车网系统高频谐振特性分析

近年来,随着交—直—交型电力机车和动车组的大量上线运行,在提高铁路运输效率和质量的同时,也使得牵引供电系统中的谐波特性发生变化,即低次谐波大大减少的同时,也带来了丰富的高次谐波。虽然这些高次谐波含有率不高,但却大大增加了系统发生高频谐振的可能性。当系统发生高频谐振时,往往会形成较大的过电压,影响系统的安全和稳定运行。文章选取由交流传动电力机车和牵引供电系统组成的车网系统作为研究对象,建立了车网系统联合仿真模型,并基于仿真分析结果和线路实测数据,对车网系统高频谐振特性进行了分析研究。     

基于模态分析的牵引供电系统谐波谐振过电压研究

针对高铁牵引供电系统的谐振过电压问题,通过分析其谐波特性,综合考虑线路集肤效应及分布参数的特性,研究由接触网、馈线、钢轨回路(包括大地)、回流导线以及牵引变电所至接触网的馈电线等构成的牵引网的参数计算方法,建立牵引网线路等效模型,使用该模型计算牵引网线路参数;采用模态分析方法解耦牵引网与电力机车的耦合关系,确定基于车网耦合的牵引供电系统的谐波谐振次数、电压波形、影响范围等数据以及所引起的牵引网过电压机理;通过EMTP-ATP软件建立基于AT供电方式与CRH2型动车组的车网耦合仿真模型,得到牵引网网压状态.通过与实测的机车负荷、谐波电流等数据对比可知,仿真结果与实测数据分析结果一致,验证了该方法的正确性.     

牵引供电系统与牵引传动系统稳定性机理分析

国内某客运专线牵引变电所频繁出现跳闸情况,给牵引供电系统和动车组正常运行带来安全隐患。为寻求故障根源,用于指导今后的高速铁路建设,本文首先利用阻抗比判据建立车网闭环系统传递函数模型,揭示阻抗参数不匹配引起低频振荡产生的原理,并对动车组网压-功率限制保护引起低频振荡进行分析。然后基于MATLAB/Simulink软件搭建车网系统仿真模型并进行联合仿真,再现现场故障现象。本文通过理论分析并仿真验证了低频振荡产生的2种原因,可为实际现场振荡抑制提供指导,进而保障车网系统的稳定安全运行。     

基于阻抗分析法的牵引供电低频网压波动研究

随着CRH系列动车组和和谐系列大功率电力机车的广泛应用,牵引供电系统出现了一系列新的问题,其中牵引供电系统低频网压波动是比较严重的问题。为考察其发生机理,本文建立符合牵引供电低频网压波动实际情况的车网互联系统阻抗模型,利用基于阻抗的系统稳定性分析方法,分析不同阻抗条件下车网互联系统的稳定性,发现机车数量不同时,系统阻抗发生变化,且随着机车数量的逐渐增多,车网互联系统稳定性逐渐降低。基于Matlab/Simulink建立车网互联系统的仿真模型,结合现场实测及仿真分析,验证理论分析的正确性。该研究结果对认识和改善牵引供电系统低频网压波动有一定的参考价值。     

基于阻抗分析的铁路车网耦合系统低频振荡研究

针对国内电气化铁路频繁发生低频振荡现象并造成机车牵引闭锁、供电系统保护跳闸等事故,围绕机车—供电网(车网)低频振荡的产生机理、影响因素进行理论与仿真分析,推导得到了车网阻抗模型。采用阻抗比稳定性判据,分析了机车数量、供电网等效阻抗和机车整流器控制参数等对车网系统低频振荡现象的影响规律。利用详细的车网时域仿真模型,验证了频域阻抗模型分析所得结论,为更好地抑制车网系统低频振荡现象提供了参考依据。     

交直流机车混跑牵引网谐波特性仿真研究

随着电气化铁路的快速发展和电力机车的更新换代,交直电力机车与交直交动车组混跑引起的牵引网谐波问题越发严峻。为分析多车混跑线路谐波传输特性,以现阶段运行最多的交直机车SS6B和交直交动车组CRH2为例,利用Matlab/Simulink仿真软件建立车网联合仿真模型。通过对SS6B电力机车和CRH2动车组谐波特性的仿真分析,验证模型的正确性。在车网联合仿真模型的基础上,分别针对不同牵引网长度、不同机车位置及机车工况变化3种情况下的牵引网谐波特性进行分析。该研究结果表明联合仿真模型能精确反映交直流机车混跑对牵引网谐波的影响。     

