CN102904254B - 电气化铁路注入电力系统谐波的仿真方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了电气化铁路注入电力系统谐波的仿真方法，包括以下工作步骤：（1）搭建ETAP电网模型（2）应用ETAP建模仿真电气化铁路注入电力系统的三次及三的倍数次谐波（3）应用ETAP建模仿真电气化铁路注入电力系统的除三次及三的倍数次谐波以外的各次谐波（4）应用ETAP建模仿真电气化铁路注入电力系统的各次谐波；简化了大规模电网建模的复杂性，克服了潮流计算及调试的困难，快捷有效的实现电气化铁路接入谐波仿真与研究。用来在电气化铁路接入供电系统前评估其对电力系统电能质量的影响，指导电网规划设计。

Description

电气化铁路注入电力系统谐波的仿真方法

技术领域

本发明涉及电气化铁路电能质量研究领域，尤其涉及一种电气化铁路注入电力系统谐波的仿真方法。

背景技术

Electrical Transient Analyzer Program简称ETAP，是功能全面的综合型电力及电气分析计算软件，能为发电、配电和工业电力电气系统的规划、设计、分析、计算、运行、模拟提供平台。目前ETAP广泛应用于全世界各行各业，包括冶金、工矿企业、石油、核电站。

对电气化铁路注入电力系统的研究方法中，已有的大规模电网建模搭建模型复杂难以实现，在基本潮流计算时调试难度大，难以收敛，且收敛后潮流结果不理想时，难以调试。

发明内容

本发明的目的就是为了解决上述问题，提供一种电气化铁路注入电力系统谐波的仿真方法,用来在电气化铁路接入供电系统前评估其对电力系统电能质量的影响，指导电网规划设计。它具有简化了大规模电网建模的复杂性，克服了潮流计算及调试的困难，快捷有效的实现电气化铁路接入谐波仿真与研究的优点。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种电气化铁路注入电力系统谐波的仿真方法，主要包含以下几项工作步骤：

步骤一：搭建ETAP电网模型，对ETAP电网模型以外的电网按照各自的规则等效成一个等效电网；等效方法为选择等效电网的模式，确定等效电网的三相最小短路电流、单相最小短路电流及阻抗比X/R；

步骤二：潮流计算及潮流计算结果比对：首先对步骤一已搭建的ETAP电网模型进行潮流计算；然后将潮流计算结果与已有的规划电网潮流计算结果进行比对，若结果比对误差〈0.5%，则进行步骤三；否则返回步骤一，按照报错结果继续调试ETAP电网模型；

步骤三：加入牵引站负荷，再次进行基本潮流计算：所述基本潮流计算方法同步骤二；至此，所搭建ETAP电网模型调试完毕；

步骤四：运用谐波分析模块，首先，进行三次及三的倍数次谐波计算；其次，对除三次及三的倍数次谐波以外的各次谐波进行计算；第三，对各次谐波进行谐波计算；在谐波计算的过程中，首先进行谐波计算设置；所述谐波计算设置中，需要分析案例信息属性中设置最大迭代次数、精度、频率扫描范围、步长；画图属性中选择想要画的图形的设备；报警属性页中设置边界限制；

步骤五：查看仿真结果。

所述步骤一中的ETAP模型搭建主要有三种：

模型1，电网简化为供电站及所带负荷

步骤（1-1）：若某牵引变电站供电站直接电气相连的变电站无牵引负荷时，在该牵引站供电站的最高电压等级对外网等效，在ETAP模型中用等效电网表示；等效方法为确定该供电站最高电压母线的三相最小短路电流、单相最小短路电流及阻抗比X/R，或确定该供电站最高电压母线对外网的正序、负序、零序阻抗；等效方法为应用目前能进行此计算的软件如：已有的电力系统分析软件PSASP、BPA，应用它们的短路计算功能及等效计算功能，得出等效点的三相最小短路电流、单相最小短路电流及阻抗比X/R或正序、负序、零序阻抗；所述外网是除本供电站以外的所有电网；

步骤（1-2）：在ETAP仿真环境中搭建要研究区域电网的电网模型，除步骤（1-1）等效电网外，至少还包括供电变压器、牵引变压器、输电线路、供电变压器所带除电气化铁路负荷外的常规负荷、电气化铁路等效负荷；并输入相应模型的参数、接地方式及供电变压器联结组别并根据实际电网结构一一连接；其中牵引变压器用普通的双绕组变压器替代；

