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24kV柔性直流牵引供电系统潮流计算方法与供电特性分析

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电工技术学报 2023年第9期38卷 2323-2334页

作者：刘芸江胡海涛杨孝伟胡海朱晓娟西南交通大学电气工程学院成都611756

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... 详细信息

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。

关键词：柔性直流牵引供电系统潮流计算多层级控制供电特性

城市轨道交通柔性直流牵引供电系统钢轨电位快速计算方法

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中国电机工程学报 2023年第14期43卷 5311-5318页

作者：叶润峰魏应冬李占赫李笑倩陆超白雪莲新型电力系统运行与控制全国重点实验室(清华大学电机工程与应用电子技术系) 北京市海淀区100084

近年来,柔性直流牵引供电系统由于能够灵活控制电压,提高再生能量利用率,越来越受重视。钢轨电位是柔性直流牵引供电系统设计的重要依据和安全稳定运行的重要指标。由于全控变流器和协同控制的引入,柔直系统钢轨电位分布特性与传统系统... 详细信息

近年来,柔性直流牵引供电系统由于能够灵活控制电压,提高再生能量利用率,越来越受重视。钢轨电位是柔性直流牵引供电系统设计的重要依据和安全稳定运行的重要指标。由于全控变流器和协同控制的引入,柔直系统钢轨电位分布特性与传统系统有显著差异,并且在钢轨电位计算精度和速度方面提出更高要求,有必要研究柔直系统钢轨电位的高效建模计算方法。文中提出一种接触网与回流网解耦的两阶段潮流计算法,提高柔直系统潮流计算的效率,并基于此分析钢轨电位的时空分布特性,发现钢轨电位的重要影响因素为柔直系统的端口电压,为钢轨电位实时抑制控制策略提供一定理论基础。

关键词：柔性直流牵引供电系统钢轨电位潮流计算协同控制

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柔性直流牵引供电系统直流馈线保护研究

柔性直流牵引供电系统直流馈线保护研究

作者：王子莹北京交通大学

学位级别：硕士

传统城市轨道交通直流牵引供电系统使用24脉波二极管整流机组,其能量流向单一,机车再生制动能量无法得到充分的利用;同时,不控整流方式下牵引网电压易波动,可再生新能源并网困难。为响应我国“碳达峰,碳中和”重大战略目标,促进社会可... 详细信息

传统城市轨道交通直流牵引供电系统使用24脉波二极管整流机组,其能量流向单一,机车再生制动能量无法得到充分的利用;同时,不控整流方式下牵引网电压易波动,可再生新能源并网困难。为响应我国“碳达峰,碳中和”重大战略目标,促进社会可持续发展,本文提出一种基于双向换流器的柔性直流牵引供电系统。城市轨道交通承载着缓解交通压力的重任,因而牵引供电系统的安全运行尤为关键。本文立足柔性直流牵引供电系统,围绕其运行特性、故障机理、故障特征、直流馈线保护方法展开深入研究。首先,本文对柔性直流牵引供电系统双向换流器的器件选型、控制策略进行了详细设计,并结合北京地铁13号线运行参数,在MATLAB/Simulink软件中完成了柔性直流牵引系统、机车传动系统的模型搭建工作。通过大量的仿真,并与传统直流牵引供电系统对比,验证了所搭建模型的有效性。其次,针对柔性直流牵引供电系统直流侧短路故障类型、故障机理及故障特征进行了分析。对应用于地铁工程的直流馈线保护配置及大电流脱扣、DDL(电流上升率和电流增量)两种主保护原理进行了介绍。结合仿真,从机车启动电流、过分段充电电流、新型系统故障特征变化等角度对DDL保护的不足进行了剖析。针对远端故障电流或非金属性故障电流与机车启动电流、过分段充电电流难以区分的问题,本文提出了一种基于暂态能量增量频域特征的单端量保护方法。通过对暂态能量增量信号变分模态分解(Variational Mode Decomposition,VMD)和Teager算子法解调构建Teager能量保护判据,可达到快速捕捉故障时刻突变特征的目的。仿真结果表明,该方法在切除各类中远端故障上效果显著。最后,本文对地铁5G通信方案进行了设计,在可实现机车启动电流、直流馈线电流数据交互的基础上,提出了一种基于时间序列相似度衡量的多端电流差动保护新原理。通过改进符号聚合近似算法(Symbolic Aggregate approximation,SAX)实现数据降维和符号化处理,为克服通信时延和抖动的影响,选用动态时间规整算法(Dynamic Time Warping,DTW)对符号序列进行相似度衡量。仿真结果表明,该方法抗噪声能力强、识别中远端故障速动性好、可靠性高。综上所述,本文搭建了柔性直流牵引供电系统仿真模型,并对其有效性进行了验证;分析了现有DDL保护的不足,并针对远端故障电流与机车启动电流难以区分的问题,提出了两种性能改善的新型直流馈线保护方法。

