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.      

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.      

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.     

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.      

新型电缆贯通供电系统载流机制

新型电缆贯通供电系统能够取消电分相环节,延长供电距离,并有效治理电气化铁路中的电能质量问题. 但电缆牵引网（cable traction network, CTN）包含不同的电压等级,基波电流要首先经过牵引网的各个环节,最终汇聚到列车负载;而列车发射的谐波电流要经过两级渗透,最终返送到公用电网. 为研究电缆贯通供电系统的载流机制,针对CTN的特殊拓扑结构,根据双口网络分析方法,建立了车网耦合系统等值电路;分析了CTN中的电流传输规律;利用仿真模型,研究了CTN中的谐波电流分布与中心变电所（main substation, MSS）的谐波电流含量. 研究结果表明:当系统内有8个短回路时,单车工况下,基波电流主要在列车所在的单侧供电区间传输;机车电流与MSS电流之比小于4 （牵引变压器变比）;MSS谐波电流含量较列车处最多降低了43.5%.      

郑州地铁车辆段及出入段线直流牵引供电系统的技术研究

本文通过对郑州地铁车辆段及出入段线牵引供电系统设计原则的分析,同时结合运营过程中可能发生的情况,通过设计案例从供电系统可靠性及正线支援场段供电时效性上研究,提出地铁车辆段出入段线牵引供电系统的优化方案,为郑州地铁后续线路提供设计参考。     

新型电缆贯通供电系统的保护方案

为解决新型电缆贯通供电系统的接触网和牵引电缆使用现有分段保护方案会误动作的问题,研究负荷电流对接触网电流纵差保护的作用机理,提出接触网采用故障分量电流纵差保护方案;并利用相量法分析空载情况下电容电流对牵引电缆现有保护方案的影响,通过在每个分段回路牵引电缆的首、末两端空载时并联电抗器,及负载时切除电抗器,实现电流纵差的保护.研究结果表明：接触网中的负荷电流由两侧牵引变压器一起供给是引起接触网电流纵差保护误动作的原因,而提出的采用故障分量电流构成的接触网短路保护不受双边供电下正常负荷电流的影响;空载情况下,电容电流会使牵引电缆末端电流较首端电流的幅值和相角发生变化,导致保护误动作,提出的牵引电缆首末两端并联电抗器的方法可以解决这个问题.     

交流电气化铁路牵引电缆供电分析

为了实现交流电气化铁路牵引电缆供电,采用双芯电缆电磁感应原理和Carson原理,研究了电缆与接触线分流系数,分析了电缆的波阻抗和自然功率,并将电缆牵引供电的能力与自耦变压器供电进行比较.结果表明:当电缆截面积大于240 mm2时,电缆分担电流是接触线的3倍以上,表明电缆供电能力是自耦变压器供电能力的1.13~1.34倍.仿真结果表明,当供电臂延长至100 km时,线路电压质量仍能得到保证.      

线路测试及自动重合闸原理

在城市轨道交通直流牵引供电系统中,牵引所的直流馈线开关柜一般均带有线路测试及自动重合闸装置.此装置在每日晚间停止运营将直流快速断路器(下面简称HSCB)跳闸后,在次日凌晨HSCB合闸送电前,可以对接触网线路正常与否先作一番测试,若有异常情况早发现可及时处理;由于车辆牵引电气设备的偶发故障及户外接触网因意外原因接地造成短路,致使HSCB跳闸,为防止在接触网存在短路情况下,因盲目性合闸有可能造成故障扩大,或HSCB主触头烧损,或整流器元件损坏等情况的发生,在HSCB跳闸后能通过先自动判别故障性质,再确定是否自动重合--是过载或瞬时性的短路故障己消失允许重合,若短路故障未消除则不重合.     

