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城市轨道交通牵引供电系统再生制动仿真研究

城市轨道交通牵引供电系统再生制动仿真研究

作者：吴晗中国矿业大学

学位级别：硕士

将计算机技术应用到城轨供电系统的仿真研究中,模拟列车的运行过程,对供电系统各项参数的变化进行分析,可以为城轨系统的实际运行提供数据支持,方便城轨供电系统的运营和维护。目前,我国各大城市正在积极建设轨道交通,对城轨供电系统进... 详细信息

将计算机技术应用到城轨供电系统的仿真研究中,模拟列车的运行过程,对供电系统各项参数的变化进行分析,可以为城轨系统的实际运行提供数据支持,方便城轨供电系统的运营和维护。目前,我国各大城市正在积极建设轨道交通,对城轨供电系统进行仿真研究具有十分重要的作用。城轨系统中列车运行区间短,起动和制动过程比较频繁,列车在制动时会产生制动能量返回至牵引网,如果这部分制动能量未及时被其他列车消耗掉,将会抬升直流牵引网的电压,因此,需要再生制动能量吸收装置对制动能量进行处理。制动电阻型能量吸收装置作为城轨系统中主流的吸收装置,其技术成熟、结构简单、便于扩展研究。对包含制动电阻型能量吸收装置的牵引供电系统进行仿真研究具有十分重要的意义。首先,本文介绍了城轨供电系统的组成以及供电方式,对列车的制动方式进行分析。然后,从列车牵引电机的分类上,对再生制动能量的产生原理进行分析,通过对比分析耗能型、储能型、能馈型三种再生制动能量的处理方式,选择将制动电阻型能量吸收装置包含到后续的牵引供电系统仿真研究中。其次,对列车的运行过程进行了分析,详细描述了再生制动牵引计算的仿真算法流程。通过对具体实例进行编程并仿真分析,得到“单区间”、“多区间”和列车运行图的仿真结果。该仿真结果能够正确反映列车运行过程中各项参数随时间的变化关系,为后续供电系统的仿真研究提供理论和数据基础。接下来,建立了列车处和牵引变电所处采用制动电阻型能量吸收装置的直流牵引供电模型,考虑到制动电阻型能量吸收装置对牵引供电系统的影响,对电流矢量迭代法进行修正,以列车的牵引计算结果作为动态负荷数据,进行直流牵引网的潮流计算,利用MATLAB编写了“两列车-三牵引变电所”模型的仿真程序,对比分析了在列车处和变电所处采用制动电阻型能量吸收装置的潮流计算结果。最后,分析了牵引变电所中整流机组的等效电路图及外特性关系曲线,从直流部分潮流计算、交流部分潮流计算、交、直流接口三个部分入手,将牵引变电所处制动电阻型能量吸收装置考虑进去,提出了交-直流混合潮流迭代算法。利用MATLAB编写了仿真程序,将列车的牵引计算与交-直流混合潮流计算相结合进行整体仿真研究,验证了交-直流混合潮流迭代算法的正确性,同时将单独进行直流部分潮流计算的结果与交-直流混合潮流计算的结果进行对比,分析了加入交流部分的潮流计算后对直流部分潮流结果的影响。

关键词：城市轨道交通再生制动牵引供电仿真能量吸收装置

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牵引供电系统谐波过程仿真

牵引供电系统谐波过程仿真

作者：周晓辉西南交通大学

学位级别：硕士

近年来,随着我国电气化铁路建设的高速发展,电铁负荷广泛分布于电网中,由于其产生的谐波与电网其他负荷相比有较大的区别,因此对电网的影响受到越来越多的关注和研究。开展牵引供电系统谐波过程仿真,可从统计的角度分析计算其在不同运... 详细信息

