牵引供电系统的高次谐波的仿真与分析
摘要
电气化铁道作为公用电网的非线性负载，已成为引起电力系统谐波污染的主要谐波源之一。这主要是因为在电气化铁道上行驶的电力机车是单相的整流型负荷.由于功率大,分布广，而且三相不对称，在其运行过程中必然会产生大量的高次谐波，并将在接触网上激发起沿线分布的高次电压和电流谐波，它们对电气化铁道沿线的通信系统会造成严重的干扰。
随着交直交动车组在电气化铁道中的大量采用，使得牵引供电系统中的谐波特性发生变化，除了含有低频带的3、5、7次等谐波外,在高频带还出现了大量的高次谐波。尽管这些高频带谐波含有率不高，但其却大大增加了系统发生谐波谐振的可能性.当系统发生谐波谐振时,会形成较大的过电压和过电流，危害牵引变电所和电力机车等的绝缘设备，影响系统安全运行。本文对电力系统的谐波特性做了详细的理论研究和分析,重点阐述了牵引供电系统谐波的形成、谐波参数并对一些设备的谐波进行了分析，以便可以更加深刻的理解牵引供电系统的谐波分布，谐波形成和控制，维持牵引供电系统的稳定性和可靠性。
最后，本文对牵引供电系统的高次谐波进行了仿真、分析，更加直观的展示了牵引供电系统的谐波特点及其分布,进一步加深理解。
关键词：高次谐波；牵引供电;谐波电流放大；MATLAB/Simulink
Abstract
Electrifiedrailway,asthenonlinearloadofpublicelectricnet,hasbecomeoneof mainharmonicsourcescausingharmonicpollutioninthepowersystem,whichismainlybe causethatelectriclocomotiverunningontheelectrifiedrailwayissingle—phaserec tifierload。Onaccountofitsgreatpower,widedistributionandthree—phaseasymmetric，itwillproduceagreatdealofhigh—orderharmonicsandonthecontactnetwillexcitehi gh—ordervoltageandcurrentharmonicsdistributingalongtheline,whichwillinterf ereseriously,withthecommunicationsystemalongtheelectrifiedrailway．
WiththewideapplicationofAC—DC—ACmultipleunitsinelectricrailway,harmon iccharacteristicinthetractionPowersupplysystemhasbeenchanged。Notonlythelow-orderharmonies,forexample,third—order,fifth—orderandseventh —orderharmonicwereincludedinthissystem,butalsoalotofhigh—orderharmonicwer econtained。Althoughthecontentrateofthesehigh—orderharmonicsverylow，thepossibilityofharmonicresonanceinthesystemwillgreatlyincrease.Whenharmoni cresonanceoccurredinthesystem，overvoltageandovercurrentwillproduce,whichcanendangerequipmentinsulationoft ractionsubstationandtrainandinfluencethesystemsafetyoperation。Inthispapertheharmoniccharacteristicofpowersystemtodoadetailedtheoreticalre searchandanalysis，expoundsthetractionpowersupplysystemharmonicformation，
andsomeequipmentharmonicparametersareanalyzed，sothattheycanmoreprofoundunderstandingofharmonicdistributionofthetractionpo wersupplysystem，harmonicformationandcontrol,maintaintractionpowersupplysystemstabilityandre liability.
Finally，thispaperthetractionpowersupplysystemofHHGsimulationandanalysis，moreintuitiveshowsofthetractionpowersupplysystemharmoniccharacteristicsandd istribution，furtherenhanceunderstanding。
Keywords：HHG,Tractionpowersupply，Harmoniccurrentamplification，MATLAB/Simulink
目录
摘要.................................................. 错误!未指定书签。Abstract .................................................. 错误!未指定书签。1绪论.................................................... 错误!未指定书签。
1。1课题背景与意义................................... 错误!未指定书签。
1。2课题研究现状..................................... 错误!未指定书签。
1。3本课题的研究内容与目标........................... 错误!未指定书签。2谐波.................................................... 错误!未指定书签。
2。1谐波含义......................................... 错误!未指定书签。
2。2谐波特性......................................... 错误!未指定书签。
2。3高次谐波危害..................................... 错误!未指定书签。
2。4畸变波形的度量指标............................... 错误!未指定书签。
