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。     

弓网离线对牵引传动系统的影响

离线时间长短严重影响动车组受流质量,目前离线时间的划分主要根据运行管理经验,尚无理论分析。基于现场测试数据和MATLAB仿真软件,建立了包含弓网离线电弧和列车牵引变流器的仿真分析模型,分析了弓网离线时的过电压与谐波,以及离线对牵引变流器直流侧电压的影响。结果表明:弓网离线和恢复过程均有约1.3倍的过电压产生,并伴随有大量的谐波反馈到接触网上;牵引变流器直流侧压降速度随列车行驶速度的增加而呈指数增大,250 km/h以上行驶速度时1 000 V压降所需时间已经下降到100 ms以内;相同离线时间下,列车行驶速度愈大离线恢复时直流侧电压冲击和震荡愈大。上述分析表明,离线时间的划分应考虑列车行驶速度的影响,越高时速下,离线时间应作越严格的限制,以保证列车良好的受流质量。     

高速铁路弓网离线电弧电磁辐射特性的试验研究

高速铁路系统电磁环境十分复杂,其中弓网离线电弧产生的电磁辐射是高速铁路系统最重要的电磁干扰源之一。利用高速弓网关系试验台开展了大电流、高速条件下的弓网离线放电模拟试验,测量了不同牵引电流及不同行车速度下放电辐射场的时域波形,经快速傅里叶变换后得到了离线放电电磁辐射的主要分布频段、分布疏密程度、典型频率值等特征,探讨了放电辐射特性随牵引电流和行车速度的变化规律及原因。研究表明：在大电流、高速条件下,弓网放电电磁辐射能量主要分布于0~100 MHz的频率范围,其中分布最密集频段为45~55 MHz,起弧电磁辐射强度大于熄弧电磁辐射强度;在100~700 A的牵引电流区间内,放电辐射场的幅值随电流增大而增大;相同牵引电流下,频域峰值对应的频率值随车速增大而逐渐变小。该研究结果为弓网电弧电磁辐射干扰的机理研究以及防护提供了试验数据和参考依据。     

基于磁流体动力学模型的弓网电弧温度场仿真

笔者针对弓网电弧产生的瞬时高温严重烧蚀受电弓滑板和接触网导线的问题展开研究。以磁流体动力学(MHD)理论为基础,考虑电弧的基本物理特性及电磁效应、热效应和辐射效应,建立了静态弓网电弧二维磁流体动力学模型,仿真计算了电弧的温度场分布,得到了电弧弧柱和两电极内部的温度分布特性。仿真结果表明,弧柱中心区域温度最高,并逐渐向外衰减;滑板表面温度高于导线表面,两电极表面温度低于弧柱温度;受电弓滑板表面的温度随着滑板材料热导率的增大而降低;电弧区域、滑板和导线上的温度随电流的增加而增大,而两电极之间的电位差基本保持不变。     

基于ATP-EMTP的计及高架桥高速铁路过分相电磁暂态研究

鉴于高速铁路牵引供电系统的线路大量铺设于高架桥上,尝试考虑高架桥桥墩回路与牵引网间的电气耦合对高速列车过分相电磁暂态影响的研究,对行进中的高速列车运行安全具有重要的意义。首先建立了牵引供电回路及高架桥桥墩回路的等效模型。其次重点分析和求取了高架桥桥墩耦合系数和各个电气参数。最后利用ATP-EMTP搭建高速列车过分相各暂态过程的车-网-桥耦合集中参数模型。仿真对比分析了计及高架桥和无高架桥高速列车过分相中的电磁暂态过程及其影响因素。仿真结果和对比分析表明,高架桥回路为过分相的高频暂态分量提供有效泄流通道,明显降低了高速列车弓头过电压幅值。     

基于熵测度的地铁弓网燃弧电流扰动分析

城市轨道交通大多采用弓网(受电弓与接触网)接触方式向电力机车供电。当弓网分离时,将造成燃弧发生和牵引电流扰动,恶化机车受流。针对地铁直流牵引电流特征,提出了一种改进的小波包奇异熵算法,并用于燃弧牵引电流处理分析,得出牵引电流扰动指标Γ。根据非接触式弓网燃弧检测系统采集广州地铁现场试验数据,分析结果表明:改进后小波包奇异熵能直观、有效地提取牵引电流扰动特征;扰动指标Γ能有效反映牵引电流扰动程度,衡量机车受流质量;牵引电流扰动指标Γ与燃弧紫外能量呈幂函数关系,燃弧紫外能量越大,扰动越严重,特别当燃弧紫外能量超过400 m J时,牵引电流扰动Γ急剧上升,机车受流受到严重影响。     

基于电磁场分析法的变电站接地网状态诊断试验研究

针对变电站接地网故障频发、危及电力系统安全的问题,介绍电磁场分析法的基本原理及检测系统,并应用该方法对某500kV和110kV变电站进行试验,结果表明在接地网图纸未知的情况下,采用电磁场分析法可以推断接地网结构、确定地下导体位置、诊断接地网导体断点和接地网腐蚀程度.     

