电气工程开题报告-最终版资料

1、西南交通大学硕士研究生选题报告姓名导师姓名专业研究方向电气工程2015 年* 月 * 日开题报告的内容应包括（ 1） 课题的研究意义、国内外现状分析。（ 2） 课题研究目标、研究内容、拟解决的关键问题。（ 3） 拟采取的研究方法、技术路线、试验方案及其可行性 研究。（ 4） 课题的创新性。（5）计划进度、预期进展和预期成果。注：（1）开题报告由各院（系、所、中心）组织实施，专家组成员由副高以上人员组成，邀请导师和督导组相关专家参加，导师担任组长。（2）专家组的作用是帮助导师和研究生执行选题论证，论证意见以“通过” “不通过”结论。通过者按计划开展论文工作，不通过者，在半年内需 重新开题。选题报

2、告主要内容1. 课题的研究意义近年来， 我国高速铁路迅速发展， 为我国社会与经济的发展发挥了极大的推动作用。 我 国电气化铁路采用工频单相交流制，工频单相交流制电气化铁路有可以使电力牵引节约能 源、 提高列车的牵引重量、 提高列车的运行速度等优点。 但是由于工频单相交流制电气铁路 牵引负荷的特殊性，存在大量的负序电流、谐波、无功以及“过分相”等问题。这些都限制 了我国电气化铁路的发展。 列车过分相， 会造成一定长度的无电区， 使得机车不能连续平滑 的受流， 严重影响牵引供电系统的整体性能。 对于重载铁路而言， 这会使得列车速度进一步 下降， 若遇到大坡道等特殊情况， 造成重载列车停坡， 则会给

3、铁路安全有效运营带来重大影 响。此外，由于电分相装置的结构较复杂，可靠性低，且成本高，使得电分相成为牵引供电 系统中较为薄弱的环节， 在很大程度上制约了高速重载铁路的发展。 另外， 单相工频交流制 铁路还会产生以负序为主的电能质量问题， 使电力部门与铁路部门相互推诿扯皮， 影响我国 电气化铁路的发展 1-4 。以电力电子器件和控制理论为基础的贯通供电系统， 可以实现电气化铁路内部的同相联 网，消除或大大减轻对电力系统的电能质量影响，彻底解决高速电气化铁路电能质量问题， 是理想可行的新型牵引供电方案 5-8 。该系统具有以下优势：(1) 不存在电分相问题，适合高速重载机车运行；(2) 贯通同相供

4、电模式中变电所主变压器容量可大幅减小，从而节省固定容量电费；(3) 彻底隔离了公用电网与牵引供电网，大大减小因电能质量引起的罚款损失，考虑到 能量在三相一单相变换器上的双向流动性。 机车的再生制动反馈电流可通过接触线被供给线 上其它的负载使用外，还可由变流器反馈至公用电网；(4) 贯通区间内各变电所互为备用。由于牵引负载功率由贯通区间内所有变电站供给， 相比传统跨区供电方式，具有更高供电可靠性。2014 年 12 月 28 日，世界首套 “单三相组合式同相供电装置 ”在山西中南部铁路通道沙 峪牵引变电所投运成功， 标志着同相供电技术及装备进入了工程化应用阶段。 作为同相供电 投运后最为关键的运

5、行维护技术， 现在还处于摸索阶段。 针对目前对同相供电运行维护研究 的缺乏， 本课题旨在通过对同相补偿装置的结构和分区所双边运行要求的研究， 提出贯通式 同相供电系统的运行维护原则， 建立贯通同相供电系统运行维护体系框架， 解决同相供电系 统迫切需要的运行维护技术。2. 国内外现状分析国外发达国家对于牵引供电系统的养护维修基本采用状态维修。 德国高速铁路实行的是 状态维护、寿命管理模式。对于牵引供电设备的状态按照周期来进行检测，包括状态检测、 性能检测、全面检测，根据设备检测所确定的设备状态，再进行检修。日本、法国、奥地利 等国家，也采用状态修这种维修方式 9,10 。多年来， 我国电气化铁路

6、牵引供电设备维修一直采用周期维修制。 这种修制对设备缺陷 的发现虽然具有一定的预防作用， 但修前完全没有针对性。 这种盲目的维修模式在电气化铁 路运行初期，在设备整体质量不高、备用方式不完备(移动备用 )的情况下对及时保持设备处 于良好状态发挥了积极作用。 但随着技术的进步， 设计水平、 设备制造水平及施工工艺水平 的不断提高， 牵引供电设备的整体可靠性得到了大幅度提高。 在这种情况下， 周期修的弊端 日益显现， 突出表现在维修的盲目性大， 效率低。 这不仅因维修任务量大造成维修任务难以 全面完成， 而且大量的 “盲” 修也给铁路运输带来严重干扰。 加之铁路运输不间断、 高密度、 高负荷的特点

