高铁牵引供电系统对实时电网运行影响的探究

摘 要：供电系统作为高铁运行的一个重要支撑力量，对高铁运行的影响无可替代。高铁牵引供电系统对实时电网运行的影响是当前电力研究中的一个重要课题，其中涉及到许多专业性的问题需要去解决。文章选取某地区牵引站作为研究对象，通过仿真所体现的理论数据为高铁牵引供电系统对实时电网运行的影响研究提供依据，发现问题并有效解决，从而保障高铁安全高效的运行。

关键词：高铁牵引供电系统；实时电网；运行影响；变压器

1 牵引变压器暂态模型

1.1 对于变压器铁芯的分析

在实际的工作中，为了保障开展工作的顺利和可行，通常都会选择一些模型进行前期的实验工作，其中国际上通用的描述磁化曲线的数学模型就是我们经常听到的JA铁磁磁滞原理，在这一原理中能够清晰的表明一些数据，并且这一原理所采用的模型技术能够达到数据的最大真实性，在文章中也以此原理作为基本的理论，并且采用非磁滞磁化的理论概念，进行详细的分析。

1.2 V/v牵引变电路暂态模拟

牵引变电站在高铁运行过程中选用阻抗匹配平衡变压器，因V/v牵引变压器由两台单相变压器组合而成，从典型原则出发，文章选取高铁负荷较大的某地区的一个牵引站作为分析的重点，是比较能够体现真实数据的。在实际的高铁运行中V/v牵引变压器本身具有单相和三相之分，在模拟建造的过程中这两种变压器并没有太大的区别体现，根据V接变压器的内部构造，在获取单相两绕组变压器参数的情况下，也可用电路模型来分析并解决实际的问题，如图1。

图1

模型将单相变的励磁支路用考虑饱和因素影响的电感并联铁耗电阻来等效。将二次侧的参数归算到一次侧，则V接牵引变的电路暂态计算模型。

2 励磁涌动仿真

在实际的电网线路运行过程中，电厂所提供的电压和变电站提供的供电电压并没有变化，而且在这种模拟测试中，变压器的模型影响力不大，甚至可以忽略不计。具体运行情况如图2所示。

图2

从供电系统来看，采用的是AT模式，如果忽略上下牵引网的影响的情况下，这种供电系统在实际工作中可以一定程度的展开，形成单线双边的供电方式。在本次模拟仿真中，电源在使用过程中需要经0.06秒钟的实践上升到一个比较稳定的电压状态下。比如对某电厂进行的实验中，就能清晰的看到供电系统运作的实际情况。某电场作为电源经2条输电线路向V接牵引变供电，考虑线损设置端电压为230kv，模型的合闸位置设定在高压侧。仿真系统关键是如何设置合适的参数来描述铁芯的饱和特性。UMEC变压器模型是基于中心几何学建立的，同时考虑了同相绕组与不同相绕组间的耦合作用。UMEC模型以分段的线性U-I曲线来描述铁心饱和特性，利用插值法，在实时计算时获得精确的结果。

3 单相故障及牵引变有载合闸仿真

3.1 单相短路故障仿真

在高电压的使用和运作过程中，最容易出现的短路故障就是在单相接地的过程中可能性最大，也是高铁牵引供电系统研究中关注的重点，一旦出现短路的情况对高铁运行电网的影响是非常大的。另外，对这一部分的有效分析能够及时为排除故障、准确分析事故发生的原因并为提出改进方案提供有效的依据，如此为了做好测试，需要搭建相应的仿真模型，这一仿真模型应当充分体现高铁牵引供电系统在影响电网运行中的实际情况。如图3所示。

图3

在上述图形中，将两辆机车级位运行的情况作为研究参数，每辆机车具有同样的运作功率和无功功率，且这些数据都不是变化的，还需要进一步明确的是，这些所使用的数值都具有较高的可研究价值，在研究中我们只选取根据实际研究的需要选择的典型值，而不是全部的数据都在这些数值有所体现，这样虽然会存在一定的误差，但是影响不大。牵引悬挂系统将接触线承力索，两条钢轨，正馈线保护线等效为接触线、轨道线和正馈线3线系统，导线参数使用施工常用典型数据，其他元件参数与第2节中相同。外部供电系统在0.08s时发生A相短路故障，0.12S后A相断路器跳开。假设故障为暂时性的，则故障处的电弧随断路器跳开自行熄灭。断路器跳闸后0.8S自动重合闸成功，A相供电恢复。

3.2 牵引变有载合闸仿真

在文章研究的高铁运行线路中，每个路段都具有专门的供电线路和变压器，而且备用线路也经常是在一种打开的状态之中，因此，当高铁运行中，如果正常使用的线路出现问题，这种备用电路也会及时投入使用之中，防止因线路问题而影响了高铁的运行。

总之，通过这种仿真模拟和设计能够真正体现出高铁牵引供电系统对于实时电网的影响，同时也指出了这种影响所具有的一些预防设备，保障高铁的正常运行。

4 结束语

文章选取某牵引站作为研究对象，在此基础上进行了牵引变空载合闸和电网侧故障仿真，仿真结果所体现的理论数据，为高铁牵引供电系统对实时电网运行的影响研究提供支持，同时也为相关调度部门提供了可靠的理论依据，保障高铁安全高效的运行。

参考文献

[1]孙谦，叶健慧，等.高铁牵引供电系统对实时电网运行影响研究[J].湖南大学学报（自然科学版），2012（100）.

[2]余丹萍.电气化铁路牵引供电系统的仿真及影响研究[D].浙江大学，2011.