Protection for DC traction systems with regenerative braking

This thesis focuses on the analysis of the interferences that the exploitation of the regenerative braking causes on the protection of the DC traction system; this investigation has been done in order to build a new protection scheme which overcomes all the problems introduced by this technology. The work begins with the description of the regenerative braking, starting from its positive impact on the energy efficiency and arriving to the over-voltages caused on the DC bus voltages. In this thesis a model of a subway system with a rated voltage of 1500 V_DC has been realized with Simulink, a Matlab tool; therefore, to well comprehend this model, all the aspects and parts of the traction supply systems are described in the second chapter. Another description part, in chapter 3, concerns the main protections of the DC feeder line, their functions, working principles and coordination. All the block used in the model of the subway line are described in chapter 4. The simulations analysis is performed in the second part of the thesis: the trends of the currents and voltages are analysed in chapter 5, so that the fault conditions which bring down the protections can be carried out. Starting from the results of the simulations, in the last chapter, the new protection scheme is proposed, and it is examined both in the event of ground fault and in that of short-circuit.

In questa tesi sono state analizzate le interferenze che l’utilizzo della frenata rigenerativa causa sulle protezioni dei sistemi ferroviari. Tale analisi è finalizzata ad implementare un nuovo schema di protezione che superi i problemi introdotti dall’utilizzo di tale tecnologia. La stesura della tesi parte dalla trattazione analitica della frenata rigenerativa; partendo dall’impatto positivo che essa ha sull’efficienza dei sistemi di trazione si giunge alla descrizione delle sovratensioni che causa. Il modello Simulink di un tratto di una linea metropolitana alimentata a 1500 V in continua è stato realizzato per analizzare il problema da un punto di vista più realistico Quindi per capire ogni parte del modello i sistemi di trazione in generale e le loro protezioni sono state introdotte nei capitoli 2 e 3. Nella seconda parte di questo lavoro di tesi, si sono analizzate diverse condizioni di guasto. Infine, a partire dai risultati di tali simulazioni, è stato implementato e analizzato nuovo schema di protezione.