直流牵引供电系统仿真计算 摘要 在城市轨道交通蓬勃发展的今天，人们对城市轨道交通的安全与稳定提出了更高的要求。直流牵引供电系统是城市轨道交通的重要组成部分，供电的安全与可靠是城市轨道交通系统正常运行的保证。城市轨道交通短路故障的分析计算与仿真是提高牵引供电系统安全运行能力及相关保护与控制技术的基础。 首先，本文对牵引变电所、牵引网、直流保护系统这三大部分的组成与结构进行了分析；根据城市轨道交通的特点对牵引变压器和牵引网的参数进行了分析计算，并建立了单边供电和双边供电方式下的等效电路模型，给出了不同供电方式下的稳态电流计算公式和计算实例。 其次，本文对不同短路故障作了仿真分析。本文利用Matlab/Simulink工具对当前城市轨道交通直流供电系统广泛采用的12脉波、24脉波直流供电系统进行建模与仿真，通过仿真分析比较了12/24脉整流机组在空载、负载时候的谐波含量，24脉波整流机组比12脉波整流机组呈现出更好抑制11、13次谐波的性能。在所建立模型的基础上，对采用DC1500V接触线供电的地铁线路进行了不同点发生短路故障的仿真与分析。由于当线路发生短路故障时不是一座变电所供给短电流，而是由全线相连的变电所供给短路电流。为更精确反应短路电流状况，本文建立了考虑四座变电所供电的双边供电模型，并对不同点短路故障进行仿真分析，得出了近端短路与远端短路时的短路电流变化规律。参数计算、建模等的精确程度，都会对仿真得出的短路电流的上升率和幅值产生很大的影响。为更好的掌握短路电流的变化状况，文章仿真了直流侧参数对短路电流的影响，为直流保护整定值的调整提供理论依据。 最后文章结合地铁的实际运行情况，对采用直线牵引电机的地铁机车启动的暂态电流和电机冲击电流加以仿真分析，结合给出的大电流脱扣保护与di/dt+△I保护这两种主保护的整定原则，对大电流脱扣保护与di/dt+△I保护参数予以整定计算，并对部分保护的配合使用作了分析。 关键词：直流供电系统；地铁；24脉波整流；短路故障仿真；直流保护；电流上升率；电流增量
《牵引供电系统》知识点 1、轨道交通的供电制式：直流制、单相工频交流制、单相低频交流制。不同供 电制的牵引供电系统结构，应用范围。 2、电气化铁路负荷等级和对进线电源的要求：一级负荷，牵引变电所有两路独 立进线电源 3、我国电气化铁路的供电制式？单相工频交流制牵引供电系统组成。 单相工频交流供电制式；单相工频交流制牵引供电系统组成：牵引变电所和牵引网组成。牵引网：由馈线、接触网、轨地回流线等组成。 4、牵引网为什么会出现分相？电分相绝缘装置设置在什么地方？有什么作 用？ 因为牵引变压器将电力系统的三相电变为两相电，所以会出现分相；将分相绝缘器主要设置在牵引变电所出口处和分区所处；目的：把两相不同的供电区分开，并使机车光滑过渡。 5、牵引供电系统供电方式：直接供电方式，BT供电方式，带回流线的直接供电 方式，AT供电方式。基本电路原理图，优缺点。 直接供电方式：牵引电流通过电力机车后直接从钢轨或大地返回牵引变电所。 结构简单，投资最少，维护费用低。在负荷电流较大的情况下，钢轨电位高； 对弱电系统的电磁干扰较大。 BT供电方式：在接触网和回流线中串接吸流变压器，让牵引电流通过电力机车后从回流线返回牵引变电所。电磁兼容性能好，对周围环境影响小，钢轨电位低。 带回流线的直接供电方式：相对直接供电方式，钢轨电位和对通信线路的干扰有所改善。钢轨电位降低；牵引网阻抗降低，供电距离增长；对弱电系统的电磁干扰减小相对BT方式，结构简单，投资少，维护费用低；牵引网阻抗减小，供电距离增长 AT供电方式：能显著降低电气化铁路对通信线路的干扰，由于长回路电压提
高1倍，因此在同样的牵引功率下网上电流减小，电压损失、功率损失下降，牵引变电所间距变大。 6、牵引供电系统与牵引负荷的特点，分别给电力系统带来哪些电能质量问题？ 牵引供电系统的负荷特性，主要取决于电力机车的电气特性、铁路线路条件和运输组织方案等因素。 牵引变电所负荷具有如下特点：负荷波动频繁、负荷大小不均衡、负载率低、牵引变电所供电能力适应最大负荷需要。给电力系统带来了负序和谐波等电能质量问题。7、如何改善各个电能质量问题？有哪些措施？ 8、系统短路容量跟哪些因素有关？系统短路容量对各项电能质量指标有哪些 影响？ 9、牵引供电系统电压水平的规定：机车/动车组、接触网、变压器额定电压，最高电压和最低电压 10、电压损失和电压降的概念及计算方法。 11、馈线电流的计算方法：负荷过程法（计算机仿真法）、统计法（同型列车法）、概率分布法 12、纯单相变压器、Vv接线变压器、YNd11接线变压器、Scott接线变压器（1）接线原理 （2）根据换相要求确定次边牵引端口的电压相别，从而将原边接入合适的相别（3）原次边电流变换关系 （4）归算到牵引侧的等值电路 （5）在负荷相同的情况下，变压器容量有什么不同？ （6）原边负序电流的计算 （7）在负荷相同，接入系统电源相同的情况下，不同接线牵引变压器负序影响有什么不同？ 13、三相-两相平衡变压器的特点？ 14、牵引网阻抗计算的目的？ 确定牵引网压损，校验运行时网压水平；计算短路阻抗、短路电流，确定继电保
电气工程学院 《电力系统分析综合实验》2017年度PSASP实验报告 学号： 姓名： 班级：
实验目的： 通过电力系统分析的课程学习，我们都对简单电力系统的正常和故障运行状态有了大致的了解。但电力系统结构较为复杂，对电力系统极性分析计算量大，如果手工计算，将花费 大量的时间和精力，且容易发生错误。而通过使用电力系统分析程序PSASP，我们能对电 力系统潮流以及故障状态进行快速、准确的分析和计算。在实验过程中，我们能够加深对电力系统分析的了解，并学会了如何使用计算机软件等工具进行电力系统分析计算，这对我们以后的学习和工作都是有帮助的。 潮流计算部分： 本次实验潮流计算部分包括使用牛顿法对常规运行方式下的潮流进行计算，以及应用PQ分解法规划运行方式下的潮流计算。在规划潮流运行方式下，增加STNC-230母线负荷的有功至1.5.p.u，无功保持不变，计算潮流。潮流计算中，需要添加母线并输入所有母线 的数据，然后再添加发电机、负荷、交流线、变压器、支路，输入这些元件的数据。对运行方案和潮流计算作业进行定义，就可以定义的潮流计算作业进行潮流计算。 因为软件存在安装存在问题，无法使用图形支持模式，故只能使用文本支持模式，所以 无法使用PSASP绘制网络拓扑结构图，实验报告中的网络拓扑结构图均使用Visio绘制， 请见谅。 常规潮流计算： 下图是常规模式下的网络拓扑结构图，并在各节点标注电压大小以及相位。 下图为利用复数功率形式表示的各支路功率（参考方向选择数据表格中各支路的i侧母
线至j侧），因为无法使用图形支持模式，故只能通过文本支持环境计算出个交流线功率，下图为计算结果。
五邑大学 电力系统分析理论 实验报告 院系 专业 学号 学生姓名 指导教师
