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高速铁路牵引供电系统高次谐振分析及抑制
| 论文题名： | 高速铁路牵引供电系统高次谐振分析及抑制 |
| 关键词： | 高速铁路;牵引供电系统;有源滤波器;高次谐振 |
| 摘要： | 为满足电气化铁路对大容量、高效率的需求，越来越多的交-直-交型大功率电力机车被投入使用。电力机车具有移动、时变、非线性等特性，和牵引网之间存在着非线性强耦合的关系。当电力机车的阻抗与牵引网传输线的分布电容和电感发生谐振不匹配时，在某些特定的频率下，会使牵引供电系统出现不稳定现象，其中一种不稳定现象是机车在铁路上运行时经常发生的高次谐波谐振。高次谐振不仅会产生谐振过电压影响电气设备的正常工作，其谐振电流还会干扰铁路沿线的通信线路。本文采用阻抗分析法，通过建立牵引供电系统的闭环传递函数，研究高速铁路的高次谐振问题，并提出有效的谐振抑制方案。本文的主要工作如下： 首先，对AT供电方式的牵引供电系统和交-直-交型电力机车的结构进行了介绍；根据电力机车的拓扑与控制策略，利用阻抗分析法建立了dq坐标下电力机车的简化等效输出阻抗模型以及牵引网的等效输入阻抗模型。从主电路和控制系统出发，推导得到车-网系统的等效阻抗比。 其次，利用广义奈奎斯特判据对牵引供电系统中影响高次谐振的因素进行了分析，主要分析了电力机车的数量和控制参数这几个因素，通过搭建Matlab/Simulink平台的“牵引网-电力机车”统一仿真模型，验证分析结果的正确性。 最后，对可以用于高速铁路牵引供电系统的单相有源滤波器的结构和控制策略进行了介绍；建立了有源滤波器的小信号阻抗模型，基于前面搭建的牵引网和电力机车的数学模型，分析了有源滤波器对牵引供电系统高次谐振的影响机理；提出了对有源滤波器进行阻抗重塑的牵引供电系统髙次谐振抑制方案，利用虚拟阻抗自适应参数设计提升了虚拟阻抗对动态系统的适应性，通过搭建加入有源滤波器的牵引供电系统仿真模型来验证该方案的有效性。 结果表明，进行有源滤波器的阻抗重塑可以改变系统的阻抗特性，有效的消除牵引供电系统的谐波，抑制谐振；并且对虚拟阻抗进行自适应参数设计可以应对牵引供电系统的动态变化，使系统更加稳定。 |
| 作者： | 牛晨 |
| 专业： | 电力系统及其自动化 |
| 导师： | 王果 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 兰州交通大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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