动车组负荷特性分析

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。
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
高次谐波谐振的危害
• 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。
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：
• 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（3~5Hz）。
2.谐波影响
• 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
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。 ② 那为什么要限定同类型车？
已有成果：
2. 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
① 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。
② 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：
① 流量，即列车运行密度 ② 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：
• 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
三相电压不平衡度示例
三相电压不平衡度(%)
各个变电所三相电压不平衡度测试结果
12 10
8 6 4 2 0
1234567
最大值 平均值 95%概率值
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Βιβλιοθήκη Baidu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
① 负荷大小随机波动 ② 采用整流装置，为非线性，谐波含量高 ③ 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。
三、牵引负荷的描述
1. 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
① 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。
② 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。
③ 如何找到通用性的规律去描述牵引负荷。
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（***）
车载避雷器烧毁现场图
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
谐振抑制装置能消除谐波电流放大、改善电压波形， 其中10～20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。
动车组负荷特性分析
牵引供电研究所 杨少兵 shbyang@bjtu.edu.cn
主要内容：
一．电气化铁路负荷特性简介 二．客运专线负荷特色 三．牵引负荷的描述方法 四．交直交型机车与低频振荡 五．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：
已有成果：
1. “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
① 馈线电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
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
加速阶段
再生制动
2.高次谐波也是动车组的特征 谐波
谐波电流95%概率大值（安培）
9
8
7
6
5
4
3
2
1
0
3
5
7
9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37 39 41 43 45 47 49 51 53 55