基于周期控制的载波移相策略研究

为了抑制系统内部网侧四象限变流器产生的高频谐波,减小对电网的谐波污染,防止产生车网高频谐振,提出一种基于周期控制的载波移相策略及实现方法。针对同一列车多个牵引系统之间无同步线的情况,提供一种以网压过零点为参考,通过微调PWM载波周期,实现准确且稳定的校正载波移相角的方法。通过Matlab/Simulink仿真及混合动力动车组牵引系统运行实验,验证该载波移相策略的可行性及有效性,为工程实践提供指导。     

基于小功率模拟实验平台的车网电气耦合分析

针对电气化铁路发生的因交-直-交型机车与牵引供电网电气参数不匹配引起的高次谐波谐振和低频振荡问题,在分析其产生机理的基础上,搭建包含等效机车和等效牵引网的小功率车网耦合模拟实验平台,并对高次谐波谐振和低频振荡现象进行实验设计,实现了现象的复现和分析。实验结果表明:搭建具有机车特征次谐波频率附近谐振点的等效牵引网可复现高次谐波谐振现象,调节牵引供电系统输出阻抗和机车输入阻抗使车网系统阻抗不匹配可复现低频振荡现象。搭建的模拟实验平台为进一步开展电气化铁路车网系统谐波谐振与低频振荡问题的深入研究提供实验条件。     

电气化铁路多车网级联系统低频网压稳定性研究

近年来国内相继出现多起电气化铁路低频振荡现象,振荡严重时甚至导致机车牵引封锁无法正常运行。为解决此问题,主要从系统稳定性角度深入分析电气化铁路低频网压振荡现象。针对牵引供电系统(包括牵引变压器和AT牵引网)建模,并以HXD2B型电力机车为例进行机车的简化数学描述,搭建低频振荡车网互联模型。基于改进型阻抗判据,以徐州北铁路枢纽牵引供电系统为例,进行车网级联系统的稳定性保守分析,并对HXD2B型机车变流器主要影响参数和牵引供电网主要影响参数进行稳定性取值分析。通过仿真测试对比,验证了本文针对牵引供电系统中低频网压稳定性研究结论的有效性。     

交直交传动方式下的车网低频振荡研究

如果牵引网电压持续低频率大幅度振荡,会影响机车或动车牵引系统网压的保护,导致变流器牵引封锁,影响列车正常运行。针对近年来我国多地发生牵引网电压的低频振荡现象,通过阻抗比判据和Bode图分析车网振荡主要影响因素,再根据计算机仿真验证车网振荡的影响因素,在不增加任何硬件电路的前提下,提出通过优化控制参数来抑制车网低频振荡的方法。通过半实物仿真研究,验证了该方法的可行性。     

城际动车组网侧谐振仿真分析与抑制

针对发生在城际动车组项目上的网侧谐振现象,文章通过对车网系统的原理分析,研究了谐振发生的原因,并对系统进行了建模仿真分析,提出了抑制谐波的方法。最后在仿真系统和车辆上进行了验证,取得了很好的谐振抑制效果。     

AC 25 kV和DC 3 kV双流制供电的400 km/h高速动车组牵引传动系统仿真研究

文章阐述了中车唐山机车车辆有限公司的AC 25 kV和DC 3 kV双流制供电的400 km/h高速动车组牵引传动系统主电路构成和控制系统,搭建相应电气系统模型进行分析和仿真。为合理选择系统器件参数,重点开展了电容和电感关键参数选型理论分析,并通过仿真进行了验证;研究了二次谐振回路的存在对直流供电模式的影响,根据仿真结果提出了设计建议。文章的研究结果对牵引传动系统设计和优化提供了仿真指导和应用参考。     

高速铁路牵引供电系统车网匹配供电品质综合监控系统研究

本文提出一种高速铁路牵引供电系统车网匹配供电品质综合一体化监控系统方案,通过搭建一套监控系统硬件平台进行大量的监控实测试验,验证了该监控系统方案的可行性以及各项功能准确可靠,并通过对较为典型的3种车网不匹配实测数据的分析与研究得出车网一体化综合测试的必要性。该监控系统的广泛应用可为动车组维护及高压事故原因分析提供重要的技术依据,具有重要的工程应用价值。     

