基于车网耦合下的机车牵引变流器输出电流频谱移动现象研究

传统研究认为,牵引网谐振是由于机车或动车组所产生的特征次频谱与牵引网谐振频率点相等或接近造成的,但实际线路运行表明,在机车非特征次频谱范围内也多次发生牵引网谐振现象。该文基于机车瞬态电流控制算法下的机车电流谐波特性,给出在谐波环境下体现车网时变循环作用的数学表达式,分析牵引网由于高次谐波发生谐振时畸变的网压作用于机车整流器脉宽调制过程和机车输出电流,机车输出电流又反作用于网压的交互作用过程,使机车输出电流主要频谱分布趋势会随着牵引网谐振频率的变化向谐振点附近移动。基于仿真和实测数据,通过车网耦合下机车输出电流主要频谱从机车特征次频谱向牵引网谐振点附近移动的现象验证理论分析的正确性。     

牵引供电系统车网高次谐波耦合的研究

基于对交-直型机车与交-直-交型机车谐波特性的分析,对车网系统之间的耦合作用机理进行了阐述,研究了网侧电压谐波对交-直-交型机车变流器的作用机理,并以单线直供牵引网为例绘制了系统谐波阻抗波形图.建立了高次谐波车网系统仿真模型,利用仿真手段对车网耦合作用机理进行了深入研究和验证.得出的结论对今后研究及治理车网高次谐波耦合现象可起到重要的参考作用.     

浅析电力机车对牵引网电能质量的影响

电力机车作为牵引网的负载,其产生的谐波会对牵引网造成污染,如果车网关系不匹配,电力机车和牵引网会产生谐振现象,交流电力机车中间直流电压的低频震荡也会引起牵引网电压的震荡,所以电力机车对牵引网电能质量的影响越来越受到重视.介绍了电力机车产生的谐波对牵引网的影响,车网谐振和低频振荡出现时的现象及其解决办法.     

高速铁路贯通供电系统及其谐波特性研究

针对电气化铁道牵引供电系统存在的负序、谐波、无功及机车过电分相问题,提出了新型的基于三/单相交直交变换器的贯通供电系统,与同相供电系统相比,能彻底取消电分相,实现电气化铁路内部的同相联网,消除或大大减轻对电力系统的电能质量影响.在贯通供电系统下,本文建立了牵引网-机车联合仿真模型,验证了方案的可行性,并分析了CRH5动车组的谐波特性,为抑制牵引网谐波电流放大,避免车网系统谐波谐振提供了理论依据.     

基于阻抗分压原理的牵引网谐波谐振研究

为了研究牵引网谐波谐振特性,建立了基于戴维南谐波电压源模型的牵引供电系统车网互联谐波电路模型,采用阻抗分压原理分析了牵引网谐振过电压的产生机理。利用Matlab/Simulink仿真软件研究了牵引网谐波谐振特性及谐振过电压现象。仿真结果表明:当机车变流器交流侧电压谐波含量较大的频率与牵引网谐振点频率重合时,将导致车顶网压谐波含量较大从而造成牵引网谐振过电压的出现,通过改变机车变流器斩波频率或供电臂长度可以抑制牵引网谐振过电压。     

牵引供电系统谐波谐振特性分析

牵引供电系统谐波谐振一直是影响系统安全的重要因素之一,本文首先介绍了牵引供电系统等效阻抗的分析方法,然后在等效阻抗的基础上进一步分析了谐波阻抗和系统谐振频率的变化规律,同时利用均匀输电方程和传输参数矩阵分析了系统中的谐波电流放大情况,讨论了谐波电流放大和系统参数、机车位置之间的关系,并简述了抑制谐波谐振的措施。     

