基于RPC的光储接入牵引供电系统协调控制方法

为将光伏发电接入牵引供电系统进行有效利用,同时兼顾牵引供电系统电能质量改善及列车再生制动能量回收利用,提出了一种基于铁路功率调节器的光储系统接入牵引供电系统的协调控制方法.首先,搭建基于铁路功率调节器的光储系统接入牵引供电拓扑结构,并对其电能质量补偿机理进行理论分析;在此基础上,充分考虑光储系统的运行条件以及列车牵引、制动、空载或惰行工况,提出光储系统接入牵引供电的联合协调控制方法,实现了“光+储+荷”三者间的协调控制、牵引供电系统负序的动态补偿以及谐波的有效抑制;在RT-Lab实时仿真系统中建立了基于铁路功率调节器的光伏接入牵引供电系统仿真模型,并结合实际光照和牵引工况数据验证本文所提出的系统结构以及协调控制方法的有效性.结果表明:本文所提出的系统结构以及协调控制方法能够实现牵引供电系统中光储系统的有效接入,再生制动能量回收率提升至86.7%,功率因数提升6.4%,对谐波特别是高次谐波含有率有较大改善,满足光伏电能高效消纳及综合利用、电能质量动态综合补偿、再生制动能量回收多重需求.

计及光伏和储能接入的牵引供电系统能量管理策略

近年来,为实现电气化铁路“双碳”目标,多项铁路用能优化举措投入实施并取得一定成效,然而,单靠能耗优化治标不治本。为根治电气化铁路碳排放问题,在保证系统稳定运行的基础上,基于智能电网理念,提出计及光伏和储能接入的牵引供电系统能量管理策略。首先,构建计及光伏和储能接入的牵引供电系统;然后,基于电力市场电价及新能源出力,采用日前联合调控、日内滚动调节和实时优化控制铁路用能,并通过分层分级优化,打破各“源”端相对独立、各自为政的壁垒,实现多能互补;最后,通过共享储能模式,降低储能装置闲置率并提高新能源利用率。仿真结果表明,该能量管理策略可在保障系统运行稳定和安全的基础上有效地降低系统的运行成本,同时保持良好的电能质量。

基于GOOSE通信的城市轨道交通直流牵引供电系统双边联跳与自愈方案

[目的]城市轨道交通直流牵引供电系统的结构复杂且无备用,一旦故障将直接引发停车事故。针对传统牵引供电系统双边联跳方案在实际工程中暴露出的不足,以及直流牵引供电系统智能化程度较低的现状,需研究出利用智能化手段提高直流牵引供电系统双边联跳可靠性的方案。[方法]提出了一种基于GOOSE(面向通用对象的变电站事件)通信的直流牵引供电系统双边联跳与自愈方案。该方案在直流牵引供电系统内构建了GOOSE过程层通信网络,通过牵引变电所内及牵引变电所间各类信息的快速实时交换实现了直流牵引供电系统的双边联跳与自愈重构。对所提出的方案进行了实验室模拟与现场验证。[结果及结论]基于GOOSE通信的城市轨道交通直流牵引供电系统双边联跳与自愈方案具有更高的可靠性与实时性,且方案智能化程度较高,可进行推广应用。

计及光伏和储能接入的牵引供电系统日前调度

近年来,为实现电气化铁路“双碳”目标,多项铁路用能优化举措投入实施,但收效甚微.为进一步降低电气化铁路碳排放,改变其供能结构,将光伏和储能装置接入牵引供电系统.首先,构建复合牵引供电系统,并根据系统供能组成将其工况分类;其次,基于系统运行约束的轻重缓急设定优先级,并通过分层分级优化,实现不同运行工况下的系统最优状态;最后,通过合理优化变流器容量,实现系统运行性能和经济效益双赢下的最小碳排放.仿真结果表明,复合牵引供电系统保障系统稳定运行的同时,也大幅降低系统碳排放并实现性能最优.

基于馈线和电流的专用轨回流牵引供电系统接地故障保护

对于专用轨回流牵引供电系统,负极回流轨对地具有良好的绝缘特性,极大地限制了正极接地故障所产生的短路电流。由于负极母线电位下降、接地电阻较大等原因,现有的正极接地保护在实际应用中暴露出选择性差、灵敏度低等问题。本文通过对专用轨回流牵引供电系统短路电流以及负荷电流的潮流分析,提出以供电区间馈线和电流作为正极接地故障判断的特征量,并设计基于该故障特征量的保护方案,基于MATLAB/Simulink仿真系统,验证了该保护方案的有效性。

