考虑牵引所多运行状态的城轨交直流供电计算

城市轨道牵引变电所存在多种运行状态:整流状态、整流机组关断状态、逆变回馈装置恒定电压运行状态、逆变回馈装置最大功率运行状态. 针对潮流计算中牵引变电所状态的不确定而影响计算收敛性的问题，提出一种考虑牵引变电所多运行状态的城轨交直流供电计算算法. 该算法对逆变回馈装置和车载制动电阻建模，根据迭代过程中牵引变电所网压、电流，采用滞环比较策略确定牵引变电所状态，通过交直流交替迭代方法求解潮流. 对某地铁工程进行仿真分析和实测验证，结果表明:仿真与实测的牵引变电所负荷过程曲线Pearson相关系数为0.76～0.92；逆变回馈装置节能率的仿真结果与实测误差不超过1.7%；在全线整流机组空载电压较高的场合，当逆变回馈装置的启动电压设置在1750 V以上时，消耗在车载制动电阻上的能量显著增大.      

城轨牵引供电系统逆变回馈装置的定容选址

以节省逆变回馈装置投资成本和提高再生制动能量利用率为目标,建立了城轨牵引供电系统逆变回馈装置定容选址优化模型. 将考虑逆变回馈装置周期性间歇工作制的城轨牵引供电系统交直流混合潮流算法与带精英策略的快速非支配排序遗传算法（fast non-dominated sorting genetic algorithm Ⅱ,fast NSGA-Ⅱ）相结合,求解多目标函数的Pareto解集;并采用基于信息熵的序数偏好法（technique for order preference by similarity to ideal solution,TOPSIS）筛选逆变回馈装置定容选址的最优方案. 以广州地铁某线路为算例进行仿真验证,结果表明:优化方案相对该地铁工程实际逆变回馈装置配置方案,其装置投资成本节省70万元,系统级节能率提高3.25%,投资回报周期相应缩短.      

基于蒙特卡洛模拟的城市轨道概率潮流分析

为探讨城市轨道牵引供电网络中潮流分布的不确定性,基于城市轨道交、直流统一的牵引供电算法,提出了一种基于蒙特卡洛模拟的城市轨道牵引供电系统概率潮流计算方法.该方法通过列车运行的时间-位置曲线构建列车位置的概率分布;根据行车组织建立发车间隔的概率分布;通过蒙特卡洛仿真,随机抽样确定列车在线路上的位置和功率分布;采用交、直流统一的潮流计算,获得城市轨道牵引供电系统节点电压和功率的概率分布.实例仿真表明,采用该方法,可准确把握牵引网网压、牵引变电所负荷等的概率统计特征.     

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.      

交直流双制式牵引供电系统钢轨电位特性分析

交直流双制式牵引供电系统中机车过分相前、后工作于不同供电制式，造成了牵引回流特性的差异，影响不同区段钢轨复合电位分布. 采用CDEGS软件建立了交直流双制式牵引供电系统仿真模型，并验证模型正确性和有效性. 计及交流区段和直流区段之间牵引回流的相互干扰，提出了适用于交直流双制式牵引供电系统的钢轨复合电位限值，研究了影响钢轨复合电位分布的主要因素及其敏感度. 结果表明:当无电区不设置钢轨绝缘节时，无电区段长度增大则交直流区段牵引回流的相互干扰程度降低，导致无电区钢轨复合电位减小；土壤电阻率增大则交直流区段牵引回流的相互干扰程度增强，导致无电区段钢轨复合电位增大；直流区段过渡电阻越大，则直流区段钢轨复合电位越高. 交直流区段之间的无电区设置绝缘节能够改变回流结构，避免钢轨复合电位超标，以国内首条双制式线路为例，设置绝缘节后可以使钢轨复合电位直流分量从103.92 V降至60.20 V，保障了人身安全.      

地铁供电系统APF谐波抑制研究

随着电力电子变频器装置以及各种非线性负载的大量使用,地铁供电系统的谐波也随之增多。地铁牵引变电所采用24脉波整流机组进行整流极大地降低了牵引供电系统的低次谐波。但这主动式谐波治理方案并不能有效减少地铁低压供配电系统谐波含量。为进一步减少供电系统的谐波,提出在降压变电所0.4 k V侧安装有源电力滤波器(active power filter,APF)以对低压侧谐波进行有效治理。阐述了24脉波整流机组以及APF的工作原理;在基于瞬时无功功率理论的ip-iq法的基础上引入平均电流控制器和PI调节器替代低通滤波器,提出一种改进型的谐波电流检测方法并在此基础上对APF的控制策略进行分析;最后在Matlab/Simulink平台构建仿真模型进行验证,仿真结果表明所提出的基于谐波电流检测算法改进型的地铁供电系统APF对谐波抑制的有效性。     

基于三电平电压源变流器的同相牵引供电方案研究

提出了基于二极管箝位型三电平电压源变流器的同相供电综合潮流控制器方案.综合潮流控制器(CPFC)装置主要由两个背靠背的单相二极管箝住型三电平电压源变流器构成,主要用于传递有功功率、补偿无功功率及谐波,使得牵引供电系统相对电力系统而言,是一个三相对称纯阻性网络.分析了三电平电压源变流器的主电路结构,提出了三电平载波PWM电流控制和电容中点电压平衡控制策略.Matlab/Simulink仿真结果,验证了该方案的正确性.     

