高速铁路牵引网谐波谐振模型及谐振特性研究

数字化仿真是研究牵引供电系统谐波谐振问题的重要手段,建立准确的仿真模型对谐波谐振问题有重要的意义。以AT供电方式为例,应用自然切割的思想分析牵引网的网络结构,结合多导体传输线理论,通过计算分布参数下多导体传输线系统的传输参数方程提出针对牵引网谐波谐振研究的不对称π型等效模型。在此基础上比对实测结果和仿真结论,验证模型的准确性,并归纳总结了牵引供电系统谐振频率、过电压和过电流等谐波谐振特性。     

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.     

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。     

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。     

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.     

电铁谐波的测量与仿真分析

为了分析电力机车产生的谐波对电力系统的影响,以某牵引变电所普通的Ynd11型变压器接线为例,从动态的过程对牵引供电系统和电力机车进行建模仿真,分析了注入110 kV侧的不平衡谐波电流和电压;通过模型的仿真结果和实际测量数据对比验证了模型的正确性;同时,针对机车不同牵引功率,仿真分析了其对电力系统影响,包括电流谐波、电压谐波和负序电压变化.结果表明:电流、电压谐波随着功率的增加呈曲线增加,其变化趋势复杂;而负序电压含量变化近似一条直线,与功率的变化成正比.     

牵引网谐波模型及其仿真计算

以圆导线内阻抗的计算方法为基础,结合牵引网中多导体传输的特性,构建了牵引网的链式网络模型,并给出了链式网络切面分割方法及其切面上导线注入电流源的模拟方法.考虑到钢轨对地泄露电导较大,文中采用了精确的π形等值电路来模拟,不仅获得了较高的计算精度,而且也有效地减少了计算量.以此模型为基础对几种供电方式的牵引网进行了谐波电流、电压的分布仿真计算.仿真结果与实测结果吻合,验证了所建模型的准确性,并根据仿真结果得出了相关结论.     

新型双边供电系统谐波谐振特性分析

为研究双边供电系统的谐波谐振发生机理,介绍了一种在牵引馈线串接电抗器的新型双边供电系统的结构与工作原理,通过建立系统谐波沿牵引网传输的数学模型,分析了系统谐振发生机理,通过搭建系统仿真模型,研究了在不同条件下新型双边供电系统的阻抗频率特性以及高次谐波电流在牵引网中的传输特性。分析结果表明,牵引网长度越长,新型双边供电系统的谐振频率越小;当注入与系统谐振频率相近的谐波电流时,系统将发生谐振现象,谐波电流向两侧牵引变电所传输过程中均发生严重放大。     

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。     

考虑滤波器的牵引供电系统谐波模型及应用

高速铁路系统中的交-直机车和交直交机车混跑产生的高次谐波可能会引起牵引网谐振和谐波电流放大,影响高速铁路高速、重载的发展。针对目前高速铁路中的高次谐波谐振和谐波电流放大现象,对谐波电流的放大倍数进行理论推导。首次从数学公式方面推导了考虑滤波器在内的牵引供电系统的谐波模型。基于此模型以牵引网的谐波总畸变率为优化标准,10%畸变率为优化目标,对牵引供电系统中新型阻波高通滤波器接入在首端和末端的参数选择进行优化,提出一种有效选取滤波器参数的方法。研究结果表明滤波器电阻值选取较小时,对滤波器容量的要求越大。     

交流牵引供电系统仿真通用数学模型及其应用

对交流牵引供电系统进行统一的数学建模,是实现数字化仿真的关键。以多导体传输线模型为基础,构建了适用于不同供电方式的牵引网统一数学模型;基于牵引变电所端口电气量通用变换关系,推导了适用于不同变压器接线形式和不同相序接入的牵引变电所通用等值电路;在链式网络结构的基础上,建立了交流牵引供电系统仿真通用数学模型,并改进潮流计算方法。以此为基础,开发交流牵引供电仿真软件。实例计算表明,该模型具有良好的通用性和较高的精确度,适用于高速、重载电气化铁道牵引供电系统仿真。     

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。     

基于阻抗分压原理的牵引网谐波谐振研究

为了研究牵引网谐波谐振特性,建立了基于戴维南谐波电压源模型的牵引供电系统车网互联谐波电路模型,采用阻抗分压原理分析了牵引网谐振过电压的产生机理。利用Matlab/Simulink仿真软件研究了牵引网谐波谐振特性及谐振过电压现象。仿真结果表明:当机车变流器交流侧电压谐波含量较大的频率与牵引网谐振点频率重合时,将导致车顶网压谐波含量较大从而造成牵引网谐振过电压的出现,通过改变机车变流器斩波频率或供电臂长度可以抑制牵引网谐振过电压。     

高速铁路高通滤波器接入位置研究

目前我国高速铁路普遍采用高通滤波器来抑制牵引网谐振及机车谐波电流放大现象,但是研究多局限于高通滤波器的改进上,忽视了滤波器接入位置对谐波抑制及电流放大倍数的影响。推导了高通滤波器接入高速铁路不同位置时,由牵引变电所处看进去的牵引供电系统谐波阻抗及电流放大倍数的数学表达式。在此基础上讨论了牵引供电系统谐波阻抗模值、谐振频率点及电流放大倍数在高通滤波器接入牵引网不同位置时与高通滤波器种类、机车所在位置的关系。研究表明,高通滤波器接入机车时有最好的谐波抑制效果与最小的电流放大倍数。     

基于有源滤波器自适应阻抗重塑的高速铁路谐波谐振抑制

针对电力机车和牵引网阻抗参数耦合所引起的牵引供电系统的谐波谐振现象,首先基于阻抗分析法建立了有源滤波器、电力机车和牵引网的小信号阻抗模型,使用广义奈奎斯特判据分析了牵引供电系统谐波谐振的机理以及有源滤波器对牵引供电系统谐波谐振的影响。其次,提出一种基于阻抗重塑的牵引供电系统谐波谐振抑制方法,通过并网点电压前馈的方式在有源滤波器中引入虚拟阻抗,并利用自适应参数设计提升了虚拟阻抗对动态系统的适应性。最后,在Matlab/Simulink中搭建了“牵引网-电力机车-有源滤波器”统一仿真模型,验证有源滤波器的自适应阻抗重塑对谐波谐振抑制的有效性。     

磁集成式LCL滤波器在牵引网高次谐波抑制中的应用

为抑制机车牵引变流器流入牵引网的高次谐波,减少滤波器占用机车的空间,提出一种磁集成式LCL滤波器新方案。为抑制LCL滤波器固有谐振尖峰,提出一种基于无电容电流传感器的有源阻尼瞬态直接电流控制方法;针对LCL滤波器占用空间过大的问题,将牵引绕组端口电感用作第一电感,通过磁集成技术将第二电感集成到牵引主变压器中以减少空心电抗器占用空间;通过Ansoft和MATLAB软件对采用磁集成式LCL滤波器的牵引传动系统进行场路耦合仿真。仿真与实验结果表明,磁集成式LCL滤波器不仅能够有效抑制机车注入牵引网的高次谐波,而且克服了传统LCL滤波器占用空间大的缺点。