城市轨道逆变回馈装置的系统设计与节能效果评估

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当今社会已经步入便捷交通的时代,城市轨道使人们的出行更加得方便高效。为响应国家节能减排的号召,城市轨道再生制动能量利用技术应运而生。再生制动能量利用率的提高是城市轨道交通发展的趋势。逆变回馈技术以其高效节能、高性价比成为专家学者研究的热点。对于安装有逆变回馈装置的牵引供电系统,其优化设计和节能效果评估都是亟待解决的问题,而城市轨道逆变回馈装置的供电计算对解决上述问题有着重要的作用。因此,本文对含有逆变回馈装置的城市轨道牵引供电系统潮流计算、逆变回馈系统容量优化设计以及逆变回馈系统的节能效果评估进行了研究。本文首先介绍了城市轨道供电系统结构,分析了整流机组在考虑其不同运行区间内阻变化外特性即多折线模型以及潮流计算模型,研究了牵引网和列车在城市轨道供电系统中的建模。城市轨道交通供电系统模型的建立为接下来的城市轨道交直流供电计算算法实现奠定了基础。在研究了整流状态时牵引变电所供电计算模型的基础上,本文对加入逆变回馈装置的牵引变电所状态进行了研究。通过建立牵引变电所在关断、逆变稳压、逆变满载各状态下的供电计算模型,提出了基于Bang-Bang控制的牵引变电所多状态软切换算法,该算法考虑牵引网压波动变化以及牵引变电所在不同工作状态下,逆变回馈装置的不同控制策略。利用该算法研发城市轨道供电系统仿真平台,结合重庆轨道交通9号线工程实例,分析了在不同发车对数的不同时刻下,该算法的收敛精度和收敛速度,验证了该算法的可行性;对于全线安装逆变回馈装置的牵引供电系统,任取某一时刻,分析牵引变电所的多状态切换过程,验证了该算法的有效性;利用该算法,比较了某一时刻,参考系统和全线安装逆变回馈装置系统的牵引网压及钢轨电位的变化,研究分析逆变回馈装置对供电系统牵引网压和钢轨电位的影响。针对逆变回馈系统的中低压逆变回馈装置容量提出了不同的设计方案。对于中压逆变回馈来说,通过其装置的间歇工作制中的连续工作时间内的回馈功率有效值和平均值,确定中压逆变回馈装置的容量;对于低压逆变回馈来说,低压逆变回馈装置根据配电变及其负载进行定容,地面制动系统则根据回馈功率峰值确定容量。利用第三章提出的基于Bang-Bang控制的牵引变电所多状态软切换算法研发的供电仿真平台,对重庆轨道交通9号线仿真研究,推荐其各牵引变电所中低压逆变回馈装置安装容量。逆变回馈系统的节能效果评估一直是关注与研究的热点。对于安装逆变回馈装置的牵引供电系统,本文综合考虑列车在不同发车对数下的再生制动能量利用的情况以及全日行车计划,提出了包含系统日回馈能量、主所倒送率、再生制动能量回馈率、系统级节能率的节能效果评估指标。结合实际地铁工程,从逆变回馈装置启动电压、全线动力负荷负载率等方面,定量地分析逆变回馈系统的节能效果。在轨道交通线路大量推广应用逆变回馈装置的情况下,该节能效果评估指标对供电系统的设计和城市轨道的发展具有指导意义。
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