高速铁路电力牵引系统的安全性预测与控制

电力牵引系统的安全可靠运行是高速铁路行车安全的重要保障。针对目前高速铁路电力牵引系统的安全性基础问题，项目以动车组牵引传动系统、动车组-牵引网耦合系统、弓网耦合系统、牵引供变电系统为研究对象，通过多边界条件耦合影响下高速列车牵引传动系统安全运行分析和评估、动车组与牵引网交互影响下高速铁路电力牵引系统安全性预测、弓网耦合受流交互影响下高速铁路电力牵引系统安全性预测、高速铁路电力牵引系统中牵引供变电系统的安全性预测与控制等核心问题的协同研究，从系统的观点，建立高速铁路"牵引变电所-接触网-动车组-轨地回流"的完整的电力牵引系统安全性分析模型，揭示不同边界条件综合影响下的牵引传动系统可靠性、动车组与牵引网谐振、弓网可靠性匹配关系等高速铁路电力牵引系统安全性的内在机理，构建电力牵引系统的安全性预测与控制理论应用体系，为高速铁路安全可靠运行提供重要的理论基础和技术支持。

本课题重点针对目前高速铁路电力牵引系统的安全性基础问题，通过对关系电力牵引系统安全性能的三个关键方面“电能来源-电能传输-牵引负荷”综合考虑，结合关系电力牵引系统安全的动车组牵引系统、动车组-牵引网耦合系统、弓网耦合系统、牵引供变电系统四大核心部分中的关键问题进行研究，掌握影响电力牵引系统安全性的相关机理，并针对性地采取措施展开研究。主要包括以下工作：. 在电力牵引系统耦合建模方面，主要构建了牵引网模型；两电平和三电平拓扑的动车组模型；车网-耦合模型；谐波负荷模型及车-网耦合谐波谐振分析模型。在动车组谐振过电压形成机理及抑制和高次谐波电流传播规律方面，研究谐波谐振过电压产生机理及谐波电流在牵引网中传输规律，提出抑制谐振过电压的措施。在动车组通过电分相的暂态过程及过电压产生机理和抑制技术方面，研究牵引供电系统供电方式以及过分相类型；动车组通过电分相的暂态过程；暂态过电压的产生机理及其抑制；过分相暂态过程对系统设备的不良影响；牵引供电系统保护方法的研究。在网压突变及谐波电流对牵引变流器性能的影响方面，研究网侧电压突变对牵引变流器故障的影响及抑制和网侧谐波电流对牵引变流器的影响及抑制。在弓-网电弧模型及电接触特性评估研究方面，研究弓网电接触特性和弓网电弧模型，通过电弧联接牵引网与动车组后所形成的暂态过程进行特性评估。. 上述研究结果已在国内外学术期刊发表论文116篇（含已录用18篇），其中SCI影响因子大于1.6的15篇。在科学出版社出版《电力牵引交流传动控制与调制技术》和《Hilbert-Huang变换及其在电力系统中的应用》两本专著。已向科学出版社提交《高速铁路车网电气耦合理论》专著的书稿，即将出版。申请发明专利45件，授权18项；软件著作权2项；已培养博士生10名，硕士生34名；主办4次国际学术研讨会。课题主持人2013年度获得国家科技进步二等奖1项，2015年度获得何梁何利基金科学与技术进步奖，2013年入选国家百千万人才工程，并获国家级有突出贡献中青年专家称号。