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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