步骤（1-3）：ETAP仿真环境中搭建电网模型具体方法为：对供电变压器模型，三绕组变压器需确定供电变压器额定值及变压器一二侧、一三侧、二三阻抗百分比，及对应的阻抗比X/R值；确定变压器一次侧、二次侧、三次侧接地方式；双绕组变压器需确定供电变压器额定值及变压器正序阻抗百分比、零序阻抗百分比，及对应的阻抗比X/R值；确定变压器一次侧、二次侧接地方式；对输电线路模型，需确定输电线路长度，输电线路正序阻抗、零序阻抗及它们的单位；对供电变压器所带除电气化铁路负荷外的常规负荷，用等效负荷模型替代；对该等效负荷模型需确定接地方式并根据电网中实际负荷大小确定该负荷模型额定值及负荷类型；对电气化铁路等效负荷，用静态负荷模型来表示，对该静态负荷模型，需确定接地方式并根据电气化铁路设计的负荷大小确定该静态负荷的额定值及负荷类型；

模型2，电网简化为供电站、相邻变电站及各自所带负荷

步骤（1-1）:若某牵引变电站供电站直接电气相连的变电站有牵引负荷时，将该供电站A及相邻供电站B及其各自所带的牵引负荷同时搭建在ETAP电网模型中；除A、B以外的供电系统进行等效，等效方法同模型1中步骤（1-1），在ETAP模型中用等效电网表示；

步骤（1-2）：在ETAP仿真环境中搭建要研究区域电网的电网模型，除步骤（1-1）等效电网外，至少还包括供电变压器、牵引变压器、输电线路、供电变压器所带除电气化铁路负荷外的常规负荷、电气化铁路等效负荷；并输入相应模型的参数、接地方式及供电变压器联结组别并根据实际电网结构一一连接；其中牵引变压器用普通的双绕组变压器替代；

步骤（1-3）：ETAP仿真环境中搭建电网模型具体方法为：对供电变压器模型，三绕组变压器需确定供电变压器额定值及变压器一二侧、一三侧、二三阻抗百分比，及对应的阻抗比X/R值；确定变压器一次侧、二次侧、三次侧接地方式；双绕组变压器需确定供电变压器额定值及变压器正序阻抗百分比、零序阻抗百分比，及对应的阻抗比X/R值；确定变压器一次侧、二次侧接地方式；对输电线路模型，需确定输电线路长度，输电线路正序阻抗、零序阻抗及它们的单位；对供电变压器所带除电气化铁路负荷外的常规负荷，用等效负荷模型替代；对该等效负荷模型需确定接地方式并根据电网中实际负荷大小确定该负荷模型额定值及负荷类型；对电气化铁路等效负荷，用静态负荷模型来表示，对该静态负荷模型，需确定接地方式并根据电气化铁路设计的负荷大小确定该静态负荷的额定值及负荷类型；

模型3，电网简化为供电站、发电厂及各自所带负荷

步骤（1-1）:若某牵引变电站供电站与发电厂有直接电气联系或隔一个联络变电站与发电厂联系，将牵引变电站供电站、联络变电站、发电厂均保留在ETAP电网模型中；除此之外的供电系统进行等效；等效方法同模型1中步骤（1-1），在ETAP模型中用等效电网表示；

步骤（1-2）：在ETAP仿真环境中搭建要研究区域电网的电网模型，除步骤（1-1）等效电网外，至少还包括发电机、供电变压器、牵引变压器、输电线路、供电变压器所带除电气化铁路负荷外的常规负荷、电气化铁路等效负荷；并输入相应模型的参数、接地方式及供电变压器联结组别并根据实际电网结构一一连接；其中牵引变压器用普通的双绕组变压器替代；

步骤（1-3）：ETAP仿真环境中搭建电网模型具体方法为：对发电机模型，需确定发电机运行模式，确定额定值、发电类型、阻抗值；对供电变压器模型，三绕组变压器需确定供电变压器额定值及变压器一二侧、一三侧、二三阻抗百分比，及对应的阻抗比X/R值；确定变压器一次侧、二次侧、三次侧接地方式；双绕组变压器需确定供电变压器额定值及变压器正序阻抗百分比、零序阻抗百分比，及对应的阻抗比X/R值；确定变压器一次侧、二次侧接地方式；对输电线路模型，需确定输电线路长度，输电线路正序阻抗、零序阻抗及它们的单位；对供电变压器所带除电气化铁路负荷外的常规负荷，用等效负荷模型替代；对该等效负荷模型需确定接地方式并根据电网中实际负荷大小确定该负荷模型额定值及负荷类型；对电气化铁路等效负荷，用静态负荷模型来表示，对该静态负荷模型，需确定接地方式并根据电气化铁路设计的负荷大小确定该静态负荷的额定值及负荷类型。

所述步骤二的潮流计算，首先需要编辑潮流分析案例，进行潮流计算设置：分析案例信息属性页中设置潮流计算方法、最大迭代次数和精度；所述步骤二中的实际电网潮流计算结果参考电网规划数据。

所述步骤四，谐波分析过程分为以下三个步骤：

步骤(4-1)，建立牵引变压器谐波计算模型；判断电气化铁路机车产生的具备零序性质的三次及三的倍数次谐波能否传递到牵引变压器高压侧，如果能就应用ETAP建模仿真电气化铁路注入电力系统的三次及三的倍数次谐波；

