基于能量循环的城市轨道交通接触网融冰技术研究

摘要

随着全球气候变化，冰灾等自然灾害的爆发呈上升趋势，城市轨道交通作为关系国计民生的重要基础设施，当地面线路处于低温、冻雨、湿雪、冰冻等气候时，非常容易发生接触网覆冰现象。接触网覆冰时接触线与受电弓之间会产生拉弧现象，导致列车无法正常取流、网压不稳，甚至会造成断线、打弓等重大事故，影响列车运营，带来严重的经济损失和社会影响。
　　为此，本文提出了一种基于能量循环的城市轨道交通接触网融冰方案，充分利用具有四象限变流能力的中压能馈装置，在中压环网与覆冰接触网之间形成能量循环通路，控制中压能馈装置直流侧电流(即接触网电流)满足不同环境时融冰所需的电流，利用电流通过接触网电阻产生的焦耳热量使覆冰融化。
　　本文首先根据布尔斯道尔夫融冰理论利用Matlab软件绘制了不同气象条件下防冰电流、最小和最大融冰电流与环境温度以及融冰时间与融冰电流的关系曲线，计算了一定气象条件下的防冰电流、最小和最大融冰电流以及给定融冰时间下的融冰电流，再根据融冰计算结果、接触网供电制式和中压能馈装置容量等因素，分析了融冰电流的选取方法。
　　其次，根据覆冰区段、覆冰程度以及系统容量的不同，利用融冰区段各牵引变电所整流机组和中压能馈装置的不同组合方式，划分了4种典型的能量循环通路，研究了融冰时中压能馈装置不同工况下的控制策略及其与整流机组共同提供融冰电源时的协同控制策略，通过仿真验证了控制策略的有效性，实现了预期的能量循环。
　　然后，根据融冰系统的工作流程，利用LabVIEW软件编写了融冰监控平台程序，搭建了通信测试平台，实现了对中压能馈装置的启停控制、运行状态监测、参数设置以及融冰计算等功能。
　　最后，进行了基于2MW中压能馈装置的融冰模拟试验，通过对试验数据的分析和总结，验证了融冰监控平台的功能、融冰控制策略以及双能馈能量循环融冰方案的可行性。

目录

声明

致谢

摘要

1．1 研究背景和意义

1．2 接触网除冰技术

1．2．1 接触网除冰方法

1．2．1 国内外研究现状

1．3 城市轨道交通牵引供电系统

1．3．1 牵引供电系统概述

1．3．2 牵引供电系统发展及现状

1．4 论文的主要工作

2接触网融冰计算

2．1 融冰相关计算

2．1．1 接触网参数

2．1．2 防冰电流

2．1．3 最小融冰电流

2．1．4 最大融冰电流

2．1．5 融冰电流

2．2 融冰电流选取原则

2．3 本章小结

3融冰方案设计及仿真验证

3．1 混合式牵引供电系统

3．2 融冰能量循环方式

3．2．1 整流机组与逆变能馈间能量循环

3．2．2 整流能馈与逆变能馈间能量循环

3．2．3 三牵引所双边能量循环

3．2．4 三牵引所单边能量循环

3．3 融冰控制策略

3．3．1 数学建模

3．3．2 融冰控制策略

3．4 仿真验证

3．4．1 仿真模型与参数设置

3．4．2 仿真结果及分析

3．4 本章小结

4融冰监控平台设计

4．1 整体方案设计

4．2 软件程序设计

4．2．1 运行状态子程序

4．2．2 融冰计算子程序

4．2．3 参数设置子程序

4．2．4 数据存储子程序

4．3 通信测试平台

4．4 本章小结

5融冰模拟试验

5．1 试验平台介绍

5．2 试验步骤及结果分析

5．2．1 试验步骤

5．2．2 试验结果分析

5．3 本章小结

6．1 本文工作总结

6．2 未来工作展望

参考文献

作者简历及攻读硕士学位期间取得的研究成果

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