Light Rail/Rapid Transit: New Approaches for the Evaluation of Energy Savings, Part I?Life-Cycle Cost from Synthetic Routes/Operational Models

The energy-saving benefits of new traction technologies for light rail/rapid transit systems must be evaluated on the basis of life-cycle cost, which includes both purchase cost and energy consumption. Rigorous energy consumption evaluations previously have not been possible because of the lack of 1) a practical basis for comparing the energy consumption of different transit car/traction systems and 2) information concerning the receptivity of transit systems to available regenerative braking energy. New approaches are described that will provide a practical basis for energy consumption comparisons. Techniques for solving the complex computational problems of the receptivity of large systems are described in a companion paper [16]. Overall, a systematic approach for comparing the energy consumption of different traction systems on the basis of equal work performed (operational model) is presented. The techniques described will allow a total cost figure based on purchase price plus energy consumption to be calculated for each type of transit car on a given property basis. The concept of a synthetic route, the energy equivalent of specific transit routes under study, is introduced for comparing energy consumption values during the bidding stage, prior to system selection. This concept, which significantly simplifies the computation task, was used in predicting the annual traction energy consumption of the Toronto Transit Commission's (TTC) Presidents' Conference Committee (PCC) streetcar fleet. The computations indicated that retrofitting the fleet with fully regenerative chopper systems would reduce energy consumption by more than 50 percent.     

基于功率动态分配的自动驾驶机车牵引电机节能控制

为了降低大功率机车牵引电机运行能耗,提出了一种基于牵引功率动态分配的机车牵引电机节能控制方法。首先,结合现场运行数据,建立牵引电机效率与其发挥牵引力及运行速度间的数学模型。然后,利用机车自动驾驶系统规划的区间速度及牵引力运行曲线,基于所建立的数学模型对不同牵引力分配策略下综合牵引电机能耗指标等进行计算,并选择最小化目标函数值的牵引力功率分配方案,控制机车各轴牵引力输出。最后,基于HX D 1型自动驾驶机车现场某条线路各区间运行数据,对所提方法进行仿真分析,验证了该方法的有效性。     

直流牵引供电系统电流跨区间传输对钢轨电位影响

直流牵引供电系统普遍存在钢轨电位过高的问题,现有模型仿真结果一般远小于现场实际值。对多区间多列车并列运行情况下电流跨区间传输现象进行分析,理论研究了电流跨区间传输对钢轨电位的影响。通过广州地铁8号线现场测试,验证了跨区间传输电流所占列车总牵引电流比例增加时,会导致钢轨电位增大。根据直流牵引供电系统实际特性,建立多供电区间多列车的钢轨电位动态分析模型,仿真分析了列车动态运行下直流牵引供电系统电流跨区间传输现象,对比分析不同电流跨区间传输情况下钢轨电位变化。现场测试及仿真结果表明,有效避免电流跨区间传输可大大降低线路钢轨电位幅值。     

Energy Conservation Technologies and Expectation in Japan

Energy conservation technologies are primary measures against the global environmental issues. Since ‘Oil Shock’ in the middle of 1970s, Japanese industries have endeavored to increase energy efficiency that has resulted in a decrease in the production cost. This article describes the transition of energy consumption in Japan, outline of the energy conservation laws, and energy conservation technology developments for the industrial sector, for the commercial/residential sector, and the transportation sector. Five development themes on energy conservation of the national technological strategies are designated to be promoted by the year 2030. As one of the designated topics in the commercial sector, some development results of a national project on HEMS (Home Energy Management System) are described. Detail technologies in major fields are shown in the following papers. Copyright © 2008 Institute of Electrical Engineers of Japan. Published by John Wiley & Sons, Inc.     

树形双边贯通供电方案及其应用研究

树形双边贯通供电方案能够取消牵引变电所出口和分区所处的电分相,提高系统的供电能力和再生制动能量利用率.介绍了树形双边供电方案的构造;针对树形双边贯通供电方案,以复线直接供电方式为例,推导了牵引网双边供电区间在复线牵引网上下行不并联、末端并联、全并联,以及端头供电臂单边供电等情况下的牵引网阻抗模型;以牵引变电所为单元,构...     

