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1、西南交通大学毕业设计（论文）西南交通大学毕业设计（论文） 第第 I I 页页 摘摘 要要 目前我国电气化铁道采用单相工频交流制，使用电力系统三相中的两相分别通 过供电臂向电力机车供电，造成电压三相不平衡，对系统和其他负荷产生影响。因 此，正确建立电气化铁道牵引供电系统的仿真模型，并研究电气化铁道牵引供电系 统产生的负序分量，对于解决和改善供电系统负序问题具有重要实际意义。 牵引变电所的牵引负荷随时间变化剧烈，负序容量大，功率因数较低，还释放 大量的谐波。利用并联补偿综合解决负序、无功的补偿(必要时还要兼顾谐波)，是 提高动力指标和经济效益的有力手段。为使并联补偿得到综合的和最有效的利用， 应从
2、整个系统的观点出发，把牵引供电系统(通过牵引变压器)与电力系统联系起来， 提出并联补偿的最住分布方式。 首先本文结合牵引供电系统的特点，通过 Simulink 仿真建立牵引供电系统基本 仿真模型，接着根据负序电流的特点，提出新型的检测方法。然后根据不同牵引变 压器（Scott、YNd11、阻抗匹配平衡变压器等）的特点，对其进行三相不平衡度进 行特性分析，对牵引变压器的选型具有参考价值。 最后建立了牵引电力系统中并联补偿分析、计算的通用模型，计算出负序电流 的一般表达式，以及全负序相量图的应用范围。提出改善负序的方法，包括采用特 殊接线的牵引变压器、牵引变电所的换相连接、并联补偿等。并且重点研究
3、牵引变 电所的并联补偿，然后以 YNd11 接线牵引变电所为例对其进行负序功率补偿，通过 计算和 Simulink 仿真验证其正确性。根据负载的不同情况提出两种不同的并联补偿 分布方式，仿真波形结果验证了并联补偿对降低负序的作用。 关键词：电力机车;牵引系统;不平衡度;负序电流;并联补偿 西南交通大学毕业设计（论文）西南交通大学毕业设计（论文） 第第 IIII 页页 ABSTRACTABSTRACT At present our electrified railway use single-phase industrial frequency alternating current syste
4、m ,it use two of the three-phase in the power system to supply power to the electric locomotive through the power-supply arm,then it cause a voltage unbalanced three- phase. So, establishing a simulation model of proper electric iron traction system correctly seems important and researching the nega
5、tive sequence components that produced in the electric iron traction system in power supply system also has important practical significance to reduce the negative sequence of power supply system. The tractions load of traction substation changes over time，has large capacity of negative sequence, lo
6、w power factor, also release a lot of harmonic. Using parallel compensation for negative sequence and reactive power compensation (when necessary even give attention to the harmonic), which is a perfect method to improve the dynamic index and economic benefit. In oder to make use of the parallel com
7、pensation effectively and comprehensively, we should make a point of view from the whole system, connecting the traction power supply system (through the traction transformer) and power system, come up with a best distribution mode for the parallel compensation. According to the electric traction lo
8、ads have negative sequence current characteristics, and for different traction transformer in system analysis, the negative sequence currents of the selection of the traction transformer has reference value. According to the different circumstances of the load put forward two kinds of different para
