城市轨道双向变流装置的供电方案研究

摘要

近年来，城市轨道交通在我国发展迅速，给人们的出行带来了极大的便利。目前，我国城市轨道交通供电制式主要为直流制，供电系统普遍采用二极管整流机组将交流电转换为直流电，其优点是成本低、过载能力强、技术成熟等，但也存在着诸如再生制动能量处理、输出电压波动范围大、无功补偿等问题。为弥补整流机组的弊端，国内外城轨业界已成功研发了基于IGBT的双向变流装置，因其具有能量双向流动、稳定直流网压、调节功率因数等优点，已成为城市轨道直流牵引供电系统新的发展方向。本文主要开展含双向变流装置的城市轨道牵引供电系统的相关研究工作，通过研究双向变流装置的输出外特性、供电仿真算法等来模拟供电系统的运行特性，为将来其推广应用提供有力的理论支撑。　　本文首先介绍了城市轨道牵引供电系统的结构，对供电系统各模块进行建模，根据功能定位的不同对比了双向变流装置替代整流机组时的三种方案，通过比较确定本文针对“完全替代”方案展开讨论。　　其次，本文研究了双向变流装置的输出外特性，建立了考虑双向变流装置下垂特性的供电计算模型，提出了含双向变流装置的城轨交直流一体化潮流计算算法，并基于VisualStudio2010平台开发了含双向变流装置的供电仿真模块。以徐州地铁2号线为例，对定容算法的有效性进行了验证，并对比了列车等效为恒电流源和恒功率源模型时的差异。　　接着，本文分析了影响双向变流装置输出外特性的因素。双向变流装置的外特性主要受其下垂率α、空载电压Ud0、容量SN以及最大输出电流Idmax的影响，SN和Idmax主要与装置的属性有关，而α、Ud0则主要与装置的控制有关，因此，本文重点探讨了α、Ud0两个因素。通过改变α的取值仿真了双向变流装置分别采用恒压和下垂特性时系统的运行情况，并主要从牵混所峰值功率、牵引网网压和钢轨电位等方面对α不同取值下的仿真结果进行了对比，同时也仿真分析了Ud0取值不同时对系统的影响，然后给出了下垂率的选取策略以及空载电压的建议取值范围等。　　最后，本文对比了“整流机组+逆变回馈装置”与“双向变流装置”两种方案下系统的运行特性。在“双向变流装置”方案中作为比选对双向变流装置设置了三种下垂率，根据近期行车计划分别对两种方案高峰时刻下的系统进行供电仿真，并主要从牵混所负荷过程、牵引网网压、钢轨电位以及经济性四个方面进行了比较。结果进一步说明了双向变流装置的优越性，可为城市轨道牵引供电系统未来的发展提供参考等。

目录

声明

第1章绪论

1.1 研究意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 双向变流装置

1.2.2 供电仿真算法

1.3 本论文的主要研究内容及章节安排

第2章含双向变流装置的城市轨道牵引供电系统

2.1 城市轨道牵引供电系统建模

2.2 列车模型

2.3 城市轨道双向变流装置

2.3.1 双向变流装置的结构

2.3.2 双向变流装置功能定位

2.4 本章小结

第3章含双向变流装置的城轨牵引供电系统潮流计算

3.1 城市轨道双向变流装置建模

3.1.1 双向变流装置的输出外特性

3.1.2 双向变流装置供电计算模型

3.2 含双向变流装置的城轨交直流一体化潮流计算

3.3 算法验证

3.3.1 参数设置

3.3.2 定容算法验证

3.3.3 恒电流源与恒功率源比较

3.4 本章小结

第4章含双向变流装置的供电系统仿真软件实现

4.1 软件功能分析

4.2 软件功能模块实现

4.2.1 ITPS模块

4.2.2 ITE模块

4.2.3 输出模块

第5章含双向变流装置的城轨供电系统供电方案研究

5.1 含双向变流装置的供电系统运行特性

5.1.1 下垂率 α

5.1.2 空载电压 Ud0

5.2 “双向变流装置”与“整流机组+逆变回馈装置”供电方案对比

5.2.1 仿真断面分析

5.2.2 负荷过程比较

5.2.3 牵引网网压比较

5.2.4 钢轨电位比较

5.2.5 经济性对比

5.3 本章小结

结论与展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果