高速铁路牵引供电系统高次谐波谐振仿真研究

牵引供电系统论文 高次谐波论文 谐波电流放大论文 谐波谐振论文 状态变量法论文 PSCAD/EMTD
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随着交直交动车组在电气化铁道中的大量采用,使得牵引供电系统中的谐波特性发生变化,除了含有低频带的3、5、7等次谐波外,在高频带还出现了大量的高次谐波。尽管这些高频带谐波含有率不高,但其却大大增加了系统发生谐波谐振的可能性。当系统发生谐波谐振时,会形成较大的过电压和过电流,危害牵引变电所和电力机车等的绝缘设备,影响系统安全运行。由于系统谐振导致牵引变电所及分区所谐波电流严重放大,致使母线电压升高,造成事故的案例已有发生。牵引网为单相多导体电力输电线,在工频情况下,可以忽略线路的阻抗频率特性,但当系统中含有的高次谐波时,这种特性必须加以考虑。对于牵引网的阻抗频率特性及其导致的谐波电流放大现象,以及如何抑制谐波电流放大的影响,目前还没有被全面系统的分析研究。在牵引供电系统仿真方面,目前的仿真模型存在需要改进和完善的地方。针对这些问题,本文在以下方面做了尝试。为了说明电力输电线路的阻抗频率特性,在对线路进行合理等效的基础上,利用状态变量法获得电力输电线路的阻抗频率特性。该阻抗频率特性表明,当系统谐波频率含量丰富时,输电线路的谐波谐振发生的可能性大大增加,此时必须考虑输电线路的阻抗频率特性。采用多导体传输线等效降阶方法获得牵引网单位长阻抗和导纳,利用输电线行波理论,建立牵引网分布参数模型。基于该模型对不同牵引网长度以及不同牵引网位置处的谐波电流放大情况进行了详细分析。为了说明谐波电流放大在实际系统中的影响,以CRH2动车组在牵引工况下的网侧谐波电流特性为基础,对发生谐波电流放大后对牵引变电所馈线电流的影响程度进行了分析。最后对抑制谐波电流放大的措施进行了分析和比较,分别对2阶阻尼滤波装置以及串联调谐滤波装置的抑制效果及其合理性进行了讨论。为了提供一个仿真验证平台,利用电磁暂态仿真软件PSCAD/EMTDC对牵引供电系统进行了建模,对牵引网的电气特性以及网压水平进行了仿真分析。最后基于该仿真模型对谐波电流放大现象以及抑制方法的抑制效果进行了仿真比较,证明了抑制方法的合理性。
摘要第6-8页
Abstract第8-9页
第1章 绪论第12-17页
    1.1 课题的研究意义第12-13页
    1.2 谐波谐振的危害第13页
    1.3 谐波及谐振国内外研究现状第13-15页
    1.4 本文的主要工作第15-17页
第2章 输电线谐波模型与谐波谐振第17-27页
    2.1 输电线谐波模型第17-22页
        2.1.1 标称π模型第17-18页
        2.1.2 等效π模型第18-21页
        2.1.3 基于等效π模型的输电线谐波模型第21-22页
    2.2 谐振点和谐振第22-24页
    2.3 谐波放大第24-26页
    2.4 本章小结第26-27页
第3章 输电线路谐波谐振频率分析方法第27-37页
    3.1 谐振频率的状态变量分析法第27-31页
        3.1.1 状态变量法第27-28页
        3.1.2 电网谐振频率的状态变量分析法第28-31页
    3.2 输电线路谐振频率分析第31-36页
        3.2.1 输电线路的等效第31-32页
        3.2.2 状态方程矩阵的形成第32-34页
        3.2.3 系统仿真及结果第34-36页
    3.3 本章小结第36-37页
第4章 牵引网谐波电流放大及其抑制方法研究第37-59页
    4.1 多导体传输线系统的参数计算和降阶方法第37-43页
        4.1.1 阻抗降阶方法第37-40页
        4.1.2 导纳降阶方法第40-41页
        4.1.3 牵引网悬挂系统等效降阶第41-43页
    4.2 牵引供电系统谐波电流放大第43-46页
    4.3 谐波电流放大仿真分析第46-50页
        4.3.1 系统参数计算第46-47页
        4.3.2 牵引供电系统谐波电流放大仿真分析第47-50页
    4.4 实际系统谐波电流放大分析第50-54页
    4.5 谐波电流放大抑制方法第54-57页
        4.5.1 装设2阶阻尼滤波器第55-57页
        4.5.2 装设串联调谐滤波器第57页
    4.6 本章小结第57-59页
第5章 牵引网仿真模型及其应用第59-74页
    5.1 牵引供电系统第59-60页
    5.2 系统元件仿真模型第60-65页
        5.2.1 外部电源模型第60-61页
        5.2.2 牵引变压器模型第61-63页
        5.2.3 悬挂系统模型第63-64页
        5.2.4 电力机车模型第64-65页
    5.3 基于仿真模型的网压水平及轨道电位分析第65-70页
    5.4 基于仿真模型的牵引网谐波谐振分析第70-73页
    5.5 本章小结第73-74页
结论与展望第74-76页
致谢第76-77页
参考文献第77-82页
攻读硕士学位期间发表的论文第82页
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