论新一代牵引供电系统及其关键技术

与既有电气化铁路牵引变电所换相接入电力系统不同,提出新一代牵引供电系统,即在同一电力系统内实现电气化铁路无分相的同相贯通供电系统.本文讨论了与新一代牵引供电系统相关的三项关键技术:一是牵引变电所采用组合式同相供电技术,治理负序,取消变电所出口处的分相;二是新型双边供电技术,取消分区所处的分相,减小均衡电流及其对电力系统的影响,同时,调整功率因数,保证牵引网电压水平;三是牵引网分段供电与测控技术,将供电臂适当分段,运用同步测量技术,更准确、更及时地判别故障类型与部位,并把故障限制在最小范围内.文章还说明了系统的经济性和可靠性.      

轨道交通永磁同步牵引系统发展概况与关键技术综述

为系统分析和总结轨道车辆永磁牵引系统控制技术研究与发展趋势,介绍了永磁同步电机作为牵引电机应用于轨道交通领域的优缺点和国内外永磁同步牵引系统的应用情况;回顾了大功率牵引逆变器在低开关频率下的控制技术和永磁同步电机牵引控制技术,分析了脉宽调制策略、弱磁控制等关键技术的设计思想、研究方法等;总结了近几年国内外研究成果,讨论了各类控制方法的优点和局限,并展望了永磁同步电机在轨道交通牵引领域的发展前景和面对的挑战。研究结果表明:内置式永磁同步电机适用于直驱系统,具有体积小、效率高等优势;牵引逆变器通常采用混合脉宽调制策略,低频段采用异步调制,中频段为同步调制,方波工况下采用单脉冲调制,其中特殊同步调制下系统动态性能的提升和不同调制方法之间的平滑切换是牵引逆变器脉宽调制技术的难点;电机控制策略主要针对基于双电流调节器、电压矢量角弱磁控制和方波工况下弱磁控制这3种高速运行区的弱磁控制方法进行研究;在前期研究的基础上,应进一步考虑永磁同步电机的无位置传感器技术、故障在线诊断与预测和高精度参数辨识问题;牵引传动系统的机电耦合特性和短路故障处理是今后重点关注的研究方向。      

磁谐振无线电能传输串并式模型频率分裂研究

等效负载与线圈间距的改变,会导致磁谐振无线电能传输(WPT)系统出现谐振频率分裂,严重影响其传输效率.针对两线圈磁谐振WPT系统的串并(SP)式模型,基于等效电路理论,推导出了电流有效值表达式,采用Matlab仿真分析了等效负载、线圈间距改变时的谐振频率分裂现象.结果表明:磁谐振WPT系统的谐振频率与等效负载及线圈间距密切相关,等效负载大于某阈值或者线圈间距小于某阈值时均会导致谐振频率漂移并出现频率分裂;并且相对于等效负载,系统谐振频率的漂移对线圈间距变化更为敏感.     

基于车网耦合的高速铁路AT供电系统谐振特性

为研究高速列车与AT供电系统之间电气耦合（简称车网耦合）引起的谐波谐振,构建了基于节点导纳方程的高速铁路AT供电系统数学模型和基于高速列车功率源特性以及等效阻抗的谐波源模型,提出了基于车网耦合的高速铁路AT供电系统谐波谐振评估算法,研究了3种AT供电模式、3种AT牵引网运行方式以及不同AT变压器漏感大小对系统谐振特性的影响,分析了系统阻频特性与相频特性,指出并联和串联谐振点及其变化规律.仿真分析表明:列车位于不同AT段时3种AT供电模式下并联谐振点和串联谐振点均存在差异,牵引供电系统运行方式的多变性也造成了串联和并联谐振点的偏移,AT漏抗越大则谐振点数目越多而第1个串联谐振点频率越低.      

城市轨道交通交流牵引供电系统及其关键技术

在地铁、轻轨等城市轨道交通中,为了避免现行直流牵引供电系统的迷流,同时发挥其无分相的优势,提出并研究了一种交流牵引供电系统.该系统由主变电所(MSS)和电缆牵引网(CTN)构成,主变电所由单相主牵引变压器(MTT)和负序补偿装置(NCD)组合而成,电缆牵引网由双芯电缆(DCC)、牵引变压器(TT)和接触网(OCS)、钢轨(R)等构成.讨论了该系统的3项关键技术:电缆牵引网的供电原理,等效电路和输电能力,电缆与接触网的匹配技术,接触网电压等级选择等;牵引网分段供电技术,牵引网供电状态辨识方法,分布式保护与集中式保护方案等;单条线路主变电所供电方案,2条及以上线路共用主变电所的供电方案.该系统技术性能优良,经济性好,可靠性高,为地铁、轻轨等城市轨道交通提供了新的、更好的选择.      

