高速铁路牵引供电系统电磁暂态建模及行波特性分析

针对高速铁路牵引供电系统中牵引网多导线耦合结构复杂,造成故障定位时电磁暂态难以分析的问题,采用PSCAD/EMTDC仿真软件实现牵引供电系统的电磁暂态建模并对其行波特性展开分析.根据实际参数搭建全并联AT牵引供电系统,重点建立牵引网的精细化模型,对上、下行牵引网10余条导体进行耦合建模,通过实测故障数据分别对金属性、高阻接地2种典型故障下的模型进行验证.同时考虑馈电线长度、过渡电阻值、故障位置与雷击电流4种因素对故障行波畸变程度的影响并进行仿真分析.研究结果表明:牵引网故障行波的暂态波动不受馈电线长度因素的干扰,但过渡电阻值、故障位置以及雷击电流的变化对故障行波传播时的衰减与畸变程度有较为明显的影响.本文研究的故障行波特性可为后续提高牵引网故障定位算法的准确性提供参考.

模糊Petri网在高速铁路牵引供电系统故障诊断中的应用

指出在高速铁路牵引供电系统故障诊断中应计及所获取的保护和开关动作信息的不确信性和模糊性,基于此,将模糊Petri网(fuzzy Petri net,FPN)应用于牵引供电系统的故障诊断。考虑到牵引供电系统保护的特殊性,进行了第2次推理;针对越区供电时馈线远后备保护覆盖元件多的特点,增加了推理条件以保证推理的正确性;根据供电臂故障特征,给出了供电臂故障区间判别规则。算例分析结果表明,牵引供电系统的模糊Petri网故障诊断方法简洁、推理直观,能够在不确定或信息缺失的情况下,提高故障区域判断的确信性。

高速铁路牵引供电系统避雷器预防性试验方法研究

在牵引供电系统中,避雷器作为保护牵引供电系统免受过电压侵害的重要设备,应用非常普遍,其本身的电气性能对于牵引供电系统可靠运行非常重要,避雷器带病运行将对整个系统安全构成严重威胁。本文对某高速铁路牵引供电系统中不同部位避雷器的电气结构进行分析,以期在最小环境干扰和最少拆解工作的条件下严格执行预防性试验规程,并从运行维护和试验角度提出合理化建议,为其他电气设备的预防性试验方法提供参考。

基于ATP的高速铁路牵引供电系统仿真建模

本文指出高速铁路牵引供电系统是由牵引变电所、牵引网及电力机车等部分组成的一种特殊的电力系统。为了研究高速铁路牵引供电系统,在电磁暂态分析程序(ATP-EMTP)中选择合适的模块搭建牵引供电系统各组成部分的仿真模型,并通过仿真实验,验证了模型的准确性,为高速铁路的设计与检修维护工作提供一定的参考依据。

高速铁路牵引供电系统的继电保护配置研究

牵引电源是高铁列车的主要电源,而继电器是保证列车运行的安全、稳定运行的重要环节。由于系统结构、供电方式、用电负荷等因素,使其在理论上与传统的电网系统存在较大差异;在列车运行中,由于列车的供电方式是全并联AT供电方式, Vlx接线变压器等,以及列车的牵引负载,因此列车的运行特性及负载特性都与普通列车存在较大差异。随着高速铁路里程的快速增长,高速铁路技术已经走向世界,对高速铁路的电力机车电力供应的有关问题进行深入而持久的研究有一定的社会价值。

不同负荷模型下高速铁路牵引供电系统谐波谐振敏感度分析

高速铁路牵引供电系统不同的负荷模型将得到不同的节点导纳矩阵,从而对谐波谐振幅度、频率产生较大的影响。利用复矩阵模态分析研究不同高速列车的谐波模型对高速铁路牵引供电系统谐波谐振特性的影响规律。将利用频谱分析得到的驱动点阻抗变化曲线与三种不同负荷谐波模型得到的模态幅值和频率敏感度分析进行对比。结果表明,不同的谐波模型在相同的谐振模态下得到了相近的谐振频率区域。

高速铁路牵引供电系统雷电灾害风险评估及预警

高速铁路牵引供电系统极易受雷电等极端灾害天气的影响,雷击可导致牵引供电设备损坏、接触网停电、高铁停运,由此引发巨大的财产损失。本文借鉴风险评估思想,分析影响牵引供电系统雷击风险的组成因素,建立高速铁路牵引供电系统雷电灾害风险评估模型。同时,结合气象部门的雷电预警信息,实现对牵引供电系统雷击灾害的提前预警。对合蚌高铁北城牵引供电所及其供电臂的分析表明:该方法可对牵引供电系统遭受雷击损害的风险程度进行定量评估,确定具有高度雷击损害风险的系统和设备,从而为牵引供电系统的差异化防雷技术提供参考。