车网耦合作用下励磁涌流对机车变流器电流频谱的影响

电力机车或动车组的车载牵引变压器在过分相合闸和弓网离线后恢复供电均会产生励磁涌流,但对于励磁涌流作用下的变流器运行特性研究不够深入。首先,从时域上分析了励磁涌流的产生机理,指出涌流会使车载变压器一、二次侧电压发生跌落,恶化变流器的输入侧电能质量;从频域上推导了涌流的频谱表达式,指出涌流含有较大的低次谐波和丰富的高次谐波。其次,给出了励磁涌流与牵引网阻抗耦合引起牵引网谐振现象的机理,结合机车的瞬态电流控制策略,给出了包含涌流、牵引网、机车控制策略在内的车网耦合数学表达式。理论分析表明:励磁涌流的激励使牵引网电压畸变,在畸变的牵引网电压作用下,变流器输出电流的主要频谱分布含有与牵引网谐振点一致的非特征次频谱,该非特征次频谱分量能够维持牵引网持续谐振。最后,基于MATLAB/Simulink搭建了系统的仿真模型,验证了理论分析的正确性。     

牵引网与交直交列车耦合系统谐波谐振特性仿真研究

为考察牵引网与交直交列车耦合系统谐波谐振特性,基于列车四象限变流器的工作机理,搭建牵引网与交直交列车耦合谐波谐振分析模型;分析耦合系统谐振产生的机理及谐振频率与危害度的影响因素。基于Matlab/Simulink搭建了牵引网与列车负荷联合仿真系统,仿真分析谐振对网压的影响;针对联合仿真系统,提出一种谐振频率辨识方法;基于该方法,针对列车不同功率、不同位置、不同运行工况,仿真分析耦合系统谐振频率的变化规律。仿真研究结果表明:本文建立的耦合谐波谐振分析模型能有效分析牵引网与列车耦合系统的谐波谐振机理与特性;联合仿真系统可用于深入研究谐振对耦合系统的影响,为有效降低谐振危害提供思路。     

车网耦合下的牵引供电系统谐振不稳定机理分析

在国内电气化铁路的现场测试中发现了1种有别于谐波谐振现象的新型谐振不稳定问题,该文围绕高速列车与牵引供电网(以下简称车网)耦合系统中谐振不稳定问题的产生机理及影响规律进行了分析。采用阻抗分析法,建立了dq参考坐标系下小信号车、网阻抗传递函数模型;基于广义奈奎期特(Nyquist)判据,探寻了谐振不稳定现象的发生机理;分析了列车四象限整流器控制参数与牵引供电网参数对谐振不稳定的影响规律。仿真与实验结果表明,列车控制系统中电流环和锁相环的比例增益,以及牵引供电网等效电感等参数对谐振不稳定最为灵敏,因此在机车控制参数优化以及新建轨道线路设计时需重点考虑,这可为抑制谐振不稳定问题提供参考。     

基于多重化电流跟踪控制的电力机车辅助变流器抑制车网谐振的方法

电力机车运行过程中会向牵引网注入谐波,并可能与车网耦合引发谐振事故,为此该文提出一种基于多重化电流跟踪控制的电力机车辅助变流器抑制车网谐振的方法。该方法在辅助电源的四象限变流器控制中引入有源滤波功能,在完成正常整流功能的同时,通过检测变压器一次电流,提取谐波电流指令,并采用多重比例谐振(M-PR)控制器跟踪多重化的电流指令产生补偿电流,以抑制网侧电压谐振。该文还分析M-PR控制器的参数设计,并定量分析补偿精度的影响因素。Matlab/Simulink仿真及RT-LAB半实物平台的实验验证了该方法的有效性。     

高速铁路客货混跑车网耦合系统电气稳定性研究

高速铁路客运机车与货运机车混合运行可能成为未来运输的趋势,该文首次针对客货混跑时车网耦合系统的电气稳定性问题开展研究,在考虑牵引逆变器模型的前提下,建立了客车(CRH3型动车组)和货车(HXD2B型电力机车)在混跑状态下的阻抗模型,详细分析牵引网参数和控制器参数对车网耦合系统电气稳定性的影响.首先,基于状态空间模型,在数学建模时将逆变器和牵引电动机等效为中间直流环节的电阻并联电流源,并基于瞬态电流控制,分别建立了CRH3和HXD2B在dq轴下的整流器小信号阻抗模型;接着,基于广义Nyquist判据,利用"源–荷"车网级联系统的阻抗回比矩阵,对影响车网耦合系统的牵引网参数和控制器参数进行稳定性分析;最后,结合仿真测试和StarSim硬件在环实时仿真平台,验证了该文对客货混跑车网耦合系统电气稳定性研究的有效性和正确性.     