基于电磁转矩的城轨列车电机-齿轮传动耦合系统故障诊断方法研究

针对城轨列车电机-齿轮传动系统中电气、机械部分难以耦合而导致各自独立研究问题,综合考虑电机非线性磁导和齿轮时变啮合刚度,建立基于电机等效磁路网络模型(PNM)的城轨列车牵引传动系统机电耦合动力学模型.在此模型上,考虑定子匝间绕组短路故障及鼠笼转子导条断裂故障,求得故障下机电耦合系统的动态响应;基于电磁转矩进行故障诊断,并与矢量控制单电机模型的诊断结果进行对比研究.研究成果表明:在低频域,PNM的电磁转矩频谱比矢量控制单电机模型的频谱在故障频率处幅值更大,更易于识别故障;在高频域,PNM电磁转矩诊断方法能识别到更为明显的电源频率的高次谐波分量,在机电耦合系统的故障诊断中更有优势;基于电磁转矩的故障诊断方法可以有效诊断城轨列车机电耦合系统故障,为无传感器的故障检测技术提供理论支持.     

高速列车系统动力学理论及其应用

1西南交通大学牵引动力国家重点实验室简介 牵引动力国家重点实验室以轨道交通车辆为研究对象，重点开展以高速列车为核心的基础性、前瞻性、战略性创新研究。根据世界轨道交通发展趋势和轨道交通技术特点，围绕轨道车辆及牵引传动的结构设计、动力学和强度分析、检测和试验等相关研究内容，实验室确定了6个研究方向：     

无线充电道路电能传输与设施部署方法综述

为总结国内外无线充电道路技术进展，对比分析电磁谐振式、电容式和辐射式等电能传输方法的优缺点，重点分析提高电磁谐振式工作性能的方法，并结合城市出租车、城市公交系统和公路交通系统的充电需求阐释道路无线充电设施部署方法。分析表明：当前无线充电效率相对偏低，需进一步提高充电效率，但其影响因素众多，需进一步加强对电容式和辐射式功率传输的研究及三种方式之间的经济效益对比，并考虑将无线充电道路设施的部署优化模型进行试点运行和测试，从而更快推进出租车、城市公交系统以及公路交通系统无线充电的应用化。     

“新一代轨道交通牵引传动技术研讨会”日前召开

10月30日，江苏省轨道交通产业技术协会在常州市科教城组织召开了“新一代轨道交通牵引传动技术研讨会”。会议由同济大学铁道与城市轨道交通研究院常务副院长、江苏省轨道交通产业技术协会副理事长谢维达主持。会议就轨道交通车辆永磁同步电机直接驱动式牵引系统进行了生动而深入的探讨。     

高速磁悬浮轨道交通研究进展

从磁悬浮轨道交通的基本原理、磁悬浮列车的技术特点等角度出发，简述了世界各国高速磁悬浮轨道交通的发展概况，对比了常导电磁悬浮、永磁电动磁悬浮、低温超导电动磁悬浮和高温超导磁悬浮等4种磁悬浮方式的研究历史、悬浮特点、悬浮间隙、悬浮能耗、控制系统、技术成熟度与应用情况；采用文献调研、比对、分析、提炼等方法，综述了国内外高校、研究机构和企业对于高速磁悬浮的研究进展；比较了各类磁悬浮轨道交通的原理、技术优势和劣势，分析了高速磁悬浮轨道交通在应用方面的可行性与不足，探讨了4种磁悬浮方式的技术经济性和应用前景与场景；提出了当前发展高速及超高速真空管道磁悬浮轨道交通亟待解决的牵引制动控制、动力和热力学、安全救援、管道密封性能与抽真空效率、无线通信、车内环境控制等6个关键科学问题，并介绍了中国原创高温超导磁悬浮的基础研究及关键技术研发进展与研发计划。研究结果表明:在400~600 km·h-1速度范围可采用常导电磁悬浮或超导磁悬浮技术；在600~1 000 km·h-1速度范围可采用超导磁悬浮技术；1 000 km·h-1及以上的速度可采用高温超导磁悬浮与真空管道或电动磁悬浮与真空管道的磁悬浮技术；作为一种前瞻性研究，高温超导与真空管道磁悬浮关键技术的突破和验证对推动中国乃至世界轨道交通快速发展具有重大而深远的意义。      

规划城市轨道交通换乘站时考虑的几个问题

对规划城市轨道交通换乘站进行研究,重点分析几个影响换乘站综合换乘效率的问题：人流导向系统的分析;城市轨道交通之间的衔接换乘;城市轨道交通与其他交通方式之间的合理接驳,总结如何合理有效地完善城市轨道交通换乘站设置,这对发挥城市轨道交通大量、快速、公交化的优势,缓解和改善城市的交通压力具有积极的作用。     

