第1章绪论
1.1问题的提出电能作为由电力部门向电力用户提供的一种特殊商品，同其他商品一样具有质量属性m。当今社会中，电能已经成为使用最为广泛的能源，它是一种实用、清洁且易于控制和转换的能源形式，它的发展和应用程度也是一个国家发展水平的主要标志之一[1]。电能的质量是由发电、供电、用电三方共同保证的。现代电力牵引都是以公用电网配电，实质上是取用经变换的单相电[21,因而电气化铁路是电力系统的一个特殊的用户代写英语毕业论文，牵引负荷的运行、投入、切除以及工况转变等方面极大地影响着电力系统的电能质量，不仅影响着电网的稳态电能质量，对电网暂态电能质量的影响也不容忽视。本文由此展开研究，对电气化铁路暂态电气特性进行仿真研究。1.2课题的研究背景及意义随着电力市场化的逐步推进，供电越来越表现为一种商业服务行为，电能作为一种商品，同其他商品一样具有质量属性[1]。但由于人们看问题的角度不同，电能质量至今未能有一个准确统一的定义。IEEE标准化协调委员会已经正式采用"PowerQuality(电能质量)"这一术语，并给出了相应的技术定义：合格电能质量，是指供给敏感设英语毕业论文怎么写备的电力和设置的接地系统是适合于该设备正常工作的；但IEC并没有采用"Power Quality"这一术语，而是提出"EMC, Electromagnetic Compatibility (电磁兼容)"这一术语，指出和强调设备与设备之间的相互作用和影响，以及电源与设备之间的相互作用和影响[1]。电能质量问题总体来说包括稳态电能质量和暂态电能质量两个方面，它们直接影响着电力系统的供电安全和用户设备的正常运行[3]。传统的电能质量问题的研究是基于稳态而言的，主要包括三相不平衡、谐波等方面，经过多年的研究与努力，稳态电能质量有了相当的提高[41。而随着工业水平和信息化的发展，一方面，用电负荷日趋英语毕业论文范文多样化和复化，以电力电子装置为代表的非线性设备的应用给电网电能质量带来了威胁，另一方面，各种复3^精密的、对电能质量敏感的用电设备不断普及使得人们对电能质量的要求越来越高[5]。上述矛盾使得暂态电能质量问题也成为国内外研究的重要问题之一。除此之外，用户对电能质量问题越来越了解，他们必将对电能质量提出更高的要求，而且电力系统的各个部分是相互联代写英语毕业论文 费用系的，供用电双方的联系也越来越紧密，这将意味着一个局部的干扰或故障可能会带来大面积的影响，甚至是巨大的损失[6]，这也增加了暂态电能质量问题研究的必要性。暂态电能质量问题会给电力系统带来诸多危害。电压中断或断电会使一些用电设备故障或失灵，给电力系统及用户带来巨大的损失，造成生产混乱，甚至酿成重大事故。过电压常常会造成设备的损坏，其中谐振过. 电压出现频繁，危害性较大，一旦发生，往往造成电气设备损坏和大面积的停电事故。电压骤降会造成某些自动化生产线停顿，使用户的自动化系统失灵，数据丢失，使公共设施突然停运，照明设备熄灭或损坏，危害公共安全等[7]。脉冲暂态则会对设备的绝缘带来破坏。牵引负荷波动剧烈，对电力系统带来冲击，频繁的投切负荷会给电力系统带来短时的过电压等现象；变压器的励磁涌流，机车过分相等过程也会带来一些暂态干扰，给电力系统造成扰动；机车工况的转变等现象也是暂态扰动的重要来源。牵引负荷波动性、冲击性强，对电网，尤其是电网较薄弱的地区会带来较大的冲击[8]。如此种种，电气化铁路给系统的暂态电能质量造成了诸多方面的影响。而随着国民经济快速发展，电气化铁路在交通运输业担负着重要角色，所以电气化铁路暂态电能质量问题不容忽视。因此研究电气化铁路的暂态电气特性十分必要，具有重要的意义。1.3国内外研究现状电能质量的分析方法主要集中于基于数字的方法，基于数字的各种方法已经在电能质量分析领域得到了广泛的应用，如分析谐波在网络中的传播，分析各种扰动引起的波形畸变以及开发一些电能质量的控制装置，并分析它们在解决电能质量问题当中所起的作用【9]。按照分析方法的不同，电能质量的分析方法大致可分为时域分析方法，频域分析方法和变换域分析方法三种[9]。