步骤(4-2)，应用ETAP建模仿真电气化铁路注入电力系统的除三次及三的倍数次谐波以外的各次谐波；

步骤(4-3)，应用ETAP建模仿真电气化铁路注入电力系统的各次谐波。

根据所述步骤(4-1)中的V/V接线牵引变压器谐波计算模型，推导出零序电流的值为零；

同一个牵引站两供电臂中各次谐波含量大小、相位均不同，且牵引变压器接线方式为不对称接线，所以零序电流的值为零代表电气化铁路机车产生的具备零序性质的三次及三的倍数次谐波能传递到牵引变压器高压侧。

所述步骤（4-1），应用ETAP建模仿真电气化铁路注入电力系统的三次及三的倍数次谐波，主要包含以下几步：

步骤（4-1-1），在ETAP软件中，编辑设备库中谐波数据库，建立要研究的含三次及三的倍数次谐波的谐波设备电气化铁路机车，根据实际电气化铁路运行特点确定电气化铁路机车的三次及三的倍数次谐波占基波含量的百分比及角度；

步骤（4-1-2），应用ETAP软件中牵引变压器下接入“静态负荷”并将“静态负荷”命名为“电气化铁路等效静态负荷”，在标签“谐波”页面中添加已建好的要研究的含有三次及三的倍数次谐波的谐波设备电气化铁路机车；在标签“负荷”页面中将接地方式设置为星形接地；

步骤（4-1-3），ETAP仿真环境中牵引变压器标签“接地”所示的页面中，需将一次侧及二次侧均选为星形接地方式或星形以接近于0的电阻、电抗接地方式；若任何一侧选择不接地，将会造成电气化铁路注入电力系统三次谐波仿真结果为0的错误；若任何一侧选择三角形接法，也会造成电气化铁路注入电力系统三次谐波仿真结果为0的错误。

所述步骤（4-2），主要包含以下几步：

步骤（4-2-1），在ETAP软件中，编辑设备库中谐波数据库，建立要研究的含除三次及三的倍数次谐波的谐波设备电气化铁路机车，根据实际电气化铁路运行特点确定电气化铁路机车除三次及三的倍数次之外的谐波占基波含量的百分比及角度；

步骤（4-2-2），应用ETAP软件中牵引变压器下接入“静态负荷”并将“静态负荷”命名为“电气化铁路等效静态负荷”，在标签“谐波”页面中添加已建好的要研究的含有除三次及三的倍数次谐波的谐波设备电气化铁路机车；在标签“负荷”页面中将接地方式设置为星形接地；

步骤（4-2-3），ETAP仿真环境中牵引变压器标签“接地”所示的页面中，一次侧及二次侧选择星形接地方式，也能选择三角形接地方式，不影响仿真后得到的电气化铁路注入系统中的各次谐波电流、谐波电压含量。

所述步骤（4-3），主要包含以下几步：

步骤（4-3-1），在ETAP软件中，编辑设备库中谐波数据库，建立要研究的含各次谐波的谐波设备电气化铁路机车，根据实际电气化铁路运行特点确定电气化铁路机车各次谐波占基波含量的百分比及角度；

步骤（4-3-2），应用ETAP软件中牵引变压器下接入“静态负荷”并将“静态负荷”命名为“电气化铁路等效静态负荷”，在标签“谐波”页面中添加已建好的要研究的含有各次谐波的谐波设备电气化铁路机车；在标签“负荷”页面中将接地方式设置为星形接地；

步骤（4-3-3），ETAP仿真环境中牵引变压器标签“接地”所示的页面中，需将一次侧及二次侧均选为星形接地方式或星形以接近于0的电阻、电抗接地方式；若任何一侧选择不接地，将会造成电气化铁路注入电力系统三次谐波仿真结果为0的错误；若任何一侧选择三角形接法，也会造成电气化铁路注入电力系统三次谐波仿真结果为0的错误；其余各次谐波大小不受牵引变压器接地方式的影响。

所述步骤五，查看报告管理器生成的ETAP报告中所列电气化铁路注入公共连接母线的各次谐波电压及谐波电流；为分析电气化铁路接入电力系统造成的电能质量问题提供依据。

本发明的有益效果：简化了大规模电网建模的复杂性，克服了潮流计算及调试的困难，快捷有效的实现电气化铁路接入谐波仿真与研究。用来在电气化铁路接入供电系统前评估其对电力系统电能质量的影响，指导电网规划设计。

附图说明

图1为本发明的整体流程图；

图2为V/V接线牵引变压器谐波计算模型；

图3为V/V接线牵引变压器电压、电流相量关系图；

图4为德大电气化铁路杨治牵引站注入电力系统谐波ETAP仿真图；

图5为德大电气化铁路洛王牵引站注入电力系统谐波ETAP仿真图。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。

