高速铁路车-网电气耦合匹配特性研究

高速铁路车-网电气耦合匹配特性直接关系到安全、高质和高效运营,具有重要意义。以某高铁线路为例,采用专业电能质量监测设备,对典型区段牵引变电所、AT所和分区所开展供电品质综合测试,同步分析高压侧与馈线侧电压分布、谐波畸变率以及功率因数等变化过程。同时,对新型动车组用电特性进行测试,基于相关标准定量评估牵引供电系统和动车组之间的电气耦合匹配关系,为优化车-网耦合系统相关设计提供重要依据。     

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。     

枢纽牵引供电系统谐波问题探讨

结合上海南翔枢纽牵引变电所实际情况,介绍了枢纽牵引供电系统输电网络特性。基于现场实测数据,分析了不同牵引负荷和不同运行工况下牵引变电所的谐波特性。应用Matlab/Simulink仿真软件搭建了枢纽牵引供电系统仿真分析模型,仿真分析了接入牵引网数量对牵引供电系统谐波阻抗特性、不同行车运行工况下系统谐波畸变的影响。仿真结果表明,枢纽牵引供电系统存在主谐振点和多谐振点构成的谐振带;系统谐波频带丰富,极易造成高次谐波放大,进而造成谐波畸变率增大。对此,论文最后提出了一些抑制措施。     

牵引供电系统对埋地管道阻性耦合交流干扰建模及仿真

牵引供电系统对埋地管道阻性耦合干扰原理分析表明,埋地管道的管地电位主要受"钢轨—大地"回路传播常数的影响,由牵引供电系统的电气拓扑结构及其设计参数决定。在此基础上,运用CDEGS软件建立牵引供电系统对埋地管道的阻性耦合交流干扰模型,计算牵引供电系统的短路阻抗和埋地管道的管地电位,与传统Carson理论计算结果的对比验证了该模型的准确性。针对牵引供电系统特殊的电气拓扑结构,研究牵引变电所接地电阻、回流网阻抗和钢轨泄漏电阻在电力机车距牵引变电所不同位置时,对埋地管道管地电位的影响。结果表明:牵引变电所接地电阻越小,埋地管道距牵引变电所越近,其管地电位越高;与单线铁路相比,采用上下行钢轨横联方式的复线铁路,降低了回流网阻抗,也降低了埋地管道的管地电位;钢轨对地绝缘防护越好,钢轨泄漏电阻越大,埋地管道的管地电位越低。     

高速列车接地系统对车体电流及过电压分布的影响分析

高速列车独特的轮轨耦合移动接地系统在其行车安全方面起到关键作用,不合理的接地设置无法有效降低车体暂态过电压幅值,会造成设备绝缘击穿,同时,窜入车体的环流会恶化车载设备、轴承的电磁环境,车载设备与人员安全也需要得到充分保障。因此,对高速列车的移动接地系统性能研究,需要兼顾接地电流与车体过电压两项重要指标进行优化改进,服务于提升动车组长期的服役性能。以吸上线区间和电分相区间的“车-所-网”供电和回流系统为例,对动车组车载设备进行参数测量,对“车-所-网”供电系统进行等值计算。基于车载关键设备的实测阻抗参数,构建“车-轨-网”牵引供电系统的等效电路模型,研究车载牵引供电系统高压侧操作过电压特性以及车体过电压的传播规律,解析列车接地系统对车轨环流及车体过电压分布的影响机制,并结合接地回流及车体过电压两方面指标,对比不同接地阻抗参数及布局方式对车体过电压与车轨环流的影响规律。最终,获得一套基于调整电阻、电感以及接地方式的平衡了电压与电流的优化方案。     

