AT供电系统阻抗频率特性及谐波电流放大分析

为研究高速列车注入谐波电流与AT供电系统之间参数匹配引起的谐波谐振问题,根据经典Carson理论和多导体传输线理论,建立牵引网多导线等值∏型谐波模型。利用Matlab/Simulink仿真平台搭建模型进行仿真,研究了机车不同位置时、牵引网不同长度时和外部电源短路容量改变时对系统阻抗频率特性和谐波电流放大情况的影响,探讨了阻抗频率特性和谐波电流放大的相关性,得到了AT供电系统谐波谐振的相关规律,可以对AT牵引供电系统的谐波谐振现象研究提供参考。     

小波降噪在电力牵引供电系统谐波分析中的应用

电力机车作为电力系统的主要不平衡负荷、谐波源负荷，其特征谐波电流主要为3，5，7次高频谐波电流，这些高频谐波电流对电力机车的安全、稳定运行造成了很大的危害。以SS8型电力机车为例，仿真其整流电路工作过程，分析电力牵引供电系统谐波的特征，对牵引供电系统中的谐波电流信号进行小波分解、阈值处理和小波重构，以达到对牵引供电系统谐波电流信号进行降噪处理的目的。为寻找对牵引供电系统谐波电流信号降噪效果较好的小波阈值，仿真中分别采用Stein的无偏似然估计原理进行自适应阈值选择、启发式阈值选择、sqrt（2log（length（X）））阈值选择和极大极小原理阈值选择，根据谐波电流信号的不同特征，采用多种阈值处理方法使信号中的高频谐波电流含量减少甚至消除。仿真结果表明：电力牵引供电系统谐波电流信号的最优阈值为sqrt（2log（length（X）））阈值，用它降噪后可使信号中的高频谐波含量明显降低。     

基于基波跟踪的电力牵引谐波检测方法

针对电气化铁路牵引系统谐波补偿的实时性要求,提出基于基波跟踪技术的谐波检测新方法.其核心是采用小波变换的Mallat算法提取牵引负荷的基波分量,以1/2周期为采样更新速度,递推地进行基波预报,再无时滞地获取需检测的谐波分量,解决了谐波补偿检测环节中的时滞问题,对于牵引负荷操作中产生的检测误差仅存在1/2个周期,能够满足工程的需要.仿真结果表明,提出的谐波检测方法实现了无时滞谐波检测的预期目标,为谐波补偿的实时信号检测提供了1种有效方法.     

基于TCNN-MADLSTM的全并联AT牵引网多元信号融合故障定位

全并联AT牵引供电系统上下行线路并入自耦变压器，致使故障信号多路径传播，且牵引网导线阻抗不连续，传统方法很难实现牵引网故障准确定位。基于AT牵引网结构，推导牵引网上下行导线故障电流幅值与故障距离的非线性关系；基于改进的卷积神经网络(Transformer-based CNN,TCNN)和记忆注意力解耦长短期记忆神经网络(Memory Attended Decoupled LSTM,MADLSTM)，通过增加注意力机制和残差连接，增强多导线电流幅值与故障距离的非线性函数关系，从而提高牵引网故障定位的精度；将前述方法与传统的卷积神经网络(CNN)和长短期记忆神经网络(LSTM)进行不同噪声条件下的对比验证。结果表明：基于TCNN+MADLSTM算法进行故障定位时，可自适应构建故障距离与多导线电流幅值的非线性函数关系，以及自适应计算故障距离，无须考虑波速影响；相较于传统的CNN+LSTM算法，TCNN+MADLSTM算法故障定位精度更高，故障区段识别精度可达100%，故障定位精度达72.100 m，均方误差为0.016 km²。     

高速动车组无拍频控制方法研究

在高速动车组牵引传动系统中,由于单相供电制式的应用,会在单相脉冲整流器的直流输出环路上叠加一个2倍于电网频率的交流脉动电压分量。该脉动电压分量会使牵引电机产生拍频现象,从而导致牵引电机电流三相不平衡、转矩脉动增大等问题。针对这一现象,提出了一种基于频域分析的无拍频控制算法。该算法是在对拍频形成原理及输出电压谐波的理论分析基础上,通过在牵引逆变器输出频率上叠加一个映射直流电压脉动分量函数进行频率补偿,以消除低频谐波分量。结合矢量控制系统,完成了算法的仿真和试验验证。仿真和试验结果表明,该无拍频算法可有效抑制牵引电机拍频现象。     

