新型贯通同相供电系统建模与运行特性分析

针对既有牵引供电系统所存在的以负序为主的电能质量问题以及不利于高速、重载铁路发展的电分相问题和系统效率利用问题,研究依托大功率电力电子器件的新型贯通同相牵引供电系统拓扑结构,以牵引供电系统、同相补偿装置以及牵引负荷为研究对象,构建新型贯通同相牵引供电系统数学模型,计算系统潮流分布,优化同相补偿装置容量配置。实例分析表明,上述模型能够正确反映新型贯通同相供电系统的运行特性,为新型贯通同相供电系统的工程应用提供了数据支撑。     

新型同相牵引供电系统设计与评估

为解决现有电气化铁道牵引供电系统存在的大最负序、谐波和无功及相邻供电区段需要用分相绝缘器分隔等问题,提出采用同相牵引供电系统并对牵引变压器和综合补偿装置等关键设备优化选型.利用数学模型对所选电气设备的工作特性进行分析,并结合我国电气化铁路实际需要,建立基于直接供电和AT供电方式的新型同相牵引供电系统.从技术性和经济性方面对新型同相牵引供电系统分析和评估的结果表明:新型同相牵引供电系统能够在改善电能质量和避免电分相的同时,还能够提高系统运行的效率和可靠性.     

同相供电中PFC故障条件下的状态分析及保护

潮流控制器（PFC）用于同相牵引供电系统中,具有传递有功、补偿无功、消除谐波等功能。分析了潮流控制器在各种故障情况下的状态变化。针对故障特征,在潮流控制器自带的脉冲封锁保护基础上,增加了过电流保护和失压保护。     

用于单相组合式同相供电的CPD结构可靠性研究

组合式同相供电装置(co-phase compensation device, CPD)是同相供电系统中的关键设施,牵引供电系统的安全稳定运行与其可靠性密切相关。以拓扑分析为基础,综合考虑到各个器件的组合关系,利用k/n(G)可靠性模型建立级联式CPD和MMC-CPD的可靠性分析模型。在满足同相供电装置正常运行的必要条件下对比分析级联式CPD和MMC-CPD的可靠性指标。最后针对MMC-CPD的特殊拓扑结构,分析子模块冗余配置对可靠度的影响,优化MMC中子模块的冗余数量,为单相组合式同相供电MMC-CPD冗余设计和运行维护提供依据。     

高速铁路牵引供电系统负荷过程仿真技术的研究

高速铁路牵引供电系统负荷过程仿真主要包括动车组运行的牵引负荷功率计算和牵引供电系统的潮流计算。通过建立牵引计算模型得到动车组运行过程中的电气负荷特性,基于多导体传输线模型,建立牵引网等值电路,基于牵引变电所端口电气量通用变换关系,建立牵引变电所等值电路,基于牵引负荷功率进行牵引供电系统潮流计算,可以得到动车组运行过程中牵引供电系统的电压和电流的变化。以此为基础,编制了高速铁路牵引供电系统负荷过程仿真程序,通过仿真程序对云南省开通的首条高速铁路—长昆客运专线邓家山牵引供电系统进行了仿真计算,计算结果与中国铁道科学研究院的实地测试结果相一致。高速铁路牵引供电系统负荷过程仿真技术的研究对于深入研究高铁牵引供电系统的运行规律,对供电系统中各种供电指标的核查、校验等具有重要意义。     

单相组合式同相供电系统及运行方式研究

研究了单相组合式同相供电系统及其2种基本运行方式。以单相牵引变压器为基础,通过平衡接线配以适量的同相补偿装置,实现了牵引供电和负序补偿在结构上相互独立、功能上相互补充,技术与经济兼优的目标。基于实际负荷过程对系统2种运行方式进行了对比分析,研究结果证明运行方式二是一种相对经济的运行方式。     

温州市域铁路S1线同相供电系统方案研究

温州市域铁路S1线采用公交化的运营模式,对列车速度的控制要求高,牵引负荷较大,列车自动过分相时运行安全得不到很好的保证。采用同相供电技术可以取消变电所出口处的电分相,并可较好地解决负序问题。本文以单相组合式同相供电系统为例,介绍了组合式同相供电系统的结构及原理,并基于相关牵引设计资料搭建单相组合式同相供电系统模型进行仿真分析,仿真结果表明该系统对负序有很好的治理效果。     

基于粒子群的有轨电车混合储能参数匹配研究

目前，混合储能式有轨电车作为一种高性价比的交通工具已得到广泛应用。混合储能系统承担着有轨电车供能任务，合理配置储能元件对于保障有轨电车正常运行具有重要的现实意义。以混合储能式有轨电车作为研究对象，在多目标、多约束条件下，利用粒子群优化算法，求解混合储能系统最优参数匹配方案；以广州海珠有轨电车THZ1线作为实例进行仿真验证，结果表明:最优配置混合储能系统在降低储能系统的体积、重量及成本、发挥储能元件充放电能力方面具有明显的优越性。     

