高铁车网耦合系统电压低频振荡现象机理研究

高速铁路车网耦合系统出现电压低频振荡现象,导致多个动车所的多台动车组牵引封锁,目前对其机理研究处于初期阶段。首先推导"牵引网–动车组"耦合系统的状态方程以及瞬态能量平衡方程,判定车网开环系统的稳定性,并采用小增益定理分析电压振荡的影响因素。接着,基于十导体链式电路搭建精确的高速铁路全并联AT(autotransformer)供电系统模型,并基于瞬态电流控制建立CRH3型动车组电气模型;在此基础上,实现车网系统的互联,并仿真再现电压振荡现象。随后,通过调节动车组控制器参数及负荷分布实现电压振荡的抑制,并分析调节控制器PI参数抑制电压振荡的局限性。最后采用FFT及Prony分析的方法实现了振荡电压低频成份的辨识。     

基于IADRC的多CRH5型车网耦合系统低频振荡抑制方法

近年来国内相继出现多起高速铁路车网耦合系统低频振荡,振荡严重时甚至导致动车组牵引封锁。针对多列CRH5型动车组升弓整备投入牵引网时发生低频振荡提出了一种有效抑制方法。首先,分析了多列CRH5型动车组同时升弓接入牵引网的多车网电气耦合系统特性。其次,基于改进自抗扰控制策略对车网系统负载CRH5型动车组整流器的控制器进行优化设计来抑制系统低频振荡。最后,相比原有动车整流器PI控制和传统自抗扰控制技术,在Matlab/Simulink平台下测试验证了基于改进自抗扰控制的多CRH5动车组升弓整备投入牵引网的车侧电气量发生低频振荡抑制的正确性和有效性。     

基于滑模结构无源控制的车网耦合系统低频振荡抑制方法

近年来国内多地出现高速铁路牵引网低频振荡,情况严重时导致动车组发生牵引封锁。该文以CRH5型动车组为算例,提出一种基于滑模结构电流无源控制的动车组PWM整流器双闭环控制策略抑制低频振荡。首先,建立车网耦合系统回比矩阵模型,利用G-sum范数判据分析了低频振荡的产生机理,得到车网耦合系统发生低频振荡的临界条件。然后,根据低频振荡发生时的工况,推导动车组整流器dq轴状态空间模型,设计基于外环电压滑模结构无源控制的内环电流控制器。与几种传统算法的稳定性分析及仿真结果对比表明,提出的算法具有更好的稳态和动态特性,有效地抑制了牵引网低频振荡现象。     

电气化铁路低频振荡研究综述

电气化铁路牵引供电系统中的低频振荡现象是随着我国新型交直交传动动车组与电力机车的大量投运而产生的新问题。参考国内外文献总结定义了两种类型的牵引网低频振荡,分别阐述了其特征。根据对国内低频振荡案例现场测试数据的分析,介绍了一种基于单相dq分解的检测手段。归纳了现有的对低频振荡的3种分析方法:时域仿真法、特征值法、频域分析法,比较了各自的优缺点。鉴于该现象是车网系统的匹配问题,从车与网两个角度总结了其抑制方法,并展望了今后的研究方向。     

基于自抗扰STATCOM装置的车网耦合系统低频振荡抑制策略

近年来,国内相继发生了多起电气化铁路车网耦合系统低频振荡事件,导致机车牵引传动系统封锁,严重影响了铁路的正常运输秩序。针对该问题,提出了基于STATCOM的牵引网动态无功补偿方案,引入了自抗扰控制(active disturbance rejection control,ADRC)技术对STATCOM的控制性能进行优化,实现了车网低频振荡现象的有效抑制。首先,在dq坐标系下对单相STATCOM进行数学建模分析。其次,考虑到传统的PI(proportional integral)控制方法对系统扰动的敏感性,应用ADRC技术来增强STATCOM的鲁棒性和抗扰能力。基于ADRC理论,结合控制器结构、参数整定和性能特点,设计了适用于STATCOM的一阶非线性ADRC控制器。同PI控制器作对比,验证了ADRC控制器具有更优的控制性能和更好的低频振荡抑制效果。最后,基于实时实验平台重现了车网耦合系统低频振荡现象,并验证了基于ADRC的STATCOM对车网耦合系统中低频振荡现象抑制的有效性。     

电气化铁路低频等幅振荡机理分析

近年来,牵引供电网一电力机车系统(以下简称车网系统)低频振荡现象频繁发生,造成牵引网电压、电流出现长时间的低频等幅振荡,导致牵引闭锁,严重危及行车安全。目前,已有的研究工作忽略了脉宽调制(pulse width modulation,PWM)中饱和限幅器对低频振荡的影响,难以解释持续等幅振荡的发生机理且无法有效预测振荡的幅值信。针对该问题,首先建立静止坐标系(αβ)下含二阶广义积分器(second-order generalized integrator,SOGI)、锁相环(phase-locked loop,PLL)、直流电压环(DC-link voltage controller,DVC)、电流环(current controller,CC)在内的电力机车单输入单输出(single input single output,SISO)阻抗模型,并给出饱和限幅器双正弦描述函数模型;进一步推导车网系统线性与非线性部分分离的等效闭环传递函数,并基于描述函数法,研究个饱和限幅器对低频振荡幅值和频率的影响,揭示等幅振荡的发生机理,给出振荡频率、幅值的近似计算方法;最后,通过仿真系统验证理论分析的有效性和正确性。     

