城市轨道交通再生制动能量技术研究

轨道车辆再生制动能量的吸收装置是城市轨道交通系统的重要组成部分。分别对电阻耗能型、电容耗能型、飞轮储能型和逆变回馈型这几种类型的城市轨道交通车辆再生制动能量吸收装置的构成及其工作原理进行了分析,并比较了这几种类型装置的优缺点。     

24 kV柔性直流牵引供电系统潮流计算方法与供电特性分析

潮流分析对于研究24 kV柔性直流牵引供电系统的供电特性具有重要意义,但多层级控制导致柔性直流牵引网的潮流分布更为灵活复杂,使得原有直流牵引供电系统的潮流算法不再完全适用。为此,该文在原有直流牵引供电系统潮流计算方法的基础上,建立24 kV柔性直流牵引供电系统的“控制器-源-网-车”一体化潮流计算模型,详细分析潮流计算与控制器迭代的交互过程,提出一种连续线性潮流法和比例积分控制器（SLPFM-PI）交替迭代的潮流计算方法,以求解考虑多层级控制策略下的牵引网潮流。此外,基于潮流计算,以机车运行电压、接触网载流量为限制条件,分析24 kV柔性直流牵引变电所的供电距离,并研究了不同控制方案下系统供电特性的差异,结果表明该系统控制方案的设计中应减小机车功率的远距离、跨区间传输。     

基于旁路直流回路的城轨交通再生制动能量调度研究

城轨交通已成为城市耗能大户,提升列车再生制动能量的利用率对降低牵引能耗具有重要的意义.该文在分析接触网阻抗影响列车间再生制动能量传输机理的基础上,提出一种基于旁路直流回路的城轨交通再生制动能量管理与利用新思路,建立了一种基于电力电子变换器的旁路直流回路拓扑及其控制策略,并采用情景分析法开展了可行性及有效性验证.案例研究...     

计及多端口直流潮流控制器的直流电网潮流计算

基于含模块化多电平换流器的多端口直流潮流控制器(MDCPFC)的工作原理,提出了一种计及MDCPFC的直流电网潮流计算方法。该方法将加装的MDCPFC用安装支路端点的节点注入功率的修正量来表示,使得运算简便,从而提高了运算效率。以舟山五端柔性直流工程为例,通过对比加装MDCPFC直流电网的潮流计算结果与PSAT软件计算结果以及加装2个直流潮流控制器的计算结果,验证MDCPFC的控制效果更好。     

城市轨道交通直流暂态短路计算

分析了直流牵引供电系统暂态短路过程,从系统角度构建了暂态短路计算模型。结合工程应用,开发TranShortCalcu进行暂态短路计算,并搭建MATLAB/Simulink直流牵引供电系统模型进行仿真计算。     

计及系统级控制的柔性直流牵引供电系统潮流计算方法

柔性直流牵引供电系统是城轨交通牵引供电技术的重要发展方向,而潮流计算是对其进行分析和设计的重要依据.柔直牵引供电系统的潮流分布直接受到系统级控制的影响,因此需要在潮流计算中计及系统级控制.本文基于高斯迭代法,研究了柔直牵引供电系统的建模问题,设计了能可靠收敛的潮流算法,解决了在柔直牵引供电系统潮流计算中考虑系统级控制问...     

考虑直流潮流控制器的直流电网分析方法

提出了一种含有直流潮流控制器的直流电网分析方法,考虑了直流潮流控制器以及换流站的控制对直流潮流的影响。通过理论计算,分析了直流潮流控制器对潮流控制的灵敏性,研究了其对直流电网潮流布局产生的影响。利用PSCAD/EM TDC仿真软件搭建了CIGRE B4-58直流测试系统,证明了所提分析方法的正确性。     

