電氣化鐵路牽引供電系統(tǒng)的仿真分析.pdf

1、由于具有運(yùn)輸能力大、行駛速度快、消耗能源少、運(yùn)營(yíng)成本低、工作條件好等一系列的優(yōu)點(diǎn)，電力機(jī)車(chē)已逐步取代了蒸汽機(jī)車(chē)、內(nèi)燃機(jī)車(chē)，成為我國(guó)鐵路運(yùn)輸發(fā)展的主導(dǎo)方向。然而大量電力機(jī)車(chē)的使用，又給電力系統(tǒng)帶來(lái)了新的問(wèn)題。
　　 我國(guó)既有的電氣化鐵路上采用的電力機(jī)車(chē)大多是國(guó)產(chǎn)韶山系列單相工頻交直傳動(dòng)型機(jī)車(chē)，這種機(jī)車(chē)是典型的整流負(fù)荷，運(yùn)行過(guò)程中從電網(wǎng)汲取基波電流的同時(shí)也會(huì)向電網(wǎng)注入大量的諧波、負(fù)序電流，引起電網(wǎng)電壓波形的畸變，對(duì)電力系統(tǒng)及其用戶產(chǎn)

2、生不利影響。因此，研究電氣化鐵路牽引負(fù)荷在電力系統(tǒng)中引起的諧波問(wèn)題及其對(duì)電力系統(tǒng)電能質(zhì)量主要參數(shù)的影響是十分必要的。
　　 本文采用仿真的方法，通過(guò)建立牽引供電系統(tǒng)各組成部分的仿真模型，仿真分析了電氣化鐵路牽引負(fù)荷對(duì)電網(wǎng)的影響。主要包括以下幾方面內(nèi)容：
　　 (1) 建立國(guó)內(nèi)常用的五種接線方式牽引變壓器的仿真模型，包括純單相接線、V/v 接線、Yn/d11 接線、Scott 接線、阻抗匹配平衡接線等五種接線方式；在兩供電

3、臂接恒電阻負(fù)載的前提下，分析得出牽引變壓器原邊、副邊的電壓電流關(guān)系與原理要求相符，驗(yàn)證了模型的正確性。
　　 (2) 以6B SS型機(jī)車(chē)為例，建立電力機(jī)車(chē)的仿真模型。根據(jù)機(jī)車(chē)牽引特性控制函數(shù)與整流回路的關(guān)系建立自定義模塊來(lái)求解晶閘管的觸發(fā)角，實(shí)現(xiàn)了動(dòng)態(tài)仿真不同級(jí)位、不同運(yùn)行速度的機(jī)車(chē)其整流回路的輸出；分別對(duì)機(jī)車(chē)在五種不同的級(jí)位、速度運(yùn)行時(shí)整流電路的工作情況進(jìn)行了仿真，通過(guò)對(duì)整流回路輸出波形的分析、理論計(jì)算值和仿真輸出值的比較，驗(yàn)

4、證了機(jī)車(chē)模型的正確性；對(duì)機(jī)車(chē)電流進(jìn)行FFT分析，得出電力機(jī)車(chē)在不同級(jí)位和速度下注入牽引網(wǎng)的基波和各次諧波電流的幅值。
　　 (3) 建立牽引供電系統(tǒng)的仿真模型，仿真分析電氣化鐵路牽引負(fù)荷在不同供電方式下(即牽引變壓器的不同接線方式)注入電力系統(tǒng)的諧波、負(fù)序電流以及系統(tǒng)110kV 側(cè)的電能質(zhì)量參數(shù)，包括諧波總畸變率、諧波含有率和不平衡度。分別就兩供電臂接入對(duì)稱(chēng)負(fù)載(即兩供電臂均有一臺(tái)機(jī)車(chē)，且機(jī)車(chē)所處的級(jí)位、速度相同)、非對(duì)稱(chēng)負(fù)載兩

5、種負(fù)荷狀況對(duì)牽引供電系統(tǒng)進(jìn)行了仿真，兩種負(fù)載條件下系統(tǒng)側(cè)電壓總畸變率和不平衡度的大小都能體現(xiàn)出如下的變化規(guī)律：純單相接線電壓總畸變率、電壓不平衡度最大，V/v、Yn/d11 接線次之，Scott 接線、阻抗匹配平衡接線最小。
　　 (4)對(duì)山西地區(qū)某一單相接線牽引變電站110kV 進(jìn)線的實(shí)測(cè)波形進(jìn)行分析。該牽引變電站110kV 進(jìn)線的諧波電壓總畸變率以及3、5、7次諧波電壓含有率，電壓不平衡度均超出國(guó)標(biāo)限值；將仿真數(shù)據(jù)與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)

6、進(jìn)行比較分析，說(shuō)明仿真數(shù)據(jù)是合理的。
　　 (5)仿真和實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)都表明電氣化鐵路牽引負(fù)荷會(huì)給電力系統(tǒng)帶來(lái)的諧波和負(fù)序的方面的影響，針對(duì)這些影響提出改善措施；結(jié)合濾波措施對(duì)單相接線牽引供電系統(tǒng)進(jìn)行仿真，仿真結(jié)果表明：投入濾波裝置后，注入電力系統(tǒng)的3、5、7、9 次諧波電流明顯減小，系統(tǒng)側(cè)的電壓總畸變率、諧波電壓含有率也降低到國(guó)標(biāo)規(guī)定的范圍內(nèi)。
　　 本文采用仿真的方法對(duì)上述五種不同接線方式牽引供電系統(tǒng)的詳盡分析，為深入研究