The Analysis of Bilateral Power Supply for AC Electrified Railway

In China, the unilateral power supply has been used in AC electrified railway, which depends on the management mode of power system. For better economic and technical indexes, all-parallel AT traction system is widely used in passenger dedicated line. In this paper, the equivalent circuit model of unilateral power supply and bilateral power supply is investigated, and based on this model, the difference between unilateral power supply impedance and bilateral power supply impedance is discussed.

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。

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。

轨道交通车辆段双流制牵引供电系统在交直流切换供电方式下的电磁场分析

[目的]交直流双流制牵引供电系统车辆段内股道分布密集,接触网距离较近,不同的供电制式会影响车辆段空间电磁场的分布,因此有必要对轨道交通车辆段双流制牵引供电系统在交直流切换供电方式下的电磁场进行分析。[方法]以重庆市郊铁路跳磴至江津线双福车辆段为依托,运用CDEGS软件构建了车辆段交直流双流制牵引供电系统仿真模型,分析了不同运行工况下车辆段空间电磁场强度分布特性。针对车辆段库内接触网的异常电压现象,综合评估了双流制牵引供电系统车辆段电磁场空间分布对接触网感应电压的影响程度,并提出相应的抑制措施。[结果及结论]交流供电制式和直流供电制式下,接触网空间电场均以带电导体为中心呈对称分布,但空间磁场不完全呈对称分布;带电导体数量越多,空间电场强度和磁场强度越大;交流供电制式下,周围导体的静电感应电压大小与导体间距和电压有关;电磁感应电压与电流成正比;采用直流供电制式时,各种工况下导体的静电感应电压均超出人体安全限值36 V。

地铁直流进线振荡电流识别算法研究

针对地铁直流进线的振荡电流容易引起继电保护系统频繁误动作的问题,文章提出以变分模态分解、样本熵、TOPSIS为核心的故障诊断分析算法,并搭建实时数字仿真试验平台,以地铁继电保护装置为应用场景,通过将改进的进线保护算法与传统逆流保护算法进行试验对比分析,验证了方法在工程实践中的可行性和有效性。结果表明,该方法可有效识别直流进线特殊振荡电流,提高继电保护的可靠性。

接地电流在线监测在牵引供电电缆线路上的应用

接地电流在线监测技术在牵引供电上的应用较少,对监测效果也无法评估。将改进的电缆接地电流在线监测系统应用于牵引供电系统上,验证了接地电流在线监测技术可应用于牵引供电系统上;通过对环流异常进行判断和验证,明确了现有电力系统接地电流判定标准不能直接应用于牵引供电系统,提出初步判定特征;同时,对比牵引变电所两侧电缆负荷电流和接地电流,发现牵引电缆负荷电流会影响牵引变电所供电电缆的负荷电流,应加强对牵引变电所供电电缆的监测。

一种适用于长距离牵引供电的变电所方案

针对部分城市轨道交通线路存在长大区间且难以设置区间牵引变电所的工程难点,从优化变电所自身设计角度,提出了在区间两端牵引变电所内设置两套互为备用的牵引供电设备以增加其牵引供电能力的实施方案,同时对基于该方案下的变电所运行方式切换、保护配置、供电可靠性等方面进行了分析,形成了一套切实可行的设计方法,可有效解决区间内无法加设牵引变电所带来的长距离牵引供电能力不足的问题。

公交化运营模式下的城际铁路与市域铁路越区供电能力分析

近年来,城际铁路与市域铁路均提出了“公交化”的运营模式,牵引供电系统越区供电能力受该模式的影响较大。基于此,对公交化运营模式下的城际铁路与市域铁路(AC25 kV)越区供电能力展开研究,梳理城际铁路与市域铁路相关规范要求,分析“限车越区”和“全支援越区”两种方式下的供电能力校核原则,结合工程实例探讨越区供电能力对运输组织和供电设施设备规格的影响,最后给出解决方案和建议:(1)在不改变牵引供电设施分布的情况下,可通过增大接触悬挂导线截面、架设加强线、增大变压器容量等措施提高越区供电能力;(2)当工程兼具城际与市域铁路功能特性时,如建设单位或运营单位未对越区供电能力提出明确的运营需求,越区供电能力在满足城际铁路规范的前提下宜向市域铁路要求靠拢,兼顾经济性的同时尽可能保证公交化服务水平;(3)4编组CRH6动车组高峰小时3 min紧密追踪时,150 mm^(2)接触线+120 mm^(2)承力索组合、变压器40 MVA安装容量配置下的供电范围最大可达40 km,该结果可为类似项目的越区供电设计提供参考。

