基于新型直流牵引供电系统的变下垂控制策略

与传统交流制式牵引供电系统相比,基于模块化多电平换流器的中压直流(medium voltage direct current based on modular multilevel converter, MMC-MVDC)牵引供电系统具有电能品质高、供电距离远以及便于分布式可再生能源系统和储能系统接入等诸多优势。针对传统下垂控制下MMC-MVDC牵引供电系统中存在的输出电压跌落、功率分配不平衡问题,提出一种变下垂控制策略。该方法在传统下垂控制中引入下垂扰动量和电压补偿量,利用一致性算法根据各所输出电流得到下垂扰动量实时动态调节下垂系数实现负载功率在各所之间的均匀分配,同时各所输出电压的平均值稳定在额定值附近且偏移量较小。该策略在保证电能质量的同时提高了牵引变电所容量的利用率,在负荷突变时该系统也能较快地重新达到稳态,具备良好的动态特性。最后,在MATLAB/Simulink中搭建了两牵引变电所模型,将提出的控制策略与传统下垂控制进行对比,仿真结果验证了该策略具备较好均流特性的同时能够基本无差地跟踪输出电压参考值,保证MMC-MVDC牵引供电系统的安全、稳定运行。     

地铁线路储能装置与牵引装置联合优化配置方法

在城市轨道交通系统中，列车牵引用电的费用在总运营费用中占比较高。在直流供电系统中接入储能装置(例如超级电容)吸收利用列车的再生制动能量，能够减少牵引用电的开销。储能装置和牵引装置的配置方案(位置与容量)会显著影响能量的吸收与利用效率。为了在有限储能与牵引资源约束下最大化再生制动能量的吸收利用效率，该文提出一种地铁线路储能装置与牵引装置的联合优化配置方法，将优化配置问题建模为仿真优化问题，开发了基于序优化的问题求解方法以获得问题足够好的解。在青岛地铁某线路上的测试结果显示：相比于依经验配置，优化配置方案可以减少6.1%的牵引能耗。该方法不仅能有效配置储能牵引资源，还能应用于解决地铁线路中的其他复杂优化问题。     

城轨交通超级电容储能系统变增益控制方法研究

在城轨交通中使用超级电容储存列车再生制动能量可实现良好的节能和稳压效果.本文分析了牵引供电系统、列车、双向DC/DC变换器和超级电容的特性,由此建立了超级电容储能系统模型,并根据所建立的模型探讨了牵引网电压和占空比对系统动态性能的影响.分析表明,牵引网电压和储能系统占空比分别影响了储能系统的内环和外环动态性能.提出了储能系统内环和外环变增益控制策略,消除了上述两变量对系统动态性能的影响.仿真和实验结果验证了所提出的控制策略的有效性.     

基于单纯形法的城轨列车惰行点搜索

对电气化铁路的节能技术,解决的方案通常为优化牵引运行策略、再生制动和能量存储系统.为提高单列车区间运行牵引能源利用效率,有效的做法是合理设定区间运行时间,适当减少牵引能源消耗.惰行控制是平衡运行时间和能源消耗的一种通用方法.然而,在应用系统实际情况的约束下,确定合适的惰行点并不容易.针对城市轨道列车区间运行,介绍了基于单纯形法的搜寻合适惰行点的方法,考虑在特定运行时间下,借助于单列车仿真系统的帮助,研究这种启发式搜索法在确定惰行点方面的可行性和性能表现.     

城轨柔性直流牵引供电系统光伏发电并入方式研究

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.     

面向再生制动能利用的地铁列车时刻表优化模型

通过对列车时刻表进行优化,可以使再生制动能量最大程度的被牵引列车利用,进而可以减少地铁列车的牵引能耗,达到节能运行的目标.在充分考虑地铁系统首、末班车服务时刻不变和列车旅行时长限制等情况下,提出一种通过时刻表优化实现再生制动能量利用最大化的新问题,并建立了其数学模型,设计了一种基于人工蜂群的智能优化算法来求解该问题.在此基础上,基于北京地铁燕房线的实际数据进行了仿真实验.结果表明:优化后的列车时刻表能够在较少影响地铁系统服务质量的前提下,比既有列车时刻表再生制动能利用量提高132.29%.同时,通过与遗传算法进行对比,证明了基于人工蜂群的智能优化算法求解时刻表优化问题的有效性.通过对列车运行存在不同程度干扰时的再生制动能量利用情况进行仿真分析,证明了所获得的优化时刻表的鲁棒性.     