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。

高速铁路牵引供电系统负序概率模型

为了研究高速动车组作为大功率单相非线性负荷引起的电力系统三相电流不平衡问题,通过对V/v接线牵引变压器负序电流的分析,引入随机过程,建立了牵引变电所负荷和负序电流概率模型。利用统计推断解析和模拟负序电流的概率分布,并进行了仿真分析,得出了V/v接线方式高速铁路牵引供电系统的负序电流与功率因数的影响关系和电流不平衡度的主要分布情况。结果表明,该牵引变电所负荷和负序电流概率模型,具有较强的适应性和适用性,能够比较真实地模拟高速铁路的运行特性和负序电流分布情况。

高速铁路牵引供电系统雷电防护体系

为提高高速铁路雷击防护能力,首先分析了现有高速铁路防雷体系的缺陷,并利用电气几何模型和实测数据分析了无避雷线时高速铁路牵引供电系统的雷击特性。研究结果发现:当高架桥平均高度为16m时,直击雷次数接近无高架桥时的2倍;由于雷击线路周边引起的感应过电压可基本忽略,因此传统的感应雷防护方法基本无效;随着高架桥高度的提高,直击雷与感应雷引起的绝缘子闪络次数所占比例不断提高。最后给出了高速铁路牵引供电系统防雷体系的改进方法,如采用专用避雷线;并指出了这种防雷体系与电力系统中的反击雷防护的不同,即当高架桥高度为16m、综合接地系统冲击接地电阻<3.9Ω时,感应雷的危害已经超过了反击雷。

高速铁路牵引供电系统安全风险评估研究综述

为降低高速铁路牵引供电系统安全风险整体水平,实现高速铁路全寿命周期内的安全可靠运行,对高速铁路牵引供电系统安全风险评估研究进行了综述分析.将牵引供电系统风险因素的来源归纳为设备性能衰退、服役环境和人为维修活动3方面进行论述,总结了国内外电力系统和牵引供电系统风险评估的研究现状.在高速铁路快速发展的背景下,分析提出了牵引供电系统安全风险评估面临的数据信息不完备性与不确定性、服役环境复杂性、故障诊断与维修模式不足等问题与挑战.在此基础上对高速铁路牵引供电系统风险评估研究方向进行展望,未来应重点研究数据获取、评估模型、风险融合和风险应用4个方面内容.

高速铁路牵引供电系统健康管理及故障预警体系研究

牵引供电系统故障将造成列车停运,目前的检修管理模式不能适应高速铁路对牵引供电系统可靠性的要求,为此,需建立高速铁路牵引供电系统健康管理和故障预警系统。通过对牵引供电系统中多元信息的监控,利用灰色聚类和模糊综合评价实时评价设备和系统的健康状态,利用系统信息的关联和早期故障微弱特征的提取实现对牵引供电系统潜隐故障和早期故障的预警。在系统健康状态评价的基础上,综合考虑维修成本和系统可靠性对维修策略进行优化。应用健康管理和故障预警系统,可有效提高高速铁路牵引供电系统运行的可靠性,减少事故概率,降低维修成本,为高速列车的安全正点运行提供良好的动力保障。

一种考虑行车运行图的高速铁路牵引供电系统谐波评估方法

针对动车组高速运行带来的牵引供电系统TPSS(Traction Power Supply System)拓扑结构变化引起的谐波畸变动态波动,为评估TPSS的谐波畸变情况,综合考虑动车组运行过程中的牵引计算和牵引供电计算,提出一种考虑行车运行图的TPSS谐波评估方法。结合行车运行图和动车组牵引计算得到TPSS的牵引负荷特性,建立TPSS动态仿真模型,应用基波潮流和谐波潮流计算结果分析TPSS中各关键位置的实时谐波特性;应用谐波分析结果的最大值、99%概率统计值和95%概率统计值评估TPSS的谐波指标。仿真结果与现场实测对比验证了该方法的有效性,该方法可用于TPSS和行车运行图的设计与优化。

高速铁路牵引供电系统动态模拟综合实验系统的设计与实现

针对我国轨道交通电气化专业实验教学仪器较为缺乏的现状,在详细研究高速铁路牵引供电系统之后,对高速铁路的牵引变电所、接触网、高速列车、综合接地系统及其远动监控系统进行了物理建模。开发出一套从电气量和物理量比例缩小的高速铁路牵引供电动态模拟系统,实现高速铁路接触网结构,牵引变电所供能、电力机车运行等功能的综合模拟。可通过远动模块实时监测与控制变电所以及机车模块的运行状态,真实地反映了高速铁路牵引供电系统的实际工作状况,为从业人员和相关院校提供了一套适用于培训与教学的综合实验系统。

