27.5kV所用干式变压器谐波铜耗仿真研究

近年来,铁路系统所用干式变压器运行过程中出现绝缘、绕组烧毁等现象,为了分析该现象发生的原因,分析了电力机车向牵引网系统注入的高次谐波对所用干式变压器铜耗的影响.考虑谐波情况下绕组集肤效应及邻近效应引起的损耗,基于场路耦合法,建立所用干式变压器的详细三维有限元模型;分别将单次谐波电流与复合次谐波电流作用下的所用干式变压器...     

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.     

同相牵引供电系统平衡补偿的最优模型

为消除同相牵引供电系统中的三相不平衡、滤除谐波、补偿无功,讨论了平衡变换的两种最优补偿模型:以波形质量最优为目标的波形畸变最小模型和以获得最佳负载为目标的最佳负载模型.通过仿真分析了系统电压畸变时两种补偿模型的补偿效果.结果表明,波形畸变最小模型使系统只提供负载所需要的基波有功电流,最佳负载模型将不对称的单相负载变成三相(或两相或四相)对称纯阻性负载.在三相系统电压对称无谐波时,两者补偿特性一致;当三相系统电压不对称有谐波时,两者补偿特性有区别.     

地铁供电系统APF谐波抑制研究

随着电力电子变频器装置以及各种非线性负载的大量使用,地铁供电系统的谐波也随之增多。地铁牵引变电所采用24脉波整流机组进行整流极大地降低了牵引供电系统的低次谐波。但这主动式谐波治理方案并不能有效减少地铁低压供配电系统谐波含量。为进一步减少供电系统的谐波,提出在降压变电所0.4 k V侧安装有源电力滤波器(active power filter,APF)以对低压侧谐波进行有效治理。阐述了24脉波整流机组以及APF的工作原理;在基于瞬时无功功率理论的ip-iq法的基础上引入平均电流控制器和PI调节器替代低通滤波器,提出一种改进型的谐波电流检测方法并在此基础上对APF的控制策略进行分析;最后在Matlab/Simulink平台构建仿真模型进行验证,仿真结果表明所提出的基于谐波电流检测算法改进型的地铁供电系统APF对谐波抑制的有效性。     

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.      

单极性倍频SPWM谐波分析

分析了单相桥式输出相电压的傅里叶级数关系,再将互为反相的两相相电压傅里叶级数作差得到输出线电压的傅里叶级数关系,通过分析得到其谐波分布特性;搭建了Simulink仿真模型并进行验证,分析了调制度和载波比对SPWM总谐波畸变率的影响,结果表明仿真与理论分析结果一致,可根据结论提高逆变器的性能。     

重载铁路树形贯通式同相供电系统的运行状态

重载铁路树形贯通式同相供电系统能够最大限度降低线路中电分相带来的安全隐患,提升牵引供电系统再生制动能量直接利用率、供电能力和供电品质.为保障树形贯通式同相供电系统的良好运行,从均衡电流、供电能力、负序评估、故障分析及保护配置4个方面研究该系统的运行状态.构建不同拓扑结构下双边供电系统均衡电流评估模型,揭示重载铁路树形贯通式同相供电系统的外部电源构成方式;以某重载铁路树形贯通式同相供电改造方案为例,探究正常和故障运行工况下系统的供电能力以及系统对外部电网的负序影响;对该系统不同类型的故障进行分析,并提出保护配置方案.研究结果表明：相较平行双边供电,当两相邻牵引变电所变压器变比相同时,树形贯通式同相供电系统不会产生均衡电流;改造方案上、下行牵引网最低网压为22.74 kV,满足牵引网电压要求;设置组合式同相供电装置后,系统的三相电压不平衡度95%概率大值和最大值分别为1.20%和1.65%;相较于传统保护装置方案,所提保护配置方案能够确保牵引网停电区间最小.     

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%.      

谐波转矩对高速列车齿轮箱体与牵引电机振动特性的影响

为研究机电耦合作用下齿轮箱体和牵引电机的振动幅值、频谱分布及其随高速列车行驶速度的变化趋势, 分析了三相逆变器输出电压谐波频率分布与牵引电机谐波转矩, 建立了传动系统扭振模型; 基于直接转矩控制理论与车辆系统动力学理论, 搭建了牵引电机控制模型和高速列车多体动力学模型; 通过Simulink和SIMPACK联合仿真平台对比了恒力矩输入与含有谐波转矩的力矩输入模型, 分析了不同速度下牵引电机谐波转矩对高速列车齿轮箱体和牵引电机振动特性的影响。分析结果表明: 当高速列车以250 km·h-1的速度匀速运行时, 齿轮箱体大齿轮上方纵向振动、小齿轮上方纵向与垂向振动受牵引电机谐波转矩影响显著, 在700 Hz主频处振动加速度幅值显著增大, 该频率恰为牵引电机输出转矩基波频率的6倍; 在谐波转矩的影响下, 牵引电机在52 Hz主频处横向振动加速度幅值增加52.78%, 在49 Hz主频处垂向振动加速度幅值增加18.95%;随着高速列车速度的增加, 齿轮箱体纵向与牵引电机各向振动加速度逐渐增加, 牵引电机谐波转矩对齿轮箱体纵向振动加速度均方根的影响逐渐减小, 在6倍基波频率处, 齿轮箱体小齿轮上方和牵引电机纵向与垂向振动加速度均先增大后减小, 在速度为250 km·h-1时达到极大值, 且齿轮箱体和牵引电机的垂向振动受6倍基波频率谐波转矩的影响比纵向振动更为明显, 而其横向振动特性几乎不受谐波转矩的影响。      

