基于频率响应与图像特征提取的动车组变压器绕组状态诊断方法研究

动车组变压器是保障高速铁路稳定运行的核心设备,频率响应法是目前检测变压器绕组状态的有效方法。为提升车载变压器绕组状态诊断的准确性,结合暂态信号与频率响应法提出基于频率响应与图像特征提取的动车组变压器绕组状态诊断方法。搭建试验车载变压器绕组故障模拟平台,获取不同故障类型和故障位置的频响曲线,利用类Gram矩阵结合幅频和相频曲线信息,再利用密度分层法转换为伪彩色图,提取对应的灰度共生矩阵和灰度差分矩阵特征值,根据鹈鹕优化支持向量机方法对绕组故障进行诊断。试验结果表明:车载变压器绕组故障发生时,伪彩色图能够反映出故障信息,有利于图像分析和特征提取,采用基于频率响应与图像特征提取的动车组变压器绕组状态诊断方法能够识别车载变压器绕组的典型故障类型和位置。

双制式列车接地系统的车-地联合牵引供电计算

为研究双制式列车在不同供电制式区段下的车体环流和车体—轴端电位分布,针对某型双制式列车构建列车接地系统的链式电路模型,并提出车-地一体化的交、直流区段联合牵引供电计算方法;同时,建立列车接地保护电阻优化模型,并分析2种列车接地系统配置方案.以国内某条双制式线路为算例进行仿真验证,研究结果表明:方案1相较方案2,列车的车体—轴端电位最大值降低36.58%~41.04%,车体环流最大值降低18.49%~22.97%;并且在方案1中,头尾车保护电阻设置为20 mΩ,可使列车的车体—轴端电位最大值为1.15 V,车体电流最大值为50.30 A,达到抑制车体—轴端电位的最优效果.该车-地一体化的交、直流区段联合牵引供电计算方法可适用于单一供电制式或者多供电制式列车接地系统的分析.

基于自适应阈值分割的动车组辅助供电系统单芯动力电缆故障定位方法研究

单芯动力电缆是动车组辅助供电系统能量传输通道之一,其故障后准确定位对检修具有重要意义。当前,电缆故障定位使用较为广泛的方法为时频域反射法,但在对反射信号进行时频分析过程中,产生的交叉项是制约定位准确度的重要原因。为此提出一种基于自适应阈值分割的Wigner-Ville变换方法:在70 m长的电缆样品中设置低阻、高阻、开路和短路四种缺陷故障样本,对时频域法检测到的信号使用Wigner-Ville变换进行时频分析,说明原始Wigner-Ville变换产生交叉项的原因,并据此提出基于自适应阈值分割的Wigner-Ville变换方法,解决交叉项干扰问题;将本文方法与当前交叉项抑制方法进行测试效果对比。结果表明:提出的基于自适应阈值分割的Wigner-Ville变换方法可以有效消除交叉项,且对于单个缺陷故障和多个缺陷的电缆均可适用;对于所设置的单个缺陷故障位置的定位误差均小于0.80%,对于双缺陷故障检测结果的定位误差小于0.40%,验证了本文方法的有效性。

基于潮流转移装置的混合储能接入牵引供电系统控制策略研究

采用单相工频交流制式的电气化铁路具有无污染、运输效率高的优点,但在现有的牵引供电系统中,负序和再生制动能量利用的问题较为突出。因此,文章提出了一种集成混合储能系统的潮流转移拓扑。文章分析了集成混合储能的潮流转移装置的拓扑结构,研究了削峰、填谷、再生制动和同相运行模式及其能量管理策略;为减少系统损耗,进一步提高系统再生制动能量利用率和削峰填谷的控制精度,文章提出了一种协调控制策略,并采用无源控制的非线性电流控制器提升变流器控制响应速度。仿真结果表明,该系统可以充分利用牵引供电系统的再生制动能量,提高系统中能量流动的灵活性,并且解决了牵引供电系统中的负序问题。