基于铁路功率调节器的高速铁路牵引供电系统储能方案及控制策略

针对高速铁路牵引供电系统中大量再生制动能量不能得到有效利用的问题,提出一种基于铁路功率调节器(RPC)的牵引供电系统储能方案及其控制方法。首先,研究牵引供电系统储能方案的拓扑结构,分析四种典型工况下系统的能量传输特性;接着,分析RPC动态补偿电能质量的基本原理,并提出一种计及储能装置的RPC控制策略;然后,研究基于电流闭环的储能装置控制策略;最后,通过仿真算例证明本文所提出储能方案和RPC控制策略的正确性和可行性。结果表明,所采用的储能方案能有效回收利用高速铁路牵引供电系统产生的再生能量,所提出的RPC控制策略能更好地解决储能装置接入牵引供电系统后的负序和谐波电流补偿问题。

高速铁路牵引供电系统的状态空间模型

为了得到能够分析牵引供电系统动态运行特性的数学模型,基于高速铁路全并联自耦变压器(autotransformer,AT)供电系统链式等值电路,以牵引网切面导体节点电压、网络串联电感电流、自耦变压器漏抗电流为状态变量,推导了模块化的系统微分方程。根据变电所至分区所线路结构及运行情况,进行模块组合,建立了全并联AT牵引供电系统状态空间模型。模块化的建模方法简化了牵引网因负荷移动或故障点位置变化导致拓扑结构变化的模型建立。通过分析牵引网稳态电压分布,短路、断线电磁暂态过程,验证了所提模型的正确性和有效性。

高速铁路牵引供电系统双边供电循环功率降低措施

基于采用双边供电方式的高速铁路牵引供电系统,推导空载和负载工况下循环功率与相邻2个牵引变电所间电压相位差的关系;分析电压移相器的补偿原理和基本结构,研究通过注入1个与牵引变电所馈线电压垂直的正交电压,调节本所馈线电压相位,以减小电压相位差和降低循环功率的可行性。以某相邻牵引变电所实测电压数据为基础,搭建包含电压移相器在内的双边供电系统仿真模型,针对牵引网上空载、单台机车负载2种工况分别进行验证。结果表明:空载时循环功率与电压相位差的正弦值呈正比,负载时随着供电臂距离延长和牵引负荷的增加,循环功率将不存在,但负载不平衡度会随着电压相位差的增大而增大;安装电压移相器后,空载时可有效减小均衡电流,负载单台机车时可防止循环功率在牵引供电系统中流动,减小负载不平衡度,并降低牵引网上的传输损耗。

基于Simulink的高速铁路牵引供电系统仿真建模

按照已建高速铁路牵引供电系统的构成,将整个牵引供电系统抽象成由外部电源、牵引变压器、牵引悬挂系统和电力机车等部分组成的电气系统。在MATLAB/Simulink软件中,建立以上各部分模型,通过仿真实验,验证了模型的正确性,为高速铁路的设计工作提供了一定的参考依据。

基于实测数据的高速铁路牵引供电系统供电能力分析

高速铁路牵引负荷的特殊性对牵引供电系统供电能力提出了更高要求,开展牵引供电系统综合测试是评估牵引供电能力的重要手段。利用专业的牵引负荷过程测试设备,对某实际运营的高速铁路牵引供电系统开展综合测试,获得了牵引变电所馈线电流等主要参数。基于电力机车功率源模型和潮流计算原理,定量分析了牵引变电所馈线电流分布规律、功率特性、谐波电流综合畸变率、功率因数等电气参数,校核了牵引变压器和牵引网系统的供电能力,综合评估了牵引供电系统能力配置能满足实际运营的要求。

高速铁路牵引供电系统的安全可靠性管理

牵引供电系统是保证高速列车安全、稳定、高效运营的动力源,担负着向高速运动的动车组提供稳定、持续、可靠电能的任务,是铁路重要的基础设施之一,高速牵引供电系统必须满足动车组"高速度、高密度、高可靠性"的运行要求。文章主要对高速电气化铁路牵引供电系统安全运行管理方法进行分析和研究,从而提出了高速电气化铁路牵引供电系统安全管理的相关的措施,对保证牵引供电系统的稳定性和安全性具有一定的意义。