基于交直流耦合的地铁牵引供电系统潮流算法研究

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1、基于交直流耦合的地铁牵引供电系统潮流算法研究石扬曾进辉刘梦湖南工业大学摘要：地铁牵引供电系统是一个典型的交直流混合系统，其交流潮流与直流潮流间相互影响。传统潮流算法具有局限性，并不能很好地适用于地铁牵引供电系统潮流计算。鉴于此，考虑地铁牵引供电系统的实际情况，设计了一种新的潮流计算方法。仿真结果表明，该算法能够准确地计算出地铁潮流和仿真不同的运行状况，11具有计算速度快、实时性好的优点。关键词：潮流计算;地铁牵引供电系统;交直流混合迭代;作者简介：石扬(1994一)，男，湖南邵阳人，在读硕士研究生，研究方向：电

2、能变换及电能质量治理。收稿日期：2017-10-24基金：国家自然科学基金项FI(51607064)Received：2017-10-240引言随着城市轨道交通的发展，地铁应运而生，并因其用地省、运量大、安全环保、舒适快捷等优点得到丫众多大、屮城市的青睐，因而保障地铁运营的安全、准时具有重要的理论和现实意义［1-3］。地铁牵引供电系统采用双边供电形式，国内外学者针对这种模式对地铁牵引供电系统的潮流计算方法做了大量的研宄。文献［4］通过列车运行图得到列车位置和功率分配信息，通过它计算地铁供电系统的潮流，但它总是以

3、整流机组额定工作时的潮流值作为基准，因此会导致一些错误的计算结果。文献［5］将牵引供电系统屮的交流潮流计算嵌入直流侧，以直流侧功率收敛为标准，因此不容易提取和区分交流侧的潮流值。本文先计算直流侧的潮流值，再将直流侧的潮流计算结果作为交流侧的输入进行迭代计算，最后将交流侧计算的潮流值馈送到直流侧进行交叉迭代计算。理论分析和实验分析表明，该方法能有效提高潮流值的计算速度，具有计算速度快、实吋性好的优点。1地铁牵引供电系统结构根据系统的不同功能，将地铁供电系统分为:外部电源、主变电所、牵引变电所和普通变电所如阁1所示

4、，地铁牵引供电系统由两路liokv的独立高压电源引入，经主变电所降至l(T35kV的电压后为牵引变电所供电。这样每个牵引变电所就有两个独立的供电源，提高了供电的可靠性。在牵引变电所中，电压经整流变压器进一步降压至750V或1500V的直流电供给牵引网，为列车供电，最后经过钢轨回流。图1地铁供电系统原理图下载原图2潮流计算2.1■I/J流计算的流程图设计根据电气元件模型及其牵引供电系统的属性参数，结合基本线路数据和列车运行信息，建立交流和直流侧电源模型，然后根据整流机组的初始值和交流侧潮流迭代值计算相关的交/直流

5、潮流值。潮流计算的框架如图2所示。图2潮流计算框架图下载原图2.2直流牵引网的潮流计算根据牵引变电站的位置和数量，供电线路的长度以及从交通调度系统获得的列车位置和接收功率，搭建了直流侧牵引供电模型。详细的计算步骤如下：步骤k分别对牵引变电站、列车、牵引网和轨道节点进行编号。步骤2:根据功率参数和列车运行信息创建节点导纳矩阵Y，并设罝flag=0。步骤3:判断标志是否为0，如果flag=0,根据对应的功率值和整流机组工作区间的节点电流方程U=YI来求解线性方程。步骤4:判断求解出的负载电流In是否在整流机组工作区

6、域的负载电流范围内，如果所有电流都在范围区间内，则无需调整整流机组的工作区间，否则应调整。如果负载电流小于工作区间的最小电流，则应将整流机组工作区间设罝为上一个，或者设置为后一个。步骤5:判断每辆列车的节点电压是否满足收敛精度，如果不满足，则修改列车电源模型的参数，且返回步骤2直到电压收敛。步骤6:如果flag=l,表示列车的节点电压收敛，则需根据交流侧潮流值逮立节点电压方程U=YI。步骤7:判断每辆列车的节点电压是否满足收敛精度，如果不满足，修改列车电源模型的属性参数，并返回步骤2,直到电压收敛。步骤8:系统

7、收敛，然后求解直流侧消耗的有功和无功功率。2.3交流牵引网的潮流计算根据主变电站、降压变电站及其相应的功率分布等效模型，结合等效模型参数和线路基本数据，建立交流侧供电模型。具体步骤如下：步骤1:分别对主要变电站节点、降压变电站节点进行顺序编号，然后根据功率分量的参数求解每个节点YfGdj[^的导纳，并预设每个节点的初始值节点电压为e。，fQ。对视为平衡节点的变电站:e^l.1，fQ=0;对视为PQ节点的变电站:e0=l，f0=Oo步骤2:根据每个节点电压的初始值计算功率偏差矢量。步骤3:建立牛顿-拉夫逊方程，然

8、后求解电压偏差矢量并进行修改，以调整功率偏差矢量。步骤4:判断求解的功率偏差向量是否满足收敛条件，如果不满足，调整计算公式并返回到步骤2直到收敛。步骤5:当系统收敛时，计算每个节点的电压和分支负载电流及其有功和无功功率。3算例分析3.1参数设置以某双边供电型地铁牵引供电系统为实例进行计算和分析。两座主变电所之间长度为22km，10个牵引变电所间距为2km。中压线路电阻80Q/krn，电