实验一仿真软件的初步认识 一、实验目的： 通过使用PowerWorld电力系统仿真软件，掌握电力系统的结构组成，了解电力系统的主要参数，并且学会了建立一个简单的电力系统模型。学会单线图的快捷菜单、文件菜单、编辑菜单、插入菜单、格式菜单、窗口菜单、仿真控制等菜单的使用。 二、实验内容： （一）熟悉PowerWorld电力系统仿真软件的基本操作 （二）用仿真器建立一个简单的电力系统模型： 1、画一条母线，一台发电机； 2、画一条带负荷的母线，添加负荷； 3、画一条输电线，放置断路器； 4、写上标题和母线、线路注释； 5、样程存盘； 6、对样程进行设定、求解； 7、加入一个新的地区。 三、电力系统模型： 按照实验指导书，利用PowerWorld软件进行建模，模型如下： 四、心得体会： 这一次试验是我第一次接触PWS这个软件，刚开始面对一个完全陌生的软件，我只能听着老师讲解，照着试验说明书，按试验要求，在完成试验的过程中一点一点地了解熟悉这个软件。在这个过程中也遇到了不少问题，比如输电线的画法、断路器的设置、仿真时出现错误的解决办法等等，在试验的最后，通过请教老师同学解决了这些问题，也对这个仿真软件有了一个初步的了解，为以后的学习打了基础。在以后的学习中，我要多点操作才能更好地熟悉这个软件。
实验二电力系统潮流分析入门 一、实验目的 通过对具体样程的分析和计算，掌握电力系统潮流计算的方法；在此基础上对系统的运行方式、运行状态、运行参数进行分析；对偶发性故障进行简单的分析和处理。 二、实验内容 本次实验主要在运行模式下，对样程进行合理的设置并进行电力系统潮流分析。 选择主菜单的Case Information Case Summary项，了解当前样程的概况。包括统计样程中全部的负荷、发电机、并联支路补偿以及损耗；松弛节点的总数。进入运行模式。从主菜单上选择Simulation Control，Start/Restart开始模拟运行。运行时会以动画方式显示潮流的大小和方向，要想对动画显示进行设定，先转换到编辑模式，在主菜单上选择Options，One-Line Display Options，然后在打开的对话框中选中Animated Flows Option选项卡，将Show Animated Flows复选框选中，这样运行时就会有动画显示。也可以在运行模式下，先暂停运行，然后右击要改变的模型的参数即可。 三、电力系统模型
电力系统继电保护 实验指导书 张艳肖编 适用于12级电气工程及其自动化专业 西安交通大学城市学院二○一五年三月
目录 第一部分MATLAB基础 ................................................................................... - 3 - 1.1 MATLAB简介 .......................................................................................... - 3 - 1.2 MATLAB的基本界面 ........................................................................... - 3 - 1.2.1MATLAB的主窗口 ...................................................................... - 3 - 1.2.2 MATLAB的主窗口 ....................................................................... - 3 - 1.3 SIMULINK仿真工具简介.................................................................... - 4 - 1.3.1SIMULINK的启动 ........................................................................ - 4 - 1.3.2SIMULINK的库浏览器说明........................................................ - 5 - 第二部分仿真实验内容.................................................................................. - 6 - 实验一电力系统故障.................................................................................... - 6 - 实验二电流速断保护.................................................................................... - 9 - 实验三三段式电流保护.............................................................................. - 13 - 实验四线路自动重合闸电流保护.............................................................. - 17 -
北交大17春《牵引供电系统》第二次作业参考答案 （2018 年 10 月 6 日----2018 年 11 月 6 日） 1.电气化铁道牵引变压器的接线方式有哪些？各有何特点？ 2.当前高速铁路普遍采用的变压器接线方式是哪一种？为什么？ 3.变压器的计算容量，校核容量，最大容量，安装容量有何不同？ 4.变压器的过负荷能力对变压器容量有和影响？ 5.变压器的备用方式对变压器容量的选择有何影响？当前高速铁路采用的是那种备用方 式？ 6、计算题： 沪宁线（单线考虑）某变电所（镇江变电所）供电分区内：列车运行密度N=25对/天，假设每列列车牵引能耗A=1750KVA H所有列车累计运行时间56min,供电分区内有6个车站，该变电所采用三相变压器，固定备用，请确定该变电所的安装容量。 7、牵引网阻抗是什么？牵引网阻抗包含哪些回路，请画出单线铁路等值电路图。 8、牵引网阻抗的影响因素是什么？ 9、如何计算牵引网阻抗？ 10、计算牵引网阻抗有何意义？ 11、如何测量牵引网阻抗？ 12、计算：新建合肥至上海（按单线考虑）客专，接触网采用GJ-70+GLCA100/215 已知数据：导线有效电阻R仁0.184欧/公里，当量系数A=0.95 计算半径9.025毫米；等导线有效电阻R仁0.184欧/公里，当量系数A=0.95 承力索GJ-70计算参数： 有效电阻R2=1.93欧/公里，当量系数A=0.95 计算半径5.75毫米；等导线有效电阻R2=0.184 欧/公里，当量系数B=0.1导线高度 H仁6200毫米；结构高度h=1500毫米；驰度f=700毫米 钢轨参数：有效电阻R3=0.18欧/公里；计算半径96.5毫米；当量系数A=0.16 ；等值半径15.4毫米；大地土壤电导率:-=10°/i」cm 试计算牵引网阻抗。 1.常用的有四种接线方式：平衡变压器（阻抗匹配，非阻抗匹配；斯科特（Scoot ）接线方式；三相接线方
