动态条件下的高速铁路牵引供电系统非线性谐振研究

高速铁路实际运营表明，谐振会对牵引供电系统造成极大危害，且有些现象难以用传统的谐波谐振理论进行分析解释。为此，本项目提出计及动态运行条件下(环境动态变化、工况动态变化、功率动态变化)的牵引供电系统非线性谐波谐振机理研究，探索由非线性感性负荷(动车组)与时变参数(牵引网分布参数)激发的谐振现象，揭示该类谐振的产生、传输、渗透机理与规律。主要研究内容包括：研究牵引网分布参数在不同环境下的计算方法；研究非线性感性的牵引负荷模型的描述、分析方法；研究非线性感性负荷激发的谐波谐振分析方法，揭示谐振的产生、传输和渗透机理，并找出谐振关联元件及参数；研究动态运行条件下的谐波谐振分析方法，揭示环境、功率和运行工况动态变化等情况下的谐振机理。项目旨在解释和分析牵引供电系统运行中此类非线性谐振现象，对及时预防或者治理可能出现的谐振危害，保障高速铁路牵引供电系统的高安全可靠运营具有重要的理论和实用价值。

随着大功率、高速度、高行车密度的时变非线性负荷-动车组的广泛运营，牵引供电系统的电能质量问题日益凸显。高速铁路牵引供电系统由于机车负荷功率大、电流频带较宽，牵引网谐波谐振时有发生。谐波谐振会引起牵引网电压、电流的严重畸变，进一步使动车组谐波电流增大，导致牵引网形成谐振过电压，引起设备烧损，影响正常的铁路运输。.因此，本项目建立了6组不同功率、不同工况下的动车组Norton等效谐波模型，建立了动态切割下的牵引网多导体传输模型，形成了车网联合模型。同时，基于背景谐波实测数据，建立了三相电网的背景谐波概率统计模型；提出了基于行车运行图的牵引供电系统动态基波/谐波潮流计算方法，实现了牵引供电系统的综合电能质量评估。研究了牵引供电系统的谐波产生、传输、放大规律以及谐振机理，使用谐波放大法、模态分析法、敏感度分析法等深入研究牵引供电系统的谐波谐振规律、影响因素以及敏感度指标。改进了谐振模态分析方法，提出了基于复矩阵的模态敏感度分析方法，同时提出了Newton-Raphson迭代的谐振频率转移与抑制方法。此外，对比和分析了无源滤波器的谐振阻尼和高频阻尼特性，提出了基于C-型滤波器的牵引供电系统谐波抑制方法。并将这些方法扩展应用到风电场、光伏发电等系统中。.本项目形成了包括高速铁路牵引供电系统基波/谐波建模、动态谐波潮流计算及评估、谐波谐振分析、谐波治理的理论体系。应用本文方法，可以切实的提高牵引供电系统的供电品质，有效降低因谐波谐振问题造成的危害。