牵引供电系统建模及其对电网谐波的影响

利用Matlab/Simulink仿真软件,搭建了AT牵引供电系统的车-网联合仿真模型,并多角度分析其对电网谐波的影响.首先建立了考虑阻抗和导纳影响的牵引网集中参数模型,在此基础上搭建了全并联AT牵引供电系统仿真模型,之后将搭建的SS9型、CRH2型牵引负荷仿真模型连接在AT供电系统模型中.利用该车-网联合模型,仿真分析牵引负荷在不同位置、数量及型号下电网的谐波电流、电压的总畸变率.仿真结果表明该模型能更精确得反映牵引供电系统对电网谐波影响的实际情况.     

电牵引负荷谐波在电力系统中的分布

电牵引负荷谐波在电力系统中的分布,是目前受到关注的一个新课题。本文根据电牵引负荷谐波在相位上高度离散分布的特点,首先从数学上进一步论证了五次及五次以上的谐波正交叠加的特性,进而建立起电牵引负荷谐波在电力系统中分布计算的数学模型,并依此编制了一个通用电算程序,为进一步研究电牵引谐波的分布规律和进行有关计算提供了一个有力的工具。     

牵引供电系统高次谐波过电压抑制技术

随着交直交电力机车投入运行数量的增多,由其注入牵引供电系统高次谐波电流所引起的过电压成为影响电气化铁路安全运行的重要因素之一.基于电力机车谐波电流频谱与牵引供电系统谐波阻抗特性的匹配关系,分析了影响牵引供电系统高次谐波过电压水平的主要因素,讨论了高次谐波过电压的一般规律,比较了可应用于抑制牵引供电系统高次谐波过电压水平的技术,讨论了高通滤波器的应用效果,给出了牵引供电系统高次谐波过电压抑制技术的工程实施建议,所提建议对实际施工具有现实的指导作用.     

动车组牵引传动控制策略对网侧谐波特性的影响

为了改善网侧电流谐波性能、降低某些特征频段谐波含量,CRH2型列车采用了多重化控制技术.本文分析了多重化控制策略对网侧电流谐波的影响,通过分析和实测表明：使用载波移相多重化控制技术能有效地抑制某些频段特征谐波,显著降低了网侧特定频段的谐波含量,改善了列车网侧电流质量.     

新型电缆贯通供电系统载流机制

新型电缆贯通供电系统能够取消电分相环节,延长供电距离,并有效治理电气化铁路中的电能质量问题. 但电缆牵引网（cable traction network, CTN）包含不同的电压等级,基波电流要首先经过牵引网的各个环节,最终汇聚到列车负载;而列车发射的谐波电流要经过两级渗透,最终返送到公用电网. 为研究电缆贯通供电系统的载流机制,针对CTN的特殊拓扑结构,根据双口网络分析方法,建立了车网耦合系统等值电路;分析了CTN中的电流传输规律;利用仿真模型,研究了CTN中的谐波电流分布与中心变电所（main substation, MSS）的谐波电流含量. 研究结果表明:当系统内有8个短回路时,单车工况下,基波电流主要在列车所在的单侧供电区间传输;机车电流与MSS电流之比小于4 （牵引变压器变比）;MSS谐波电流含量较列车处最多降低了43.5%.      

额定功率下高速机车谐波特性的仿真分析

通过综合分析高速机车脉宽调制(PWM)整流器谐波电压产生的过程和牵引供电系统的谐波阻抗特性,对高速机车以额定功率运行时谐波的动态特性进行了计算和分析.采用双傅立叶级数和Bessel函数推导出PWM整流器谐波电压的计算式;基于分布参数模型导出了接触网谐波阻抗的表达式,进而对串联、并联谐振进行了分析.在此基础上,对机车在额定功率下的谐波电压和谐波电流进行了仿真计算和频谱分析.结果表明:谐波电压和谐波电流的频谱特性均与机车位置有关,尤其是谐波电流的变化更大;特定次谐波在特定线路位置发生串联谐振,且谐振位置随机车位置变化;谐波电流含量很小,主要集中在3～9次低次谐波和发生串联谐振的频带.     