地铁牵引供电系统运行仿真的研究 发表时间：2017-10-23T14:11:00.087Z 来源：《电力设备》2017年第17期作者：何涛李培强[导读] 摘要：介绍了地铁牵引供电系统的构成，并阐述了24脉波整流器的工作原理，并基于Matlab/Simulink仿真软件，对系统进行电气建模。所建模型包括牵引变压器、接触网、制动斩波、逆变电路等单元，控制方法采用恒压频比的V/F方法，通过列车在不同的运行状态下，列车牵引电机的转速和牵引变电站的取流的变化规律验证模型的准确性和有效性。 （福建工程学院信息科学与工程学院福建福州 350118） 摘要：介绍了地铁牵引供电系统的构成，并阐述了24脉波整流器的工作原理，并基于Matlab/Simulink仿真软件，对系统进行电气建模。所建模型包括牵引变压器、接触网、制动斩波、逆变电路等单元，控制方法采用恒压频比的V/F方法，通过列车在不同的运行状态下，列车牵引电机的转速和牵引变电站的取流的变化规律验证模型的准确性和有效性。关键词：牵引供电系统；24脉波整流；V/F控制 引言 由于地铁牵引供电系统的特殊性，输电线路以及机车运行方式多样，采取大规模的试验研究方法不仅会消耗大量的财力和物力，而且往往会受各方面因素的制约而难以实施。计算机仿真软件不仅可以降低研发的危险性和开支，还可以模拟试验无法进行的列车运行状态，为研究整个系统提供了有力的支持。 地铁牵引供电系统主要包括：牵引变电所、牵引网和电动车组，其中牵引网由馈电线、接触网、走行轨及回流线等构成。牵引变电所是地铁牵引供电系统的核心，将35KV或者10KV三相高压交流电变成1500V或者750V低压直流电。馈电线将牵引变电所的直流电送到接触网上，电动车辆通过其受电弓与接触网的直接接触而获得电能，走行轨构成牵引供电回路的一部分，回流线将轨道回流引向牵引变电所。 1.地铁牵引供电系统建模 1.1牵引变电所建模 牵引变电站的交直流变换过程是地铁牵引供电系统中的关键环节。它一般采用两台牵引变压器和四台整流器构成整流机组将外部电源接入的中压35KV或者10KV交流电转换成1500V或者750V直流电。本文以地铁牵引供电系统中的10KV等级牵引变压器为例，其连接方式是Dy11d0：将一次侧绕组接成三角形分别移相+7.5°和-7.5°，二次侧绕组分别接成星型和三角形。 目前为了提高直流电的供电质量，尽可能的减少谐波对电网的影响，地铁大多数采用等效12脉波或者24脉波整流器。每台整流变压器由两个6脉波桥式整流器以并联方式来构成12脉波桥式整流器。而24脉波整流器则由两个12脉波整流器并联组成。通过在Matlab/Simulink 环境下建立牵引变压器模型和整流器模型，采用两台整流机组并联运行构成二十四脉波整器，通过牵引变压器空载输出电压可计算整流机组输出的空载直流电压为： Ud-整流机组空载输出电压；p-整流器脉波数；U2-牵引变压器空载输出电压。空载电压波形在一个交流周期内脉动24次，每个波动的间隔为15°。整流机组输出的空载直流电压为825V，与计算所得的输出电压基本相符。 1.2接触网建模 在Matlab/Simulink仿真模型中，一般利用Pi Section Line模块来构建作为直流输电线路的接触网。本文通过改变列车受电弓与牵引变电所之间接触网的阻值来模拟列车的运行动态。 1.3地铁机车及传动系统建模 地铁机车负荷主要包括机车牵引负荷（三相交流牵引电机）、机车辅助负荷、车厢负荷三部分构成。由于机车牵引负荷占总负荷的约80%，因此本文的列车模型以牵引电机为主体，它还包括逆变电路单元、滤波单元、以及制动单元模块。 1.4基于稳态模型的恒压频比的控制策略 基于文章篇幅的限制，本文采用交流电机变频调速最基本的控制方式----恒压频比控制。为了在调速中有效利用电机，在整个调速范围内的电机的气隙磁场都应保持适当的强度。磁场过弱或者过于饱和都不能充分利用电机。三相异步电机定子绕组每相感应感应电动势的有效值为 式中Ψg为气隙磁链。由式（3）可知气隙磁链与Eg/ f1成正比，也就是说只要协调好控制电压和频率便达到控制气隙磁场的目的。本文只考虑基频以下的调速，此刻定子阻抗压降较小时可认定电压幅值Us≈Eg，因此Us/f1=常值时便可近似的认为气隙磁链不变。 2.地铁牵引供电系统仿真模型 地铁牵引变电站的站间距离一般为0.8km-3km左右，机车通过该距离所需要的时间在1min-5min。在此区间内，机车首先启动加速行驶，在达到一定速度时采用惰行方式滑行，最后采用制动方式停车进站。地铁机车在稳态运行时采用双边供电回路，因此基于之前介绍的各个模块单元，通过Matlab/Simulink搭建成电路单元并进行封装，最后组成能够模拟列车稳态运行的直流牵引供电系统。 3.仿真结果及分析 3.1 仿真结果 由于实际情况和研究重点的限制，本文在仿真中做了如下假设：
电气2013级卓班电力电子技术与电力系统分析 课程实训报告 专业：电气工程及其自动化 班级： 姓名： 学号： 指导教师：
兰州交通大学自动化与电气工程学院 2016 年 1 月日
电力电子技术与电力系统分析课程实训报告 1 电力电子技术实训报告 1.1 实训题目 1.1.1电力电子技术实训题目一 一．单相半波整流 参考电力电子技术指导书中实验三负载，建立MATLAB/Simulink环境下三相半波整流电路和三相半波有源逆变电路的仿真模型。仿真参数设置如下： (1)交流电压源的参数设置和以前实验相关的参数一样。 (2)晶闸管的参数设置如下： R=0.001Ω，L =0H，V f=0.8V，R s=500Ω，C s=250e-9F on (3)负载的参数设置 RLC串联环节中的R对应R d，L对应L d，其负载根据类型不同做不同的调整。 (4)完成以下任务： ①仿真绘出电阻性负载（RLC串联负载环节中的R d= Ω，电感L d=0，C=inf，反电动势为0）下α=30°，60°，90°，120°，150°时整流电压U d，负载电流L 和晶闸管两端电压U vt1的波形。 d ②仿真绘出阻感性负载下（负载R d=Ω，电感L d为，反电动势E=0）α=30°，60°，90°，120°，150°时整流电压U d，负载电流L d和晶闸管两端电压U vt1的波形。 ③仿真绘出阻感性反电动势负载下α=90°，120°，150°时整流电压U d，负载电流L d和晶闸管两端电压U vt1的波形，注意反电动势E的极性。 (5)结合仿真结果回答以下问题： ①该三项半波可控整流电路在β=60°，90°时输出的电压有何差异?
