高鐵牽引供電系統(tǒng)的寬頻建模與時域計算方法的研究與應(yīng)用.pdf

1、牽引供電系統(tǒng)和貫通線是高速鐵路系統(tǒng)中重要的基礎(chǔ)設(shè)施，隨著我國高速鐵路的發(fā)展和高速鐵路、客運專線在我國的快速建設(shè)，對供電系統(tǒng)的可靠性提出了更高的要求。運行數(shù)據(jù)表明，雷擊故障是影響高速鐵路供電系統(tǒng)可靠性的重要因素之一，須加以有效解決。本文結(jié)合“十一五”國家“科技支撐計劃”重點項目“中國高速列車關(guān)鍵技術(shù)研究及裝備研制”的“高速列車牽引供電技術(shù)”課題(2009BAG 12A09)和國家自然科學基金項目“變電站關(guān)鍵設(shè)備分數(shù)階無源寬頻建模方法的研究

2、”(51177048)，重點研究了高速鐵路接觸網(wǎng)系統(tǒng)、高速鐵路綜合接地系統(tǒng)和10kV貫通線電纜的寬頻建模與時域計算方法，對高速鐵路接觸網(wǎng)和10kV貫通線電纜的感應(yīng)雷和直擊雷過電壓進行了計算與分析，對接觸網(wǎng)線路耐雷水平及故障跳閘率進行了評估，提出了雷電防護措施建議。本文主要研究成果如下:
　　1.提出了計算架空線路雷電感應(yīng)過電壓的改進DEPACT(Delay Extraction-based Passive Compact Tran

3、smission Line macromodeling algorithm,DEPACT)時域宏模型，該方法與現(xiàn)有的架空線雷電感應(yīng)過電壓時域計算方法相比，分段數(shù)少，可有效提高計算雷電感應(yīng)過電壓的計算速度。該方法無需在模域可直接在相域進行求解，所建立的模型能直接嵌入通用的電磁瞬態(tài)仿真軟件，因此在處理端接復(fù)雜集中參數(shù)網(wǎng)絡(luò)或非線性設(shè)備等問題時十分簡便。
　　2.基于部分單元等效電路法和開路抑制原理，建立了高速鐵路高架橋綜合接地系統(tǒng)的寬頻

4、多口模型，并給出了相應(yīng)的時域求解方法。結(jié)合接觸網(wǎng)線路的多導(dǎo)體傳輸線模型，實現(xiàn)了接觸網(wǎng)線路感應(yīng)雷和直擊雷過電壓的計算與分析，并對接觸網(wǎng)架空線路的故障跳閘率進行了評估，提出了雷電防護措施建議。
　　3.提出了外部電磁場激勵下的多導(dǎo)體傳輸線時域有限元法，總結(jié)出了有關(guān)系數(shù)矩陣元素的送值表，并對該方法的數(shù)值穩(wěn)定性進行了討論，證明了該方法具有無條件穩(wěn)定的優(yōu)點，通過與現(xiàn)有方法的計算結(jié)果進行比較，驗證了本文計算方法的正確性。
　　4.將分數(shù)

5、階擬合方法和分數(shù)階系統(tǒng)的數(shù)值解法相結(jié)合，提出了一種通用的電氣設(shè)備寬頻建模方法。通過研究分數(shù)階系統(tǒng)的無源性質(zhì)，提出了一種適用于分數(shù)階電路系統(tǒng)的無源判據(jù)，豐富了電網(wǎng)絡(luò)理論。與現(xiàn)有的整數(shù)階寬頻建模方法相比，本文方法可計及頻變效應(yīng)固有的非整數(shù)階次冪特性，僅需較低的擬合階數(shù)就可獲得較高的計算精度，所建立的模型更為簡潔。
　　5.基于本文提出的分數(shù)階寬頻建模方法，建立了電纜的分數(shù)階寬頻模型，并驗證了模型的正確性。利用該模型，實現(xiàn)了高速鐵路10