采用自耦变压器供电的重载铁路牵引电缆贯通供电系统供电方案

针对采用自耦变压器(AT)供电的重载铁路,为了进一步提升其运能和再生制动能量利用率,提出一种采用AT供电的重载铁路牵引电缆贯通供电方案。首先,介绍了采用AT供电的重载铁路牵引电缆贯通供电方案;其次,研究采用AT供电的重载铁路牵引电缆贯通供电系统供电能力,推导该供电系统的等值模型,分析其电流分布关系,计算牵引网等值阻抗,结合其电压分布关系推导出供电能力数学模型,为方案的初步设计提供依据;然后,以某实际重载线路改造设计为案例,分别对既有方案和所提方案的供电能力和能耗情况进行仿真验证;最后,对改造成本及运营经济性进行了分析。分析结果表明所提方案能够延长供电距离,降低牵引供电系统能耗,提高再生制动能量利用率,节省外部电力资源,经济效益较为显著。     

电力拖动系统的节能

通过对电力拖动系统组成的每个部分进行分析,简述了每个环节的节能措施和方法,根据负载类型的不同,采取的措施也不同,不能只局限注重每个环节的节能效果,一切应从系统整体节能效果考虑,才能真正达到节能的效果。     

不同位置再生制动能量吸收装置下直流牵引网潮流计算对比分析

城市轨道交通列车运行时广泛采用再生制动方式,再生制动能量回馈至接触网后被附近运行列车吸收,剩余再生制动能量通过再生制动能量吸收装置吸收以限制接触网压过高。目前,再生制动能量吸收装置安装位置主要有列车安装和变电所安装,不同安装位置下,列车再生制动能量引起对直流牵引供电系统的影响不同。分别建立两种再生制动类型下直流牵引供电系统潮流计算模型,仿真分析了多列车多变电所并列运行下,不同位置再生制动能量吸收装置对牵引供电系统电压、电流及再生制动功率分配的影响。     

面向辅助服务的新能源场站共享储能容量优化配置

随着新能源的快速发展,储能作用日益凸显。针对新能源场站共享储能提供一次调频的定容问题,提出以共享储能投资商总成本最小为目标的储能优化配置方法。首先对历史频率数据的经验分布进行拟合,利用拟合结果生成配置储能所需的频率数据。然后基于所生成的频率数据,综合考虑一次调频约束、储能倍率特性约束和一次调频参与率约束等,建立满足一次调频要求的储能优化配置模型。所建模型为混合整数线性规划模型,可采用成熟的求解器进行求解。最后,基于实际频率数据对所提方法进行仿真分析,并对锂电池和飞轮储能的配置结果进行对比。结果表明：相比各自独立加装储能,多个新能源场站加装共享储能可以降低成本;配置锂电池储能系统的容量虽然显著大于飞轮储能系统,但其综合成本更低。     

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...     

一种改进的多电平逆变器SVPWM调制方法研究

随着现代轨道交通行业的不断发展,多电平逆变技术已经成为大功率牵引变流器的研究热点之一.以有源中点钳位型五电平(ANPC-5L)逆变器为基础,结合虚坐标变换法,实现了逆变器直流侧中点电位及各相悬浮电容电压的稳定控制.根据参考电压矢量坐标与开关状态确定初始电压作用矢量以及三个基本电压矢量的作用顺序.结合参考电压所在三角形区...     

热电冷联产系统的能耗特性

从系统基础能源消耗角度建立联产系统相对于分产系统节能判断关系式，并以实际热电机组为例进行计算验证，探讨了热电比、热效率、性能系数等参数对联产系统能耗特性的影响，研究发现：热电联产及在此基础上的热电冷联产的节能需满足一定的条件，相对来讲，冷电联供节能条件较热电联产更为苛刻。热电比、热效率和性能系数对联产系统节能影响程度明显不同；在联产系统中多效吸收机的应用并不总能使联产系统节能率增加，即使满足节能条件，对系统节能率的提升数量级也很小；热电冷联产系统相对于分产系统不一定节能，但从能的梯级利用原理讲，联产与分产系统相比火用 损的减少是绝对的，而这一部分火用 损的差值是联产的收益，也是热电联产的本质所在，据此建立了新的热电分摊理论模型。     

Inverter-Induction Motor Drive for Transit Cars

The advent of large power semiconductors has made it possible to apply inverters and ac motors to traction applications. Either synchronous or induction motors and several types of power converters can be considered. The induction motor and the pulsewidth modulated (PWM) inverter are selected as favorable for application to a transit car drive. A general method of sizing the PWM inverter and induction motor in terms of the car performance requirements is out-lined. This method results in a minimum size inverter and allows optimization of system weight and cost. A discussion of wheel size effects and the optimization of regenerated energy is included.     