北交大17春《牵引供电系统》 第二次作业（2018年10月6日----2018年11月6日） 1.电气化铁道牵引变压器的接线方式有哪些？各有何特点？ 铁道电气化牵引供电方式有①、AT方式（自耦变供电）；②、BT方式（吸流变）；③、直供方式。不同的供电方式，需要的变压器是不同的。 ①、在一些老的支线上采用Dy11接线，此种变压器制造简单，运行中会产生 严重的负序分量，容量利用率也低，大约在70%多。后来经过云南变压器厂的改进，虽然提高了容量利用率，但负序问题没有解决；②、为了解决负序问题，就出现了平衡变压器，国外有斯科特和李伯来斯等接线方式。国内有阻抗匹配平衡变压器，后者不仅解决了负序问题，还提高了容量利用率（达100%），高压侧可有中性点引出。但设计和制造复杂，由云南变压器厂制造； ③、目前高铁常用的是220kV比27.5kV的单相变压器。其制造简单、运行可 靠。 2.当前高速铁路普遍采用的变压器接线方式是哪一种？为什么？ 现在用的比较多的就是带回流线的直接供电方式和AT方式。一般接触网电压不应低于20kv即可。牵引网阻抗主要和接触线规格有关，另外AT方式的阻抗分长回路阻抗和段中阻抗两项。 3.变压器的计算容量，校核容量，最大容量，安装容量有何不同？ 设备容量：该变压器所带的所有用电设备额定容量的和。 计算容量：1、单个用电设备，设备容量与用电负荷存在一个设备效率的差异。 2、针对某一组具体用电设备，每台设备运行时也并不一定运行在额定状态， 必须考虑负载系数的问题；所有的用电设备并非同时运行，这就需要考虑设备的同时系数问题。 3、多个组的用电设备，还存在是否同时运行的因素，因此需要考虑多个组的 同期系数。 4.变压器的过负荷能力对变压器容量有和影响？ 如果电机的容量大于变压器容量，实际上的物理反应就是变压器绕组过热，时间长了就导致线圈烧毁。 5.变压器的备用方式对变压器容量的选择有何影响？当前高速铁路采用的是
本科生实验报告 实验课程电力系统分析 学院名称 专业名称电气工程及其自动化 学生姓名 学生学号 指导教师 实验地点6C901 实验成绩 二〇一九年九二〇一九年十二月 1
电力系统分析实验报告 摘要 电力系统分析是电气工程专业的主干基础课程，是学生进入电力系统专业的主要向导和桥梁。而MATLAB仿真中的Simulink建模是对电力系统进行建模分析的一个重要工具。 关键词：电力系统；MATALB；建模 实验一电力系统分析计算 一、实验目的 1.掌握用Matlab软件编程计算电力系统元件参数的方法. 2.通过对不同长度的电力线路的三种模型进行建模比较，学会选取根据电路要 求选取模型。 3.掌握多级电力网络的等值电路计算方法。 4.理解有名制和标幺制。 二、实验内容 1．电力线路建模 有一回220kV架空电力线路，导线型号为LGJ-120，导线计算外径为 15.2mm，三相导线水平排列，两相邻导线之间的距离为4m。试计算该电力线路的参数，假设该线路长度分别为60km，200km，500km，作出三种等值电路模型，并列表给出计算值。 2
模型 1 15.75 欧 22.8 欧 1.8e- 4欧 52.5 欧 76欧6e-4 欧 131.2 5欧 190欧 1.5e- 3欧 2．多级电力网络的等值电路计算 部分多级电力网络结线图如图1-1所示，变压器均为主分接头，作出它的等值电路模型，并列表给出用有名制表示的各参数值和用标幺制表示的各参数值。 图1-1 多级电力网络结线图 线路额定电压电阻 (欧/km) 电抗 (欧/km) 电纳 (S/km) 线路长度 （km) L1（架空 线） 220kv 0.08 0.406 2.81*10-6 200 L2（架空 线） 110kV 0.105 0.383 2.81*10-6 60 L3（架空 线） 10kV 0.17 0.38 忽略15 变压器额定容量P k (kw) U k % I o % P o (kW) 3
电力系统分析仿真实验报告
————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期：
电力系统分析仿真 实验报告 ****
目录 实验一电力系统分析综合程序PSASP概述 (3) 一、实验目的 (3) 二、PSASP简介 (3) 三、实验内容 (5) 实验二基于PSASP的电力系统潮流计算实验 (9) 一、实验目的 (9) 二、实验内容 (9) 三、实验步骤 (14) 四、实验结果及分析 (15) 1、常规方式 (15) 2、规划方式 (23) 五、实验注意事项 (31) 六、实验报告要求 (31) 实验三一个复杂电力系统的短路计算 (33) 一、实验目的 (33) 二、实验内容 (33) 三、实验步骤 (34) 四、实验结果及分析 (35) 1、三相短路 (35) 2、单相接地短路 (36) 3、两相短路 (36) 4、复杂故障短路 (36) 5、等值阻抗计算 (37) 五、实验注意事项 (38) 六、实验报告要求 (38)
实验五基于PSASP的电力系统暂态稳定计算实验 (39) 一、实验目的 (39) 二、实验内容 (39) 三、实验步骤 (40) 四、实验结果级分析 (40) 1、瞬时故障暂态稳定计算 (40) 2、冲击负荷扰动计算 (44) 五、实验注意事项 (72) 六、实验结果检查 (72)
实验一电力系统分析综合程序PSASP概述 一、实验目的 了解用PSASP进行电力系统各种计算的方法。 二、PSASP简介 1．PSASP是一套功能强大，使用方便的电力系统分析综合程序，是具有我国自主知识产权的大型软件包。 2．PSASP的体系结构： 报表、图形、曲线、 潮流计算短路计 电网基固定用户自定固定 第一层是：公用数据和模型资源库，第二层是应用程序包，第三层是计算结果和分析工具。 3．PSASP的使用方法：（以短路计算为例） 1).输入电网数据，形成电网基础数据库及元件公用参数数据库，（后者含励磁调节器，调速器，PSS等的固定模型），也可使用用户自定义模型UD。在此，可将数据合理组织成若干数据组，以便下一步形成不同的计算方案。