关键词：柔性直流牵引供电系统直流馈线保护远端故障电流机车启动电流暂态能量增量 5G通信差动保护

城轨柔性直流牵引供电系统控制特性影响下回流安全参数分析

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铁道标准设计 2022年第8期66卷 143-151页

作者：郑子璇丁雅雯陈泽宇杜贵府王铀程钱坤苏州大学轨道交通学院苏州215131

为改进传统不控整流机组导致的城市轨道交通供电系统供电安全性差的问题,基于双向变流器的柔性直流牵引供电技术已在城市轨道交通中开展现场实验,但柔性直流牵引供电系统控制特性影响下回流安全参数的分布规律尚缺乏研究。建立基于双向... 详细信息

为改进传统不控整流机组导致的城市轨道交通供电系统供电安全性差的问题,基于双向变流器的柔性直流牵引供电技术已在城市轨道交通中开展现场实验,但柔性直流牵引供电系统控制特性影响下回流安全参数的分布规律尚缺乏研究。建立基于双向变流器的城轨柔性直流牵引供电系统潮流计算模型及回流安全参数计算方法,以国内某条实际线路参数为例,仿真分析双向变流器控制特性对钢轨电位、杂散电流分布规律和全线网络损耗的影响。研究结果表明,双向变流器牵引工况等效内阻较小、逆变回馈工况启动阈值电压较低时,可有效限制系统功率越区传输,将全线钢轨电位和杂散电流泄漏量限制在标准安全范围内,从而减小系统网络损耗,提升系统供电安全性与经济性。

关键词：城市轨道交通柔性直流牵引供电系统双向变流器钢轨电位杂散电流

城轨柔性直流牵引供电系统光伏发电并入方式研究

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北京交通大学学报 2021年第1期45卷 111-118页

作者：胡剑强康崇皓朱宏润肖金花郑子璇刘建华常州市轨道交通发展有限公司江苏常州213000 苏州大学轨道交通学院江苏苏州215131 中国矿业大学徐海学院江苏徐州221008

针对城市轨道交通光伏发电功率并网问题,开展城轨柔性直流牵引供电系统光伏发电接入方式研究.基于柔性直流牵引供电系统结构,分析了光伏发电功率不同接入方式及其特点,建立了光伏接入柔性直流牵引供电系统情况下系统动态运行仿真模型,... 详细信息

针对城市轨道交通光伏发电功率并网问题,开展城轨柔性直流牵引供电系统光伏发电接入方式研究.基于柔性直流牵引供电系统结构,分析了光伏发电功率不同接入方式及其特点,建立了光伏接入柔性直流牵引供电系统情况下系统动态运行仿真模型,进行了多列车动态运行时光伏发电功率接入的仿真分析,阐明了光伏接入柔性直流牵引供电系统后潮流参数的变化规律及节能效果.研究结果表明,光伏发电并入城轨柔性直流牵引供电系统的功率会优先被附近列车吸收,有效降低了双向变流机组从交流电网吸收的能量,提高了系统运行的经济性.

