李大鹏[1]2014年在《基于电力机车不同工况的负荷谐波分析与仿真研究》文中认为随着近几年来铁路交通的不断发展和进步,电力机车扮演了一个极为重要的角色。电力机车主要是从电网中摘取能源获得动力的机车,其主要牵引力就来自于供电系统的接触网或第叁轨。正是由于这一电力输送对电网中产生了一定的高次谐波,使得供电网的供电频率受到影响,严重影响了供电网的供电质量。文章从电力机车在电网中产生的负荷谐波进行理论分析,并使用MATLAB来对电力机车在不同的工作情况下的负荷所产生的谐波进行仿真研究,对不同工矿下的仿真研究结果进行对比分析。
赵四洪[2]2003年在《基于电力机车不同工况的负荷谐波分析与仿真》文中研究说明近年来我国电气化铁道发展很快，铁路电气化率接近30％，并承担铁路总运量的50％以上，给国民经济带来了巨大的经济效益。但是电气化铁道从电网取得工频能量的同时，向电网注入了大量的高次谐波电流，降低了供电质量，影响了继电保护的正确动作和电气量测量的精度，威胁牵引变电所的安全运行及电网中其他用电设备正常工作。 为了从根本上抑制电力牵引负荷谐波带来的影响，削弱谐波对牵引供电系统主元件、保护测控装置和其他用户电子设备的影响，有必要研究电气化铁道牵引谐波产生的机理，确定馈线电流谐波的含量与分布状况。论文根据电力机车类型的不同，运用电路、电磁场和电力电子学理论研究了交—直型电力机车相控整流时谐波的产生机理、励磁涌流的电磁过程，并对晶闸管相控整流和励磁涌流时的理论谐波含量进行了傅里叶分析。为了研究牵引负荷谐波状况，论文建立了牵引供电网络——电力机车系统的数学模型，并在此基础上运用MATLAB/Simulink构建了牵引供电——机车系统几种典型工况下的仿真模型，仿真了机车在不同工况下谐波电流的含量，并通过变电所实测录波数据验证了该仿真模型和谐波理论分析的正确性。 论文还根据交—直—交型机车的实际参数，运用MATLAB/Simulink对交—直—交型机车进行了数学仿真研究，阐释了其负荷工况和谐波特点，为运行交—直—交型机车的牵引供电系统馈线保护发展做了有益的基础工作。
刘乾勇[3]2012年在《牵引负荷谐波和负序电流对电网运行影响研究》文中研究表明电气化铁路以其高速，重载，污染小，节约能源等优点在我国迅速发展，给国民经济带来了巨大的经济效益。电气化铁路本身不带能源，需要从电网获取工频能量。因其是不对称、非线性负荷，所以在与网侧交换功率的同时，电气化铁路要向电网反送谐波及负序电流。随着电力机车功率越来越大，这将势必影响到电力系统的安全稳定运行。论文主要研究牵引负荷谐波电流和负序电流对电网运行的影响，主要工作和研究成果如下：本文基于叁座110kV牵引变电站的实测数据，分析了机车在不同的牵引工况下的谐波及负序特性，指出牵引工况是决定牵引负荷谐波和负序水平的主要因素，而机车的牵引工况直接反应的就是机车与供电系统的功率交换。在此分析基础上利用总体测辨的建模方法，建立了将机车与网侧系统交换的叁相基波有功功率、无功功率作为激励，谐波及负序电流的实部和虚部作为响应的负序电流源模型和谐波电流源模型。考虑到网侧电压波动在一定范围内，选择多项式模型结构来描述其谐波及负序特性。以现场实测数据的模型参数辨识结果为依据，在对大量实测样本及其辨识结果进行分类与综合的基础上，确定了牵引负荷的不同运行方式、不同牵引工况及其负荷水平下的谐波与负序电流源模型的推荐参数。然后从最大相对误差，相关系数，平均离差值叁个指标论证了本文所建的谐波和负序源模型是真正反映了牵引负荷谐波及负序本质特性的有效模型。