高速铁路车网耦合系统网压振荡模态分析与对策

高速铁路车网耦合系统出现电压低频振荡现象,导致多个动车所的多台动车组牵引封锁,目前对其机理研究处于初期阶段。首先根据赫尔维茨稳定判据以及瞬态能量平衡方程判定车网开环系统的稳定性,并采用小增益定理分析电压振荡的影响因素。接着,基于十导体链式电路搭建精确的高速铁路全并联AT(autotransformer)供电系统模型,并基于瞬态电流控制建立CRH3型动车组电气模型。在此基础上,实现车网系统的互联,并仿真再现电压振荡现象。随后,采用FFT、小波分析及Prony分析的方法实现了振荡电压低频成份的辨识。     

基于改进禁区判据的电气化铁路车网耦合系统稳定性研究

近年来我国铁路枢纽段内车网耦合低频振荡的现象时有发生,由于机车存在结构复杂、模型参数保密的问题,车网耦合的系统稳定性详细建模分析在实际中存在困难.阻抗法可以通过实际测量车网端口阻抗避免这些问题,具有较好的应用效果,针对车网耦合系统,如何减小稳定性判据的保守性是阻抗法稳定性判别的关键.该文根据Nyquist准则将判据禁区从单位圆区域改进为射线区域,提出了一种保守性更小的改进禁区判据.首先,针对CRH5车型进行研究,建立了系统小信号模型,分析了稳定性影响因素;然后,结合盖尔圆定理提出基于端口阻抗和导纳矩阵的判据;最后,通过建立的小信号模型分析了改进禁区判据与现有判据的稳定性辨识结果,仿真结果证明了判据的准确性.     

自适应自抗扰比例积分控制下的高速铁路车网耦合系统低频振荡抑制方法

高铁车网耦合系统(electric multiple units-traction network coupling system,ETNCS)低频振荡易引发牵引封锁,严重影响高速铁路安全运行,因此研究低频振荡的机理及其抑制方法具有重要意义。该文首先建立了ETNCS阻抗模型,并利用幅相频特性曲线分析了低频振荡现象的产生机理,其中一个重要的因素是传统比例积分(proportional integral,PI)控制器无法对输入误差信号中的交流分量实施有效抑制。随后,为解决这一问题,提出一种自适应自抗扰比例积分(self-adaptive auto disturbance rejection PI,SAADR-PI)控制器。该控制器一方面继承了自抗扰控制器响应速度快、抗干扰能力强的优点,另一方面可通过fal函数自动调节PI参数使系统保持自适应能力,将其应用到瞬态直接电流控制策略中可提高系统的动态响应速度,增强系统的鲁棒性能。最后仿真和实验结果表明,基于SAADR-PI控制器的瞬态直接电流控制策略具有更好的控制性能,并能有效地抑制ETNCS低频振荡。     

电气化铁路牵引供电系统车网耦合的潮流计算方法

以多导体传输线模型为基础,推导了牵引变电所和分区所等值电路,构建了适用于不同结构和供电方式的牵引网统一数学模型。对列车牵引传动系统利用参数辨识的方法,建立了感应电动机并联静止负荷的数学模型,实现对列车更准确建模。以此为基础,开发了基于车网耦合潮流计算的电气化铁路牵引供电系统仿真软件。实例计算表明,该方法充分考虑列车与牵引供电网的交互影响,能够更真实地反映牵引供电系统的潮流分布,具有重要的工程应用价值。     

列车混运的车网系统低频振荡建模与分析EI北大核心CSCD

电气化铁路中,瞬态直接电流控制(transientdirect currentcontrol,TDCC)和d-q解耦控制(d-qdecoupling control,DQDC)等不同控制类型的列车尚未建立统一坐标下的模型,难以进行多控制类型列车混合运行工况下的车网系统低频振荡研究。该文在d-q坐标下建立TDCC列车单相变流器小信号阻抗模型,实现与DQDC变流器模型坐标系的统一,并计及现有TDCC变流器模型中所忽略的控制结构。之后,推导TDCC单相变流器的d-q解析模型,基于此揭示TDCC列车单独运行时系统的低频振荡机理,阐明了所建模型运用于低频振荡分析的准确性优势。进一步地,进行不同控制类型列车混运工况下系统的低频振荡分析。最后,通过时域仿真和半实物实验验证所建模型的准确性和理论分析的正确性。     

