专利名称：基于etap的电气化铁路电能质量综合治理方法
技术领域：
本发明涉及电能质量仿真技术领域，具体涉及一种在ETAP平台上对电气化铁路引起的电能质量综合治理方法。
背景技术：
ETAP(ElectricalTransientAnalysisProgram,电力系统暂态分析程序)是全图形界面的电力系统仿真分析、计算高级应用软件，广泛应用于发电、输电、配电等领域的工业系统，相比于其他电力系统仿真软件，ETAP凭借其强大的仿真计算能力在电能质量仿真领域体现出了明显的优势。目前，对于电气化铁路的电能质量治理方面的仿真研究，主要借助于一些专业的电力系统仿真软件，即主要针对单个牵引站进行分析，并没有从整体的角度对铁路沿线各牵引站进行协调治理，从而不能系统地评估补偿整体方案在电气化铁路接入电网影响方面的治理效果，影响电气化铁路的快速发展。发明内容
本发明的目的是克服现有技术中的不足，提供基于ETAP的电气化铁路电能质量综合治理方法，实现铁路沿线各牵引站电能质量的协调治理，提高了仿真方法的准确性，从整体上评估补偿方案在电气化铁路接入电网影响方面的治理效果，进而促进高速电气化铁路更合理的发展。
为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是
一种基于ETAP的电气化铁路电能质量综合治理方法，其特征在于，包括如下步骤
步骤(I)将整个电气化铁路所在网络进行ETAP建模，包括发电机、变压器、线路、 负荷和并联电容器电力元件；
步骤(2)对 整个电气化铁路中的单个牵引站，根据单个牵引站的谐波电流实测数据分析特征次数谐波和牵引负荷、牵引站结构特性，分别建立此单个牵引站所需的FC型滤波网络和无功负序补偿网络，所述FC型滤波网络包括多组单调谐滤波支路和一组高通滤波支路；
步骤(3)运行ETAP中的潮流分析，根据ETAP中滤波器容量估计功能配置各单调谐滤波支路中的基波容性无功，建立各单调谐滤波支路；
步骤(4)运行ETAP中的潮流分析，根据无功补偿裕度配置高通阻尼滤波支路的参数；
步骤(5 )将牵弓I侧并联补偿端口安排在牵弓I负荷端口，采用3端口补偿方式，在补偿端口接入无功负序补偿网络；
步骤(6)运行ETAP中的无功负序补偿网络，配置ETAP仿真模型的相关参数，建立单个牵引站的综合补偿系统；
步骤(7)重复步骤(2)^6)，对整个电气化铁路中的其他牵引变电站进行ETAP仿真模型建模。
前述的基于ETAP的电气化铁路电能质量综合治理方法，其特征在于将步骤(6) 建立的单个牵引站的综合补偿系统并联安装在对应的牵引变压器的低压侧母线。
前述的基于ETAP的电气化铁路电能质量综合治理方法，其特征在于步骤(2) FC 型滤波网络中的各组滤波支路均采用星形接线方式的三相结构，功负序补偿网络采用三角形接线方式的三相结构。
前述的基于ETAP的电气化铁路电能质量综合治理方法，其特征在于步骤(3)建立各单调谐滤波器包括如下步骤
(I)运行ETAP潮流分析，读取牵引负荷的现有数据，包括等效负荷容量和现有功率因数；
(2)设置单调谐滤波器的额定参数；
(3)将单调谐滤波器容量估计类型设为功率因数校正方式，给定补偿后期望功率因数；
(4)生成单调谐滤波器配置参数。
前述的基于ETAP的电气化铁路电能质量综合治理方法，其特征在于步骤(2)所述的牵引负荷特性为牵引供电臂实测电流，所述的牵引站结构特性为牵引变压器接线方式。
前述的基于ETAP的电气化铁路电能质量综合治理方法，其特征在于步骤(6)所述配置ETAP仿真模型的相关参数，包括接地类型设为△型，无功功率补偿采用相间形式以及恒电流比例设为100%。
本发明的有益效果是本发明提供的基于ETAP的电气化铁路电能质量综合治理方法，对铁路沿线的所有牵引站进行协调治理，FC型滤波网络和无功负序补偿网络并联在牵引变低压侧母线，并充分利用了 ETAP强大的电力系统仿真和计算能力，配置FC型滤波网络和无功负序补偿网络。本发明的电气化铁路电能质量综合治理方法，能够实现铁路沿线各牵引站电能质量的协调治理，提高了仿真方法的准确性，从整体上评估补偿方案在电气化铁路接入电网影响方面的治理效果，进而促进高速电气化铁路更合理的发展。