高速铁路牵引供电系统谐波及其传输特性研究

随着高速铁路的高速度、大容量、高密集网络化发展,高速机车引起的牵引网谐波放大、谐振问题越发严峻.为考察牵引网谐波传输特性,在分析谐波传输理论的基础上,利用Matlab/Simulink建立通用的高速动车组(electric multiple unit,EMU)与牵引网的联合仿真模型,通过对高速动车组的不同工况和不同出力下的谐波特性进行仿真分析,验证了模型的正确性.在联合仿真模型的基础上,分别针对机车位置固定、不同机车位置和不同牵引网长度3种情况下的谐波电流传输特性进行仿真分析,结果表明:联合仿真模型较恒电流源模型、恒功率源模型更符合牵引供电系统的实际.该研究结果对降低和避免牵引网谐振带来的危害有一定的参考价值.     

考虑电气化铁路谐波特性的无源滤波器设计

为避免牵引供电系统的谐波传递到上级系统变电站,对公用电网电能质量造成不利影响,提出一种安装在牵引站的无源滤波器设计方案,治理牵引供电系统的谐波向系统变电站的传递问题。基于系统变电站实测数据,设计单调谐滤波器用以滤除低次谐波兼具无功补偿功能,设计过程中考虑了滤波器参数偏差以及系统阻抗变化等因素的影响;设计阻波高通滤波器用以抑制高次特征谐波和谐波谐振,设计过程中考虑了系统频率偏差以及电容器偏差、故障下对阻波高通滤波器阻抗特性的影响。基于PSCAD车网源联合仿真模型,模拟牵引供电系统的特征谐波和谐波谐振以及牵引站的谐波治理过程,仿真结果表明,所设计的无源滤波器能有效抑制特征谐波和谐波谐振。     

电气化铁路牵引线路高次谐波异常机理分析

本文针对某电气化铁路牵引供配电系统存在的高次谐波异常问题,通过现场测试分析了牵引供配电系统中存在对牵引负荷特性高次谐波谐振放大的问题;并结合牵引供配电系统的特点,从理论上分析了影响牵引供电线路在传递谐波电流过程中对谐振频率和谐振峰的影响机理和影响因素;同时,通过对实际配电系统的参数进行了仿真验证,证明了牵引配电系统确实存在谐波电流谐振放大问题。本文从测试数据、理论分析和建模仿真3个角度对电气化铁路配电系统高次谐波异常的机理进行了研究,为电气化铁路高次谐波谐振问题的分析与控制提供了理论依据。     

包神铁路牵引供电系统高次谐波谐振及抑制技术研究*

分析机车的谐波特性与谐波谐振产生机理,对比实测数据对应的谐波特性与机车谐波特性,提出一种适用于低次奇次谐波与高次谐波带并存情形的混合无源滤波器,并对该滤波器的结构与阻抗频率特性以及典型系统情况下对牵引网谐振特性的影响进行介绍.设计一套混合无源滤波器装置,并通过建立牵引网仿真模型对滤波前后牵引侧母线谐波含量进行测试和分析,验证滤波装置的可行性和有效性.     

