牵引供电系统负荷模型及其接入电力系统的影响

摘要

近年来高速铁路因具有运距远、乘车环境舒适、低碳环保等优势在我国得到了飞速发展。作为一种非线性负荷，牵引负荷对电网的冲击较强，同时也表现出较强的随机性。通过建立高铁牵引负荷的概率模型，从概率统计理论的角度研究其负荷特性，将其与概率潮流算法相结合可有效评估牵引负荷接入后对电网各节点电压、支路潮流的影响。
　　首先，构建机车-牵引供电系统仿真模型以及牵引负荷概率模型。前者主要对牵引变电所接线形式、牵引电力传动系统结构、变流器控制方法进行分析，并在其基础上搭建机车、牵引变电所、牵引网的仿真模型，分析不同工况下馈线电流谐波分布特性。后者则包含了概率模型建模和模型参数辨识算法研究。其中使用对数正态分布拟合牵引网馈线电流数据，并依据机车类型对特征谐波含量进行抽样进而模拟谐波电流。牵引变电所概率模型则由行车密度和单车功率联合进行描述，以模拟数据的概率密度值与实际数据对应概率密度值之差作为目标函数，引入多种群的粒子群算法以提高参数辨识精度。
　　其次，对概率潮流算法进行研究，对比分析几种概率潮流算法、概率模型数据采样方法、潮流方程输入变量相关性控制及相应改进算法。其中，主要介绍基于蒙特卡洛模拟算法、基于半不变量法以及基于三点估计法的概率潮流算法的核心步骤，并在此基础上引出数据的采样和相关性控制问题。鉴于所用牵引变电站概率模型是行车密度和单车功率的双层模型，提出使用与随机采样相结合的拉丁超立方算法以保证样本的均匀性。同时，针对传统拉丁超立方采样中的排序步骤提出一种基于模拟退火算法的样本排序算法，将样本之间的相关性信息用目标函数的形式进行表示，进而使用模拟退火算法进行寻优。仿真结果表明该方法可以有效控制输入随机变量之间的相关性，解决了使用传统方法无法有效控制牵引负荷之间相关性的问题。
　　最后，分别在IEEE-14节点、IEEE-30节点测试系统中使用基于三点估计法与改进拉丁超立方采样的概率潮流算法分析牵引负荷接入后系统节点电压的变化以及影响因素，并与基于蒙特卡洛模拟的概率潮流算法相比较验证其正确性。模拟结果表明:系统各节点电压越限概率与接入点牵引负荷的容量、位置有关;计及输入变量之间的相关性对支路潮流、节点电压越限概率影响较为明显。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 论文的背景与意义

1．2 牵引负荷概率模型研究现状

1．2．1 馈线电流概率模型建模方法

1．2．2 牵引变电所概率模型建模方法及参数辨识算法

1．3 概率潮流算法研究现状

1．4 论文的主要研究内容

2 牵引供电系统建模

2．1 牵引网供电方式

2．2 牵引变电所

2．2．2 Socct接线的牵引变电所

2．3 牵引电力传动系统

2．3．1 整流器侧SPWM调制

2．3．2 瞬态电流控制

2．3．3 逆变器侧SVPWM调制

2．4 机车-牵引供电系统仿真模型

3 牵引负荷概率模型建模与参数辨识

3．1 概率统计相关理论

3．1．1 离散型的随机变量

3．1．2 连续型随机变量

3．1．3 数学期望与方差

3．1．4 协方差及其相关系数

3．1．5 原点矩和中心矩

3．1．7 正态分布

3．2 馈线电流概率模型

3．3 谐波电流数学模型

3．3．1 谐波电流概率模型

3．3．2 谐波电流模拟结果

3．4 牵引变电所概率负荷模型

3．5 数据拟合算法

3．5．1 基于概率密度值的适应度函数选取

3．5．2 PSOQS算法求解过程

4 基于改进相关性控制的概率潮流算法

4．1 基于蒙特卡罗算法的概率潮流

4．1．1 基于牛顿拉夫逊算法的潮流算法

4．1．2 拉丁超立方采样

4．1．3 基于Nataf变换的输入变量相关性控制

4．2 基于半不变量的概率潮流算法

4．3 基于三点估计法的概率潮流算法

4．3．1 点估计法

4．3．2 基于半不变量及Gram-Charlier级数求取概率密度函数

4．4 改进的相关性控制方法

4．4．1 基于模拟退火算法的相关性控制方法

4．4．2 基于SALHS算法的相关性控制结果分析

5 牵引负荷接入电力系统影响

5．1 基于三点估计法的概率潮流计算

5．2 基于SALHS算法的概率潮流计算

5．2．1 考虑牵引负荷相关性的概率潮流及影响分析

5．2．2 考虑常规负荷相关性的概率潮流及影响分析

结论

致谢

参考文献

攻读学位期间的研究成果