電氣工程開題報告-最終版資料

1、西南交通大學碩士研究生選題報告姓名導(dǎo)師姓名專業(yè)研究方向電氣工程2015 年* 月 * 日開題報告的內(nèi)容應(yīng)包括（ 1） 課題的研究意義、國內(nèi)外現(xiàn)狀分析。（ 2） 課題研究目標、研究內(nèi)容、擬解決的關(guān)鍵問題。（ 3） 擬采取的研究方法、技術(shù)路線、試驗方案及其可行性 研究。（ 4） 課題的創(chuàng)新性。（5）計劃進度、預(yù)期進展和預(yù)期成果。注：（1）開題報告由各院（系、所、中心）組織實施，專家組成員由副高以上人員組成，邀請導(dǎo)師和督導(dǎo)組相關(guān)專家參加，導(dǎo)師擔任組長。（2）專家組的作用是幫助導(dǎo)師和研究生執(zhí)行選題論證，論證意見以“通過” “不通過”結(jié)論。通過者按計劃開展論文工作，不通過者，在半年內(nèi)需 重新開題。選題報

2、告主要內(nèi)容1. 課題的研究意義近年來， 我國高速鐵路迅速發(fā)展， 為我國社會與經(jīng)濟的發(fā)展發(fā)揮了極大的推動作用。 我 國電氣化鐵路采用工頻單相交流制，工頻單相交流制電氣化鐵路有可以使電力牽引節(jié)約能 源、 提高列車的牽引重量、 提高列車的運行速度等優(yōu)點。 但是由于工頻單相交流制電氣鐵路 牽引負荷的特殊性，存在大量的負序電流、諧波、無功以及“過分相”等問題。這些都限制 了我國電氣化鐵路的發(fā)展。 列車過分相， 會造成一定長度的無電區(qū)， 使得機車不能連續(xù)平滑 的受流， 嚴重影響牽引供電系統(tǒng)的整體性能。 對于重載鐵路而言， 這會使得列車速度進一步 下降， 若遇到大坡道等特殊情況， 造成重載列車停坡， 則會給

3、鐵路安全有效運營帶來重大影 響。此外，由于電分相裝置的結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，可靠性低，且成本高，使得電分相成為牽引供電 系統(tǒng)中較為薄弱的環(huán)節(jié)， 在很大程度上制約了高速重載鐵路的發(fā)展。 另外， 單相工頻交流制 鐵路還會產(chǎn)生以負序為主的電能質(zhì)量問題， 使電力部門與鐵路部門相互推諉扯皮， 影響我國 電氣化鐵路的發(fā)展 1-4 。以電力電子器件和控制理論為基礎(chǔ)的貫通供電系統(tǒng)， 可以實現(xiàn)電氣化鐵路內(nèi)部的同相聯(lián) 網(wǎng)，消除或大大減輕對電力系統(tǒng)的電能質(zhì)量影響，徹底解決高速電氣化鐵路電能質(zhì)量問題， 是理想可行的新型牽引供電方案 5-8 。該系統(tǒng)具有以下優(yōu)勢：(1) 不存在電分相問題，適合高速重載機車運行；(2) 貫通同相供

4、電模式中變電所主變壓器容量可大幅減小，從而節(jié)省固定容量電費；(3) 徹底隔離了公用電網(wǎng)與牽引供電網(wǎng)，大大減小因電能質(zhì)量引起的罰款損失，考慮到 能量在三相一單相變換器上的雙向流動性。 機車的再生制動反饋電流可通過接觸線被供給線 上其它的負載使用外，還可由變流器反饋至公用電網(wǎng)；(4) 貫通區(qū)間內(nèi)各變電所互為備用。由于牽引負載功率由貫通區(qū)間內(nèi)所有變電站供給， 相比傳統(tǒng)跨區(qū)供電方式，具有更高供電可靠性。2014 年 12 月 28 日，世界首套 “單三相組合式同相供電裝置 ”在山西中南部鐵路通道沙 峪牽引變電所投運成功， 標志著同相供電技術(shù)及裝備進入了工程化應(yīng)用階段。 作為同相供電 投運后最為關(guān)鍵的運