计及再生制动能量的铁路潮流控制器功率柔性分配方法

为了以更高的性价比实现牵引供电系统（RPS）并网性能的提升,提出一种计及再生制动能量的铁路潮流控制器（RPFC）功率柔性分配方法,所提方法旨在确保系统满足并网指标的前提下降低RPFC的设计容量,能够同时适用于RPFC的前期设计与实时控制。首先,建立包含RPFC的V/v牵引供电系统数学模型,推导了RPFC两侧变流器补偿功率与一次侧功率因数间的数学关系;然后,在计及再生制动能量的前提下重点讨论了不同补偿目标及补偿模式对RPFC两侧变流器补偿功率的影响,并基于实测负荷数据的功率因数-功率（PF-P）分布特性提出一种精准模拟两相负荷的方法,为RPFC的设计提供指导,在保证系统能满足相关并网指标的前提下,设计计及再生制动能量的RPFC功率柔性分配方法;最后,利用实测负荷数据对所提方法的性能进行了验证。     

含直流潮流控制器的真双极多端柔性直流电网潮流计算研究

为优化直流电网的潮流分布,需增加潮流控制器的辅助来增加线路的自由度。基于模块化多电平换流器的真双极多端直流输电系统具有低损耗、控制和运行方式灵活等优点,已经成为未来直流输电系统的主流方式。不同于伪双极输电系统,该系统在接入潮流控制器后,系统的潮流变化更加复杂,用于计算伪双极潮流分布的方法将不再适用该系统。针对以上问题,以电压型直流潮流控制器为例,在考虑站级控制的情况下推导了含潮流控制器的真正双极性直流电网潮流计算方法,通过引入等效电阻模型,避免了大量计算节点的引入。最后,将算法结果与PSCAD/EMTDC平台中搭建的张北柔性直流输电工程的仿真算例结果进行对比,验证了该算法的可行性与准确性,同时也验证了潮流控制器在真双极系统中的潮流控制能力。     

一种基于直流法潮流的快速潮流计算方法

直流法潮流在交流潮流模型的基础上根据实际电网特点做出合理假设,在确保较高准确率的情况下大大简化了潮流计算过程。提出了一种基于直流法潮流的快速潮流计算方法,可通过手工计算快速得到计算结果,可应用于电网规划设计、运行方式安排及调度操作等。通过实际电网算例证明,该方法计算简便快速,在对电网进行合理简化的基础上该算法的计算精度一般可达90%以上,完全可以满足工程计算的要求。     

城市轨道交通交直流统一的牵引供电计算

针对城轨牵引供电计算现状,即一般将交流系统等效至直流侧进行计算或者交直流侧分开迭代,简化了交直流系统的内在联系,在一定程度上影响计算的精度,探讨了一种基于整流机组模型的城轨牵引供电系统交直流统一的牵引供电计算方法,并采用改进的牛顿-拉夫逊法和高斯-赛德尔法求解,利用10节点直流牵引供电系统进行了验证。提出的交直流统一的牵引供电计算方法已成功应用在城轨牵引供电仿真系统中。     

考虑轨地回路分布式参数的直流牵引供电系统双端稳态故障测距算法

针对城市轨道直流牵引供电系统短路故障定位困难的问题,提出了一种考虑轨地回路分布式参数的双端稳态故障测距算法。在发生短路故障后,利用故障区间相邻牵引变电所馈线直流开关柜的测试电路将直流牵引网电压施加在接触网与钢轨之间,利用2次测量的牵引网端口电阻进行故障测距。在考虑钢轨-大地两层回流结构的基础上,对分布式参数的轨地回路进行T型等效,通过解析计算得到故障距离与端口电阻的表达式。该方法不需要增加额外的故障测距设备且不需要双端数据的同步,不受接触电阻和暂态过程中的钢轨阻抗频率特性的影响。利用CDEGS仿真软件模拟直流牵引供电系统故障,讨论了不同接触电阻、故障点位置、过渡电阻以及电压、电流测量装置测量误差对故障测距精度的影响。在实验室小功率平台上采用裸导线模拟完全绝缘和较低过渡电阻的2种情况,结果验证了所提故障测距算法的有效性和实用性。     

