基于云-边协同的城轨牵引系统PHM技术研究

牵引系统作为轨道交通列车关键核心系统,其维护工作量大、检修成本高、产品老化带来的故障率升高等问题开始显现。国家发改委明确提出开发城市轨道交通主动检测与智能维护系统,深入推进轨道交通信息化、智能化发展,构建智慧运行与智慧服务体系。然而目前传统城轨牵引系统存在在途监测能力不足、检修项点针对性不强,全生命周期成本高、运行数据利用率低等问题,严重影响了轨道交通行业的信息化发展。本文提出以“牵引系统端+车载边缘处理终端+大数据云平台”相融合的云边协同的技术体系,引入到城轨牵引PHM边缘处理终端上面用来收集整车牵引系统数据,实现整车牵引系统数据预处理、分布式边缘计算分析、数据安全传输等任务,再结合云端强大的数据处理能力,实现牵引系统的在途监测、故障智能预警诊断与设备健康评估。该技术提高了车辆核心设备的智能化水平,提高了车辆可靠性和运维效率,降低了全寿命周期成本。

城轨牵引供电系统多尺度和多物理域建模仿真方法

城轨牵引供电系统实际运行涉及电、磁、热、力等多物理域耦合作用,以及多时间、空间尺度变化过程。然而,传统建模仿真方法尺度分离、机理单一,难以对系统的多尺度和多物理域状态进行统一描述及全面分析。因此,首先提出一种城轨牵引供电系统多尺度和多物理域建模仿真方法,采用Simscape平台和模块化、组件化、可视化建模思想,设计多尺度和多物理域的系统级建模框架;然后基于并行协同交互策略,提出一种模式自适应的多尺度仿真方法,实现多尺度模型之间的有机高效融合;接着基于分级多域反馈,提出系统级的多物理域仿真方法,保证多物理域模型的耦合交互仿真;最后基于仿真验证了所提出的多尺度和多物理域建模仿真方法的有效性,表明多尺度和多物理域模型能够统一描述系统在多个物理域下的宏观及微观特性,全面、充分地表征系统运行的实际物理过程。

基于制动能量回馈装置的城轨牵引供电系统谐波抑制方法

针对城市轨道牵引供电系统设置的制动能量回馈装置,本文提出了一种兼备配电网谐波电流治理能力的制动能量逆变回馈与谐波电流抑制方法;该方法能够灵活地实现有源滤波与制动能量回馈模式的切换,净化了牵引供电系统,提高了制动能量回馈装置的利用率。为了有效抑制牵引供电系统产生的谐波电流,本文对24脉波移相整流变压器组中不同序谐波电流的传递规律和基于矢量谐振控制器的电网侧谐波电流闭环控制方法进行了研究。Matlab/Simulink平台的仿真结果验证了所提控制方案的有效性和正确性。

城轨交流牵引供电系统接触网标称电压探讨

介绍城轨交流牵引供电系统的研究现状及设计条件,确定接触网标称电压的论证范围。从牵引供电系统电压损失计算方法适用性、接触网组成、钢轨电位、牵引网电压水平和最长供电距离5个方面对不同标称电压进行分析和对比,得出城轨交流牵引供电系统接触网标称电压宜选择6.0 k V。

城轨直流牵引系统短路故障早期检测研究

城轨直流牵引系统分布狭长密集,一旦发生故障,快速上升的电流和所产生的短路能量极易引起火灾事故,威胁列车安全运行和乘客人身安全。目前,直流短路检测研究存在短路故障特性研究不足且缺乏实验验证等问题。鉴于此,从电力电子换流器内部电路结构出发,分析换流器发生短路故障时,其内部暂态过程及其特性,并以此特性开发相应的直流牵引系统短路实验平台。引入Mallat快速小波算法,提出电压、电流双小波分解的直流短路故障早期检测方法,经实验验证表明,该方法不仅可区分正常工况直流暂态过程与短路故障,且可在短路故障发生300μs内实现有效的故障早期检测及辨识。对比传统直流馈线电流上升率及电流增量(DDL)保护法,该方法故障检测速度提高10余倍,检测故障时短路电流不足DDL方法的10%,可为早期检测后续的故障早期抑制与快速开断的深入研究奠定良好的技术前提与基础。

城轨交流牵引供电系统钢轨电位抑制方案

城轨交流牵引供电系统是基于35kV电缆,通常匹配较高等级的接触电压的一种交流牵引供电模式,因能够有效规避既有直流牵引供电系统杂散电流的危害,无需杂散电流的防护等功能优势,而在现代地铁、轻轨等城市轨道交通领域得到了广泛应用,但也存在钢轨电位过高的问题,为解决这一难题,文章将以城轨交流牵引供电系统的构成为研究基点,探究钢轨电位过高的影响因素,通过仿真分析得出最优的抑制方案。

基于数字孪生的城轨供电系统高保真建模方法

针对传统模型难以对具备时变特性的城轨牵引供电系统进行精准模拟的问题,总结分析了传统建模在预设负荷、固定参数及离线计算等方面的缺点,提出了一种基于数字孪生技术的模型与数据混合驱动建模方法;并结合城轨牵引供电系统实际特点,设计了数字孪生模型的运行架构及计算算法,建立信息交互体系对系统模型负荷进行精确输入,采用基于群智能优化的混合闭环校正算法实现模型参数的主动校正。理论分析及仿真结果表明:系统参数的全局优化校正可以通过基于群智能优化的闭环校正算法实现,采取子系统参数辨识和整体参数校正的混合校正策略有助于减小参数的寻优范围,降低群智能优化在系统参数校正的计算时间成本,保证模型对于参数变化的校正响应速度;具备负荷精确输入和参数主动校正能力的数字孪生模型,其潮流计算结果高度逼近采样数据,相比传统模型大幅提升了潮流计算的精度,对于牵引供电系统运行决策及设计优化具有实际意义。

城轨交流牵引变电所容量设计方法研究

为解决直流制式带来的迷流腐蚀和交流制式下难以突破的电分相问题,对城市轨道交通交流牵引供电技术做进一步的理论计算和仿真研究,根据实际应用中对城市轨道交通牵引供电系统的要求提出系统设计原则;基于电流分配定理和压损计算方法研究牵引变电所和系统变电所的位置和数量设计,并计算其安装容量;基于某实际线路情况设计其交流牵引供电方案,并对牵引变电所和系统变电所进行容量设计及仿真验证。

城轨交流3 kV牵引供电系统方案及其可靠性评估

城轨交流3 kV牵引供电系统为城轨交通提供了一种新的供电制式,对该系统进行可靠性评估具有重要工程价值。本文研究了无光伏接入和有光伏接入的城轨交流3 kV牵引供电系统方案,因光伏接入不会对城轨交流3 kV牵引供电系统的供电可靠性产生明显影响,两类方案可靠性基本相同。在基于GO法构建系统各部分可靠性评估模型的基础上计算系统整体可靠性,结果表明,采用电缆100%备用方式可显著提高牵引供电系统整体可靠性,接触网因无备用、可靠性低成为牵引供电系统中薄弱环节。

瞬态直接电流控制的脉冲整流器研究

以城市轨道牵引供电系统中网侧变流器为研究对象,通过单相两电平整流器数学模型,对瞬态直接电流控制原理进行分析,给出瞬态直接电流控制的脉冲整流器数学模型和控制方程,最后在Matlab/Simulink下建立仿真模型,仿真波形表明瞬态直接电流控制是一种有效的控制方式,可以提高交流侧功率因数,同时保证直流侧还有稳定的直流电压和动态响应。