基于多电平滞环电流控制的牵引供电系统可控宽频带阻抗测量技术

精确获取牵引供电系统的宽频带阻抗特性,是分析车-网耦合系统的宽频带振荡问题的关键途径,对保障电气化铁路的安全稳定运行具有重要意义。目前的阻抗测量技术大多难以兼顾大功率与频带可控的测量要求,因此,该文提出一种基于多电平滞环电流控制的牵引供电系统可控宽频带阻抗测量技术,测量频带为10 Hz~5 kHz,可通过一次谐波扰动注入快速获取目标频带的系统阻抗,相比于传统的滞环电流控制方法,具有更低的开关频率,并且能有效避免死区效应,改善输出电流的波形,更适用于宽频信号的跟踪控制。最后,通过仿真和硬件在环实验验证了该测量技术的有效性。

考虑架构灵活重构的混合式贯通牵引供电装置应急管控与故障恢复策略

基于牵引变压器与两相交流输入至单相交流输出(两相-单相)变换单元的混合式贯通牵引供电系统(HATPSS)凭借其设备利用率高、改造成本低等优势而受到关注。然而,两相-单相变换单元作为系统中的薄弱环节,其任意端口故障会导致系统出现负序电流与功率缺失等问题,严重者将引发整个贯通系统失稳。此外,受HATPSS供电架构特殊性及其控制目标多样性的影响,传统牵引系统冗余备用方案与应急管控技术适用性差等问题突出。鉴于此,该文针对两相-单相变换单元的输入/输出端故障工况,综合考虑牵引站中既有设备应急管控潜能与两相-单相变换单元控制自由度的特点,分别提出面向HATPSS的应急管控与故障恢复策略。仅通过牵引变压器、联络开关、两相-单相变换单元等系统既有装置间的协同配合,实现在不同故障工况下HATPSS额定功率运行与负序电流抑制。最后,仿真与实验验证了在不同工况下该文所提应急管控策略的可行性与有效性。

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。

贯通同相供电系统建模及运行特性分析

贯通同相供电系统可以取消全线电分相,实现牵引网不间断供电,对贯通同相供电系统进行建模和运行特性分析能够为系统的设计和优化提供理论依据。构建同相牵引变电所模型;建立能够灵活模拟不同拓扑结构和不同运行状态的贯通同相供电系统的链式电路模型;针对模型高效求解和导线载流量校验需求,提出一种改进的导体电流间接求解方法;基于构建的模型对贯通同相供电系统在空载和负载工况下的运行特性进行分析。研究结果表明,三相电压不平衡度的计算值与理论值相等,验证了模型的正确性;与既有导体电流计算方法相比,改进的导体电流间接求解方法的计算精度无差异,计算时间缩短为原来的1/3;潮流计算能够充分反映贯通同相供电系统的穿越功率以及牵引网电压、电流等特性。

光储接入牵引供电系统应急供电方案下低频稳定性研究

“双碳”目标背景下,新能源较大规模接入牵引网可能成为铁路运输新趋势。为对意外失电的列车紧急牵引并打破铁路领域传统用能壁垒,实现铁路能源自给型低碳供电并与电网互为备用,各系统能量互联互通,首次提出一种应急供电方案灵活利用牵引网侧接入的光储装置牵引列车并对“光-储-车网”耦合系统的低频稳定性展开研究。首先,制定RPC双模式单相全桥逆变器的控制方法结合光储运行状态协调控制策略划分工作模态;然后,利用小信号及状态空间平均法建立光储、客车(CRH3型动车)以及投影到dq坐标系下铁路功率调节器直流侧阻抗模型;最后,利用所得“光-储-车网”3个子系统的导纳模型,引入一种适应多工况的无源判据,揭示控制器参数及多源对牵引供电系统电气稳定性的影响规律。研究结果表明:所提方案通过新能源及储能装置在昼夜多工况下均能长时持续稳定牵引列车,当新能源或电网供电出现意外二者可互补切换,故障条件下机车仍可受电稳定行走。此外,光储电压环比例增益对该系统阻抗匹配性稳定性有较强的电气敏感性,所建模型结合无源判据指导调参接入不同供电源补偿系统阻抗可治理部分失稳现象,该方案下储能系统具有良好的补偿特性。在Starsim半实物实验平台验证了“光-储-车网”耦合系统应急供电方案的可行性及稳定性研究的正确性。

