Research on the longitudinal protection of a through-type cophase traction direct power supply system based on the empirical wavelet transform

This paper proposes a longitudinal protection scheme utilizing empirical wavelet transform(EWT)for a through-type cophase traction direct power supply system,where both sides of a traction network line exhibit a distinctive boundary structure.This approach capitalizes on the boundary’s capacity to attenuate the high-frequency component of fault signals,resulting in a variation in the high-frequency transient energy ratio when faults occur inside or outside the line.During internal line faults,the high-frequency transient energy at the checkpoints located at both ends surpasses that of its neighboring lines.Conversely,for faults external to the line,the energy is lower compared to adjacent lines.EWT is employed to decompose the collected fault current signals,allowing access to the high-frequency transient energy.The longitudinal protection for the traction network line is established based on disparities between both ends of the traction network line and the high-frequency transient energy on either side of the boundary.Moreover,simulation verification through experimental results demonstrates the effectiveness of the proposed protection scheme across various initial fault angles,distances to faults,and fault transition resistances.

Scheme of long distance power supply for electrified railway traction network based on traction cable

Purpose–The traction cable is paralleled with the existing traction network of electrified railway through transverse connecting line to form the scheme of long distance power supply for the traction network.This paper aims to study the scheme composition and power supply distance(PSD)of the scheme.Design/methodology/approach–Based on the structure of parallel traction network(referred to as“cable traction network(CTN)”),the power supply modes(PSMs)are divided into cableþdirect PSM and cableþautotransformer(AT)PSM(including Japanese mode,French mode and new mode).Taking cableþJapanese AT PSM as an example,the scheme of long distance power supply for CTN under the PSMs of co-phase and out-of-phase power supply are designed.On the basis of establishing the equivalent circuit model and the chain circuit model of CTN,taking the train working voltage as the constraint condition,and based on the power flow calculation of multiple train loads,the calculation formula and process for determining the PSD of CTN are given.The impedance and PSD of CTN under the cableþAT PSM are simulated and analyzed,and a certain line is taken as an example to compare the scheme design.Findings–Results show that the equivalent impedance of CTN under the cableþAT PSM is smaller,and the PSD is about 2.5 times of that under the AT PSM,which can effectively increase the PSD and the flexibility of external power supply location.Originality/value–The research content can effectively improve the PSD of traction power supply system and has important reference value for the engineering application of the scheme.

Comparison of Three Modes of AT-fed Traction Power Networks

The features of three modes of AT-fed traction power networks (TPNs) have been briefly described in the existing literature, which is not adequate yet. In this paper, these three modes of TPNs are compared mainly on TPN capacity, transformer capacity, rail potential and voltage level, etc., and conclusions are drawn.

Improved fault location method for AT traction power network based on EMU load test

The autotransformer(AT)neutral current ratio method is widely used for fault location in the AT traction power network.With the development of high-speed electrified railways,a large number of data show that the relation between the AT neutral current ratio and the distance from the beginning of the fault AT section to the fault point(Q-L relation)is mostly nonlinear.Therefore,the linear Q-L relation in the traditional fault location method always leads to large errors.To solve this problem,a large number of load-related current data that can be used to describe the Q-L relation are obtained through the load test of the electric multiple unit(EMU).Thus,an improved fault location method based on the back propagation(BP)neural network is proposed in this paper.On this basis,a comparison between the improved method and the traditional method shows that the maximum absolute error and the average absolute error of the improved method are 0.651 km and 0.334 km lower than those of the traditional method,respectively,which demonstrates that the improved method can effectively eliminate the influence of nonlinear factors and greatly improve the accuracy of fault location for the AT traction power network.Finally,combined with a shortcircuit test,the accuracy of the improved method is verified.

