电牵引系统多谐波源随机谐波电流叠加方法的研究

随着国民经济的迅速发展以及电力市场的逐步形成，电能质量问题在许多国家已经引起电力部门和用户的广泛关注。供电质量不高将引起产品质量下降，甚至导致某些重要的运输生产部门工作上的损失，从而造成严重的经济和生活的影响。 具体到电气化铁路运输方面，由于牵引机车的往复和电气负荷的特殊性，对多机车负荷系统谐波电流的叠加一直是一个难以确定的课题。大量的专家和学者在这方面做出了长期的努力。 本文从理论探讨的角度出发，深入了解了国内外对电牵引系统多谐波源随机谐波电流叠加问题的动态，分析了电牵引负荷谐波的分布特性。并比较全面的分析了影响电力机车运行的随机因素，并从中选出了影响较大的因素。对蒙特卡罗模拟法进行了比较确切的介绍，分析了随机变量理论样本的产生原理，随机数的产生办法和使用蒙特卡罗法的收敛准则等重要环节。与此同时，探讨了目前国内外对该问题处理所使用的方法的局限性和缺陷，针对本国的电牵引系统的实际情况，提出了在电牵引系统的多谐波叠加中使用基于中心极限定理的概率分析方法，指出针对高次谐波运用该方法的可靠性和对低次谐波不能有效模拟的原因所在。 电力机车作为一种十分特殊的非线性负荷，其产生谐波电流的机理比较复杂。为了有效模拟机车在运行中所产生的谐波电流，本文在MATLAB的平台空 间中建立了韶山4型电力机车的仿真模型，导入到MATLAB运算程序中，对低 次谐波电流叠加进行模拟，从而证实了蒙特卡罗模拟法仍然是目前较为可靠可 行的方法，同时讨论了在电牵引系统中针对低次多谐波源叠加使用基于中心极 限定理的概率分析方法必须使用相关参数进行修正，即需要和电力机车的带电 运行方式有机的结合在一起。 在MATLAB中编程实现基于中心极限定理的概率分析法和蒙特卡罗模拟 法对电牵引系统谐波叠加的对比，验证了前者在该多谐波源系统中的有效使用 范围，同时给出了阻抗匹配平衡变压器两侧即系统侧和牵引侧谐波叠加电流的 概率特性图，并绘制了分布概率函数图。