城市轨道交通换乘方式对比分析

叙述轨道交通换乘的概念,提出轨道交通之间换乘应遵循的原则,进而分析轨道交通的换乘方式分类,并对比各种换乘方式,总结各种换乘方式的功能特点及优缺点,以及国内外各种换乘方式应用的代表车站,并讨论了不同换乘方式的适应性。在对比分析的基础上提出影响换乘方式选择的因素,这些因素主要包括:换乘客流,线网与车站的规划,线路的修建顺序,车站的位置,与周围地面交通的协调,与附近商场、商业区的联系,以及与环保的协调等,并对影响换乘方式选择的因素进行分析。最后建议在线网规划、预可行性研究及设计的全过程中都应该把各线交叉衔接、站位的选择确定、换乘站的研究设置和换乘方式的选择,放在重要的位置上,妥善加以解决。     

城市轨道交通换乘分析

城市交通是一个系统网络，多种交通方式并存是城市交通的必然。各种交通方式之间的相互协作是城市交通网络效应发挥的关键。本文系统地分析了城市轨道交通换乘方式以及轨道交通与其他常规交通换乘的协调关系和辅助配套措施，提出了保证换乘协调等相关措施。     

交通系统的空间组织思维——改进城市轨道交通线网规划方法的思考

交通系统布局以空间布局以及内在的空间组织为基础,空间组织思维始终是交通系统规划布局的核心。中国超大城市、特大城市乃至大城市交通系统的建设重点已逐步转移至城市轨道交通系统。然而,在重视轨道交通自身网络化布局、以轨道交通为骨架的交通系统一体化发展的同时,存在着机械式、偏重形态化的轨道交通网络布局思维,忽视、弱化了轨道交通布局对空间组织效能的提升作用。通过揭示现实存在的轨道交通线网与空间组织脱节的问题,基于交通与空间协同,提出城市轨道交通线网规划中应把握的空间组织思维方法及要点。     

城市发展与轨道交通建设

轨道交通建设发展是破解交通拥堵、交通污染、绿色出行环境差和停车难等城市病的有效途径。在轨道交通大发展机遇期,有必要探讨如何科学规划城市轨道交通系统,促进城市集约发展和改善城市交通状况。研究总结城市交通的内涵,即城市形成和发展中的内在要素,提出城市交通应服务于人的需求、组织城市高效可持续运行。从车辆技术成熟度与国产化水平、轨道交通制式多样化、轨道交通规划建设规模与城市形态和发展阶段的适配性、认证和标准体系、交通功能与城市功能融合的一体化土地开发、多模式公共交通衔接换乘等角度出发,梳理发展现况并归纳问题及症结。重点针对结合市情的轨道交通基础性问题,就科学规划城市和都市圈的轨道交通系统提出指导思想和具体建议。     

城轨交流供电系统极限供电距离分析

供电距离是衡量一个牵引系统供电能力的重要指标,对系统的稳定、经济运行具有现实影响. 城轨交流供电系统采用电缆结构的牵引网,具有稳定、大容量输电的突出特点,因此量化研究该系统供电距离具有重要意义,本文从理论推导的角度对系统极限供电距离进行分析,根据系统的电路拓扑特点,理论推导系统牵引网阻抗、单车多车时牵引网电压损失、钢轨电位. 首先从牵引网采用架空线与电缆时的自然功率对比,推算采用不同截面积电缆时系统的极限供电距离;其次以系统高峰工况时的电压损失作为限制条件,分析系统极限供电距离;最后以既有电气化铁路标准对钢轨电位规定的限值作为限制条件,分析系统最大短回路区间长度. 系统仿真结果表明:城轨交流供电系统最大单区间供电长度可达9.31 km,主变电所位于线路中间位置时,系统极限供电距离可达84.22 km.      

现代轨道交通工程科技前沿与挑战

围绕现代轨道交通的四大重点领域:高速铁路、重载铁路、城市轨道交通和磁悬浮交通,介绍了当前国内外最新发展动态,特别是我国轨道交通发展现状及其在国际上所处的地位与水平.结合轨道交通工程学科发展趋势与应用需求,分析了轨道交通工程建设与运营过程中涉及系统安全性、运营可靠性和环境适应性等方面的主要技术瓶颈,指出了高速铁路、重载铁路、城市轨道交通和磁悬浮交通领域当前值得关注的前沿科学问题和技术挑战,为今后深入开展轨道交通科学技术研究(特别是针对处于快速发展期的中国轨道交通科技研究)提供有益参考.