5、行維護技術(shù)， 現(xiàn)在還處于摸索階段。 針對目前對同相供電運行維護研究 的缺乏， 本課題旨在通過對同相補償裝置的結(jié)構(gòu)和分區(qū)所雙邊運行要求的研究， 提出貫通式 同相供電系統(tǒng)的運行維護原則， 建立貫通同相供電系統(tǒng)運行維護體系框架， 解決同相供電系 統(tǒng)迫切需要的運行維護技術(shù)。2. 國內(nèi)外現(xiàn)狀分析國外發(fā)達國家對于牽引供電系統(tǒng)的養(yǎng)護維修基本采用狀態(tài)維修。 德國高速鐵路實行的是 狀態(tài)維護、壽命管理模式。對于牽引供電設(shè)備的狀態(tài)按照周期來進行檢測，包括狀態(tài)檢測、 性能檢測、全面檢測，根據(jù)設(shè)備檢測所確定的設(shè)備狀態(tài)，再進行檢修。日本、法國、奧地利 等國家，也采用狀態(tài)修這種維修方式 9,10 。多年來， 我國電氣化鐵路

6、牽引供電設(shè)備維修一直采用周期維修制。 這種修制對設(shè)備缺陷 的發(fā)現(xiàn)雖然具有一定的預(yù)防作用， 但修前完全沒有針對性。 這種盲目的維修模式在電氣化鐵 路運行初期，在設(shè)備整體質(zhì)量不高、備用方式不完備(移動備用 )的情況下對及時保持設(shè)備處 于良好狀態(tài)發(fā)揮了積極作用。 但隨著技術(shù)的進步， 設(shè)計水平、 設(shè)備制造水平及施工工藝水平 的不斷提高， 牽引供電設(shè)備的整體可靠性得到了大幅度提高。 在這種情況下， 周期修的弊端 日益顯現(xiàn)， 突出表現(xiàn)在維修的盲目性大， 效率低。 這不僅因維修任務(wù)量大造成維修任務(wù)難以 全面完成， 而且大量的 “盲” 修也給鐵路運輸帶來嚴重干擾。 加之鐵路運輸不間斷、 高密度、 高負荷的特點

7、， 牽引供電系統(tǒng)必須盡量提高和保障供電設(shè)備以及系統(tǒng)的可靠性， 降低其失效 風險， 因為一旦牽引供電系統(tǒng)發(fā)生故障或事故， 將造成鐵路運輸中斷， 給國民經(jīng)濟和社會發(fā) 展造成巨大損失。周期維修制存在多方面弊端 11-13 。隨著鐵路跨越式發(fā)展的不斷深化， 鐵路發(fā)生了本質(zhì)性的變化， 加之新技術(shù)裝備的層出不 窮，運輸生產(chǎn)力布局的不斷調(diào)整等變化與既有體制產(chǎn)生了巨大的沖擊， 各方面的改革勢在必 行。列車速度快、行車密度大要求供電容量大、供電可靠性高。牽引供電系統(tǒng)作為一種故障 多發(fā)性的特殊電力系統(tǒng)， 質(zhì)量變化規(guī)律的確定和非確定性因素同時存在， 其對設(shè)備的可靠性 有著更高的要求， 科學合理的維修方式也就顯得這關(guān)

8、重要。 以狀態(tài)監(jiān)測為基礎(chǔ)， 建立在疲勞 累計損傷理論基礎(chǔ)上的剩余壽命預(yù)測技術(shù)將是供電設(shè)備可靠性評估的一個重要研究方法， 同 時結(jié)合貫通同相供電系統(tǒng)拓撲結(jié)構(gòu)進行可靠性評估， 確定維修的必要性和可靠性， 對維修要 求進行重新評估，制訂出實用、合理的維修計劃或大綱 14-19 。3. 課題研究目標、研究內(nèi)容、擬解決的關(guān)鍵問題（ 1）課題研究目標 針對貫通同相供電系統(tǒng)同相補償裝置的結(jié)構(gòu)和分區(qū)所雙邊運行要求提出貫通同相供電 系統(tǒng)的運行維護原則， 建立貫通同相供電系統(tǒng)運行維護體系框架， 在滿足運行要求前提下優(yōu) 化貫通同相供電系統(tǒng)運行方式； 提出同相補償裝置及貫通同相供電系統(tǒng)相關(guān)運行規(guī)范等技術(shù) 文件。研究內(nèi)

