The Impact Of Electrical Traction Drives On Power System. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

PDF (M.Sc Thesis) THE_IMPACT_OF_ELECTRICAL_TRACTION_DRIVES_ON_POWER_SYSTEM.pdf - Accepted Version Restricted to Repository staff only until 10 January 2022. Download (5MB)

Arabic Abstract

الاسم الكامل: عمار مشعل عبدالرسول العجب عنوان الرسالة: أثر محركات القطارات الكهربائية علي نظام القدرة التخصص: الهندسة الكهربائية تاريخ الدرجة العلمية: ديسمبر 7102 إن المجتمعات والمدن الحديثة والمتطورة تتطلب نظام مواصلات سريع وموثوق به. وتعتبر القطارات الكهربائية الآن أكثر وسائل النقل الجماعي تطورا"في العالم. وقد شرعت مدينة الرياض مؤخرا في إنشاء أول قطار كهربائي -مترو انفاق- في المملكة العربية السعودية، بينما سيعمل قطار كهربائي آخر قريبا بين المدينة ومكة. ولذلك، فإن التطبيق الواسع واستخدام القطارات الكهربائية وتغذيتها من الشبكة القومية يعتبر تحديا" كبيرا" لمهندسي التشغيل ويتطلب التخطيط المسبق والمحكم لاستيعاب هذا النوع من الأحمال. ورغم الفوائد الكبيرة للقطارات الكهربائية، الا أنها تعتبر سببا مباشرا في ظهور العديد من الآثار السالبة بالشبكة الكهربائية العامة وإلحاق الضرر بها. هذه الاضرار تتمثل في حقن الشبكة الكهربائية بكميات كبيرة من التوافقيات غير المرغوب فيها، بالإضافة الي التاثير السالب علي جهد الشبكة. كل هذه الآثار وغيرها اصبحت موضع اهتمام وجديرة بأن توضع لها الحلول التي تحد منها. هذا البحث هو محاولة لتحديد وتقييم تأثير القطار الكهربائي على نظام القدرة وإقتراح بعض الحلول التي من شأنها أن تقلل من تلك الآثار. تم استخدام برنامج الماتلاب لإنشاء نموذج ديناميكي للقطار الكهربائي. تضمن النموذج جميع المكونات الأساسية والملحقات الأخري اللازمة للتحكم فيه. وتم الأخذ في الإعتبار الثلاث مراحل الديناميكية والتي تبدأ بمرحلة تسارع القطار، ثم بعد ذلك تأتي مرحلة سير القطاربسرعة ثابتة وذلك بعد وصوله للسرعة القصوي المصمم للسير بها، وأخيرا تأتي مرحلة تقليل السرعة أو الكبح حتي الوقوف تمام ا.ً تم دراسة اثر القطار الكهربائي علي الشبكة في هذه المراحل الثلاث كل علي حده وذلك في حالة حملة لعدد كبير من الركاب وفي حالة تحميله بعدد قليل منهم لتقييم أثر القطار على نظام القدرة. ومن أجل التحقق من صحة النتائج التي تم الحصول عليها. فقد تم توصيل القطار مع نظام القدرة المغذي لمترو الرياض. وأظهرت النتائج أن، القطار الكهربائي يؤثر سلبا على نظام xxv القدرة، فقد ظهر عدد كبيرمن التوافقيات في جانب القطار وفي جانب الشبكة العامة المغذية. أدي ذلك إلى التأثير سلبا علي الشبكة وذلك بتقليل معامل القدرة ومن ثم، سحب كمية كبيرة من القدرة الرد فعلية. هذه الآثار تظهر بصورة واضحة في مرحلتي التسارع والكبح. بينما تقل في حالة سير القطار بسرعة ثابتة. تم تصميم مرشح قدرة فعال لتقليل التوافقيات المتولدة وتحسين معامل القدرة وبالتالي تحسين جودة النظام. تم إستخدام المتحكم التكاملي الطردي للتحكم في عمل المرشح بالصورة المثلي. تم توصيل المرشح في مواقع مختلفة لتحديد مدي فاعليته وإختيار الموقع الأمثل له. و بعد ربط المرشح في جانب الحمل فقد قلت التوافقيات المتولدة بشكل كبير في موجتي الجهد والتيار علي حد سواء في جميع النقاط علي الشبكة، كما تم تحسين معامل القدرة وبالتالي انخفضت كمية القدرة الرد فعلية والتيار المسحوبين من الشبكة بواسطة القطار.

English Abstract

Full Name : AMMAR MISHAL ABDELRASOOL ELAGAB Thesis Title : The Impact of Electrical Traction Drives on Power System Major Field : Electrical Engineering Date of Degree : December 2017 Modern societies and cities require fast and reliable transportations system. Electric tractions and trains are now the predominant mass transportation throughout the world. Recently Riyadh City has embarked on the construction of the first metro in the kingdom, while electric train will soon operate between Madinah and Makkah. However, the wide application and usage of electrical traction system present utilities with planning and operation challenges. Electric railways impose several power quality problems to the utility grid such as: generated large negative sequence components (NSCs) and undesirable harmonic, cause system voltage and current unbalances. All these issues have become more and more significant. This research is an attempt to quantify and assess the impact of electrical traction on the power quality and thereby, suggesting some solutions. MATLAB\Simulink is used to solve a dynamic model of the traction system. The model includes all components and control accessories. The model has considered the different dynamic modes which are: acceleration mode, cruising mode and deceleration mode. Two different loading conditions are considered to assess the impact of electrical traction system on power system. In order to validate the obtained results, real power system data of Riyadh metro system is xxiii considered. The results show that, the electric traction has affected the power system negatively, high amount of harmonics are injected into the power system. The individual and total harmonic distortion have exceeded the IEEE standard limits adversely. The power factor (Pf) is decreased and thereby, large amount of reactive power and current are absorbed from the utility side. This is manifested during the acceleration and deceleration stages of the train movement. Whereas, few of harmonics appeared when the traction moves with constant speed. A corrective action is taken by designing an active filter to improve power system quality. A PI controller is used to control filter performance. The filter is tested at different locations in the power system. The individual and total harmonic distortion (THD) in the voltage and current wave are reduced significantly, the Pf has improved and thereby, the total reactive power consumption and the absorbed current from the utility side have been reduced as well.

Item Type:	Thesis (Masters)
Subjects:	Electrical
Department:	College of Engineering and Physics > Electrical Engineering
Committee Advisor:	Elamin, Ibrahim
Committee Members:	Abido, Mohammed and Kassas, Mahmoud
Depositing User:	AMMAR ABDELRASOOL (g201404020)
Date Deposited:	29 Apr 2018 12:03
Last Modified:	01 Nov 2019 16:40
URI:	http://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/140686