直流牵引供电系统馈线保护的研究

分析了直流牵引供电系统馈线保护的配置,指出了其中电流上升率保护和电流增量保护存在的问题,在此基础上将两种保护相结合,提出了电流上升率与电流增量综合保护,分析了该综合保护的整定原则和保护原理,以北京地铁系统为例,结合牵引网模型,分析了电流上升率与电流增量综合保护的具体应用．     

牵引网高次谐波对高低压三相系统的渗透特性

为研究牵引网高次谐波对高低压三相系统的影响,建立了阻抗匹配平衡变压器谐波模型,分析了高次谐波对公共电网高压三相系统的渗透特性;建立了牵引变电所用逆Scott变压器谐波模型,分析了高次谐波对牵引变电所低压三相系统的渗透特性;对牵引侧高次谐波含量较高的牵引变电所进行了测试,分析了谐波实测数据,并与谐波模型分析结果进行了对比;提出了一种适用于牵引变电所低压三相系统的Y型阻波高通滤波器滤波方案,并研制了一套滤波试验装置.研究结果表明,牵引网高次谐波对公共电网高压三相系统的渗透较小,但会明显渗透到牵引变电所低压三相系统;滤波装置投入运行后,牵引变电所低压三相系统a相电压谐波畸变率由12.25%降为1.94%,b、c两相电压谐波畸变率也明显降低,滤波装置有效的滤除了高次谐波,改善了低压三相系统供电质量.      

异步牵引电机谐波转矩对机车动力学的影响

基于对机车异步牵引电机谐波转矩的分析,导出了谐波转矩的计算公式,建立了机车动力学计算模型,并对机车直线和曲线运行时的动力学参数进行了计算．计算结果表明,异步牵引电机谐波转矩对驱动装置的动力学性能和机车的纵向动力学性能影响较明显,而对机车整体动力学性能的影响较小．     

直供方式下综合地线对牵引回流的影响

为探讨高速、重载运营条件下牵引回流的分布规律,通过分析钢轨和综合地线电路,获得了钢轨和综合地线的等效阻抗,进而得到牵引电流在钢轨和综合地线之间的分配比例.根据遂渝线无砟轨道试验段典型参数计算出综合地线上最大电流为牵引回流的19.7%,与实际测量结果吻合.     

新建电气化铁路牵引负荷预测

为了评估新建电气化铁路对电网电能质量的影响,提出了一种基于实测数据的牵引负荷统计预测方法.该方法基于大量的牵引负荷实测数据,在统计分析其分布特征的基础上,选择带电有效系数、最大值、方差和偏度系数作为描述牵引负荷概率分布的主要特征量;应用模糊C均值聚类法,将42组牵引负荷实测数据分成10类,根据铁路设计部门提供的牵引负荷特征值,判断新建电气化铁路牵引负荷归属10类概率模型特征库中的某一类,进而可知其概率分布,采用蒙特卡洛抽样,即可获得新建电气化铁路牵引变电所馈线电流的预测数据;用均方差指标对拟合曲线进行误差校验,误差均在0.1以内,证实了方法的有效性.      

牵引变压器平衡特性仿真与分析

本文借助牵引负荷的概率分布，提出牵引变电所随机负序的分析方法，经对平稀接线变压器和三相变压器的负序仿真比较，给出了平衡接线变压器的适应范围。     

电牵引负荷负序分量在电力系统中的动态分布

本文阐明了电牵引负荷负序分量动态计算的概念及其必要性,在给出臂负荷负序分量的一般表达式及其实用图形表示(虚拟电压坐标上的全负序相位图)的基础上,推导建立了一套有关电牵引负序在电力系统中动态分布的数学模型,并依此编制了通用的电算程序,为快速、准确分析电牵引负荷对系统的负序影响提供了条件。     

基于改进聚类方式的牵引负荷分类方法

为得到更为准确的牵引负荷分类结果，基于大量的牵引负荷实测数据，提出了一种改进后的自适应模糊C均值聚类方法. 该方法能够自动获取最佳聚类数，以馈线电流带电有效系数、最大值、平均值、95%值以及1～5阶样本矩作为聚类指标对实测牵引负荷进行聚类；然后采用非参数核密度估计方法对牵引负荷概率密度函数进行拟合，得到了每一类馈线电流概率分布模型. 结果表明:聚为一类的牵引负荷特征参数相近、概率分布相似.      

