模态分析法在电气化铁路谐波分析与治理中的应用

摘要

谐波谐振一直是电气化铁路迫切需要解决的问题，随着交直交机车投入运行的情况日益普及，其向牵引网注入的谐波电流所造成的危害也日益引起运营和研究部门的重视。与交直机车不同，交直交机车具有谐波频谱范围广、低次谐波含量较低的特点，其注入的谐波电流频率处于牵引网系统发生谐振的频带范围内，易于危害牵引供电系统的安全运行。
　　在研究谐波谐振机理的基础上，运用模态分析法对牵引网谐振特性进行深入的分析。首先讨论了牵引供电系统的等效模型，从牵引网整体链式结构出发，详细分析了牵引变压器的几种常见接线方式的抽象建模、横向连接元件及纵向连接元件的数学模型以及基于carson理论的线路模型化简，为下一步的模态分析仿真做好了充分的准备工作。
　　其次，在牵引供电系统仿真建模的过程中，牵引网分段长度及牵引网线路分布参数在谐波阻抗特性分析研究中常被忽略，牵引网分段处理时单位段长度选取不同将造成节点导纳矩阵的差异，忽略牵引网线路参数的分布特性，也可能对模态分析结果的准确性造成影响。针对上述问题，考虑牵引网分布参数特性，在Matlab/simulink软件平台上建立牵引网等效模型，用模态分析法确定牵引网谐波阻抗特征，最终得出分段方式不同对模态分析结果偏移的一般规律，以及在考虑牵引网参数分布特性时，可以提高模态分析结果精度的结论。
　　再次，运用模态分析法对AT牵引网谐波特性进行了分析，以单线AT牵引网为研究对象，分析当机车从一个短回路移动到下一个短回路时各谐振点的变化情况，以及机车位置对谐振中心的影响。运用模态分析法对越区供电方式下的AT牵引网分析，与正常供电情况进行对比，得出其谐振特性的一般规律。最后讨论了机车运行位置变化时对系统谐振点的影响。
　　最后，对牵引网谐波对公共电网的渗透特性进行了分析，得到了影响渗透情况的几个因素，对阻波高通滤波器加入系统后，对系统模态特性的改变进行了研究，为谐波消除提供参考。最后，对滤波器的参数选型进行了讨论，分别分析了电容、电感、电阻值的取值对滤波器滤波效果的影响，最终提出了较为合理的滤波器参数。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题的研究意义

1．2 国内外研究现状

1．3 论文主要研究内容

第2章 牵引供电系统谐波模型

2．1 牵引变电所数学模型

2．1．1 三相YNd11接线牵引变电所

2．1．2 Scott变压器的接线方式

2．2 牵引网导线基本参数计算

2．2．1 牵引网阻抗计算

2．2．2 牵引网单位长度分布电容

2．3 牵引网谐波模型

2．3．1 牵引网输电线路谐波等效模型

2．3．2 牵引网并联元件谐波模型

2．4 牵引网传输线系统的等效降阶

2．4．1 基于Carson理论的等效降阶

2．4．2 牵引网悬挂系统等效降阶

2．5 本章小结

第3章 影响电气化铁路牵引网模态分析结果的因素分析

3．1 模态分析法

3．2 分段方式及影响

3．3 不考虑线路分布参数的仿真

3．3．1 线路参数及建模

3．3．2 分段差异与谐振频率关系

3．3．3 分段方式对传递范围的影响

3．4 考虑线路分布特性的仿真

3．5 本章小结

第4章 模态分析法在AT牵引网谐振特性研究的应用

4．1 AT牵引网概述

4．2 AT牵引网系统等效模型

4．3 AT牵引网谐波特性分析

4．4 机车运行过程中影响因子变化情况

4．4．1 各关键模态解耦

4．4．2 影响因子传递情况

4．5 越区供电情况下AT牵引网谐波特性分析

4．5．1 谐振特性

4．5．2 机车运行对谐振的影响

4．6 本章小结

第5章 电气化铁路谐波抑制研究

5．1 谐波电流对一次侧的渗透作用

5．2 谐波抑制方法

5．3 阻波高通滤波器

5．3．1 阻波高通滤波器模态特性

5．3．2 阻波高通滤波器在AT3处时模态特性

5．3．3 阻波高通滤波器在牵引变电所处的模态特性

5．4 阻波高通滤波器选型

5．4．1 滤波器参数与阻抗

5．4．2 滤波器参数与滤波效果

5．4．3 滤波器参数与滤波器有功、无功和基波电流

5．4．4 阻波高通滤波器综合选型

5．5 本章小结

结论与展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文