高速铁路牵引供电系统负荷过程仿真技术的研究

高速铁路牵引供电系统负荷过程仿真主要包括动车组运行的牵引负荷功率计算和牵引供电系统的潮流计算。通过建立牵引计算模型得到动车组运行过程中的电气负荷特性,基于多导体传输线模型,建立牵引网等值电路,基于牵引变电所端口电气量通用变换关系,建立牵引变电所等值电路,基于牵引负荷功率进行牵引供电系统潮流计算,可以得到动车组运行过程中牵引供电系统的电压和电流的变化。以此为基础,编制了高速铁路牵引供电系统负荷过程仿真程序,通过仿真程序对云南省开通的首条高速铁路—长昆客运专线邓家山牵引供电系统进行了仿真计算,计算结果与中国铁道科学研究院的实地测试结果相一致。高速铁路牵引供电系统负荷过程仿真技术的研究对于深入研究高铁牵引供电系统的运行规律,对供电系统中各种供电指标的核查、校验等具有重要意义。     

基于ATP-EMTP的牵引网回路对动车组车体接地回路电气耦合作用研究

在高速铁路的运行安全中,车体电压和接地环流是很重要的影响因素。动车组在运行过程中,牵引网回路与车体-接地线-钢轨形成的回路之间存在电气耦合。本文对该电气耦合作用进行研究,推导供电方式下牵引网回路对车体接地回路的电气耦合系数;以CRH380BL型动车组为例,在ATP-EMTP平台上建立车-网耦合模型,建模中用受控源模拟牵引网回路对车体接地回路的电气耦合,并计算各部分模型参数。分别对考虑和不考虑电气耦合的情况开展动车组降弓工况、升弓工况和带载过分相工况的建模仿真,与实测波形进行对比,验证了模型的准确性。通过比较车体电压和接地电流仿真结果,发现该电气耦合作用对车体过电压和接地环流均有一定影响。     

基于合蚌线铁路谐振机理及抑制方案研究

以合蚌线为例,对牵引供电系统谐振特性进行了理论分析,证明了谐波与供电臂长、机车位置、接触网特性阻抗、传播系数以及牵引变电所等效阻抗等有关。建立牵引供电系统仿真模型,并对阻频特性、电流、电压进行测试。通过分析谐振特性影响因素,提出相应抑制措施,如在供电系统设计初期,根据车网匹配情况对供电系统进行优化设计,破坏谐振发生的基本条件,可以达到抑制谐振的目的。     

线路谐波引起动车组辅助电源系统中间直流过压故障的分析

某型采用辅助绕组供电方案的动车组在运行过程中多次出现辅助变流器中间电压过压故障,导致牵引系统停止工作,造成动车组停车且无法再次起动。为了分析故障原因,本论文首先介绍了动车组辅助供电系统的结构和充电逻辑,建立了辅助供电电源充电时的等效简化电路。并建立动车组辅助系统仿真模型,同时对某线路上运营的动车组和变电所开展跟踪测试,以仿真和跟踪测试的结果为基础,分析动车组辅助变流器故障原因,给出相应解决方案。     

铁路牵引供电系统设计中的谐波谐振分析及抑制方案研究

为了避免交直交型电力机车(含动车组)与牵引供电系统之间形成谐波谐振,影响电气化铁路运行安全,有必要在牵引供电系统设计阶段开展谐波谐振特性分析。基于四象限变流器拓扑结构与控制策略,构建电力机车谐波源特性模型,针对某新建电气化铁路牵引供电系统设计方案,构建牵引供电系统数学模型,利用MATLAB/Simulink仿真平台,研究系统谐波谐振特性与变化规律,给出便于工程应用的滤波器设计方案,并验证该方案的可行性。     

车网谐波耦合特性及车载抑制策略研究

为经济有效地解决车网谐波耦合导致的车网匹配的矛盾,首先分析了交流列车网侧电流谐波特性及其与牵引网电压谐波关系,得出了一些具有指导作用的基本结论和规律,然后在此基础上,提出了基于PR控制和状态观测的车载谐波抑制策略,并通过线路运行试验验证了该策略能有效抑制车网谐振,实现了列车网侧电流总谐波畸变率为0.5%、等效干扰电流为1 A的优异性能,保障了车网系统安全可靠地运行。     

高速铁路综合接地系统优化设计

随着我国高速铁路建设的全面展开,其接地安全问题已提上日程,必须开展深入研究才能满足应用需要。本文针对全并联AT供电方式的特点引入了几种降低轨道电位措施的方案,并运用Matlab/Simulink,根据实际全并联AT供电牵引网的参数和接地系统的参数建立了综合接地系统的仿真模型,在这个模型下,对各种接地措施进行了仿真,并通过仿真验证其可行性。