基于ICEEMDAN与Teager能量算子的牵引供电系统谐波检测算法

针对传统的谐波检测算法无法分析牵引供电系统中的非线性、非平稳谐波的问题,文章提出一种基于改进自适应噪声的完整集合经验模态分解(ICEEMDAN)与Teager能量算子(TEO)相结合的谐波检测算法。其先将待测信号经ICEEMDAN得到一组固有模态函数(IMF)分量,再通过筛除虚假分量,得到真实的IMF分量;然后,对各个IMF分量进行Teager能量算子(TEO)解调,得到谐波分量的幅值与频率随时间变化的图像。经分析得出,ICEEMDAN作为希尔伯特-黄变换(HHT)中的重要步骤经验模态分解(EMD)的改进算法,相较EMD的其他改进算法,其抑制模态混叠的效果最佳,并具有良好的自适应性,在处理非线性非平稳信号时有着很好的表现;而TEO能准确检测出谐波的瞬时幅值与频率,并快速响应信号的变化。通过构造牵引网特性中的谐波信号对该算法进行仿真分析,结果显示,分析稳态电流谐波时,幅值与频率的平均检测误差分别为3.56%和1.74%;分析暂态电流谐波时,幅值与频率的平均检测误差分别为3.39%和2.44%。这表明文章所提算法能够对牵引供电系统谐波的幅值与频率进行准确的检测,并可以准确定位谐波信号的突变点。

雅万高铁牵引变电所建设及运维方案

从供电系统建设模式、牵引变电所的外电接口管理、系统设计和运维管理模式等方面对雅万高铁牵引变电所的建设及运维方案进行综合分析,比较实际建设中由于国情差异带来的影响,证明中国高铁牵引供电系统在海外项目的适应性。并对雅万高铁后期的供电设备维护、运营管理以及海外项目的建设提出建议,对以后海外高铁实际工程具有指导意义。

基于有源滤波器和AT供电方式的新型同相牵引供电系统

2台YN,d接线变压器十字交叉构成的AT牵引供电系统,接线复杂,变压器容量利用率低,相邻供电区段必需用分相绝缘器分断,不利于高速铁路运行。由1台YN,d接线变压器加四桥臂有源滤波器构成的新型同相AT牵引供电系统,可以实现同相供电,取消分相绝缘器;可以节省变压器,原边中性点可方便接地;在有源滤波器的作用下,可以实现消除三相不平衡、动态滤除谐波和补偿无功,使变压器容量得到充分利用;由于采用了AT供电方式,因此可以获得综合经济性能优越的通信防护效果。仿真实验也证实了这一点。

基于阻抗匹配平衡变压器和AT供电方式的新型同相牵引供电系统

电气化铁道的牵引供电系统三相严重不平衡,存在大量的谐波和无功,各供电区段需要用分相绝缘器分隔,从而制约了高速、重载铁路的发展。基于阻抗匹配平衡变压器和AT供电方式的新型同相牵引供电系统,不仅可以解决以上问题,还继承了AT供电方式所特有的通信防护效果好、综合经济技术性能优越的特点;同时在有源滤波器的作用下,实现了单台双绕组工作变压器的接线方式,比原系统结线简单、维护方便。文中分析了系统平衡变换原理,讨论了系统的平衡方式、补偿电流检测与有源滤波器控制方法。分析和仿真证实本文提出的平衡方式和检测方法是正确的,同相供电系统方案是可行的。

高速铁路隧道及高架桥路段牵引网建模与分析

在高铁全并联AT供电方式下的牵引网链式模型基础上,推导多导线的阻抗及导纳矩阵;结合四周无限隧道模型及电磁场理论,计算隧道中导线的自阻抗、互阻抗和分布电容,并求牵引网供电回路和高架桥桥墩间的耦合系数;在Simulink仿真平台里搭建各路段牵引网仿真模型,通过分析该模型输出电气量,验证了所建模型的正确性。在此基础上,研究了负载位置变动高铁牵引网特殊路段的牵引网电压及钢轨电位的分布规律。

基于PSCAD/EMTDC的牵引供电系统仿真模型研究

在分析了现有牵引供电系统仿真研究的基础上,针对其模型复杂、不易实现的弊端,提出采用已有仿真软件实现牵引供电系统的电气特性分析。利用PSCAD/EMTDC对牵引供电系统的典型元件进行建模,分别对Scott接线牵引变压器的AT供电方式以及V/v接线牵引变压器的带回流线的直接供电方式两种应用广泛的牵引供电系统进行了仿真分析,重点研究了两种供电方式下牵引网的网压水平,通过比较仿真结果证明所建立的牵引供电系统仿真模型的正确性,该模型能够满足牵引供电系统的电气分析要求。