基于再生制动能利用的发车间隔优化模型

本文基于单车节能操纵,以降低全线总能耗为目标,建立了发车间隔节能优化模型。该模型在现有区间运行时分的基础上,考虑单列车节能及其在不同站间的运行速度曲线,得到列车区间牵引能耗,通过重叠时间确定有效利用的再生制动能,并且将多车总能耗最低转化为求解全线能耗最低问题。以全线能耗最低为目标,采用遗传算法,寻求最优发车间隔。仿真案例验证了优化发车间隔的节能效果。     

微网中分布式储能系统的控制参数优化方法

以系统小信号状态空间方程为基础,针对孤网运行中的分布式储能系统,提出了一种参数优化方法,该方法综合考虑了系统渐近稳定、控制带宽和鲁棒性等因素.根据Routh-Hurwitz和L2增益确定了参数优化的目标函数,并采用混沌粒子群优化(CPSO)算法进行求解,对包含三个分布式储能系统的微电网进行了优化求解算例分析.仿真结果表明:该方法可以解决因不合理参数引起的系统振荡、潮流反向以及储能系统相互充放电的问题;能够很好地解决分布式储能系统下垂控制器的参数整定问题,求解得出的参数能保证分布式储能微网系统的稳定运行和功率的有效分配,同时保持微网频率和电压稳定.     

城市轨道交通混合型能馈式牵引供电装置

24脉波整流器无法回馈列车再生制动能量,从而导致直流母线电压的急剧升高和能量的浪费,而地铁牵引变电站有限的预留空间无法容纳单独的能量反馈装置.为此,本文作者提出了一种混合型能馈式牵引供电装置,该装置由12脉波整流机组和PWM整流器组成,PWM整流器在双向变流的同时还对12脉波整流器进行谐波补偿,该装置兼具了两者的优点:能量双向流动、直流电压可控、谐波含量低、过负荷能力强和设备空间需求小.本文对这种牵引供电装置的工作原理和控制策略进行了分析,并通过仿真和现场实验,对其实际效果进行了验证.     

液电馈能式悬架的液压参数灵敏度分析与优化

为了在满足减振需求的同时提高悬架的馈能效果,对一种新型液-电馈能式悬架的液压系统参数进行了灵敏度分析和优化.在AMESim中建立了液-电馈能单元的仿真模型,并通过样机台架试验对仿真模型进行了验证.以ISIGHT为平台,在1/4车辆AMESim模型中,对影响车身加速度和馈能功率的5个液压系统参数进行了灵敏度分析.结果表明:液压马达排量对车身加速度和馈能功率均有显著的影响.以平顺性为约束,建立了提高馈能功率的优化模型,并对液压系统的参数进行了优化计算.结果表明:在满足车身平顺性的前提下,优化后的平均馈能功率提高了12.7%.     

城市轨道交通接触网焦耳能耗分析与改善研究

分析城市轨道交通接触网系统发热原理及能耗情况,总结接触网能耗计算的基本方法和影响接触网能耗的主要因素,提出基于列车运行调整的改善触网电压、降低触网能耗的优化策略.进而以触网焦耳能耗最小为目标,考虑列车运行图和牵引特性等多重约束条件,运用蚁群算法,对基于无线通信列车自动控制原理的列车运行建立优化调整控制模型.最后根据上海地铁2号线一期实际参数进行仿真实验,验证优化策略的有效性和可行性.该策略对于计划运行图的改进及列车运行安排的实时调整优化均具有一定的指导价值.     

牵引供电系统无功补偿与谐波抑制

介绍了牵引供电系统的结构特点,并针对铁道牵引系统负荷分时性、空载率高的特点,设计了机械投切电容器MSC(mechanical switch capacitor)及晶闸管控制电抗器TCR(thyristor control reactor)型的无功补偿及滤波装置,并在PSCAD软件中建模、仿真,分析了在不同牵引负荷情况下MSC - TCR型静止无功补偿装置分组投切无功补偿效果和谐波滤除作用,为保证牵引供电系统的电能质量提供参考.     

城轨钢轨电位与杂散电流动态分布

城市轨道交通普遍存在钢轨电位与杂散电流异常升高现象,已严重影响城轨供电安全.为阐明城轨钢轨电位与杂散电流动态分布规律,基于城轨供电系统结构建立供电系统动态潮流计算模型,分析多列车、多变电所并列运行下系统潮流动态变化,根据系统节点潮流参数建立钢轨电位与杂散电流的动态分布计算方法,基于列车牵引计算及系统实际参数仿真分析了多列车动态运行下系统钢轨电位、杂散电流分布规律.研究结果表明:列车运行功率重合度对钢轨电位与杂散电流有较大影响,当列车再生功率与牵引功率耦合较大时,回流安全参数会显著升高.为实际系统中钢轨电位及杂散电流控制提供支撑.     