同相牵引供电系统牵引变压器容量优化设计

同相供电系统容量的优化设计对减少系统成本、提高运行效率具有重要意义。提出了同相供电方式下的牵引变压器容量计算方法,并同异相供电方式的牵引变压器容量进行了对比。分析了同相供电方式在固定容量电费节省、取消电分相等方面的技术经济性优势。     

基于树形双边供电的重载铁路贯通同相供电方案

结合重载铁路既有供电方式特点,提出一种适用于重载铁路牵引供电系统的贯通同相供电方案。介绍该贯通同相供电方案的3项关键技术,即:组合式同相供电技术、树形双边供电技术以及牵引网分段供电与状态测控技术,并对树形双边供电系统的均衡电流以及单线牵引网阻抗进行详细研究;以某既有重载铁路牵引供电系统改造工程为例,将该贯通同相供电方案应用于该线路牵引供电系统工程改造中;通过理论分析以及实测分析,分别从运行模式、均衡电流实测分析、牵引网分段测控技术的适应性等角度对该既有线路贯通同相供电改造方案可行性进行分析。研究结果表明:基于树形双边供电的贯通同相供电方案可行,且兼顾更好的系统性能以及技术优势。     

考虑功耗的同相补偿变流器可靠性优化分析

以5 MW同相补偿变流器为例,结合重载铁路牵引负荷实测数据,利用Bayerer模型和线性累积损伤理论评估不同运行方式下同相补偿变流器的可靠性,并计算了组合式同相供电系统的功率损耗。结果表明,在牵引负荷波动较小的情况下,增加同相补偿装置的出力可以有效降低同相补偿变流器的故障率,从而提高变流器的可靠性,但是系统的功耗会相应增加。     

有轨电车储能式系统配置方案及供电系统研究

超级电容能量密度低,以超级电容为储能元件的储能式有轨电车储能能量较少,有可能出现由于能量不足而故障停车。为解决该类问题,基于对有轨电车超级电容系统和供电系统的分析,提出车载储能系统配置改进方案。通过对改进方案的仿真分析及经济性分析,认为基于锂离子电池的储能系统方案在满足有轨电车原有牵引特性不变的前提下,具有更好的经济性。在有轨电车全寿命周期(30年)内,该方案供电系统的建设成本、储能系统一次性采购及更换成本,以及运营成本都大幅下降,全寿命周期成本降低了51.14%,具有良好的工程应用前景。     

再生制动条件下的城轨列车节能驾驶综合模型

当供电区段内有列车进行电力再生制动时,所产生的再生电能会向牵引供电网反馈,若邻近无处于牵引状态的列车吸收此部分再生电能,则会造成牵引变电所两端的电压升高。由此提出通过检测牵引供电网第三轨电压并在牵引供电网网压升高时适当提高邻近列车运行速度,以充分利用再生电能,从而实现城轨列车的节能运行。基于此思路建立列车节能运行优化控制与牵引供电系统相配合的城轨列车节能驾驶综合模型。该模型由列车节能运行优化控制算法和牵引供电模型组成。前者为牵引供电模型提供列车运行动态信息;后者基于牵引供电系统特性生成列车运行控制最佳策略所需的数据,供列车节能运行优化控制算法使用。以北京地铁亦庄线为例,验证综合模型的可行性和有效性。结果表明:在该线4站3区间10个列车全部准点运行的情况下,采用综合模型后列车的运行能耗降低了7.18%。     

基于储能的非电气化铁路新型牵引供电系统架构及关键技术

为解决非电气化铁路采用110 kV/220 kV强网传统方案构建电气化铁路牵引供电系统难度大、成本高的问题,提出一种基于储能的以风、光等新能源为主体的新型牵引供电系统。分别从储能技术类别、工作原理、数学模型和典型应用等方面对新型牵引供电系统进行总结,阐明适配新型牵引供电系统的储能技术属性,阐述新型牵引供电系统内涵、特征和形态,并建立新型牵引供电系统的电气拓扑、测控平台、监控网络和管控逻辑架构;面向新型牵引供电系统源-荷随机强波动特征,从整体视角论述组分相互作用机理、系统稳定运行机制、能量流均衡机制和系统效能涌现机理,以及规划与优化配置、电能高效变换、能量自洽调度、效能评估和性能保持等关键技术。结果表明：建立基于储能的非电气化铁路新型牵引供电系统,可实现非电气化铁路的绿色低碳、弹性自洽、经济高效的电气化升级;为后续开展“理论研究-仿真验证-试验验证-评估优化”循环迭代的闭环研究提供参考借鉴。     