9、容 建立貫通同相供電系統(tǒng)的可靠性模型， 基于拓撲等效的思想將貫通同相供電系統(tǒng)的 不同工況等效為系統(tǒng)的不同運行拓撲進行建模， 得到相應(yīng)運行拓撲下的可靠度表達 式并完成系統(tǒng)的總體可靠性建模； 建立貫通同相供電系統(tǒng)的疲勞損傷評估模型， 使用累計損傷度計算方法對貫通同相 供電系統(tǒng)變壓器、交直交變流器、接觸網(wǎng)進行疲勞損傷分析，最終得到貫通同相供 電系統(tǒng)整體的疲勞損傷情況； 研究動態(tài)維修方法和動態(tài)優(yōu)化理論在貫通同相供電系統(tǒng)維護與維修過程中的應(yīng)用 問題；（ 2）擬解決的關(guān)鍵問題 貫通同相供電系統(tǒng)可靠性模型的建立； 貫通同相供電設(shè)備的剩余壽命預(yù)測模型的建立； 動態(tài)檢修周期以及檢修范圍的確定；4. 擬采取的研究

10、方法、技術(shù)路線、實驗方案及可行性研究（ 1）研究方法 調(diào)研：通過文獻檢索、資料查閱、專題講座、學術(shù)交流等形式，收集、整理電氣化 鐵路牽引供電系統(tǒng)運行維護相關(guān)的資料，為本課題的研究準備翔實的資料。 理論分析研究：以電氣化鐵路牽引供電知識和貫通同相供電系統(tǒng)基本理論為基礎(chǔ)， 結(jié)合既有電氣化鐵路和大功率電力電子設(shè)備 （風電變流器、 牽引傳動變流器） 的運行維護經(jīng) 驗，建立同相補償裝置和雙邊供電運行維護技術(shù)體系。（ 2）技術(shù)路線、實驗方案 以狀態(tài)監(jiān)測和可靠性分析為基礎(chǔ)， 應(yīng)用數(shù)學建模方法以及疲勞累計損傷理論、 系統(tǒng)的動 態(tài)優(yōu)化方法， 結(jié)合貫通同相供電系統(tǒng)在運行拓撲、 運行方式和運行工況方面的特殊性， 對

11、其 可靠性建模、 壽命預(yù)測以及進行動態(tài)優(yōu)化維修。 運用動態(tài)檢修模型選擇維護與維修的時機和 方式。 在牽引供電系統(tǒng)的設(shè)備和元器件使用壽命及可靠性水平已知的條件下，對牽引供電系統(tǒng)的檢修范圍進行動態(tài)優(yōu)化。 從可靠性最大和維修費用最小的角度進行多目標規(guī)劃， 得出基 本的預(yù)防維修間隔， 然后分析牽引供電系統(tǒng)的動態(tài)維修過程， 進而確定動態(tài)檢修周期。 在保 證可靠性最大的前提下實現(xiàn)系統(tǒng)的最大運行效率和最少維護維修費用。（ 3）可行性研究 所在鐵道電氣化與自動化實驗室為鐵道部重點實驗室， 長期從事電氣化鐵路牽引供 電領(lǐng)域的研究，在同相供電系統(tǒng)和牽引供電系統(tǒng)研究方面有扎實的基礎(chǔ)。 目前關(guān)于同相供電理論的研究已經(jīng)

12、非常深入， 在西南交通大學主持承擔的國家重大 科研項目“十一五”國家科技支撐計劃“電力電子關(guān)鍵器件及重大裝備研制”項目 “電氣化鐵路同相供電裝置”落地眉山牽引變電所試驗成功。2014年 12月 28日，由西南交通大學電氣工程學院李群湛教授主持研制的世界首套 “單三相組合式同相 供電裝置” 在山西中南部鐵路通道重載綜合試驗段沙峪牽引變電所投運成功。 同年， 采用西南交大同相供電技術(shù)的溫州市域鐵路 S1線一期工程獲 “國家示范工程” 。這 些既有理論及實際研究成果都為本課題的順利完成提供了良好的鋪墊。5. 課題的創(chuàng)新性 貫通同相牽引供電系統(tǒng)實現(xiàn)了電氣化鐵路在向電力系統(tǒng)取電的同時能把它對電力系統(tǒng) 的

