高速电气化铁路供电系统电能质量仿真研究

基于Matlab/Simulink,同时结合石郑高速铁路工程实际,建立了包括CRH2动车组、牵引网、V/x接线牵引变压器和AT变电所等在内的典型高速铁路供电系统。分别从CRH2动车组谐波特性、牵引网对谐波放大作用及高速铁路供电系统负序与不平衡等多个方面研究了高速铁路供电系统对电网电能质量的影响,对比分析了CRH2动车组的高次谐波电流频谱丰富、负序影响大等不用于普通交直型电力机车的特点。通过比较分析仿真结果,验证了所建立的高速铁路供电系统仿真仿真模型的有效性,能够满足高速铁路供电系统的电气分析。     

高速铁路车网耦合下的谐波潮流计算方法研究

为分析高速铁路牵引供电系统的谐波分布及其传输特性,在建立牵引网和CRH2型动车组谐波分析模型的基础上,提出了一种基波潮流与谐波潮流交替计算的谐波潮流计算方法。该计算方法充分考虑了高速铁路牵引网与动车组之间的电气耦合关系,即谐波电压与谐波电流之间的影响。通过分别对单列和两列动车组运行时牵引网的谐波潮流计算分析表明,该算法适用于高铁牵引供电系统单谐波源、多谐波源以及含有背景谐波时的谐波潮流计算,并且可以较为精确地反映牵引网谐波谐振现象,可为高速铁路牵引供电系统谐波谐振的分析和治理提供参考。     

高速铁路贯通供电系统及其谐波特性研究

针对电气化铁道牵引供电系统存在的负序、谐波、无功及机车过电分相问题,提出了新型的基于三/单相交直交变换器的贯通供电系统,与同相供电系统相比,能彻底取消电分相,实现电气化铁路内部的同相联网,消除或大大减轻对电力系统的电能质量影响.在贯通供电系统下,本文建立了牵引网-机车联合仿真模型,验证了方案的可行性,并分析了CRH5动车组的谐波特性,为抑制牵引网谐波电流放大,避免车网系统谐波谐振提供了理论依据.     

基于稳健复线性回归的高速动车组谐波建模方法

精确的高速动车组谐波模型是分析高速铁路牵引供电系统谐波问题的关键之一。结合CRH2A型动车组现场实测的电压、电流数据,分析了6种典型稳态运行工况下动车组的谐波电压、谐波电流的幅频特性、相频特性及其交互特性。在此基础上,建立了非耦合谐波诺顿等效模型,并应用稳健复线性回归方法求解等效谐波电流常量和谐波导纳矩阵。仿真结果表明,所建立的谐波模型能准确地表征高速动车组的谐波电流输出特性,可用于精确地评估高速铁路牵引供电系统谐波问题。     

高速动车组再生制动下网侧电流谐波特性分析

电气化铁路牵引负荷是电力系统中的主要谐波源之一,再生制动下的动车组所带来的谐波问题表现突出。根据高速动车组CRH2工作原理,建立动车组再生制动工况时网侧电流谐波模型,利用双边傅里叶级数法,给出了负荷再生制动时网侧电流谐波与再生功率之间的关系。并基于Matlab/Simulink建立CRH2仿真模型,通过对不同再生制动功率下列车电流频谱仿真分析,验证了理论分析结果,并得到了谐波分布随再生制动功率的变化规律。     

计及线路条件影响的CRH2动车组牵引传动系统仿真分析

动车组数字仿真对研究机车特性、分析其对牵引供电系统的影响具有重要意义。动车组运行状态不仅随网压波动变化,还受线路条件的影响。基于此,以CRH2动车组为例,分析牵引传动系统的牵引、制动特性和不同线路条件下的阻力特性,研究四象限脉冲整流器、逆变器控制原理。在此基础上,建立动车组牵引传动系统仿真模型,对理想情况、网压波动、坡道、弯道、隧道等不同线路条件下的列车运行情况进行仿真分析,结果证明了该模型的有效性。     

高速铁路牵引供电系统谐波及其传输特性研究

随着高速铁路的高速度、大容量、高密集网络化发展,高速机车引起的牵引网谐波放大、谐振问题越发严峻.为考察牵引网谐波传输特性,在分析谐波传输理论的基础上,利用Matlab/Simulink建立通用的高速动车组(electric multiple unit,EMU)与牵引网的联合仿真模型,通过对高速动车组的不同工况和不同出力下的谐波特性进行仿真分析,验证了模型的正确性.在联合仿真模型的基础上,分别针对机车位置固定、不同机车位置和不同牵引网长度3种情况下的谐波电流传输特性进行仿真分析,结果表明:联合仿真模型较恒电流源模型、恒功率源模型更符合牵引供电系统的实际.该研究结果对降低和避免牵引网谐振带来的危害有一定的参考价值.     

