双动力城轨地铁 锂离子电池系统设计

结合锂离子电池在城市轨道交通领域的应用 特点,基于城轨地铁的牵引制动特性,对双动力城轨地 铁牵引动力电池系统进行需求分析。针对具体的北京 西郊线路工况,通过仿真计算,确定在电池系统供电运 行下城轨地铁对牵引动力电池系统的能量和功率需 求。在充分考虑城轨地铁功率和能量需求、轴重限制 和安装尺寸等条件后,选取钛酸锂电池而确定电池系 统配置,并通过计算来验证电池选型和配置的可行性。     

改进扰动观察法的最大功率点跟踪简

针对传统的扰动观察法在光伏电池最大功率点难以兼顾响应速度和稳态性能的问题,文章提出一种改进的扰动观察法。该方法的特点是,当光伏阵列的输出电压UK与前一时刻测得的最大功率点电压Um之差的绝对值大于电压的修正值△U时,将此时的输出电压UK替换为Um值,再进入下一循环,直至符合条件,重新采用传统扰动观察法进行检测。这样能够缩短最大功率跟踪时间,并能提高系统在最大功率点附近的稳定性。在Matlab环境下,建立了光伏电池和最大功率点跟踪（MPPT）算法的仿真模型,分析了温度及光照度对光伏电池输出特性的影响;对光伏电池控制系统进行仿真,对比了传统的和改进的扰动观察法的最大功率点跟踪曲线。结果表明,采用改进的扰动观察法时,光伏电池能更快地到达最大功率点,并且获得了更好的稳定性。     

机车车辆密闭电池检测的新技术及应用

介绍了蓄电池保有容量的检测方法,指出负载电压法是蓄电池容量测试的可靠方法。对机车车辆蓄电池组的可靠性检测仪器的检测方法及密闭电池的安全检测新技术作了介绍,并对运用国内最新研制的CB305型蓄电池保有容量检测仪能够解决的问题及产生的效果作了分析。     

基于锂离子电池技术的铁路冷藏车辆装备供电系统应用

随着锂离子电池技术的不断发展，该技术在轨道交通领域成为了研究热点并且已经有了一定的应用。为提升我国铁路冷链运输装备的技术水平，提出了基于锂离子电池技术的新型铁路冷藏集装箱供电方案，研究了锂离子电池系统架构，通过对样机不同工况下的运行跟踪，分析了电池系统运行数据，为锂离子电池技术在铁路冷藏车辆装备上的应用提供了参考方案。     

NPC三电平容错逆变器异步电机驱动系统FCS-MPTC

针对异步电机(IM)驱动系统中NPC型三电平逆变器的某桥臂故障问题,提出一种三相八开关容错逆变器(TPESFTI)控制策略。通过搭建拓扑结构和输出电压模型发现TPESFTI存在直流侧电容电压不平衡的问题,基于此又提出由于延迟补偿的有限控制集模型预测直接转矩控制(FCS-MPTC)策略。FCS-MPTC策略能够利用其目标函数的非线性约束项来抑制母线电容分压不均衡、同时考虑模型控制的运算量和系统迟延等不利影响。通过进行仿真验证,研究结果表明:该控制策略能够确保系统稳定可靠运行,具有良好的动态性能,且有效地抑制母线电容分压不均对系统的影响,验证所提控制策略的可靠和有效性。     

基于LSTM神经网络的地铁变压器绕组温度预测

传统的地铁状态监测系统仅能反映变压器绕组当前的温度状态及其历史温度趋势,当绕组温度超过阈值时系统报警,但不能对绕组未来的温度变化进行预测。绕组温度受设备运行功率和环境温度等多重因素影响,其变化呈现非线性和周期性,传统预测方法精度难以提升。本文基于长短期记忆网络(long short-term memory,LSTM)算法预测变压器绕组温度,选取绕组温度、环境温度、运行功率、运行电流作为输入变量,收集变压器历史状态数据构成训练数据进行离线训练,通过训练完成的绕组温度预测模型反映多重影响因素与绕组温度的变化关系。最后将算法应用于某地铁站动力变压器,收集样本数据进行训练得到温度预测模型,将测试数据输入模型中,计算绕组温度真实值和预测值之间的相对温差,分析验证算法可行性与模型准确度。结果表明：LSTM算法面对大数据量样本可充分挖掘多重影响因素与绕组温度之间的深层关系,温度预测模型可准确预测绕组温度的变化。     

输入受约束的高速列车鲁棒自适应动态面控制

实现高速列车对期望速度与位移的精确跟踪至关重要。考虑输入饱和约束以及由于不确定的运行阻力、未知的黏滞摩擦系数和未测量的运行状态等引起的系统不确定性,提出高速列车的鲁棒自适应动态面控制算法。建立考虑牵引与制动转矩产生动态过程的高速列车动力学模型;引入扩张状态观测器在线估计和补偿系统总的不确定性,应用跟踪微分器代替动态面控制中的一阶滤波器,构造附加系统处理输入约束问题,设计了高速列车的鲁棒自适应动态面控制律;基于李雅普诺夫稳定性理论证明了闭环系统的稳定性以及高速列车速度跟踪误差和位移跟踪误差的半全局一致最终有界性。仿真结果验证了所提算法的有效性。     

