Research on uninterruptable power supply technology for auxiliary winding of electric locomotive while passing the neutral section

Purpose–Auxiliary power system is an indispensable part of the train;the auxiliary systems of both electric locomotives and EMUs mainly are powered by one of the two ways,which are either from auxiliary windings of traction transformers or from DC-link voltage of traction converters.Powered by DC-link voltage of traction converters,the auxiliary systems were maintained of uninterruptable power supply with energy from electric braking.Meanwhile,powered by traction transformers,the auxiliary systems were always out of power while passing the neutral section of power supply grid and control system is powered by battery at this time.Design/methodology/approach–Uninterrupted power supply of auxiliary power system powered by auxiliary winding of traction transformer was studied.Failure reasons why previous solutions cannot be realized are analyzed.An uninterruptable power supply scheme for the auxiliary systems powered by auxiliary windings of traction transformers is proposed in this paper.The validity of the proposed scheme is verified by simulation and experimental results and on-site operation of an upgraded HXD3C type locomotive.This scheme is attractive for upgrading practical locomotives with the auxiliary systems powered by auxiliary windings of traction transformers.Findings–This scheme regenerates braking power supplied to auxiliary windings of traction transformers while a locomotive runs in the neutral section of the power supply grid.Control objectives of uninterrupted power supply technology are proposed,which are no overvoltage,no overcurrent and uninterrupted power supply.Originality/value–The control strategies of the scheme ensure both overvoltage free and inrush current free when a locomotive enters or leaves the neutral section.Furthermore,this scheme is cost low by employing updated control strategy of software and add both the two current sensors and two connection wires of hardware.

Similarity matching method of power distribution system operating data based on neural information retrieval

Operation control of power systems has become challenging with an increase in the scale and complexity of power distribution systems and extensive access to renewable energy.Therefore,improvement of the ability of data-driven operation management,intelligent analysis,and mining is urgently required.To investigate and explore similar regularities of the historical operating section of the power distribution system and assist the power grid in obtaining high-value historical operation,maintenance experience,and knowledge by rule and line,a neural information retrieval model with an attention mechanism is proposed based on graph data computing technology.Based on the processing flow of the operating data of the power distribution system,a technical framework of neural information retrieval is established.Combined with the natural graph characteristics of the power distribution system,a unified graph data structure and a data fusion method of data access,data complement,and multi-source data are constructed.Further,a graph node feature-embedding representation learning algorithm and a neural information retrieval algorithm model are constructed.The neural information retrieval algorithm model is trained and tested using the generated graph node feature representation vector set.The model is verified on the operating section of the power distribution system of a provincial grid area.The results show that the proposed method demonstrates high accuracy in the similarity matching of historical operation characteristics and effectively supports intelligent fault diagnosis and elimination in power distribution systems.

基于能量守恒原理的海缆结构力学特性理论分析研究

基于能量守恒原理建立海缆在轴对称荷载作用下的3种力学分析理论模型,3种模型均可计入层间初始间隙,不同于螺旋层的变形考虑,模型1只考虑轴向变形,模型2在此基础上将径向变形考虑在内,模型3进一步计入局部弯曲和扭转;接着,通过具体实例验证理论模型的可靠性;最后,分析海缆的结构力学特性。研究结果表明:螺旋层的径向变形、局部弯曲和扭转对海缆轴对称力学响应影响较小,建议采用模型1进行分析;轴对称荷载作用下,螺旋层是主要的承载构件,且荷载的作用会导致层间发生分离,分离位置与荷载类型及方向有关;层间初始间隙越大,海缆刚度越小;铠装螺旋角度的增加会降低海缆抗拉刚度,增大顺/逆抗扭刚度;海缆的顺/逆扭转截面性能有所不同,其顺抗扭刚度较逆抗扭刚度大;外水压会增大海缆逆抗扭刚度,对抗拉刚度及顺抗扭刚度无影响。

隧道牵引分区所雷击暂态特性及其二次设备电磁兼容研究

牵引供电系统遭受雷击会在分区所内产生过电压与过电流,对分区所开关柜中二次设备产生瞬态电磁干扰,影响其正常运行。文中针对电气化铁路隧道分区所,建立雷击暂态仿真模型,计算了接触网不同位置遭受雷击时分区所的过电压与过电流,建立了27.5 kV开关柜的电磁场有限元仿真模型,分析开关柜中不同区域的瞬态电场、磁场分布。结果表明:雷击接触网会在分区所内产生幅值较大、频率较高的过电压与过电流,在其作用下开关柜低压室瞬态电场可达147.2 V/m、瞬态磁场可达1.3 kA/m,断路器室前壁处瞬态电场可达822.9 kV/m、瞬态磁场可达15.85 kA/m,超过标准规定的幅值,二次设备需要考虑相应的电磁屏蔽措施。论文结果对牵引供电系统雷击过电压/电流防护以及二次设备电磁兼容设计具有参考价值。

