考虑主变电所资源共享的城市轨道交通供电系统无功补偿方案

[目的]当城市轨道交通供电系统的主变电所资源共享时,能够节省供电系统的投资成本。在此背景下,为使PCC(公共连接点)的功率因数达到标准,需要对不同阶段的主变电所资源共享无功补偿方案进行研究。[方法]以某城市地铁线路的供电系统为例,根据行车计划和供电系统结构,推算出PCC处在全日功率因数达标的情况下,主变电所资源共享前后的最小无功功率补偿量。提出考虑主变电所资源共享的无功补偿设置方案,以主变电所资源共享前后的最小无功功率补偿量满足补偿需求为基础,以SVG(静止无功发生器)容量最小为目标,确定SVG和电抗器或电容器的安装容量。[结果及结论]在案例线路的供电系统中,1#主变电所主变压器供电分区无功补偿装置的实际配置为:电抗器容量为6.0 Mvar;SVG容量为1.0 Mvar;2#主变压器供电分区无功补偿装置的配置为:电抗器容量为3.0 Mvar;SVG容量为0.5 Mvar。所提供电系统无功补偿方案将总计容量为9.0 Mvar的SVG装置替换成电抗器,在满足无功补偿需求的同时降低了投资成本。

城市轨道交通车速160 km/h刚性接触网施工误差仿真研究

[目的]针对我国城市轨道交通车速160 km/h刚性接触网施工误差对弓网动态性能的影响,基于现场实测数据,结合刚性接触网弓网系统仿真分析,对车速160 km/h受电弓与刚性接触网系统设计出满足条件的技术参数。[方法]首先,对广州地铁三北线进行供电接触网导高(接触线至轨面的垂直距离)参数实测,对导高的概率分布规律进行了分析,认为导高分布与定位点静态高度分布基本一致,均服从正态分布;然后,在考虑导高施工误差的情况下,选取DSA250型受电弓,根据TB/T3271标准建立了弓网动态仿真模型;最后,仿真分析了不同导高施工误差下的弓网动态性能,并设计了满足车速160 km/h的弓网系统技术参数。[结果及结论]刚性悬挂装置导高的施工误差服从正态分布的概率分布模型;导高存在施工误差的接触力标准差是无施工误差的2~3倍,说明导高施工误差对弓网动态耦合性能的影响显著;对刚性悬挂导高的施工误差,锚段关节处6个定位点高度服从均值为接触线标称高度、标准差为2 mm的正态分布,其他定位点高度服从均值为接触线标称高度、标准差为3 mm的正态分布。

基于阻抗测量信息的电气化铁路“多车共网”系统稳定性分析

阻抗测量技术能够准确地获取“牵引供电网-列车”(简称“车-网”)系统的宽频阻抗特性,但在阻抗测量信息的利用方面目前多是针对单车系统的稳定性分析,缺少对“多车共网”系统宽频稳定性问题的分析。因此,该文提出一种基于牵引供电网与列车阻抗测量信息的“多车共网”系统稳定性分析方法。首先,利用阻抗测量的方式获取牵引供电网节点阻抗矩阵与列车阻抗信息;然后,建立“多车共网”系统模型,采用基于阻抗回差矩阵行列式的稳定性分析方法,分别从低频到高频分析了电气化铁路中低频振荡、谐波谐振和谐波不稳定三类典型振荡问题,并给出相关的振荡信息,实现多类稳定性问题的统一分析;最后,利用Matlab/Simulink仿真验证了所提稳定性分析方法的有效性。

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。

基于改进K-means聚类的轨道交通基础设施分布式光伏发电典型场景生成及出力特性分析

受限于自然条件,光伏出力具有很强的随机性。为准确评估轨道交通基础设施分布式光伏发电的光伏出力特性,提出一种基于改进K-means聚类算法的轨道交通基础设施分布式光伏发电典型场景生成方法,并基于此进行光伏出力特性分析。首先,基于分布式光伏发电设施以及气象数据,利用PVsyst软件模拟光伏发电出力数据。然后,针对基本K-means聚类算法聚类参数和初始聚类中心盲目性高的问题,结合聚类有效性指标(Density based index,DBI)和层次聚类对其进行改进并利用改进K-means聚类算法生成光伏典型日出力场景。最后,基于华中地区某地轨道交通基础设施分布式光伏系统对所提方法的有效性和优越性进行验证,并通过定性和定量分析各典型场景的出力特性揭示轨道交通基础设施分布式光伏出力的规律和特点。