UKF地铁短时客流预测研究

为获得较为可靠的地铁车站实时客流,提出基于神经网络与无迹变换卡尔曼滤波(UKF)结合的信息融合预测方法。首先利用各站点间进出客流时空相关性,在运行时间约束下组织预测向量,以BP神经网络为函数表达给出目标站点客流的初步预测值。在此基础上,利用无迹变换卡尔曼滤波解决神经网络过学习造成的误差,以提高预测结果精度。最后选取实例验证算法的准确性,结果表明,该改进算法可有效提高预测精度,满足运营需求。     

面向一体化信号中继站的电池智能监控系统技术研究

为保证信号设备全天候正常运行，一体化信号中继站采用磷酸铁锂电池作为信号设备备用直流电源，磷酸铁锂电池组的自身电池管理系统，具备数据实时独立监测功能，但是无法与其他运维子系统进行联动监测，也无法实现电池运行状态的趋势预测和故障状态的预警，具有安全隐患。本文基于电池自身管理系统采集的数据，提出面向一体化信号中继站的电池智能监控系统，通过物联网技术将电池数据接入一体化信号中继站智能运维后台，与巡检、动环、消防等运维子系统数据共享和联动监测，从而做到一体化智能运维，同时建立电池数据库并研究基于大数据的故障诊断和趋势预测技术，能够实现电池运行状态的预测和故障状态的预警，提高一体化中继站应急响应水平和运维效率。     

城轨主动式牵引供电系统能量调度算法

为推动主动式供电中双向变流器的智能应用，针对其数学模型和调度控制策略展开了研究。利用满功率和恒电压模型分别模拟双向变流器的2种不同工况，并采用内外双层迭代算法进行潮流计算。当所有双向变流器处于恒电压模式时，提出以全网能耗最小为目标函数，求解牵引变电所输出电压的含等式和不等式约束的优化模型。当双向变流器中存在处于满功率模式时，提出抬升或降低相邻牵引所电压以分担功率的策略，从而降低双向变流器满功率持续时间。经实际地铁线路数据仿真，结果表明纯牵引能耗下降12.97%，满功率持续时间下降62.4%，提高了牵引系统能量利用率，减少了双向变流器出现限功的场景。     

基于线激光传感器的地铁接触网几何参数测量系统

为实现地铁接触网的几何参数测量，研发了一种基于线激光的几何参数测量系统。该系统通过传感器采集嵌入接触线的Π型汇流排二维轮廓图像，通过合理选取轮廓特征直接测量接触线磨损量和汇流排倾角，结合对比法和随动策略间接测量接触网的导高和拉出值。研究结果表明：相比于测量精度为1 mm的检测仪，所提测量系统测得的接触网导高和拉出值与其最大差值分别为2 mm和3 mm;所提测量系统的行进速度为3.5 km/h,满足地铁刚性接触网几何参数的静态测量需求。     

基于径向基神经网络的铁路客货运量预测研究

根据径向基神经网络具有分析非线性动态系统的混沌特性的特点,对铁路客货运发送量相关时间序列进行分析和研究,在Takens相空间重构的基础上,利用互信息方法求嵌入时延、伪邻域方法求嵌入维数;应用G-P方法和最大Lyapunov指数方法对铁路客货运量时间序列进行混沌识别;根据RBF神经网络的学习算法和辨识原理,对铁路客货运量预测流程进行分析。应用径向基神经网络对铁路客货运量自1999-01-01-2012-08-27共4 988 d的发送量为基础进行径向基神经网络预测;并对预测误差进行检验及对预测结果进行分析。研究结果表明：基于径向基神经网络预测值能很好地与实际值相吻合,因而在铁路客货运量相关时间序列中预测有广泛的实用价值。     

基于实测的地铁振动距离衰减预测参数修正方法

根据HJ 453—2018《环境影响评价技术导则城市轨道交通》,为提升振动环境影响评价的科学性，以西安地铁4号线为例，获得其由地铁运行产生的振动源强和振动环境影响实测值。在已运营地铁线路的区间隧道和地面布设监测点位，根据经验公式对地铁运营产生的振动环境影响进行预测。基于振动环境影响实测值与预测值的对比分析结果，通过回归分析获得地铁振动环境距离衰减预测的相关参数。研究结果表明：当地质条件为冲积、洪积平原区的冲积地层，线路条件为直线段整体道床与圆型隧道断面，列车类型为6节编组B型车，列车运行速度为65 km/h的工况条件下，振动源强为78.8 dB,环境振动影响实测值比预测值小约0.8～4.9 dB;距外轨中心线5～10 m范围内，振动环境影响实测衰减值比预测衰减值大约4.3 dB;由回归分析法获得的地铁振动距离衰减预测参数a=-6.458、b=-0.074、c=4.410。     