含分布式光伏接入的三相牵引供电系统电压协调控制方法

牵引供电系统中光伏并网逆变器普遍处于弱可控状态且缺乏多机间协调配合,为了使分布式光伏在实现牵引能耗优化的同时,主动参与牵引网电压调控,提出了用于三相牵引供电系统的电压协调控制策略。针对含光伏的新型三相牵引供电系统拓扑,分析了系统电压-有功和无功定量关系。结合分布式光伏无功裕度及协调关系,设计了3阶段分布式电压协调控制策略,根据电压灵敏度判定各节点补偿与削减优先度,实现了分布式光伏无功协调补偿及有功优化削减,达到牵引网电压主动控制。最后,通过对系统多工况下仿真,验证策略有效性。仿真结果表明,所提协调控制策略在三相牵引供电系统复杂的运行工况下,能够在兼顾光伏能量利用率的同时,增强系统电压调控能力,解决牵引网电压越限问题,并有效降低牵引网损耗。研究通过有效利用光伏支撑牵引网电压,为机车的安全、高效运行提供保障。

基于实测数据的牵引供电系统并联谐波谐振概率识别方法

当前,我国高速铁路电力机车广泛采用脉冲宽度调制的四象限变流器,在其性能改善的同时也带来了频带更宽的高次谐波问题,更易激发牵引供电系统谐波谐振。谐波谐振可能会引起过电压/过电流,严重时引发设备爆炸、保护误动等安全事故。因此,准确识别系统潜在的谐振频率具有重要意义。目前常用的频率扫描分析、谐振模态分析等方法依赖于系统拓扑和模型的精确性,而基于实测数据的传统识别方法的准确性受系统参数波动和背景谐波影响较大。为此,提出了一种基于实测数据的牵引供电系统并联谐振概率识别方法,以电压、电流波形的余弦相似度作为谐振预判条件以减少无效计算,并综合基波/谐波功率因数、系统谐波阻抗幅值等多层次谐振特征进行概率分析,克服了系统参数波动和背景谐波影响。仿真研究、实测数据分析与已有研究方法对比,表明所提方法在负荷波动性强、背景谐波较大时仍然适用,且识别的准确性更高,验证了该方法的有效性和可靠性。

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。

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。

广州地铁22号线交流牵引供电系统电磁干扰问题分析

[目的]当地铁线路正常运行时,由于钢轨对地不能做到完全绝缘,采用交流牵引供电系统的地铁会对邻近金属油气管道产生交流干扰。因此,有必要研究地铁交流牵引供电系统对外部电磁干扰的问题。[方法]以广州某金属油气管道与广州地铁22号线并行段为例,建立地铁隧道与金属油气管道耦合模型,对金属油气管道进行电磁干扰仿真分析;计算了与隧道呈不同夹角的油气管道各段的电磁感应电压、地电位和涂层耐受电压,分析了电磁干扰的主要影响因素。[结果及结论]交流牵引供电制式下,管道涂层实际承受电压为涂层内部金属管道表面的电压和外部土壤中的地电位的差值,地铁隧道在金属管道表面产生的感应电压幅值是土壤地电位幅值的10倍以上,金属油气管道受到的电磁干扰以管道与地铁的电磁感应电压为主;金属油气管道及地铁隧道并行段是产生电磁干扰的主要区段;增加回流线可以极大地降低金属油气管道的电磁感应电压,回流线的位置与数量对减少电磁干扰效果有极大的影响。

全并联AT牵引供电系统雷击故障测距多路径行波算法研究

针对AT变压器和并联结构导致行波传播路径复杂,行波波头性质难以有效识别和行波色散现象,线路频变参数特性导致波速不稳定的问题,提出一种基于多路径行波测距方法。基于上下行电流行波传播的差异性,利用电流相似度识别故障区段。探讨全并联AT牵引网结构对行波传播特性的影响,并对电流、电压行波传播路径进行标定。基于多路径电流、电压行波极性分析,筛选出用于故障测距的多路径行波,以推导出消去波速的测距方程。仿真表明:所提测距方法可以有效识别波头性质,且计算故障距离基本与波速无关,不受牵引网区段长度、结构影响。

电气化铁路牵引供电系统电压匹配关系优化

基于电力系统和牵引供电系统现行电压标准,分析电压匹配关系上存在问题和网压超标的危害,指出牵引所进线电压偏高、牵引变压器变比设置不合理和电力机车再生制动是造成网压超标的主要原因;通过对多个铁路局牵引所进线电源和牵引网电压的抽样监测,掌握牵引网整体电压水平状况,验证了网压超标的情况;根据电源系统情况和牵引所性质制定差异化的变压器设计方案,以提高经济性和运行安全性。

