《电气工程专业综合设计教程》精品教材建设研究

本文结合多年电气工程专业综合设计的教学实践,对《电气工程专业综合设计教程》精品教材建设进行了深入研究,该精品教材建设以培养学生综合动手能力为主要目标,通过专业综合设计给学生建立设计实际系统的思路,很好地培养学生的独立性及独创性,很好地培养学生的综合能力,具有较高的实用性。教学实践结果表明,该精品教材对于培养电气工程及其自动化专业学生的创新精神和实践能力有着积极的意义。

城轨交通牵引供电系统电流与功率追踪研究

对于包含多个变电站的城轨牵引供电系统,在多车协同运行场景下,变电站、牵引列车、制动列车之间存在着复杂的能量交互。现有的潮流计算方法只关注于得到某时刻下各支路电流的大小,并未深入分析系统中各源(变电站和制动列车)与负荷(牵引列车和线路电阻)之间定量的电流及功率分配关系。该文基于电路理论,对城轨牵引供电系统中的电流分配情况进行上游追踪与下游追踪,定量表征源电流与负荷电流之间的比例关系;基于电流追踪的结果,对城轨牵引供电系统的功率分配进行上游追踪与下游追踪,得到源功率与负荷功率之间的具体分配系数。最后,通过算例分析验证所提潮流追踪算法的有效性和正确性。潮流追踪直观定量地展示了系统的功率流动路径,为后续优化储能系统容量配置和多储能系统间的协调控制提供理论支撑。

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。

考虑高平峰差异的城市轨道交通节能运行图优化研究

降低能耗是轨道交通绿色低碳、可持续发展的关键。基于“高峰快跑保运力、平峰慢跑降能耗”的思想,本文提出在高平峰时段设置差异化标尺的节能运行图优化方法。首先,根据区间运行时间与列车牵引能耗负相关关系,结合客运服务需求特征,以列车周转牵引能耗最小化为目标构建列车运行标尺优化模型;其次,针对差异化标尺导致的过渡时段列车服务不均匀问题,以列车到站间隔标准差最小化为目标构建列车运行线调整模型;最后,选取福州地铁1号线开展实证分析。结果表明:高平峰差异化标尺节能运行图能够在不改变运力供给、车底运用数量的前提下有效降低全日列车牵引能耗12.56%。所构建方法具有良好的应用价值和可操作性,能够为运营管理人员编制节能运行图提供方法支持。

基于蚁群算法的交通-配电网抢修恢复优化决策方法

极端事件导致大停电后,受损的交通道路会影响电网抢修车队前往故障线路区域的进度,从而延缓配电网恢复。为此,提出了一种结合损坏道路修复的配电网抢修恢复方法。首先,在分析不同受损道路对抢修车行驶影响的基础上,构建交通网抢修车约束。其次,考虑受损道路抢修对电网抢修的影响,以配电网失电量最小为目标,协调线路抢修和道路修复建立配电网抢修策略模型,并采用蚁群算法对所提模型进行求解。最后,以IEEE33节点配电网与一个12节点交通网相耦合的系统作为算例进行分析,仿真结果表明,所提方法切实有效提高了配电网抢修速度,减小了大停电后配电网负荷的失电量。所提方案更适用于灾害发生的实际情况,可为配电网灾后恢复提供参考。

智能化技术在电气工程自动化中的应用研究

文章分析了电气工程自动化的重要性,多角度、综合地对电气工程自动化中的智能化技术应用进行深入研究,之后从智能化电网电力自动化调度技术、智能化电气工程自动化设计、智能化电气工程变电站、智化能故障诊断技术及智能PLC技术等方面介绍了智能化技术在电气工程自动化中的应用,其中重点分析了智能电气工程自动化设计软件和方法、智能巡检机器人的应用。以期全面提高我国的电气工程自动化的发展水平,为各个行业的发展建设提供参考。

新时代大学生综合素质培养模式探索与实践——以北京交通大学为例

大学生综合素质培养是深入落实“时代新人铸魂工程”的重要组成部分,也是高校人才培养的主要内容之一,对新时代大学生的成长成才具有重要影响。近年来,北京交通大学经过一系列探索,形成了以“培根铸魂增值赋能”为核心的新时代大学生综合素质培养模式,取得了较好成效。

轨道交通电气化专辑主编评述

轨道交通列车牵引系统控制性能与供电质量提升是电气化铁路发展永恒的主题,轨道交通电气化是实现铁路性能提升、多拉快跑、绿色高效的必由之路,以电力电子、电机驱动、现代控制与信息技术为核心的科学技术推动了轨道交通电气化的快速发展。近年来,随着新型电力电子器件、先进控制技术、智能检测与健康诊断理论的发展,功率器件应用及其可靠性评估、牵引变流控制与调制技术、高性能牵引电机驱动技术、新型供电与牵引传动拓扑等成为当前的研究热点,并受到了学术界及工业界的持续关注。《电源学报》特别推出轨道交通电气化专辑,以期推进轨道交通牵引变流驱动控制及其应用的难点和热点问题探讨。