如图1所示，本发明的整体流程图；一种电气化铁路注入电力系统谐波的仿真方法，主要包含以下几项工作步骤：

步骤一：搭建ETAP电网模型，对ETAP模型以外的电网按照各自的规则等效成一个等效电网；等效方法为选择等效电网的模式，确定等效电网的三相最小短路电流、单相最小短路电流及阻抗比X/R。

步骤二：潮流计算及潮流计算结果比对：首先对步骤一已搭建的ETAP电网模型进行潮流计算；然后将潮流计算结果与已有的规划电网潮流计算结果进行比对，若结果比对误差〈0.5%，则进行步骤三；否则返回步骤一，按照报错结果继续调试ETAP电网模型；

步骤三：加入牵引站负荷，再次进行基本潮流计算：基本潮流计算方法同步骤二；至此，所搭建ETAP电网模型调试完毕；

步骤四：运用谐波分析模块，首先，进行三次及三的倍数次谐波计算；其次，对除三次及三的倍数次谐波以外的各次谐波进行计算；第三，对其余各次谐波进行谐波计算；在谐波计算的过程中，首先进行谐波计算设置；谐波计算设置中，需要分析案例信息属性中设置最大迭代次数、精度、频率扫描范围、步长；画图属性中选择想要画的图形的设备；报警属性页中设置边界限制；

步骤五：查看仿真结果。

如图2所示，V/V接线牵引变压器谐波计算模型。

如图3所示，V/V接线牵引变压器电压、电流相量关系图。

设为基准，根据图3，则有

$\stackrel{\·}{I_A}=\frac{1}{K}\stackrel{\·}{I_{\mathrm{ac}}}$

$\stackrel{\·}{I_B}=\frac{1}{K}\stackrel{\·}{I_{\mathrm{bc}}}$

$\stackrel{\·}{I_C}=\frac{-1}{K}(\stackrel{\·}{I_{\mathrm{ac}}}+\stackrel{\·}{I_{\mathrm{Bc}}})$

其中：K-牵引变压器的变比

-牵引变压器左、右供电臂供电电流

—牵引站供电线路A相电流

—牵引站供电线路B相电流

—牵引站供电线路C相电流

即： $\left[\begin{array}{c}\stackrel{\·}{I_A}\\ \stackrel{\·}{I_B}\\ \stackrel{\·}{I_C}\end{array}\right]=\frac{1}{K}\left[\begin{array}{ccc}1& 0& 0\\ 0& 1& 0\\ -1& -1& 0\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}\stackrel{\·}{I_{\mathrm{ac}}}\\ \stackrel{\·}{I_{\mathrm{bc}}}\\ 0\end{array}\right]$

又： $\left[\begin{array}{c}\stackrel{\·}{I_{A1}}\\ \stackrel{\·}{I_{A2}}\\ \stackrel{\·}{I_{A0}}\end{array}\right]=\frac{1}{3}\left[\begin{array}{ccc}1& a& a^2\\ 1& a^2& a\\ 1& 1& 1\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}\stackrel{\·}{I_A}\\ \stackrel{\·}{I_B}\\ \stackrel{\·}{I_C}\end{array}\right]$

其中，旋转因子a＝e^j120°

I_A1—A相正序电流

I_A2—A相负序电流

I_A0-A相零序电流

由此可见：

同一个牵引站两供电臂中各次谐波含量大小、相位均不同，且牵引变压器接线方式为不对称接线，所以此处推导出的不代表电气化铁路机车产生的具备零序性质的三次及三的倍数次谐波不能传递到牵引变压器高压侧，即V/V接线牵引变压器所带电气化铁路负荷所产生的三次及三的倍数次谐波可传递到牵引变压器高压侧。

如图4所示，为德大电气化铁路杨治牵引站注入电力系统谐波ETAP仿真图。德大电气化铁路杨治牵引变电站供电站直接电气相连的变电站无牵引负荷，此时，在该牵引站供电站龙门站的最高电压等级对外网等效。等效方法为确定该供电站龙门变电站220kV母线的三相最小短路电流、单相最小短路电流及阻抗比X/R，或确定该供电站最高电压母线对外网（除龙门站以外的所有电网）的正序、负序、零序阻抗。

模型1，电网简化为供电站及所带负荷

步骤（1-1）：杨治牵引站供电站龙门站直接电气相连的变电站无牵引负荷，在该牵引站供电站龙门站的最高电压等级220kV母线对外网等效，在ETAP模型中用等效电网-龙门220kV表示。等效方法为确定该供电站龙门站最高电压母线（220kV母线）的三相最小短路电流、单相最小短路电流及阻抗比X/R，或确定该供电站最高电压母线对外网（除本供电站龙门站以外的所有电网）的正序、负序、零序阻抗。等效方法为应用目前能进行此计算的软件如：已有的电力系统分析软件PSASP、BPA等，应用它们的短路计算功能及等效计算功能，得出等效点的三相最小短路电流、单相最小短路电流及阻抗比X/R或正序、负序、零序阻抗。