光切面法的电力钢管塔法兰肋板焊缝三维重构

针对电力钢管塔法兰肋板自动焊接中焊缝引导问题,提出一种基于线激光光切面的肋板焊缝三维重构和测量方法。构建面阵相机和线激光测量平台,采用张正友法标定测量模型,建立光平面上点空间坐标和相机图像坐标对应关系。对实物进行光切面扫描实验,通过测量模型求解对应点空间坐标,基于Visual Studio平台对空间点云三维重构,采用随机采样一致性(RANSAC)迭代法实现肋板所在平面的点云分割,基于法线及k邻域搜索结合的点云边缘提取算法进行边缘提取,以采样点与其k邻所对应投影点连线的最大夹角为判定原则提高点云边界识别精度,最后设计基于统计滤波点云筛选原则实现各目标焊缝的分割。实验结果表明,光切平面测量模型标定后相对误差≤1.46%,焊缝拟合后长度最大绝对误差0.97mm,相对误差≤1.29%,该方法可同时提取两条目标焊缝,具有高效率、低成本等特点。

城市轨道交通牵引供电系统专用轨回流技术综述

近年来,为彻底解决城市轨道交通直流供电制式下杂散电流的泄漏问题,开始应用专用轨回流技术。为充分了解专用轨回流方式给城市轨道交通建设带来的变化和影响,文章首先采用对比的方法,分别从供电系统组成、牵引所间距、接地方式、接地保护、列车检修静调、限界、车辆和轨道设计几个方面与走行轨回流方式进行比较;其次,针对目前几种专用轨电分段原则的特点对其进行比对,得出专用轨只有在与折返小交路电分段对齐设置分段时对运营维护将更有利的结论;再次,针对存在多条线大架修共享同一车辆基地,不同回流方式线路间存在跨线运行的情况,简述回流方式转换段设置的工程应用案例;最后,展望未来专用轨回流技术在城市轨道交通牵引供电系统的发展方向。

基于降维粒子群的大电网断面功率极限计算方法

随着电力系统的发展,系统运行方式日益复杂。为了提高电力系统运行安全水平,提出一种基于降维粒子群的大电网断面功率极限计算方法。首先综合考虑大电网静态安全稳定约束和暂态稳定约束,建立断面功率极限计算模型;然后,提出了基于功率灵敏度的降维粒子群算法,根据功率灵敏度和聚合系数对可调节发电机组进行分群处理,利用降维粒子群算法计算得到了极限功率、发电机组功率调节量以及极限功率制约因素,实现了大电网断面功率极限的快速寻优。最后在我国某地区2128节点电网和我国某跨区12643节点联网中验证了该方法的有效性和正确性。

内热源影响下高压电力电缆着火机制

为探究高压电力电缆因过载或短路且线芯发热影响下的着火机制,使用加热棒模拟电缆内部故障热源,并开展电缆着火试验,分析内热源功率及电缆线芯截面积对电缆温升、着火时间等着火关键参数的影响,发现电缆从被加热至着火到燃烧的全过程可分为初期加热、热解气体逸出、着火、燃烧及熄灭4个阶段。结果表明:绝缘层熔融物的滴落会导致火焰形态发生变化,电缆各结构层表面温度的升温速率随内热源功率的增加及与内热源表面距离的减小而增大,功率的增加弱化了电缆线芯截面积对各层升温速率的影响;电缆的着火时间与内热源功率呈线性递减的关系。

含复杂电源结构省级电力系统电力电量平衡方法

随着风电、光伏大规模接入电力系统,为计及其出力的不确定性,需要以年为尺度、小时为颗粒度进行电力电量平衡分析。以含复杂电源结构、内部断面限制、外部交直流受电的省级电力系统为对象,提出了一种新的电力电量平衡分析方法。该方法以日周期进行滚动平衡分析,针对特定日:通过对各分区同类电源进行聚合以简化问题、降低求解规模;通过构建火电开机优化模型以在考虑断面限制下以均衡开机为原则确定各分区火电开机容量;通过合理设计优化调度模型以在满足不同分区同类电源均衡调度、同一分区不同种类电源顺序调用原则下实现电力平衡计算。算例以实际省级电力系统数据为基础,验证了该方法的有效性、合理性、快速性。

