地铁牵引供电系统建模及其对公共电网影响的研究

论文摘要

地铁城市轨道交通的快速建设,一方面推动了城市的发展,另一方面加速了社会经济的发展,地铁牵引供电给公共电网带来的影响受到高度的关注。地铁牵引系统采用直流牵引,具有波动性强、系统谐波含量丰富、电缆容性电流大等特点,。另外,地铁系统处于人口密集的城市之中,公共电网一旦造成事故有可能对整个城市的电力供应和社会稳定带来很大的影响。为防患于未然,需要提前做出系统的理论分析并做出相应的预防性措施,从而减少电流谐波、谐振过电压、电缆容性电流及杂散电流等对电力系统的危害,提高电网的电能质量及供电可靠性和稳定性,消除地铁对电网造成事故的潜在隐患。因此本论文主要以仿真计算结合实例研究分析地铁牵引供电系统对公共电网的影响。利用Matlab/simulink构建了24脉波整流器和地铁电力机车仿真分析模型。分析了系统中直流侧、变压器绕组以及交流侧的谐波特征。运行结果表明,仿真系统能够真实反映整流器和机车的实际工作情况。以即将投运的西安地铁二号线为分析算例,应用实际设计参数,联合电网和地铁牵引供电系统计算了白天高峰期负荷运行和夜间低谷期负荷运行谐波注入情况,评估了不同负荷期谐波危害,基于PCC点谐波标准和地铁运行特点,本文提出了具体的谐波治理方案,仿真验证了该方案的正确性。仿真表明35kV母线上装设无源高压滤波器,可以达到较好的谐波治理效果。计算了工频和单相故障条件下电缆的容性电流,利用谐振回路等效原理,研究了电缆容性电流与谐振的关系,计算了线路末端并联电抗器的容量,利用安装并联电抗器的方法抑制谐振过电压的产生。利用仿真模型,分析了负荷变化、短路容量对系统电能质量、电压波动和PCC点功率因素的冲击,评估其对公共电网影响。最后,利用CDEGS软件以西安地铁设计参数,对地铁杂散电流电路等效,并建立钢轨、排流网、埋地输电电缆模型,系统研究了钢轨电位分布情况、杂散电流分布特征和埋地电缆屏蔽层的电位分布规律等,提出了埋地电缆防腐蚀措施。本文的研究成果可为地铁牵引供电系统接入电网提供了理论依据。同时,为地铁的规划建设和设计奠定了良好的基础。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景及意义
• 1.1.1 地铁的发展
• 1.1.2 地铁牵引供电技术
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 地铁牵引系统谐波治理
• 1.2.2 容性电流
• 1.2.3 地铁牵引系统无功补偿
• 1.2.4 地铁杂散电流
• 1.3 本文的研究内容
• 第2章 24脉波整流器和地铁机车性能分析
• 2.1 地铁牵引变电所整流器
• 2.1.1 整流器基本知识
• 2.1.2 24脉波整流器
• 2.2 整流器SIMULINK建模仿真
• 2.2.1 仿真参数和模型
• 2.2.2 谐波特性分析
• 2.2.3 整流变压器绕组电流
• 2.3 地铁电力机车建模仿真
• 2.3.1 地铁电力机车
• 2.3.2 机车主传动控制
• 2.3.3 仿真模型分析
• 2.4 本章小结
• 第3章 地铁牵引系统谐波分析与治理
• 3.1 谐波定量分析
• 3.1.1 供电方案
• 3.1.2 白天高峰期负荷运行谐波分析
• 3.1.3 夜间低谷期谐波定量分析
• 3.2 谐波治理
• 3.2.1 谐波的测量方法
• 3.2.2 地铁谐波治理方案
• 3.3 本章小结
• 第4章 无功、容性电流及电压波动分析
• 4.1 地铁牵引供电系统无功补偿
• 4.1.1 电缆的工频和单相故障电流
• 4.1.2 地铁负荷变化对功率因数的影响
• 4.1.3 地铁牵引变电所无功补偿
• 4.2 电缆容性电流引起谐振的分析及抑制措施
• 4.2.1 谐振分析
• 4.2.2 谐振过电压预防措施
• 4.2.3 过电压在线监测装置安装
• 4.3 电压波动分析
• 4.3.1 地铁负荷变化对110kV侧影响
• 4.3.2 短路容量对110kV侧影响
• 4.3.3 电压波动
• 4.4 本章小结
• 第5章 杂散电流对公共电网埋地电缆影响分析
• 5.1 地铁杂散电流仿真建模
• 5.1.1 地铁杂散电流等效电路
• 5.1.2 钢轨和排流网模型
• 5.1.3 埋地电缆模型
• 5.2 沿线钢轨电位和杂散电流特性
• 5.2.1 钢轨电位分布
• 5.2.2 无埋地金属时土壤中杂散电流分布
• 5.2.3 电缆屏蔽层电位分布
• 5.3 埋地电缆的腐蚀和防护措施
• 5.3.1 埋地电缆的腐蚀
• 5.3.2 杂散电流防护措施
• 5.4 本章小结
• 结论
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果
• 攻读硕士学位期间参与的科研实践