1.3.1时域分析方法时域分析方法在电能质量分析中应用的最为广泛，它的主要用途是利用时域仿真程序对电能质量问题中的各种现象进行仿真研究。目前暂态分析方面应用较为广泛的仿真程序主要有EMTP、 EMTDC、 ATP等暂态仿真软件和SPICE、 PSPICE、 SABER等电力电子方面的仿真软件两大类[5]。电能质量的很多暂态现象是由于线路受到雷击，或是投切电力设备引起的，暂态过程有时还会出现电压骤升骤降等现象。由此，利用以上的一些暂态仿真软件可开展如下的一些研究[9]：(1) 计算暂态过程中出现的过电压，并分析其对电力设备的影响；(2) 分析电容器投切产生的暂态现象；(3) 分析电力电子装置产生的暂态现象；(4) 分析电压凹陷等问题对用电设备造成的影响；(5) 开发改善电能质量的新型设备。此外，由于暂态仿真软件的不断发展，其功能也日益强大，因此可以利用它们进行电力设备、元件的建模和仿真分析。1.3.2频域分析方法频域分析方法主要用于电能质量中谐波问题的分析，主要包括频率扫描和谐波潮流计算等方面[6]。频率扫描是指利用节点导纳矩阵和线性网络的方程求解各节点的谐波输入阻抗和相应各节点间的转移阻抗。注入的电流频率在一定的范围内变动时，即可得出相应的"谐波阻抗一频率"的分布图，并且从该图中的曲线的峰值和谷值可以确定该节点发生串联或并联谐振的频率。此外，频域分析法还可以进行谐波潮流计算，从而进一步分析出谐波在系统中的分布[5—6]。谐波分析属于稳态电能质量问题，鉴于本文研究的侧重点，频域分析方法此处不再详细介绍。1.3.3基于变换域的分析方法基于变换的分析方法主要是指付立叶变换、短时付立叶变换以及近年来新出现的小波变换方法['0]。以上分析方法中，付立叶变换是信号分析的经典方法，具有正交、完备等许多优点。在电能质量分析领域，常利用离散付立叶变换(DFT)和快速付立叶变换(FFT)对非正弦周期信号进行谐波分析[1]。付立叶变换只能适用于确定性的、平稳信号的分析，对时变的非平稳信号难以描述。短时付立叶变换（STFT)，也称为加窗付立叶变换(WFFT),它是把非平稳的时变信号看作是一系列短时的平稳信号的叠加，其短时性通过加窗来获得[1]。但是短时付立叶变换只适合于分析特征尺度大致相同的过程，不适合分析多尺度过程和突变暂态过程。小波变换分析方法是一种信号的时间——尺度分析方法，它具有多分辨分析的特点，而且在时频两域都具有表征信号局部特征的能力。
第2章电能质量问题概述
62.1电能质量问题的起因
62.2电能质量的定义与分类
72.2.1电能质量的定义
72.2.2电能质量问题的分类
第3章牵引供电系统建模
82.1牵引供电系统的构成及其主要供电方式
82.2牵引供电系统的构成
92.1牵引网的供电方式
92.2电力系统侧仿真模型
第4章牵引供电系统暂态电能质量仿真硏究
12.1西南交通大学硕士研究生学位论文
12.2牵引负荷突变对电网暂态电能质量影响的仿真研究
13.1牵引负荷突变仿真模型
13.2牵引负荷突变仿真结果
结论
电能也具有质量的属性，电气化铁路作为电力系统的一个特殊的用户，极大地影响着电力系统的电能质量。牵引负荷的频繁投切、励磁涌流、过分相过程以及工况的转变都会对电力系统带来扰动，从而影响着电力系统的暂态电能质量。本文由此展开，对电气化铁路暂态电能质量进行仿真研究。本文主要对牵引网负荷突变、机车主变励磁涌流、机车过分相、机车工况转变等情况对电网暂态电能质量的影响进行了仿真研究。确定系统侧模型，再针対单线NF和单线AT供电方式，计算其单位长串联阻抗矩阵和并联导纳矩阵，对导线进行等值合并，计算等值h型模型下牵引网模型参数。在Matlab/Simulink软件中构建仿真模型，分别仿真研究了牵引网负荷突变、机车主变励磁涌流、机车过分相、机车工况转变等情况对牵引变压器一、二次侧电压的影响。此外还对励磁涌流的影响因素、机车过分相时中性段电压变化情况、机车由牵引工况转变为再生制动工况时网侧电流和机车电流的变化以及网侧电压与电流的特征进行了仿真研究。