高铁牵引变压器拓扑结构对电网冲击的影响研究

• 作 者: 钱欣
• 机 构: 南京师范大学
• 出 处: 南京师范大学
• 发表日期: 2017年期
• 关键词: 高速铁路 牵引变压器 拓扑结构 电网冲击 电能质量

我国高铁网建设正蓬勃发展，高铁因其安全性高、速度快、单位能源消耗低、输送力大、经济效益好、方便舒适等优点成为我国交通运输发展的重要方向。然而，高铁牵引负荷是一种大功率冲击性负荷，会对电力系统产生严重冲击，影响电网谐波、三相不平衡、有功和无功冲击等电能质量特性。针对高铁运行过程引起的电网冲击问题，通过建立不同拓扑结构牵引变压器等效电路模型，揭示牵引变压器拓扑结构和高铁运行工况与电网冲击的关联性机理，为高铁电网规划、运行、控制和电能质量治理提供理论依据，从而提高高铁运行的安全可靠性。　　本文主要研究如下:　　1.分析了CRH2型高铁整体构架，研究了高铁牵引供电系统和牵引变电站运行原理，以及牵引变电站冲击负荷特性，并对比分析了直接供电方式、BT供电方式及AT供电方式的优劣性;　　2.分析了高铁牵引传动系统运行机理和不同运行工况特性，建立了不同运行工况下高铁牵引传动系统的等效电路模型，包括牵引整流器、牵引逆变器、牵引电机模型及瞬态电流控制和磁场定向的间接矢量控制策略方法。　　3.研究了不同拓扑结构的高铁牵引变压器运行机理，包括V/v接线、Scott接线和阻抗匹配平衡接线变压器，建立了三种拓扑结构牵引变压器等效电路，以及正、负序电流和电流不平衡度解析方程。　　4.提出了基于牵引变压器拓扑结构和高铁运行工况的高铁电能质量分析方法，分别分析了高铁不同运行工况下，V/v接线、Scott接线和阻抗匹配平衡接线变压器引起的电网谐波、三相不平衡度、功率因素以及有功和无功冲击影响，揭示了牵引变压器拓扑结构和高铁运行工况对电网冲击的耦合机理及其优劣性。　　理论分析与宁杭高铁实测数据结果表明:牵引工况下，V/v接线变压器性能最优，其谐波畸变率为2.61％、电流三相不平衡度1.30％、无功冲击25Mvar;再生制动工况下，Scott接线变压器性能最优，其谐波畸变率4.90％、电流三相不平衡度0.2％、无功冲击40Mvar;恒速运行工况下，阻抗匹配平衡变压器性能最优，其谐波畸变率2.20％、电流三相不平衡度0.2％、无功冲击54MVar。综合分析在三种运行工况下阻抗匹配平衡接线对电网电能质量影响最小，总体表现最好。本论文的研究为高铁牵引变压器拓扑结构选型及提高高铁运行安全可靠性提供理论依据。