动车组列车制动系统Hammerstein模型的广义预测控制研究

鉴于动车组列车制动控制在运行和ATO中的重要性,以Hammerstein模型为基础,设计动车组列车制动系统的广义预测控制GPC器。把Hammerstein模型看作静态子系统和动态子系统的串联,动态子系统辨识为CARIMA模型,用思维进化算法MEA辨识由动态子系统纯延时环节和外界干扰造成的模型误差,设计基于MEA误差修正的GPC器,得出中间量。根据动车组列车制动特性对中间量进行约束化处理,使处理后的中间量和制动级位实现一一对应关系。对描述静态子系统的静态函数求逆,得到制动系统的制动级位。以CRH2型动车组为仿真对象,比较PID和GPC的控制效果,证明MEA修正误差的有效性,验证GPC器控制动车组列车制动系统的优越性。     

基于Saber仿真的电源车励磁调压系统改进设计

针对航空地面电源车现行励磁调压系统存在的动态响应速度较慢以及直流保障时输出电压不稳定等问题,提出在其励磁调压系统中加入直流电源控制与电压反馈组成双闭环控制系统的方案;针对所选用的电流滞环控制方案存在的开关频率不稳定及由此带来的输出电压谐波含量高、容易损坏功率开关管等问题,提出用变环宽恒频电流滞环控制方案,使系统在保持快速动态响应速度的同时,实现了开关频率的固定。仿真和实验结果验证了所提方案的可行性。     

面向车辆边缘计算的多目标任务卸载算法

为解决车联网动态环境下,计算和通信资源不足时的任务卸载问题,提出一种基于车辆边缘计算的多目标任务卸载算法。搭建车辆边缘计算中的通信模型和计算模型,考虑每个车辆应用的任务时延约束,设计了多目标优化目标函数,联合优化时延和能耗成本;引入交叉变异、非支配排序、拥挤度排序等技术,提出了多目标任务卸载算法。实验表明,相比于其他任务卸载算法,所提算法显著减少了处理任务的时间和能耗。     

一种改进多步预测的城轨混合储能系统控制算法

对于传统PI控制的城轨混合储能系统，存在着参数调节烦琐，列车启停工况响应滞后等问题，提出一种改进多步预测的城轨混合储能系统控制算法，采用多步预测电流控制环代替传统PI电流内环，规避单步预测存在预测误差缺陷的同时提升系统动态响应速度。针对预测电流算法中等效占空比非“0”即“1”导致电流纹波较大的问题，对最优开关时刻的电流波动范围进行实时计算，在线更新开关作用时间。在MATLAB/Simulink平台上搭建城轨列车混合储能系统模型，仿真结果表明，在列车加速与制动运行工况下网压恢复时间各自减小了0.543 s和0.644 s，超调量降低了5.98%和4.83%，并且电流纹波变化率明显改善，验证了所提策略的正确性和优越性。     

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。     

适用于地铁能量回馈装置的模型预测控制算法

针对成都地铁10号线能量回馈装置采用的共直流母线并联逆变器，为改善传统基于PI控制器的控制算法的动态性能，给出了一种固定开关频率的模型预测控制算法。该算法通过针对逆变器建立的数学模型得到电流预测值，并将电流预测值代入到评价函数，使评价函数的偏导数为零得到对应的最优调制函数。为了消除由两个逆变器参数的差异而导致的零序环流，给出了一种基于PI控制器的环流抑制方案，并基于MATLAB/Simulink对算法的可行性及性能进行验证。     

一种考虑山区路段牵引网电压波动及谐波治理的车载储能型解决方案

针对高速铁路山区路段列车运行特性导致的牵引网电压出现抬升与降落及网侧谐波含量较高易引起牵引网谐振过电压的问题,提出一种基于车载储能系统的解决方案.首先提出考虑牵引网电压波动的车载储能系统拓扑,并根据储能系统SOC及列车实时功率对储能系统的工作状态进行划分.其次研究山区路段列车行车致使牵引网电压波动的机理,在此基础上分析储能系统对牵引网电压的补偿原理.进一步研究了基于车载储能系统的牵引网谐波电流治理方案,并根据控制目标研究储能系统中四象限变流器及双向DC/DC的控制策略.通过多工况下仿真测试,验证了所提拓扑及控制策略在山区路段出现的因列车运行特性引起的牵引网电压波动及牵引网谐波电流引起谐振过电压的治理效果.仿真结果表明,本文所提方案能有效抑制因列车工况引起的山区路段牵引网电压波动,并改善牵引网侧谐波电流,抑制谐振过电压的发生.