直流牽引供電系統(tǒng)仿真計(jì)算畢業(yè)設(shè)計(jì)論文(已修改)

　

【正文】 摘要直流牽引供電系統(tǒng)仿真計(jì)算專業(yè)：電氣工程及其自動(dòng)化 學(xué)號(hào)：20080210010526 學(xué)生姓名：陸學(xué)文 指導(dǎo)教師：陳劍云 摘要 在城市軌道交通蓬勃發(fā)展的今天，人們對(duì)城市軌道交通的安全與穩(wěn)定提出了更高的要求。直流牽引供電系統(tǒng)是城市軌道交通的重要組成部分，供電的安全與可靠是城市軌道交通系統(tǒng)正常運(yùn)行的保證。城市軌道交通短路故障的分析計(jì)算與仿真是提高牽引供電系統(tǒng)安全運(yùn)行能力及相關(guān)保護(hù)與控制技術(shù)的基礎(chǔ)。首先，本文對(duì)牽引變電所、牽引網(wǎng)、直流保護(hù)系統(tǒng)這三大部分的組成與結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析；根據(jù)城市軌道交通的特點(diǎn)對(duì)牽引變壓器和牽引網(wǎng)的參數(shù)進(jìn)行了分析計(jì)算，并建立了單邊供電和雙邊供電方式下的等效電路模型，給出了不同供電方式下的穩(wěn)態(tài)電流計(jì)算公式和計(jì)算實(shí)例。其次，本文對(duì)不同短路故障作了仿真分析。本文利用Matlab/Simulink工具對(duì)當(dāng)前城市軌道交通直流供電系統(tǒng)廣泛采用的12脈波、24脈波直流供電系統(tǒng)進(jìn)行建模與仿真，通過仿真分析比較了12/24脈整流機(jī)組在空載、負(fù)載時(shí)候的諧波含量，24脈波整流機(jī)組比12脈波整流機(jī)組呈現(xiàn)出更好抑制113次諧波的性能。在所建立模型的基礎(chǔ)上，對(duì)采用DC1500V接觸線供電的地鐵線路進(jìn)行了不同點(diǎn)發(fā)生短路故障的仿真與分析。由于當(dāng)線路發(fā)生短路故障時(shí)不是一座變電所供給短電流，而是由全線相連的變電所供給短路電流。為更精確反應(yīng)短路電流狀況，本文建立了考慮四座變電所供電的雙邊供電模型，并對(duì)不同點(diǎn)短路故障進(jìn)行仿真分析，得出了近端短路與遠(yuǎn)端短路時(shí)的短路電流變化規(guī)律。參數(shù)計(jì)算、建模等的精確程度，都會(huì)對(duì)仿真得出的短路電流的上升率和幅值產(chǎn)生很大的影響。為更好的掌握短路電流的變化狀況，文章仿真了直流側(cè)參數(shù)對(duì)短路電流的影響，為直流保護(hù)整定值的調(diào)整提供理論依據(jù)。最后文章結(jié)合地鐵的實(shí)際運(yùn)行情況，對(duì)采用直線牽引電機(jī)的地鐵機(jī)車啟動(dòng)的暫態(tài)電流和電機(jī)沖擊電流加以仿真分析，結(jié)合給出的大電流脫扣保護(hù)與di/dt+△I保護(hù)這兩種主保護(hù)的整定原則，對(duì)大電流脫扣保護(hù)與di/dt+△I保護(hù)參數(shù)予以整定計(jì)算，并對(duì)部分保護(hù)的配合使用作了分析。關(guān)鍵詞：直流供電系統(tǒng)；地鐵；24脈波整流；短路故障仿真；直流保護(hù)；電流上升率；電流增量DC traction power supply system simulationAbstract In the development of urban rail transit to flourish today, a higher demand for security and stability of the urban rail DC traction power supply system is an important part of the urban rail transport, the safety and reliability of supply to the normal operation of the guarantee of urban rail transit and Calculation of Short—circuit fault for urban rail transit was used to improve the ability of safe peration of traction power supply system and was the basis for protection and control technology. First,In this paper, traction substations, Traction Network, DC protection system, the three most position and structure was analyzed。 