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原文传递再生制动工况下高速铁路牵引供电系统谐波与负序分析

论文题名：	再生制动工况下高速铁路牵引供电系统谐波与负序分析
关键词：	高速铁路;牵引供电系统;再生制动;负序电流;谐波传输特性;工作原理
摘要：	牵引供电系统是高速铁路的重要子系统，其安全、可靠服役是高速铁路安全运行的根本保障。动车组作为牵引供电系统的主要负载，其引起的负序、谐波直接影响到供电系统电能质量等问题。目前，动车组均采用再生制动方式，而再生制动是一种向电网反馈电能的制动方式，动车组再生制动给电力系统带来了更为严重的负序、谐波问题。因此对动车组再生制动工况下所产生的负序、谐波及谐波传输特性等方面进行研究，具有重要的理论意义和实际应用价值　　高速铁路牵引供电系统多采用全并联AT供电方式，该供电方式将上下线路在AT处并联，使线路拓扑结构更加复杂。论文重点研究了广泛应用于高速铁路牵引供电系统的牵引变压器数学模型的建立，对牵引网不同长度进行分段建模，将每段链接形成链式电路。并分析等效动车组拓扑结构和控制原理，着重考察了动车组再生制动的工作原理及数学表达方法。　　高速牵引负荷本身具有功率大和不对称性的特点，其对牵引供电系统负序产生的影响愈加显著。在分析再生制动工况下负序电流问题上，从负序的通用计算方法入手，得出计算适用于多种接线方式的牵引变压器负序电流通用表达式。对三种接线方式变压器产生负序电流进行分析比较，并对不同接线方式下的电流不平衡度进行数学分析。讨论了单相和两相(异相)负荷情况下，动车组再生制动对牵引供电系统负序的影响。分析结果表明两牵引端口同为再生制动工况时，Scott接线方式对负序的抑制能力要优于V/v接线方式；两牵引端口为不同工况时，V/v接线方式对负序的抑制能力要优于Scott接线；所产生的负序两端口为不同工况时大于两牵引端口同为再生制动工况所产生的负序。　　高速动车组具有随机波动性强的特点，这将使得负荷行为难以准确描述。在已有牵引变电所负荷概率和馈线电流概率模型的研究基础上，引入行车密度、有功功率分布和无功功率分布，利用随机过程方法建立V/v接线方式下牵引变电所各种工况的负序电流概率模型和电流不平衡度概率模型并进行仿真。仿真分析表明，V/v接线方式下，动车组功率因数不同，所产生的负序电流概率不同，并且随着功率因数的减小，负序电流的幅值以及幅值概率值都将变大；再生制动和牵引工况时，负序电流所造成的电流不平衡度主要集中在0.5～1之间，与理论分析结果基本一致；负序电流概率模型能够比较客观的反映动车组运行所产生负序的随机波动性，具有一定的实际意义。　　高速动车组发生再生制动时，动能转化为电能反馈至牵引网，谐波电流也随之进入牵引供电系统进行传输。利用数学方法建立CRH2(China Railway High-speed)动车组再生制动工况下网侧谐波电流模型，得出动车组再生制动时网侧电流谐波次数和再生制动功率大小无关，其各次谐波的幅值与SPWM的载波频率有关。基于Matlab/Simulink仿真工具建立动车组仿真模型，仿真分析证实了理论分析结果同时得到以下结论：动车组谐波含有率和谐波畸变率随再生制动功率增大而减小，再生制动工况下比牵引工况下谐波幅值和谐波畸变率明显增大，并且总谐波畸变率比较高。　　根据谐波在牵引网中的传输特性，建立谐波传输数学模型，得出当机车向牵引网注入的谐波频率等于或接近于牵引网的谐振点时谐波电流放大明显，并且发生谐振。基于Matlab/simulink仿真工具搭建全并联AT供电系统，仿真分析表明：动车组固定在牵引网末端来考察谐波放大情况时，谐波放大趋势基本相同；在单动车组发生不同工况时，17次谐波放大倍数均较明显；谐波放大倍数再生制动工况远大于牵引工况；通过与实测数据分析对比，得出高次谐波放大倍数较大则可能发生谐振现象，有必要加入一定抑制措施，防止谐振的发生。
作者：	张民
专业：	电力系统及其自动化
导师：	何正友
授予学位：	硕士
授予学位单位：	西南交通大学
学位年度：	2012
正文语种：	中文