高鐵牽引供電系統(tǒng)的寬頻建模與時(shí)域計(jì)算方法的研究與應(yīng)用.pdf

1、牽引供電系統(tǒng)和貫通線是高速鐵路系統(tǒng)中重要的基礎(chǔ)設(shè)施，隨著我國(guó)高速鐵路的發(fā)展和高速鐵路、客運(yùn)專線在我國(guó)的快速建設(shè)，對(duì)供電系統(tǒng)的可靠性提出了更高的要求。運(yùn)行數(shù)據(jù)表明，雷擊故障是影響高速鐵路供電系統(tǒng)可靠性的重要因素之一，須加以有效解決。本文結(jié)合“十一五”國(guó)家“科技支撐計(jì)劃”重點(diǎn)項(xiàng)目“中國(guó)高速列車關(guān)鍵技術(shù)研究及裝備研制”的“高速列車牽引供電技術(shù)”課題(2009BAG 12A09)和國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目“變電站關(guān)鍵設(shè)備分?jǐn)?shù)階無(wú)源寬頻建模方法的研究

2、”(51177048)，重點(diǎn)研究了高速鐵路接觸網(wǎng)系統(tǒng)、高速鐵路綜合接地系統(tǒng)和10kV貫通線電纜的寬頻建模與時(shí)域計(jì)算方法，對(duì)高速鐵路接觸網(wǎng)和10kV貫通線電纜的感應(yīng)雷和直擊雷過(guò)電壓進(jìn)行了計(jì)算與分析，對(duì)接觸網(wǎng)線路耐雷水平及故障跳閘率進(jìn)行了評(píng)估，提出了雷電防護(hù)措施建議。本文主要研究成果如下:
　　1.提出了計(jì)算架空線路雷電感應(yīng)過(guò)電壓的改進(jìn)DEPACT(Delay Extraction-based Passive Compact Tran

3、smission Line macromodeling algorithm,DEPACT)時(shí)域宏模型，該方法與現(xiàn)有的架空線雷電感應(yīng)過(guò)電壓時(shí)域計(jì)算方法相比，分段數(shù)少，可有效提高計(jì)算雷電感應(yīng)過(guò)電壓的計(jì)算速度。該方法無(wú)需在模域可直接在相域進(jìn)行求解，所建立的模型能直接嵌入通用的電磁瞬態(tài)仿真軟件，因此在處理端接復(fù)雜集中參數(shù)網(wǎng)絡(luò)或非線性設(shè)備等問(wèn)題時(shí)十分簡(jiǎn)便。
　　2.基于部分單元等效電路法和開路抑制原理，建立了高速鐵路高架橋綜合接地系統(tǒng)的寬頻

4、多口模型，并給出了相應(yīng)的時(shí)域求解方法。結(jié)合接觸網(wǎng)線路的多導(dǎo)體傳輸線模型，實(shí)現(xiàn)了接觸網(wǎng)線路感應(yīng)雷和直擊雷過(guò)電壓的計(jì)算與分析，并對(duì)接觸網(wǎng)架空線路的故障跳閘率進(jìn)行了評(píng)估，提出了雷電防護(hù)措施建議。
　　3.提出了外部電磁場(chǎng)激勵(lì)下的多導(dǎo)體傳輸線時(shí)域有限元法，總結(jié)出了有關(guān)系數(shù)矩陣元素的送值表，并對(duì)該方法的數(shù)值穩(wěn)定性進(jìn)行了討論，證明了該方法具有無(wú)條件穩(wěn)定的優(yōu)點(diǎn)，通過(guò)與現(xiàn)有方法的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行比較，驗(yàn)證了本文計(jì)算方法的正確性。
　　4.將分?jǐn)?shù)

5、階擬合方法和分?jǐn)?shù)階系統(tǒng)的數(shù)值解法相結(jié)合，提出了一種通用的電氣設(shè)備寬頻建模方法。通過(guò)研究分?jǐn)?shù)階系統(tǒng)的無(wú)源性質(zhì)，提出了一種適用于分?jǐn)?shù)階電路系統(tǒng)的無(wú)源判據(jù)，豐富了電網(wǎng)絡(luò)理論。與現(xiàn)有的整數(shù)階寬頻建模方法相比，本文方法可計(jì)及頻變效應(yīng)固有的非整數(shù)階次冪特性，僅需較低的擬合階數(shù)就可獲得較高的計(jì)算精度，所建立的模型更為簡(jiǎn)潔。
　　5.基于本文提出的分?jǐn)?shù)階寬頻建模方法，建立了電纜的分?jǐn)?shù)階寬頻模型，并驗(yàn)證了模型的正確性。利用該模型，實(shí)現(xiàn)了高速鐵路10