高速列车再生制动工况时牵引供电系统谐波传输特性分析

电气化铁路牵引负荷是电力系统中的主要谐波源之一,再生制动时高速动车组作为特殊情况下的牵引负荷带来的谐波问题更加突出。在建立高速动车组和全并联自耦变压器牵引网模型的基础上,仿真分析了高速动车组牵引工况和再生制动工况时牵引供电系统中的谐波特性及其传输情况,并从理论上分析了谐波传输的机制。结果表明,高速列车再生制动工况时会在牵引网供电系统中引起更大的谐波畸变,但谐波的放大趋势与动车组的工况无关,当某次谐波的频率与牵引网的结构相匹配时,则会在系统中出现谐振现象。     

高速铁路电能质量调节装置低压试验模型研究

针对高速铁路牵引供电系统给电网带来的负序、谐波等电能质量问题,研制出一种高速铁路电能质量调节装置低压试验模型,深入研究了负序谐波补偿原理、试验模型主电路拓扑结构和控制方法。试验模型主电路由3个单相背靠背H桥构成,然后通过单相变压器接入牵引网。模型的一个交流侧采用定直流电压控制策略,另外一侧采用定有功功率输出控制策略,对所提出试验模型进行了仿真和试验研究。仿真和试验结果表明,所提出的主电路结构及控制方法是有效的,试验模型能够实现负序和谐波的综合补偿。     

高速动车组网侧电流谐波特性的研究

研究了高速动车组注入牵引网电流的谐波特性。分析了两电平及三电平4象限变流器的主电路拓扑及控制策略。利用双边傅立叶级数法,给出了两种4象限变流器网侧电流的谐波公式,总结了谐波分布规律。编制了CRH2和CRH5型动车组4象限变流器的仿真软件,研究了不同牵引和制动功率下,网侧电流的THD及各次谐波电流大小,验证了理论分析的正确性。     

高速铁路牵引供电系统负序概率模型

为了研究高速动车组作为大功率单相非线性负荷引起的电力系统三相电流不平衡问题,通过对V/v接线牵引变压器负序电流的分析,引入随机过程,建立了牵引变电所负荷和负序电流概率模型。利用统计推断解析和模拟负序电流的概率分布,并进行了仿真分析,得出了V/v接线方式高速铁路牵引供电系统的负序电流与功率因数的影响关系和电流不平衡度的主要分布情况。结果表明,该牵引变电所负荷和负序电流概率模型,具有较强的适应性和适用性,能够比较真实地模拟高速铁路的运行特性和负序电流分布情况。     

再生制动对同相供电系统电能质量影响研究

同相供电系统可提供牵引供电网中的负序电流、无功电流、谐波的补偿以及解决电分相问题。本文介绍了单相组合式同相供电系统和列车再生制动工作原理,通过建立仿真模型,分析了列车处于再生制动工况下对同相牵引供电系统及电力系统三相不平衡度、功率因数和谐波的影响,验证了同相供电系统在列车再生制动工况下,不改变控制策略解决电能质量问题的有效性。     

计及弓网二次燃弧的高铁车网建模与电磁暂态影响研究

针对高铁弓网燃弧造成的电磁暂态现象,基于多导体传输线(MTL)理论对计及弓网二次燃弧的牵引网回路进行车-网建模仿真研究。推导高铁全并联自耦变压器(AT)供电方式下牵引网MTL链式集总π型网络矩阵参数;根据CRH2型动车组结构参数,结合动车组实际运行过程中车体、钢轨、牵引网三者之间的相对位置分布及电气参数关系,在MATLAB/Simulink上建立精确的高速铁路车-网链式参数仿真模型。以二次燃弧为主,仿真分析燃弧对牵引网电压、动车组车体电势、轮对泄流、轮对间轨电位差的影响,结果表明:所建模型可有效模拟高速铁路中稳定的工频工况及弓网离线期间一次燃弧和多次燃弧的电磁暂态现象。     