在分析电力系统分析综合程序（PSASP）的用户自定义模型（UDM）的功能和特点的基础上，阐述了用户自定义模型接口的实现方法，实现了牵引负荷的谐波电流源和负序电流源模型与PSASP谐波仿真分析模块的接口；以EPRI-36节点系统为背景，仿真计算验证了接口的正确性，并进而介绍了谐波负序电流在电力系统分析综合程序中的计算流程。最后以湖南某地区电网为背景，通过对牵引负荷在不同运行方式、不同负荷水平及不同牵引工况下的大量仿真计算，系统定量地分析了牵引负荷谐波电流和负序电流对发电机、变压器、电动机、线路、继电保护等方面的影响，并得出相关分析结论。同时给出了一些谐波电流和负序电流改善的措施。
胡航帆[4]2009年在《电气化铁路牵引负荷的谐波源模型研究》文中认为电气化铁道在我国迅速发展,铁路电气化率接近30%,并承担铁路总运量的50%以上,给国民经济带来了巨大的经济效益。但是电气化铁道从电网取得工频能量的同时,向电网注入了大量的高次谐波电流和负序电流。目前,电气化铁路牵引负荷己成为电力系统中重要的谐波源和负序源,其所产生的谐波和负序电流均会对电力系统及电气设备造成严重危害。例如,谐波会使发电机、电动机产生附加功率损耗和发热,使并联电容补偿装置过负荷甚至损坏,影响测量仪表的精度等。特别是,谐波与负序的共同影响会使继电保护、自动装置误动,危及电力系统的安全稳定运行。为了从根本上抑制电气化铁路牵引负荷谐波带来的危害,削弱谐波对牵引供电系统主元件、保护测控装置和其他用户电子设备的影响,有必要对电气化铁路牵引负荷产生的谐波进行研究。本论文电气化铁路牵引负荷的谐波源模型研究是基于经典的电路、电力电子理论,运用计算机模拟技术获取电力机车各种工况下运行时谐波特性参数。首先利用MATLAB平台的Simulink工具箱对SS-8型电力机车机车主电路及其辅助电路,牵引变电站主变压器等分模块建模,构建了牵引负荷仿真平台。根据电力机车在牵引工况和制动工况时整流调压电路的换向过程和导通情况,分析了机车在不同负载、不同坡度以及风阻等的运行环境的运行特性,采集牵引负荷在各种运行条件下的相关数据;然后分析不同结线型式牵引变压器,单臂有负荷以及两供电臂均有负荷的不同情况下牵引负荷注入电力系统叁相谐波电流的特点,并对其不对称度进行分析,在此基础上提出了电气化铁路牵引负荷的一种新型简化谐波源模型该模型用谐波电流源描述牵引负荷的谐波特性,各次谐波电流的实部和虚部被表达为基波正序电压、电流有效值及其相角差的函数。最后从相关系数、模型方程显着性、参数显着性以及模型自变量选择等相关分析原理论证了本文所提出的谐波电流源模型是真正描述了电气化铁路牵引负荷谐波特性的有效模型。最后编制了含电气化铁路牵引负荷的不对称潮流计算程序。根据谐波电流和线路、发电机、变压器、负荷等元件的谐波模型形成的谐波导纳矩阵,通过求解线性方程得到各个节点的谐波电压值。从而可以定量描述牵引负荷的谐波影响。
孔莉[5]2011年在《基于小波变换的电气化铁路牵引负荷谐波分析方法研究》文中指出近年来我国的电气化铁路发展迅速,方便了人们交通出行的同时也带来了巨大的经济效益。电力机车作为电气化铁路的主要牵引负荷,它是以电能驱动运行的,与传统的内燃型机车相比,具有节能环保高速的优势。然而电力机车的主电路包含有大量的非线性电力电子器件,且机车运行工况繁多,情况复杂,这就使得电气化铁路在从电网获取工频能量的同时,也向公用电网注入了大量的谐波。由谐波造成的危害十分严重,已在欧美等国引起了多次重大事故,因此要防患于未然,做好电气化铁路牵引负荷的谐波研究工作。在谐波分析方面,常用的方法有快速傅里叶变换、人工神经网络、小波变换分析法、基于扩展Prony算法的谐波分析方法等。