双十字路口交通灯控制Stateflow和App Designer仿真

为培养学生能够独立从事自动化相关领域的工程设计、应用研究,解决自动化领域复杂工程实施过程中遇到的关键技术问题,以双十字路口交通灯为研究对象,为计算机辅助建模与仿真类课程设计了一个综合性教学案例。教学案例主要内容为双十字路口Simulink/Stateflow建模与基于Matlab App Designer的交通灯控制可视化仿真。通过此教学案例的实施,明显提高了学生对Matlab的综合应用和工程设计能力,并为后续课程“单片机原理及应用”和“电气控制和PLC”作铺垫。

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。

城市轨道交通同相储能供电系统的节能运行优化策略

[目的]针对广州地铁18号线采用的组合式同相供电装置,为了解决同相牵引供电系统中存在的再生制动能量利用率低的问题,需对同相储能供电系统的节能运行优化策略进行研究。[方法]以牵引变电所的日电费成本最低为目标,平衡节点功率,以供电装置与储能装置运行特征为约束,建立了同相储能供电系统节能优化模型。以广州地铁18号线某牵引变电所负荷过程实测数据为依据,对城市轨道交通牵引负荷过程进行分析,利用CPLEX商业规划求解器对该模型求解,最终获得同相储能系统最优能量管理方案。[结果及结论]超级电容接入组合式同相供电装置直流环节的储能供电系统,通过超级电容对牵引负荷的削峰填谷作用,能提高牵引供电系统再生制动能量利用率,减小城市轨道交通运营商的电费成本。试验结果表明,相比传统的同相供电系统,采用接入超级电容的同相储能供电系统可使得再生制动能量利用率达到92.88%,使日电费成本降低9.65%,节能效果显著。

城市改造工程对交通通行能力的影响--以成都“北改”为例

本文以民生工程成都"北改"为例,对重大民生工程中公路建设对道路交通通行能力的影响进行研究。结合政治规划和网络调研,本文通过建立数学模型,对单条道路通行能力和整个路网通行能力进行分析,计算路线规划前后道路通行能力的改变量,以得到提高交通能力的结论。本文的研究思路对其他改造工程中的道路优化问题有一定的借鉴意义。

电气工程专业实验中心建设的实践

以电气工程专业实验中心建设的实践为例,探讨了在新形势下专业实验中心建设的理论和实践,得出了实验室建设应与学科建设、专业建设和实验教学改革相结合的方法,在实验室建设中应加强平台建设、师资队伍建设等措施。

电气化铁路对成都电网继电保护的影响

为解决电气化铁路给与其相连接的电网带来的电能质量问题,分析了成都境内电气化铁路对成都电网继电保护装置的影响。介绍成都电网境内电气化铁路供电和成都电网保护配置的基本情况,分析电气化铁路对电网继电保护造成影响的原因,并建立成都电网的Simulink仿真模型,仿真分析牵引网3种类型的短路对成都电网继电保护的影响,得出结论:电气化铁路对电网的继电保护影响很小。

电气化铁路接触网故障仿真平台开发

接触网是支撑电气化铁路运行的核心装备,由于接触网系统的鲁棒性研究与故障监测诊断需要大量且不同类别的故障特征数据,但该数据难以从铁路的运营现场大量获得,因此,通过有效的仿真模拟生成可信的故障数据,是从理论上研究接触网故障的有效手段。基于有限元方法,利用受力等效的方式模拟接触网的各类故障,搭建相应的仿真模型并建立故障仿真平台,从而通过平台生成大量的接触网故障仿真数据,解决了故障数据获取困难的问题。根据故障的机理特征以及数学特征将故障模型分为五类,建立不同故障类型的等效方法,提出平台主要架构,完成接触网参数输入、静态求解、动态求解、数据分析四大功能模块。算例计算了在指定位置的吊弦断裂与定位器钩环脱落发生时,接触网在短时间内的动态响应,当发生吊弦故障时,故障处的加速度变化最大,随着时间的变化呈现衰减趋势,距离故障位置越远,垂向振动越不明显;当发生钩环故障时,拉出值方向加速度变化明显,线路方向和垂直方向变化波动较小,说明该平台能够在接触网故障诊断中提供相关的定性与定量结论,为接触网系统设计、故障诊断识别提供理论支持。