关键词：城市轨道交通柔性直流牵引供电系统光伏发电动态仿真

基于改进符号聚合近似的柔性直流牵引供电系统馈线5G保护方案

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北京交通大学学报 2021年第4期45卷 127-136页

作者：和敬涵王子莹李猛倪平浩张可欣宋元伟北京交通大学电气工程学院北京100044

基于电压源型换流器(Voltage Source Converter,VSC)的柔性技术是提高城市轨道交通直流牵引供电系统灵活性的新手段.为克服现有二极管整流的直流牵引供电系统能量流向单一和新能源并网困难的缺点,采用直流电压下垂控制策略对750 V柔性... 详细信息

基于电压源型换流器(Voltage Source Converter,VSC)的柔性技术是提高城市轨道交通直流牵引供电系统灵活性的新手段.为克服现有二极管整流的直流牵引供电系统能量流向单一和新能源并网困难的缺点,采用直流电压下垂控制策略对750 V柔性直流牵引供电系统建模,并研究该系统下的故障特性.针对远端故障电流和机车启动电流难以区分导致电流变化率和电流增量DDL保护不灵敏的问题,在5G通信实现馈线电流与供电区间机车启动电流数据交互的基础上,提出了一种通过改进符号聚合近似(Symbolic Aggregate Approximation,SAX)算法实现电流数据符号化转换,并结合使用符号距离的动态时间规整算法(Dynamic Time Wrapping,DTW)建立保护判据的新型多端电流差动保护方案.仿真结果表明:所提出的保护方案在噪声为30dB,时钟抖动为200μs的情况下,仍可100%准确区分远端故障与机车启动状态,具有较高可靠性.

关键词：柔性直流牵引供电系统 5G通信符号聚合近似动态时间规整差动保护

基于模型辨识的新型牵引供电系统直流馈线保护原理

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电力自动化设备 2023年第10期43卷 95-102页

作者：和敬涵廖南杰李猛卫云辉郭旭刚李强北京交通大学电气工程学院北京100044 中国铁道科学研究院集团有限公司机车车辆研究所北京100089

基于双向换流器的柔性直流牵引供电系统中,直流线路故障电流上升速度极快,且机车启动同样会造成馈线电流快速增长,其暂态特征和远端故障电流相似,要求保护在极短时间内区分两者。对此,提出基于模型辨识的直流馈线保护方法,通过模型辨识... 详细信息

基于双向换流器的柔性直流牵引供电系统中,直流线路故障电流上升速度极快,且机车启动同样会造成馈线电流快速增长,其暂态特征和远端故障电流相似,要求保护在极短时间内区分两者。对此,提出基于模型辨识的直流馈线保护方法,通过模型辨识原理求解时域微分方程,从而求解不同时刻的等效电阻,同时对所计算的等效电阻进行统计分布验证,并利用方差系数构造保护判据。所提方案能够在5 ms内准确区分故障电流和机车启动电流,实现保护的可靠动作。大量仿真结果表明,在过渡电阻为100Ω的短路故障下保护依然能可靠动作,同时具有30 dB的抗噪声能力和100μs的耐同步误差能力。

关键词：柔性直流牵引供电系统继电保护故障电流机车启动电流模型辨识方差系数

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城市轨道交通柔性直流牵引供电技术应用研究

电气化铁道 2023年第1期34卷 64-68页

作者：王海中铁第六勘察设计院集团有限公司

在“双碳”政策背景下,各行业向低碳绿色可持续发展转型。为解决目前城市轨道交通牵引供电系统整流机组二极管不可控、无法动态调配系统能源、不能实现能源高效利用的问题,柔性直流牵引供电系统应运而生。该系统将双向牵引机组与能源管... 详细信息

在“双碳”政策背景下,各行业向低碳绿色可持续发展转型。为解决目前城市轨道交通牵引供电系统整流机组二极管不可控、无法动态调配系统能源、不能实现能源高效利用的问题,柔性直流牵引供电系统应运而生。该系统将双向牵引机组与能源管控系统深度结合,牵引所输出电压及外特性可动态调节,通过能源管控系统对牵引用电潮流进行实时、动态管控,实现对各变电所功率配置及交流网络供电质量的优化,提高直流牵引供电能力,优化系统能耗。本文以北京某在建线路为例,探讨了柔性直流牵引供电系统的工程应用方案,可供相关工程参考。

关键词：柔性直流牵引供电系统城市轨道交通工程应用