第1章 高速铁路牵引供电系统概述 1
1.1 高速铁路概述 1
1.2 牵引供电系统概述 3
1.3 牵引网供电方式 3
1.3.1 直接供电方式 4
1.3.2 带回流线的直接供电方式 4
1.3.3 BT供电方式 5
1.3.4 AT供电方式 6
1.3.5 CC供电方式 7
1.4 牵引供电系统主接线 9
1.4.1 牵引变电所主接线 9
1.4.2 AT所主接线 9
1.4.3 分区所主接线 9
1.4.4 开闭所主接线 9
1.5 牵引变压器 12
1.5.1 单相接线牵引变压器 13
1.5.2 V/v接线牵引变压器 13
1.5.3 三相YNd11接线牵引变压器 15
1.5.4 Scott接线牵引变压器 16
1.5.5 阻抗匹配平衡变压器 16
1.5.6 牵引变压器性能对比 16
1.6 高速动车组 17
1.6.1 动车组概述 17
1.6.2 国外动车组的发展 18
1.6.3 我国动车组的发展 19
1.7 牵引供电系统电能质量问题及抑制措施 20
1.7.1 牵引供电系统电能质量问题 20
1.7.2 牵引供电系统电能质量抑制措施 21
1.7.3 我国电气化铁路电能质量治理技术应用现状 21
参考文献 22
第2章 外部供电电源系统 23
2.1 外部电源供电方式 23
2.1.1 桥形接线 24
2.1.2 双T接线 24
2.2 三相电压背景谐波 25
2.3 实测数据获取及分析 26
2.3.1 实测数据获取方法 26
2.3.2 实测数据分析 26
2.3.3 电压背景谐波的统计规律 29
2.4 三相电压背景谐波概率模型 31
2.4.1 谐波电压幅值模型 31
2.4.2 谐波电压相角模型 36
2.5 背景谐波模型的应用 36
2.5.1 谐波责任划分 36
2.5.2 指数叠加法则 37
2.5.3 基于Monte Carlo的背景谐波应用 37
2.5.4 案例分析 38
2.5.5 案例讨论 39
参考文献 40
第3章 高速铁路牵引供电系统数学模型 41
3.1 高速铁路牵引供电系统概述 41
3.2 牵引变电所模型 42
3.2.1 V/x接线牵引变电所 42
3.2.2 Scott接线牵引变电所 43
3.3 AT牵引网模型 45
3.3.1 AT牵引网概述 45
3.3.2 常用高速铁路牵引网导体参数 46
3.3.3 牵引网导体阻抗、导纳计算 48
3.3.4 并联电容矩阵计算 52
3.3.5 不同地理环境下的牵引网导体参数计算 52
3.3.6 牵引网多导体链式网络模型 54
参考文献 59
第4章 动车组电气模型 60
4.1 CRH系列动车组牵引传动系统概述 60
4.1.1 高压系统 61
4.1.2 电气传动系统 61
4.2 动车组运行特性 63
4.2.1 牵引特性 63
4.2.2 制动特性 64
4.3 动车组区间运行特性与过程 66
4.3.1 动车组区间运行特性 66
4.3.2 动车组区间运行过程 68
4.4 动车组动态基波模型 70
4.4.1 动车组受力分析 70
4.4.2 动车组运动方程 72
4.4.3 动车组动态负荷模型 73
4.4.4 动车组基波模型的验证 74
4.5 动车组谐波数学模型 75
4.5.1 非线性负载模型 75
4.5.2 统一正弦切割模型 76
4.5.3 高速列车负荷电流高次谐波计算 80
4.5.4 高速列车高次谐波负荷计算方法 82
4.6 动车组Norton等效模型 88
4.7 动车组动态谐波模型 90
4.7.1 谐波注入幅值 90
4.7.2 谐波相角 91
4.7.3 动车组谐波电流相角分析 94
4.7.4 多工况分析及典型频谱 96
4.7.5 Monte Carlo方法 97
4.7.6 实测数据验证 98
4.8 基于实测的动车组模型 100
4.8.1 动态谐波过程 100
4.8.2 动车组建模 103
4.8.3 动态谐波源模拟 106
参考文献 108
第5章 动车组—牵引供电系统联合仿真 110
5.1 高速列车交流牵引传动系统 110
5.1.1 高速列车牵引传动系统概述 110
5.1.2 交流牵引传动系统拓扑结构 111
5.1.3 瞬态直接电流控制技术 112
5.1.4 牵引脉冲变流器工作原理 113