轨道交通滑动电接触材料的研究进展

摩擦副材料是滑动电接触的核心问题和前沿研究热点。接触线和受电弓滑板作为轨道交通电接触中典型的滑动摩擦副,是高速列车获取电能的关键装置,其材料的性能直接影响着弓网电接触系统的受流质量和电力机车的安全稳定运行。目前,随着高速铁路的快速发展,亟需研发综合性能优异的轨道交通弓网滑动电接触材料。本文介绍了轨道交通滑动电接触材料的性能要求,回顾了国内外接触线和受电弓滑板的发展历程,总结了接触线和受电弓滑板材料在制备工艺技术等方面研究进展及存在的问题,展望了轨道交通滑动电接触材料的发展趋势,并提出了未来的研究重点。

城市轨道交通钢轨电位过高问题的研究

城市轨道交通中,钢轨作为主要回流导体,钢轨电位过高对设备以及人员造成严重影响。针对某地铁线路的钢轨电位过高的问题,文中在长区间钢轨对结构钢筋过渡电阻测量方法的基础上,对该线路进行钢轨对地过渡电阻评估。测试结果表明地下段过渡电阻仅为1.816Ω·km,远小于标准规定要求。为分析该绝缘缺陷对钢轨电位问题的影响,文中基于线路实际情况,结合交直流混合迭代方法,进行了牵引供电计算仿真,分析钢轨过渡电阻分布对钢轨电位问题的影响,该线路过高的钢轨电位问题与地下区段过低的过渡电阻有直接关系。

宽增益高效率CLLLC变换器的变频双移相调制策略

在输入电压宽范围变化时,变频调制CLLLC变换器存在开关频率变化范围宽的问题,而移相调制CLLLC变换器难以实现宽范围零电压导通(ZVS)。为了实现宽输入电压CLLLC变换器的高效率,该文提出一种变频双移相调制方法。通过同时调节开关频率、一次侧全桥和二次侧全桥之间的移相角,拓宽CLLLC变换器的增益并提高其效率。采用时域分析法求解变频双移相调制CLLLC变换器的电压增益与谐振电感电流有效值,并分析频率以及移相角对电压增益和谐振电感电流有效值的影响。最后,通过搭建一台100~300 V输入、48 V/400 W输出的实验样机,验证了理论分析的正确性。

基于限流电抗器电压的直流配电网单端量保护

直流配电网故障特性复杂,故障电流上升速度快且峰值大,快速、灵敏的故障识别与线路保护是保障直流配电网安全运行的关键技术之一。为此,针对增设限流电抗器的直流配电网,提出一种利用限流电抗器电压实现高灵敏故障识别的直流配电网单端量保护方案。首先,通过分析含限流电抗器的直流配电网故障特性,明确区内、区外故障时限流电抗器电压的特征差异。其次,研究限流电抗器对故障特性及直流保护的影响机制,提出虚拟补偿策略以增强故障识别的灵敏性。在此基础上,根据线路电压变化率设计保护启动判据,提出基于虚拟补偿的故障识别判据和故障选极判据,并给出完整的保护方案流程。最后,基于PSCAD/EMTDC仿真平台进行大量的仿真测试,结果表明所提保护方案能够实现对直流故障的快速准确判断,无需通信支持,且对过渡电阻、噪声及负荷波动具有较强的耐受能力。

