電氣化鐵道牽引負(fù)荷概率分布特性與數(shù)學(xué)模型研究.pdf

1、電力負(fù)荷建模是開展電力系統(tǒng)仿真研究的關(guān)鍵技術(shù)之一，牽引負(fù)荷模型對于研究電氣化鐵路對電網(wǎng)的影響有非常重要的理論價值和工程意義。牽引負(fù)荷具有隨機(jī)性強(qiáng)、波動幅度大、三相不對稱等顯著特點(diǎn)，這給負(fù)荷建模工作帶來了挑戰(zhàn)。采用概率法分析牽引負(fù)荷的統(tǒng)計(jì)特征，進(jìn)而研究影響上述特征的決定性因素及其影響程度、影響方式，有助于更準(zhǔn)確、更真實(shí)地描述牽引負(fù)荷，最終建立牽引負(fù)荷的數(shù)學(xué)模型。本文主要研究了電力牽引列車（以下稱列車）、供電饋線及牽引變電所的基波負(fù)荷與諧波

2、負(fù)荷的概率分布，設(shè)計(jì)了負(fù)荷模型及參數(shù)辨識算法，同時提出了系統(tǒng)諧波阻抗的估算方法。
　　首先分析了單列列車基波負(fù)荷的概率特征，這是饋線和變電所疊加負(fù)荷分析的基礎(chǔ);此外，研究了列車諧波電流的統(tǒng)計(jì)規(guī)律，提出了利用實(shí)測數(shù)據(jù)進(jìn)行諧波負(fù)荷建模的思路，針對新型動車組構(gòu)建了數(shù)學(xué)模型并完成了與實(shí)測數(shù)據(jù)的對比驗(yàn)證。通過對列車運(yùn)行過程的分析，結(jié)合實(shí)測數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)結(jié)果，本文指出列車在單一限速區(qū)間內(nèi)的基波有功功率的概率密度服從正態(tài)分布。同時，分析了動車組和交

3、直交型電力機(jī)車的諧波幅值和相角的統(tǒng)計(jì)特點(diǎn)，據(jù)此構(gòu)建了諧波電流的數(shù)學(xué)模型，實(shí)例應(yīng)用表明該數(shù)學(xué)模型具有較好的適用性和易用性。
　　研究了牽引變電所的負(fù)荷概率模型，包括饋線的負(fù)荷建模方法。與已有的針對饋線電流的負(fù)荷建模方法不同，所提負(fù)荷模型是以有功和無功功率為研究對象，由于有功和無功均為標(biāo)量因此疊加機(jī)理更易于分析和理解。進(jìn)而，明確提出了饋線和變電所有功功率的概率分布是由行車密度和列車功率共同決定的，并據(jù)此構(gòu)建了疊加負(fù)荷的數(shù)學(xué)模型。最后，

4、介紹了利用非線性尋優(yōu)算法辨識負(fù)荷模型參數(shù)的具體方法和步驟，并通過實(shí)例建模和數(shù)據(jù)對比介紹了負(fù)荷概率模型的應(yīng)用效果。
　　基于負(fù)荷概率模型分析了牽引變電站高壓側(cè)負(fù)序電流的概率分布特征，提出了負(fù)序電流的描述方法。首先，針對常用的單相變壓器和平衡變壓器，分別探討了負(fù)序電流的概率分布特點(diǎn)。然后，分析了相鄰兩個供電臂列車行車密度相關(guān)性對負(fù)序電流概率分布的影響，指出對于復(fù)線鐵路而言兩臂相關(guān)性非常小，并據(jù)此研究了采用前述負(fù)荷模型參數(shù)直接描述負(fù)序電

5、流的可行性。此外，提出了以負(fù)序電流概率密度為擬合對象的建模思路，構(gòu)建了概率法數(shù)學(xué)模型，通過實(shí)例介紹了參數(shù)識別的具體步驟。
　　圍繞牽引負(fù)荷諧波相關(guān)問題進(jìn)行了概率分布特征的研究，包括饋線諧波電流、諧波發(fā)射水平以及公網(wǎng)諧波阻抗辨識等。首先，分析了交直型（DC Drive，直流驅(qū)動）和交直交型(AC Drive，交流驅(qū)動)電力機(jī)車諧波分布的特點(diǎn)，通過仿真分析研究了兩種類型的電力機(jī)車對饋線諧波電流概率分布特征的影響;同時，提出了采用均勻隨

6、機(jī)分布描述單車諧波電流幅值的方法，據(jù)此構(gòu)建了饋線諧波電流的數(shù)學(xué)模型，介紹了參數(shù)識別方法和步驟并進(jìn)行了實(shí)例驗(yàn)證。負(fù)荷的諧波發(fā)射水平是諧波分析領(lǐng)域一個重要問題，本文針對電氣化鐵路的運(yùn)營特點(diǎn)提出了利用組合概率密度公式描述高壓側(cè)諧波電壓幅值分布及參數(shù)辨識方法，簡化了估計(jì)牽引負(fù)荷諧波發(fā)射水平的步驟。在諧波阻抗辨識方面，分別探討了在高壓側(cè)和牽引側(cè)估算系統(tǒng)諧波阻抗的方法，主要思路是基于波動量法的基本原理、采用概率密度函數(shù)提高辨識的穩(wěn)定性、可靠性及準(zhǔn)確