基于SOA-SVM的弓网电弧识别方法

受电弓-接触网作为牵引供电系统的重要组成部分关系着高速列车的安全与稳定,及早的对弓网电弧进行识别对于保障列车稳定运行具有十分重要的意义。通过计算更符合列运实际的“Z”字摩擦速率并对列车的运行时速、接触压力及接触电流依次进行单变量调整,模拟了4种不同工况的弓网受流实验。基于实验数据,从特征供给和参数优化两方面出发：首先,利用D-score评估准则对电流特征进行对比,筛选出电弧识别特征及其显著区间;其次,设计样本定容环节考察特征信息的完备性;最后,利用海鸥算法(seagull optimization algorithm, SOA)优化支持向量机(support vector machine, SVM)对弓网电弧建模识别。经测试结果与对比分析得出,SOA-SVM能够快速、有效的对弓网电弧建模识别,平均识别水平达98.5%、总体识别水平在97%以上。     

基于模糊层次分析法的接地网状态评估研究

评价接地网安全性的特征参量包括接地阻抗、导通电阻、跨步电压和接触电压等,但单一的指标并不能表现接地网状态的好坏,需要综合考虑各个参量.本文利用模糊层次分析法建立了接地网层次分析模型,将变电站的初始特征参量和规定的特征参量阈值进行组合,构成层次分析模型最低层的五个方案,按照禁忌搜索算法逐次迭代找出五个成对矩阵内的最优元素...     

基于Hilbert分形天线的弓网电弧电磁辐射研究

弓网(PC)电弧带来的电磁干扰会影响到车载数字设备的正常工作。因此,有必要研究弓网电弧的电磁辐射特性。首先,基于ANSOFTHFSS仿真软件建立仿真工程,设计了一种用于监测电弧电磁辐射的4阶Hilbert分形天线。其次,搭建了弓网电磁辐射信号测量实验装置,以铜合金接触导线-纯碳滑板为研究对象,在不同试验电流及不同电极间距下,分别开展多组弓网电弧辐射电磁实验。对采集到的电磁辐射时域脉冲信号进行快速傅立叶变换,提取频谱分布范围及典型频率值。研究结果表明:弓网电弧电磁辐射频段主要分布在0～160 MHz,特别是在0～40、60～100 MHz频段内强度较大。改变试验电流和电极间隙,电弧电磁辐射频谱分布整体相似,且频域峰值都出现在18MHz。通过对电磁辐射的实时监测,可获得电弧发生时刻和持续时间等信息,提供了一种有效的弓网电弧监测方法,有助于对弓网系统受流水平进行评价。     

高速铁路全并联AT牵引网状态测控方案与仿真分析

为了有效提高牵引网的供电可靠性和持续性,针对现有高速铁路牵引变电所继电保护系统所存在的不足,提出了一种全并联AT牵引网状态测控系统方案。通过阐述其基本原理和系统构成,利用故障潮流符号值法,给出了各种类型牵引网短路时的故障判断方法。结合牵引网分段供电,对一实际工程算例进行了Matlab/Simulink建模和仿真分析。结果表明,该模型能够实现故障切除与恢复供电,达到了缩小停电范围和提高牵引网供电可靠性的目的,验证了该方案的正确性和有效性。     

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。     

基于改进状态空间分割法的继电保护设备拒动风险评估

继电保护设备隐性故障已经成为导致电力系统连锁故障的重要因素.因此,在电力系统的风险分析中,需要突破传统N-1故障设置假设,考虑受继电保护设备隐性故障影响的N-k连锁故障.针对继电保护设备拒动引发连锁故障的问题,首先根据继电保护设备的功能模块建立继电保护设备拒动故障树模型;然后综合考虑元件固有失效率和运行信息,建立继电保护设备拒动概率动态评估模型.基于此,提出一种改进的状态空间分割法对电力系统面临的连锁故障风险进行分析,实现了在枚举空间和抽样空间中进行连锁故障搜索,可提高连锁故障搜索的完备性和风险分析的计算效率.最后,在仿真中验证了所提方法的有效性.     

