高速铁路牵引供电系统仿真建模与谐波分析

摘要

高速铁路与普通铁路相比，是一种运行速度更快的运输方式。近年来我国的高速铁路发展迅速，使得电气化铁路对牵引供电系统提出了更高的要求。运行于高速铁路的电力机车普遍为交流传动机车，其负载的单相性、非线性、随机波动性明显，且会造成电网公共节点三相电压不平衡、谐波、电压波动等电能质量问题。由于交直交型机车主电路含有大量非线性元件，且机车运行情况复杂，使得高速铁路在从电网获得工频电能的同时，也向公共电网注入了大量谐波。谐波造成的危害对牵引供电系统和电力机车将产生严重威胁，也将影响到高速铁路的正常运营秩序。因此，做好高速铁路牵引负荷的谐波研究工作对于未来铁路运行及设计规划工作有重大意义。
　　本文根据我国第一条高速铁路——京津城际铁路的实际情况，对高速铁路牵引供电系统各组成部分进行了仔细研究，经抽象简化后在MATLAB/Simulink仿真平台中搭建了整个牵引供电系统的仿真模型，以及CRH3型动车组的牵引传动系统动力单元模型。经多次仿真试验之后，采集牵引供电系统电流，并对其进行快速傅立叶算法分析，得到各次谐波电流的含量及其初相角的分布情况。然后利用Lab VIEW编写相关性分析程序，得到多次谐波电流的含量与列车行驶速度之间呈现线性关系，并计算出线性关系表达式。最后利用蒙特卡罗法，分析出各次谐波电流初相角的概率分布规律。本文的研究结果为今后高速铁路的前期设计工作提供了仿真模拟的平台，并且为牵引供电系统谐波的治理工作和滤波器的设计安装提供了参考依据。

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第一章 绪论

1 .1 选题背景与研究意义

1 .2 电气化铁路谐波研究历史及现状

1 .3 MATLAB/Simulink简介

1 .4 本文完成的主要工作

第二章 高速铁路牵引供电系统仿真建模

2 .1 高速铁路牵引供电系统的供电方式

2 .2 供电电源

2 .3 牵引变电站

2 .4 自耦变压器（AT）所

2 .5 高速铁路牵引网

2 .6 高速铁路牵引供电系统模型的建立

2 .7 本章小结

第三章 高速铁路动车组仿真建模

3 .1 CRH系列动车组

3 .2 CRH3型动车组牵引传动系统原理分析

3 .3 动车组运行数学模型描述

3 .4 CRH3型动车组仿真模型的建立

3 .5 本章小结

第四章 高速铁路谐波特性分析

4 .1 高速铁路谐波特性与仿真模型数据采集

4 .2 谐波电流的相关分析

4 .3 谐波电流初相角的概率分布

4 .4 本章小结

第五章 电气化铁路谐波治理措施

5 .1 LC滤波器

5 . 2 静止无功补偿装置SVC

5.3铁路功率调节器（Railway Power Conditioner, RPC）

5 .4 有源滤波器

5 .5 其他改善电气化铁路电能质量的措施

5 .6 本章小结

第六章 总结与展望

6 .1 论文总结

6 .2 研究展望

参考文献

个人简历 在读期间发表的学术论文

致谢