近年来,随着我国电气化铁路建设的高速发展,电铁负荷广泛分布于电网中,由于其产生的谐波与电网其他负荷相比有较大的区别,因此对电网的影响受到越来越多的关注和研究。开展牵引供电系统谐波过程仿真,可从统计的角度分析计算其在不同运行状态下产生的谐波,为研究分析牵引供电系统谐波特性规律以及合理评估其对电网影响提供科学依据。本文把牵引供电系统谐波过程仿真分为三部分：建立牵引供电系统各个元件的静态谐波模型;建立CRH2-200型动车组谐波电流概率模型;完成基于运行图的多列车谐波过程仿真。本文基于多导体传输线理论和牵引变电所端口电气量通用变换关系,建立了适合各种供电方式下牵引供电系统通用谐波等值电路模型;借助电力机车电流实测数据,采用概率统计、曲线拟合以及数值分析建立了其谐波电流概率模型,并在此基础上与电力机车牵算取流数据相结合,采用蒙特卡洛抽样法产生了各奇次谐波电流并保存至数据库中。最后,本文基于VC++***软件开发工具,在TractionPowerSimulator1.0牵引供电仿真软件基础上,增加谐波仿真模块开发了TractionPowerSimulator2.0牵引供电仿真软件,实现某条实际的电气化铁路谐波过程仿真,计算结果表明该软件的精确度较高,具有一定的通用性,适用于工程设计与计算。

关键词：牵引供电仿真电力机车谐波模型谐波过程

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贯通式牵引供电系统模型与仿真研究

贯通式牵引供电系统模型与仿真研究

作者：晏寒西南交通大学

学位级别：硕士

我国电气化铁路普遍采用单相工频交流制式供电,存在电分相环节以及以负序为主的多种电能质量问题。中国铁路“十三五”计划以来,列车的行车密度和运行速度不断提升,电分相和电能质量问题日益突出。贯通式牵引供电系统能够在消除电分相... 详细信息

我国电气化铁路普遍采用单相工频交流制式供电,存在电分相环节以及以负序为主的多种电能质量问题。中国铁路“十三五”计划以来,列车的行车密度和运行速度不断提升,电分相和电能质量问题日益突出。贯通式牵引供电系统能够在消除电分相的同时治理电能质量问题,符合未来电气化铁路的发展趋势,是新一代的牵引供电系统。建立贯通式牵引供电系统的仿真模型,能够为新建线路或者贯通供电改造线路提供设计依据和理论支持。本文首先通过分析贯通式牵引供电系统的拓扑结构,给出了组合式同相供电系统的平衡变换原理,推导了其等效模型,给出了组合式同相供电主设备容量计算方法。针对两种外部电源供电方式,分别推导了平行双边供电系统和树形双边供电系统的数学模型,计算了均衡电流和在不同并联方式下的牵引网阻抗。利用Simulink搭建了两种双边供电方案下的仿真模型,验证了理论推导的正确性。根据本文构建的组合式同相供电系统和双边供电系统的数学模型,建立了以全线牵引网链式电路模型为基础的贯通式牵引供电系统仿真模型,用潮流算法求解了贯通式牵引供电系统的潮流分布,并利用Simulink搭建仿真模型与本文建立的贯通式牵引供电系统仿真模型进行了对比,验证了模型和潮流算法的有效性。最后以国内某电气化铁路贯通供电改造为例,进行了贯通式牵引供电系统潮流分布规律及供电能力的仿真研究。结果表明,贯通式牵引供电系统牵引负荷在各个牵引变电所上分配更加均衡,再生制动能量利用率高,供电能力更强,能够体现其技术优越性。同时还对贯通供电方案的越区供电能力进行了分析,校验了在单列车通过时的牵引网最低电压。最后计算了组合式同相供电在远期运量目标下的期望主设备容量,在国标限值内对改造方案进行优化,尽可能减小补偿装置的容量,节约了建设投资。

