计及背景谐波及背景负序影响的牵引供电系统谐波与负序评估

摘要

近年来我国高速铁路网快速发展，为高铁牵引供电系统和电力系统的安全稳定运行带来了巨大的挑战。谐波问题和负序问题是高铁牵引供电系统典型的电能质量问题，也是目前牵引供电系统与电力系统共同关注的问题。为此，论文将围绕高速牵引供电系统中的谐波和负序问题，从谐波和负序的测量、分析建模、评估等方面入手并开展本课题的研究工作，主要如下:
　　(1)开发了电能质量测试系统。基于LabVIEW虚拟仪器开发平台和NI Compact-RIO控制器，开发了电能质量测试系统。该系统可实现多电气节点电气量的连续测量、分析与存储等功能，为后续基于实测数据的谐波及负序研究奠定了良好的基础。
　　(2)分析了牵引供电系统背景谐波及背景负序的分布特点并建立了相应的概率模型。基于大量实测数据，分析了背景谐波及背景负序的分布特点，主要包括分时波动性、日周期性和概率分布特性，其中其有效值的概率分布呈现出多峰、重尾、有偏分布。针对这些特性，研究了利用混合偏态分布模型进行分时段建模的方法。建模结果表明，该方法不仅体现了二者的分时波动性，也有效拟合了背景谐波及背景负序的多峰、重尾、有偏特性。
　　(3)建立了牵引供电系统谐波和负序评估方法。考虑到背景谐波及背景负序对公共耦合点处谐波电压和负序电压的影响，借鉴电力系统中谐波责任划分思想，研究了基于独立随机矢量协方差法的牵引供电系统谐波及负序评估方法。基于牵引变电所实测数据，评估了各低次奇次谐波及负序的贡献值，评估结果表明该评估方法能有效评估牵引供电系统对公共耦合点处的谐波电压及负序电压贡献值。
　　(4)分析了各个因素对谐波和负序评估结果的影响规律。基于牵引供电系统数学模型产生的公共耦合点处电压、电流相量，以负序评估为例，采用控制变量法，分析了区域电网、牵引变压器、牵引负荷、牵引供电系统特性等因素对负序评估结果的影响规律。
　　论文充分考虑了背景谐波及背景负序的影响，采用实测数据与仿真数据相结合的方式，验证了该谐波评估与负序评估方法的合理性，有望为将来实现奖惩制度的电能供电方案提供有效的理论依据。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 背景谐波及背景负序研究现状

1．2．2 牵引供电系统谐波及负序的评估

1．3 论文主要工作

第2章 牵引供电电能质量测试系统的开发

2．1 电能质量测试系统的功能需求分析

2．2 电能质量测试系统的基本构成

2．3 谐波及负序分析算法

2．3．1 谐波分析算法

2．3．2 负序分析算法

2．4 牵引变电所实测案例

2．5 本章小结

第3章 牵引供电系统背景谐波和负序的分析与建模

3．1 背景谐波分析

3．2 背景负序分析

3．3 混合偏态分布模型及其求解

3．3．1 混合偏态分布模型

3．3．2 混合偏态分布模型特点

3．3．3 混合偏态分布模型参数估计方法

3．4 220kV牵引变电所背景谐波建模

3．4．1 背景谐波相角建模

3．4．2 背景谐波幅值建模

3．5 本章小结

第4章 牵引供电系统谐波及负序评估

4．1 牵引供电系统谐波及负序评估原理

4．1．1 谐波评估原理

4．1．2 负序评估原理

4．2 基于独立随机矢量协方差法的谐波及负序评估方法

4．3 基于实测数据的谐波及负序评估

4．3．1 谐波评估

4．3．2 负序评估

4．4 本章小结

第5章 谐波及负序评估的影响因素研究

5．1 牵引供电系统数学模型

5．2 基于仿真数据的谐波及负序评估

5．3 区域电网对评估结果的影响

5．4 牵引供电系统对评估结果的影响

5．4．1 牵引变压器

5．4．2 牵引负荷

5．4．3 牵引供电系统特性

5．5 本章小结

结论

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果