基于实测数据的CRH380A型高速动车组特征谐波建模

首先总结分析高速动车组牵引传动系统结构、谐波产生机理及低次谐波、高次谐波的分布特性;然后在大量CRH380A型高速动车组实测数据的基础上,利用不同方法分别对动车组的低次谐波和高次谐波进行建模。针对低次谐波,考虑谐波在多工况下的不同分布情况,在区分工况、输出功率的基础上统计其网侧谐波电流幅值概率分布,求解高斯分布参数,并用蒙特卡洛方法模拟电流数据。针对高次谐波,考虑谐波电压与谐波电流之间的耦合关系,在高次特征谐波频域内建立基于频率耦合矩阵的Norton谐波模型,利用谐波电压数据求解对应的谐波电流。误差分析显示,本文的建模方法能准确有效地还原高速动车组特征谐波特性。     

基于深度高斯过程的永磁牵引电机匝间短路分级评估方法

定子绕组匝间短路是影响永磁牵引电机安全稳定运行的主要故障之一,受运行工况、供电与电机本体不平衡的影响,现有方法难以实现永磁牵引电机匝间短路在线精准评估,这成为永磁电机推广应用迫切需要解决的关键技术难题。因此,文章提出一种基于多特征融合的深度高斯过程永磁牵引电机匝间短路分级评估方法：首先通过建立永磁牵引电机匝间短路故障模型,提取电流不平衡、电流三次谐波与dq电流的二次谐波特征;然后采用一种双随机变分推断深度高斯过程（Doubly Stochastic Deep Gaussian Processes,DSDGP）方法对提取特征进行融合训练建模,实现永磁牵引电机匝间短路劣化状态在线分级评估;最后通过永磁电机匝间短路试验与现场案例进行算法验证。结果表明,文章所提方法在多特征融合条件下的评估准确率达到95%以上,相较于支持向量机（support vector machine, SVM）和反向传播神经网络（back-propagation neural, BPN）等分类方法,具有准确率高,适用于变工况、小样本的工程实际应用环境等优点,解决了永磁牵引电机匝间短路早期故障检测及故障严重程度评估的行业难...     

MMC-RPC的多维泰勒网优化控制策略

为进一步解决铁路牵引供电系统中无功功率、负序电流和谐波失真率高等对电能质量的影响，将多维泰勒网（Multi-dimensional Taylor Network, MTN）优化控制应用于与模块化多电平换流器结合的铁路功率调节器（Railway Power Conditioner with Modular Multilevel Converter, MMC-RPC）。相比传统双闭环PI控制器，多维泰勒网控制器的优点在于抗扰动能力更强、鲁棒性更好和谐波失真率更低等。针对参数整定问题，将dq轴电流参考值与实际值之间误差平方的积分作为输出性能指标，并运用粒子群算法对MTN当中的参数进行优化。在MATLAB/Simulink软件中分别搭建了MMC-RPC采用MTN控制器和PI控制器的仿真模型，对电气化铁路中常见的一侧供电臂有机车负载和负载突变2种常见工况进行对比，验证了MTN控制器在MMC-RPC中的可行性和优越性。     

CRH_3型高速动车组整流器预测电流控制仿真研究

对CRH3型高速动车组牵引传动系统采用的四象限整流器,在分析了其基本原理及其控制策略的基础上,利用Matlab/Simulink建立了一种基于预测电流控制方法的四象限脉冲整流器的仿真模型。仿真结果表明,预测电流控制方法可以保持中间直流环节电压的稳定输出,实现调压稳压的功能,并且网侧功率因数近似等于1,谐波含量较小。     

电气化铁道牵引网谐波电流放大仿真分析

在电力传输线等效理论基础上,根据牵引供电系统等值电路,对牵引供电系统中的谐波电流放大以及系统的谐波谐振进行了理论推导。采用某电气化铁道典型数据对牵引网中的谐波电流放大现象进行了仿真分析,并利用电磁暂态仿真软件,对上述仿真分析进行了实验验证,结果基本吻合。通过理论推导以及仿真分析得出了牵引网长度、机车位置以及牵引网的不同位置处等因素与牵引网发生谐波电流放大的关系,可以对牵引供电系统的谐波电流放大以及谐波谐振现象研究提供理论依据和参考。     

列车牵引逆变器输出电能品质及其故障特征研究

列车牵引逆变器输出电能品质与牵引系统关键部件的工作状态紧密耦合。分析了牵引电机转子断条故障、电机定子匝间短路故障及逆变器IGBT开路故障状态下定子电流的特定谐波分量特性。针对定子电流故障特征,使用快速傅里叶变换(FFT)对故障特征进行识别,提取特定谐波分量,提出了以特定谐波分量含量与基波含量比值大小定位故障部件的故障诊断方法。搭建了牵引系统状态监测仿真模型,验证了提出的故障特征与故障诊断方法的正确性和有效性。     