北交大《牵引供电系统》离线作业2 1.电气化铁道牵引变压器的接线方式有哪些？各有何特点？ 答：常用的有四种接线方式：平衡变压器（阻抗匹配，非阻抗匹配；斯科特（Scoot）接线方式；三相接线方式；单相接线方式； 特点：平衡变压器与斯科特变压器的利用率较高，对系统的不对称影响最低；单相的容量可以很大，但对系统影响较大，三相变压器利用率接近0.79-0.82，制造工艺成熟，质量稳定，有中性点，但对系统的影响较大。 2.当前高速铁路普遍采用的变压器接线方式是哪一种？为什么？ 答：当前高速铁路较多采用单相接线VV方式，大容量单相变压器制造容易，采用220KV 的电源网络，对系统影响可降至最低。 3.变压器的计算容量，校核容量，最大容量，安装容量有何不同？ 答：计算容量：根据列车正常运行密度（年货运量），线路区间状况（区间数），列车运行特征（能耗）等计算条件确定的最小容量； 最大容量：根据列车紧密运行密度（年货运量），线路区间状况（区间数），列车运行特征（能耗）等计算条件下，馈线短时最大工作电流时的容量； 校核容量：利用变压器的过负能力，最大容量与过负荷系数的比值，成为校核容量； 安装容量：根据运行备用方式和校核容量，综合计算容量，最大容量，在产品序列中选取确定的变压器最终容量。 4.变压器的过负荷能力对变压器容量有和影响？ 答：变压器的过负荷能力越强，（即在运行条件下过负荷的倍数大和时间长），变压器校核容量越小。但工程实践中，变压器负荷率一般在0.75是变压器的工作状态最好，功率因数最高，安全性能最稳定，因此实际的变压器都取较大容量，留有足够备用，虽然增加了工程静态投资，建设成本升高，但可最大限度延长变压器使用寿命，已策安全。 5.变压器的备用方式对变压器容量的选择有何影响？当前高速铁路采用的是
DN供电方式牵引供电系统项目设计方案 第2章主接线图设计方案 2.1 供电方案的说明 目前铁路的运力不断加大，电气化铁路的负荷也在不断增加。牵引变电所的设计要求简单实用，所以根据实际的运行要求选择直供加回流的供电方案。我国铁路供电的电压等级主要是110kV高压供电，所以本设计拟采用110kV三相供电。 ,d11。 进线端是两路进线，每路进线选用一台普通三相变压器，其接线方式为Y n 这两台主变压器之间互为备用。主变压器进线是三相110kV ，出线是每相27.5kV(单相供电,其中一相回流)在方案中选择容量合适的主变压器是很重要的，容量过小，容易过负荷；容量过大造成浪费，试运营成本增加。 主变压器的进线是三相进线，两台变压器互为备用。 馈线端是接27.5kV侧直接给接触网供电。低压侧采用单母线分段，四条馈线接辅助母线互为100%备用。在方案确定后紧接着要做的工作就是设计并确定主接线图。主接线图的设计会把这些设计思想反映在接线和设备的选用上。然后根据主接线图进行有关计算，最后选定高压设备[3]。 图2-1 带回流线的直接供电方式示意图
2.2 主接线图方案的设计 在进行主接线图设计之前，我参考了有关牵引变电所设计方案，争取把比较完整，比较先进的主接线设计方案运用在该设计中。对该设计中的主接线图的说明主要如下：该变电所电气主接线设计是依据变电所的最高电压等级和变电所的性质，选出的一种与变电所在系统中的地位和作用相适应的接线方式。该变电所的电气主接线包括110kV高压侧、27.5kV低压侧以及变压器的接线。因各侧所接的系统情况不同，进出线回路数不同，其接线方式也不同。电气主结线的基本结线形式有单母线接线，双母线接线，桥形结线和简单分支接接线。在该主接线图中，低压侧用了单母线分段（图2-2）。 图2-2 单母线分段示意图
实验1 电力系统潮流计算分析实验 一、实验目的1、熟悉电力系统潮流分布的典型结构，2、熟悉电力系统潮流分布变化时，对电力系统的影响， 3、根据电力系统潮流分布的结果，能够分析各节点的特点。 二、原理说明潮流计算是研究和分析电力系统的基础。它主要包括以下内容： （1）电流和功率分布计算。（2）电压损耗和各节点电压计算。（3）功率损耗计算。 无论进行电力系统的规划设计，还是对各种运行状态的研究分析，都须进行潮流计算。电力系统日常运行的潮流计算其实是对运行方式的调整从而制定合理的运行方式。 潮流计算的方法有手算的解析计算法和电子计算机计算法。在本实验平台中通过模拟电力系统运行结构取得各中原始数据，可根据线路形式以及参数初步进行潮流计算分析。但可能系统中一些设备原器件的非线性，造成理论计算和实际运行数据不符合，但基本在误差范围以内的，可作为全面分析实验中各中现象的理论依据。 电力系统潮流控制，包含有功潮流控制和无功潮流控制。电力网络中，各种结构都有自身的特点，因此潮流控制对电力系统安全与稳定、电力系统经济运行均具有重要意义。 THLDK-2电力系统监控实验平台上，根据电力网络中典型潮流结构特点，提供了7种网络结构进行分析。实验过程中，构建一个电力网络，增加或减少某些机组的有功出力和无功出力，在保持系统各节点电压在允许范围内的前提下，改变系统支路的有功潮流和无功潮流。可以研究某一单一网络结构，或者多中网络结构的互相变化，观察电力系统潮流的变化。 实验过程中，要运行“THLDK-2电力系统监控及运行管理系统”上位机软件，完成各种潮流分布中功率数值和方向变化，各母线电压的变化，最后数打印各中数据和图形，加以分析。 在本实验平台上，实验人员要首先分析并熟悉各种网络结构的特点，了解可能出现的变化规律，然后在实验中潮流控制时，各发电机的功率应该缓慢调节，待系统稳定后，再进行下一步调整，还应整体把握各发电机的出力，以及各母线电压的变化，始终保证整个网络的稳定安全运行。 注意：实验过程中调节功率时，务必保证监控台上线路中的电流不超过5A！！！潮流分析实验中，如果1#发电机与2#发电机的出口母线，通过断路器QF1连通，或者，3#发电机与4#发电机的出口母线通过断路器QF6连通，则1#、2#、3#和4#发 电机的调差系数设置为+10，这样并列运行的机组才能合理分配无功功率，保证系统稳定运行。 