关键词：电气化铁路贯通式牵引供电系统牵引供电仿真潮流计算电能质量

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交流牵引供电系统仿真通用数学模型及其应用

电网技术 2010年第7期34卷 25-29页

作者：何俊文李群湛刘炜周晓辉西南交通大学电气工程学院四川省成都市610031

对交流牵引供电系统进行统一的数学建模,是实现数字化仿真的关键。以多导体传输线模型为基础,构建了适用于不同供电方式的牵引网统一数学模型;基于牵引变电所端口电气量通用变换关系,推导了适用于不同变压器接线形式和不同相序接入的牵... 详细信息

对交流牵引供电系统进行统一的数学建模,是实现数字化仿真的关键。以多导体传输线模型为基础,构建了适用于不同供电方式的牵引网统一数学模型;基于牵引变电所端口电气量通用变换关系,推导了适用于不同变压器接线形式和不同相序接入的牵引变电所通用等值电路;在链式网络结构的基础上,建立了交流牵引供电系统仿真通用数学模型,并改进潮流计算方法。以此为基础,开发交流牵引供电仿真软件。实例计算表明,该模型具有良好的通用性和较高的精确度,适用于高速、重载电气化铁道牵引供电系统仿真。

关键词：牵引供电仿真牵引网模型牵引变电所等值电路

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市域铁路交流牵引供电仿真研究

市域铁路交流牵引供电仿真研究

作者：刘瑞龙西南交通大学

学位级别：硕士

随着我国城市规模的不断扩大,以“高密度、小编组、公交化”为运营模式的市域铁路,为中心城区到市郊的交通提供了有力的解决方案。较之于长大干线铁路,市域铁路具有线路较短、列车发车密度高、牵引网多为刚性悬挂、负荷具有潮汐效应等... 详细信息

随着我国城市规模的不断扩大,以“高密度、小编组、公交化”为运营模式的市域铁路,为中心城区到市郊的交通提供了有力的解决方案。较之于长大干线铁路,市域铁路具有线路较短、列车发车密度高、牵引网多为刚性悬挂、负荷具有潮汐效应等特点。牵引供电系统负荷过程仿真,可以对不同牵引网悬挂形式、不同供电方式及不同负荷分布情况进行计算,为最佳设计方案与运营方案提供依据。本文首先对牵引网中的架空导线根据所处电磁环境的不同,利用Carson理论与Tylavsky理论分别推导了路基段与隧道段导线单位阻抗导纳矩阵,其中隧道段接触线的自阻抗计及了汇流排对其交流电阻及等效半径的影响;贯通地线根据国际铁路联盟(UIC)1989年出版的关于通信干扰问题的导则性文件所提供的理论基础,计算了贯通地线自阻抗、上下行贯通地线间互阻抗及贯通地线与架空导线间互阻抗。然后,根据市域铁路特点分析了牵引变压器选型采用纯单相接线预留Vv构成条件的优点,及所内采用SVG进行无功功率动态补偿的必要性,推导出了牵引所端口SVG补偿电流及解列所SVG运行时的补偿电流,据此建立了牵引所的等值电路;其次,对线路中同时具有柔性悬挂与刚性悬挂的牵引网结构依据链式电路理论建立了网络模型;最后利用连续线性潮流算法对系统网络进行了求解。基于以上研究,文中给出了牵引所建模、牵引网建模及网络求解的详细算法实现流程。利用Visual Studio软件开发平台,开发了交流牵引供电系统仿真软件(ACTPS)。然后,通过仿真软件分析了牵引供电系统电压损失的影响因素,为市域铁路中牵引所增加供电距离提供了选择接入较大短路容量的系统、提高列车功率因数、所内设置SVG、隧道内选择刚性悬挂接触网的具体建议,还给出了市域铁路牵引变压器容量设计的方法。最后,以某市域铁路线路为例通过仿真给出了建议设计方案。

