西南地区电气化铁路电能质量评估与解决方案研究

论文摘要

西南地区电气化铁路由于主要分布在山区地带,山区所特有的地理特征决定了该地区的电气化铁路牵引供电负荷有其特殊性,伴随着高速客运专线的大规模建设,运营速度更高,行车密度更大,电能质量问题势必更为突出,这都对该地区牵引供电系统设计提出了新要求。为了提高设计的合理性和适用性,有必要掌握西南地区电气化铁道电能质量的现状,并结合该地区牵引供电负荷变化特点,开展有针对性的电能质量解决方案研究。本文依托西南交通大学铁道电气化与自动化铁道部重点实验室的软硬件平台,对西南地区主要电气化线路中有代表性的多个牵引变电所进行全面电能质量测试,基于国标要求,完成了电能质量的综合评估,进而讨论了既有国标的适用性,提出了国标制定中需要注意的几点问题。西南地区电气化铁路普遍采用固定补偿方式治理电能质量,基于综合补偿理论,研究了其有效性和适用性。针对固定补偿装置存在的不足,介绍了多种新型电气化铁道电能质量控制方法,分析了其基本工作原理,计算了主要技术参数,并试验和仿真验证了方案的可行性,为西南地区电气化铁道电能质量综合治理提供了有效途径。结合南昆铁路扩能改造的实际需要,以田林牵引变电所为例开展了同相供电系统工程设计,给出了同相供电主电路拓扑结构、计算得到了综合补偿容量,与既有两相供电方式对比分析了牵引变压器安装容量和供电臂末端网压。开展了田林牵引变电所同相供电方案的经济性分析,计算了投资回收年,研究表明采用同相供电技术较传统的电能质量补偿技术治理更为先进和全面,综合经济效益显著,可以进一步在西南地区电气化铁路中开展工程应用研究。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题的背景及意义
• 1.2 国内外电气化铁道电能质量改善措施
• 1.3 论文的主要工作
• 第2章 牵引供电系统综合补偿理论研究
• 2.1 牵引供电系统的无功理论与负序计算
• 2.2 无功和负序的综合补偿
• 2.3 牵引供电系统三相、两相谐波模型及其变换
• 2.4 滤波器设计原理
• 2.5 本章小结
• 第3章 西南地区电气化铁道电能质量综合评估
• 3.1 电能质量测试范围
• 3.2 测试设备
• 3.3 分析所依据的标准
• 3.3.1 功率因数
• 3.3.2 谐波
• 3.3.3 电压不平衡度
• 3.3.4 电压偏差
• 3.4 电能质量指标统计结果
• 3.4.1 功率因数分析
• 3.4.2 谐波分析
• 3.4.3 负序分析
• 3.4.4 电压偏差分析
• 3.5 本章小结
• 第4章 电气化铁道电能质量控制方案研究
• 4.1 固定并联电容最佳补偿容量
• 4.1.1 固定电容补偿容量优化分析
• 4.1.2 实例分析
• 4.2 带有降压变压器的单调谐滤波器设计方法
• 4.2.1 方案概述
• 4.2.2 实例分析
• 4.3 基于无源综合补偿技术的电能质量控制方案研究
• 4.3.1 主要补偿措施的选择
• 4.3.2 实例分析
• 4.4 基于有源潮流控制器的新型同相牵引供电系统
• 4.4.1 新型同相牵引供电系统的结构和特点
• 4.4.2 潮流控制器结构及补偿原理
• 4.4.3 实例分析
• 4.5 本章小结
• 第5章 南昆铁路牵引供电系统同相供电工程设计实例
• 5.1 既有南昆铁路田林牵引变电所情况
• 5.2 田林牵引变电所同相供电方案设计
• 5.2.1 同相供电主电路拓扑结构
• 5.2.2 综合补偿容量计算
• 5.2.3 牵引变压器容量计算
• 5.2.4 供电臂末端网压计算
• 5.3 田林牵引变电所同相供电方案经济性分析
• 5.3.1 一次性投资分析
• 5.3.2 运行费用分析
• 5.3.3 综合效益分析
• 5.4 本章小结
• 结论与展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 攻读硕士学位期间参与的科研与实践