基于三相变四相变压器的新型同相牵引供电系统

电气化铁道牵引供电系统三相严重不平衡,存在大量的谐波和无功;各供电区段需要用分相绝缘器分断,制约了高速、重载铁路的发展。该文提出的基于三相变四相变压器的新型同相牵引供电系统,不但可以解决以上问题,而且具有省自耦变压器,平衡变换装置结构简单、易控制、平衡效果好,变流器各桥臂负荷均衡,通信防护效果好,综合经济技术性能优越,工作可靠等优点;文中讨论了平衡变换原理,给出了补偿电流检测与有源滤波器控制方法。分析和仿真证明提出的平衡方式、检测与控制方法是正确的,同相供电系统方案是可行的。

能馈式牵引供电功率模块并联技术

为了满足能馈式牵引供电系统的大容量、高功率密度,以及高可靠性需求,提出了基于功率模块并联的单变流器扩容方案。对比了IGBT直接并联与功率模块并联的异同,分析了开关管开关时刻差异导致并联环流的机理及影响环流大小的因素,提出了利用差模电感抑制环流的方法,并进行了仿真和实验验证。结果表明,功率模块并联存在环流问题,而差模电感则是抑制环流最简单有效的方法。

新型AT供电牵引网故障测距方案

全并联自耦变电器AT(auto transforme)r供电方式在我国高速铁路、客运专线得到了大规模的应用。基于牵引变压器采用次边无中心抽头的单相变压器,在变电所处变压器次边中心不接入钢轨和地。采用广义对称分量法分析短路阻抗特性,绘制AT供电方式下T-R故障的短路阻抗与距离的曲线。证明常用的AT中性点吸上电流比测距原理不能完全适用于该供电方式,并提出了基于AT吸上电流比原理和上下行电流比原理的综合故障测距方案,基于Matlab/Simulink的仿真分析表明,测距原理准确、有效。

基于一种新型牵引补偿变压器的牵引变电群贯通供电系统负序补偿

针对牵引变电所群贯通供电系统负序补偿问题,该文提出基于一种新型牵引补偿变压器与静止无功发生器的负序补偿方案和控制策略。研究牵引补偿变压器的拓扑结构和负序补偿方案,根据无功补偿单元的数目将补偿方案分为补偿模式Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ。从牵引负荷电流有功分量和无功分量角度出发,分别定义负序和无功的约束因子,基于变压器磁动势平衡方程、端口接线方程和对称分量法等构建不同补偿模式下的负序与无功综合补偿数学模型。定义最大无功功率补偿量,将其作为确定补偿方案的依据。提出适用于负序补偿方案的电压和电流双闭环控制策略,通过仿真验证了补偿方案及控制策略的正确性和有效性。基于牵引变电所实测数据分析补偿方案的确定方法,结果表明,合适的补偿方案可以降低补偿装置容量。

基于网络分析法的高铁牵引供电系统维修方式决策

为有效处理维修方式决策的众多影响因素间错综复杂的依存与反馈关系,并保证权重分配的客观合理性,通过总结现有的牵引供电系统维修方式及其优缺点,建立维修方式决策影响因素集并梳理因素间的依存与反馈关系,提出应用网络分析法(ANP)建立维修方式的ANP决策模型,逐步求取客观的维修方式综合权重并确定维修方式的优先顺序。结果表明,该方法能根据每段牵引供电系统的运行特点和对影响因素的实际需求合理地分配权重,最终定量给出维修方式的优先顺序,为后续高铁牵引供电系统维修维护成套化解决方案的研究奠定理论基础并提供数据依据。

我国高速铁路牵引供电发展的若干关键技术问题

在电力电子技术迅速发展与普及应用的背景下,本文借鉴德国模式,提出一种取电于公用电网而又相对独立的牵引供电系统。它能彻底解决电能质量问题,并完全取消电分相。结合现实,本文提出最小补偿容量的同相供电方案,建议研究三相接入电力系统的平衡接线变压器,一方面便于今后同相(无分相)改造,另一方面亦能与单相变电所实现同相供电。本文在对国内外现行AT供电模式的分析和借鉴的基础上,建议建立我国新的AT供电模式。