其中,小波分析方法是谐波分析中的热门问题,是目前正在研究的新方法、新理论。本论文将小波分析应用到电气化铁路牵引负荷的谐波分析中,通过不同小波函数对同一谐波信号的分析结果比较,验证了小波函数选取的必要性,从而采用最小长度描述准则确定了处理电力系统谐波电流的最佳小波函数db10小波,并确定了合理的分解层数。在此基础上,运用MATLAB软件进行小波变换算法编程,实现了对交直交型电力机车HXD30017谐波电流的小波分析,得到了较为理想的结果,并运用小波包理论及MATLAB工具箱计算得到了该谐波电流的有效值。同时实现了对机车谐波电流的傅里叶分析,得到了信号的频谱图。通过两种方法的仿真结果比较发现,采用小波变换的谐波分析能获得更好的效果。仿真结果表明小波变换可以将电力机车谐波电流中的基波和高次谐波部分有效地分离出来,证实了小波变换能够更精确地分析信号的局部特性,可以准确地分析出暂态信号,从而提高谐波测量的实时性和精度。另外,通过小波变换能够方便快速地得到谐波的相关信息,如有效值等参数。因此,小波变换可应用于电气化铁路牵引负荷谐波分析领域。
郭佳[6]2017年在《电气化铁路谐波特性及无功补偿方法研究》文中指出近年来我国电气化铁路发展进程势头迅猛,电力机车已成为局域电网和公网的主要谐波源之一。电气化铁路牵引供电网中运行的电力机车类型既有常规的交直型电力机车,也有优势明显的交直交型新兴电力机车,但目前针对同一牵引供电系统不同机车类型混合运行,不同运行调度方式下,各类型机车谐波相互影响机理及其谐波分布规律的变化等方面研究较少,而这一现象在我国实际铁路运行调度中普遍存在。因此针对我国电气化铁路这一现状,深入分析交直型机车和交直交型机车混合运行工况的谐波特性,并研究对供电网影响及补偿方法十分重要。针对机车调度中交直型和交直交型机车单独运行以及两种类型机车在同一牵引变上混合运行等复杂工况对网侧电能质量影响严重问题,论文围绕电气化铁路牵引供电系统中典型的交直型(SS4型)电力机车和交直交型(HXD3型)电力机车的整车建模研究展开,分析了交直型SS4电力机车整流电路原理,通过主电路及控制方式,从理论上研究了谐波产生机理,基于MATLAB平台搭建出机车牵引整流器的仿真模型,通过仿真实验定量分析其电流谐波分布特征;研究了交直交型HXD3型机车车载两电平四象限整流器主电路原理及PWM控制方式,从理论上分析该型机车谐波产生机理,研究HXD3型机车叁相电压型逆变器主电路、空间矢量脉宽调制方式(SVPWM)及牵引电机矢量控制原理,搭建HXD3电力机车整体仿真模型,针对牵引工况和再生制动工况进行仿真分析,从而定量分析不同典型工况的特征谐波特点;介绍了电力机车牵引负荷的电流谐波迭加理论,分析交直流机车混合运行不同工况下网侧电流谐波含有量,并进行理论分析;根据机车调度中的实际工况,搭建同一牵引变两个供电臂不同类型机车混合运行模型,文中搭建了叁种典型工况模型:同一牵引变电站中,两台交直型机车同时运行,两台交直交型机车同时运行,交直型和交直交型机车同时运行,分析不同典型工况下网侧电流谐波次数、谐波含有量和总电流畸变率,得出牵引供电系统网侧不同典型工况下的谐波特性,为分析各种复杂工况下谐波在牵引供电系统中的传播规律以及对电气化铁路电能质量治理提供有效的基础数据支撑。由于电气化铁路牵引负荷的非线性、波动频繁等特性,导致接入局域电网的电压波动较大,对电网安全运行的影响不容忽视。针对电铁接入的电力系统进行动态无功优化可有效提高电网系统电压质量、保证系统稳定性。