高速列车过绝缘节轮轨间拉弧机理分析及抑制

随着高速铁路运营密度、运行速度和牵引功率的不断提升,车辆移动回流系统与轨道固定回流系统耦合复杂造成过绝缘节时绝缘节间拉弧频发,电弧侵蚀绝缘节,导致轨道电路串接、串码等故障,严重威胁行车安全。围绕高速列车过钢轨绝缘节时车轨间回流耦合引起的绝缘节间拉弧问题开展研究,解析轮对接近、跨接、驶离绝缘节时回流途径拓扑结构及阻抗的动态变化过程,基于牵引系统的实采阻抗参数构建“车-轨”移动接地系统三维等效电路模型,解析列车各轮对滚动过绝缘节各接地轮轴回流路径及大小的动态变化规律。基于系统实际结构参数构建“转向架-钢轨”3D多物理场耦合模型,揭示回流耦合作用下的轮轨燃弧动态演化规律,探明接地电流、钢轨端压等因素对绝缘节间拉弧的影响机制。同时提出一种新型绝缘节间拉弧抑制装置,仿真分析抑制效果。

计及稳压率和经济性的城轨直流牵引供电光储系统深度Q网络优化控制方法

光伏应用于直流牵引供电系统可提高新能源渗透率、降低系统能耗,但可再生能源出力的不确定性及列车负荷的强波动性增加了控制策略的寻优难度。针对该问题,提出一种基于深度强化学习的控制策略优化方法。该方法基于深度Q网络,将源-储-荷能量管理系统作为智能代理,通过光伏出力、储能荷电状态、牵引网压等外部状态训练代理,得到可实现系统经济可靠运行的优化策略。介绍源-储-荷综合系统的框架结构及传统控制策略,并对各设备进行外特性建模;对源-储-荷综合系统的能量管理问题开展马尔可夫决策过程建模,确立强化学习框架;根据某市域线路数据在MATLAB平台上进行仿真以验证所提方法的有效性。研究结果表明,所提方法通过动态调整储能电压阈值,可实现控制策略优化;通过与几种传统控制策略对比可知,所提方法在兼顾系统稳压水平与运行经济性方面占据优势;不同环境下的收敛效果对比体现了所提方法的可继承性,并在多组测试样本下验证了该方法的普适性。

电气化铁路含软横跨站场接触网故障定位系统

当电气化铁道多股道站场接触网发生短路故障时,牵引变电所故障测距装置不能确定故障所在站场股道,导致查找故障、排除故障时间过长,严重时会影响电气化铁路的安全可靠运行。以某电气化铁路含软横跨的典型站场接触网为研究对象,阐述了站场发生故障时的接触网关键节点电流分布情况。在此基础上,在站场接触网关键节点位置安装电压、电流采集单元,在牵引变电所配置站场接触网故障定位分析平台,实现含软横跨站场接触网故障区域和故障支路的定位。

高速铁路牵引变电所智能化建设方案研究

智能牵引变电所是智能牵引供电系统的核心,由智能化一次系统、广域保护测控系统和智能辅助系统构成。为提高目前在建高铁牵引供电系统智能化水平,探讨并提出了针对其牵引变电所的智能化改造方案。

智能牵引供电系统工程实践与发展思考

作为智能高速铁路的重要组成部分,智能牵引供电系统已在京沈、京张、浩吉、京雄、赣深等多个工程项目上进行了实践与应用,有力提高了牵引供电的安全保障水平。阐释智能牵引供电系统的顶层设计思路与技术特征;以京雄城际为例简述智能牵引供电系统的工程化实施方案,解读基于状态信息采集的设备状态分析方法、调度分区协同体系架构、融合历史数据的故障预警模型及其主要功能;从牵引供电设施、供电调度、供电运行检修管理角度,分析智能牵引供电系统较传统牵引供电系统的技术优势;从设备集成泛联、数据驱动提升供电可靠性、优化拓扑提升供电环保节能等方面,研究探索智能牵引供电系统的未来发展方向。

采用潮流控制器的贯通型牵引供电系统负序治理模型及控制策略

针对树形双边贯通牵引供电系统负序导致的电力系统侧公共连接点处三相电压不平衡问题,提出在树形双边贯通牵引供电系统中加装由降压变压器、潮流控制器(PFC)和控制器组成的补偿装置进行功率转移的负序补偿方案;在建立采用PFC的贯通型牵引供电系统拓扑结构和数学模型的基础上,设计合理的约束参数和控制策略,通过控制补偿装置改变电力系统侧功率分布,从而实现负序补偿;采用MATLAB/Simulink仿真试验平台,分析补偿装置所需容量随负序补偿程度的变化规律,并计算最小化负序补偿容量,对补偿方案进行验证。结果表明:基于功率转移的负序补偿方案能够灵活调节公共连接点处负序功率和无功功率含量;可将公共连接点处三相电压不平衡度的最大值降低至4%,95%统计值降低至2%,满足了国家标准,从而验证了基于功率转移负序补偿方案的有效性。