电力系统低频振荡和次同步振荡的阻尼耦合分析

电力系统稳定器PSS(Power System Stabilizer)等控制装置在很好抑制低频振荡的基础上．可能会对次同步振荡造成不良影响。从系统阻尼出发,在综合考虑低频振荡和次同步振荡的基础上．将轴系的六质量块模型加入到低频振荡的模型中,实行统一建模,运用小干扰分析法分析PSS加入前后系统的阻尼特性,采用系统部件判别特征根的方法对特征根进行辨识。并就一实例进行了计算分析,所得结论对系统的安全稳定运行有参考价值。     

车网耦合系统谐波谐振特性研究

交直交机车产生的高次谐波容易在牵引网上引起谐波谐振,导致牵引网上电压升高,影响到电力机车的正常运行.文章利用实测谐波电流数据推导机车谐波电流源,在 MATLAB/SIMULINK平台上搭建车网耦合系统模型,基于阻抗分析车网耦合系统谐振机理及放大特性,进一步研究了不同因素对车网耦合系统谐波谐振的影响规律.结果表明, 短路容量、机车位置、供电臂长度等因素改变对车网耦合系统谐波谐振特性影响显著,可为谐波谐振抑制提供参考。     

抑制电气化铁路低频振荡的四象限变流器控制方法

针对电气化铁路中列车四象限变流器和牵引供电系统不匹配造成的低频振荡现象提出了抑制方法。首先,介绍列车牵引传动系统中的四象限变流器主电路及其瞬态电流控制策略。然后,在四象限变流器线性化闭环传递函数的基础上,对车网耦合系统进行稳定性分析,研究了低频振荡的机理。基于分析结果,采用改变系统阻尼的思路,提出主动阻尼补偿措施,并进行理论分析。最后,利用多车仿真模型及小功率实验平台对所提控制方法的正确性进行了验证。     

交直流输电系统低频振荡仿真分析

以单机无穷大系统为例对弱阻尼振荡和强迫振荡机理的异同进行了分析;以具有交直流并行联络线的四机两区域系统为模型,采用特征值分析法和时域仿真方法,利用BAP和PSCAD/EMTDC仿真软件对低频振荡现象进行了研究;仿真分析了高压直流输电的接人对系统阻尼的影响以及强迫振荡的影响因素,比较了两种振荡现象的异同.研究结果对低频振荡的分析、监测和控制有一定指导作用.     

电力系统低频振荡分析

通过对两种低频振荡分析方法的讨论,阐明了电力系统低频振荡的数学特征;并进一步探究了低频振荡的负阻尼机理和共振机理,综合对比分析这两种机理的区别,揭示了低频振荡的本质和诱发振荡的根本原因,探讨了针对不同机理产生的低频振荡的具体抑制方法,为低频振荡的抑制提供了详细的参考策略,保障电力系统稳定运行。     

TCSC阻尼系统低频振荡的控制策略分析

在建立含可控硅串联补偿装置(TCSC)的电力系统线性化数学模型的基础上,提出了TCSC在系 统中最佳位 置 的选择方法,并对可控串补控制系统分别采用全状态反馈控制、线性二次型最优控制和输 出反馈最优控制 时阻尼系统低频振荡的作用进行了分析,证明了TCSC采用线性控制方法可以 提高 系统的稳定性。最后以三 机系统为例,利用频域仿真计算验证了所讨论的3种控制方法抑制 系统低频振荡的有效性。     

故障系统低频振荡特征值分析方法

针对平衡点特征值法不能正确反映故障系统的振荡特性,以及轨迹特征值法窗口宽度难以选择的问题,提出一种适用于分析故障系统特征值的方法。利用共享因子将故障切除后的系统进行等值,再利用原网络及故障分量网络支路电流求取故障后各支路电流及功率,在此基础上,建立系统的等值模型,在各测点处将模型分段线性化,并结合实际受扰轨迹求解故障系统特征值的时间序列。2机和16机系统仿真结果表明,所提方法能实时准确地描述故障系统的时变振荡特性。     

电力系统低频振荡和储能系统

研究了将能量储存系统用于提高电力系统振荡稳定性的潜力。首先简要回顾了过去40年中在电力系统振荡稳定性领域的研究和应用的发展情况,包括电力系统振荡稳定性的分析和控制;然后论述了在电力系统中应用能量储存系统的不同课题;第3部分重点讨论了用能量储存系统改善电力系统振荡稳定性问题;最后提出了一些建议。     

车网耦合的牵引供电系统谐波仿真分析

牵引供电系统是电力系统重要负荷,也是电力系统主要的谐波源之一。在研究牵引供电系统谐波传输特性和谐波对电力系统的影响时往往对牵引供电系统模型进行一定的简化,虽然具有一定的合理性,但是这样分析出来的结果与实际结果相比必然存在一定的误差。针对牵引供电系统谐波分析模型不精确,利用PSCAD/EMTDC搭建了电力机车-牵引网-电网仿真模型,仿真研究了机车位置、机车数量和牵引网长度变化时牵引供电系统谐振以及电网总谐波畸变率的特性。仿真结果表明该仿真模型能更准确地分析牵引供电系统谐波特性,分析结果更加符合实际。