多车车网耦合系统高次谐波谐振规律研究

摘要

随着我国电气化铁道建设的迅速发展，交直交型机车越来越广泛地应用在全国的高速铁路中，由于高速列车与牵引供电系统参数匹配不当而引起的高频谐波谐振现象也日益突出。谐波一直来都是电气化铁路中的主要电能质量问题之一，目前已有许多文章研究了单车运行时的谐波谐振问题，但是实际过程中同一供电方向还存在多车运行的情况。本文基于大量实测数据，分析了多车运行时牵引负荷的特征参数、谐振时机车的位置与频谱分布，并通过仿真模型研究了多车车网耦合系统的谐波谐振规律，这对于分析多车运行时的谐波谐振问题能起到重要的参考作用和指导意义。　　本文首先交代实测数据的来源以及简要介绍了本文用到的一些数据处理、统计、抽样知识，列出了描述牵引负荷常用的特征参数；然后对比分析了单车、两车运行时牵引变电所谐波实测数据的特征参数，总结两者之间的区别；接着根据电压峰值曲线图找出发生谐振的时段，并参考列车运行时刻表分析了发生谐振时段机车的位置，通过谐振时段的谐波频谱图总结其分布特征；运用参数法对机车电流进行拟合，并采用Montecarlo模拟法对机车电流进行随机抽样，该抽样方法将用于仿真模型的验证中。　　针对多谐波源叠加时机车注入谐波电流的相角随机变化的问题，提出了一种电气化铁道中同次谐波电流叠加方法用于计算多车仿真时的电流结果，并通过与实测结果的对比说明该方法相比国标推荐的算法要更加准确。根据实际情形搭建了车网耦合模型，牵引网供电方式为复线带回流线的末端并联直接供电，机车模型为诺顿等效模型，通过单车运行时馈线电流仿真值与实测值的对比验证了该模型的正确性。最后以单车时的仿真结果作为对比，研究了多车车网耦合系统的谐振点、谐振频率、谐波放大倍数、谐波传递系数以及机车位置变化、供电方式改变时表现出的谐波谐振规律。

目录

声明

第1 章 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.3 本文主要的研究内容

第2 章 牵引供电中常用的数理统计知识

2.1 实测数据的来源及概述

2.2 牵引供电计算中常用的特征参数

2.3 蒙特卡洛法

2.4 常见的分布函数

2.4.1正态分布

2.4.2对数正态分布

2.4.3贝塔分布

2.4.4伽马分布

2.5 核密度估计和重要抽样

2.5.1核密度估计

2.5.2重要抽样法

2.6本章小结

第3 章 牵引负荷的特征参数及机车电流抽样

3.1 牵引负荷主要谐波电流、电压的特征参数统计

3.1.1馈线谐波电流特征参数统计的对比分析

3.1.2二次侧母线谐波电压特征参数统计的对比分析

3.1.3等效谐波阻抗

3.2 系统谐振时牵引负荷谐波电流、电压的特征

3.2.1谐振时机车的位置及频谱分布

3.2.2谐振时馈线谐波电流特征参数统计的对比分析

3.2.3谐振时母线谐波电压特征参数统计的对比分析

3.3 电力机车电流的概率模型及随机抽样

3.3.1机车电流的概率模型

3.3.2机车电流的随机抽样

3.4 本章小结

第4 章 电气化铁道中同次谐波电流叠加计算

4.1 牵引负荷的谐波电流分布特性

4.1.1谐波电流散点分布图

4.1.2谐波电流相角的概率密度函数

4.2 谐波叠加计算

4.2.1谐波矢量叠加

4.2.2基于蒙特卡洛的谐波叠加计算

4.3 谐波叠加计算结果及验证

4.3.1计算结果

4.3.2实测数据验证

4.4 本章小结

第5 章 多车车网耦合仿真及其谐振规律研究

5.1 牵引供电系统和电力机车仿真模型

5.1.1牵引供电系统的结构

5.1.2带回流线的末端并联直接供电

5.1.3外部电源和牵引变电所的仿真模型

5.1.4牵引网的仿真模型

5.1.5电力机车的仿真模型

5.2 车网耦合仿真模型的验证

5.2.1车网耦合仿真模型的验证流程

5.2.2仿真结果与实测谐波数据的对比验证

5.3 多车车网耦合系统谐振规律的研究

5.3.1谐振点的位置及谐振频率的研究

5.3.2谐振点的谐波放大特性

5.3.3谐波电流传递特性的研究

5.3.4机车位置变化对谐振点电压的影响

5.3.5全并联供电方式对系统的影响

5.4 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