電氣化鐵路諧波檢測與控制虛擬仿真實驗是湖南大學建設的虛擬仿真實驗課程。
基本介紹
- 中文名：電氣化鐵路諧波檢測與控制虛擬仿真實驗
- 課程負責人：滕召勝
- 建設院校：湖南大學
- 授課教師：李樹濤、溫和、馬伏軍、邵霞
課程性質,教學目標,
課程性質
課程背景
我國電氣化鐵路總里程10.6萬公里，其中高速鐵路達3.8萬公里，雙雙穩居世界第一。習總書記2021年1月19日乘坐京張高鐵赴張家口考察時指出：“我國自主創新的一個成功範例就是高鐵，從無到有，從引進、消化、吸收再創新到自主創新，現在已經領跑世界。要總結經驗，繼續努力，爭取在‘十四五’期間有更大發展。”
電氣化是我國現代鐵路運輸的動力之源，肩負著“交通強國，鐵路先行”的重要使命。電氣化鐵路具有運量大、污染小、車速快等諸多優勢。截至2020年底，我國鐵路電氣化率達74.9%，電力機車牽引工作量達90.5%，鐵路客運占全社會營業性客運量的20%以上，貨運占比超過10%，是不折不扣的國民經濟大動脈，對國民經濟和社會發展具有至關重要的作用，也是我國未來重點發展的交通方式。國家《中長期鐵路網規劃(2016-2030年)》明確了我國2030年電氣化鐵路發展目標：基本實現縣域覆蓋、市域快速到達、省際高鐵連通。
鐵路是綠色交通工具，電氣化鐵路的碳排放幾乎為零，為我國打贏環境污染防治攻堅戰、尤其是藍天保衛戰貢獻巨大。但電氣化鐵路是電網最主要、最典型的諧波污染源之一。諧波危害大，是電能質量的最主要擾動因素，其檢測與控制技術是電網安全運行和電力機車安全運行的重要保障，是保持中國高鐵和中國牽引供電的全球領跑地位、建設與維護全球最發達高鐵網、確保牽引供電系統安全可靠與經濟高效運行的後盾支撐，是電氣化鐵路完全綠色運行的科技保障，也是電氣信息類專業學生掌握諧波檢測與控制技術的關鍵教學內容和典型教學案例，對於培養電氣信息類高素質新工科人才、確保綠色鐵路可持續發展至關重要。
教學目標
（1）知識學習
1）學習諧波基礎知識，了解諧波特點、諧波危害；
2）建立對普通電氣化鐵路牽引供電系統和高速電氣化牽引供電系統的工程認知，了解普速電力機車和高速電力機車的工作原理及產生的諧波的特點；
3）掌握電氣化鐵路諧波檢測與控制的基本概念和基礎理論；
4）掌握諧波檢測的採樣頻率設定方法和基於加窗插值FFT（快速傅立葉變換）的諧波參數分析方法，探究白噪聲、不同窗函式、不同採樣長度（檢測時長）對諧波檢測結果的影響；
5）掌握多種諧波控制器的工作原理和濾波性能，掌握電氣化鐵路諧波控制器參數設計方法。
（2）能力培養
通過本虛擬仿真實驗，培養學生理論結合實際的工程能力：
1）針對信號特徵分析套用，能夠提出合理的頻譜分析需求；
2）根據含有不同諧波的電網信號，能夠自主選擇不同的窗函式、不同採樣長度（檢測時長）、不同信噪比的白噪聲，設計不同的加窗插值FFT（快速傅立葉變換）頻譜分析方法，得到相對最佳化的譜分析結果，培養利用數學建模解決工程問題的能力；
3）針對普通電氣化鐵路諧波抑制需求，能夠掌握無源濾波器（PPF）、有源濾波器（APF）以及PPF+兩相APF混合濾波器的構成和使用方法，認知其在諧波控制過程中的作用，能夠設定PPF、APF的參數最佳化設計，並將濾波器投入套用實現諧波抑制，培養在多種方案選擇中最佳化決策的能力；
4）針對高速電氣化鐵路諧波控制需求，能夠根據高鐵諧波控制的難點，實施高通濾波器+兩相APF混合補償方法並比較諧波控制效果，培養探索意識、創新意識和解決複雜工程問題的信心。
（3）素質提高
使學生具備複雜工況下合理使用加窗插值FFT檢測諧波和利用PPF、APF及其組合控制諧波的方法，比較不同檢測與控制方法的結果差異，探究不同參數對檢測與控制結果的影響，培養探索意識、創新意識和專業自信心。
