高速铁路牵引负荷概率分布特性及其应用研究

摘要

随着科技不断发展，高速铁路的普及已经成为社会发展的必要趋势。而我国处于可持续发展的关键阶段，研究高速铁路对于综合交通运输体系建设来说是必不可少的一部分。在建造新的牵引变电所的规划过程中，对于牵引负荷造成电能质量影响的研究有着更高的要求，因此研究高速铁路的牵引负荷概率分布特性的方法也需要不断进行探讨与改进。 首先，本文使用大量高速铁路牵引变电所实测数据，利用了随机过程理论以及基于β分布的统计分析方法，对于大量单相接线形式变压器，统计计算高速牵引负荷馈线电流 95%概率大值的经验计算值，再利用公式推导不完全β函数，查表得到基于β分布的牵引负荷馈线电流 95%概率大值的计算值，通过对比以及误差计算实现测与算的统一。 本文考虑再生工况下，通过统计分析牵引过程再生时长以及研究当负序电压不平衡度分别取最大值以及95%概率大值时，负荷两臂电流的分布情况，观察再生制动对于负序电压不平衡度的影响。通过研究发现，对于高速铁路，再生制动时长占全日时长较短，并且对于馈线负序电压不平衡度影响较小。 由于牵引负荷样本数量多，并且接线方式等条件不同，通过研究发现可以利用牵引负荷样本的各阶矩结合牵引其数字特性参数作为指标，采用模糊 C 均值方法进行聚类，通过聚类后的数据挖掘发现，聚为一类的样本数据在概率分布特性上呈现相近的趋势。并且利用聚类评估指标判别选取不同阶矩及不同聚类方式对于聚类分析结果产生的影响，发现使用牵引负荷样本的各阶矩结合牵引其数字特性参数进行聚类分析的聚类效果是相对最佳的。 在研究牵引变压器容量设计时，设计标准给出的通用典型负荷曲线往往不考虑牵引变压器的不同分布特性，因此本文对于已经聚为一类的牵引负荷，由于聚类中样本概率分布特性相近，考虑设计适用于一个聚类的牵引变压器典型负荷曲线。过去的研究中典型负荷曲线往往具有周期性，而通过研究已经完成聚类样本的馈线电流波形，聚为某类的牵引负荷馈线波形空载区段较为集中，且全日不呈现周期性。考虑设计一种分段式的基于不同聚类的牵引变压器典型负荷曲线，使得其空载时段与馈线电流空载时段相对应，并利用牵引分布特性计算阶梯数值。以最新铁路设计标准为对照，计算绕组热点温度，并通过热点温度计算绝缘老化率及寿命损失。相对于设计标准给出的典型负荷曲线，设计的基于不同聚类的典型负荷曲线的负载系数选取更加合理，且寿命损失较低，证明了该方法的可行性。

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