基于OOCPN结线分析和反向推理的城市轨道交通牵引供电系统故障诊断方法

基于面向对象的思想和有色Petri网理论,构建库所的令牌,描述城市轨道交通牵引供电系统中组成结点的元件、开关及结点的含源性质,进而建立城市轨道交通牵引供电系统结线分析的OOCPN(Object-Ori-ented Colored Petri-Nets)模型。求解该模型可确定城市轨道交通牵引供电系统的故障域;然后结合专家经验以及牵引变电所综合自动化系统轮询到的保护动作信息,通过反向推理遍历搜索该故障域,对故障元件进行定位;根据专家推理规则以及城市轨道交通牵引变电所内的保护配合关系,判断开关的拒动行为。以城市轨道交通牵引供电系统馈线短路且馈线开关拒动为例进行验证,结果表明:提出的城市轨道交通牵引供电系统故障诊断方法能够实现对故障元件的准确定位和开关拒动行为的判断。     

地铁牵引所框架保护的优化方案

地铁直流牵引供电系统是劾车的动力之源,电能从牵引变电所经馈线电线．接触网（轨）输送给电力机车．而又从电客车经轨道回路,回流线,流回变电所。DC1500V供电的安全可靠运行是地铁运营关注的重点。在确定直流牵引供电系统方案时,应综合分析系统的灵活性和可靠性,并应考虑当直流供电系统发生故障时,能迅速切除故障点．同时通过相邻牵引变电所及时恢复对地铁列车的供电。     

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。     

柠条塔牵引所馈线保护过流Ⅱ段跳闸原因分析及解决措施

随着我国电气化铁路的不断发展,供电安全与供电可靠性引起线路故障时常发生,从而导致运输企业的经济效益也受到影响。研究表明,在红柠铁路,随着运量的提升,牵引机车类型的变化,原设计的牵引供电系统能力逐渐不能满足现在的供电负荷需求,经常引起牵引变电所馈线跳闸。本文通过对红柠铁路柠条塔牵引变电所馈线保护过流Ⅱ段跳闸原因进行分析,提出了调整馈线整定值、合理优化运输组织方案等临时解决措施,以及对牵引供电系统进行能力提升改造等永久性解决措施,为红柠铁路满足运量提升,保证红柠铁路运输畅通提出了解决思路。     

高速铁路综合自动化系统保护特点

从高速铁路牵引变电所二次保护接线着手,结合高速铁路牵引负荷的实际情况,分析综合自动化差动保护LH接线错误时产生差动电流的情况,分析正常运行时馈线阻抗保护角度情况,提出了在日常运行中差动回路的检查方法,以及馈线阻抗保护极性的检查措施.     

牵引供电系统背景谐波概率模型及其应用

牵引负荷产生的谐波对牵引供电系统和电网的电压、电流波形畸变都会产生较大的影响,准确评估和模拟牵引系统的背景谐波是研究电力系统本身和牵引负荷谐波问题的关键。基于大量实测数据,采用概率统计方法分析牵引变电所进线处全天背景谐波电压的分布规律,并利用Weibull函数对该分布规律进行拟合,建立牵引变电所进线处24h的背景谐波电压模型,该模型能准确描述背景谐波电压的变化规律。结合该背景谐波模型,提出一种基于Monte Carlo法的牵引负荷谐波责任评估方法,并在算例中计算某高速铁路牵引变电所列车取流时牵引负荷对公共耦合端处的谐波责任,计算结果表明,公共耦合端的低次谐波电压主要受背景谐波电压的影响。     

电气化铁路馈线故障特征提取方法研究

继电保护装置在保证电气化铁路牵引供电系统的可靠运行方面发挥着重要作用。针对牵引馈线短路瞬间电流波形发生畸变的"形态"特征,用偏度与峰度进行定量描述,提出牵引网暂态保护新方法。用牵引变电所故障录波数据进行检验,获得令人满意的判断结果。     

