專利名稱：基于etap的電氣化鐵路電能質量綜合治理方法
技術領域：
本發明涉及電能質量仿真技術領域，具體涉及一種在ETAP平臺上對電氣化鐵路引起的電能質量綜合治理方法。
背景技術：
ETAP(ElectricalTransientAnalysisProgram,電力系統暫態分析程序)是全圖形界面的電力系統仿真分析、計算高級應用軟件，廣泛應用于發電、輸電、配電等領域的工業系統，相比于其他電力系統仿真軟件，ETAP憑借其強大的仿真計算能力在電能質量仿真領域體現出了明顯的優勢。目前，對于電氣化鐵路的電能質量治理方面的仿真研究，主要借助于一些專業的電力系統仿真軟件，即主要針對單個牽引站進行分析，并沒有從整體的角度對鐵路沿線各牽引站進行協調治理，從而不能系統地評估補償整體方案在電氣化鐵路接入電網影響方面的治理效果，影響電氣化鐵路的快速發展。發明內容
本發明的目的是克服現有技術中的不足，提供基于ETAP的電氣化鐵路電能質量綜合治理方法，實現鐵路沿線各牽引站電能質量的協調治理，提高了仿真方法的準確性，從整體上評估補償方案在電氣化鐵路接入電網影響方面的治理效果，進而促進高速電氣化鐵路更合理的發展。
為了達到上述目的，本發明所采用的技術方案是
一種基于ETAP的電氣化鐵路電能質量綜合治理方法，其特征在于，包括如下步驟
步驟(I)將整個電氣化鐵路所在網絡進行ETAP建模，包括發電機、變壓器、線路、 負荷和并聯電容器電力元件；
步驟(2)對 整個電氣化鐵路中的單個牽引站，根據單個牽引站的諧波電流實測數據分析特征次數諧波和牽引負荷、牽引站結構特性，分別建立此單個牽引站所需的FC型濾波網絡和無功負序補償網絡，所述FC型濾波網絡包括多組單調諧濾波支路和一組高通濾波支路；
步驟(3)運行ETAP中的潮流分析，根據ETAP中濾波器容量估計功能配置各單調諧濾波支路中的基波容性無功，建立各單調諧濾波支路；
步驟(4)運行ETAP中的潮流分析，根據無功補償裕度配置高通阻尼濾波支路的參數；
步驟(5 )將牽弓I側并聯補償端口安排在牽弓I負荷端口，采用3端口補償方式，在補償端口接入無功負序補償網絡；
步驟(6)運行ETAP中的無功負序補償網絡，配置ETAP仿真模型的相關參數，建立單個牽引站的綜合補償系統；
步驟(7)重復步驟(2)^6)，對整個電氣化鐵路中的其他牽引變電站進行ETAP仿真模型建模。
前述的基于ETAP的電氣化鐵路電能質量綜合治理方法，其特征在于將步驟(6) 建立的單個牽引站的綜合補償系統并聯安裝在對應的牽引變壓器的低壓側母線。
前述的基于ETAP的電氣化鐵路電能質量綜合治理方法，其特征在于步驟(2) FC 型濾波網絡中的各組濾波支路均采用星形接線方式的三相結構，功負序補償網絡采用三角形接線方式的三相結構。
前述的基于ETAP的電氣化鐵路電能質量綜合治理方法，其特征在于步驟(3)建立各單調諧濾波器包括如下步驟
(I)運行ETAP潮流分析，讀取牽引負荷的現有數據，包括等效負荷容量和現有功率因數；
(2)設置單調諧濾波器的額定參數；
(3)將單調諧濾波器容量估計類型設為功率因數校正方式，給定補償后期望功率因數；
(4)生成單調諧濾波器配置參數。
前述的基于ETAP的電氣化鐵路電能質量綜合治理方法，其特征在于步驟(2)所述的牽引負荷特性為牽引供電臂實測電流，所述的牽引站結構特性為牽引變壓器接線方式。
前述的基于ETAP的電氣化鐵路電能質量綜合治理方法，其特征在于步驟(6)所述配置ETAP仿真模型的相關參數，包括接地類型設為△型，無功功率補償采用相間形式以及恒電流比例設為100%。
本發明的有益效果是本發明提供的基于ETAP的電氣化鐵路電能質量綜合治理方法，對鐵路沿線的所有牽引站進行協調治理，FC型濾波網絡和無功負序補償網絡并聯在牽引變低壓側母線，并充分利用了 ETAP強大的電力系統仿真和計算能力，配置FC型濾波網絡和無功負序補償網絡。本發明的電氣化鐵路電能質量綜合治理方法，能夠實現鐵路沿線各牽引站電能質量的協調治理，提高了仿真方法的準確性，從整體上評估補償方案在電氣化鐵路接入電網影響方面的治理效果，進而促進高速電氣化鐵路更合理的發展。