基于灰色神经网络的地铁牵引用电预测模型

[目的]为了提高列车运行效率,需对地铁牵引能耗进行监测,并建立相关能耗模型对地铁牵引能耗进行预测分析。[方法]介绍了灰色预测模型和BP(反向传播)神经网络的基本原理;以天津某典型地铁车站2021年6月的牵引日用电量数据为例,采用灰色关联分析法筛选出与地铁牵引日用电量关联度大的影响因素,基于GM(1,1)灰色预测模型预测出短期牵引日用电量;将所筛选出的关联度大的影响因素、GM(1,1)灰色预测模型预测的短期牵引日用电量及相邻历史牵引日用电量数据,作为BP神经网络模型中的输入量进行训练,建立GM-BP灰色神经网络模型,并生成所需短期地铁牵引日用电量预测数据。[结果及结论]与传统GM(1,1)灰色预测模型和BP神经网络模型相比,通过GM-BP灰色神经网络模型预测的短期牵引日用电量预测误差有明显的改善,能够作为有效的地铁牵引能耗数据进行短期预测数据分析。

干式车载牵引变压器绕组区域动态温度计算模型

干式车载牵引变压器质量轻、安全系数高,但其内部热场随运行环境及负荷状态频繁波动。为实现干式车载牵引变压器绕组动态温度的快速计算,基于热电类比原理搭建分布式动态热网络拓扑结构,并借助CFD模型开展仿真试验,探究运行参数和风道尺寸对散热性能的影响,提出风道出口温度计算方法;基于干式车载牵引变压器绕组温升试验平台,验证动态温度计算模型的有效性。结果表明:针对不同结构参数和时变运行场景,所建绕组动态温度计算模型均能准确获取绕组区域温度分布及动态变化情况,相比CFD数值仿真节省99%以上的时间成本,有助于干式车载牵引变压器热容量的合理规划和设计效率的进一步提高。

基于光纤传感的铁路牵引网故障自动识别技术

由于现有的铁路牵引网故障识别方法在识别过程中易受到周围环境影响,故障识别准确率较低,因此,提出基于分布式光纤传感的铁路牵引网故障自动识别方法。构建3种牵引网故障自动识别规则,通过自动识别规则,使用分布式光纤传感对故障特征进行提取;使用变量分析对故障损伤数据进行处理,筛选符合传输的故障损伤数据进行传输,计算故障损伤数据,运用网络拓扑结构对故障特征信息进行传输;通过融合层次的诊断,进行数据的融合,得到诊断结果,实现基于分布式光纤传感的铁路牵引网故障自动识别。

基于光纤传感的铁路牵引网故障自动识别方法

由于现有的铁路牵引网故障识别方法在识别过程中易受到周围环境影响,故障识别准确率较低,因此,提出基于分布式光纤传感的铁路牵引网故障自动识别方法。构建三种牵引网故障自动识别规则,通过自动识别规则,使用分布式光纤传感对故障特征进行提取;使用变量分析对故障损伤数据进行处理,筛选符合传输的故障损伤数据进行传输,计算故障损伤数据,运用网络拓扑结构对故障特征信息进行传输;通过融合层次的诊断,进行数据的融合,得到诊断结果,实现基于分布式光纤传感的铁路牵引网故障自动识别。搭建仿真模拟模型进行实验,通过实验结果表明:在10种不同的故障类型条件下,本文设计方法在对牵引网故障损伤自动识别中,准确率最高可达到93.35%,故障识别效果较好,可满足对铁路牵引网故障自动准确识别的需求,具有一定的实际应用价值。

基于多导体回路法的AT供电方式长回路电容计算方法研究

提出了一种基于多导体回路法以接触网和正馈线为传输导体的电气化铁路AT供电方式牵引网长回路电容计算方法。该方法以与电荷唯一对应的回路为基本单元,对复杂多导体传输线系统开展电场描述,实现了AT供电方式牵引网长回路电容的精确计算。

基于ZYNQ的动车组牵引网电能质量监测装置

针对动车组运营时牵引网的电能质量问题,文中基于ZYNQ平台设计了一种适用于动车组的牵引网电能质量监测装置。选用ZYNQ-7000系列的XC7Z045芯片作为装置主控芯片,采用模块设计,主要包括信号采集模块、信号处理模块和数据传输模块。信号采集模块使用AD9251芯片实现对电压电流原始数据的同步高速采集;信号处理模块利用主控芯片中内含的双核ARM Cortex-A9构成的PS以及FPGA构成的PL实现数据的高速处理;数据传输模块利用以太网芯片和网络变压器构建千兆网络电路实现数据的高速传输。实验结果证明:该装置性能稳定、计算精度高,各项参数计算误差在0.5%之内,满足动车组牵引网的电能质量监测需求。

