電氣化鐵道牽引負(fù)荷概率分布特性與數(shù)學(xué)模型研究.pdf

1、電力負(fù)荷建模是開(kāi)展電力系統(tǒng)仿真研究的關(guān)鍵技術(shù)之一，牽引負(fù)荷模型對(duì)于研究電氣化鐵路對(duì)電網(wǎng)的影響有非常重要的理論價(jià)值和工程意義。牽引負(fù)荷具有隨機(jī)性強(qiáng)、波動(dòng)幅度大、三相不對(duì)稱(chēng)等顯著特點(diǎn)，這給負(fù)荷建模工作帶來(lái)了挑戰(zhàn)。采用概率法分析牽引負(fù)荷的統(tǒng)計(jì)特征，進(jìn)而研究影響上述特征的決定性因素及其影響程度、影響方式，有助于更準(zhǔn)確、更真實(shí)地描述牽引負(fù)荷，最終建立牽引負(fù)荷的數(shù)學(xué)模型。本文主要研究了電力牽引列車(chē)（以下稱(chēng)列車(chē)）、供電饋線及牽引變電所的基波負(fù)荷與諧波

2、負(fù)荷的概率分布，設(shè)計(jì)了負(fù)荷模型及參數(shù)辨識(shí)算法，同時(shí)提出了系統(tǒng)諧波阻抗的估算方法。
　　首先分析了單列列車(chē)基波負(fù)荷的概率特征，這是饋線和變電所疊加負(fù)荷分析的基礎(chǔ);此外，研究了列車(chē)諧波電流的統(tǒng)計(jì)規(guī)律，提出了利用實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行諧波負(fù)荷建模的思路，針對(duì)新型動(dòng)車(chē)組構(gòu)建了數(shù)學(xué)模型并完成了與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的對(duì)比驗(yàn)證。通過(guò)對(duì)列車(chē)運(yùn)行過(guò)程的分析，結(jié)合實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)結(jié)果，本文指出列車(chē)在單一限速區(qū)間內(nèi)的基波有功功率的概率密度服從正態(tài)分布。同時(shí)，分析了動(dòng)車(chē)組和交

3、直交型電力機(jī)車(chē)的諧波幅值和相角的統(tǒng)計(jì)特點(diǎn)，據(jù)此構(gòu)建了諧波電流的數(shù)學(xué)模型，實(shí)例應(yīng)用表明該數(shù)學(xué)模型具有較好的適用性和易用性。
　　研究了牽引變電所的負(fù)荷概率模型，包括饋線的負(fù)荷建模方法。與已有的針對(duì)饋線電流的負(fù)荷建模方法不同，所提負(fù)荷模型是以有功和無(wú)功功率為研究對(duì)象，由于有功和無(wú)功均為標(biāo)量因此疊加機(jī)理更易于分析和理解。進(jìn)而，明確提出了饋線和變電所有功功率的概率分布是由行車(chē)密度和列車(chē)功率共同決定的，并據(jù)此構(gòu)建了疊加負(fù)荷的數(shù)學(xué)模型。最后，

4、介紹了利用非線性尋優(yōu)算法辨識(shí)負(fù)荷模型參數(shù)的具體方法和步驟，并通過(guò)實(shí)例建模和數(shù)據(jù)對(duì)比介紹了負(fù)荷概率模型的應(yīng)用效果。
　　基于負(fù)荷概率模型分析了牽引變電站高壓側(cè)負(fù)序電流的概率分布特征，提出了負(fù)序電流的描述方法。首先，針對(duì)常用的單相變壓器和平衡變壓器，分別探討了負(fù)序電流的概率分布特點(diǎn)。然后，分析了相鄰兩個(gè)供電臂列車(chē)行車(chē)密度相關(guān)性對(duì)負(fù)序電流概率分布的影響，指出對(duì)于復(fù)線鐵路而言?xún)杀巯嚓P(guān)性非常小，并據(jù)此研究了采用前述負(fù)荷模型參數(shù)直接描述負(fù)序電

5、流的可行性。此外，提出了以負(fù)序電流概率密度為擬合對(duì)象的建模思路，構(gòu)建了概率法數(shù)學(xué)模型，通過(guò)實(shí)例介紹了參數(shù)識(shí)別的具體步驟。
　　圍繞牽引負(fù)荷諧波相關(guān)問(wèn)題進(jìn)行了概率分布特征的研究，包括饋線諧波電流、諧波發(fā)射水平以及公網(wǎng)諧波阻抗辨識(shí)等。首先，分析了交直型（DC Drive，直流驅(qū)動(dòng)）和交直交型(AC Drive，交流驅(qū)動(dòng))電力機(jī)車(chē)諧波分布的特點(diǎn)，通過(guò)仿真分析研究了兩種類(lèi)型的電力機(jī)車(chē)對(duì)饋線諧波電流概率分布特征的影響;同時(shí)，提出了采用均勻隨

6、機(jī)分布描述單車(chē)諧波電流幅值的方法，據(jù)此構(gòu)建了饋線諧波電流的數(shù)學(xué)模型，介紹了參數(shù)識(shí)別方法和步驟并進(jìn)行了實(shí)例驗(yàn)證。負(fù)荷的諧波發(fā)射水平是諧波分析領(lǐng)域一個(gè)重要問(wèn)題，本文針對(duì)電氣化鐵路的運(yùn)營(yíng)特點(diǎn)提出了利用組合概率密度公式描述高壓側(cè)諧波電壓幅值分布及參數(shù)辨識(shí)方法，簡(jiǎn)化了估計(jì)牽引負(fù)荷諧波發(fā)射水平的步驟。在諧波阻抗辨識(shí)方面，分別探討了在高壓側(cè)和牽引側(cè)估算系統(tǒng)諧波阻抗的方法，主要思路是基于波動(dòng)量法的基本原理、采用概率密度函數(shù)提高辨識(shí)的穩(wěn)定性、可靠性及準(zhǔn)確