三、实验内容与步骤 1、“THLDK-2电力系统监控及运行管理系统”上位机软件的运行 投入“操作电源”（向上扳至ON），启动电脑及显示器、打印机，运行上位机软件。使用步骤见光盘软件使 用说明书。实验中，在上位机界面（图3-8）中可进行各种潮流分布图进行分析。图1-1 潮流分布图选择 2、辐射形－放射式网络结构的潮流分布实验 （1）无穷大系统的调整以及电力网的组建 1）逆时针调整自耦调压器把手至最小，投入“操作电源”之后，投入“无穷大系统电源”，合闸QF19，接 通8#母线，再合闸QF18 ，顺时针调整自耦调压器把手至400V。联络变压器的分接头选择为UN。 2）依次合闸QF18→QF14→QF12→QF10→QF1→QF3→QF4→QF5→QF6，观察1#、4#、5#母线电压为400V左 右，6#母线为220V左右。 （2）各发电机组的启动和同期运行。起动1#发电机组，控制方式：微机励磁，他励，恒压控制方式，组网运行，n=1500rpm，U G=400V。 此时，通过1#发电厂的自动准同期装置，将1#发电厂并入无穷大系统，1#发电机组并网后，手动调节微机调速装置和微机励磁装置，发出一定的有功功率和无功功率。 （3）潮流分布的控制以及潮流分布图的打印依次按下QF8，QF9，QF11，QF13“合闸”按钮，网络结构如图1-2。在上位机软件中可选择潮流分布图中“第一种辐射形－放射式”窗口。 通过调节发电厂的有功功率和无功功率的输出，以及调整无穷大系统的电压，观察各种运行情况下，潮流分布数据，打印对应的潮流分布图、区域总体调度图。 （4）各发电机组的解列和停机切除负载LD1、LD2、LD3和LD4，手动调节1#发电厂发出的有功功率和无功功率为0，按下监控实验台的QFG1“分闸”按钮，完成1#发电厂的解列操作，然后进行1#发电机组的停机操作。 图1-2 辐射形－放射式原理图
1.一般3～15kV电压互感器采用()结构。 A.单相 B.三相 C.四相 D.五相 答案：B 2.当短路发生在电缆线路或低压网络时，总电阻与总电抗之比值大于()。 A.1/5 B.1/4 C.1/3 D.1/2 答案：C 3.牵引变电所将电力系统输送来的110kV三相交流电变换为()V的单相电。 A.27.5 B.30 C.37.5 D.40 答案：A 4.油浸式电压互感器多用于()kV及以下的电压等级。 A.35 B.110 C.220 D.330 答案：A 5.若发现全锚段接触线平均磨耗超过该型接触线截面积的()时，应当全部更换。
B.15% C.25% D.35% 答案：C 6.我国电气化铁路采用()。 A.工频单相交流制 B.工频三相交流制 C.工频四相交流制 D.工频五相交流制 答案：A 7.低式布置的断路器安装在()的混凝土的基础上。 A.0.5-1 B.1-2 C.2-4 D.4-6 答案：A 8.YNd11接线牵引变压器一般容量为()kVA。 A.10000～63000 B.20000～63000 C.30000～63000 D.40000～63000 答案：A 9.短时发热最高允许温度对硬铝及铝锰合金取()。
B.200℃ C.250℃ D.300℃ 答案：B 10.保护线电位一般在()V以下。 A.10 B.50 C.100 D.500 答案：D 11.浇注式电压互感器多用于()kV及以下的电压等级。 A.35 B.110 C.220 D.330 答案：A 12.当用开关电器断开电流时，如果电路电压不低于10～20V，电流不小于()mA。 A.50～80 B.80～100 C.100～120 D.120～140 答案：B 13.为满足机械强度要求，连接导线的截面不得小于()mm2。
电路分析实验报告第一 次 Document serial number【NL89WT-NY98YT-NC8CB-NNUUT-NUT108】
电路分析实验报告 实验报告（二、三） 一、实验名称实验二 KCL与KVL的验证 二、实验目的 1.熟悉Multisim软件的使用； 2.学习实验Multisim软件测量电路中电流电压； 3.验证基尔霍夫定理的正确性。 三、实验原理 KCL为任一时刻，流出某个节点的电流的代数和恒等于零，流入任一封闭面的电流代数和总等于零。且规定规定：流出节点的电流为正，流入节点的电流为负。 KVL为任一时刻，沿任意回路巡行，所有支路电压降之和为零。且各元件取号按照遇电压降取“+”，遇电压升取“-”的方式。沿顺时针方向绕行电压总和为0。电路中任意两点间的电压等于两点间任一条路径经过的各元件电压降的代数和。 四、实验内容 电路图截图： 1.验证KCL： 以节点2为研究节点，电流表1、3、5的运行结果截图如下： 由截图可知，流入节点2的电流为2.25A，流出节点2 的电流分别为750mA和1.5A。2.25=0.75+1.5。所以，可验证ＫＣＬ成立。２.验证ＫＶＬ：
以左侧的回路为研究对象，运行结果的截图如下： 由截图可知，Ｒ３两端电压为２２.５Ｖ，Ｒ１两端电压为７.５Ｖ，电压源电压为３０Ｖ。２２.５＋７.５－３０＝０。所以，回路电压为０，所以，可验证ＫＶＬ成立。 一、实验名称实验三回路法或网孔法求支路电流（电压） 二、实验目的 1.熟悉Multisim软件的使用； 2.学习实验Multisim软件测量电路中电流电压； 3.验证网孔分析法的正确性。 三、实验原理 为减少未知量(方程)的个数，可以假想每个回路中有一个回路电流。若回路电流已求得，则各支路电流可用回路电流线性组合表示。这样即可求得电路的解。回路电流法就是以回路电流为未知量列写电路方程分析电路的方法。网孔电流法就是对平面电路，若以网孔为独立回路，此时回路电流也称为网孔电流，对应的分析方法称为网孔电流法。 四、实验内容 实验电路截图： 如图所示，i1,i2,i3分别为三个网孔的电流，方向如图所示，均为顺时针。 网孔一中含有一个电流源，而且电流源仅在网孔一中，所以，网孔一的电流就是电流源电流2A。设电流源两端电压为U7。
