电气化铁道负序和谐波的基本特征及其检测新方法研究

摘要

电气化铁道具有高速、重载、无污染等优点，很快成为中国铁道发展的主要方向。然而，电气化铁路的牵引负荷为波动性大的单相大功率整流负荷，对于供电系统的影响具有以下特点：(1)不对称性，在供电系统中产生大量负序分量；(2)非线性，在供电系统中产生大量的高次谐波，主要是3、5、7、11、13次；(3)波动性，引发供电系统电压波动；(4)负序功率大，分布广，对电力系统影响较为严重。因此，谐波、无功和负序成为电气化铁道备受关注的三大技术课题。
　　本文将以阻抗匹配平衡变压器、V/V变压器、YND11牵引变压器为主要研究对象，分析其主要特性及运行时谐波和负序的基本特征，并讨论谐波和负序的对电力系统的主要危害，以此说明电气化铁道谐波和负序检测的必要性。通过对已有谐波和负序检测方法的研究分析，提出一种新的基于FBD理论的正负序电流检测方法。具体内容包括以下几个方面。
　　第一，介绍了牵引供电系统的基本模式，对阻抗匹配平衡变压器、V/V变压器、YND11变压器等几种常用牵引变压器做了简单的分析说明，并分析其实际运行时谐波和负序的基本特征。
　　第二，讨论了负序和谐波对电力系统及其用电设备和继电保护装置的影响和危害，以及谐波对通信系统的干扰，提出了负序和谐波检测的必要性。
　　第三，分析了瞬时无功功率理论、自适应电流检测方法的基本理论，并对其在电气化铁道正负序电流检测的使用做出仿真分析。
　　最后，以上述的研究为基础，详细分析了现有的FBD理论方法及其在电气化铁道的使用情况。提出一种新的基于FBD理论基波正负序电流检测法，并以阻抗匹配平衡牵引变压器为主要研究对象，利用MATLAB建模仿真分析，证明其在电气化铁道的使用情况及有效性。同时，对FBD理论、瞬时无功功率理论、自适应方法在电气化铁道的正负序电流检测性能做了一定的比较，从而证明FBD理论在电气化铁道谐波和负序检测的优越性。

目录

文摘

英文文摘

第1章 绪论

1.1 引言

1.2 电气化铁道的负序和谐波的研究现状

1.3 电流检测技术的研究现状与发展趋势

1.4 课题研究的目的和意义

1.5 本文的研究内容

第2章 电气化铁道的典型结构和负荷特点

2.1 牵引供电系统的供电模式介绍

2.2 牵引变压器的主要接线形式及原理介绍

2.2.1 YNdll接线变压器原理

2.2.2 V/v变压器原理

2.2.3 阻抗匹配平衡变压器原理

2.3 电气化铁道牵引负荷的特点

2.3.1 星三角形接线变压器实测情况

2.3.2 V/v接法牵引变压器实测情况

2.3.3 阻抗匹配平衡变压器实测情况

2.4 本章小结

第3章 电铁谐波和负序对供电网络的影响

3.1 引言

3.2 负序分量对电力系统的影响

3.2.1 负序电流对发电机的影响

3.2.2 负序电流对异步电动机的影响

3.2.3 负序电流对电力变压器以及输电线路的影响

3.2.4 负序电流对继电保护装置的影响

3.3 谐波分量对电力系统的影响

3.3.1 谐波对电网的影响

3.3.2 谐波对旋转电机和变压器的影响

3.3.3 谐波对继电保护和电力测量的影响

3.3.4 谐波对通信系统的影响

3.4 本章小结

第4章 适合电铁基波与谐波检测方法的仿真和分析

4.1 引言

4.2 基于瞬时无功功率理论的电流检测方法研究

4.1.1 瞬时无功功率理论介绍

4.1.2 瞬时无功功率理论的应用

4.2 基于自适应干扰对消原理电流检测法

4.3.1 自适应干扰对消原理理论介绍

4.3.2 自适应干扰对消原理用于正负序电流检测

4.3.3 基于自适应干扰对消原理正负序电流检测仿真分析

4.4 基于傅立叶变换电流检测方法

4.5 基于小波分析原理检测法

4.6 本章小结

第5章 基于FBD理论的电流检测方法研究

5.1 FBD基本理论介绍

5.2 基于FBD理论基波正负序电流检测方法研究

5.2.1 基于FBD理论基波正负序电流检测方法理论推导

5.2.2 基于FBD理论基波正负序电流检测方法的验证模型

5.2.3 基于FBD理论基波正负序电流检测方法的仿真结果及分析

5.3 基于FBD理论任意次谐波正负序电流检测方法研究

5.3.1 基于FBD理论任意次谐波正负序电流检测方法理论推导

5.3.2 基于FBD理论任意次谐波正负序电流检测方法的验证模型

5.3.3 基于FBD理论任意次谐波正负序电流检测方法的仿真结果及分析

5.4 上述几种方法的比较

5.5 本章小结

结论与展望

参考文献

致谢

附录攻读硕士学位期间所发表的学术论文