7、， 牵引供电系统必须尽量提高和保障供电设备以及系统的可靠性， 降低其失效 风险， 因为一旦牵引供电系统发生故障或事故， 将造成铁路运输中断， 给国民经济和社会发 展造成巨大损失。周期维修制存在多方面弊端 11-13 。随着铁路跨越式发展的不断深化， 铁路发生了本质性的变化， 加之新技术装备的层出不 穷，运输生产力布局的不断调整等变化与既有体制产生了巨大的冲击， 各方面的改革势在必 行。列车速度快、行车密度大要求供电容量大、供电可靠性高。牵引供电系统作为一种故障 多发性的特殊电力系统， 质量变化规律的确定和非确定性因素同时存在， 其对设备的可靠性 有着更高的要求， 科学合理的维修方式也就显得这关

8、重要。 以状态监测为基础， 建立在疲劳 累计损伤理论基础上的剩余寿命预测技术将是供电设备可靠性评估的一个重要研究方法， 同 时结合贯通同相供电系统拓扑结构进行可靠性评估， 确定维修的必要性和可靠性， 对维修要 求进行重新评估，制订出实用、合理的维修计划或大纲 14-19 。3. 课题研究目标、研究内容、拟解决的关键问题（ 1）课题研究目标 针对贯通同相供电系统同相补偿装置的结构和分区所双边运行要求提出贯通同相供电 系统的运行维护原则， 建立贯通同相供电系统运行维护体系框架， 在满足运行要求前提下优 化贯通同相供电系统运行方式； 提出同相补偿装置及贯通同相供电系统相关运行规范等技术 文件。研究内

9、容 建立贯通同相供电系统的可靠性模型， 基于拓扑等效的思想将贯通同相供电系统的 不同工况等效为系统的不同运行拓扑进行建模， 得到相应运行拓扑下的可靠度表达 式并完成系统的总体可靠性建模； 建立贯通同相供电系统的疲劳损伤评估模型， 使用累计损伤度计算方法对贯通同相 供电系统变压器、交直交变流器、接触网进行疲劳损伤分析，最终得到贯通同相供 电系统整体的疲劳损伤情况； 研究动态维修方法和动态优化理论在贯通同相供电系统维护与维修过程中的应用 问题；（ 2）拟解决的关键问题 贯通同相供电系统可靠性模型的建立； 贯通同相供电设备的剩余寿命预测模型的建立； 动态检修周期以及检修范围的确定；4. 拟采取的研究

10、方法、技术路线、实验方案及可行性研究（ 1）研究方法 调研：通过文献检索、资料查阅、专题讲座、学术交流等形式，收集、整理电气化 铁路牵引供电系统运行维护相关的资料，为本课题的研究准备翔实的资料。 理论分析研究：以电气化铁路牵引供电知识和贯通同相供电系统基本理论为基础， 结合既有电气化铁路和大功率电力电子设备 （风电变流器、 牵引传动变流器） 的运行维护经 验，建立同相补偿装置和双边供电运行维护技术体系。（ 2）技术路线、实验方案 以状态监测和可靠性分析为基础， 应用数学建模方法以及疲劳累计损伤理论、 系统的动 态优化方法， 结合贯通同相供电系统在运行拓扑、 运行方式和运行工况方面的特殊性， 对

11、其 可靠性建模、 寿命预测以及进行动态优化维修。 运用动态检修模型选择维护与维修的时机和 方式。 在牵引供电系统的设备和元器件使用寿命及可靠性水平已知的条件下，对牵引供电系统的检修范围进行动态优化。 从可靠性最大和维修费用最小的角度进行多目标规划， 得出基 本的预防维修间隔， 然后分析牵引供电系统的动态维修过程， 进而确定动态检修周期。 在保 证可靠性最大的前提下实现系统的最大运行效率和最少维护维修费用。（ 3）可行性研究 所在铁道电气化与自动化实验室为铁道部重点实验室， 长期从事电气化铁路牵引供 电领域的研究，在同相供电系统和牵引供电系统研究方面有扎实的基础。 目前关于同相供电理论的研究已经