单相交流牵引供电系统关键技术现状及发展

介绍各国主要单相交流牵引供电制式,总结各国为了解决制约单相交流牵引供电系统发展的电分相问题所采取的多种过分相方式,为了解决电能质量问题所采取的各有侧重点的治理措施,对比国内外同相供电技术并指出国外技术中值得我国借鉴之处,最后基于已有关键技术并结合储能和新能源等背景描绘了"绿色"牵引供电系统,为单相交流牵引供电系统的发展提供新思路。     

基于蚁群算法的城市轨道交通列车节能运行优化模型仿真分析

对城市轨道交通列车的开行模式、牵引控制特性、驾驶策略优化算法等进行了综合分析，基于蚁群算法建立了优化求解模型匹配的列车最优运行速度曲线，采用OPENTRACK软件对优化结果进行了仿真分析，验证了列车节能运行策略的可行性及算法优化的有效性。     

含逆变回馈装置的城市轨道交直流混合潮流计算

城市轨道交直流混合潮流计算对逆变回馈装置的供电系统设计有着重要的意义。通过建立整流机组潮流计算模型及逆变回馈装置的电压源型换流器模型,提出了一种考虑逆变回馈装置工作电压投切策略和控制方式的城市轨道交直流交替迭代潮流计算算法,将日回馈能量指标作为逆变回馈装置节能效果的评估指标。以实际供电系统工程为例,对线路上多列车进行仿真,分析牵引网网压和牵引变电所负荷过程,计算再生制动能量在邻近列车和逆变回馈装置之间的分配以及反馈能量在交流供电系统中的分布,研究逆变回馈装置不同启动电压和发车间隔对节能效果的影响。     

光伏并网下城市轨道交通供电系统动态运行仿真研究

为分析光伏发电并网对城市轨道交通供电系统运行的影响，提出一种考虑城市轨道交通交直流牵引供电系统及光伏发电并网的动态运行仿真方法。所提仿真方法针对牵引供电系统的直流侧建立数学仿真模型，考虑系统平行多导体传输特性，求解多列车动态运行情况下的牵引变电所功率波动。基于Matlab/Simulink软件建立城市轨道交通供电系统交流侧的仿真模型，并使用三相动态负荷等效城市轨道交通供电系统直流侧牵引变电所的功率波动。基于Matlab/Simulink软件搭建光伏发电并网模块，并建立光伏发电系统并入城市轨道交通供电系统的仿真模型。以常州地铁1号线的线路参数为例，分析了光伏发电系统对城市轨道交通供电系统的潮流参数、网压有效值及网压波动的影响，并对比分析了不同功率、不同并网电流的光伏发电系统接入不同负荷率的城市轨道交通供电系统时的影响。仿真结果表明：光伏发电系统的接入能够有效降低供电系统直流侧对交流电网的功率需求，但也会对城市轨道交通供电系统的电能质量产生影响；随着供电系统负荷率、光伏并网电流及并网功率的增大，光伏发电系统的接入对城市轨道交通供电系统电能质量的影响也逐渐增大。     

基于PSCAD的高速铁路全并联AT牵引供电系统短路故障仿真计算研究

以长昆高速铁路邓家山变电所至廖家田分区所供电区间为研究对象,根据实际接线方式、系统参数进行等效计算,利用PSCAD/EMTDC元件库元件搭建模型,设置相关参数,搭建全并联AT高速铁路牵引供电系统仿真模型,以实现对变电所及牵引网各种短路故障的仿真计算。以实际短路试验为例进行仿真,仿真计算数据与实测数据比对结果表明,基于PSCAD/EMTDC建立的全并联AT牵引供电系统仿真模型能够准确地模拟实际供电系统不同故障情况下短路电流的大小及短路电流的分布情况。利用该仿真计算结果,根据"横联线电流比"故障测距法进行故障定位计算。结果表明:数据满足故障测距要求,该模型能够为今后深入研究高铁牵引供电系统的故障及保护设备的运行等提供科学依据。     

基于OOCPN结线分析和反向推理的城市轨道交通牵引供电系统故障诊断方法

基于面向对象的思想和有色Petri网理论,构建库所的令牌,描述城市轨道交通牵引供电系统中组成结点的元件、开关及结点的含源性质,进而建立城市轨道交通牵引供电系统结线分析的OOCPN(Object-Ori-ented Colored Petri-Nets)模型。求解该模型可确定城市轨道交通牵引供电系统的故障域;然后结合专家经验以及牵引变电所综合自动化系统轮询到的保护动作信息,通过反向推理遍历搜索该故障域,对故障元件进行定位;根据专家推理规则以及城市轨道交通牵引变电所内的保护配合关系,判断开关的拒动行为。以城市轨道交通牵引供电系统馈线短路且馈线开关拒动为例进行验证,结果表明:提出的城市轨道交通牵引供电系统故障诊断方法能够实现对故障元件的准确定位和开关拒动行为的判断。