牵引变电所相间短路保护及其分析

针对西南山区电气化铁路经常发生牵引变电所相间短路的现象进行了原理分析和特性研究,结合电弧电阻分布范围运用电路原理对牵引变电所在牵引、再生等多种负荷工况下发生相间短路时的电气参数进行了系统地仿真计算,对目前通行牵引网馈线保护在各种工况下对相间短路的响应进行了分析,得出在现行馈线保护配置方案中,距离保护无法对牵引变电所相间短路作出响应,电流保护受变压器接线形式和整定方法影响而响应各异的结论;结合仿真计算结果和实际动作记录数据对现行保护配置方案下,提高牵引变电所相间短路保护可靠性的措施进行了分析,并对增加阻抗保护范围、增加电流增量保护等改进措施进行了初步探讨。     

高速铁路牵引供电系统关键技术及其标准制定

在概述我国高速铁路牵引供电系统的基础上,分析电力系统匹配、牵引供电系统与高速动车组耦合受流、牵引供电系统雷电防护3方面的技术现状和标准制定情况,并提出相应建议。指出我国应开展高速铁路牵引供电系统关键技术的研究思路,并借鉴国际标准化组织和国际电工委员会在标准制定中的工作方法制定我国高速铁路牵引供电系统标准。     

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。     

高速铁路车—网间电耦合阻抗特性及稳定性分析

基于多导体传输理论将AT牵引供电网等效为链式网络,每隔1km设置1个切面从而得到牵引供电网的Π型等效电路模型,再将高速列车的逆变器—电机系统简化为电阻负载,建立列车牵引传动系统模型,从而构成车—网系统模型;采用电流谐波检测法得到牵引供电系统的输出阻抗和网侧变流系统的输入阻抗,运用阻抗比的稳定性分析方法分析牵引变流系统的稳定性,并基于MATLAB软件仿真分析列车位置及其输入阻抗对变流系统失稳的影响。结果表明:当列车输入阻抗小于牵引供电系统输出阻抗时,车—网阻抗为强耦合,变流器控制参数设置不当会引起列车牵引系统不稳定;反之,车—网阻抗为弱耦合,此时列车牵引系统稳定。     

高速铁路牵引供电系统双边供电循环功率降低措施

基于采用双边供电方式的高速铁路牵引供电系统,推导空载和负载工况下循环功率与相邻2个牵引变电所间电压相位差的关系;分析电压移相器的补偿原理和基本结构,研究通过注入1个与牵引变电所馈线电压垂直的正交电压,调节本所馈线电压相位,以减小电压相位差和降低循环功率的可行性。以某相邻牵引变电所实测电压数据为基础,搭建包含电压移相器在内的双边供电系统仿真模型,针对牵引网上空载、单台机车负载2种工况分别进行验证。结果表明:空载时循环功率与电压相位差的正弦值呈正比,负载时随着供电臂距离延长和牵引负荷的增加,循环功率将不存在,但负载不平衡度会随着电压相位差的增大而增大;安装电压移相器后,空载时可有效减小均衡电流,负载单台机车时可防止循环功率在牵引供电系统中流动,减小负载不平衡度,并降低牵引网上的传输损耗。     

基于列车运行图的高速铁路动态牵引负荷建模方法

在分析动车组运行中的受力、基本运行工况和牵引控制策略的基础上,考虑功率因数在动车组牵引、惰行和制动3种运行工况下的动态特性和谐波间交互影响,建立由动态有功功率计算模型、动态无功功率计算模型和谐波耦合诺顿等效计算模型组成的单列动车组动态负荷计算模型,再结合列车运行图、线路资料中可提供的信息,给出整条高速铁路的动态牵引负荷建模方法。采用该计算方法对某高速铁路牵引供电系统的动态电能质量以及系统负荷进行评估,并校核了牵引变压器的容量。结果表明:与采用固定功率因数和非耦合谐波诺顿等效模型相比,该计算方法具有更高的精度,可为高速铁路牵引供电系统的动态电能质量评估提供准确的动车组数量、动车组位置、视在功率、谐波输出含量等实时负荷信息,可准确评估整条高速铁路有功功率、无功功率的分布以及不同供电方式下牵引变压器容量的利用情况,为制定分布式无功补偿方案、再生制动能量利用方案提供科学依据。