圖1為本發明的牽引變電站電能質量綜合補償系統的結構示意圖。
圖2為本發明的牽引變電站電能質量綜合補償系統的ETAP模型。
圖3為京滬高速鐵路各牽引站母線總諧波畸變率治理前后比較圖。
圖4為京滬高速鐵路各牽引站母線三相電壓不平衡度治理前后比較圖。
具體實施方式
下面將結合說明書附圖，對本發明作進一步的說明。
本發明提供的基于ETAP的電氣化鐵路電能質量綜合治理方法，對鐵路沿線的所有牽引站進行協調治理，FC型濾波網絡和無功負序補償網絡并聯在牽引變低壓側母線，并充分利用了 ETAP強大的電力系統仿真和計算能力，配置FC型濾波網絡和無功負序補償網 絡，具體實現步驟如下
第一步，將整個電氣化鐵路所在網絡進行ETAP建模，包括發電機、變壓器、線路、 負荷和并聯電容器電力元件；
第二步，對整個電氣化鐵路中的單個牽引站，根據單個牽引站的諧波電流實測數據分析特征次數諧波和牽引負荷、牽引站結構特性，分別建立此單個牽引站所需的FC型濾波網絡和無功負序補償網絡，所述FC型濾波網絡包括多組單調諧濾波支路和一組高通濾波支路；
其中FC型濾波網絡中的各組濾波支路均采用星形接線方式的三相結構，功負序補償網絡采用三角形接線方式的三相結構，牽引負荷特性為牽引供電臂實測電流，牽引站結構特性為牽引變壓器接線方式，這里本發明的基于ETAP的電氣化鐵路電能質量綜合治理方法不限于牽引變壓器的接線方式，為通用的；
第三步，運行ETAP中的潮流分析，根據ETAP中濾波器容量估計功能配置各單調諧濾波支路中的基波容性無功，建立各單調諧濾波支路，包括如下步驟
(I)運行ETAP潮流分析，讀取牽引負荷的現有數據，包括等效負荷容量和現有功率因數；
( 2 )設置單調諧濾波器的額定參數；
(3)將單調諧濾波器容量估計類型設為功率因數校正方式，給定補償后期望功率因數；
(4)生成單調諧濾波器配置參數；
第四步，運行ETAP中的潮流分析，根據無功補償裕度配置高通阻尼濾波支路的參數；
第五步，將牽引側并聯補償端口安排在牽引負荷端口，采用3端口補償方式，在補償端口接入無功負序補償網絡；
第六步，配置無功負序補償網絡ETAP仿真模型的相關參數，建立單個牽引站的綜合補償系統，并將綜合補償系統并聯安裝在對應的牽引變壓器的低壓側母線，這里配置 ETAP仿真模型的相關參數，包括接地類型設為△型，無功功率補償采用相間形式以及恒電流比例設為100%。
下面根據本發明的電氣 化鐵路電能質量綜合治理方法的一個實施例，具體如下， 該實施例對京滬高速鐵路(江蘇段)在江蘇電網引起的電能質量問題進行綜合治理，京滬高速鐵路(江蘇段)全線設徐州東、南京南、下蜀、丹陽、鄭陸、無錫、昆山7座牽引變電站，各采用三相V/v型牽引變并入220kV電壓等級，低壓側電壓為27. 5kV，江蘇電網ETAP建模采用分層分區的方法，將220kV及以上電壓等級網絡作為建模的主框架，220kV以下網絡等效為負荷；用復合網絡模塊將變電站和發電廠站進行封裝，每個復合網絡內部建立具體設備如變壓器、母線、負荷、電容電抗和發電機等模型，并將母線連接至復合網絡對外端子，不同的復合網絡通過交流傳輸線連接。
這里以徐州東牽引站為例，綜合補償系統包含FC濾波網絡和無功負序補償網絡兩部分，如圖1所示，FC濾波網絡包括各濾波支路采用星形接線方式的三相結構，無功負序補償網絡采用三角形接線方式的三相結構，且綜合補償系統并聯安裝在牽引變壓器低壓側母線。
如圖2所示，為徐州東牽引站綜合補償系統的ETAP仿真模型，實現包括如下步驟
(I)根據京滬高鐵諧波電流含有率的實測數據，分析得到其特征次數諧波包括5 次、7次、11次、13次等，且高次諧波含量豐富，故濾波方案采用四組單調諧濾波器和一組高通濾波器；
(2)以5次單調諧濾波器設計為例基于ETAP平臺，先切換至潮流分析模塊，運行潮流分析得到牽引變低壓側母線現有功率因數為87. 9%，容量負荷為131. 28MVA ;添加一組單調諧濾波器，接地類型設為Y型；設置濾波器的額定參數，在濾波器容量估計編輯框中， 設置5次諧波電流為24. 76A，現有功率因數為87. 9%，期望功率因數為88. 9%，負荷容量為 131. 28MVA，對功率因數進行校正后，即可自動獲得5次單調諧濾波器的參數電容器單相千乏值=3055kvar,電感電抗=3. 3歐/相;