图1为本发明的牵引变电站电能质量综合补偿系统的结构示意图。
图2为本发明的牵引变电站电能质量综合补偿系统的ETAP模型。
图3为京沪高速铁路各牵引站母线总谐波畸变率治理前后比较图。
图4为京沪高速铁路各牵引站母线三相电压不平衡度治理前后比较图。
具体实施方式
下面将结合说明书附图，对本发明作进一步的说明。
本发明提供的基于ETAP的电气化铁路电能质量综合治理方法，对铁路沿线的所有牵引站进行协调治理，FC型滤波网络和无功负序补偿网络并联在牵引变低压侧母线，并充分利用了 ETAP强大的电力系统仿真和计算能力，配置FC型滤波网络和无功负序补偿网 络，具体实现步骤如下
第一步，将整个电气化铁路所在网络进行ETAP建模，包括发电机、变压器、线路、 负荷和并联电容器电力元件；
第二步，对整个电气化铁路中的单个牵引站，根据单个牵引站的谐波电流实测数据分析特征次数谐波和牵引负荷、牵引站结构特性，分别建立此单个牵引站所需的FC型滤波网络和无功负序补偿网络，所述FC型滤波网络包括多组单调谐滤波支路和一组高通滤波支路；
其中FC型滤波网络中的各组滤波支路均采用星形接线方式的三相结构，功负序补偿网络采用三角形接线方式的三相结构，牵引负荷特性为牵引供电臂实测电流，牵引站结构特性为牵引变压器接线方式，这里本发明的基于ETAP的电气化铁路电能质量综合治理方法不限于牵引变压器的接线方式，为通用的；
第三步，运行ETAP中的潮流分析，根据ETAP中滤波器容量估计功能配置各单调谐滤波支路中的基波容性无功，建立各单调谐滤波支路，包括如下步骤
(I)运行ETAP潮流分析，读取牵引负荷的现有数据，包括等效负荷容量和现有功率因数；
( 2 )设置单调谐滤波器的额定参数；
(3)将单调谐滤波器容量估计类型设为功率因数校正方式，给定补偿后期望功率因数；
(4)生成单调谐滤波器配置参数；
第四步，运行ETAP中的潮流分析，根据无功补偿裕度配置高通阻尼滤波支路的参数；
第五步，将牵引侧并联补偿端口安排在牵引负荷端口，采用3端口补偿方式，在补偿端口接入无功负序补偿网络；
第六步，配置无功负序补偿网络ETAP仿真模型的相关参数，建立单个牵引站的综合补偿系统，并将综合补偿系统并联安装在对应的牵引变压器的低压侧母线，这里配置 ETAP仿真模型的相关参数，包括接地类型设为△型，无功功率补偿采用相间形式以及恒电流比例设为100%。
下面根据本发明的电气 化铁路电能质量综合治理方法的一个实施例，具体如下， 该实施例对京沪高速铁路(江苏段)在江苏电网引起的电能质量问题进行综合治理，京沪高速铁路(江苏段)全线设徐州东、南京南、下蜀、丹阳、郑陆、无锡、昆山7座牵引变电站，各采用三相V/v型牵引变并入220kV电压等级，低压侧电压为27. 5kV，江苏电网ETAP建模采用分层分区的方法，将220kV及以上电压等级网络作为建模的主框架，220kV以下网络等效为负荷；用复合网络模块将变电站和发电厂站进行封装，每个复合网络内部建立具体设备如变压器、母线、负荷、电容电抗和发电机等模型，并将母线连接至复合网络对外端子，不同的复合网络通过交流传输线连接。
这里以徐州东牵引站为例，综合补偿系统包含FC滤波网络和无功负序补偿网络两部分，如图1所示，FC滤波网络包括各滤波支路采用星形接线方式的三相结构，无功负序补偿网络采用三角形接线方式的三相结构，且综合补偿系统并联安装在牵引变压器低压侧母线。
如图2所示，为徐州东牵引站综合补偿系统的ETAP仿真模型，实现包括如下步骤
(I)根据京沪高铁谐波电流含有率的实测数据，分析得到其特征次数谐波包括5 次、7次、11次、13次等，且高次谐波含量丰富，故滤波方案采用四组单调谐滤波器和一组高通滤波器；
(2)以5次单调谐滤波器设计为例基于ETAP平台，先切换至潮流分析模块，运行潮流分析得到牵引变低压侧母线现有功率因数为87. 9%，容量负荷为131. 28MVA ;添加一组单调谐滤波器，接地类型设为Y型；设置滤波器的额定参数，在滤波器容量估计编辑框中， 设置5次谐波电流为24. 76A，现有功率因数为87. 9%，期望功率因数为88. 9%，负荷容量为 131. 28MVA，对功率因数进行校正后，即可自动获得5次单调谐滤波器的参数电容器单相千乏值=3055kvar,电感电抗=3. 3欧/相;