基于电压阻尼振荡的变压器故障绕组识别方法

变压器绕组振荡波能够有效地反映绕组状态变化,实际应用中发现振荡波末期存在不规律振荡行为,影响了基于振荡波的变压器绕组故障诊断准确性。该文针对此问题,首先,搭建变压器绕组故障模拟平台,获取轴向移位、局部翘曲、饼间短路和匝间短路四种故障下绕组振荡波数据;其次,通过定义的能量衰减因子,提出了一种基于电压阻尼振荡的变压器绕组振荡波有效波段动态选取方法;再次,基于确定的有效波段,提出了基于二值化的Tamura纹理特征的特征参数提取方法,并结合波形特征关联度(FCD),提出了用于故障类型(轴向移位、局部翘曲、饼间短路和匝间短路)、区域、程度诊断的特征参数组合并分析了其分布规律;最后,基于特征参数组合的分布规律通过实际变压器进行了应用分析。结果表明,动态选取出的波段干扰信息少、衰减振荡规律性明显且包含丰富的特征信息,可实现对故障类型、故障程度和故障区域的识别分类。

刚性接触网磨耗动态检测系统视觉标定方法研究

接触线磨耗是综合反映接触网服役性能的重要指标。针对接触线空间布置范围大,磨耗检测精度要求高,人工检测效率低的难题,提出综合运用激光三角和沙姆成像原理,研究构建基于线结构光测量技术的车载接触线磨耗主动视觉检测方法。提出采用高斯-牛顿非线性最小二乘优化方法,对像平面与光平面单应性矩阵、镜头畸变参数进行交叉迭代求解,建立面向接触线磨耗动态检测的大视场、高精度视觉模型及其参数标定方法,解决接触线磨耗检测系统视觉建模及参数标定难题。立足现场实际需求,研制接触线磨耗车载检测装置,分步开展室内静态标定实验和现场动态检测试验。结果表明,实验室标定重投影误差控制在0.083 mm以内,与传统模型相比提高53.1%。接触线磨损宽度、磨损深度及磨损面积动态检测数据与人工静态测量数据相比,RMS误差分别控制在0.119 mm, 0.115 mm, 0.788 mm2以内。

基于多项式代理模型的车顶绝缘子背风侧沿面压力优化研究

高速气流下,车顶绝缘子背风侧出现低气压会使得闪络电压降低,影响列车安全运行,为了改善车顶绝缘子背风侧的低气压现象,使用代理模型对车顶绝缘子结构参数进行优化。在车顶绝缘子结构参数上选取了伞裙上、下倾角以及伞裙间距作为因子,以绝缘子背风侧沿面压力的最小值作为响应,采用全因子试验设计方法获取样本数据,并对因子的主效应和交互效应进行分析,在此基础上建立多项式代理模型,进一步得到最佳的结构参数,最后进行闪络试验验证其有效性。结果表明:伞裙上、下倾角的主效应与伞裙间距相比更加显著,各因子之间没有显著的交互效应;最佳参数:伞裙上、下倾角分别为8°和0°,伞裙间距为45mm,背风侧沿面压力最小值提高了25.62%,同时压力平均值提高了42.47%;在100m/s的风速条件下,车顶绝缘子的闪络电压提高了16.80%。研究结果可以为车顶绝缘子结构设计提供参考。

基于容性耦合的钢轨压力传感器电磁干扰分析

目前随着弱电装置在铁路通信、传感测量等方面的普及,电磁干扰问题越来越引起人们的重视,但是关于电磁干扰机理的耦合分析等方面的工作开展较少。本文针对一则典型的钢轨压力传感器电磁干扰问题,从干扰源排查入手,建立了电源线与信号线的容性耦合物理模型,提取线缆间分布电容参数,定量分析了耦合电场大小;同时找出干扰源,确定为电源线容性耦合导致的串扰电压干扰,给出了相应抑制干扰的措施,该分析与实测相符合。研究结果表明,接地装置对电源线地线的电磁干扰影响很大,从而进一步影响了信号线的信号电压。当接地电阻的埋入深度从0.1 m增加到0.6 m时,电源线的干扰电压得到了抑制;信号线的连接端头是容易耦合到外界电磁干扰的薄弱环节,是改善屏蔽效能的关键点。本文所提出的关于容性耦合的机理分析、计算方法、以及传感器信号的电磁干扰抑制措施,能够为今后电气设备的电磁干扰分析抑制提供普遍的借鉴意义。