贯通同相供电系统潮流控制策略及其优化

摘要

贯通同相供电技术不仅能有效解决由电力机车引起的电能质量问题，更无分相之虞，代表了未来电气化铁路发展趋势。本文依托中国铁路总公司重大课题“电气化铁路贯通同相供电与运用技术研究”，主要研究贯通同相供电系统潮流分布特征、补偿装置容量优化配置以及系统方案优化设计，为贯通同相供电技术推广运用提供必要的理论依据和技术支撑。
　　本文首先通过分析贯通同相供电系统拓扑结构，推导了同相补偿装置受控源等效模型，结合牵引网链式网络模型，构建了适用于贯通同相供电方式的牵引网等值电路模型。其次，根据列车牵引计算原理，开发了计及运行图的多车运行仿真器，同时充分考虑牵引网电压与列车轮周功率之间的相互影响关系，将牵引网等值电路模型与多车运行仿真器相结合，最终构建了车-网交互仿真系统，实现列车牵引负荷及牵引网潮流在线计同步计算。在贯通同相供电系统中补偿装置容量优化配置、系统方案优化设计直接决定了系统经济性，在分析补偿装置负序补偿原理的基础上，推导了在任意负序补偿度下的补偿装置容量配置方法;其次将改进多目标粒子群优化算法和车-网交互仿真系统相结合，以牵引供电系统主要设计原则为约束条件，构建以全线牵引变电所最小计算容量和牵引网最小平均损耗为目标的优化模型，研究贯通同相供电系统方案优化设计。最后以国内某高速铁路为实际算例，在以上理论分析和所建模型基础上，分析了贯通同相供电系统牵引网潮流分布规律、牵引变电所负荷分配特征，计算结果表明贯通同相供电方案下牵引变电所具有分布式电源容量共享特性，牵引负荷在各个牵引变电所上分配更加均衡，而且能有效减小馈线负荷波动;同时还分析了同相补偿装置在不同补偿目标下的补偿容量，其中优化补偿方案能尽可能地降低补偿装置安装容量，节省建设费用;最后通过改进粒子群优化算法，结合系统方案寻优设计模型，进行整个牵引供电系统网络拓扑的选择，仿真结果验证了贯通同相供电方案的优越性，同时也体现了优化模型的有效性。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 国内外研究现状

1．3 本文主要研究内容

第2章 贯通同相供电系统数学模型

2．1 贯通同相供电牵引网结构

2．2 牵引变电所等效模型

2．2．1 组合式贯通同相供电牵引变电所结构

2．2．2 单相牵引变压器数学模型

2．2．3 同相补偿装置等效模型

2．3 统一牵引网链式网络模型

2．3．1 网络模型

2．3．2 系统节点电压方程

2．4 网络元件

2．4．1 串联元件

2．4．2 并联元件

2．5 本章小结

第3章 车-网交互仿真系统研究

3．1 列车动力学模型

3．1．1 列车牵引力

3．1．2 列车运行阻力

3．1．3 列车制动力

3．1．4 列车运动模型

3．2 列车追踪运行过程

3．2．1 列车运行控制系统

3．2．2 移动授权与ATP防护曲线

3．3 多车运行仿真器

3．4 车-网交互仿真系统

3．4．1 车-网交互仿真系统建模

3．4．2 仿真验证

3．5 本章小结

第4章 同相补偿装置控制策略及系统方案优化设计

4．1 同相补偿装置控制策略

4．1．1 同相补偿装置负序补偿原理

4．1．2 不同补偿策略下CPD容量配置

4．2 基于Pareto熵的多目标粒子群优化算法

4．2．1 多目标粒子群优化算法

4．2．2 Pareto熵及差熵

4．2．3 种群进化状态检测

4．3 基于Pareto熵的MOPSO改进策略

4．3．1 引入个性化混沌因子的自适应进化策略

4．3．2 自适应变异操作

4．3．3 改进算法性能测试

4．4 贯通同相供电系统多目标优化设计

4．4．1 优化模型

4．4．2 算法流程

4．5 本章小结

第5章 贯通同相供电系统算例分析

5．1 基础参数

5．1．1 线路概况

5．1．2 动车组及运行控制参数

5．2 贯通同相供电系统潮流分析

5．2．1 单列车运行潮流分析

5．2．2 多列车运行潮流分析

5．3 补偿装置容量优化配置

5．4 贯通同相供电方案优化设计

5．5 本章小结

结论与展望

附录

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间的科研成果