基于多目标综合控制的低碳轨道交通操控节能方案

提出一种应用于轨道交通供电系统的多目标综合控制节能方案。采用可控高功率因数整流的AC/DC变流模块取代传统的整流电路以实现能量的双向流动,并采用多个AC/DC变流模块并联的形式来扩大整个方案容量,同时在直流牵引母线处装有一台或多台并联DC/DC变流模块,使机车制动时产生的电能可部分通过AC/DC模块回馈到电网,部分通过DC/DC模块升压后存储到独立电容器组。研究表明,该方案不仅可以充分回收及利用制动能量,并通过部分吸收回馈能量来克服所有能量瞬时回馈电网对电网的冲击,还可以通过对牵引变电站谐波及无功的补偿改善轨道交通变电站的电能质量,从各个角度提升节能功效。     

轨道车辆牵引电机负载模拟方法的研究

在分析了轨道车辆运行过程中牵引电机与传动齿轮、轮对以及轮轨之间力的作用关系的基础上,分别从力和功率的角度建立牵引电机——轮对传动机构的数学模型,得到牵引电机实际负载转矩的表达式;将牵引电机的实际负载等效为阻力负载和惯性负载两个部分,提出了用负载电机转矩模拟阻力负载,用飞轮或负载电机转矩模拟惯性负载的方法;结合CRH2型...     

简析火电机组运行中的节能降耗

节能降耗已成为我国当前的一项重要国策,如何提高火电厂的一次能源利用率,尽可能降低发电成本,成为火力发电厂当前的工作重点和紧迫任务。为了最大限度地挖掘潜力,提高经济性,全面抓好节能降耗工作,浑江发电公司根据现场实际运行情况,分析在运行过程中可采取的节能降耗措施。文中着重从控制主要运行参数、节约厂用电、加强设备治理、机组启动时组织协调等方面分析节能降耗的方法,为同行提供一定的参考。     

车载牵引变流器关键部件寿命评估综述

牵引变流器被视为轨道交通列车的"心脏",为列车的运行提供强劲动力。但作为变流器实现电能变换的关键执行部件,绝缘栅双极晶体管IGBT (insulate-gate bipolar transistor)模块与电容性能受多变工况影响较大且较为脆弱,对列车安全运行带来极大挑战。现行的维护方案存在维修成本高、维修不及时的缺点,而以寿命评估为核心的更加经济安全的状态修被认为是未来修程修制的改革方向。为此,针对牵引变流器的关键部件—IGBT模块和电容的寿命评估方法进行调研和总结,根据现有寿命评估研究从数理统计出发,趋向于融合失效机理和统计建模,并朝着物理失效建模不断发展的思路,分别从基于故障数据、基于任务剖面、基于性能退化参数3个方面对寿命评估进行分类阐述,给出每种评估方法的流程,并对涉及的环节进行分析。最后,讨论了现有研究工作存在的问题,并展望了未来牵引变流器关键部件寿命评估的发展方向。     

直线电机地铁车辆牵引系统国产化应用研究

为解决国内直线电机(LIM)轨道交通牵引传动系统关键技术及备品备件完全依赖进口、维修维护困难、车辆运营成本高的现状,研究开发了具有完全自主知识产权的大功率强迫风冷式LIM牵引变流器系统。针对LIM特殊结构引起的边端效应等问题对传统间接磁场定向矢量控制方式进行了优化。考虑到LIM次级时间常数发生变化对磁场定向的影响,导致转矩控制性能下降,提出了一种基于最小电流的参数在线辨识方法。所提方法计算简单、不依赖于电机其他参数,试验台测试结果证明了该算法的准确性和有效性。在地铁实际运营线路的试验结果表明,国产化牵引变流器各项性能满足车辆技术要求,而且效率等部分指标优于原车进口牵引系。     

一种新型电气化铁道电能路由器研究

在实现可再生能源发电技术在牵引供电系统得到应用的前提下,针对27.5 kV电气化铁路牵引网中功率调度等问题,提出一种新型电气化铁道电能路由器装置.装置采用81电平变换技术满足电气化铁道供能系统对并网变换器的高压、高电能质量、大功率的需求,采用电压幅值—相角的能量调度方式确保电力机车正常供能及对牵引网的电压支撑,最后通过...     

Optimizing performance in switched-reluctance drives

This article discusses the requirements of electric vehicle traction drives and the consequences to the control strategies of a switched reluctance motor drive. The selection of these control strategies for different operating regions in the torque-speed diagram is also discussed. To test different control strategies, a specialized simulation program was constructed. The simulation results and the implementation of the optimization strategies are discussed. Finally, the measurement methods and the test results are presented