电铁牵引负荷对含风电地区电网的影响研究

摘要

目前，我国一些含高密度风电地区电网，随着电铁的集中接入，导致故障录波设备频繁启动，风电机组跳闸脱网的情况也时有发生，电网公司对此予以了高度重视。因此，开展电铁负载对地区电网及风电场的影响研究工作十分必要，能够作为地区电网规划建设的参考依据。本文基于科技项目围绕电气化铁路对电网及风电场的影响开展研究，并且提出牵引站的电能质量治理建议。
　　首先，为了研究电铁牵引负荷的特性，基于PSCAD/EMTDC仿真平台建立了牵引供电系统模型与SS4型电力机车模型，可以实现电力机车加速/减速、重载/轻载、不同机车追踪间隔等多种情况的仿真。
　　其次，本文开展了地区牵引站的电能质量测试，基于DEWESoft软件对实测数据进行分析，分析结果验证了SS4型电力机车模型的正确性与可行性。
　　针对牵引供电系统当中负序分量突出的问题，本文提出了一种新型的基波负序电流检测方法，该方法的创新点在于充分利用Hilbert变换的性质，从而取代了传统检测法当中的锁相环，降低了锁相环的延时给检测结果带来的不利影响。通过与传统负序电流检测方法的对比分析，证明了本文所提出的方法检测精度与实时性更高。
　　为了研究电铁牵引负荷的电能质量特性，包括谐波特性、三相不平衡特性与电压波动特性，本文通过仿真获得SS4机车在不同运行工况下的电能质量数据。通过对数据的分析，说明了电铁牵引负荷的电能质量特性与电力机车行驶的速度、位置、载重量以及牵引网接入的机车数量的强相关性。
　　为了研究电铁牵引负荷对风电场运行的影响，本文采取理论推导和仿真分析相结合的方法，通过建立典型风力发电系统模型，实现电铁与风电场集中并网的仿真，仿真结果说明了电铁会给附近风电场带来谐波和负序的问题。此外，本文还建立了地区电网的仿真模型，通过将已有的牵引站模型与风电场模型接入到电网进行仿真分析，结果表明了电铁牵引负荷对地区电网及风电场带来较严重的谐波和三相不平衡问题。
　　最后，基于本文的研究结果提出采用三相SVC装置的牵引站电能质量治理建议。

目录

声明

致谢

摘要

1 绪论

1．1 课题研究背景与意义

1．2 电气化铁路概述

1．3 国内外研究现状

1．3．1 牵引负荷特性研究

1．3．2 牵引供电系统仿真分析

1．3．3 电气化铁路对风电场的影响研究

1．3．4 电气化铁路电能质量治理研究

1．3．5 负序电流检测方法研究

1．4 本文所做的主要工作

2 牵引供电系统建模

2．1 外部电源模型

2．2 牵引变压器模型

2．3 悬挂系统模型

2．4 韶山4型(SS4)电力机车

2．4．1 SS4型电力机车建模

2．4．2 SS4型电力机车仿真

2．5 本章小结

3 电气化铁路电能质量主要指标

3．1 谐波

3．2 电压波动

3．3 负序电流

3．3．1 负序电流概述

3．3．2 传统的负序电流检测方法

3．3．3 改进的基于瞬时无功功率理论的ip-iq检测法

3．3．4 仿真比较

3．3．5 改进的基波负序电流检测法的应用

3．4 本章小结

4 电气化铁路电能质量分析

4．1 牵引站现场测试

4．1．1 牵引站简介

4．1．2 录波分析

4．2 电铁不同工况下的电能质量分析

4．2．1 谐波问题

4．2．2 三相不平衡问题

4．2．3 电压波动

4．3 本章小结

5 电铁对风电场运行的影响

5．1 恒速恒频风力发电系统的工作原理

5．2 恒速恒频风力发电系统建模

5．2．1 风机模块

5．2．2 风力发电系统模型

5．2．3 恒速恒频风力发电系统并网运行仿真

5．3 牵引站与风电场联合仿真

5．3．1 电铁负序电流对风电场的影响

5．3．2 电铁谐波对风电场的影响

5．4 地区电网实例仿真分析

5．5 牵引站的电能质量治理建议

5．6 本章小结

6 总结与展望

参考文献

作者简历及攻读硕士学位期间取得的研究成果

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