基于有源滤波器和斯科特变压器的同相牵引供电系统

提出了一种采用斯科特变压器和平衡变换装置的铁道牵引供电系统同相供电方案。平衡变换装置由两个电压型单相有源滤波器构成，用以补偿负载的无功和谐波电流，以及变压器两副边绕组的不平衡电流。无论负载实际的特性如何，经过变换之后在变压器的输入侧都表现为三相对称的纯阻性负载。文中分析了系统的结构和工作过程，提出了单相有源滤波器的状态优化控制方法。以一列满载运行的机车为对象，进行了供电系统的软件仿真研究，仿真结果证实了该系统的正确性。     

城市轨道交通牵引变电所继电保护可靠性评估

为了掌握城市轨道交通牵引变电所继电保护可靠性,寻找继电保护系统薄弱环节,为故障排查提供指导,进行城市轨道交通牵引变电所继电保护可靠性评估研究. 首先针对城市轨道交通牵引变电所继电保护系统特点,确定可靠性指标;其次根据系统构成及其故障模式,建立继电保护装置故障树模型以及不同配置方案的保护系统故障树模型;最后考虑微机自检功能,基于马尔科夫理论及蒙特卡洛方法,仿真计算城市轨道交通牵引变电所继电保护可靠性指标. 研究结果表明:方法能够获取丰富的可靠性指标,进行牵引变电所继电保护可靠性评估,从而识别系统薄弱环节;自检率为0.9时,继电保护装置误动故障概率占装置故障概率比例高出拒动故障17.93%,装置误动及拒动自检成功率分别为86.09%与74.37%,保护装置可用度为99.88%;后备保护能够降低保护系统拒动概率,但由其误动造成的保护系统误动占比30%～50%,因此,在选用保护配置时需要考虑保护误动风险影响.      

基于Nash平衡的轨道交通列车牵引计算

列车牵引计算是整个城市轨道交通的重要组成部分.就城市轨道交通的牵引计算提出牵引计算的仿真模型,对城市轨道交通的列车运行进行基于Nash平衡的轨道交通研究,着重讨论城市轨道列车在多目标条件下实现多牵引力的列车运行问题,并进行相关的计算研究,可较好地实现在整个列车运行过程中牵引过程的模拟.     

无线电能传输技术及其在轨道交通中研究进展

用新型无线电能传输技术(wireless power transfer, WPT)为轨道交通供电能够降低牵引供电系统维护成本,提高安全性,是未来重点发展的新型牵引供电技术之一.首先阐述了辐射式、电场耦合式及电磁耦合式三种主要WPT技术的特点,并重点介绍了电磁耦合式WPT技术在轨道交通中应用原理.回顾了国内、外轨道交通WPT技术的研究现状,指出大功率高频逆变器、分段供电技术、电磁耦合机构设计、系统优化和控制、谐振频率稳定控制是WPT技术在轨道交通应用中的几大关键技术及关键问题,并对以上关键技术的现有研究成果进行了总结和分析.分析表明,当前对轨道交通WPT技术的研究应集中在研制大功率高频谐振逆变电源、分段供电技术及系统优化方面,对轨道交通WPT技术传输功率及效率的提高、系统稳定性的提升及工程应用可行性具有重要意义.      

计及逆变回馈装置间歇工作制的城轨供电计算

逆变回馈装置在实际运行中采用间歇工作制,当采用供电计算确定逆变回馈装置的选址和容量设计时,必须考虑逆变回馈装置的工作特性模型.为此,提出了一种考虑逆变回馈装置间歇工作制的城市轨道交直流供电计算算法.该算法基于逆变回馈装置的功率提出了逆变回馈装置负荷过程的动态调整策略,并实现其状态切换;从主变电所统计整条线路的全日能耗,...     

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.      

城市交通拥堵和轨道交通

我国城市交通拥堵之严重,已成为建设我国和谐城市目标的最强不和谐音符之一。城市交通拥堵说到底是城市交通需求和交通供给矛盾的产物。面对城市汽车保有量急剧提高的汹涌来势,又好又快地发展城市公共交通,特别是大力建设以地铁为主的高速大流量轨道交通已成为普遍的共识。“十一五”以后,我国的特大城市,如北京、上海、广州等的轨道交通网将基本形成,公共交通的比例将明显提高,     

基于灰色关联度的轨道交通能耗影响因素分析

轨道交通节能潜力较大. 本文在分析行业统计数据的基础上,利用灰色相关度分析法对轨道交通系统中的城市轨道交通、客运专线以及客货共线铁路的能耗组成以及各主要影响因素的影响重要度进行定量分析. 结合行业统计数据,确定分析指标并得出分析结果. 研究认为：轨道交通总能耗构成分为机车运行牵引能耗和车站设施能耗两部分. 机车运行牵引能耗的大小对决定客货共线铁路和客运专线铁路的能耗起较大作用;而对城市轨道交通系统能耗而言,两个因素的重要度相差不大. 不同因素对轨道交通能耗的影响重要度存在差异.