analyzed and calculated according to the characteristics of urban rail transit traction transformers and traction network parameters, and the establishment of a unilateral forequivalent circuit model in the electricity and bilateral power supply, given the formula and an example of the steadystate current in the power supply. Secondly, this article were made by the different shortcircuit fault this paper, the Matlab / Simulink tool widely used in urban rail transit DC power supply system 12 pulse, 24 pulse DC power supply system modeling and simulation,Subway DC traction substation 12/24 pulse rectifier unit simulation model, and analysis the harmonic content of the 12/24 pulse rectifier unit load,and obtained 24 pulse rectifier unit 12 pulserectifier unit 11, 13 times harmonic suppression the basis of the model, DC1500V contact wirepowered subway line under different fault shortcircuit fault simulation was analyzed. As not a substation supply line shortcircuit fault current, but across the board is connected to the substation supply shortcircuit current. More accurately reflect the shortcircuit current conditions this paper consider four bilateral electricity substation supply model, and analysis the difference between shortcircuit fault simulation variation proximal short circuit and remote shortcircuit shortcircuit of precision parameter calculation, modeling, will have a huge impact on rate of rise and amplitude shortcircuit current drawn simulation. To better grasp the changes shortcircuit current conditions, the article simulation parameters DCside shortcircuit current. Finally, this paper bined with the actual operation subway, the subway lootive using straightline traction motor start the fault reclesing transient current to simulation analysis, bined with given current trip protection and di/dt+△I protect the two majorprotection setting principles for the current trip protection and di /dt + △I protection parameters be setting calculation, with the use and protection were analyzed.Keywords: DC traction power supply system。 subway。 24 Pulsereetifier。 Shortcircuit fault simulation。 DC protection。 Current rising rate protection。 Current incremental protection3目錄目錄第1章 緒 論 6 課題研究的背景及意義 6 課題研究現(xiàn)狀 6 本文主要研究?jī)?nèi)容 7第2章 直流牽引供電系統(tǒng) 9 10 6脈波整流電路 10 12脈波整流電路 10 24脈波整流電路 11 直流牽引供電系統(tǒng)諧波分析 11 12 13 本章小結(jié) 13第3章 直流短路計(jì)算 14 14 14 14 15 16 16 23 本章小結(jié) 23第4章 直流短路故障仿真模型 24 12脈波牽引整流供電電路仿真模型 24 12脈波整流電路仿真模型 24 6脈波整流電路空載分析 24 12脈波整流電路空載分析 25 24脈波牽引整流供電電路仿真模型 27 24脈波整流電路仿真模型 27 24脈波整流電路空載分析 28 12/24脈波整流供電電路帶負(fù)載仿真比較 29 24脈波牽引供電整流電路短路故障仿真 31 不同點(diǎn)短路故障仿真 32 多座變電站影響的短路故障仿真模型 34 直流側(cè)參數(shù)對(duì)短路電流的影響 37 短路故障沖擊電流仿真 39 機(jī)車啟動(dòng)仿真 41 機(jī)車啟動(dòng)電路模型 41 機(jī)車啟動(dòng)仿真模型 41 本章小結(jié) 43第5章 直流牽引供電系統(tǒng)保護(hù) 44 地鐵牽引供電系統(tǒng)保護(hù)概述 44 大電流脫扣保護(hù) 44 大電流脫扣保護(hù)原理 44 大電流脫扣保護(hù)整定原則 45 di/dt+△I保護(hù) 45 di/dt+△I保護(hù)原理 45 di/dt+△I保護(hù)的整定計(jì)算 47. 