含光伏和混合储能的同相牵引供电系统日前优化调度

既有牵引供电系统中以负序为主的电能质量问题以及电分相环节严重制约了其安全、高效运行，目前理想的解决方案是基于对称补偿理论的同相供电技术. 通过同相补偿装置中的直流母线接入光伏发电系统以及混合储能装置，进一步实现再生回馈能量利用和牵引负荷削峰填谷，提高光伏渗透率. 因此，建立了一种同相牵引供电系统优化运行模型，该模型以同相牵引变电所日运行成本最低为目标，以混合储能装置充放电策略、光伏出力以及潮流控制器功率为决策变量，尤其考虑了电网侧三相电压不平衡度约束；进一步将原始优化模型中非线性约束进行线性化处理，得到混合整数线性规划模型，并利用商业规划求解器CPLEX进行求解. 算例分析结果表明:接入光伏与混合储能装置后日运行成本可节省36.45%，且三相电压不平衡度满足国标上限2%的要求.      

重载铁路树形贯通式同相供电系统的运行状态

重载铁路树形贯通式同相供电系统能够最大限度降低线路中电分相带来的安全隐患,提升牵引供电系统再生制动能量直接利用率、供电能力和供电品质.为保障树形贯通式同相供电系统的良好运行,从均衡电流、供电能力、负序评估、故障分析及保护配置4个方面研究该系统的运行状态.构建不同拓扑结构下双边供电系统均衡电流评估模型,揭示重载铁路树形贯通式同相供电系统的外部电源构成方式;以某重载铁路树形贯通式同相供电改造方案为例,探究正常和故障运行工况下系统的供电能力以及系统对外部电网的负序影响;对该系统不同类型的故障进行分析,并提出保护配置方案.研究结果表明：相较平行双边供电,当两相邻牵引变电所变压器变比相同时,树形贯通式同相供电系统不会产生均衡电流;改造方案上、下行牵引网最低网压为22.74 kV,满足牵引网电压要求;设置组合式同相供电装置后,系统的三相电压不平衡度95%概率大值和最大值分别为1.20%和1.65%;相较于传统保护装置方案,所提保护配置方案能够确保牵引网停电区间最小.     

基于多Agent的贯通同相供电系统协调控制

为满足高速和重载列车对牵引供电系统在电能质量、电分相等问题上的需求,提出了构建基于多智能体的贯通同相供电系统的思路,探讨了系统的基本框架和实现途径与方法,设计了系统中各级Agent的结构功能,并讨论了多Agent之间的通信、协调和协作方法.设计了变电所之间的协调控制策略,以解决贯通同相供电系统中牵引变电所并网运行和变电所之间的潮流调度问题.最后,以京沪高速铁路为例进行了仿真.仿真结果表明,采用协调Agent参与分区协调的2级自治控制策略明显优于其他方式,能实现牵引变电所之间的潮流调度,并将受扰后的节点电压恢复到初始值,确保供电系统的整体电压水平.      

市域铁路牵引电缆贯通供电方案及潮流算法

研究了市域铁路牵引电缆贯通供电方案，该方案全线贯通式供电，设置一主一备两个主变电所，在主变电所内设置同相供电装置. 对贯通式供电时双边供电、单边供电下供电臂距离的设置进行了建模求解，模型以电压损失作为约束条件，通过逐渐增加列车数量的方式，求得供电臂所能承担最大列车数量，进一步得到供电臂距离的可行值，为牵引变压器位置的设置提供参考和校验. 采用基于线路的牵引供电系统建模，将牵引供电系统分为电缆层和牵引层，提出适用于牵引电缆贯通供电的分层交互迭代潮流算法. 该算法在层内进行潮流求解，同时层之间进行变量取值修正，以实现交互迭代，能够达到矩阵降阶、提高计算效率的目的. 在本文案例分析中，相较于传统供电方案，牵引电缆贯通供电方案再生制动能量利用率提升至99.15%，每年通过再生制动能量利用可以节省的电费为2 955万元，一次性投资可以节省大约13 672万元.      