光伏接人牵引供电系统谐波交互影响及其适应性分析

为了分析光伏接入牵引供电系统的谐波交互影响及其适应性,基于谐波传输理论,建立了系统谐波电流分析模型;利用MATLAB/Simulink搭建了光伏-全并联自耦变压器牵引网-动车组耦合系统的联合仿真模型,并验证了模型的准确性;在此基础上,分别针对牵引侧、光伏侧的动态工况进行仿真,对比分析了光伏接入前/后系统谐振及谐波放大特性、牵引网稳态电压分布、不同母线侧谐波电压/电流畸变情况以及光伏逆变器的耐受能力。通过实测数据对牵引供电系统接纳光伏的能力进行算例分析,结果表明:当光伏的装机容量较小时,光伏发电系统与牵引供电系统之间谐波的交互影响较小,两者均表现出较好的适应性。     

不同牵引变压器接线方式的应用研究

选择某地区实际电网,建立了典型牵引供电系统和公用电网的PSCAD/EMTDC仿真模型,所谓典型公用电网,是指通过大量的资料搜集和整理,得到的电能质量问题突出,特别是电气化铁路负荷较重,且电网结构比较薄弱的某地区电网.采用上述仿真模型进行仿真,得到变电站母线谐波情况,将仿真结果和实际测试数据进行了对比,仿真结果表明所建立模型可以很好地反映牵引供电系统的谐波情况和负序影响等.验证了所建立仿真模型的可靠性.利用所建立模型详细分析了不同接线牵引变压器对公用电网产生的谐波和负序影响,并从谐波、负序等电能质量污染因素和经济因素综合评价,得到Scott接线和阻抗匹配平衡牵引变的综合性能最好.仿真分析结果具有较高的可信度和工程参考价值.     

牵引网低频振荡及其抑制方法的仿真分析

针对我国电气化铁路交直交机车引发的牵引网低频振荡现象,结合CRH5型动车组低频振荡的现场测试数据,设定合理的CRH5型动车组网侧整流器控制参数,使用Matlab/Simulink建立了车网系统时域仿真模型,并成功再现牵引网低频振荡现象。通过对车网模型的仿真研究,探讨了CRH5型动车组网侧整流器控制参数对车网系统振荡行为的影响。最后提出通过适当调整网侧整流器控制参数与增设功率振荡抑制环节2种抑制低频振荡的方法。     

考虑牵引网谐波耦合的动车组辅助变流器启动特性分析

动车组辅助变流器运行在谐波含量较高的线路时频繁出现启动失败故障,线路试验结果表明牵引网高次谐波含量与启动失败存在相关性。为研究牵引网谐波电压对交直交型辅助变流器启动过程的影响,首先建立了车载单相变压器谐波模型,分析了牵引网谐波对车载牵引变压器辅助绕组的渗透特性。建立辅助变流器滤波电路谐波模型,对其串联谐振进行理论分析。建立单相不控桥式整流电路的数学模型,理论分析了交流侧谐波对不控整流电路的影响。对发生辅助变流器启动故障的CRH某型动车组的进行测试,对电压进行了谐波分析。根据实测数据对交直交型辅助变流器预充电过程进行仿真分析,与理论分析结果进行了对比。研究结果表明,牵引网谐波会明显渗透到车载牵引变压器辅助绕组,当滤波电路参数与牵引网谐波不匹配时,将激发滤波电路串联谐振,使滤波电容电压严重畸变,会使变流器不控整流阶段的直流侧电压升高,导致辅助变流器出现预充电启动失败故障。对深入研究谐波环境下动车组辅助变流器特性及滤波电路元件参数选取具有一定的指导意义。     

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。     

高速牵引供电系统建模及其运行参数对电网谐波的影响

本文在对牵引供电系统中交直交机车运行原理分析的基础上,建立了以有功功率、功率因素、直流侧电压3个指标作为参考的CRH380B型机车简化模型,并采用PSCAD/EMTDC搭建了电力机车-牵引网-电网牵引负荷联合仿真模型,通过仿真分析了运行参数AT变压器漏抗、外部电源容量(电网容量)、牵引变压器容量对电网电流谐波的影响。仿真结果表明,AT变压器漏抗、牵引变压器容量对电网电流谐波有影响较大,而外部电源容量对电网电流谐波的影响较小。     

高铁供电系统的不平衡负序电流 对电力系统的影响

针对高铁供电系统的不平衡负序电流对电力系统影响问题,从理论分析和仿真计算两个方面研究了高铁牵引站不平衡负序电流对电力系统的影响;在理论分析上,建立了V/X接线方式的高速铁路牵引供电系统的数学模型,提出了一种V/X接线方式下注入电力系统的负序分析方法;在仿真计算上,采用PSCAD/EMTDC完成了吉林延边地区5个高铁牵引站对电力系统影响的计算。研究结果表明,延边地区的5个高铁牵引站对电力系统的影响的情况不同,公共连接点短路容量比较小的供电系统的三相电压不平衡度存在超标的现象。