枢纽型牵引变电所谐波特性分析及治理研究

摘要

随着我国电气化铁路运营规模的不断扩大，建设同时给多条不同等级的电气化铁路供电的枢纽型牵引变电所成为趋势。相较于传统牵引变电所，枢纽型牵引变电所面临更为严峻的谐波问题，具体表现在如下三个方面：1)枢纽型牵引变电所供电线路中运行着众多不同传动类型、工况复杂的电力机车，使得其谐波输出频段更加丰富；2)枢纽型牵引变电所供电区间内运行的电力机车数量更多，造成了枢纽牵引变电所的谐波问题更为复杂；3)枢纽型牵引变电所同一母线连接的供电线路数量(长度)大幅增加，结构更加复杂，极易造成牵引供电系统电抗和电容参数匹配，引起严重的谐振过电压。基于此，本文从不同类型电力机车的谐波输出特性和谐波建模方法入手，研究了枢纽型牵引供电系统谐波建模及潮流解析方法，探讨了不同影响因素对枢纽型牵引变电所谐波特性的影响及相应的谐波治理方案。具体研究内容如下：　　(1)分析了不同传动类型电力机车的谐波输出特性，建立了牵引负荷谐波等效模型。首先，分析了交直型和交直交型电力机车的谐波输出机理。然后，结合CRH2A型动车组受电弓处的谐波电压、谐波电流实测数据，分析了不同工况下动车组谐波电压和谐波电流的幅频特性、相频特性以及交互特性。基于此，应用非耦合谐波诺顿等效建模方法建立了动车组的谐波等效模型，并应用稳健复线性回归方法求解了模型参数。　　(2)研究了枢纽型牵引变电所谐波建模方法和潮流计算方法。首先，根据枢纽型牵引变电所各个元件的运行机理，建立了计及背景谐波的外部电网、牵引变压器、馈线线缆、多供电线路的谐波模型。然后，结合枢纽型牵引变电所的拓扑结构，建立了完整的枢纽型牵引变电所的谐波等效模型。结合牵引负荷谐波模型，研究了谐波潮流计算方法。最后，通过算例分析，验证了建模方法和谐波潮流计算方法的正确性。　　(3)仿真分析了牵引负荷运行条件、机车型号、背景谐波等影响因素对枢纽型牵引变电所谐波特性的影响，探究了枢纽型牵引变电所谐波特性。分析结果表明，枢纽型牵引变电所的谐波问题主要为线路结构复杂造成谐波放大问题以及不同类型电力机车输出的特征谐波叠加和衰减问题。　　(4)针对枢纽型牵引变电所谐波问题，设计了基于无源滤波器的谐波治理方案，并利用滤波效率指标评估了治理效果。研究结果表明，设计的基于C型滤波器与单调谐滤波器组合的治理方案能有效地治理枢纽型牵引变电所谐波问题。　　最后，总结了全文的研究内容，并对下一步的研究计划进行了展望。

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

1.2.1 牵引负荷谐波建模方法研究现状

1.2.2 枢纽型牵引变电所建模研究现状

1.2.3 枢纽型牵引变电所谐波特性研究现状

1.2.4 枢纽型牵引变电所谐波治理研究现状

1.3 论文主要工作

第2 章电力机车谐波输出特性分析及建模

2.1 牵引负荷谐波输出机理

2.1.1 交直型电力机车谐波输出特性

2.1.2 交直交型电力机车谐波输出特性

2.2 基于实测数据牵引负荷谐波特性

2.2.1 谐波幅频特性

2.2.2 谐波相频特性

2.2.3 谐波电压电流交互特性

2.3 牵引负荷谐波建模

2.3.1 基于实测数据的谐波诺顿等效模型

2.3.2 基于复线性稳健回归方法的模型求解

2.3.3 谐波模型及验证

2.4 本章小结

第3 章枢纽型牵引变电所谐波建模及潮流解析

3.1 枢纽型牵引供电系统谐波建模

3.1.1 计及背景谐波的外部电网模型

3.1.2 牵引变压器谐波模型

3.1.3 馈线线缆模型

3.1.4 供电线路模型

3.2 谐波潮流计算

3.3 算例分析

3.4 本章小结

第4 章枢纽型牵引变电所谐波特性分析

4.1 引言

4.2 牵引负荷运行条件对枢纽型牵引变电所谐波特性影响

4.2.1 牵引负荷位置对枢纽型牵引变电所谐波特性影响

4.2.2 牵引负荷行车密度对枢纽型牵引变电所的谐波特性影响

4.2.3供电线路长度对枢纽型牵引变电所谐波特性影响

4.3 牵引负荷交互运行对枢纽型牵引变电所谐波影响

4.3.1 相同型号牵引负荷谐波交互运行

4.3.2 相同传动类型不同型号牵引负荷交互

4.3.3 不同传动类型牵引负荷交互

4.4 背景谐波对枢纽型牵引变电所谐波特性影响

4.4.1 不考虑背景谐波多牵引负荷混合运行

4.4.2 考虑背景谐波多牵引负荷混合运行

4.5 本章小结

第5 章枢纽型牵引变电所谐波治理研究

5.1 引言

5.2 无源滤波器类型及选择

5.3 枢纽型牵引变电所谐波治理方案

5.3.1 枢纽牵引供电系统谐波阻频特性分析

5.3.2 组合滤波器对系统阻频特性的影响

5.3.3 谐波治理方案设计及滤波效果评估

5.4 本章小结

结论及展望

致谢

附录

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果

发表论文

参与科研项目