A
题
高铁牵引供电系统运行数据分析及等值建模
我国是世界上电气化铁路运营里程最长、服役电力机车型号最多、运营最
繁忙的国家。截至
2020
年底，我国铁路年消耗电量约
800
亿千瓦时，约占三峡
年总发电量的
80%
。
图
1
为高速铁路牵引供电系统示意图，主要包括牵引变电所、牵引网和动车
组。牵引变电所将
220kV
三相电压转换为满足电力机车运行的
27.5kV
单相电压，
其核心元件是牵引变压器。牵引网由馈线、接触网、钢轨、回流线等组成，完成
对电力机车的送电任务。
高速动车组在运行过程中将消耗大量电能，且其功率随动车组运行工况不同
而变化，动车组运行也将带来区域电网电压、电流的不平衡和谐波问题，恶化电
能质量，给电网运行调控带来不良影响。由此，如何对含高铁牵引负荷的区域电
网电能质量进行评估，并制定节能降耗策略及对牵引负荷进行精准预测尤为重要。
对此，请结合上述背景知识及附录提供的相关实测数据，解决如下问题。
220kV
外部电网
外部电网
动车组
27.5kV
牵引网
牵引
变电所
能量传递
谐波 负序
钢轨
牵
引
变
压
器
电能质量污染
牵引能量消耗 再生能量反馈
回流线
馈线
图
1
高速铁路牵引供电系统示意图
问题 1：电能质量评估
作为牵引供电系统的主要负荷，高速动车组负荷具有非线性、单相性、冲击
性等特点，导致了区域电网的谐波、负序等电能质量问题。请结合附录
1
提供的
牵引供电系统高压侧（
220kV
）实测三相电压、三相电流数据（采样间隔
50
微
秒），分析计算如下问题（提供可运行的源程序）：
1
）
高速动车组的主要运行工况可分为空载、牵引、制动，在三种运行工况下，
各取
0.2
秒时长的数据：【
1
，
4000
】（ 空载），【
1600000
，
1604000
】（ 牵引），
【
4000000
，
4004000
】（ 制动）
a
．
计算各运行工况下电压和电流的正序、负序、零序分量，并绘制序分量图，
youcans_
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