考虑分布式光伏不确定性的输配电系统供电能力评估

输电断面供电能力计算是保证电力系统安全运行的基本任务。近年来,为加速实现“双碳”目标,分布式光伏海量分散接入各配电系统中,而各个配电系统又与输电系统紧密互联,成为规模巨大的输配一体系统。因此,在计算输电系统中各断面的供电能力时,有必要考虑光伏发电大量接入带来的不确定性,并降低其计算负担。为此提出一种考虑分布式光伏不确定性的输配电系统供电能力的评估方法,建立含分布式光伏的输配电系统供电能力计算模型,针对输配电系统规模大、约束复杂的特点,提出一种基于目标级联分析法的分布式求解算法,实现输配电系统解耦及上下层优化问题的并行独立求解。此外,在求解下层配电系统优化子问题时,采用列与约束生成算法将其分解后进行求解。所提方法既考虑了分布式光伏的不确定性,确保了配电系统的安全运行,还可以保持输电系统和配电系统之间的独立性。

电力火灾后圆端形不锈钢管混凝土柱轴压性能研究

进行了14根电力火灾后圆端形不锈钢管混凝土短柱的轴压试验,分析截面高宽比、受火时间和含钢率对其火灾后剩余承载力的影响。试验表明:该类短柱的破坏模态均为局部屈曲、焊缝开裂和混凝土被压碎;试件的剩余承载力随着受火时间或高宽比的增加而降低,受火120 min后该类试件的承载力降低了7.8%~13.9%。接着建立了有限元模型,该模型可很好地模拟实测结果。基于有限元模型开展了理论分析,结果表明初始荷载对该类组合柱的剩余承载力影响较小。参数分析表明当混凝土强度从30 MPa增加到90 MPa时,其强度折减系数降低了15.8%;当截面周长从1 228 mm增加到4 913 mm时,其强度折减系数提高了20.5%;当受火时间从0 min增加到180 min时,其强度折减系数降低了8%;但含钢率、高宽比和钢材强度对其强度折减的影响较小。最后给出了电力火灾后圆端形不锈钢管混凝土短柱的剩余承载力的设计方法。

备用电源与应急电源对比及供电方案探讨

对比多本国家标准及规范对备用电源和应急电源术语的定义;分析二者的区别和侧重点;提出供配电系统设计时应充分理解备用电源和应急电源的定义,根据工程的负荷性质、用电容量、工程特点、系统规模和发展规划及当地供电条件进行多方案比选,并对5种备用电源供电方案和3种应急电源供电方案的特点和适用范围进行探讨。

隧道内长大坡道区段刚性接触网短电分相设计方案

刚性接触网锚段关节仅有8~12 m,可大幅缩短关节式电分相长度,为解决丽香铁路3处隧道内长大坡道的电分相设计难题,文章通过借鉴柔性接触网关节式电分相设计方案,重点考虑绝缘锚段关节绝缘间隙、锚段热胀冷缩等因素,修正刚性悬挂锚段关节式电分相中性段和无电区长度,并结合工程实际条件,提出刚性接触网短分相设计方案,将电分相长度缩短至23 m,并通过弓网系统动态仿真验证其弓网动态特性可满足速度160 km/h要求。方案实施后,线路动态检测达速160 km/h,刚性接触网短电分段处无明显燃弧现象,各项动态指标满足标准要求。该方案的成功应用对速度120 km/h以上复杂工况线路的接触网电分相设计有重要借鉴意义。

变厚截面材料激光穿透焊接自适应功率控制研究

激光焊接变厚截面板是实现汽车轻量化的有效举措,但在激光焊接过程中,因工艺不稳定易导致焊缝熔透状态不一致,工件焊接质量较差。由于激光功率易于控制且对熔深影响显著,因此从变厚截面板激光焊接过程中的功率控制需求入手,设计了功率控制软硬件系统,完成了功率控制平台的搭建;采用卷积神经网络对同轴图像采集系统获取的小孔穿透孔图像进行分类,依据穿透孔面积分为未熔透、适度熔透和过熔透,采用PID控制系统根据分类结果编码实时改变焊接功率以获得适度熔透状态;通过采用变截面板进行激光焊接功率自适应调控试验,获得了背部余高均匀的焊缝,验证了自适应功率监测和控制算法的有效性。

基于气象因素的长江经济带湖北段夏季日最大电力负荷预测

[目的]利用气候预测模式的气温数据对未来长江经济带湖北段武汉、黄石、宜昌夏季日最大电力负荷进行预测。[方法]基于武汉、黄石、宜昌2008~2019年逐日最大电力负荷数据、同期平均气温、最高气温、最低气温等气象要素资料以及RegCM4区域气候模式预测数据,对3个地区的气象敏感电力负荷特性进行分析。在此基础上,通过回归法和群粒子优化BP神经网络算法,对未来(2020~2096年)日最大电力负荷进行定量滚动预测。[结果]结果表明,夏季平均气温与气象敏感负荷关联度最大。预测武汉和宜昌两地的夏季日最大电力负荷相似,两种预测值较近10 a日最大电力负荷稳步增长,回归预测的增长率要略高于神经网络预测;宜昌增长率比武汉高,最高超过40%。黄石日最大电力负荷的预期值较其他两地呈现出明显不同预测结果。[结论]预测长江经济带的中大型城市夏季日最大电力负荷的变化规律,有助于规划未来所需额外的电网容量。

