题目：轨道交通牵引供电系统故障特征提取及运行保护策略

轨道交通运输是国家交通系统的重要组成部分，其中电气化铁路运输在轨道交通运输体系中发挥骨干作用，城市轨道交通是解决大中城市交通紧张状况最理想的方式。轨道交通的运输能力和运行状况与电动车辆、牵引供电系统以及轨道交通信息控制与管理紧密相关。随着轨道交通逐渐进入高速、重载时代，由于供电容量的增加和新型电动车辆的应用，牵引负荷特征呈现了新的变化，这无疑给牵引供电系统的继电保护和结构特性分析带来更大的挑战。因此，在详细分析牵引负荷特征的基础上，研究牵引供电系统故障特征提取方法、新型继电保护原理和结构稳定性问题，对实现轨道交通运输安全、高效运行具有重要的现实意义。

根据牵引网供电制式的不同，牵引供电系统可划分为应用于电气化铁路的工频单相交流制式和应用于城市轨道交通的直流制式。影响交流牵引供电系统可靠性的重要因素是交流牵引网和牵引变压器的运行状态，而影响直流牵引供电系统可靠性的主要因素是直流牵引网的工作状态和系统振荡。本文以牵引供电系统为工程背景且以其电气参量为主要研究对象，着重从交流牵引网馈线保护、牵引变压器差动保护、直流牵引网馈线保护和直流牵引供电系统建模等方面开展研究，提出了新型继电保护原理，并分析出直流牵引供电系统振荡的原因。

在论文第二章，针对交流牵引网馈线保护的误动问题，提出了一种基于偏峰度组合统计特征的新型保护原理。在工程应用上，交流牵引网馈线保护采用的是基于线路阻抗和部分谐波分量特征的距离保护原理。考虑到正常牵引电流为畸变不确定的正弦波，而短路故障电流不全为标准的正弦波，显然两个特征量均不能完全表征出牵引网运行状态的信息。通过分析电流波形得知，牵引网短路电流均存在瞬间突变的过程，因此利用这个瞬间变化信息可提取出牵引网故障特征。统计学中偏度和峰度是表征波形形态特征变化的有效工具，因此基于偏峰度组合特征的保护算法能准确反映交流牵引网的运行状态。通过实例验证得知，新型馈线保护算法具有良好的灵敏性和可靠性。

在论文第三章，针对V/x型牵引变压器差动保护的误动问题，提出了一种基于关联维数特征的新型差动保护原理。牵引变压器差动保护在工程应用上采用的是二次谐波识别原理，但不稳定的二次谐波特征容易造成差动保护误动，说明该特征不完全适合用于区分励磁涌流和内部短路电流。牵引变压器是典型的非线性的大容量器件,其工作状态与差动电流信号密切相关，因此必须选用能体现差动电流波形规律的非线性信号处理方法。通过分析差动电流得知，其波形存在一定程度的自相似性规律，分形理论中关联维数是刻画时间序列(波形)的局部与整体之间相似程度的有效工具，因此基于关联维数特征的差动保护算法能准确反映出牵引变压器的运行状态信息。实验数据验证，新型差动保护算法不仅能实现对牵引变压器一般内部故障的快速、准确的诊断，而且能实现对早期内部故障的正确判断。

在论文第四章，针对直流牵引网馈线保护的误动问题，提出了一种基于IMF能量熵特征的新型馈线保护算法。振荡电流和短路电流在某些时段具有相近的电流增量特征和电流上升率特征，DDL保护算法经常将振荡电流错判为短路电流，这说明该算法存在较大的缺陷。对这两类电流进行EMD分解后得知，振荡电流的频率分量较少且存在主导分量，而短路电流的频率分量较多且无明显的主导分量，因此频率分量的属性是区分这两类电流的本质特征。随时间变化的能量权重能反映单个频率分量的特征信息，信息熵能反映所有频率分量的平均特征信息，因此基于IMF能量熵特征的馈线保护算法不仅能很好提取牵引网故障特征，而且能简易地划分出模式识别空间。实测案例验证了新型馈线保护原理的灵敏性和可靠性。

在论文第五章，针对系统振荡被认定为不明直流牵引网短路故障的问题，提出了直流牵引供电系统有两类电磁暂态模型，并利用动力学模型揭示了产生系统振荡的结构条件。从分析暂态电流特征及其谐波分量得知，振荡电流和故障电流在波动特征和频率分量特征方面有本质区别，这说明系统振荡和短路故障属于不同类型的电磁暂态过程。因此，直流牵引供电系统的电磁暂态过程的建模和分析应分为牵引网短路和系统振荡两种状态。首先根据直流牵引变电所模型、线路模型，构建了直流牵引网短路时系统暂态模型，并通过仿真验证了模型的正确性；其次再利用电动车辆的电传机构模型，建立了振荡时的系统暂态模型；最后利用其线性系统特征根揭示了系统产生振荡的结构因素，并通过仿真实验验证了振荡时系统模型的正确性。

论文末尾给出了论文的主要结论和进一步研究工作的展望。