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.      

同相供电直挂变流器拓扑结构与容量匹配关系

为优化同相供电变电所变流器的拓扑结构,改善补偿容量,并减少设备占地,运用牵引变电所三相-单相电气量通用变换方法,研究了功率直通型、有功补偿型和无功补偿型3类直挂变流器.结合有源综合补偿特性和功率子模块特点,设计了同相供电直挂变流器的拓扑结构,研究了牵引变电所接线形式与直挂变流器容量匹配关系,最后分析了直挂变流器的器件容量利用率.研究结果表明:有功补偿型和无功补偿型直挂变流器容量不仅与牵引变电所接线形式有关,还与牵引负荷的接入端口和负载类型有关;对有功补偿型,当负荷功率因数大于0.961时,宜选择90°接线牵引变压器,当负荷功率因数小于0.961时,宜选择120°接线牵引变压器,且牵引负荷接入超前相;对无功补偿型,当为交-直-交牵引负荷时,宜选择90°接线牵引变电所,当为感性牵引负荷时,宜选择120°接线牵引变电所.在相同的交-直-交牵引负荷及调制比为0.8条件下,有功补偿型直挂变流器的器件容量利用率最高,达到11.34%.     

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.      

交流电气化区段牵引变电所变压器绝缘老化与容量计算

通常采用的按有效负荷来确定牵引变压器容量的方法,是比较简单和方便的.但是它不反映变压器绝缘老化的实际情况.近几年来提出的按绝缘老化确定牵引变电所变压器容量的方法,系按假定负荷进行.此外,它们没有考虑周围气温的影响,对于事故运行,也没有加以考虑. 本文经过调查研究,提出了按交流电气化区段具体运行情形分析牵引变电所变压器绝缘老化和据以确定变压器容量的方法.方法应用了通常设计中采用的典型运行图.至于如何考虑实际中运行变化的情形,尚待进一步探讨.     

不同运量水平的电气化铁道负荷特征参数研究

针对电气化铁道负荷随机波动的特点,研究其数字特征和概率分布特征是一种行之有效的方法.通过对大量牵引负荷实测数据的统计和研究,得到了不同运量水平的牵引负荷特征参数的一些基本数字特征和分布特征.这将对在相似的运行条件下,设计和建设新的电气化铁路与牵引变电所起到重要的指导作用.     

电气化铁路同相储能供电系统能量管理及容量配置策略

为进一步降低电气化铁路对三相电网的负序影响,兼顾牵引变电所节能经济运行,提出了一种电气化铁路同相储能供电系统能量管理策略和容量配置方案.首先,以三相电压不平衡度限值为约束,确定了不同负序超标情况下储能装置启动阈值;而后,建立了储能供电系统负序补偿模型,计算储能装置充放电电流;最后,以牵引变电所实测数据为例,给出储能装置容量配置方案,并计算验证了所提能量管理策略的可行性和正确性.研究结果表明：该同相储能供电系统通过实时控制储能装置充放电,可实现负序满意度补偿、负荷削峰填谷、兼顾再生能量利用,负序补偿度由储能装置放电功率决定,削峰填谷效果和再生能量利用率由储能装置启动阈值和储能容量决定;储能容量一定时,越小阈值,再生制动能量利用率越高.     

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.      

交流电气化铁路AT供电牵引网电气分析

为深入了解交流电气化铁路AT(自耦变压器)供电网络,明确物理概念,利用基于两相对称分量变换的 复合序网分析法,给出了牵引网、自耦变压器、牵引变压器、牵引负荷和电源等网络元件的序模型及AT 供电网 络复合序网的建立方法;定义了供电能力及其利用率,通过比较2X27.5kV AT供电模式与55kV AT供电模 式的特点和性能,说明了供电能力与负荷供电容量需求之间匹配的重要性.仿真结果表明,基于两相对称分量变 换的AT网络复合序网分析方法具有简单可行、物理概念清晰等特点.      

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.      

牵引变压器绕组温升与油流的关联性

为明确牵引负荷下绕组温升与油流速度动态变化的相互跟随性,构建了牵引变压器温升试验平台,模拟各种负荷下绕组和铁心的生热及油流循环过程,并同步测量油温、绕组热点温度以及散热器油流速度.在此基础上,建立了对应的数值计算模型,仿真求解其温度场与油流场.研究结果表明:稳态时油流速度与绕组热点温度基本呈线性关系;阶跃负荷时油流速度有一个冲击回落的过程,油流速度冲击峰值受负荷作用时间和负载系数大小影响,达到峰值时间比绕组热点温度达到峰值迟10 min;连续冲击负荷下,冲击负荷之前的温度与流速只影响绕组热点温度的绝对值,对铜油温差基本无影响.      

