Caracterização das frequências de ressonância de subestações de tração de 25 kV a 50 Hz

Abstract

A presente dissertação de Mestrado tem como objetivo realizar o estudo teórico e a simulação numérica de uma aplicação para determinação das frequências de ressonância existentes nos troços de via eletrificados da Rede Ferroviária Nacional, bem como proceder ao seu mapeamento para identificar o grau de compatibilidade do teor harmónico gerados pelos conversores eletrónicos de potência de tração do material circulante existente em Portugal. O trabalho desenvolvido começa por descrever as características da Rede Ferroviária Nacional em matéria de Energia de Tração, bem como descreve o tipo de material circulante escolhido para a avaliação do grau de compatibilidade dos seus conversores eletrónicos de potência de tração. O estudo teórico para a elaboração da aplicação para a obtenção das frequências de ressonância teve como base a formulação de Carson-Clem e modeliza um troço eletrificado por uma subestação de tração elétrica através do Modelo de Linhas de Transmissão Multicondutoras. Esta ferramenta obedece igualmente às regras nacionais e europeias em matéria de energia de tração e retorno da corrente de tração. Por último é adaptado e desenvolvido o modelo em Matlab/Simulink, necessário para a simulação numérica das frequências de ressonância do troço eletrificado alvo do presente estudo. A frequência de ressonância é obtida através da injeção de corrente ao longo do troço, com variação de frequência, obtendo assim a impedância de ressonância do troço a estudar. Após determinadas as frequências de ressonância, serão comparadas com as frequências de operação dos conversores eletrónicos de potência de tração de um tipo de material circulante que opera atualmente na Rede Ferroviária Nacional.

This thesis aims to make the theoretical study and numerical simulation of an application to determine the resonant frequencies in the electrified track sections of the National Railway Network of Portugal, as well as to map them to identify the degree of compatibility of the harmonic content generated by rolling stock power electronic traction converters in Portugal. The work begins by describing the characteristics of the National Railway Network in terms of traction energy, as well describes the rolling stock chosen to assess the compatibility with the power electronic traction converters. The theoretical study for the elaboration of the application to obtain the resonant frequencies was based on the Carson-Clem formulation and models a section electrified by substation using a Multiconductor Transmission Lines model. This tool also complies with national and european traction energy and traction current return standards. Finally, the Matlab/Simulink model, adapted for the numerical simulation of the resonant frequencies of the electrified railway section of the present study, is adapted and developed. The resonant frequency is obtained by injecting current along the section, with frequency variation, thus obtaining the line impedance. After the resonance frequencies are determined, they will be compared with the operating frequencies of the power electronic traction converters that are installed in one specific type of electric rolling stock operating on the National Railway Network.