電氣化鐵路牽引供電系統(tǒng)的仿真分析.pdf

1、由于具有運輸能力大、行駛速度快、消耗能源少、運營成本低、工作條件好等一系列的優(yōu)點，電力機車已逐步取代了蒸汽機車、內燃機車，成為我國鐵路運輸發(fā)展的主導方向。然而大量電力機車的使用，又給電力系統(tǒng)帶來了新的問題。
　　 我國既有的電氣化鐵路上采用的電力機車大多是國產韶山系列單相工頻交直傳動型機車，這種機車是典型的整流負荷，運行過程中從電網汲取基波電流的同時也會向電網注入大量的諧波、負序電流，引起電網電壓波形的畸變，對電力系統(tǒng)及其用戶產

2、生不利影響。因此，研究電氣化鐵路牽引負荷在電力系統(tǒng)中引起的諧波問題及其對電力系統(tǒng)電能質量主要參數的影響是十分必要的。
　　 本文采用仿真的方法，通過建立牽引供電系統(tǒng)各組成部分的仿真模型，仿真分析了電氣化鐵路牽引負荷對電網的影響。主要包括以下幾方面內容：
　　 (1) 建立國內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、臂接恒電阻負載的前提下，分析得出牽引變壓器原邊、副邊的電壓電流關系與原理要求相符，驗證了模型的正確性。
　　 (2) 以6B SS型機車為例，建立電力機車的仿真模型。根據機車牽引特性控制函數與整流回路的關系建立自定義模塊來求解晶閘管的觸發(fā)角，實現了動態(tài)仿真不同級位、不同運行速度的機車其整流回路的輸出；分別對機車在五種不同的級位、速度運行時整流電路的工作情況進行了仿真，通過對整流回路輸出波形的分析、理論計算值和仿真輸出值的比較，驗

4、證了機車模型的正確性；對機車電流進行FFT分析，得出電力機車在不同級位和速度下注入牽引網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、負序電流以及系統(tǒng)110kV 側的電能質量參數，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稱負載(即兩供電臂均有一臺機車，且機車所處的級位、速度相同)、非對稱負載兩

5、種負荷狀況對牽引供電系統(tǒng)進行了仿真，兩種負載條件下系統(tǒng)側電壓總畸變率和不平衡度的大小都能體現出如下的變化規(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)對山西地區(qū)某一單相接線牽引變電站110kV 進線的實測波形進行分析。該牽引變電站110kV 進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標限值；將仿真數據與實測數據

6、進行比較分析，說明仿真數據是合理的。
　　 (5)仿真和實測數據都表明電氣化鐵路牽引負荷會給電力系統(tǒng)帶來的諧波和負序的方面的影響，針對這些影響提出改善措施；結合濾波措施對單相接線牽引供電系統(tǒng)進行仿真，仿真結果表明：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)側的電壓總畸變率、諧波電壓含有率也降低到國標規(guī)定的范圍內。
　　 本文采用仿真的方法對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