高速铁路钢轨擦伤形成影响因素

基于ANSYS显式动力分析建立了三维瞬态轮轨接触力-热耦合有限元模型,考虑了温度对热-弹塑性材料参数的影响;以初始温度30℃、轴重16 t、初始速度300 km·h^-1、滑滚比30%工况为例,研究了车轮在经过钢轨典型断面前、中、后3个时刻下钢轨踏面的接触压力、有效塑性应变、温度分布及其变化特征;在此基础上,进一步分析了列车轴重、钢轨踏面状态、列车牵引和制动状态对钢轨踏面最大温升与最大接触压力的影响,并基于钢轨马氏体白蚀层的形成机制讨论了钢轨擦伤的形成机理。研究结果表明：在本文计算工况下,钢轨踏面最大接触压力为1 186.43 MPa,出现在接触区中心位置,车轮通过后钢轨内部存在部分残余热应力和机械应力,钢轨最大有效塑性应变为0.028 2,最大温升为554.55℃;随着列车轴重从12 t增大至16 t,钢轨最大温升由339.89℃增大至402.79℃;钢轨踏面摩擦因数由0.2增大至0.6时,钢轨最大温升由230.93℃增大至519.25℃;滑滚比由10%增大至40%时,车轮制动和牵引引起的钢轨最大温升分别由264.52℃和362.10℃增大至700.46℃和819...     

Vx接线组合式同相供电系统建模与分析

作为新一代牵引供电系统的关键技术,同相供电系统设计需要匹配牵引变压器接线方式,优化电能质量综合补偿策略,降低潮流控制器（PFC）容量及其造价。针对高速和重载铁路推广采用的自耦变压器（AT）供电方式和Vx接线牵引变压器,设计了一种组合式同相供电系统。首先,基于该系统各端口接线角关系,建立了三相电网与单相牵引负荷之间的电气量变换模型;其次,利用三相电压不平衡与无功功率综合补偿理论,将相关电能质量限值为约束条件,给出了组合式同相供电系统各端口补偿电流计算方法,提出了潮流控制器动态跟踪补偿控制方案,与已有补偿方案相比,在达到相同补偿目标时所需补偿容量可以减少10%~58%;最后,通过对多种牵引负荷工况下系统运行特性的仿真模拟,验证了上述补偿模型的正确性和控制策略的有效性。      

电气化铁路同相储能供电技术

为进一步优化电气化铁路牵引变电所经济节能运行,提出了一种电气化铁路同相储能技术研究方案.该方案基于运行图和历史数据,以负荷削峰为控制目标,实时控制储能装置充放电,治理以负序为主的电能质量问题;同时,降低系统对设备容量要求,节省运行费用,并能有效利用列车再生制动能量.以京沪高铁实测数据分析了同相储能供电系统解决负序的有效性,并以飞轮作为储能装置进行了仿真分析和试验验证,最后分析了同相储能供电系统的经济性能.研究结果表明:同相储能供电技术可取消50%电分相环节,治理负序的效果由储能装置功率决定,当储能装置功率为牵引负荷功率95%概率大值的10%时,可降低负序限值10%.     

高速列车牵引变压器悬挂参数动态优化设计

为了优化牵引变压器悬挂参数, 建立了车辆设备21自由度刚柔耦合系统模型, 并基于新型快速显式数值积分法求解了车辆和牵引变压器的振动响应; 计算了车辆系统在不同速度等级下的舒适度指标和设备振动烈度, 确定了变压器最优悬挂频率; 建立了变压器数学模型与车辆设备刚柔耦合模型, 结合最优悬挂频率、振动烈度、舒适度指标、隔振器动态作用力以及变压器悬挂模态与车辆地板局部模态匹配指标对隔振器参数在动态条件下进行多目标优化, 计算了牵引变压器隔振器最优参数。研究结果表明: 当牵引变压器悬挂频率比为0.82~0.98时, 车辆舒适度低于2, 设备振动烈度低于4.5mm·s-1, 满足相关规范要求; 经过优化最终确定第1组隔振器垂向刚度、三组隔振器刚度比、每组隔振器三向刚度比分别为2 142N·mm-1、1∶1.3∶2.5、1.7∶0.5∶1, 与变压器原始悬挂方案相比优化后变压器振动烈度最大降低42% (在速度高于200km·h-1条件下), 车辆一位端、中部、二位端舒适度指标平均提升3.53%、3.45%、2.01%, 第1、4隔振器垂向作用力平均降低13.3%, 第2、5隔振器垂向作用力平均降低3.8%, 第3、6隔振器垂向作用力平均降低20.9%。可见, 优化后车辆舒适度、设备振动烈度和隔振器垂向动态作用力均有较好改善。