步骤（1-2）：在ETAP仿真环境中搭建要研究区域电网的电网模型，除步骤（1-1）等效电网外，至少还包括供电变压器、牵引变压器、输电线路、供电变压器所带除电气化铁路负荷外的常规负荷、电气化铁路等效负荷；并输入相应模型的参数、接地方式及供电变压器联结组别并根据实际电网结构一一连接；其中牵引变压器用普通的双绕组变压器替代。

步骤（1-3）：ETAP仿真环境中搭建电网模型具体方法为：对供电变压器模型，三绕组变压器T-龙门变需确定供电变压器额定值及变压器一二侧、一三侧、二三阻抗百分比，及对应的X/R值；确定变压器一次侧、二次侧、三次侧接地方式；双绕组变压器T-牵引变需确定其额定值及变压器正序阻抗百分比、零序阻抗百分比，及对应的X/R值，确定T-牵引变一次侧、二次侧接地方式。对输电线路L-龙门-牵引变模型，需确定其长度、正序阻抗、零序阻抗及它们的单位。对供电变压器T-龙门变所带除电气化铁路负荷外的常规负荷，用等效负荷模型Load-龙门110kV替代。对该等效负荷模型Load-龙门110kV需确定接地方式并根据电网中实际负荷大小确定该负荷模型额定值及负荷类型。对电气化铁路等效负荷Load-牵引27.5kV，用静态负荷模型来表示，对该静态负荷模型，需确定接地方式并根据电气化铁路设计的负荷大小确定该静态负荷的额定值及负荷类型。

如图5所示，图5为德大电气化铁路洛王牵引站注入电力系统谐波ETAP仿真图。洛王牵引变电站供电站利津站与沾化发电厂有直接电气联系，将供电站利津站、沾化发电厂均保留在ETAP电网模型中；除此之外的供电系统进行等效，等效方法为在利津变电站最高电压等级220kV侧对外网等效，即“等效电网-利津220kV”、在沾化电厂最高电压等级220kV侧对外网等效，即“等效电网-沾化电厂220kV”，利津变电站所带负荷及沾化厂用电系统均如前所述搭建在电网模型中。

模型3，电网简化为供电站、发电厂及各自所带负荷

步骤（1-1）:洛王牵引变电站供电站利津站发电厂沾化电厂直接电气联系，将供电站利津站、发电厂沾化电厂均保留在ETAP电网模型中；除此之外的供电系统进行等效，即在利津变电站最高电压等级220kV侧对外网等效，即“等效电网-利津220kV”、在沾化电厂最高电压等级220kV侧对外网等效，即“等效电网-沾化电厂220kV”，利津变电站所带负荷及沾化厂用电系统均如前所述搭建在电网模型中。等效方法同模型1中步骤（1-1），在ETAP模型中用等效电网表示。

步骤（1-2）：在ETAP仿真环境中搭建要研究区域电网的电网模型，除步骤（1-1）等效电网外，至少还包括发电机、供电变压器、牵引变压器、输电线路、供电变压器所带除电气化铁路负荷外的常规负荷、电气化铁路等效负荷；并输入相应模型的参数、接地方式及供电变压器联结组别并根据实际电网结构一一连接；其中牵引变压器用普通的双绕组变压器替代。

步骤（1-3）：ETAP仿真环境中搭建电网模型具体方法为：对发电机模型Gen-沾化1、Gen-沾化2，需确定发电机运行模式，确定额定值、发电类型、阻抗值。对供电变压器模型，三绕组变压器T-利津变、T-沾化厂1、T-沾化厂2、T-沾化厂3、T-沾化厂4需确定其额定值及变压器一二侧、一三侧、二三阻抗百分比，及对应的阻抗比X/R值；确定变压器一次侧、二次侧、三次侧接地方式；双绕组变压器T-牵引变需确定其额定值及变压器正序阻抗百分比、零序阻抗百分比，及对应的X/R值；确定变压器一次侧、二次侧接地方式。对输电线路模型L-利津-牵引变、L-利津-沾化电厂，需确定其长度、正序阻抗、零序阻抗及它们的单位。对供电变压器所带除电气化铁路负荷外的常规负荷，用等效负荷模型替代，如图5中Load-利津121kV、Load-沾化121kV。对等效负荷模型需确定接地方式并根据电网中实际负荷大小确定该负荷模型额定值及负荷类型。对电气化铁路等效负荷，用静态负荷模型Load-牵引27.5kV来表示，对该静态负荷模型，需确定接地方式并根据电气化铁路设计的负荷大小确定该静态负荷的额定值及负荷类型。

模型2，电网简化为供电站、相邻变电站及各自所带负荷

步骤（1-1）:若某牵引变电站供电站直接电气相连的变电站有牵引负荷时，将该供电站及相邻供电站及其各自所带的牵引负荷同时搭建在ETAP电网模型中。除此以外的供电系统，在ETAP模型中用等效电网表示，等效方法同模型1中步骤（1-1）。

