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原文传递电气化铁路牵引供电系统的仿真分析

论文题名：	电气化铁路牵引供电系统的仿真分析
关键词：	电气化铁路;牵引供电系统;电力系统;电能质量;仿真模型
摘要：	由于具有运输能力大、行驶速度快、消耗能源少、运营成本低、工作条件好等一系列的优点，电力机车已逐步取代了蒸汽机车、内燃机车，成为我国铁路运输发展的主导方向。然而大量电力机车的使用，又给电力系统带来了新的问题。　　我国既有的电气化铁路上采用的电力机车大多是国产韶山系列单相工频交直传动型机车，这种机车是典型的整流负荷，运行过程中从电网汲取基波电流的同时也会向电网注入大量的谐波、负序电流，引起电网电压波形的畸变，对电力系统及其用户产生不利影响。因此，研究电气化铁路牵引负荷在电力系统中引起的谐波问题及其对电力系统电能质量主要参数的影响是十分必要的。　　本文采用仿真的方法，通过建立牵引供电系统各组成部分的仿真模型，仿真分析了电气化铁路牵引负荷对电网的影响。主要包括以下几方面内容：　　 (1) 建立国内常用的五种接线方式牵引变压器的仿真模型，包括纯单相接线、V/v 接线、Yn/d11 接线、Scott 接线、阻抗匹配平衡接线等五种接线方式；在两供电臂接恒电阻负载的前提下，分析得出牵引变压器原边、副边的电压电流关系与原理要求相符，验证了模型的正确性。　　 (2) 以6B SS型机车为例，建立电力机车的仿真模型。根据机车牵引特性控制函数与整流回路的关系建立自定义模块来求解晶闸管的触发角，实现了动态仿真不同级位、不同运行速度的机车其整流回路的输出；分别对机车在五种不同的级位、速度运行时整流电路的工作情况进行了仿真，通过对整流回路输出波形的分析、理论计算值和仿真输出值的比较，验证了机车模型的正确性；对机车电流进行FFT分析，得出电力机车在不同级位和速度下注入牵引网的基波和各次谐波电流的幅值。　　 (3) 建立牵引供电系统的仿真模型，仿真分析电气化铁路牵引负荷在不同供电方式下(即牵引变压器的不同接线方式)注入电力系统的谐波、负序电流以及系统110kV 侧的电能质量参数，包括谐波总畸变率、谐波含有率和不平衡度。分别就两供电臂接入对称负载(即两供电臂均有一台机车，且机车所处的级位、速度相同)、非对称负载两种负荷状况对牵引供电系统进行了仿真，两种负载条件下系统侧电压总畸变率和不平衡度的大小都能体现出如下的变化规律：纯单相接线电压总畸变率、电压不平衡度最大，V/v、Yn/d11 接线次之，Scott 接线、阻抗匹配平衡接线最小。　　 (4)对山西地区某一单相接线牵引变电站110kV 进线的实测波形进行分析。该牵引变电站110kV 进线的谐波电压总畸变率以及3、5、7次谐波电压含有率，电压不平衡度均超出国标限值；将仿真数据与实测数据进行比较分析，说明仿真数据是合理的。　　 (5)仿真和实测数据都表明电气化铁路牵引负荷会给电力系统带来的谐波和负序的方面的影响，针对这些影响提出改善措施；结合滤波措施对单相接线牵引供电系统进行仿真，仿真结果表明：投入滤波装置后，注入电力系统的3、5、7、9 次谐波电流明显减小，系统侧的电压总畸变率、谐波电压含有率也降低到国标规定的范围内。　　本文采用仿真的方法对上述五种不同接线方式牵引供电系统的详尽分析，为深入研究电铁牵引负荷对电力系统的影响以及治理措施提供了一定的理论依据。
作者：	赵玉婷
导师：	韩肖清
授予学位：	硕士
授予学位单位：	太原理工大学
学位年度：	2010
正文语种：	中文