(3)7次、11次、13次單調諧濾波器的ETAP建模方法與(2)類似，這里就不一一介紹；
(4)設計高通濾波器基于ETAP平臺，先切換至潮流分析模塊，運行潮流分析得到牽引變低壓側母線功率因數為94. 77%，容量負荷為118. 17MVA ;添加一組高通(阻尼)濾波器，接地類型設為Y型；選擇單個電容器容量為5Mvar，截止次數N設為16，由高通濾波器原理得到電感電抗為O. 2954 Ω，電阻為3. 1510 Ω ；
(5)無功負序補償數網絡的數學模型采用如公式(I)所示，
權利要求
1.一種基于ETAP的電氣化鐵路電能質量綜合治理方法，其特征在于，包括如下步驟 步驟(I)將整個電氣化鉄路所在網絡進行ETAP建模，包括發電機、變壓器、線路、負荷和并聯電容器電カ元件； 步驟(2)對整個電氣化鉄路中的單個牽引站，根據單個牽引站的諧波電流實測數據分析特征次數諧波和牽引負荷、牽引站結構特性，分別建立此單個牽引站所需的FC型濾波網絡和無功負序補償網絡，所述FC型濾波網絡包括多組單調諧濾波支路和ー組高通濾波支路； 步驟(3)運行ETAP中的潮流分析，根據ETAP中濾波器容量估計功能配置各單調諧濾波支路中的基波容性無功，建立各單調諧濾波支路； 步驟(4)運行ETAP中的潮流分析，根據無功補償裕度配置高通阻尼濾波支路的參數；步驟(5)將牽弓I側并聯補償端ロ安排在牽弓I負荷端ロ，采用3端ロ補償方式，在補償端ロ接入無功負序補償網絡； 步驟(6)運行ETAP中的無功負序補償網絡，配置ETAP仿真模型的相關參數，建立單個牽引站的綜合補償系統； 步驟(7)重復步驟(2) ￠)，對整個電氣化鉄路中的其他牽引變電站進行ETAP仿真模型建模。
2.根據權利要求1所述的基于ETAP的電氣化鐵路電能質量綜合治理方法，其特征在于將步驟(6)建立的單個牽引站的綜合補償系統并聯安裝在對應的牽引變壓器的低壓側母線。
3.根據權利要求1所述的基于ETAP的電氣化鐵路電能質量綜合治理方法，其特征在干步驟(2) FC型濾波網絡中的各組濾波支路均采用星形接線方式的三相結構，功負序補償網絡采用三角形接線方式的三相結構。
4.根據權利要求1所述的基于ETAP的電氣化鐵路電能質量綜合治理方法，其特征在于步驟(3)建立各單調諧濾波器包括如下步驟 (1)運行ETAP潮流分析，讀取牽引負荷的現有數據，包括等效負荷容量和現有功率因數； (2)設置單調諧濾波器的額定參數； (3)將單調諧濾波器容量估計類型設為功率因數校正方式，給定補償后期望功率因數； (4)生成單調諧濾波器配置參數。
5.根據權利要求1所述的基于ETAP的電氣化鐵路電能質量綜合治理方法，其特征在于步驟(2)所述的牽引負荷特性為牽引供電臂實測電流，所述的牽引站結構特性為牽引變壓器接線方式。
6.根據權利要求1所述的基于ETAP的電氣化鐵路電能質量綜合治理方法，其特征在干步驟(6)所述配置ETAP仿真模型的相關參數，包括接地類型設為△型，無功功率補償采用相間形式以及恒電流比例設為100%。
全文摘要
本發明公開了一種基于ETAP的電氣化鐵路電能質量綜合治理方法，對鐵路沿線的所有牽引站進行協調治理，FC型濾波網絡和無功負序補償網絡并聯在牽引變低壓側母線，并充分利用了ETAP強大的電力系統仿真和計算能力，配置FC型濾波網絡和無功負序補償網絡。本發明的電氣化鐵路電能質量綜合治理方法，能夠實現鐵路沿線各牽引站電能質量的協調治理，提高了仿真方法的準確性，從整體上評估補償方案在電氣化鐵路接入電網影響方面的治理效果，進而促進高速電氣化鐵路更合理地發展。
文檔編號H02J3/01GK103036235SQ201210490569
公開日2013年4月10日 申請日期2012年11月27日 優先權日2012年11月27日
發明者孫蓉, 朱秋琦, 袁曉冬, 陳兵, 李群 申請人:江蘇省電力公司電力科學研究院, 東南大學, 江蘇省電力公司, 國家電網公司