步骤（1-2）：在ETAP仿真环境中搭建要研究区域电网的电网模型，除步骤（1-1）等效电网外，至少还包括供电变压器、牵引变压器、输电线路、供电变压器所带除电气化铁路负荷外的常规负荷、电气化铁路等效负荷；并输入相应模型的参数、接地方式及供电变压器联结组别并根据实际电网结构一一连接；其中牵引变压器用普通的双绕组变压器替代。

步骤（1-3）：ETAP仿真环境中搭建电网模型具体方法为：对供电变压器模型，三绕组变压器需确定供电变压器额定值及变压器一二侧、一三侧、二三阻抗百分比，及对应的X/R值；确定变压器一次侧、二次侧、三次侧接地方式；双绕组变压器需确定供电变压器额定值及变压器正序阻抗百分比、零序阻抗百分比，及对应的X/R值；确定变压器一次侧、二次侧接地方式。对输电线路模型，需确定输电线路长度，输电线路正序阻抗、零序阻抗及它们的单位。对供电变压器所带除电气化铁路负荷外的常规负荷，用等效负荷模型替代。对该等效负荷模型需确定接地方式并根据电网中实际负荷大小确定该负荷模型额定值及负荷类型。对电气化铁路等效负荷，用静态负荷模型来表示，对该静态负荷模型，需确定接地方式并根据电气化铁路设计的负荷大小确定该静态负荷的额定值及负荷类型。

所述模型2的附图由于与模型1和模型3的类似，所以未再给出。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (8)

1.一种电气化铁路注入电力系统谐波的仿真方法，其特征是，主要包含以下几项工作步骤：

步骤一：搭建ETAP电网模型，对ETAP电网模型以外的电网按照各自的规则等效成一个等效电网；等效方法为选择等效电网的模式，确定等效电网的三相最小短路电流、单相最小短路电流及阻抗比X/R；

步骤二：潮流计算及潮流计算结果比对：首先对步骤一已搭建的ETAP电网模型进行潮流计算；然后将潮流计算结果与已有的规划电网潮流计算结果进行比对，若结果比对误差〈0.5％，则进行步骤三；否则返回步骤一，按照报错结果继续调试ETAP电网模型；

步骤三：加入牵引站负荷，再次进行基本潮流计算：所述基本潮流计算方法同步骤二；至此，所搭建ETAP电网模型调试完毕；

步骤四：运用谐波分析模块，首先，进行三次及三的倍数次谐波计算；其次，对除三次及三的倍数次谐波以外的各次谐波进行计算；第三，对各次谐波进行谐波计算；在谐波计算的过程中，首先进行谐波计算设置；所述谐波计算设置中，需要分析案例信息属性中设置最大迭代次数、精度、频率扫描范围、步长；画图属性中选择想要画的图形的设备；报警属性页中设置边界限制；

步骤五：查看仿真结果，其中ETAP是Electrical Transient Analyzer Program简称,是功能全面的综合型电力及电气分析计算软件；

所述步骤四，谐波分析过程分为以下三个步骤：

步骤(4-1)，建立牵引变压器谐波计算模型；判断电气化铁路机车产生的具备零序性质的三次及三的倍数次谐波能否传递到牵引变压器高压侧，如果能就应用ETAP建模仿真电气化铁路注入电力系统的三次及三的倍数次谐波；

步骤(4-2)，应用ETAP建模仿真电气化铁路注入电力系统的除三次及三的倍数次谐波以外的各次谐波；

步骤(4-3)，应用ETAP建模仿真电气化铁路注入电力系统的各次谐波。

2.如权利要求1所述的一种电气化铁路注入电力系统谐波的仿真方法，其特征是，所述步骤一中的ETAP模型搭建主要有三种：

模型1，电网简化为供电站及所带负荷

步骤(1-1)：若某牵引变电站供电站直接电气相连的变电站无牵引负荷时，在该牵引站供电站的最高电压等级对外网等效，在ETAP模型中用等效电网表示；等效方法为确定该供电站最高电压母线的三相最小短路电流、单相最小短路电流及阻抗比X/R，或确定该供电站最高电压母线对外网的正序、负序、零序阻抗；等效方法通过电力系统分析软件PSASP或BPA来实现，应用它们的短路计算功能及等效计算功能，得出等效点的三相最小短路电流、单相最小短路电流及阻抗比X/R或正序、负序、零序阻抗；所述外网是除本供电站以外的所有电网；

步骤(1-2)：在ETAP仿真环境中搭建要研究区域电网的电网模型，除步骤(1-1)等效电网外，至少还包括供电变压器、牵引变压器、输电线路、供电变压器所带除电气化铁路负荷外的常规负荷、电气化铁路等效负荷；并输入相应模型的参数、接地方式及供电变压器联结组别并根据实际电网结构一一连接；其中牵引变压器用普通的双绕组变压器替代；