基于ECP的轨道交通直流牵引供电系统开关状态评价算法

建立1500 V直流开关柜状态评价模型对地铁的安全运行具有重要意义。为此,依据DC1500 V直流开关柜运行原理及其运行过程中体现的指标量,以断路器信息为主,结合配件信息和柜体信息,建立其状态评价指标体系,对直流开关柜功能状态进行综合评价。状态评价算法以熵-突变级数(Entropy-Catastrophe Progression, ECP)法为基础,以信息熵取代主观权重,避免了评价过程中主观因素的干扰,使得设备信息能更直接地影响评价过程,并依据云模型进行指标模糊化,充分考虑了指标量的随机性和模糊性。状态评估模型充分考虑了影响直流开关柜运行状态的各种因素,通过信息熵能客观反映实际情况,并能在指标缺失的情况下给出合理评价。应用开关柜实际运行数据进行实例分析,验证了所提出的状态评价算法的有效性和可行性。     

城轨交通混合型再生制动能量利用系统及其控制策略

针对城轨交通再生制动能量利用问题,结合城轨交通供电系统负荷特性,提出一种含能馈系统与储能系统的混合型再生制动能量利用系统及其控制策略。结合城轨交通供电系统架构与负荷特性,提出混合型再生制动能量利用系统拓扑结构并分析其运行原理。以充分利用再生制动能量为目标制定系统能量管理策略,实现在多种运行模式和运行工况下的功率潮流管理。提出计及牵引网母线电压控制和系统动态功率分配的分层控制策略。通过仿真分析验证所提系统及其控制策略的正确性和有效性,并借助相关技术指标和经济性指标对不同再生制动能量利用方案进行对比。结果表明,所提分层控制策略能协调控制系统按需回馈、存储/释放再生制动能量,实现城轨交通再生制动能量高效利用,并有效抑制牵引网母线电压波动;同时,所提混合型再生制动能量利用方案能较好地兼顾技术效果和经济性,相比储能方案和能馈方案有一定优势,可作为城轨交通再生制动能量利用方案的选择之一。     

新型SERapid牵引配电直流开关柜

针对当前轨道交通建设需求,推出符合中国市场的新型SERapid牵引配电直流开关柜系列。根据直流开关柜的不同柜型,分别介绍了进线柜、馈线柜、联跳柜和回流柜的技术特点和性能,包括各种保护、测量、控制、通信、闭锁、联跳和操作功能的实现方式,还介绍了各种柜型中用到的关键元器件性能特点以及各种柜型的结构特点。最后,介绍了直流开关柜与外围设备如变电站综合通信管理单元、钢轨电位限制装置等的配合问题。     

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。     

直流牵引供电系统短路计算模型分析

分析了现阶段地铁直流系统短路计算存在的问题,对地铁直流供电系统短路计算模型进行了分析与改进,建立了一套符合保护整定和校验要求的故障计算模型。分析了地铁直流系统稳态短路计算误差产生的原因,从机组等效和拐点电流两方面给出了减小误差的方法,并给出了优化后的程序计算流程。介绍了直流侧出口和远端短路暂态电流的计算模型,在此基础上提出了一种通过超调量来区分出口、近端、远端短路故障的方法,以及近端短路暂态电流的计算方法。仿真验证表明,上述计算模型和方法在计算误差和完整性方面满足保护整定与校验要求。     

同相牵引供电系统的补偿原理及再生制动特性

由平衡变压器和综合潮流控制器(integrated power flow controller,IPFC)组合构成的同相牵引供电系统可解决负序电流、谐波电流、无功电流的补偿及电分相方面存在的问题,分析了该供电系统的补偿原理,比较了牵引和再生制动状态同相牵引供电系统对电力系统供电质量的影响,指出制动状态下IPFC可在不改变控制策略的情况下将能量平衡地回馈到三相电网,节约电能。仿真结果验证了同相牵引供电方案的正确性。     

基于EWT能量熵的直流短路故障辨识

针对现有直流牵引供电系统短路故障辨识中列车过分段导致电流变化率和电流增量(DDL)保护误动作的问题,提出基于经验小波变换能量熵的方法识别列车过分段电流与远端短路故障电流。该方法采用经验小波将电流信号自适应地分解为多个紧支撑的经验模态函数,基于经验模态函数的能量权重构建能量熵,定量地描述了馈线电流信号的能量在时频分布的复杂性。采用大量列车过分段电流和远端短路电流数据对该方法进行验证,证明了该方法与DDL保护配合可以提高短路故障识别的正确率。