电力系统无功优化具有多目标、多约束条件、多控制变量、连续变量和离散变量混合等特点,常规算法在处理该问题的时候往往局限性较大,在综合考虑牵引供电系统各时段负荷变化形态和离散调节设备动作次数约束后,计及电铁负荷变化的动态无功优化将为电气化铁路接入的电力生产运行提供理论支撑。本文在对牵引供电系统电铁负荷进行分时段处理的基础上,利用内点法和免疫-混沌算法相结合的混合优化策略,进行动态无功优化的求解,算例显示该方法可以使两者的优化结果互为基础、相互利用,保证了混合优化策略的整体寻优效率,综合考虑负荷变化与电铁接入的影响,有效地解决电气化铁路接入后的电网动态无功优化问题。
郑炅[7]2011年在《电铁接入电网仿真及电能质量分析》文中进行了进一步梳理电气化铁路因其运输能力大、速度快、能耗小、成本低的特点,在我国得到了高速发展。预计到2020年我国电气化铁路总里程将达50000km,占铁路总里程的50%,承担80%的铁路总运量。随着电气化铁路里程的增加,其对电力系统所带来的影响也越来越重,针对电气化铁路,建立正确的负荷模型和计算方法,评估其对电网造成的影响就显得相当必要。为分析和评估浙江省电气化铁路接入电网后的影响,本文建立了目前大量使用的SS4、SS4G、SS8、SS9型电力机车的仿真模型,得出这四种型号电力机车工作在四个不同段桥下的仿真结果,并根据仿真结果分析其特点。本文还对电气化铁路牵引系统所采用的主要类型变压器：Y-d11普通叁相变压器、V-V叁相变压器、斯考特(scott)变压器和阻抗平衡型变压器的进行分析计算,得出了四种牵引器在高压侧的正、负序分量和谐波电流的大小,根据计算结果分析它们的谐波电流特点和对电网的影响。在仿真计算结果的基础上,为抑制电气化铁路对浙江电网的谐波影响,对浙江电网220kV变电所的电容器组电抗率配置提出了一个合理的改造方案。通过对一个变电所电容器组投切的实测和监测,验证了并联电容器装置合理电抗率配置对谐波的抑制效果。最后通过对一条已接入电铁负荷的供电线路在各工况下的实际谐波测量,将所得到的测试数据与仿真结果进行比对,证明仿真结果准确度较高。
宁玉宝[8]2016年在《大型冲击性负载对电网影响及治理关键技术研究》文中研究表明冲击负载是指具有周期性或非周期性突变特征的负载,大型冲击负载是指接入系统电压等级高、功率变化幅度大、功率变化频度高的冲击负载,其主要负荷特性包括功率冲击特性、非线性特性和叁相不对称特性。随着工业现代化及电力电子能量变换技术广泛应用,各类广义冲击负载大量投产,在实现节能增效的同时,其引起的公用电网电能质量问题对电力系统安全稳定运行产生了重大影响,主要包括：有功不平衡引起的频率偏差和电网资产利用率低；无功不平衡与波动引起的电压偏差、电压波动与闪变、线损增大；谐波引起的电力设备非线性故障和功率损耗；负序电压引起的电机发热和运行不稳定等。目前,在我国影响而最大的冲击负载为交流电弧炉和电气化铁路,论文重点研究交流电弧炉和电气化铁路大型冲击负载的负荷特性、对公用电网的影响、接入系统设计和综合治理等关键技术：以宝钢150t交流电弧炉为例,研究交流电弧炉运行功率建模方法、交流电弧炉对电网的冲击特性及补偿装置控制功能的测试评估技术；以张家港地区电弧炉冲击负荷群为例,研究电弧炉负荷群对公用电网影响评估和接入系统技术；以宁杭高铁湖熟牵引站为例,研究电气化铁路负荷特性建模与仿真、测试评估和电气化铁路综合治理关键技术,具体研究内容包括：(1)开展基于FCM模糊聚类算法的冲击负载分类方法研究。