步骤(1-3)：ETAP仿真环境中搭建电网模型具体方法为：对供电变压器模型，三绕组变压器需确定供电变压器额定值及变压器一二侧、一三侧、二三阻抗百分比，及对应的阻抗比X/R值；确定变压器一次侧、二次侧、三次侧接地方式；双绕组变压器需确定供电变压器额定值及变压器正序阻抗百分比、零序阻抗百分比，及对应的阻抗比X/R值；确定变压器一次侧、二次侧接地方式；对输电线路模型，需确定输电线路长度，输电线路正序阻抗、零序阻抗及它们的单位；对供电变压器所带除电气化铁路负荷外的常规负荷，用等效负荷模型替代；对该等效负荷模型需确定接地方式并根据电网中实际负荷大小确定该负荷模型额定值及负荷类型；对电气化铁路等效负荷，用静态负荷模型来表示，对该静态负荷模型，需确定接地方式并根据电气化铁路设计的负荷大小确定该静态负荷的额定值及负荷类型；

模型2，电网简化为供电站、相邻变电站及各自所带负荷

步骤(1-1):若某牵引变电站供电站直接电气相连的变电站有牵引负荷时，将该供电站A及相邻供电站B及其各自所带的牵引负荷同时搭建在ETAP电网模型中；除A、B以外的供电系统进行等效，等效方法同模型1中步骤(1-1)，在ETAP模型中用等效电网表示；

步骤(1-2)：在ETAP仿真环境中搭建要研究区域电网的电网模型，除模型2的步骤(1-1)等效电网外，至少还包括供电变压器、牵引变压器、输电线路、供电变压器所带除电气化铁路负荷外的常规负荷、电气化铁路等效负荷；并输入相应模型的参数、接地方式及供电变压器联结组别并根据实际电网结构一一连接；其中牵引变压器用普通的双绕组变压器替代；

步骤(1-3)：ETAP仿真环境中搭建电网模型具体方法为：对供电变压器模型，三绕组变压器需确定供电变压器额定值及变压器一二侧、一三侧、二三阻抗百分比，及对应的阻抗比X/R值；确定变压器一次侧、二次侧、三次侧接地方式；双绕组变压器需确定供电变压器额定值及变压器正序阻抗百分比、零序阻抗百分比，及对应的阻抗比X/R值；确定变压器一次侧、二次侧接地方式；对输电线路模型，需确定输电线路长度，输电线路正序阻抗、零序阻抗及它们的单位；对供电变压器所带除电气化铁路负荷外的常规负荷，用等效负荷模型替代；对该等效负荷模型需确定接地方式并根据电网中实际负荷大小确定该负荷模型额定值及负荷类型；对电气化铁路等效负荷，用静态负荷模型来表示，对该静态负荷模型，需确定接地方式并根据电气化铁路设计的负荷大小确定该静态负荷的额定值及负荷类型；

模型3，电网简化为供电站、发电厂及各自所带负荷

步骤(1-1):若某牵引变电站供电站与发电厂有直接电气联系或隔一个联络变电站与发电厂联系，将牵引变电站供电站、联络变电站、发电厂均保留在ETAP电网模型中；除此之外的供电系统进行等效；等效方法同模型1中步骤(1-1)，在ETAP模型中用等效电网表示；

步骤(1-2)：在ETAP仿真环境中搭建要研究区域电网的电网模型，除模型3的步骤(1-1)等效电网外，至少还包括发电机、供电变压器、牵引变压器、输电线路、供电变压器所带除电气化铁路负荷外的常规负荷、电气化铁路等效负荷；并输入相应模型的参数、接地方式及供电变压器联结组别并根据实际电网结构一一连接；其中牵引变压器用普通的双绕组变压器替代；

步骤(1-3)：ETAP仿真环境中搭建电网模型具体方法为：对发电机模型，需确定发电机运行模式，确定额定值、发电类型、阻抗值；对供电变压器模型，三绕组变压器需确定供电变压器额定值及变压器一二侧、一三侧、二三阻抗百分比，及对应的阻抗比X/R值；确定变压器一次侧、二次侧、三次侧接地方式；双绕组变压器需确定供电变压器额定值及变压器正序阻抗百分比、零序阻抗百分比，及对应的阻抗比X/R值；确定变压器一次侧、二次侧接地方式；对输电线路模型，需确定输电线路长度，输电线路正序阻抗、零序阻抗及它们的单位；对供电变压器所带除电气化铁路负荷外的常规负荷，用等效负荷模型替代；对该等效负荷模型需确定接地方式并根据电网中实际负荷大小确定该负荷模型额定值及负荷类型；对电气化铁路等效负荷，用静态负荷模型来表示，对该静态负荷模型，需确定接地方式并根据电气化铁路设计的负荷大小确定该静态负荷的额定值及负荷类型。