基于实测数据的高铁牵引变电所负序电流概率分析

为了研究高速铁路牵引供电系统三相电流不平衡问题, 通过分析高速铁路牵引供电系统负荷及V/v接线牵引变压器负序电流,基于概率理论建立了牵引变电所负序电流的概率分析模型.用该模型对京沪高铁某牵引变电所的负序电流进行了仿真分析和实测数据验证,结果表明,利用该牵引变电所的设计参数仿真得到的负序电流概率分布与利用实测数据的分析结果一致,该牵引变电所负序电流概率分析模型能够真实地模拟高速铁路牵引变电所的负序电流分布情况.      

交直流双制式牵引供电系统钢轨电位特性分析

交直流双制式牵引供电系统中机车过分相前、后工作于不同供电制式，造成了牵引回流特性的差异，影响不同区段钢轨复合电位分布. 采用CDEGS软件建立了交直流双制式牵引供电系统仿真模型，并验证模型正确性和有效性. 计及交流区段和直流区段之间牵引回流的相互干扰，提出了适用于交直流双制式牵引供电系统的钢轨复合电位限值，研究了影响钢轨复合电位分布的主要因素及其敏感度. 结果表明:当无电区不设置钢轨绝缘节时，无电区段长度增大则交直流区段牵引回流的相互干扰程度降低，导致无电区钢轨复合电位减小；土壤电阻率增大则交直流区段牵引回流的相互干扰程度增强，导致无电区段钢轨复合电位增大；直流区段过渡电阻越大，则直流区段钢轨复合电位越高. 交直流区段之间的无电区设置绝缘节能够改变回流结构，避免钢轨复合电位超标，以国内首条双制式线路为例，设置绝缘节后可以使钢轨复合电位直流分量从103.92 V降至60.20 V，保障了人身安全.      

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电力是现今大部份铁道系统的动力来源． 可靠、有效率及安全的电力输送对整体铁道服务质素尤为重要，跟其它大型工程系统一样，铁道供电系统的设计，运作及筹划相当倚重计算机仿真．本文将回顾铁道供电系统仿真的模型及一般常规，并通过模拟结果例子及实际应用，介绍最新的模拟方式发展．本文亦对铁道供电系统仿真的未来挑战作出评论．     

平衡接线牵引变压器同相供电下的容量设计方法

为了给同相供电系统牵引变压器容量选择提供理论依据,在既有异相牵引供电系统设计方法的基础上,分析了同相供电系统馈线电流与既有牵引供电系统馈线电流的差异,并针对既有线改造和新线建设两种情况提出同相供电系统牵引变压器容量设计方法.通过既有线和新建线路实现同相供电系统两个算例,说明新建线路和既有线牵引变压器容量可降低1~2个容量等级,并有效提高牵引供电系统运行经济性.      

牵引负载电能计量方式研究

为了研究牵引负荷产生的负序对电能计量的影响，在建立牵引供电系统及电力系统三相模型的基础上，分析了牵引供电系统负序功率潮流，阐述了牵引负载采用传统功率理论定义下的功率因数计量方式存在的问题，基于IEEE Std 1459-2010功率理论所推荐的等效视在功率及功率因数定义，提出不平衡牵引负载功率因数计量方案，并将有效功率因数限值取为0.68. 理论分析及实测数据均表明:牵引负荷负序有功功率与正序有功功率方向相反，牵引负荷作为负序源向系统注入负序功率，被系统阻抗和对称负载吸收. 通过仿真与56组实测数据统计分析并验证本文算法的有效性和结论的正确性，实测数据统计结果表明，等效视在功率及等效功率因数能计及不平衡牵引负载对线路传输效率的影响，计量更合理准确.