双边供电下的钢轨电位影响因素及抑制措施分析

双边供电方式能够实现长距离无分相贯通供电,与单边供电方式相比系统牵引回流特性有差异,进而将导致钢轨电位分布不同,故需对双边供电方式下的钢轨电位进行研究。基于双边供电复线牵引网模型,推导了系统钢轨电位及轨中电流计算过程,通过分析钢轨电位的影响因素提出双边供电复线牵引网钢轨电位的抑制措施。研究结果表明:单边供电与双边供电取流点附近的钢轨电位基本一致,但双边供电方式下会在牵引变电所处造成更低的钢轨电位。双边供电方式下,钢轨电位在机车取流处达到最大值,取流点两侧钢轨电位逐渐减小,当上下行机车位置关于相邻变电所区间中点对称时,该区间内钢轨电位分布几乎一致,机车越靠近相邻变电所区间中点钢轨电位越大,列车运行组织应尽量避免机车在靠近两相邻变电所区间中点会车。轨地过渡电阻3Ω·km增大到15Ω·km时,钢轨电位最大值从52.49 V增大到109.01 V,增幅为107.68%,可通过降阻达到钢轨电位抑制效果。土壤电阻率从10Ω·m增加到200Ω·m时,牵引变电所处的钢轨电位从10.82 V增加到36.74 V,增幅为239.56%。钢轨电位分析与治理需充分考虑线路周围土壤条件。增设贯通地线后,机车取流处钢轨电位迅速降低,抑制钢轨电位效果显著。

基于卷积神经网络的牵引电机定子绕组匝间短路故障诊断

为实现牵引电机定子绕组匝间短路故障诊断,提出一种基于一维卷积神经网络(one-dimensional convolutional neural network, 1D-CNN)的故障诊断方法。首先对电机健康状态、不同相发生匝间短路故障及不同故障严重程度下的定子电流进行三层小波分解,得到小波分解高频系数和低频系数;求取小波分解系数的二范数,作为电机电流的特征;设计并训练1D-CNN,将训练好的1D-CNN作为分类器,实现牵引电机定子绕组匝间短路故障“端到端”的智能诊断。设计并搭建异步电机定子绕组匝间短路故障诊断实验平台。实验结果表明:所提方法可以准确有效诊断出轻微的匝间短路故障。在闭环控制下,电机发生1匝短路故障时,诊断正确率达到90.5%,并能够有效区分故障相。

基于TS-DBN的地铁牵引系统可靠性分析

论文提出一种结合连续时间T-S动态故障树和贝叶斯网络(TS-DBN)的可靠性评估方法来模拟实际运营过程中牵引系统的动静态失效行为。首先,构建基于牵引系统单元结构的故障树模型;然后,通过应用T-S动态门的时序规则,给出T-S门的逻辑定义,进而计算子节点后验概率及重要度参数;将敏感节点进行排序,建立系统连续时间状态下的稳定度函数数学模型。该方法能够直观地反映牵引系统结构单元的敏感薄弱环节,可以为后续维修策略优化提供理论参考。

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。

基于深度学习与改进负荷行为关联图的农业用户非侵入式负荷分解方法

目前负荷分解模型大都面向城市用户,忽视了农业用电场景下的负荷关联特性,导致现有负荷分解模型在该场景下的分解效果较差,本文提出了一种基于深度学习与改进负荷行为关联图的农业用户非侵入式负荷分解方法。该方法首先采用One-hot编码构建包含离散和连续影响因素的负荷特征矩阵;其次,运用负荷行为关联图来表征用户不同负荷设备间关联关系,并采用图注意力网络对负荷间相关性进行权重优化;最后,构建基于卷积神经网络和长短时记忆网络的农业用户负荷分解模型并进行训练部署。仿真结果显示,本文所提出的基于深度学习与改进负荷行为关联图的农业用户非侵入式负荷分解方法相比现有方法分别获得4.34%和2.02%的负荷分解精度提升,并更加适用于农业用电场景。

