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高速铁路电力系统优化设计方案研究

作　者: 熊育民
导　师: 张步涵
学　校: 华中科技大学
专　业: 电力系统及其自动化
关键词: 高速铁路贯通线节能环保优化设计
分类号: U223
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

作为蓬勃发展的高速铁路运输系统,其快捷、舒适的服务正得到广泛的关注与认可,其节能环保问题也逐渐成为关系到国家经济发展的一个重要方面。在提倡节能减排的大环境下,如何做到高速铁路节能降损以达到更快更好地为国民经济发展服务的目的是当今的重大课题。在高速铁路的建设中,必须坚持节能减排与产业发展深度结合,提高资源利用率,降低能源消耗,使企业效益和社会效益达到最优化的要求。从电力角度而言,高速铁路与电力系统密不可分,高速铁路配电系统电力设计的优劣已然成为影响高速铁路节能的一个重要因素。通过对高速铁路电力设计的优化,可以较为全面地为提高铁路系统的安全性、可靠性、经济性提供一系列可行的策略,这将对高速铁路运输系统的发展产生深远的影响,具有较高的研究价值和现实意义。本文选用高速铁路合肥—武汉段作为研究样例,针对目前高速铁路电力设计的现状进行了研究分析,总结出现今高速铁路电力设计中存在的一些不合理方面,主要包括:(1)高速铁路在变压器以及电缆截面的选择上缺乏一定的标准,很多路段还处于根据经验值来选择的阶段,并且为了防止过载现象,通常将变压器容量以及电缆截面选择得较大,影响了经济性。(2)无功补偿方面也经常存在不能满足电源连接点对功率因数的以及线路末端电压偏移的要求,危害了电网的电能质量,并为铁路系统自身带来了巨大的经济损失。从不足之处出发,本文针对发现的问题结合PSCAD/EMTDC仿真软件提出了相应的优化方案,其中仿真软件起到了良好的帮助作用。在研究变压器容量选择方面充分考虑结合变压器的过载能力以及储能装置的运用,通过比较变压器投资等年值求得最为经济的变压器选择方案。在关于电缆截面选择,以经济性为入手点,先采用经济比较的形式初步确定截面大小,再通过校验电压降以及热稳定性和机械强度最终确定选择方案。在无功补偿方面主要以集中分散补偿方式为切入点,全面考虑贯通线以及车站在各种情况下的补偿方案。并且通过仿建模,将动态无功补偿装置SVC以及STATCOM用于贯通线补偿中,观察其补偿效果。总结各类方案的优缺点,得到贯通线上最适宜采用集中分散补偿方式的结论。本文提出的相关优化方案已经得到了项目委托方的认可,为高速铁路的经济节能以及电能质量的控制提供了可行的改进依据,具有一定的实际意义。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
1 绪论  9-14
  1.1 研究背景及意义  9-10
  1.2 高速铁路电力系统电力设计现状分析  10-13
  1.3 本文的主要工作  13-14
2 高铁电力系统在PSCAD  14-18
  2.1 PSCAD/EMTDC 仿真工具  14-15
  2.2 高速铁路电力系统结构  15-16
  2.3 PSCAD/EMTDC 中高铁电力系统的建模思路  16-18
3 高速铁路电力系统配电变压器容量选择研究  18-34
  3.1 贯通线变压器运行模式现状  18-20
  3.2 变压器的容量选取方案与评价  20-23
  3.3 针对常规负荷的变压器经济选择方法研究  23-27
  3.4 考虑变压器过载能力的冲击负荷变压器选取方法  27-28
  3.5 考虑储能装置的冲击负荷变压器选取方法  28-33
  3.6 小结  33-34
4 高速铁路电力系统电缆截面选择研究  34-40
  4.1 电力电缆截面选取基本原则  34-35
  4.2 电力电缆截面经济性选择  35-36
  4.3 贯通线导线截面选择的实际计算分析  36-39
  4.4 小结  39-40
5 贯通线集中分散电抗器补偿方案研究  40-46
  5.1 贯通线无功补偿特殊性分析  40-41
  5.2 现有无功补偿方案分析  41-43
  5.3 贯通线集中分散电抗器补偿方案  43-45
  5.4 小结  45-46
6 动态无功补偿装置补偿方案研究  46-59
  6.1 各种动态无功补偿装置的评价  46-48
  6.2 采用SVC 的贯通线补偿方案  48-52
  6.3 采用STATCOM 的贯通线补偿方案  52-57
  6.4 小结  57-59
7 调整车站负荷功率因数补偿方案研究  59-63
  7.1 车站负荷对电源进线侧功率因数的影响  59-60
  7.2 电源经主变引入的无功补偿方案  60-62
  7.3 小结  62-63
8 总结与展望  63-65
  8.1 全文的总结  63
  8.2 今后工作的展望  63-65
致谢  65-66
参考文献  66-70
附录1 攻读硕士期间发表的论文  70-71
附录2 不同电缆截面及长度贯通线的集中分布补偿方案仿真结果  71-77

高速铁路电力系统优化设计方案研究

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