9、llel compensation mode, and correct simulation parameters, through the simulation results verify the waveform parallel compensation to reduce the negative effect of the sequence. KeywordsKeywords: electric locomotive ；traction system ；negative sequence ；unbalance parallel compensation 西南交通大学毕业设计（论文）
10、西南交通大学毕业设计（论文） 第第 IIIIII 页页 目目 录录 第 1 章 绪论1 1.1 研究的背景及意义 1 1.2 研究现状 2 1.3 本论文的主要工作 2 第 2 章 牵引供电系统4 2.1 牵引供电系统的特点.4 2.1.1 牵引供电系统运行方式.4 2.1.2 系统电源电压等级.5 2.1.3 牵引变电所.6 2.1.4 牵引负荷.6 2.2 牵引供电系统仿真.7 第 3 章 负序电流9 3.1 负序电流的影响 9 3.1.1 电力牵引负荷负序电流的特点.9 3.1.2 负序电流的不良影响10 3.1.3 对负序的限制值11 3.2 负序电流的检测方法 .12 3.2.1 负
11、序电流采样的理论分析 .12 3.2.2 检测系统的硬件设计13 3.2.3 热积累和热发散的模拟14 3.2.4 检测系统的软件设计15 第 4 章 不同接线变压器的三相不对称度.16 4.1 概述 .16 4.2 牵引变压器负序电流及其不平衡度分析 .16 4.2.1 单相接线变压器 .16 4.2.2 YNd11 接线变压器.17 4.2.3 V/v 接线变压器.18 4.2.4 Scott 接线变压器.19 4.2.5 阻抗匹配平衡接线变压器 20 4.3 牵引变压器负序电流特性分析 .21 4.4 结论分析 .23 第 5 章 负序改善方法.25 5.1 负序电流的一般表达式 .25
12、 5.2 全负序相量图 .28 5.3 降低负序影响的措施 .29 5.3.1 特殊接线牵引变压器 .30 5.3.2 牵引变电所的换相连接 .30 5.3.3 并联补偿 .32 西南交通大学毕业设计（论文）西南交通大学毕业设计（论文） 第第 IVIV 页页 5.3.4 仿真验证40 结论.46 致谢.47 参考文献.48 西南交通大学毕业设计（论文）西南交通大学毕业设计（论文） 第第 1 1 页页 第 1 章 绪论 1.1 研究的背景及意义 随着电气化铁路的发展，大量交直型晶闸管相控机车与交直交型变频调 速交流机车投入运行。由于机车运行工况(起动、加速和制动)随机多变、列车牵引 重量和运行速
13、度的不断提高，以及增强列车下坡可靠性的再生制动技术的使用，致 使电力牵引负荷增加、功率因数变坏、电流突变率和冲击率增大、谐波电流含量也 相应增加。电气化铁道牵引供电系统1为一种较特殊的电力子系统，其负载电力机 车为波动性很大的大功率单相整流负荷或者逆变负荷。牵引供电系统运行时产生较 大的负序分量和高次谐波，同时剧烈变化的负荷造成电网电压波动。因此，谐波、 无功和负序被称为备受关注的电气化铁道三大技术课题。 由于电气化铁路分布日益广泛，对大电网的影响也越来越严重。全面研究电力 牵引负荷工况和故障时的负序特性，明确交直型与交直交型电力机车在不同 工况下馈线电流的负序含量，为牵引供电系统度量仪表、保
14、护继电器等在电力机车 工况下的谐波适应程度提供理论依据，并可据此对测控因谐波注入造成的误差采取 补偿措施。这些都对电力牵引供电系统的可靠性和大电网的安全稳定运行起到推动 作用，特别是对采用交直交型电力机车的高速铁路很有必要。 随着电气化铁路运行速度和载重能力的不断提高，负序电流对电网的影响也越 来越受到关注。电力机车作为单相移动、幅值频繁变化的大功率非线性整流负荷， 正常运行时将会引起电力系统三相不对称而产生较大的负序电流。如不及时地采取 措施加以治理，将对电气设备及电力系统的安全经济运行造成严重的威胁。实际运 行中，由于受到负序电流的影响，已发生多起电力系统大面积停电、中小型发电机 转子损坏
15、、继电保护误动等事故，严重扰乱正常的运输秩序，造成巨大的经济损失 和社会影响。 电力机车是单相大功率整流负荷，其用电会产生大量的谐波与负序电流，并通 过牵引变电站，注入电力系统。这不仅使电力系统中主要电气设备产生附加损耗、 降低容量利用率，而且影响了电网电能质量，对电力系统的稳定、安全及经济运行 西南交通大学毕业设计（论文）西南交通大学毕业设计（论文） 第第 2 2 页页 构成了一定威胁。建立正确的电力机车仿真模型目的是为了进一步分析电力机车在 不同的工作情况下的对电力系统的影响，为减少负序三相不平衡提供仿真数据依据； 建立仿真模型的另一个意义也是为分析研究专供电力机车的测量仪表、继电保护装
16、置原理、误差补偿方法提供基础数据。 1.2 研究现状 对电气化铁道牵引工况的分析，科研工作者运用仿真模型研究了机车负荷的动 态过程，但是，电力机车随时处于高速运动状态，网压波动大，机车操作过程因人 而异，线路状况变化多端，加上接触网的电晕、闪络、非金属性接地等故障，这就 使得如果要求动态仿真模型具有较高的准确性、普遍性将会变得较为困难。根据电 力机车操作及运行特点，为交直型相控整流机车的牵引运行仿真提供了基础。该 文献主要仿真了电气化区间内列车依时间和距变电所公里数的负荷变化过程，没有 涉及各工况下馈线电流的变化。仿真的模型是建立在数学理论上而非具体的电路元 器件，各种工况下的仿真模型不能灵活地根据实际运行情况调整元件参数。从数学 上论证谐波的相位分布，并建立了电牵引负荷谐波在电力系统中分布计算的数学模 型，为进一步研究谐波的分布规律提供了工具。 负序影响的大小取决于两方面的条件：其一是电力系统的容量大小