其他保護(hù)介紹 48 低電壓保護(hù) 48 定時(shí)限過流保護(hù)。 48 直流雙邊聯(lián)跳保護(hù)。 48 熱力過負(fù)荷保護(hù) 48 接地保護(hù) 49 各保護(hù)的配合使用 49 本章小結(jié) 50結(jié)論與展望 51謝辭 53參考文獻(xiàn) 54附錄A 55華東交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)第1章 緒 論 課題研究的背景及意義 隨著社會(huì)的發(fā)展，人口大量的涌入城市，導(dǎo)致我國(guó)的各大城市普遍存在著交通堵塞、交通秩序混亂、城市用地緊張、環(huán)境污染嚴(yán)重等問題，這時(shí)地鐵、輕軌等方式成為解決大中城市交通擁擠問題的最佳選擇，由于城市軌道交通具有運(yùn)載能力大、噪音廢氣污染小、運(yùn)行快速準(zhǔn)時(shí)、占用土地少等特點(diǎn)，使之對(duì)于緩解城市交通擁擠、改善城市大氣環(huán)境以及推動(dòng)城市經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展具有十分重要的意義。當(dāng)今是否擁有地鐵、地鐵線路總里程的長(zhǎng)短都已經(jīng)成為一個(gè)重要的參照物，來衡量一個(gè)城市的經(jīng)濟(jì)實(shí)力、一個(gè)國(guó)家的綜合國(guó)力以及當(dāng)?shù)厝嗣袢罕姷纳钏劫|(zhì)量。因而大力發(fā)展地鐵等城市軌道交通己成為各國(guó)大城市的共識(shí)。由此可見，中國(guó)的軌道交通建設(shè)具有宏大的發(fā)展前景，廣闊的市場(chǎng)價(jià)值，該行業(yè)的發(fā)展壯大，將推動(dòng)軌道交通的各種配套技術(shù)尤其是高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)的跟蹤發(fā)展，進(jìn)而形成城市軌道交通行業(yè)的產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)體系。 城市軌道交通直流牽引供電系統(tǒng)是城市軌道交通的重要組成部分，其可靠、安全供電是城市軌道交通系統(tǒng)正常運(yùn)行的保證。為保證地鐵系統(tǒng)安全性及可靠性，地鐵供電系統(tǒng)設(shè)備都己實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化和智能化，系統(tǒng)保護(hù)、監(jiān)控、控制和自動(dòng)化裝置已由單獨(dú)的元件發(fā)展成為綜合自動(dòng)化系統(tǒng)。目前地鐵一般運(yùn)用大電流脫扣保護(hù)、電流變化率及電流增量保護(hù)、過電流保護(hù)、欠電壓保護(hù)、熱力過負(fù)荷保護(hù)、雙邊聯(lián)跳保護(hù)等等。上述各種保護(hù)的實(shí)現(xiàn)都必須先經(jīng)過整定計(jì)算來進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，而整定計(jì)算是建立在直流系統(tǒng)短路計(jì)算的基礎(chǔ)上，所以對(duì)直流供電系統(tǒng)進(jìn)行計(jì)算分析具有重大意義。直流牽引供電系統(tǒng)的特殊性增加了故障計(jì)算與分析的復(fù)雜性，傳統(tǒng)的供電計(jì)算方法，每次計(jì)算僅僅涉及兩個(gè)變電所，認(rèn)為正常雙邊供電時(shí)，列車僅從相鄰的左右兩個(gè)牽引變電所取流。而實(shí)際上城市軌道交通列車在短路故障時(shí)由連成一體的所有牽引變電所供給短路電流。因此要精確計(jì)算短路電流。首先需要建立精確的直流牽引供電系統(tǒng)模型，模型計(jì)算的結(jié)果將影響保護(hù)裝置的選擇性、速動(dòng)性、靈敏性、可靠性。所以建模計(jì)算分析對(duì)地鐵安全、可靠的運(yùn)行有著重大的意義。本文建立了考慮4座變電所影響的雙邊供電短路故障模型，并通過實(shí)例分析計(jì)算得出短路故障時(shí)的電流大小，為保護(hù)裝置的設(shè)定提供理論依據(jù)，使得保護(hù)裝置的動(dòng)作值更加合理。最后把電路建模計(jì)算結(jié)果與仿真結(jié)果相互效驗(yàn)，確保模型的正確性與可行性。文章最后對(duì)現(xiàn)在地鐵使用的保護(hù)原理和相互配合方式進(jìn)行了闡述。 隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，用計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)模擬城市軌道牽引列車的運(yùn)行情況和電氣參數(shù)的動(dòng)態(tài)過程，對(duì)供電系統(tǒng)工程進(jìn)行輔助設(shè)計(jì)，多方案比選、運(yùn)營(yíng)維護(hù)中的故障分析等，提高了設(shè)計(jì)效率、節(jié)省工程投資、減少運(yùn)營(yíng)成本，這無疑是供電系統(tǒng)的一種高效的模擬工具和手段，是供電系統(tǒng)理論和實(shí)踐相結(jié)合的發(fā)展方向。本文通過對(duì)6脈波組、12脈波組、24脈波組整流電路的仿真比較， 24脈波整流電路呈現(xiàn)出更好的抑制諧波的性能。接著本文建立采用24脈波整流電路牽引供