13、干擾隔離開來， 并在鐵路內(nèi)部使用統(tǒng)一的電壓供電并取消電分相裝置等功能。目前， 對電氣化鐵路的維護研究主要集中在異相供電上， 對貫通同相供電運行維護的研究較少， 作為同 相供電裝置投運后最為關(guān)鍵的運行維護技術(shù)， 目前還處于摸索階段， 研究適應(yīng)貫通同相供電 裝置現(xiàn)場的運行維護技術(shù)變得至關(guān)重要且迫在眉睫， 本課題旨在根據(jù)同相補償裝置的結(jié)構(gòu)和 分區(qū)所雙邊運行要求， 同時結(jié)合壽命預(yù)測和可靠性的維修理念， 建立貫通同相供電系統(tǒng)運行 維護體系。6. 計劃進度及預(yù)期進展：2015年 09月 2015年 12月2016年 01月 2016年 03月 所應(yīng)采取的維護維修原則；2016年 04月 2016年 07月

14、 結(jié)溫分析；2016年 08月 2016 年09月2016年 09月 2016年 10月搜集學習相關(guān)資料，明確研究目標與內(nèi)容； 學習大功率電力電子的維護經(jīng)驗， 確定同相供電系統(tǒng) 搭建組合式同相供電變流器的電熱仿真模型， 并進行建立交直交變流器的可靠性模型， 并進行可靠性分析；結(jié)合可靠性分析，提出貫通同相供電系統(tǒng)維護原則，特別是交直交變流器的維護原則；2016年 11月 2017 年05 月 總結(jié)，整理論文，進行答辯申請。 7. 預(yù)期成果：通過本課題的研究，力爭按時完成：碩士學位論文一篇；發(fā)表相關(guān)研究論文 1 2 篇。參考文獻1 曹建猷 .電氣化鐵道牽引供電系統(tǒng) M. 北京 :中國鐵道出版社 ,

15、1983.2 李群湛 ,賀建閩編著 .牽引供電系統(tǒng)分析 M. 成都 :西南交通大學出版社 ,2007.3 李群湛 . 論新一代牽引供電系統(tǒng)及其關(guān)鍵技術(shù) J. 西南交通大學學報：社會科學版 2014, (4):559-568.4 李群湛 ,賀建閩 ,解紹鋒著 .電氣化鐵路電能質(zhì)量分析與控制M. 成都 :西南交通大學出版社,2011.5 趙彥靈 . 電氣化鐵路同相供電裝置關(guān)鍵技術(shù)研究D. 西南交通大學 ,2012.6 劉星 . 貫通供電方式下的同相供電裝置控制策略D.西南交通大學 ,2010.7 高敬貝 . 貫通同相牽引供電系統(tǒng)的潮流分析 D. 西南交通大學 ,2012.8 胡景瑜 . 貫通同相供

16、電系統(tǒng)潮流控制策略研究 D. 西南交通大學 ,2013.9 胡曉悅 . 接觸網(wǎng)及其狀態(tài)修管理系統(tǒng)的研究 D. 西南交通大學 ,2009.10 張順強 . 淺析接觸網(wǎng)周期修向狀態(tài)修的過渡 J. 科技資訊 ,2013,16:88.11 盧西偉 . 城市軌道交通能饋式牽引供電系統(tǒng)可靠性、 疲勞損傷評估及維護維修方法研究 D. 北京交通大學 ,2011.12 王玘,何正友 ,林圣 ,馮玎,李朝陽 . 高鐵牽引供電系統(tǒng) PHM 與主動維護研究 J. 西南交通 大學學報 ,2015,05:942-952.13 何正友 , 程宏波 . 高速鐵路牽引供電系統(tǒng)健康管理及故障預(yù)警體系研究J. 電網(wǎng)技術(shù),2012,

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18、o H.T, Yang X.H. Automatic creation of Markov models for reliability assessment of safety instrumented systemsJ.Reliability Engineering & System Safety, 2008,93(6):807-815.17 王小峰 . 基于 RCM 的鐵路牽引供電設(shè)備維修模式的研究 D. 西南交通大學 ,2008.18 陳民武 ,李群湛 ,解紹鋒 . 牽引供電系統(tǒng)維修計劃的優(yōu)化與仿真 J. 華南理工大學學報 (自 然科學版 ),2009,11:100-106.19 陳紹寬 ,彭宏勤 ,毛保華 ,楊遠舟 . 基于費用最小的鐵路牽引變電所維修計劃優(yōu)化模型 J.鐵道學報 ,2011,08:39-