电铁牵引负荷对风电场运行特性影响研究

摘要

近年来，随着电气化铁路的蓬勃发展，极大地促进了国民经济的快速发展，在给人们出行带来便利的同时也引发了一些问题。由于电力机车采用交—直型或交—直—交型传动方式且是单相供电，因此其将会注入供电电网大量负序和谐波分量，其冲击电流的负序分量能达到稳态时的几倍，将会影响到电网的安全稳定运行。随着电气化铁路里程数和辐射范围的不断增加，部分铁路会出现穿越风场的现象，即电铁牵引负荷和风电场存在集中接入的可能。
　　风电场一般地处偏远地区，电网建设较为薄弱，抗干扰能力较差，而风机对并网点处电能质量要求较高，若并网点处三相不平衡度和谐波含量超过风电场正常运行标准时，将会影响到风电机组的运行特性。在我国冀北地区就存在电铁牵引负荷与风电场集中接入的情况，随着张唐铁路、张呼铁路、兰旗铁路、京张铁路的电铁牵引站的相继投运，电铁牵引负荷对风电场正常运行特性的影响也会日益严重。
　　因此，本文研究的目的在于考虑牵引变电所与风电场接入同一并网点条件下，电铁引起的电能质量问题对风电场运行特性的影响。本文首先通过理论分析得出电力机车产生谐波和负序的主要原因，并详细分析了谐波和负序对双馈风机运行特性的影响；其次，通过对张家口与承德地区典型变电站的电能质量测试，以考察冀北地区电铁的接入对地区电网及风电场的影响；最后，基于PSCAD仿真平台，建立包含电力机车、地区电网、风电机组等在内的数字仿真模型。通过仿真分析电力机车在不同牵引工况下，引起电网侧的负序、谐波等电能质量问题，传输至风电场并网点后，对风电机组正常运行特性的影响，包括风机的输出特性以及变频器直流侧电压等。因此，有必要深入研究电铁牵引负荷对风电场运行特性的影响，为地区电网的规划建设以及生产运行提供合理化建议，具有一定实际意义。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 研究目的与意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 电力机车模型及仿真研究现状

1.2.2 电铁对风电场运行特性影响研究现状

1.2.3 电铁引起电能质量问题的治理措施研究现状

1.3 本文主要研究内容

第二章 牵引供电系统及其对风电场的影响

2.1 电气化铁路牵引供电系统

2.2 牵引变压器接线方式

2.2.1单相牵引变电所

2.2.2三相YNd11联结牵引变电所

2.2.3三相—两相牵引变电所

2.3 机车类型

2.4 电铁牵引负荷对风电场的影响

2.4.1 并网点三相不平衡对双馈风机的影响

2.4.2 并网点谐波畸变对双馈风机的影响

2.5 本章小结

第三章 基于实测数据分析电铁对电网及风电场影响

3.1 大秦铁路典型牵引站测试

3.1.1 东城乡牵引站典型时段电能质量分析

3.1.2 三马坊变电站典时型段电能质量分析

3.1.3 西城站典型时段电能质量分析

3.2 张唐铁路典型牵引站测试

3.2.1 塔黄旗东牵引站典型时段电能质量分析

3.2.2 潮河变电站典型时段电能质量分析

3.2.3 骆驼沟风电场电能质量分析

3.3 本章小结

第四章 电铁对风电场运行特性影响仿真分析

4.1 电铁与风电场仿真模型简介

4.1.1 牵引供电部分模型

4.1.2 双馈风电机组模型

4.2 电铁不同牵引工况下仿真分析

4.2.1 一台机车不同速度运行

4.2.2 一台机车发生负荷波动

4.2.3 一台机车不同载重时运行

4.2.4 不同数量机车运行

4.2.5 不同类型机车组合

4.3 电铁负载的负序对风电机组的影响

4.3.1 电气距离与风机不平衡电流的关系

4.3.2 风电厂出力与风机不平衡电流的关系

4.4 电铁负载的谐波对风电机组的影响

4.4.1 电气距离与风机谐波电流的关系

4.4.2 风电场出力与风机谐波电流的关系

4.5 本章小结

第五章 结论与展望

参考文献

攻读硕士学位论文期间发表的学术论文和参加科研情况

致谢