电气化铁道电能质量控制调节方法及控制策略的研究

论文摘要

电气化铁道电力机车在高速、重载、节能等方面具有显著的优越性,使得其在我国铁路运输中所担负的任务越来越大。电气化铁道电力机车牵引负荷为大功率单相整流负荷,具有非线性、不对称和波动性等特点。当牵引机车运行时,将产生三相不平衡的谐波电流和负序电流注入系统,造成电网电压波形畸变、系统功率因素降低等问题,对电力系统安全、稳定和经济的运行带来严重的影响。随着电气化铁道建设的飞速发展,电气化铁道引起的电能质量问题的治理也势在必行。本文分析电气化铁道电能质量问题对电力系统的危害,及其产生的来源。理论上分析建立电气化铁道电力机车谐波源模型,不同牵引变相应的谐波和负序模型,以及其他相关的电力系统元件模型,为仿真计算奠定基础。SVC静止无功补偿装置是一种实用性较强、性能价格比适中且可综合治理电气化铁道谐波、负序等电能质量问题的装置。SVC包括TCR型、TSC型等等,本文主要介绍TCR+FC型SVC装置。最后结合国内新建沪汉蓉电气化铁道实际工程,首先建立模型从谐波和负序的角度对其电能质量进行评估分析,其中主要计算注入公共连接点母线谐波电流、电压总畸变率、三相电压不平衡度等几个重要的电能质量指标。根据计算仿真结果,其中墩义堂牵引站谐波、负序问题严重。针对墩义堂牵引站电能质量评估结果,设计SVC静止无功补偿装置补偿。不但解决了眼前现有的问题,亦为新的电气化铁道建设创造了条件,推动相关技术的工程化。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 概述
• 1.1 电力系统的电能质量
• 1.2 电力系统电能质量的标准
• 1.3 电气化铁道的电能质量
• 1.4 电气化铁路电能质量的研究现状和研究意义
• 1.5 本文的主要工作
• 2 电气化铁道电能质量问题的根源
• 2.1 牵引供电系统概述
• 2.1.1 牵引供电系统组成
• 2.1.2 牵引供电方式
• 2.2 电气化铁道供电系统的特性
• 2.2.1 电力供电系统特性
• 2.2.2 牵引变特性
• 2.3 电气化铁道牵引供电系统的负荷特性
• 2.3.1 电力机车的电气特性
• 2.3.2 电力机车运行条件
• 2.4 小结
• 3 电气化铁道谐波和负序潮流计算
• 3.1 电力机车的谐波源模型
• 3.2 牵引网的计算模型
• 3.3 牵引变压器的计算模型
• 3.3.1 单相变压器
• 3.3.2 YD11变压器
• 3.3.3 三相V-v变压器
• 3.3.4 Scoot（T）变压器
• 3.3.5 阻抗平衡变压器
• 3.4 交流系统各元件的谐波和负序计算模型
• 3.4.1 发电机
• 3.4.2 变压器
• 3.4.3 输电线路
• 3.4.4 负荷
• 3.5 小结
• 4 电气化铁道电能质量控制
• 4.1 静止无功补偿装置（SVC）概述
• 4.1.1 概述
• 4.1.2 TCR+FC型SVC的组成
• 4.2 设计计算的原理
• 4.2.1 理想补偿导纳网络
• 4.2.2 用对称分量法分析补偿负荷
• 4.2.3 用功率表示的负荷补偿
• 4.3 小结
• 5 仿真软件CHP介绍
• 5.1 仿真程序CHP概述
• 5.2 网络元件模型建立
• 5.2.1 支路模型
• 5.2.2 输电线路模型
• 5.2.3 滤波器模型
• 5.2.4 变压器模型
• 5.2.5 负荷模型
• 5.2.6 发电机模型
• 5.2.7 谐波电流源模型
• 5.2.8 网络等值模型
• 6 沪汉蓉电气化铁道（安徽境内）电能质量分析治理
• 6.1 沪汉蓉电铁路合武段安徽境内电气化铁路概况
• 6.2 牵引供电方案
• 6.3 安徽电网等值
• 6.4 谐波对电力系统的影响
• 6.4.1 注入系统谐波计算
• 6.4.2 背景谐波
• 6.4.3 母线谐波电流允许值
• 6.4.4 谐波电流计算
• 6.4.5 小结
• 6.5 负序对电网的影响
• 6.5.1 三相电压不平衡度背景数据
• 6.5.2 负序计算方法
• 6.5.3 母线三相电压不平衡度计算结果
• 6.5.4 发电机负序电流计算结果
• 6.5.5 小结
• 6.6 SVC设计
• 6.6.1 方案选择
• 6.6.2 SVC容量设计
• 7 小结
• 7.1 论文工作总结
• 7.2 未来和展望
• 致谢
• 参考文献
• 作者在读期间发表论文
• 附录
• 附录A 牵引站接线图
• 附录B 基本计算参数
• 附录C CHP仿真程序（部分）