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。

城市轨道交通智能化牵引供电系统关键技术

随着城市化发展进程的持续加快,城市轨道交通作为便捷、高效的公共交通方式,对于缓解城市交通压力、提高出行效率起到了至关重要的作用。然而,随着客流量和运营里程的增加,传统牵引方式已无法满足安全、高效、节能的运营需求,在此背景下城市轨道交通智能化牵引应运而生。智能化牵引供电系统结合了先进的传感器、通信和控制技术,旨在提高供电的可靠性和效率,该系统能够实现精准的能源管理,降低能耗和运营成本,提高轨道交通的安全性能。

融通型牵引供电系统变压器负荷电流特性研究

铁路功率调节器RPC是一种电能质量补偿设备,采用该装置的融通型牵引供电系统供电结构能够实现能量互联,并为低碳供能提供新的可能性。为提高融通型牵引供电系统中牵引变压器供电的安全性和可靠性,提出一种综合考虑RPC不同容量的变压器最大负荷计算方法。基于系统拓扑结构分析RPC接入后牵引变压器负荷电流特性,得出精确计算最大负荷电流的必要性,并结合RPC不同容量下的补偿度推导变压器低压侧最大负荷电流的计算式,最后仿真验证计算式的正确性。

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。

基于改进秃鹰算法的牵引供电系统储能容量配置方法

牵引供电系统的储能容量配置是一个复杂的非线性多目标优化问题。为实现在良好节能率和稳压率的前提下降低储能容量,提出一种改进秃鹰算法。首先,建立牵引供电系统的潮流仿真模型。然后,利用改进秃鹰算法对储能容量配置问题进行改造。最后,构建多目标函数并计算最优储能容量。算例分析证实,改进秃鹰算法不仅具备比传统遗传算法和秃鹰算法更好的收敛性和稳定性,而且在改进秃鹰算法的最优配置容量下牵引供电系统的综合性能表现更好。

含双向变流装置的城市轨道交通牵引供电系统研究进展

[目的]我国城市轨道交通线路传统的牵引供电系统大多采用二极管整流机组,该方式存在电能只能单向流动、再生制动能量无法回馈到供电系统等问题。可有效解决此问题的基于IGBT(绝缘栅双极型晶体管)的双向变流装置已研制成功,并有应用案例。为了促进双向变流技术的进一步发展,需了解双向变流装置的研究进展。[方法]阐述了双向变流装置特点,整流/逆变双向变流技术概要及双向变流能量综合管理系统构架。分析了双向变流装置在国内外的应用现状,阐述了2个电压控制策略(恒压控制策略、下垂控制策略)的直流电压、电流输出外特性。介绍了既有的潮流计算算法,探讨了含双向变流装置的城市轨道牵引供电系统的算法要求。[结果及结论]双向变流装置在城市轨道交通供电系统中的成功应用,实现了列车的再生制动能量回馈,提高了整个供电系统的运行效率。

基于机会约束规划的含电动汽车市域铁路牵引供电系统优化运行

市域铁路为市区和郊区提供了便捷通道,沿线车站不仅可实现电动汽车停车换乘,也为电动汽车接入铁路牵引供电系统提供了友好接口。为了提升列车再生制动能量利用率,降低市域铁路运营成本,本文提出了一种含电动汽车的同相牵引供电系统优化运行模型,以牵引变电所日电费成本最低为目标,优化电动汽车和超级电容的充放电策略、牵引变电所功率调控策略。为应对电动汽车到达时间、离开时间和初始荷电状态的不确定性,使用机会约束规划,利用概率约束代替传统确定约束,保证电动汽车充电方案满足驾驶要求的置信水平高于预定的置信水平。使用样本均值法将机会约束转换为确定性约束,得到混合整数线性规划模型,然后采用CPLEX求解器求解。仿真分析表明,提出的模型可以有效降低牵引变电所日电费20.37%,体现出了电动汽车在参与牵引供电系统负荷调节中具有良好的灵活性,有效提高了系统的运行经济性。

城市轨道交通牵引供电系统直流快速断路器开断及灭弧分析

[目的]直流灭弧技术是城市轨道交通牵引供电系统的设计难点之一,因此有必要对主要直流快速断路器的直流开断及灭弧原理进行分析。[方法]介绍了直流电流开断及电弧熄灭原理;介绍了直流电流的稳定燃烧点及熄灭条件;分析了直流电弧的开断参数,介绍了直流快速断路器的灭弧设计原理;分析了地铁供电系统直流快速断路器易烧损的原因。[结果及结论]要开断直流电弧,需产生一个高于电源电压的电弧电压,即加大电弧电压能够熄灭直流电弧;直流快速断路器的开断过程要综合考虑燃弧时间和系统过电压因素;在直流断路器设计研发时,需重点关注非稳定弧电压和小电流开断弧电压;在电弧熄灭时,设置一个额外的RC(电阻电容电路)吹弧线圈,同时结合灭弧室金属格栅设计,可以稳定燃弧电压。