12、非常深入， 在西南交通大学主持承担的国家重大 科研项目“十一五”国家科技支撑计划“电力电子关键器件及重大装备研制”项目 “电气化铁路同相供电装置”落地眉山牵引变电所试验成功。2014年 12月 28日，由西南交通大学电气工程学院李群湛教授主持研制的世界首套 “单三相组合式同相 供电装置” 在山西中南部铁路通道重载综合试验段沙峪牵引变电所投运成功。 同年， 采用西南交大同相供电技术的温州市域铁路 S1线一期工程获 “国家示范工程” 。这 些既有理论及实际研究成果都为本课题的顺利完成提供了良好的铺垫。5. 课题的创新性 贯通同相牵引供电系统实现了电气化铁路在向电力系统取电的同时能把它对电力系统 的

13、干扰隔离开来， 并在铁路内部使用统一的电压供电并取消电分相装置等功能。目前， 对电气化铁路的维护研究主要集中在异相供电上， 对贯通同相供电运行维护的研究较少， 作为同 相供电装置投运后最为关键的运行维护技术， 目前还处于摸索阶段， 研究适应贯通同相供电 装置现场的运行维护技术变得至关重要且迫在眉睫， 本课题旨在根据同相补偿装置的结构和 分区所双边运行要求， 同时结合寿命预测和可靠性的维修理念， 建立贯通同相供电系统运行 维护体系。6. 计划进度及预期进展：2015年 09月 2015年 12月2016年 01月 2016年 03月 所应采取的维护维修原则；2016年 04月 2016年 07月

14、 结温分析；2016年 08月 2016 年09月2016年 09月 2016年 10月搜集学习相关资料，明确研究目标与内容； 学习大功率电力电子的维护经验， 确定同相供电系统 搭建组合式同相供电变流器的电热仿真模型， 并进行建立交直交变流器的可靠性模型， 并进行可靠性分析；结合可靠性分析，提出贯通同相供电系统维护原则，特别是交直交变流器的维护原则；2016年 11月 2017 年05 月 总结，整理论文，进行答辩申请。 7. 预期成果：通过本课题的研究，力争按时完成：硕士学位论文一篇；发表相关研究论文 1 2 篇。参考文献1 曹建猷 .电气化铁道牵引供电系统 M. 北京 :中国铁道出版社 ,

15、1983.2 李群湛 ,贺建闽编著 .牵引供电系统分析 M. 成都 :西南交通大学出版社 ,2007.3 李群湛 . 论新一代牵引供电系统及其关键技术 J. 西南交通大学学报：社会科学版 2014, (4):559-568.4 李群湛 ,贺建闽 ,解绍锋著 .电气化铁路电能质量分析与控制M. 成都 :西南交通大学出版社,2011.5 赵彦灵 . 电气化铁路同相供电装置关键技术研究D. 西南交通大学 ,2012.6 刘星 . 贯通供电方式下的同相供电装置控制策略D.西南交通大学 ,2010.7 高敬贝 . 贯通同相牵引供电系统的潮流分析 D. 西南交通大学 ,2012.8 胡景瑜 . 贯通同相供

16、电系统潮流控制策略研究 D. 西南交通大学 ,2013.9 胡晓悦 . 接触网及其状态修管理系统的研究 D. 西南交通大学 ,2009.10 张顺强 . 浅析接触网周期修向状态修的过渡 J. 科技资讯 ,2013,16:88.11 卢西伟 . 城市轨道交通能馈式牵引供电系统可靠性、 疲劳损伤评估及维护维修方法研究 D. 北京交通大学 ,2011.12 王玘,何正友 ,林圣 ,冯玎,李朝阳 . 高铁牵引供电系统 PHM 与主动维护研究 J. 西南交通 大学学报 ,2015,05:942-952.13 何正友 , 程宏波 . 高速铁路牵引供电系统健康管理及故障预警体系研究J. 电网技术,2012,

17、10:259-264.14 Tolbert L M, Pang F Z, Habeleler T G. Multilevel converters for large electric drivers J. IEEE Ttans on Ind Appl ， 1999, 35(1):36-43.15 Chen S K, Ho T K, Mao B H. Reliability evaluations of railway power supplies by fault-tree analysis J.IET Electr Power Appl, 2007, 1(2):161 一 17216 Gu

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 的铁路牵引供电设备维修模式的研究 D. 西南交通大学 ,2008.18 陈民武 ,李群湛 ,解绍锋 . 牵引供电系统维修计划的优化与仿真 J. 华南理工大学学报 (自 然科学版 ),2009,11:100-106.19 陈绍宽 ,彭宏勤 ,毛保华 ,杨远舟 . 基于费用最小的铁路牵引变电所维修计划优化模型 J.铁道学报 ,2011,08:39-