(3)7次、11次、13次单调谐滤波器的ETAP建模方法与(2)类似，这里就不一一介绍；
(4)设计高通滤波器基于ETAP平台，先切换至潮流分析模块，运行潮流分析得到牵引变低压侧母线功率因数为94. 77%，容量负荷为118. 17MVA ;添加一组高通(阻尼)滤波器，接地类型设为Y型；选择单个电容器容量为5Mvar，截止次数N设为16，由高通滤波器原理得到电感电抗为O. 2954 Ω，电阻为3. 1510 Ω ；
(5)无功负序补偿数网络的数学模型采用如公式(I)所示，
权利要求
1.一种基于ETAP的电气化铁路电能质量综合治理方法，其特征在于，包括如下步骤 步骤(I)将整个电气化鉄路所在网络进行ETAP建模，包括发电机、变压器、线路、负荷和并联电容器电カ元件； 步骤(2)对整个电气化鉄路中的单个牵引站，根据单个牵引站的谐波电流实测数据分析特征次数谐波和牵引负荷、牵引站结构特性，分别建立此单个牵引站所需的FC型滤波网络和无功负序补偿网络，所述FC型滤波网络包括多组单调谐滤波支路和ー组高通滤波支路； 步骤(3)运行ETAP中的潮流分析，根据ETAP中滤波器容量估计功能配置各单调谐滤波支路中的基波容性无功，建立各单调谐滤波支路； 步骤(4)运行ETAP中的潮流分析，根据无功补偿裕度配置高通阻尼滤波支路的參数；步骤(5)将牵弓I侧并联补偿端ロ安排在牵弓I负荷端ロ，采用3端ロ补偿方式，在补偿端ロ接入无功负序补偿网络； 步骤(6)运行ETAP中的无功负序补偿网络，配置ETAP仿真模型的相关參数，建立单个牵引站的综合补偿系统； 步骤(7)重复步骤(2) ￠)，对整个电气化鉄路中的其他牵引变电站进行ETAP仿真模型建模。
2.根据权利要求1所述的基于ETAP的电气化铁路电能质量综合治理方法，其特征在于将步骤(6)建立的单个牵引站的综合补偿系统并联安装在对应的牵引变压器的低压侧母线。
3.根据权利要求1所述的基于ETAP的电气化铁路电能质量综合治理方法，其特征在干步骤(2) FC型滤波网络中的各组滤波支路均采用星形接线方式的三相结构，功负序补偿网络采用三角形接线方式的三相结构。
4.根据权利要求1所述的基于ETAP的电气化铁路电能质量综合治理方法，其特征在于步骤(3)建立各单调谐滤波器包括如下步骤 (1)运行ETAP潮流分析，读取牵引负荷的现有数据，包括等效负荷容量和现有功率因数； (2)设置单调谐滤波器的额定參数； (3)将单调谐滤波器容量估计类型设为功率因数校正方式，给定补偿后期望功率因数； (4)生成单调谐滤波器配置參数。
5.根据权利要求1所述的基于ETAP的电气化铁路电能质量综合治理方法，其特征在于步骤(2)所述的牵引负荷特性为牵引供电臂实测电流，所述的牵引站结构特性为牵引变压器接线方式。
6.根据权利要求1所述的基于ETAP的电气化铁路电能质量综合治理方法，其特征在干步骤(6)所述配置ETAP仿真模型的相关參数，包括接地类型设为△型，无功功率补偿采用相间形式以及恒电流比例设为100%。
全文摘要
本发明公开了一种基于ETAP的电气化铁路电能质量综合治理方法，对铁路沿线的所有牵引站进行协调治理，FC型滤波网络和无功负序补偿网络并联在牵引变低压侧母线，并充分利用了ETAP强大的电力系统仿真和计算能力，配置FC型滤波网络和无功负序补偿网络。本发明的电气化铁路电能质量综合治理方法，能够实现铁路沿线各牵引站电能质量的协调治理，提高了仿真方法的准确性，从整体上评估补偿方案在电气化铁路接入电网影响方面的治理效果，进而促进高速电气化铁路更合理地发展。
文档编号H02J3/01GK103036235SQ201210490569
公开日2013年4月10日 申请日期2012年11月27日 优先权日2012年11月27日
发明者孙蓉, 朱秋琦, 袁晓冬, 陈兵, 李群 申请人:江苏省电力公司电力科学研究院, 东南大学, 江苏省电力公司, 国家电网公司