京津城际轨道交通工程外部电源方案的建议

结合京津客运专线沿线220/110kV电力系统的实际情况,从牵引变电所接入地点选择、电压三相不平衡度、负序影响、已有的经验教训、国外高速电气化铁道外部电源分析、京津唐地区电力系统网架结构发展趋势和220kV电源的优越性等方面,对京津客运专线外部电源的方案进行了分析,提出了京津客运专线采用220kV外部电源的必要性。

再生能馈装置在北京地铁工程中的应用及节能效果分析

介绍北京地铁14号线工程供电系统,提出地铁工程供电系统应用再生能馈装置需验证系统稳定性、电能质量及返送城市电网等重要问题,现场试验结果证明再生能馈装置能够满足相关技术要求。通过统计再生能馈装置正式运行后较长时间内的电能数据,计算节能电量,分析牵引用电量和返送电网电能数据,结果表明再生能馈装置投入运营后节能效果良好。

类比教学法在“工程电磁场”教学中的实践

教学过程中将两个类似的知识点进行联想和比较,并将一个已知的教学对象迁移到另一个未知的教学对象中去,从而得到这个未知教学对象性质的方法,称为类比教学法。在电气工程及其自动化专业主干课“工程电磁场”教学中提出了与电气工程及其自动化专业另一门主干课“电路”类比的教学方法,主要包括课程思想方法、静/恒定电磁场边值问题与电路暂态问题等两方面的类比,并在课程教学中进行了实践。

去碳化导向的轨道交通与新能源融合发展—形态模式、解决方案和使/赋能技术

该文以轨道交通能源供给去碳化为导向,以构建绿色、弹性、自洽和可持续发展的轨道交通能源系统为目标,尝试探索轨道交通用能需求与可再生能源资源禀赋适配的轨道交通能源供给去碳化技术路径和系统模式。首先,回顾国内外轨道交通既有的牵引供电制式、存在问题、研究方向与典型案例;其次,以可再生能源利用主线,系统阐述轨道交通能源绿色化的场景、模式与演进形态;然后,提出涵盖典型场景技术架构、组分优化配置原则、协同运行控制方法、能量调度管控策略、分层式管控设计的轨道交通与新能源融合系统解决方案;最后,概述支撑轨道交通与新能源融合发展的关键使/赋能技术。

考虑疏散需求的城市电力-交通系统协同应急恢复方法

突发灾害后,考虑城市电力-交通系统耦合影响及疏散需求,协同两部门实现人员快速疏散与关键负荷快速恢复,有利于减少人员伤亡、降低灾害损失。首先,提出考虑疏散需求的电力-交通协同应急框架;然后,以应急疏散时间最短为目标,考虑充电站动态车流量特点及关键用电设施恢复情况,建立交通网最优疏散模型,得到关键交通用电设施的用电需求;进一步,以供电恢复效果最大化为目标,考虑移动应急资源可用性以及影响疏散关键用电设施用能需求等约束,建立配电网应急恢复的混合整数线性规划模型。采用改进的电力-交通耦合系统作为算例进行对比测试,验证了所提协同应急恢复方法的有效性和优越性。

中低速磁浮交通接地系统研究综述

中低速磁浮交通系统单设回流轨结构虽然解决了常规走行轨道的杂散电流问题,但处于悬浮电位的接地系统使得其保护接地、防雷接地及电磁兼容等方面都不能简单沿用普通轮轨列车的接地方式,需要单独展开研究。首先介绍了中低速磁浮交通接地回流系统的特点;进一步从保护接地、防雷接地、以及接地系统的电磁兼容性三个方面对中低速磁浮交通接地系统进行分析,归纳总结其接地系统在接地故障点识别、雷击车体过电压、车体放电等方面存在的问题;最后探讨了针对以上问题的解决方案,包括64D接地保护装置改进及故障点识别优化、雷击车体过电压抑制方法以及电流泄放的电磁兼容性提升等,对中低速磁浮交通接地系统的设计方案提供全面参考。

城市轨道交通虚拟编组列车优化运行方案研究

虚拟编组技术通过车-车无线通信实现车辆“虚拟连接”。虚拟编组列车车辆间无机械车钩连挂装置,在运行过程中可以进行动态连挂和解编操作,能够基于客流变化实现灵活的运输模式。本文以缩短乘客旅行时间和提高列车运输效率为目标,提出虚拟编组列车运行方案的优化方法,并基于实际城市轨道交通线路早高峰客流OD(original-destination)数据给出优化设计结果。虚拟编组优化运行方案与现行方案的仿真结果表明,虚拟编组优化方案在保证运输效率的同时,可以有效缩短乘客旅行时间,提升轨道交通客运服务质量。