基于卷积神经网络的暂稳极限功率计算

目前求取联络线暂态稳定传输功率极限的时域仿真法和基于李雅普诺夫稳定性理论的直接法计算过程复杂,针对此问题,提出基于卷积神经网络的输电断面暂态稳定极限功率计算方法。首先将系统运行的数据与实验仿真数据相结合,转化为输电断面特征属性,选择输电断面关键特征,将其作为神经网络的输入层向量,然后经过多次训练构建出系统关键特征与输电断面暂态稳定极限功率的非线性映射关系。最后以IEEE14节点进行算例分析,验证了计算方法的可靠性以及有效性。

基于全纯嵌入的多时间断面潮流快速计算方法

为分析新型电力系统的长时间尺度特性,需开展多时间断面下的潮流计算。提出基于全纯嵌入的多时间断面潮流快速计算方法,在较小的误差下实现配电网多时间断面电压幅值和相角的快速计算。对全纯嵌入法中的电压幂级数系数开展数值分析,推导出电压幂级数系数的线性计算方法。在此基础上,提出2种多时间断面潮流快速计算方式。配电网测试系统的测试结果验证了所提方法的有效性。

考虑时空完整性的新型电力系统运行断面图生成与特征提取

针对新型电力系统运行场景复杂多变、调度目标繁多导致调度方案应变能力不足的问题,提出了一种考虑时空完整性的新型电力系统运行断面图生成与特征提取方法。首先,以系统历史运行断面为数据依托,从时间和空间2个维度出发,定义了考虑时空完整性的时序运行断面数学化表征形式;然后,围绕运行断面数据高维且非线性的特点,设计基于格拉姆角求和场的运行断面高维空间转换算法,将高维时序运行数据编码为运行断面图;最后,以VGG16为基模型,保留其前13层卷积层,并引入全局最大池化层(GMP)替代其末端的全连接层,构建了系统运行断面图的VGG13_GMP特征提取模型。通过算例分析验证了所提方法的有效性及鲁棒性。

面向桥型架构电网的资源共享型双主站稳控系统设计

当局部电力送出或受入电网架构为桥梁型或三角环型时,常规稳控系统设计方式无法准确选取故障断面和制定控制措施量,可能导致稳控系统动作措施量过大,进而产生功率不平衡量引发电网频率大幅波动,尤其在体量相对较小的异步运行电网中,带来的负面效应更加明显。文章设计一种面向桥型架构电网的资源共享型双主站稳控系统,通过优化稳控系统架构设计、选择可靠通信网络及设计高效数据算法、精准识别电网运行方式及匹配故障参考断面、准确选取控制资源的方式,在电网故障时可以实现以最小过切精准切除的方式解决系统问题。文中的设计思路在西南电网某省的区域稳控系统中实现了工程应用,通过厂内测试实验及实时数字仿真系统(real-timedigitalsimulationsystem,RTDS)实验验证了稳控系统的可靠性,同时也为后续在同类型的电网中推广应用提供了参考。

基于供电能力的行车动态卡控方法

[目的]在城市轨道交通线路中,牵引供电设施支持列车运行的数量具有上限。当前续列车故障或者繁忙线路列车追踪密度过高时,可能导致供电臂负荷电流过大而引起电力开关跳闸,从而严重影响运营。传统的ATS(列车自动监控)系统无法智能化掌握供电系统的实时运行情况,需研究供电能力和行车的关系以实现行车动态卡控。[方法]基于供电臂供电能力分析以及列车运行曲线,提出一种行车动态卡控方法。通过对信号、供电、车辆和轨道等多专业数据进行融合分析,并结合大数据电流曲线预测模型,实现对供电负载能力的动态监测与预测。将预测的电流曲线与列车ATO(列车自动运行)运行曲线有机结合,实时调整进入当前供电臂运行的列车数,实现动态卡控列车运行。该方法在深圳地铁16号线上进行了实例验证。[结果及结论]基于供电能力的行车卡控方法通过预测列车所需取流动态调整列车运行,可有效避免因行车导致过负荷引起的供电系统跳闸故障,在保证运营效率的同时,提高了线路运营的安全性。