Vx接线组合式同相供电系统建模与分析

作为新一代牵引供电系统的关键技术,同相供电系统设计需要匹配牵引变压器接线方式,优化电能质量综合补偿策略,降低潮流控制器（PFC）容量及其造价。针对高速和重载铁路推广采用的自耦变压器（AT）供电方式和Vx接线牵引变压器,设计了一种组合式同相供电系统。首先,基于该系统各端口接线角关系,建立了三相电网与单相牵引负荷之间的电气量变换模型;其次,利用三相电压不平衡与无功功率综合补偿理论,将相关电能质量限值为约束条件,给出了组合式同相供电系统各端口补偿电流计算方法,提出了潮流控制器动态跟踪补偿控制方案,与已有补偿方案相比,在达到相同补偿目标时所需补偿容量可以减少10%~58%;最后,通过对多种牵引负荷工况下系统运行特性的仿真模拟,验证了上述补偿模型的正确性和控制策略的有效性。      

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.      

城市轨道交通车载混合储能系统的研究

针对城轨列车在起动、制动过程中对牵引网电压造成冲击从而引起网压不稳定的问题,提出一种由超级电容与钛酸锂电池组成的混合储能系统,该混合储能系统满足城轨列车对高能量和高功率的需求。以混合储能系统的整体结构为研究对象,着重介绍了预充电回路的设计与仿真验证,它能明显提升混合储能装置的性能以及延长使用寿命。针对该混合储能结构,提出采用综合控制策略,该策略通过控制主电路中两个双向DC/DC变换器的工作模态来实现储能单元工作在恒流充放电状态。最后仿真对比综合控制策略与传统电压电流双闭环控制策略,仿真波形对比分析表明:对于牵引机车等大容量负荷突增与突减造成的网压波动,综合控制策略能更有效、快速调节混合储能系统的充放电状态,确保牵引网压波动幅度较小,提高城轨列车的运行可靠性与稳定性。     

电气化铁路同相储能供电技术

为进一步优化电气化铁路牵引变电所经济节能运行，提出了一种电气化铁路同相储能技术研究方案. 该方案基于运行图和历史数据，以负荷削峰为控制目标，实时控制储能装置充放电，治理以负序为主的电能质量问题；同时，降低系统对设备容量要求，节省运行费用，并能有效利用列车再生制动能量. 以京沪高铁实测数据分析了同相储能供电系统解决负序的有效性，并以飞轮作为储能装置进行了仿真分析和试验验证，最后分析了同相储能供电系统的经济性能. 研究结果表明:同相储能供电技术可取消50%电分相环节，治理负序的效果由储能装置功率决定，当储能装置功率为牵引负荷功率95%概率大值的10%时，可降低负序限值10%.      

地铁轨电位与轨电位限制装置

随着城市轨道交通建设的快速发展,国内轨道交通直流牵引系统中为了最大限度的保护人员的安全,在钢轨与大地间装配了轨电位限制装置。轨电位限制装置是目前城市轨道列车牵引运行中的一个关键技术,它关系到牵引供电系统的运行安全、乘客和工作人员的安全。目前,广州地铁各条线的车站变电所均有安装了轨电位限制装置。重点介绍广州地铁五号线轨电位限制装置的结构、工作原理、保护设置、轨电位产生的原因和防止措施,及在日常中的运用,并针对在实际运用中出现的一些问题进行分析、总结,并提出合理化建议。     

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.      

多相发电机整流供电系统短路限流装置分析与设计

在需要大功率高品质直流电源的场所，通常采用多相同步发电机整流系统供电．但是，该类系统直流侧发生短路时，将产生巨大短路冲击电流，而现有的断路器已无法满足其分断和系统保护的要求．为此，提出了供电区域问设置固态限流装置的限流方案．分析了12相发电机整流系统的直流侧突然短路时的初始电流特性，得到了描述12相发电机整流系统短路初瞬的简化模型．在此基础上，给出了12相整流发电机电源参数对固态限流装置承受的最大电压和最大电流的影响关系，为限流装置的设计提供了理论依据．通过MATLAB仿真验证了简化模型和所推导结论的正确性，并表明该限流器设计合理，限流效果明显．     

基于变频控制策略的同相供电装置可靠性优化方法

同相供电技术能有效解决牵引供电系统普遍存在的过分相问题和电能质量问题. 为了保障同相供电系统的安全可靠运行，作为系统的核心设备，同相供电装置的可靠性优化研究至关重要. 针对同相供电装置特殊的变流器拓扑结构，建立可靠性评估模型，分析了牵引负荷特性及主要电气参数对装置可靠性的影响机理；建立以功率模块失效率最低为目标的变频控制优化模型，采用遗传-粒子群混合算法，得到了最优变频控制策略. 研究表明:改变不同负荷区段内变流器的开关频率，可以有效降低功率元件失效率. 最后以山西中南部铁路应用的工程样机为例，基于实测数据和对比分析，表明在变频控制策略下，装置寿命可增加20.90%，可靠度增长率最大可达到54.17%，证明了变频控制策略可以有效提高装置可靠性.      

牵引变电所直流空载电压的换算与估算

章阐述了牵引变电所直流空载电压过高的原因,选取整流机组的交直流电压换算系数,将24脉波工况采用了6脉波的计算值;结合试验数据说明了压仓电阻的主要作用,并介绍了其值的估算方法。