基于谐波分析法的高速变频电机铁耗计算方法

提出了一种计算非正弦供电时的高速变频电机铁耗的简单而有效的方法。该方法以谐波分析法为基础，能够综合考虑电源谐波、电机铁芯饱和以及集肤效应的影响，具有较高的精度。与有限元法计算结果的比较表明，该方法具有较高的精度。     

弱电网下基于谐波状态空间模型的光储-虚拟同步发电机稳定性分析与优化控制研究

虚拟同步发电机(virtual synchronous generator, VSG)技术因提供阻尼和惯量而被广泛用于新能源并网逆变器。光储并入弱电网易发生频率耦合等问题,因而VSG并网稳定性分析变得更加复杂。针对光储并入弱电网系统,考虑频率耦合,在dq域中建立基于谐波状态空间(harmonic state space, HSS)理论的多时间尺度虚拟同步发电机模型。采用归一化参数灵敏度分析法,揭示功率环、电压环和低通滤波中虚拟惯量J、虚拟阻尼Dp、下垂系数Ku、比例系数kpu和截止频率ωc等关键控制参数根轨迹的特性和电网强度对系统稳定性的影响。并通过调整优化控制参数,提高系统稳定性。最后在Matlab/Simulink仿真平台验证谐波状态空间模型精确度和关键参数根轨迹特性。     

基于广义状态空间平均的LLC谐振变换器建模及稳定性分析

LLC谐振变换器在航空航天领域中广泛应用,但LLC谐振变换器固有的非线性特性及输出“小纹波”易造成系统失稳。为准确分析LLC谐振变换器非线性特性及输出“小纹波”问题,引入广义状态空间平均(generalized state space averaging, GSSA)理论对LLC谐振变换器进行建模,将时域非线性状态空间模型转化为GSSA模型。并推导基于GSSA理论的闭环系统小信号模型。通过特征值分析法及Nyquist曲线对元件参数、控制参数及参数耦合对系统稳定性影响进行分析,再利用仿真对模型及理论分析进行验证。仿真结果表明,建立的广义状态空间平均模型可以考虑到系统中“小纹波”因素,具有更高的精度。稳定性理论分析结果与稳定性分析仿真验证结果一致。     

基于CAPSO-BPNN的计量装置运行状态预警方法

文中选取能反映电能计量装置各类设备运行状态的不同指标,建立状态综合评价指标体系,运用多层次模糊综合评价法对运行状态进行评价。在获得状态评价分值的基础上,建立CAPSO-BPNN预警模型对其未来运行状态评价分值进行预测,参考状态评价标准发出状态警报。文中结合具体算例对预警方法的应用进行了详细说明,经算例分析表明:文中方法具有一定的可行性,可为电能计量装置运行状态预警技术提供理论上的参考依据。     

一种基于牛顿法的交流高速铁路牵引供电潮流计算方法的研究

在采用AT供电方式的交流高速铁路系统中,当有列车快速通过相邻的两个AT时,分析牵引网的电压是非常困难的。在此背景下,探讨了一种在AT(autotransformer)供电方式下,高速铁路牵引供电系统潮流计算的新方法,并在该算法的基础上提出了一种基于牛顿法的改进迭代求解方法。仿真结果说明,改进算法能够达到原算法相同的计算结果,且改进算法具有更快的收敛速度,利用改进后的算法可以正确计算出列车运行时的牵引网电压分布。该改进的计算方法可望在高速铁路牵引供电系统仿真中得到应用。     

Digital filter design with state space method for 1‐bit signal processing based on delta‐sigma modulation

One‐bit signal processing based on delta‐sigma modulation has been studied for hardware implementation of signal processing systems. In the 1‐bit signal processing, finite word‐length problems such as overflow and coefficient quantization error occur. To solve the problems, a new design method with state space is proposed in this paper. Digital filters are designed to show the feasibility of the method. First, the L₁/L₂‐sensitivity is shown to evaluate coefficient quantization error and L₂ scaling constraints to prevent overflow. Second, a state space equation is presented and the L₁/L₂‐sensitivity and L₂‐scaling constraints are extended to take the filter structure and oversampling effects into account. Finally, the proposed method is shown to attain a higher SNR than conventional ones. © 2011 Wiley Periodicals, Inc. Electr Eng Jpn, 175(4): 48–56, 2011; Published online in Wiley Online Library ( wileyonlinelibrary.com ). DOI 10.1002/eej.21075