3.如权利要求1所述的一种电气化铁路注入电力系统谐波的仿真方法，其特征是，所述步骤二的潮流计算，首先需要编辑潮流分析案例，进行潮流计算设置：分析案例信息属性页中设置潮流计算方法、最大迭代次数和精度；所述步骤二中的实际电网潮流计算结果参考电网规划数据。

4.如权利要求1所述的一种电气化铁路注入电力系统谐波的仿真方法，其特征是，根据所述步骤(4-1)中的V/V接线牵引变压器谐波计算模型，推导出零序电流的值为零；

同一个牵引站两供电臂中各次谐波含量大小、相位均不同，且牵引变压器接线方式为不对称接线，所以零序电流的值为零代表电气化铁路机车产生的具备零序性质的三次及三的倍数次谐波能传递到牵引变压器高压侧。

5.如权利要求1所述的一种电气化铁路注入电力系统谐波的仿真方法，其特征是，所述步骤(4-1)，应用ETAP建模仿真电气化铁路注入电力系统的三次及三的倍数次谐波，主要包含以下几步：

步骤(4-1-1)，在ETAP软件中，编辑设备库中谐波数据库，建立要研究的含三次及三的倍数次谐波的谐波设备电气化铁路机车，根据实际电气化铁路运行特点确定电气化铁路机车的三次及三的倍数次谐波占基波含量的百分比及角度；

步骤(4-1-2)，应用ETAP软件中牵引变压器下接入“静态负荷”并将“静态负荷”命名为“电气化铁路等效静态负荷”，在标签“谐波”页面中添加已建好的要研究的含有三次及三的倍数次谐波的谐波设备电气化铁路机车；在标签“负荷”页面中将接地方式设置为星形接地；

步骤(4-1-3)，ETAP仿真环境中牵引变压器标签“接地”所示的页面中，需将一次侧及二次侧均选为星形接地方式或星形以接近于0的电阻、电抗接地方式；若任何一侧选择不接地，将会造成电气化铁路注入电力系统三次谐波仿真结果为0的错误；若任何一侧选择三角形接法，也会造成电气化铁路注入电力系统三次谐波仿真结果为0的错误。

6.如权利要求1所述的一种电气化铁路注入电力系统谐波的仿真方法，其特征是，所述步骤(4-2)，主要包含以下几步：

步骤(4-2-1)，在ETAP软件中，编辑设备库中谐波数据库，建立要研究的含除三次及三的倍数次谐波的谐波设备电气化铁路机车，根据实际电气化铁路运行特点确定电气化铁路机车除三次及三的倍数次之外的谐波占基波含量的百分比及角度；

步骤(4-2-2)，应用ETAP软件中牵引变压器下接入“静态负荷”并将“静态负荷”命名为“电气化铁路等效静态负荷”，在标签“谐波”页面中添加已建好的要研究的含有除三次及三的倍数次谐波的谐波设备电气化铁路机车；在标签“负荷”页面中将接地方式设置为星形接地；

步骤(4-2-3)，ETAP仿真环境中牵引变压器标签“接地”所示的页面中，一次侧及二次侧选择星形接地方式，也能选择三角形接地方式，不影响仿真后得到的电气化铁路注入系统中的各次谐波电流、谐波电压含量。

7.如权利要求1所述的一种电气化铁路注入电力系统谐波的仿真方法，其特征是，所述步骤(4-3)，主要包含以下几步：

步骤(4-3-1)，在ETAP软件中，编辑设备库中谐波数据库，建立要研究的含各次谐波的谐波设备电气化铁路机车，根据实际电气化铁路运行特点确定电气化铁路机车各次谐波占基波含量的百分比及角度；

步骤(4-3-2)，应用ETAP软件中牵引变压器下接入“静态负荷”并将“静态负荷”命名为“电气化铁路等效静态负荷”，在标签“谐波”页面中添加已建好的要研究的含有各次谐波的谐波设备电气化铁路机车；在标签“负荷”页面中将接地方式设置为星形接地；

步骤(4-3-3)，ETAP仿真环境中牵引变压器标签“接地”所示的页面中，需将一次侧及二次侧均选为星形接地方式或星形以接近于0的电阻、电抗接地方式；若任何一侧选择不接地，将会造成电气化铁路注入电力系统三次谐波仿真结果为0的错误；若任何一侧选择三角形接法，也会造成电气化铁路注入电力系统三次谐波仿真结果为0的错误；其余各次谐波大小不受牵引变压器接地方式的影响。

8.如权利要求1所述的一种电气化铁路注入电力系统谐波的仿真方法，其特征是，所述步骤五，查看报告管理器生成的ETAP报告中所列电气化铁路注入公共连接母线的各次谐波电压及谐波电流；为分析电气化铁路接入电力系统造成的电能质量问题提供依据。