由于冲击负载种类繁多,负荷特性、接入电压、PCC点容量、有功冲击和无功冲击等不尽相同,其电能质量评估方法、系统设计优化和综合治理措施也各具特点,为探求冲击负载普遍规律,应用FCM模糊聚类算法,根据实测的PCC点容量、有功冲击和无功冲击,提出了将冲击负载划分为大型冲击负载和中型冲击负载的分类方法,得出交流电弧炉和电气化铁路是最具代表性大型冲击负载,为后续建模、接入系统计算和仿真、电能质量评估和综合治理提供理论依据。(2)开展交流电弧炉和电气化铁路冲击负载的建模研究。交流电弧炉炼钢产品方案和工艺流程复杂,电气化铁路运输方案、牵引供电、列车运行控制、运营调度等流程也十分复杂,须深入研究交流电弧炉和电气化铁路对电网的影响机理。根据交流电弧炉系统组成、工艺流程、供电技术条件和实测数据,提出了一种基于运行功率计算的电弧阻抗模型,模型精度高,可优化电极控制,提高供电效率,减少耐材和电极损耗,以及对电网的冲击影响；根据电气化铁路牵引供电系统及其用电特性,建立了一种电气化铁路冲击负荷特性的通用模型,由牵引变压器、牵引整流器、牵引逆变器和牵引电机等若干子模型组成,为进一步开展交流电弧炉和电气化铁路冲击负载的预评估和测试评估研究提供了理论基础。(3)开展交流电弧炉和电气化铁路冲击负载的预评估和测试评估研究。交流电弧炉和电气化铁路用电均具有冲击性、非线性、不平衡等共性特点,对供电可靠性要求非常高,同时对电网电能质量也会造成重大影响和污染,涉及供配用电多方位多层次交互作用和交互影响,须深入研究交流电弧炉和电气化铁路冲击负载的预评估方法。基于小干扰暂态稳定叁个阶段对系统变化进行理论分析,运用系统方法,依据电网和冲击负载特性等资料,运用PSASP电力系统综合分析程序和MATLAB仿真软件,建立了冲击负载对电压波动、电压闪变、谐波、叁相不平衡、有功冲击电能质量指标进行系统预评估的方法,并应用江苏省电能质量监测平台提供的电能质量指标和曲线实测数据,验证了所提出的交流电弧炉和电气化铁路冲击负载模型和预评估算法的有效性,为后续开展交流电弧炉和电气化铁路冲击负载综合治理和测试评估奠定了基础。(4)开展冲击负载综合治理关键技术研究。针对冲击负载聚类分析结果,遵循分层分区、协同治理策略,提出了冲击负载接入电压等级选择优化方案,为冲击负载综合治理创造良好的条件。研究了集群冲击负载与敏感负载解耦隔离供电治理方案,以张家港地区集群冲击负载接入电网为例,将电弧炉冲击负荷群由500kV电压等级供电,由于群组迭加效应,减少了总干扰量,使治理成本下降,并有效地实现了与敏感电力用户的解耦和隔离,取得了良好的社会效益,电弧炉群接入500kV电网在国际上属于首例。针对电气化铁路机车合闸冲击励磁涌流大和开关器件切换引起的高次谐波问题,提出在自动过分相装置前增设准同期控制装置,增加接触网侧电压相角判据,使励磁涌流减少50%以上,投资仅为动态补偿装置的0.2%；提出在牵引变电站装设“RPC+高通滤波器”,有效解决牵引供电系统功率冲击和高次谐波放大问题,从而建立了交流电弧炉和电气化铁路冲击负载综合治理关键技术。
常帅[9]2016年在《基于ETAP的电气化铁路对地区电网影响的分析研究》文中进行了进一步梳理电气化铁路已成为我国乃至世界交通运输中的重要基础设施,是国家经济发展的中坚力量。由于我国电力机车主要采用交-直型,其电气回路中包含大量的整流和逆变装置,它们普遍具有非线性、叁相不平衡性、以及冲击性等特点,在运行期间会引发谐波、负序电流、电压波动和闪变等一系列问题,从而影响地区电网的电能质量。因此,对上述问题进行分析研究,有助于提高地区电网的电能质量,对实际工程也具有一定的指导意义。本文以安康地区电气化铁路为例,研究其运行时产生的谐波和叁相不平衡对该地区电网的影响。