计及车载储能的牵引网有功协调运行与网压波动抑制策略

针对机车在起动、制动过程中对牵引网网压造成冲击引起网压不稳定的问题,首先提出计及线路电阻值参数受地理气候参数影响的牵引网最优潮流计算方法;其次,在车载超级电容电力机车的框架内提出网压波动抑制策略;最后通过算例仿真,分析3种极端地理气象情景下供电范围内的机车端网压分布。结果表明,牵引网沿线地理气候参数对机车端网压影响不可忽略,并在这个基础上进一步运用所提策略进行算例分析。研究结果表明:所提策略可在有限的储能容量下对牵引网机车网压波动进行较好抑制,在供电范围内可避免机车端网压超过或低于牵引变流器允许网压范围,避免牵引封锁,提高机车运行的可靠性。

基于动车组负荷电流特征的电流增量保护改进方案

电流增量保护由于整定值过高可能在牵引网发生高阻接地故障时拒动,受动车组负荷特殊工况和牵引网结构的影响可能误动作。为了分析电流增量保护拒动和误动的原因,有效辨识高阻接地故障电流和动车组负荷电流,在高速铁路牵引变电所馈线和动车组上进行电流录波测试,分析牵引变电所馈线电流和单列动车组负荷电流的电流增量和高次谐波增量特征及其形成原因,提出一种带高次谐波增量闭锁的电流增量保护改进方案,并对电流增量整定值和高次谐波增量闭锁整定值提出建议。基于现场高阻接地故障录波和动车组负荷测试电流波形分析以及基于MATLAB/Simulink的含动车组的牵引供电系统建模仿真分析,验证了所提改进方案在动车组负荷与高阻接地故障辨识方面的有效性。

城市轨道交通车辆全寿命周期成本研究

车辆是城市轨道交通工程中的核心组成部分,通过全面分析车辆的购置、运营、维修和废弃等方面的成本,实现车辆成本的最小化和精细化管理,具有巨大的经济效益和社会效益。文章对轨道交通车辆全寿命周期各个阶段成本进行分解,建立全寿命周期成本(Life Cycle Cost,LCC)模型,针对轨道车辆项目成本中故障维修费用的复杂性,文章以车辆牵引系统为例,基于国内某地铁公司部分车型牵引系统维修数据,运用BP神经网络对轨道车辆牵引系统纠正性维修费用进行估算和预测。

城市轨道交通贯通供电方式牵引网分段供电方案及故障辨识方法

[目的]城市轨道交通线路采用贯通供电方式时,因牵引网结构复杂且无备用,牵引网发生故障时可能会扩大停电范围,为此需要对牵引网的分段供电方案进行优化。[方法]提出了一种适用于贯通供电方式的牵引网分段供电方案。基于牵引网分段供电拓扑特征,结合车-网耦合特性,提出了分段故障、过渡段故障的辨识方法。对牵引网分段短路和过渡区短路2个故障场景的控制方案进行了分析,描述了这2个故障场景下牵引网的自愈流程,并制定了这2个故障场景对应的断路器控制方案。以广州地铁18号线牵引供电系统为例,通过MATLAB/Simulink软件仿真,验证了所提分段供电方案及故障辨识方法的正确性和可靠性。[结果及结论]该方法可有效辨识故障区段。牵引网故障断路器控制方案可为分段和过渡区提供可靠的主保护,可保证广州地铁18号线牵引供电系统稳定、高效运行。

基于电流行波高频能量比值的全并联AT牵引网单端故障定位方法

针对现有全并联AT牵引网单端故障定位方法存在故障区段识别灵敏度低、行波第二波头易受故障点折反射影响的问题,提出了一种基于电流行波高频能量比值的全并联AT牵引网单端故障定位方法。首先,分析了自耦变压器绕组对地电容对高频分量的衰减特性,论证了相邻线路故障电流行波高频能量幅值的差异性,构建了能量比值差异度判据,利用差异度实现了故障区段定位。然后,分析了行波在全并联AT牵引网故障区段内的传播特性,揭示了反向量电流对端母线行波具有明显的故障突变奇异性。最后,提出了基于反向量电流行波的故障定位方法,通过准确标定行波初始波头、第二波头的到达时间,实现了故障的精确定位。仿真结果表明,所提方法在噪声环境下能准确辨识弱故障特征,提高了全并联AT牵引网故障定位的精确性。