电牵引负荷谐波在复线牵引网的分布

本文分析了电力机车谐波电流在一般复线末端并联供电牵引网中的分布。文中视牵 引网为分布参数网络,通过引入复线牵引网谐波分布计算的变换分析法,完成了复线 含互感时牵引网谐波电流分布的分析与计算,并结合实际情形给出了机车谐波电流 在复线牵引网中分布的规律及特点.      

基于模型的阻抗匹配平衡牵引变压器的保护

为解决励磁涌流的识别问题，将基于变压器模型的保护原理应用于阻抗匹配平衡牵引变压器．根据对该类变压器的电磁特性分析，导出了电压平衡方程，通过分析电压平衡方程等号两边的差值可以确定保护动作．在此基础上，提出了基于变压器模型的阻抗匹配平衡变压器保护的动作特性和动作方程；考虑电流互感器、电压互感器和保护装置自身的误差，提出了相应的整定原则．最后，进行了数值仿真，以验证动作方程和整定原则的正确性．     

单三相组合式同相供电系统的负序影响研究

负序是我国电气化铁路牵引供电系统中存在的主要电能质量问题之一,为研究单三相组合式同相供电系统负序的影响情况,介绍了单三相组合式同相供电系统结构及特点,采用通用方法分别计算了异相供电系统和单三相组合式同相供电系统下牵引负荷产生的负序电流,并对比分析了单三相组合式同相供电系统和异相供电系统中列车处于牵引或再生制动状态下负序影响情况,计算结果表明,单三相组合式同相供电系统平衡变压器绕组容量利用率比YNvd平衡变压器高,其容量利用率最小为85.7%.      

含光伏和混合储能的同相牵引供电系统日前优化调度

既有牵引供电系统中以负序为主的电能质量问题以及电分相环节严重制约了其安全、高效运行，目前理想的解决方案是基于对称补偿理论的同相供电技术. 通过同相补偿装置中的直流母线接入光伏发电系统以及混合储能装置，进一步实现再生回馈能量利用和牵引负荷削峰填谷，提高光伏渗透率. 因此，建立了一种同相牵引供电系统优化运行模型，该模型以同相牵引变电所日运行成本最低为目标，以混合储能装置充放电策略、光伏出力以及潮流控制器功率为决策变量，尤其考虑了电网侧三相电压不平衡度约束；进一步将原始优化模型中非线性约束进行线性化处理，得到混合整数线性规划模型，并利用商业规划求解器CPLEX进行求解. 算例分析结果表明:接入光伏与混合储能装置后日运行成本可节省36.45%，且三相电压不平衡度满足国标上限2%的要求.      

城市轨道交通交流牵引供电系统及其关键技术

在地铁、轻轨等城市轨道交通中,为了避免现行直流牵引供电系统的迷流,同时发挥其无分相的优势,提出并研究了一种交流牵引供电系统.该系统由主变电所(MSS)和电缆牵引网(CTN)构成,主变电所由单相主牵引变压器(MTT)和负序补偿装置(NCD)组合而成,电缆牵引网由双芯电缆(DCC)、牵引变压器(TT)和接触网(OCS)、钢轨(R)等构成.讨论了该系统的3项关键技术:电缆牵引网的供电原理,等效电路和输电能力,电缆与接触网的匹配技术,接触网电压等级选择等;牵引网分段供电技术,牵引网供电状态辨识方法,分布式保护与集中式保护方案等;单条线路主变电所供电方案,2条及以上线路共用主变电所的供电方案.该系统技术性能优良,经济性好,可靠性高,为地铁、轻轨等城市轨道交通提供了新的、更好的选择.      

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.     

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。      

矩阵变换器调制策略的鲁棒性研究

矩阵变换器是一种没有中间直流环节的交一交直接变换器，其输入电压的畸变容易影响到输出电压的质量，输出电流的谐波也会通过变换器反馈到输入电流中来，通过对矩阵变换器间接空间矢量法调制策略的研究，提出了调制策略的实时调整原则，该原则能增强矩阵变换器工作的鲁棒性，使矩阵变换器在输入电压不对称、输入电压有谐波等非理想输入电压下，仍然输出理想的三相对称正弦电压，从而在电网电压不理想的情况下，为矩阵变换器的负载提供理想的电压源。     

SSI型整流器电力机车动态谐波分析

本文详细分析了 SSI 型整流器电力机车谐波产生的机理及其特性。文中首先在一般条件下用解析法和数值方法综合求解了 SSI 型机车的周期工作电流方程,进而对机车运行级位、距变电所距离、网上取流以及网压波动等因数,通过动态仿真分析了 SSI 型机车谐波的特点,得出了比较切合实际的结果,同时为进一步进行电气化铁道全线动态谐波过程仿真提供了有利条件。