补偿装置在高速磁浮系统中的应用研究

由于高速磁浮牵引采用大功率变流装置,供电系统必须对系统运行时的谐波进行滤波,对无功分量进行调节。系统运行时对电网的无功和谐波进行补偿与滤波是电网安全和系统正常运行的重要部分。分析了补偿系统的构建和控制原理。使用IGBT(绝缘栅双极型晶体管)无功调节装置将有利于补偿系统满足牵引系统补偿的快速性要求。该补偿系统运行后能够满足电网质量要求,但系统损耗和动态响应尚需进一步优化。     

动车所车网谐振分析及治理措施研究

采用交直交变流器的动车组和电力机车容易激发牵引网高次谐波谐振,此类案例绝大多数发生在列车处于牵引工况时。当列车在动车所内处于静置整备状态时,牵引变流器发出的谐波电流非常小,很难引发谐振。针对多辆动车组在动车所内激发谐振的实际案例进行了分析,开展了试验研究和仿真分析,最终确定发生谐振的直接原因:多台牵引变流器谐波电流相角稳定且相近,造成了谐波电流的叠加效应。据此提出了改善变流器控制策略、抑制谐波电流叠加的技术措施,并对实施后的效果进行了试验验证。这对于更全面地掌握牵引网谐振机理提供了理论补充和技术参考。     

基于实测数据的高速动车组谐波分布特性与概率模型研究

动车组电气负荷建模对牵引供电系统的设计以及电能质量相关问题的评估具有重要意义。本文基于大量实测数据,采用曲线拟合和概率统计方法,针对CRH2-200型高速动车组建立谐波电流模型,模拟受众多随机因素影响的动车组谐波概率分布特征。所建立的仿真算法求解速度快,且结果更接近实际情况。将其与牵引计算程序相结合,可用于构建一个具有快速数据交换能力的实用仿真平台。     

牵引逆变器SPWM调制时直流侧谐波分析

应用能量守恒原理,通过对牵引逆变器交流侧瞬时功率计算,推导出牵引逆变器正弦波调制(SPWM)时直流输入电流谐波,揭示了直流侧电流谐波的频谱分布。以此为基础,进行直流侧铁路供电网和支撑电容的电流谐波计算。最后用Matlab/Simulink对直流电网供电的牵引逆变器进行了仿真,验证了理论分析的正确性。     

电气化铁路综合补偿器控制策略研究

为解决电气化铁路牵引供电系统中存在的负序、谐波与无功等电能质量问题,设计一套由三相三电平补偿器通过多绕组降压变压器并联构成的综合补偿器。根据综合补偿器的基本结构与工作原理,设计适用于牵引供电系统中有害电流的检测策略,提出基于正、负序双闭环控制与预测电流控制相结合的复合控制策略,以实现综合补偿器直流侧电压的稳定与负序、无功和谐波电流的实时补偿。通过仿真和试验验证综合补偿器及其电流检测、控制策略在解决牵引供电系统三相网侧的负序、谐波和无功等电能质量问题方面的可行性与优越性。补偿后,变电所网侧功率因数可达0.99以上,总谐波畸变率低于3%,电流三相不平衡度低于2%,为工程应用提供了有价值的参考。     

多段桥相控电力机车谐波的模拟计算

本文考虑牵引网的影响，通过建立机车换相等效电路模型，导出了较为完善的谐波计算数学模型，又利用付里叶分散，对机车电流进行了谐波分析，结合韶山７型电力机车的具体参数，对在不同运行工况下的机车谐波特性进行了模拟计算。     

京沪高铁固镇变电所直挂式高压有源滤波器测试分析

随着大量不同型号的电力机车上线运行,电力机车产生的谐波和无功分量影响了电网电能质量,严重时影响电气化铁路的正常运行,牵引供电系统谐波治理和无功功率补偿得到运营单位的广泛关注.依托京沪高速铁路谐波治理工程,研制了直挂式高压有源滤波器,并在固镇牵引变电所两供电臂T-N间分别装设进行运行测试,实时监测铁路供电系统负序和牵引网谐波电流.通过有源补偿装置补偿,能吸收牵引供电系统2～13次低次谐波,改善功率因数、电压质量及负序和减少谐波对供电系统的影响.     

地面谐波治理装置的研制及工程应用

提出了一种交流牵引网谐波治理地面方案,通过有源滤波装置和无源滤波装置分别滤除牵引网的低次和高次谐波电流,同时还兼有对牵引网进行无功功率补偿的功能。对利用该方案研制的地面谐波治理装置进行了测试和实际应用,结果表明:其治理牵引网谐波及无功功率效果良好,可有效消除车网谐振风险。     

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。