地铁车辆再生制动能量利用率影响因素

采用情景分析法,搭建了城市轨道交通车网仿真模型,对发车间隔、上下行发车时间差、载客量、行车密度、路况地理状态等因素对再生制动能量利用率及牵引变电站牵引能耗的影响进行了分析,给出再生制动能量利用率的主要影响因素.通过再生制动能量利用率较低的工况仿真,分析了站点列车制动电阻开启次数、低电压出现次数与该站点再生制动能量的利用以及电能质量间的作用关系.以上海地铁线路运营时段的发车间隔为例,运用仿真方法,探讨了地面储能系统容量配置与城市轨道交通发车间隔的取值控制策略.研究成果可为城市轨道交通节能提供理论指导.     

牵引负荷接入电力系统的随机潮流计算

基于随机潮流计算对含牵引负荷的电网潮流不确定性进行描述,提出使用群体感应机制的粒子群算法对牵引负荷概率模型进行参数辨识.采用基于Nataf变换的拉丁超立方采样技术控制随机潮流输入变量的相关性.结合算例仿真,分析在不同负荷空间相关性的情况下,牵引负荷的接入对电网电压和支路潮流概率分布的影响.结果表明,使用群体感应机制的粒子群算法参数辨识精度更高,且避免了基本粒子群算法易陷入局部最优解的缺点;考虑牵引负荷随机性的支路功率和电压概率分布因不同的负荷空间相关性变化明显.为新建高铁线路接入电网提供了参考.     

北京地铁亦庄线列车节能驾驶研究

降低列车牵引能耗是减少城市轨道交通系统耗能的重要途径之一,单列车的牵引能耗由列车在站间的驾驶策略决定,因此,本文以北京市地铁亦庄线为例,介绍了地铁列车的节能驾驶研究.首先调研并收集了亦庄线线路、运营、车辆、供电、能耗等数据,掌握了亦庄线整体节能背景.然后结合地铁运营的特点,给出了北京地铁亦庄线能耗评估的3个指标.并以蚁群算法为核心,开发了列车驾驶的仿真系统,该仿真系统以收集到的亦庄线实际运行数据为输入,离线优化列车自动运行(Automatic Train Operation,ATO)的推荐速度曲线和控制策略.最终将优化后的ATO控制策略在亦庄线进行夜间实验,结果显示,优化后的列车ATO控制策略可以减少单车运行能耗5.67%.     

高速铁路牵引供电系统谐波谐振抑制方案研究

由于牵引供电系统对谐振频率附近的谐波有放大作用,且输入系统的谐波与系统谐振频率越近,系统对谐波的放大作用越大.若通过合理优化牵引供电系统结构,使系统谐振频率避开输入系统的谐波频率范围,则能有效抑制谐波谐振,进而达到降低系统谐波含有率的目的.基于该思路,本文建立了牵引供电系统数学模型,利用模态分析理论研究牵引供电系统主要组成元件的谐振灵敏度,并通过实例计算,证明优化牵引供电系统结构后,牵引供电系统谐波含有率明显降低,可达到抑制系统谐波含有率的目的.     

基于改进支持向量机的轨道交通光伏发电预测

轨道交通系统作为用电大户,将光伏发电系统接入轨道交通牵引供电系统不但可以降低交通系统的运营成本,而且可以很好地实现节能环保.但因光伏发电具有随机性、不确定性,将光伏发电直接接入轨道交通牵引供电系统,将会对轨道交通牵引供电系统带来一定的冲击,精确的光伏发电预测是减少光电并网冲击的有效解决方法.首先,采用自适应粒子群算法提高了训练光伏发电历史数据时粒子的寻优能力,然后采用优化后的参数代入最小二乘支持向量机对光伏发电负荷进行了预测,有效地保证了预测的精度,进而提高光伏发电接入轨道交通供电系统时的稳定性.     

超级电容储能系统抑制直流牵引网压波动的研究

超级电容储能装置通过双向DC/DC变换器为列车提供牵引或者吸收再生制动能量,本文就车载超级电容储能系统的结构及充放电控制策略进行了研究,给出超级电容储能系统充放电控制策略,通过对其控制策略的仿真分析,验证了超级电容储能系统可以有效地防止城市轨道交通供电系统中电力负荷波动和再生失效等问题.     

DPFC系统参数设计方法研究

设计了一套分布式潮流控制器装置参数设计方法,由线路潮流变化范围确定串并联侧变流器的容量,按分布式潮流控制器的功率模型和功率守恒原理,确定串联侧注入输电线路的最大基频电压幅值、流过串联侧变流器的电流以及并联侧变流器向系统注入的电流和电压,再根据逆变器输入输出电压的关系确定直流电容电压和变流器的开关参数.最后验证参数设计方法的正确性,使用PSCAD/EMTDC仿真软件搭建了一套分布式潮流控制器接入10 kVA输电系统进行仿真实验,显示DPFC能快速有效改善系统的电压和潮流的能力,证明本文的装置参数设计方法的正确性.