关键词：市域铁路牵引供电仿真牵引网建模软件设计

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牵引供电系统负荷过程仿真

牵引供电系统负荷过程仿真

作者：何俊文西南交通大学

学位级别：硕士

牵引供电系统负荷过程仿真,可以对各种供电方式、运行方式及列车在各种运行状态下系统的各项供电指标进行核查,为最佳设计方案和运行方案的制定提供科学依据。牵引供电系统负荷过程仿真分为两个部分：对交流牵引供电系统进行数学建模,... 详细信息

牵引供电系统负荷过程仿真,可以对各种供电方式、运行方式及列车在各种运行状态下系统的各项供电指标进行核查,为最佳设计方案和运行方案的制定提供科学依据。牵引供电系统负荷过程仿真分为两个部分：对交流牵引供电系统进行数学建模,是实现仿真过程中任一时刻牵引供电系统静态电气计算的关键;实现基于运行图的多列车动态运行仿真,是实现牵引供电系统负荷动态过程的关键。文中以多导体传输线模型为基础,构建了适用于不同供电方式的牵引网统一数学模型,并将其和简化等值电路模型进行了对比分析。基于牵引变电所端口电气量一般变换关系,推导了适用于不同变压器接线形式和不同相序接入的牵引变电所通用等值电路,该通用等值电路考虑了电力系统的影响。在链式网络结构的基础上,分别建立了基于供电臂、变电所及整条线路的交流牵引供电系统仿真通用数学模型,并给出了相应的潮流计算方法。实例计算表明,基于变电所和整条线路的牵引供电系统仿真通用数学模型计算结果准确可信。出于计算机运行效率和代码维护简便的考虑,本文最终选择了基于变电所的牵引供电系统仿真通用数学模型进行软件开发。本文在单列车运行仿真的基础上,提出了一种形成多列车运行仿真结果的计算方法。该方法以运行图为基础,能够实现不同发车间隔,不同车辆编组的多列车运行。以此为基础,本文基于VC++***软件开发平台,研发了交流牵引供电系统运行仿真软件TractionPowerSimulator 1.0。最后,对某客运专线进行了建模仿真。仿真结果表明,该软件计算结果准确可信,适用于高速、重载电气化铁道牵引供电系统负荷过程仿真。

关键词：牵引供电仿真牵引网模型牵引变电所等值电路负荷过程

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城市轨道交通动模仿真监控系统设计

城市轨道交通动模仿真监控系统设计

作者：芦雅静北京交通大学

学位级别：硕士

社会经济的迅速发展使得城市人口显著增长,城市公共交通的问题逐渐突出。城市轨道交通的节能、安全、运量大的特点逐渐成为中大型城市大力建造和发展的交通方式。建立一个系统的轨道交通牵引供电仿真平台对于城市轨道交通的安全和新技... 详细信息

社会经济的迅速发展使得城市人口显著增长,城市公共交通的问题逐渐突出。城市轨道交通的节能、安全、运量大的特点逐渐成为中大型城市大力建造和发展的交通方式。建立一个系统的轨道交通牵引供电仿真平台对于城市轨道交通的安全和新技术的发展有很大的作用。本文课题来源于“城市轨道交通牵引供电动态模拟仿真平台”,简称“动模仿真平台”。它小比例的建造了真实的轨道交通牵引供电系统,以此来模拟实际地铁运行时的各种工况和故障状态以及各个牵引变电所的能量流动。动模仿真监控系统是根据整个平台对上层监控的需求而设计的。它主要完成了两个功能,首先是设计通信组网,使得上层指令和多个底层的数据能够双向通信。其次是设计上位机软件,软件作为可视化的监控窗口呈现底层的运行状况和下发对底层的实时指令。本文首先阐述了城市轨道交通牵引供电仿真平台的底层系统的结构,根据底层控制板的DSP28377和CPLD的特点和平台使用要求选择了HLK-RM08K作为通信芯片,根据实验平台的搭建场地环境的特点制定了具体的组网方案。并且确定了上层系统与底层的通信信息,制定了通信协议。以上三者构成监控系统的通信部份。其次,通过已知的线路条件,列车信息和综合优化控制原则,根据牵引计算的原理对列车运行进行牵引计算,获得列车运行时每米的速度,功率,牵引力等信息,用折线图的形式展现结果。同时,将牵引计算结果保存到Access数据库,作为平台运行的一类数据信息。用.Net平台下的C#语言编写Winform应用程序,该应用程序采用C/S网络通信模式,能够直观的展现动模仿真平台的各个底层结构,并且对底层进行控制,实现了人机交互模式。图53幅,表5个,参考文献61篇。