城市轨道交通低碳节能技术下牵引供电系统仿真分析

目的:针对目前多项低碳节能技术同时应用到一条城市轨道交通(以下简称“城轨”)线路上的节能效果尚缺乏评估,无法为最优节能方案的制定与决策提供支撑,因此需要通过多种低碳节能技术下牵引供电系统的仿真分析研究其节能效果。方法:介绍了城轨牵引能耗的构成。从供电设备、牵引电机类型、列车质量及行车组织等多个角度出发,介绍了双向变流技术、永磁同步牵引传动技术、列车轻量化及列车驾驶策略与运行图优化等4种低碳节能技术的原理及特点。搭建了城市轨道交通牵引供电系统仿真平台。以国内某地铁线路为研究背景,对牵引供电系统进行仿真建模,分析了多种低碳节能技术单独应用与综合应用的节能效果。结果及结论:永磁同步牵引电机效率更高,其消耗电能不仅低于异步牵引电机,且其再生能量也高于异步牵引电机;整流装置采用双向变流器的条件下,牵引网损耗减小了7.88 kWh,节能率达16.00%;列车采用铝合金车体后,相同行驶条件下消耗的电能较优化前减少了39.70 kWh,节能率为2.75%;列车运行图优化后,列车消耗电能比优化前减少了48.56 kWh,节能率为3.37%;多种低碳节能技术综合应用的条件下可将牵引供电系统节能率提升至15.79%,节能效果明显。

可解释人工智能在电力系统中的应用综述与展望

可解释人工智能(XAI)作为新型人工智能(AI)技术,具有呈现AI过程逻辑、揭示AI黑箱知识、提高AI结果可信程度的能力。XAI与电力系统的深度耦合将加速AI技术在电力系统的落地应用,在人机交互的过程中为电力系统的安全、稳定提供助力。文中梳理了电力系统XAI的历史脉络、发展需求及热点技术,总结了XAI在源荷预测、运行控制、故障诊断、电力市场等方面的电力应用,并围绕解释含义、迭代框架、数模融合等方面展望了电力系统XAI的应用前景,可为推动电力系统智能化转型与人机交互迭代提供理论参考与实践思路。

电力线路跨越电气化铁路断线影响范围研究

电气化铁路特别是高速铁路大规模建设中,与高等级电力线路频繁发生交叉穿越的情况,铁路建成运营后,如发生电力线路断线工况,会严重影响高速铁路的运行安全。研究电力线路跨越电气化铁路断线影响范围,建立柔性导线断线模型,获得了线路交叉角度、弧垂及挂线点高度对断线影响范围的规律,以及考虑风舞条件的断线影响范围与覆冰条件的断线影响范围。断线影响范围随交叉角度(0~90°)的增加而减小,随挂线点高度的增加而增大,随弧垂高度增加而增大,随断线间距的增加而减小;当线路覆冰时,受风阻力影响,落线范围减小。该研究成果应用于京唐城际铁路,并可为电力线路防护棚洞修建长度提供数据支持。

电力线路跨越电气化铁路倒塔范围计算方法--以津兴铁路为例

电气化铁路快速发展过程与输电走廊不可避免地出现交叉跨越,极端环境条件下输电走廊杆塔会出现倒塔及断塔头等情况,当杆塔侵入到电气化铁路时,会影响电气化铁路的安全运输。针对该问题开展研究,建立典型电力杆塔模型,分析最大导线拉断力条件下杆塔应力及应变情况,结合电气化铁路与电力线路交叉跨越情况,提出基于倒塔特性的电气化铁路与电力线路交叉跨越情况安全防护范围计算方法。研究表明,杆塔初始最大变形量在碰撞位置与杆塔基座之间,约为第二塔头位置,最大变形量约为米级。当单侧三相导线及地线总拉力超过拉断力时,杆塔距离地面约高2/3处出现应力过大的情况;杆塔向电气化铁路防护棚洞倒塔时,可获基于杆塔弯折点、杆塔与铁路间距的倒塔影响范围。研究成果可为电力线路防护棚洞修建长度提供数据支持。

考虑灵活资源及模数驱动方法的电力系统调度方法综述

可再生能源及负荷种类的增多给电力系统运行带来更大不确定性,也给电力系统经济调度带来挑战。深入分析总结灵活资源特性并对不确定性的准确建模是评估电力系统灵活性和实现经济调度的基础。基于模型或数据驱动的调度建模方法面临诸多挑战,将模型与数据驱动方式相结合,并充分发挥二者优势是电力系统优化调度的发展方向。该文从灵活资源分类及特性、系统灵活性评估方法及优化调度的模型与数据驱动建模3个方面进行了归纳整理。首先,从电网侧、供应侧及需求侧3个方面介绍了系统中的灵活资源,并总结了其调节特性。其次,介绍了权重分配、数理统计及包络区间3种常用电力系统灵活性评价指标,并总结了不同方法的适用性。然后,总结了模型驱动或数据驱动的应用现状及其各自优缺点,并对模型数据交互驱动的研究现状进行了概述。最后,对考虑灵活资源的电力系统调度方案研究进行了展望。