城轨直流牵引供电多回流路径耦合建模及回流安全参数动态分布

当前,城轨直流牵引供电系统回流安全已成为影响线路安全运行的关键问题之一。为研究多回流路径耦合对回流安全参数及周边关键金属工程的影响,该文提出多回流路径耦合情况下直流牵引供电系统动态仿真模型,构建多回流路径耦合矩阵,建立多回流路径耦合情况下多区间回流安全参数动态分布计算方法,实现回流安全参数动态分布规律分析。基于实际线路参数,分析了不同类型多回流路径耦合时钢轨电位和杂散电流分布规律。研究结果表明,该文所提出的方法可有效模拟多回流路径耦合情况下回流安全参数动态分布及对周边关键金属工程的影响;针对走行轨回流不畅及多回流路径耦合,分别提出并联电缆及单向导通控制的治理方法,并基于该文所建立的模型进行仿真分析,验证了其有效性。

基于改进雷达图法的接触网运行状态评估研究

针对传统接触网运行状态评估方法中隶属函数选取困难的问题,提出一种基于改进雷达图法的接触网运行状态评估模型。基于安全性能、平顺性能和受流性能3个方面,建立接触网运行状态评估指标体系;运用层次分析(Analytic Hierarchy Process, AHP)法和改进CRITIC(Criteria Importance Through Intercriteria Correlation)法确定各评估指标的主观权重和客观权重,通过博弈论组合赋权思想将主客观权重结合,从而建立组合权重;再根据组合权重确定各评估指标对应的圆心角并绘制出改进雷达图,提取其相应的特征量并构造评价函数,确定各状态等级的评估区间和评价对象的综合评估值,从而实现接触网运行状态的评估,并基于MATLAB的App Designer开发了该模型下接触网运行状态评估软件。利用某段接触网真实检测数据进行实例分析,研究结果表明,提出的评估方法具有有效性,可准确、定量、直观地展示接触网运行状态。与传统评估方法相比,该方法摆脱了对隶属函数的依赖并实现了评估指标数值与图形的结合,为接触网的运行状态评估提供了新方法。

轨道交通直流牵引供电系统线路测试回路短路试验案例分析

为研究在接地短路情况下,直流电流方向对线路测试回路的影响,该文通过详细介绍轨道交通牵引供电系统线路测试功能原理,并分析广州地铁1号线西塱站线路测试回路短路试验案例与接触器正反向电流试验,结果表明线路测试回路反向电流影响接触器内部电弧,造成燃弧时间长且容易烧损接触器,并且,电弧碰撞叠加导致接触器内部两对触点短接,即1 500 V母线短路。故线路测试回路必须正确接线且需完成短路测试以确保功能正常。

变电站防控二次雷击及地电位技术研究

雷电防护技术在电力系统中十分重要,供电系统的稳定运行对于社会的正常运转至关重要,但二次雷击和地电位反击等问题仍然存在,给供电系统带来了不稳定性和风险。为解决这些问题,对变电站防控二次雷击及地电位技术进行了研究,以提高焦煤集团供电系统的稳定性和可靠性。引入ALPS消散阵系统,通过实验和数据分析,验证了以消散阵系统ALPS Model D和ALPS Model T-C球形电离(极化)器为核心的解决方案的有效性,可以显著降低二次雷击和地电位反击对供电系统的影响,提高系统的安全性和可靠性。

基于分布式参数测距算法的城市轨道交通直流牵引供电系统故障识别研究

城市轨道交通发展为人们的便捷出行提供了保障,维护直流牵引供电系统是保障城市轨道交通发展的重要内容。基于直流牵引供电系统的故障特性进行分析,提出考虑分布式参数测距算法的贝瑞隆模型来对故障问题进行定位识别,并考虑到供电系统的回流特性进行了进一步分析。结果表明,该模型能有效识别故障信号,其识别相对误差和绝对误差都较小,且系统整体运行具有较高的精度和稳定性。