацию при анализе сложных электромагнитных процессов.