牵引供电系统谐波仿真分析

重载和高速铁路是我国铁路今后的主要发展方向,目前我国重载铁路采用的机车主要是交直型电力机车,其控制方式采用相控整流方式,机车在从电网获取电能的同时也会产生3、5、7次等低次谐波,经过牵引网注入到电力系统中。牵引网是分布参数元件,谐波电流经过牵引网时会发生谐振,使谐波电流成倍增加,造成过电压,影响供电设备的安全稳定运行。本文重点对牵引供电系统谐振特性、电力系统和牵引供电系统机电-电磁暂态混合仿真以及牵引供电系统电能质量综合治理进行了研究。 在仿真研究牵引供电系统谐振特性时,通常采用谐波潮流仿真方法,此时需要对牵引供电系统仿真模型进行一定的简化,通常只对牵引网进行建模,而机车则简化为电流源,不考虑机车和牵引网之间的耦合关系。本文利用PSCAD/EMTDC建立韶山4型电力机车电磁暂态仿真模型,并将其仿真结果与相关理论值进行对比,验证了所建立机车模型的正确性。然后根据已有的牵引网仿真模型建立方法建立了机车-牵引网-等值电网电磁暂态仿真模型,仿真研究车网耦合下机车位置、机车数量和牵引网长度对牵引供电系统谐振特点和注入电力系统电流谐波含量的影响。 在对牵引供电系统建模时,通常采用电磁暂态仿真,在仿真时需要对电力系统部分进行等值简化,将其等效为三相电压源。本文利用ADPSS仿真软件机电-电磁暂态混合仿真功能,在己建立好的机车-牵引网-等值电网电磁暂态仿真模型的基础上建立机车-牵引网-实际电网机电暂态-电磁暂态混合仿真模型,仿真对比两种仿真模型的差异,仿真结果表明在研究牵引供电系统谐波特性时,电力系统部分简化等值为三相电压源对仿真结果的准确性影响不大；本文建立的实际电力系统和牵引供电系统机电-电磁暂态混合仿真模型为牵引供电系统仿真分析提供了一种新的仿真思路。 最后本文研究了TCR+FC型SVC无功补偿和滤除谐波工作原理和三相不平衡负荷补偿原理,利用PSCAD/EMTDC建立了单相TCR+FC型SVC和基于三相不平衡负荷补偿原理的三相TCR+FC型SVC。仿真比较了两种补偿方法对牵引供电系统谐波、负序和无功综合补偿效果。