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原文传递电气化铁道牵引负荷概率分布特性与数学模型研究

论文题名：	电气化铁道牵引负荷概率分布特性与数学模型研究
关键词：	电气化铁道;电力系统;牵引负荷;数学模型;谐波阻抗;估算方法
摘要：	电力负荷建模是开展电力系统仿真研究的关键技术之一，牵引负荷模型对于研究电气化铁路对电网的影响有非常重要的理论价值和工程意义。牵引负荷具有随机性强、波动幅度大、三相不对称等显著特点，这给负荷建模工作带来了挑战。采用概率法分析牵引负荷的统计特征，进而研究影响上述特征的决定性因素及其影响程度、影响方式，有助于更准确、更真实地描述牵引负荷，最终建立牵引负荷的数学模型。本文主要研究了电力牵引列车（以下称列车）、供电馈线及牵引变电所的基波负荷与谐波负荷的概率分布，设计了负荷模型及参数辨识算法，同时提出了系统谐波阻抗的估算方法。　　首先分析了单列列车基波负荷的概率特征，这是馈线和变电所叠加负荷分析的基础;此外，研究了列车谐波电流的统计规律，提出了利用实测数据进行谐波负荷建模的思路，针对新型动车组构建了数学模型并完成了与实测数据的对比验证。通过对列车运行过程的分析，结合实测数据的统计结果，本文指出列车在单一限速区间内的基波有功功率的概率密度服从正态分布。同时，分析了动车组和交直交型电力机车的谐波幅值和相角的统计特点，据此构建了谐波电流的数学模型，实例应用表明该数学模型具有较好的适用性和易用性。　　研究了牵引变电所的负荷概率模型，包括馈线的负荷建模方法。与已有的针对馈线电流的负荷建模方法不同，所提负荷模型是以有功和无功功率为研究对象，由于有功和无功均为标量因此叠加机理更易于分析和理解。进而，明确提出了馈线和变电所有功功率的概率分布是由行车密度和列车功率共同决定的，并据此构建了叠加负荷的数学模型。最后，介绍了利用非线性寻优算法辨识负荷模型参数的具体方法和步骤，并通过实例建模和数据对比介绍了负荷概率模型的应用效果。　　基于负荷概率模型分析了牵引变电站高压侧负序电流的概率分布特征，提出了负序电流的描述方法。首先，针对常用的单相变压器和平衡变压器，分别探讨了负序电流的概率分布特点。然后，分析了相邻两个供电臂列车行车密度相关性对负序电流概率分布的影响，指出对于复线铁路而言两臂相关性非常小，并据此研究了采用前述负荷模型参数直接描述负序电流的可行性。此外，提出了以负序电流概率密度为拟合对象的建模思路，构建了概率法数学模型，通过实例介绍了参数识别的具体步骤。　　围绕牵引负荷谐波相关问题进行了概率分布特征的研究，包括馈线谐波电流、谐波发射水平以及公网谐波阻抗辨识等。首先，分析了交直型（DC Drive，直流驱动）和交直交型(AC Drive，交流驱动)电力机车谐波分布的特点，通过仿真分析研究了两种类型的电力机车对馈线谐波电流概率分布特征的影响;同时，提出了采用均匀随机分布描述单车谐波电流幅值的方法，据此构建了馈线谐波电流的数学模型，介绍了参数识别方法和步骤并进行了实例验证。负荷的谐波发射水平是谐波分析领域一个重要问题，本文针对电气化铁路的运营特点提出了利用组合概率密度公式描述高压侧谐波电压幅值分布及参数辨识方法，简化了估计牵引负荷谐波发射水平的步骤。在谐波阻抗辨识方面，分别探讨了在高压侧和牵引侧估算系统谐波阻抗的方法，主要思路是基于波动量法的基本原理、采用概率密度函数提高辨识的稳定性、可靠性及准确性，同时提出了误差修正措施，用仿真分析和实例对比证明了方法的有效性。
作者：	杨少兵
专业：	电气工程
导师：	吴命利
授予学位：	博士
授予学位单位：	北京交通大学
学位年度：	2016
正文语种：	中文