5.1.5 牵引脉冲变流器控制方法 115
5.2 高速列车仿真模型 116
5.2.1 仿真模型 116
5.2.2 模型仿真验证 118
5.3 牵引供电系统仿真模型 121
5.3.1 牵引变电所模型 121
5.3.2 牵引网模型 123
5.3.3 模型仿真验证 124
5.4 动车组—牵引供电系统联合仿真模型 125
5.4.1 联合仿真模型 125
5.4.2 模型仿真验证 125
参考文献 126
第6章 牵引供电系统潮流计算及电能质量分析 128
6.1 潮流计算方法 128
6.1.1 经典潮流计算方法 128
6.1.2 连续线性潮流法 128
6.1.3 PQ分解法 129
6.1.4 三种算法的比较 130
6.2 基于牛顿-拉夫逊法的牵引供电系统潮流计算 132
6.2.1 单车运行时潮流计算 132
6.2.2 多车运行时潮流计算 134
6.3 车网耦合下的牵引供电系统潮流计算 135
6.4 基于AT等值电路的改进算法 137
6.5 基于行车运行图的牵引供电系统动态潮流计算 139
6.6 算例分析 142
6.6.1 系统参数 142
6.6.2 基波评估 143
6.6.3 谐波评估 148
6.7 动态潮流计算方法的进一步应用 154
参考文献 154
第7章 牵引供电系统谐波与谐振 156
7.1 牵引供电系统谐波与谐振问题 157
7.2 谐波谐振类型 158
7.3 国内外研究综述 159
7.3.1 牵引供电系统谐波问题概述 159
7.3.2 牵引供电系统谐波谐振特征 161
7.3.3 牵引供电系统谐波传输及谐波谐振研究现状 162
7.4 频谱分析法 163
7.5 S-domain分析方法 165
7.6 谐波谐振模态敏感度分析方法 166
7.6.1 特征值解耦 166
7.6.2 模态敏感度 167
7.6.3 模态敏感度指标的标准化 169
7.6.4 三节点系统案例分析 170
7.7 牵引供电系统谐振及敏感度分析 173
7.7.1 系统简介 173
7.7.2 仿真与测量结果验证 174
7.7.3 供电臂耦合分析 175
7.7.4 谐波谐振分析 178
7.8 基于牛顿-拉夫逊法的谐振频率转移方法 182
7.9 牵引供电系统谐波及谐振抑制 183
7.9.1 谐波畸变电压指标 184
7.9.2 谐振敏感度指标及应用 184
7.9.3 治理方案设计与滤波器优化 188
参考文献 196
第8章 车网系统低频网压振荡 198
8.1 车网系统低频网压振荡概述 198
8.2 现场实测数据分析 200
8.2.1 大秦线HXD1机车弓网匹配实测分析 200
8.2.2 徐州北机务段网压波动事故分析 200
8.3 基于阻抗的车网互联系统稳定性分析 202
8.3.1 基于阻抗分析法的小信号稳定性判据 202
8.3.2 车网互联系统阻抗模型 204
8.3.3 车网互联系统稳定性分析 208
8.4 车网互联系统低频振荡仿真分析 211
8.4.1 车网互联系统仿真模型 211
8.4.2 低频网压振荡影响因素分析 212
8.4.3 讨论 215
8.5 低频振荡抑制方法 215
8.5.1 改善牵引网 215
8.5.2 改善机车控制 216
参考文献 216
第9章 牵引供电系统电能质量治理 218
9.1 电能质量标准体系及限值 218
9.1.1 IEC电能质量标准 218
9.1.2 美国IEEE电能质量标准 220
9.1.3 我国电能质量标准 222
9.1.4 电能质量限值 223
9.2 谐波治理 224
9.2.1 高铁AT供电系统无源滤波器设计 225
9.2.2 算例分析 231
9.2.3 滤波效果对比分析 232
9.2.4 滤波器限值校验 234
9.3 负序治理 235
9.3.1 Steinmetz平衡原理 235
9.3.2 Steinmetz补偿电路的不足 237
9.4 牵引供电系统电能质量综合治理 238
9.4.1 静止无功补偿器 238
9.4.2 有源电力滤波器 239
9.4.3 铁路静止功率调节器 239
9.4.4 三相侧静止同步补偿器 240
9.4.5 综合电能质量控制系统 241
9.5 新型同相供电技术 242
参考文献 243
彩色图版 245