动车组负荷特性分析.ppt

1、动车组负荷特性分析,牵引供电研究所 杨少兵 ,主要内容：,电气化铁路负荷特性简介 客运专线负荷特色 牵引负荷的描述方法 交直交型机车与低频振荡 运载率较低的线路功率因数问题,一、电气化铁路负荷特性简介,牵引负荷与电力系统的多数负荷有很大差别，特点是： 负荷大小随机波动 采用整流装置，为非线性，谐波含量高 单相负荷，三相不对称，含有负序,1.随机波动性的不良影响,负荷波动会造成电压波动 剧烈波动造成供变电设备的容量利用率降低。 一般牵引变压器的容量利用率在20%左右。远低于电力系统变压器。,SS4B随车测试电压电流,当牵引变电所的容量较小时，列车负荷的随机波动 会造成电压大幅度波动。,2.谐波影

2、响,通讯干扰 占用设备容量，谐波损耗引起发热 激发谐振 影响设备运行，如变压器、电容器等 加速绝缘老化,SS4B电流谐波含量,SS4B电压电流波形,3.三相不对称,额外占用设备容量 引起电网电压不对称 严重时危及发电机和电网安全运行,二、客运专线的负荷特性,动车组功率大、速度快，波动性更加明显。 交直交型动车组功率因数高，谐波水平得到很好控制，谐波含量较少。 三相不对称仍然较为严重。,1.负荷波动对网压的影响,分相点,再生制动,加速阶段,2.高次谐波也是动车组的特征谐波,2.高次谐波谐振,由列车谐波电流激发的谐振导致高次谐波电压急剧增大， 与基波电压叠加后，导致网压升高，造成设备状态异常， 动

3、车组闭锁等。,高次谐振的基本原理,系统电源和变压器的等值电感与牵引网分布电容发生并联谐振。因此，在相同电源下，供电臂距离越长，谐振频率越低；供电臂V停运行时比复线运行谐振频率要高。,高次谐波谐振的危害,车载避雷器烧毁现场图,影响供电系统的安全稳定运行，损害供电设备的绝缘耐受水平。 并补电容器承受过大电流，而电抗器则承受过大电压。 牵引变压器、自耦变压器和自用电变压器都将工作在磁通严重饱和状态（发生谐振时，噪音显著增强，甚至发出刺耳啸叫声），对铁心、绕组和绝缘均不利。 激发暂态过电压，则会产生避雷器爆炸等严重事故。,治理措施,加装滤波设备（右图）。 修改交直交型机车的控制策略。,治理效果,谐振抑

4、制装置能消除谐波电流放大、改善电压波形， 其中1020次谐波电压分量得到显著降低。网压波形 的改善也影响到动车组的电流波形，降低了谐振源的 激发强度。,3.三相不平衡依旧比较严重,随着高速重联动车组上线，大功率高速度使得三相 不对称更为明显。这也将成为客运专线供电将来面临 的主要问题。,三相电压不平衡度示例,注：1、郭店变电所 2、泰山变电所 3、延庆变电所 4、下庄变电所 5、木林变电所 6、湖东变电所 7、周士庄变电所,解决三相不平衡的手段,轮流换相：已采用 平衡变压器：已采用 同相供电：试验，投资大 采用电力电子装置，如SVG、STATCOM,4.再生制动,试验条件 单相供电100km左

5、右 双车运行（CRH 380）,动车组的再生功率较大,电压分布图：波动达1.5kV,三、牵引负荷的描述,描述牵引负荷的重要性： 评估供电能力 指导牵引变电所设计 为电网规划提供基础数据 负荷预测 电能质量评估,2.描述牵引负荷的难点,牵引负荷波动性和随机性都很强，无法用简单公式进行描述。 不同的线路情况等环境因素对牵引负荷有不可忽视的影响。 如何找到通用性的规律去描述牵引负荷。,已有成果：,“多台同类型机车取用相等电流时，馈线电流的分布服从正态分布。但由于受到列车密度的影响，电流分布曲线不对称，用正态分布描述将造成较大误差” 电气化铁路供电苏 康.古.马克瓦尔特 著，袁则富 何其光 译,馈线电

6、流为什么会呈现正态性？ 供电区段长度内线路的坡道、曲线、限速等条件都比较稳定，单台电力 机车在固定区段内的出力往往比较稳定，当样本数量较大时，取流的统计 近似服从正态分布。 那为什么要限定同类型车？,已有成果：,牵引馈线电流具有有界性、连续性、单峰性和非对称性，可利用分段函数描述其概率密度。 电气化铁道并联综合补偿及其应用，李群湛 著,通用性如何？ 不同的站存在不同的形态，曲线的类型和分界都不一样，通用性不好。 什么原因造成分布形态迥异？ 不同列车的功率因数、负载情况都是影响因素。,主要影响因素分析：,流量，即列车运行密度 列车出力，即有功功率，分析有功功率比分析电流更有合理性。,实测统计：,

7、思考： 有功功率的正态性非常好 但依然存在不对称性，当然，不对称和对称都可能存在。 馈线功率=车辆数X车辆功率,列车功率分布符合正态分布：,列车运行密度符合正态分布：,用正态分布描述列车密度是合理的，也符合运行管理的思路。 需要取整表示列车数量 线路上的空载（无车）概率实际要大得多。应作具体修正。,上述描述方法的优势：,基于规律，具有通用性。 基于功率运算，有其合理性，不受功率因数和电压高低影响。 直接提供功率，更有利于进行供电系统的计算分析。,四、交直交型机车与低频振荡,问题的提出：当多个交直交型车同时启动时，电压低频振荡，最终导致列车丢失牵引力，无法出库。已在国内多个车站发生。,原因分析：

8、,同类型的交直交型车的控制策略相同，对于电压变化所做出的反应一致，当牵引变电所容量较小或不足时，这种反应（功率输入和输出）导致网压波动加剧，很容易导致低频振荡（35Hz）。,解决手段（*表示实用系数）：,提高供电容量（*） 降低同时启动的列车数量（*） 修改列车控制策略（*） 安装稳定电压装置（*）,五、运载率较低线路的功率因数问题,问题的提出：某条新开线路，月功率因数低于0.6。 分析： 运力低、列车密度低、设备利用率低，导致线路分布电容导致的容性功率大，倒送无功功率至电力系统。在返送正计的前提下，导致功率因数很低。,解决方式：,安装调节装置，并配置控制系统，避免无功输送，控制功率因数。,未来，牵引负荷的关注点,如何提高供电能力 如何控制三相不平衡度 高次谐波对供电系统的影响 回流系统的电流分配与接触电压,不同的研究重点来自于不同需求,UK,Ch