首先针对电气化铁路的谐波负荷和叁相不平衡负荷,在电力系统综合计算分析软件(ETAP)中进行建模,搭建系统单线原理图,将全网13个牵引变的现场实测数据录入模型,并通过与实测数据的对比分析,来验证ETAP中仿真模型的正确性。其次,分析了电气化铁路产生谐波、叁相不平衡的原因,根据该地区电网的拓扑参数,分四种工况——全部为专线供电下的冬季大负荷、冬季小负荷,和部分为备用线路供电的冬季大负荷、冬季小负荷,依次对电气化铁路产生的谐波、叁相不平衡进行仿真分析。然后,针对电气化铁路对安康地区电网的影响,提出该地区电网谐波和叁相不平衡的治理方案,在牵引变110kV母线处装设无源滤波器和静态无功补偿装置(SVC),合理配置参数,并通过仿真计算结果与治理之前的实测数据进行对比,验证所采用的治理方案能够达到消减谐波、补偿无功功率、平衡叁相负荷以及提高安康地区电网电能质量的目的。最后,本文对研究内容进行了总结,为研究改善电气化铁路对地区电网电能质量的影响提供参考依据,有一定的工程实用价值。
郭明富[10]2011年在《交直机车与交直交机车混跑仿真研究》文中研究说明随着我国电气化铁路的飞速发展,电力机车负载已经成为电网的主要谐波源之一,受到越来越多的关注。为了更方便治理电气化铁路谐波,有必要开展机车的谐波特性的研究。本文介绍了我国现有的交-直机车和交-直-交机车的主要车型,研究了交-直电力机车与交-直-交电力机车网侧电流的谐波特性。选择了SS4型机车作为交-直机车的代表车型,详细分析了其主电路的工作原理和控制原理,建立了主电路工作过程的数学模型。选择了CRH2型机车作为交-直-交电力机车的代表车型,对CRH2型交-直-交电力机车的主电路结构和工作原理作了详细的介绍,重点研究了叁电平四象限变流器的主电路工作原理和控制策略。总结了交-直电力机车和交-直-交电力机车负荷电流的谐波特点,介绍了牵引负荷电流谐波的迭加理论。本文采用Matlab/simulink软件建立了SS4型交-直电力机车和CRH2型交-直-交电力机车的仿真模型,对机车的不同工况进行了仿真,通过对仿真结果的分析得出了两种机车的谐波特性。还建立了一台交-直机车与一台交-直-交机车混跑时的仿真模型,对交-直机车稳定运行而交-直-交机车处于不同工况进行了仿真,分析了馈线总电流的谐波的特点和变化规律。本文还把文献中CRH2型电力机车实测的谐波电流的频谱分析与相同牵引工况下仿真谐波电流的频谱分析相对比,结果很接近,说明建立的仿真模型准确度较高。
参考文献：
[1]. 基于电力机车不同工况的负荷谐波分析与仿真研究[J]. 李大鹏. 硅谷. 2014
[2]. 基于电力机车不同工况的负荷谐波分析与仿真[D]. 赵四洪. 西南交通大学. 2003
[3]. 牵引负荷谐波和负序电流对电网运行影响研究[D]. 刘乾勇. 湖南大学. 2012
[4]. 电气化铁路牵引负荷的谐波源模型研究[D]. 胡航帆. 湖南大学. 2009
[5]. 基于小波变换的电气化铁路牵引负荷谐波分析方法研究[D]. 孔莉. 大连交通大学. 2011
[6]. 电气化铁路谐波特性及无功补偿方法研究[D]. 郭佳. 西安建筑科技大学. 2017
[7]. 电铁接入电网仿真及电能质量分析[D]. 郑炅. 浙江大学. 2011
[8]. 大型冲击性负载对电网影响及治理关键技术研究[D]. 宁玉宝. 东南大学. 2016
[9]. 基于ETAP的电气化铁路对地区电网影响的分析研究[D]. 常帅. 西安工程大学. 2016
[10]. 交直机车与交直交机车混跑仿真研究[D]. 郭明富. 西南交通大学. 2011
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