牵引网谐振特性与治理方案EI北大核心CSCD

为研究牵引网谐波特性与治理方案,运用模态分析法计算牵引网网络节点导纳矩阵的特征根,分析电力机车在牵引网不同位置时系统的谐波谐振特性,并提出谐波治理措施。首先通过建立牵引供电系统等效电路及数学模型,分别计算牵引网在无滤波器、只安装阻波高通滤波器、安装阻波高通滤波器和单调谐滤波器3种情况下,机车负荷在不同位置时牵引供电系统模态阻抗,分析其谐振特性,并选取合适滤波器参数;最后根据实际线路参数,对3种情况下牵引网的谐波特性进行仿真验证。研究结果表明,牵引网谐振特性与牵引网本身属性有关,而与机车位置无关;阻波高通滤波器可以有效抑制交直交机车引起的高次谐波谐振,但会使低次谐波含量上升;继续投入合适参数的单调谐滤波器,可较好滤除交直机车产生的低次谐波,且不影响高次谐振抑制效果。     

牵引网谐振特性与治理方案

为研究牵引网谐波特性与治理方案,运用模态分析法计算牵引网网络节点导纳矩阵的特征根,分析电力机车在牵引网不同位置时系统的谐波谐振特性,并提出谐波治理措施。首先通过建立牵引供电系统等效电路及数学模型,分别计算牵引网在无滤波器、只安装阻波高通滤波器、安装阻波高通滤波器和单调谐滤波器3种情况下,机车负荷在不同位置时牵引供电系统模态阻抗,分析其谐振特性,并选取合适滤波器参数;最后根据实际线路参数,对3种情况下牵引网的谐波特性进行仿真验证。研究结果表明,牵引网谐振特性与牵引网本身属性有关,而与机车位置无关;阻波高通滤波器可以有效抑制交直交机车引起的高次谐波谐振,但会使低次谐波含量上升;继续投入合适参数的单调谐滤波器,可较好滤除交直机车产生的低次谐波,且不影响高次谐振抑制效果。     

高速铁路高通滤波器接入位置研究

目前我国高速铁路普遍采用高通滤波器来抑制牵引网谐振及机车谐波电流放大现象,但是研究多局限于高通滤波器的改进上,忽视了滤波器接入位置对谐波抑制及电流放大倍数的影响。推导了高通滤波器接入高速铁路不同位置时,由牵引变电所处看进去的牵引供电系统谐波阻抗及电流放大倍数的数学表达式。在此基础上讨论了牵引供电系统谐波阻抗模值、谐振频率点及电流放大倍数在高通滤波器接入牵引网不同位置时与高通滤波器种类、机车所在位置的关系。研究表明,高通滤波器接入机车时有最好的谐波抑制效果与最小的电流放大倍数。     

电气化铁路车网耦合系统低频振荡分析

针对国内电气化铁路频繁发生低频振荡现象并造成了机车牵引闭锁、供电系统保护跳闸等事故,该文围绕机车-供电网(车网)低频振荡的产生机理、影响因素进行理论分析。将电压源型变流器频域阻抗建模方法和低频振荡发生的具体工况相结合,建立了dq轴下车网阻抗模型。利用主导极点,分析了机车数量、电压环、电流环对车网系统低频振荡现象的影响规律,并结合电压环、电流环对机车阻抗特性的影响,总结了低频振荡发生时机车阻抗在低频段的变化规律,给出了调节控制参数抑制低频振荡的最优顺序。最后,利用时域仿真模型和小功率车网实验平台验证了参数对低频振荡的影响规律,有效说明了所得结论的正确性。     

城轨交流供电系统接触网串联谐振研究*

城轨交流供电系统因具有贯通供电、供电距离远等优点而成为研究焦点。同时它采用的电缆牵引网存在比普通裸导线高很多的分布电容,势必会对城轨交流供电系统接触网谐振规律产生影响。首先对该系统进行系统阻抗推导分析,得出系统谐振与机车位置、功率、数量及供电区间长度等诸多因素相关的结论。其次,为探究系统多种因素对接触网谐振规律的影响,建立精确链式模型,编制系统的车网耦合潮流算法,求得机车动态阻抗,阐述分析接触网串联谐振的方法。最后仿真单车、多车、单复线与将电缆替换为架空线等多个条件变化时系统接触网的串联谐振规律,结论对城轨交流供电系统工程化进展具有重要意义。