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电气化铁路高次谐波谐振与对策研究

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摘要

第1章 绪论

1.1 课题研究的背景

1.2 国内外研究现状

1.3 课题研究的意义

1.4 本文的主要工作

第2章 牵引供电系统高次谐波谐振与滤波技术

2.1 牵引供电系统的高次谐波问题

2.2 高次谐波谐振机理分析

2.2.1 牵引供电系统谐波谐振

2.2.2 牵引网谐波电流放大

2.3 既有高通滤波器及其特性

2.3.1 一阶高通滤波器

2.3.2 二阶高通滤波器(日本模式)

2.3.3 三阶高通滤波器

2.3.4 串并联隔离无源电力滤波器

2.4 阻波高通滤波器

2.4.1 原理分析

2.4.2 典型参数值及阻抗频率特性

2.5 几种高通滤波器的相关分析

2.5.1 阻抗频率特性曲线

2.5.2 功率特性分析

2.6 本章小结

第3章 系统谐波模型与阻波高通滤波器特性研究

3.1 系统模型的建立

3.1.1 外部电源仿真模型

3.1.2 牵引变压器仿真模型

3.1.3 牵引网仿真模型

3.1.4 牵引负荷仿真模型

3.2 阻波高通滤波器特性分析

3.2.1 基波功率特性

3.2.2 高通特性

3.2.3 电阻器取值对滤波效果的影响

3.3 几种滤波器的滤波特性分析

3.4 频率偏差影响

3.5 暂态特性分析

3.5.1 合闸时暂态分析

3.5.2 分闸时暂态分析

3.5.3 电阻器不同取值下的暂态分析

3.6 本章小结

第4章 基于阻波高通滤波器的谐波治理试验方案设计与实际应用研究

4.1 阻波高通滤波器装置试验方案

4.1.1 牵引供电系统用阻波高通滤波器

4.1.2 三相电力供电系统用阻波高通滤波器

4.2 阻波高通滤波器在牵引供电系统中的实际应用研究

4.2.1 京沪高速铁路谐波治理阻波高通滤波器方案设计

4.2.2 阻波高通滤波器装置的主要技术条件

4.3 阻波高通滤波器在三相电力供电系统中的实际应用研究

4.3.1 380V阻波高通滤波器现场试验方案设计

4.3.2 试验实测数据及效果分析

4.4 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论文及科研成果

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摘要

近年来,我国投入运行的高速动车组和交直交型电力机车数量显著增加,相比于传统交直型电力机车,交直交列车具有牵引功率大、谐波电流综合畸变率小、功率因数高等技术优势,但注入牵引供电系统的谐波频谱变宽,高频谐波含量升高。若高频段的谐波电流频率与牵引供电系统的自然频率发生重叠,则易引发牵引供电系统的谐波谐振。由于谐波谐振造成电气化铁路的供电设备损坏,甚至影响正常、安全运行的案例时有发生。
  在参考有关文献的基础上,本文归纳总结出了牵引供电系统中存在的高次谐波问题及其危害,并对高次谐波谐振机理和谐波电流放大进行了阐述。结合既有的几种高通滤波器,提出了一种新型滤波器——阻波高通技术方案,通过建模对各种高通滤波器的特性进行了分析和对比,并结合现场试验实测数据,对本文所提出的阻波高通滤波器技术方案的实际效果进行了评估。
  本文通过Matlab/Simulink仿真平台,结合当前牵引供电系统的实际情况搭建了系统谐波仿真模型,在此基础上对所提出的阻波高通滤波器的滤波特性和谐振抑制特性展开研究,同时将其与既有滤波器的滤波效果进行了比对。再者,研究分析了阻波高通滤波器的投切暂态特性,重点研究了电阻器取值对阻波高通滤波器的滤波效果和暂态特性的影响。
  本文给出了阻波高通滤波器的试验方案,对其在牵引供电系统和三相电力系统中的实际应用分别进行研究。结合京沪谐波治理项目,提出了用于直挂AT牵引网的阻波高通滤波器设计方案和技术条件。完成了380V阻波高通滤波器的研制、现场安装与运行,并结合现场试验实测数据,对阻波高通滤波器的实际运营效果进行分析、评估。

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