牵引网谐波模型及其仿真计算

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1、第GG卷!第E(期Q-/RGG!)-RE(!&&'年'月E&日938+RE&!!&&'牵引网谐波模型及其仿真计算郎!兵!吴命利%北京交通大学电气工程学院!北京市E&&&<<&摘要#以圆导线内阻抗的计算方法为基础$结合牵引网中多导体传输的特性$构建了牵引网的链式网络模型$并给出了链式网络切面分割方法及其切面上导线注入电流源的模拟方法&考虑到钢轨对地泄露电导较大$文中采用了精确的+形等值电路来模拟$不仅获得了较高的计算精度$而且也有效地减少了计算量&以此模型为基础对几种供电方式的牵引网进行了谐波电流'电压的分布仿真计算&仿真结果与实测结果吻合$验证了所建模型的准确性$并根据仿真结果

2、得出了相关结论&关键词#牵引网(网络模型(谐波(仿真中图分类号#02(

3、变宽!一直到约E&JPX都有可测谐波$可见!图&%2'),44.':,&R:)'-4.A%')3.+..*.&牵引网不仅谐波成分含量高!而且谐波频带宽$这些谐波成分经牵引变电所与接触网的连接馈线通过所内牵引变压器很容易渗透到三相电力系统!影响电力系统的电能质量$为了在电气化铁道设计阶段就能了解到电牵引负荷谐波对电力系统的影响程度!以决定是否有必要采取谐波抑制措施!就必须对供电臂上谐波电流的分布进行仿真模拟计算!依据计算结果数据!给出"EDG#合理规划和相应对策$为此!本文结合牵引网拓扑结构的特点!构建了牵引网的链式网络模型!并以图@!5>

4、供电方式M)AN@!5;',O'&%40+,&$.&%5>&'&%2'),44.':,&R此模型为基础对几种供电方式的牵引网进行了谐波电流(电压的分布仿真计算!并根据仿真结果得出了图E和图!所示为单线牵引网$如果是复线牵相关结论$引网!平行导体数还要增加E倍%其结构见附录B&$可见!不论采用何种供电方式!不论是单线还是复$!牵引网的供电方式线!从整体上看!牵引网的骨架都是由供电网导线和牵引网包括供电网和回流网!部分$供电网由回流网导线组成的平行多导体传输线系统$接触网0组成!包含接触线(承力索(加强线等*回流网由钢轨$(负馈线)[(正馈线H[(保护线HZ%!牵引网的谐波模型%R

5、$!基于多导体传输线的网络模型及电压方程由于牵引网为一平行多导体传输线系统!对于收稿日期%!&&'D&!DE"(修回日期%!&&'D&=DE"&-(=-!研制与开发!!郎!兵!等!牵引网谐波模型及其仿真计算牵引网的一个供电臂!从拓扑结构上构成了一个链流**为切面H上各导线的电压向量%U维&$H式网络!这个链式网络由!类元件组成'纵向串联阻抗元件和横向并联导纳元件$设供电臂中平行导体数为U!并将整个供电臂用$个切面分割!对串联阻抗元件和并联导纳元件适当建模!则整个供电臂总可以等效成如图G所示的链式网络形式$图G中!串联阻抗元件(H为!个相邻切面之间的支路阻图B!链式网络抗矩阵%U

6、XU阶&!并联导纳元件)为切面H上各M)ANB!E-%)44.':,&RH导线之间的导纳矩阵%UXU阶&!&为切面H上各H对于图G所示的链式网络可列写以下节点电压导线的注入电流源向量%U维&!用来模拟供电臂上方程'运行于该位置的电力机车向牵引网注入的谐波电kEkE+)Ej(Ek(E-kEkEkEkEk(E(Ej)!j(!k(!***kEkEkEkEk(HkE(HkEj)Hj(Hk(H1***kEkEkEkEk($k!($k!j)$kEj($kEk($kEkEkE,k($kE($kEj)$.00%E&"*E!*!!2!*H!2!*$kE!*$#i"&E!&!!2!&H!2!&$k

7、E!&$#!!式%E&中的节点导纳矩阵为三对角带状矩阵!在供电臂各切面位置的电力机车向牵引网注入的某一频率的谐波电流&确定的情况下求解该方程!即可H得到供电臂各切面上各导线的谐波电压!进而用相图P!多导体传输线等值!形等值电路M)ANP!CW;)3%?.4'!2)&2;)'+,&$;?')O2,4*;2',&邻切面间各导线的谐波电压差除以相邻切面间的阻'&%40$)00),4?)4.抗(!即可得到供电臂各导线上分布的谐波电流$H已知传输线的单位长度串联阻抗矩阵((单位%R%!对链式网络模型的