关键词：牵引供电仿真监控系统通信组网牵引计算 C#应用程序

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交流牵引供电系统运行仿真软件的开发

电气化铁道 2010年第2期21卷 5-9页

作者：何俊文李群湛刘炜周晓辉西南交通大学电气工程学院

在单列车运行仿真的基础上,提出了一种形成多列车运行仿真结果的计算方法。讨论了牵引供电仿真通用数学模型,在该模型基础上形成牵引供电系统时变等效电网结构,构造矩阵方程,实现对牵引供电系统参数的动态求解。基于Visual C++***开发平... 详细信息

在单列车运行仿真的基础上,提出了一种形成多列车运行仿真结果的计算方法。讨论了牵引供电仿真通用数学模型,在该模型基础上形成牵引供电系统时变等效电网结构,构造矩阵方程,实现对牵引供电系统参数的动态求解。基于Visual C++***开发平台,开发出包含列车运行仿真模块和供电仿真模块在内的牵引供电运行仿真软件,并结合实际线路给出仿真结果。

关键词：牵引供电仿真列车运行仿真软件开发

基于微粒群算法的节能优化研究 ——城市轨道交通运行与供电仿真

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基于微粒群算法的节能优化研究 ——城...

作者：吴超飞南京理工大学

学位级别：硕士

轨道交通运行与供电系统的仿真计算对轨道交通的设计及运行都具有重要的指导及参考意义,而且轨道交通运量多,能耗大,迫切需要对其进行节能研究。论文主要完成以下几个方面的工作： 1.依据南京地铁一号线的线路及机车数据,建立了列车... 详细信息

轨道交通运行与供电系统的仿真计算对轨道交通的设计及运行都具有重要的指导及参考意义,而且轨道交通运量多,能耗大,迫切需要对其进行节能研究。论文主要完成以下几个方面的工作： 1.依据南京地铁一号线的线路及机车数据,建立了列车运行的多质点仿真模型,将模型计算结果与实测数据对比,调整模型计算参数,获得更接近实际的仿真模型。 2.研究了改变列车牵引控制策略的节能方案,引入实数编码的微粒群算法,优化以工况序列表及工况转换点描述的列车运行控制模态,实现显著的站间运行节能。 3.建立了包含牵引变电所、接触网、列车及回流轨道的直流牵引网模型,以十字链表表征该复杂时变网络的节点导纳矩阵,兼顾列车电阻制动时模型的变化,结合各节点模型方程构建非线性方程组,使用拟牛顿法解算方程组获得网络参数。 4.引入了整数编码的微粒群算法优化列车运行时刻表,通过对两个简单模型的优化,验证了方案能有效提高制动能量的回收效率,实现节能的目的。 5.分析了微粒群算法的异步模式及并行实现方法,利用多台计算机以客户机-服务器模式实现了优化计算过程的并行处理,成倍提高优化速度。将优化方案的并行执行模型用于南京地铁一号线及南延线,实现供电系统净节能大于3%的目标。最后,设计了仿真与优化方案的软件系统构架,分析了程序的主要执行流程、技术实现手段及结果输出显示等,完成了“城市轨道交通仿真与节能优化软件”的设计。

关键词：轨道交通运行仿真牵引供电仿真节能微粒群并行