直流牵引供电系统仿真计算 专业：电气工程及其自动化学号：20080210010526 学生姓名：陆学文指导教师：陈剑云 摘要 在城市轨道交通蓬勃发展的今天，人们对城市轨道交通的安全与稳定提出了更高的要求。直流牵引供电系统是城市轨道交通的重要组成部分，供电的安全与可靠是城市轨道交通系统正常运行的保证。城市轨道交通短路故障的分析计算与仿真是提高牵引供电系统安全运行能力及相关保护与控制技术的基础。 首先，本文对牵引变电所、牵引网、直流保护系统这三大部分的组成与结构进行了分析；根据城市轨道交通的特点对牵引变压器和牵引网的参数进行了分析计算，并建立了单边供电和双边供电方式下的等效电路模型，给出了不同供电方式下的稳态电流计算公式和计算实例。 其次，本文对不同短路故障作了仿真分析。本文利用Matlab/Simulink工具对当前城市轨道交通直流供电系统广泛采用的12脉波、24脉波直流供电系统进行建模与仿真，通过仿真分析比较了12/24脉整流机组在空载、负载时候的谐波含量，24脉波整流机组比12脉波整流机组呈现出更好抑制11、13次谐波的性能。在所建立模型的基础上，对采用DC1500V接触线供电的地铁线路进行了不同点发生短路故障的仿真与分析。由于当线路发生短路故障时不是一座变电所供给短电流，而是由全线相连的变电所供给短路电流。为更精确反应短路电流状况，本文建立了考虑四座变电所供电的双边供电模型，并对不同点短路故障进行仿真分析，得出了近端短路与远端短路时的短路电流变化规律。参数计算、建模等的精确程度，都会对仿真得出的短路电流的上升率和幅值产生很大的影响。为更好的掌握短路电流的变化状况，文章仿真了直流侧参数对短路电流的影响，为直流保护整定值的调整提供理论依据。 最后文章结合地铁的实际运行情况，对采用直线牵引电机的地铁机车启动的暂态电流和电机冲击电流加以仿真分析，结合给出的大电流脱扣保护与di/dt+△I保护这两种主保护的整定原则，对大电流脱扣保护与di/dt+△I保护参数予以整定计算，并对部分保护的配合使用作了分析。 关键词：直流供电系统；地铁；24脉波整流；短路故障仿真；直流保护；电流上升率；电流增量
实验简介 一．仿真软件简介 “电力世界仿真器” (Power World Simulator)。Power World Simulator是一个优秀的软件包，能够处理任何规模的电力系统，在大学、公司、政府管理人员、电力市场人员等中被广泛使用。本书的CD在该软件平台上集成了计算例题、问题和课程设计，对学生学习及理解概念和方法很有帮助。 可视化电网是最新的研究成果，也是今后电力系统潮流计算、研究的方向。其中关于潮流管理、网络控制、电力市场环境下的线路阻塞、三维网络图、市场力等问题都是很新的。 良好的人机交互界面，使用者可依托Power World Simulator，在该软件的基础上进行方便的修改，或者按照自己的设计要求，搭建实际的电力网络进行仿真。具有一定的实用性。 二．软件使用说明 两种模式：运行模式（Run Mode）、编辑模式（Edit Mode） 以两母线电力系统（Two Bus Power System）为例，介绍“电力世界仿真器”的使用： 菜单栏：文件、仿真、例题信息、选项/工具、最优潮流、窗口、帮助“文件”：新建、打开、保存、关闭、打印等 “仿真”：运行、暂停、重新开始、恢复还原、牛顿单步潮流算法、极坐标牛顿-拉弗逊潮流算法、高斯-塞德尔潮流算法等 “例题信息”：例题简介、发电机信息、母线（节点）信息、线路/变压器信息、负荷信息、导纳矩阵等 “选项/工具”：算法/环境---潮流算法（迭代收敛误差、最大迭代次数、功率基准、缺省潮流算法等）、短路分析 工具栏：略 Message log：信息日志，记录运行过程中的状态数据
例1-1 两节点电力系统的潮流仿真 1）打开例1-1：File—Open Case—Example1-1—Two Bus Power System 2）分析例1-1： a．单电源辐射型网络，网络元件（发电机、负荷、线路、断路器），网络节点（母线），额定电压，负荷率饼状图 b．元件参数：指向相应元件点右键---Information Dialogue．各元件参数如下：发电机：Bus Number、Bus Name、ID、Status Power and V oltage Control；Input-Output；Fault Parameter 母线：Bus Number、Bus Name、V oltage（p.u.）、V oltage（kv）、Angle（deg）、Status、Device Info（Load Information、Generator Information、Shunt Admittance） 线路（变压器）：From Bus---To Bus、Nominal kv、Circuit、 Parameter（R、X、B、C）；Limit A/B/C；Status； Flows：Line flow at Bus（Bus A）、Line flow at Bus（Bus B） 负荷率饼状图：From Bus---To Bus、Circuit、MVA Rating 负荷：Bus Number、Bus Name、ID、Status Load Information：Base Load Model（Constant Power、Constant Current、 Constant Impedance ）；Current Load（MW V alue、Mvar V alue、Load Multiplier、Bus V oltage Magnitude） 3）运行例1-1： a．Play（开始迭代）---Pause，观察仿真结果 b．更改元件的参数，如负荷大小、线路阻抗等，重新进行仿真 4）结果分析 a．观察仿真结果，如各节点电压、负荷率、功率分布、功率损耗等 b．记录各相关元件的参数，采用手算潮流的方法分析计算，并与仿真结果进行对比。 c．更改元件的参数，如负荷大小、线路阻抗等，重新进行仿真，并观察仿真结果，如各节点电压、负荷率、功率分布、功率损耗等。