團(tuán)隊介紹

張戩

博士研究生，主要研究方向為城市軌道柔性牽引供電技術(shù)。參與國家自然科學(xué)基金、多項橫向課題及IEEE逆變回饋裝置標(biāo)準(zhǔn)編制工作。

劉煒

副教授，博士生導(dǎo)師，主要研究方向為牽引供電系統(tǒng)設(shè)計仿真，再生制動能量利用、雜散電流研究。主持國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學(xué)基金、鐵總科技開發(fā)計劃重點項目等多項省部級和企業(yè)橫向課題。參與多項國際國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)編制工作。

研究背景

在建設(shè)智慧城軌的背景下，為了研究雙向變流裝置作為唯一變流器的供電系統(tǒng)（即全雙向變流系統(tǒng)）的雙向變流裝置的潮流計算和參數(shù)設(shè)計問題，西南交通大學(xué)電氣工程學(xué)院、北京全路通信信號研究設(shè)計院集團(tuán)有限公司、深圳地鐵建設(shè)集團(tuán)有限公司的研究人員張戩、劉煒、潘衛(wèi)國、張浩、謝偉、葛洲，在2021年第23期《電工技術(shù)學(xué)報》上撰文，建立了考慮雙向變流裝置容量約束的供電系統(tǒng)潮流計算模型。

雙向變流裝置可以實現(xiàn)能量在交直流間的雙向轉(zhuǎn)化，與整流機(jī)組加逆變回饋裝置的方案相比，占地更小，且輸出可控，是智慧城軌建設(shè)的重要技術(shù)之一，并逐漸被開始應(yīng)用于實際工程中。目前，雙向變流裝置容量還遠(yuǎn)小于整流機(jī)組，成為約束其大規(guī)模應(yīng)用的主要原因之。雙向變流裝置的供電系統(tǒng)設(shè)計理論正在起步階段。由于雙向變流裝置過載能力有限，全雙向變流場景下，系統(tǒng)設(shè)計的重點應(yīng)為雙向變流裝置的容量。

因此，針對全雙向變流系統(tǒng)，建立了考慮雙向變流裝置容量約束外特性的模型，并提出了潮流計算算法和容量選擇方法，對實際工程設(shè)計有很強(qiáng)的必要性。

論文所解決的問題及意義

針對全雙向變流供電系統(tǒng)（雙向變流裝置作為唯一變流器的供電系統(tǒng)）中的潮流計算和參數(shù)設(shè)計問題，西南交通大學(xué)等單位的研究人員提出一種建立了考慮雙向變流裝置容量約束的系統(tǒng)潮流計算模型；以潮流計算算法為基礎(chǔ)，提出了一種基于改進(jìn)暴力搜索算法的雙向變流裝置參數(shù)設(shè)計策略，該算法考慮任一牽引降壓混合所(牽混所)解列的情況，以不考慮雙向變流裝置容量約束的仿真結(jié)果為基礎(chǔ)，將容量、下垂率和空載電壓分三層迭代以求得極限解集，從而為全雙向變流供電系統(tǒng)的設(shè)計與運營提供了參考。

結(jié)論

圖1 改進(jìn)暴力搜索算法三層迭代示意

研究人員最后得出以下結(jié)論：

1)對全線雙向變流裝置容量為8MW、5MW的算例與不考慮容量約束的結(jié)果進(jìn)行對比分析，考慮容量約束后雙向變流裝置功率峰值與容量對應(yīng)，且牽引網(wǎng)網(wǎng)壓與實際接近，驗證了算法中容量約束的有效性和合理性。

2)提出的參數(shù)設(shè)計策略考慮任一牽混所解列的情況，且含三層迭代，最終可求解得到雙向變流裝置容量、下垂率及空載電壓三個參數(shù)。實例中，該策略搜索次數(shù)為傳統(tǒng)暴力搜索算法的1.63%，提高了計算效率。

3)根據(jù)提出的參數(shù)設(shè)計策略，當(dāng)列車為6B編組，行車為14對大交路/時+7對小交路/時，雙向變流裝置最低下垂率為0%，雙向變流裝置容量最小允許容量為7MW，空載電壓最低為1 730V,最高為1 750V，此時牽引網(wǎng)網(wǎng)壓和鋼軌電位在國標(biāo)限值內(nèi)。

4)雙向變流裝置的容量越大，其空載電壓的可選擇范圍越大，但同時成本越高。在進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計時，應(yīng)綜合考慮成本及系統(tǒng)牽引網(wǎng)網(wǎng)壓運營條件，對雙向變流裝置的參數(shù)進(jìn)行合理選擇。

引用本文

張戩, 劉煒, 潘衛(wèi)國, 張浩, 謝偉, 葛洲. 基于改進(jìn)暴力搜索算法的全雙向變流供電系統(tǒng)參數(shù)設(shè)計[J]. 電工技術(shù)學(xué)報, 2021, 36(23): 4896-4904. Zhang Jian, Liu Wei, Pan Weiguo, Zhang Hao, Xie Wei, Ge Zhou. Parameter Designing in Power Supply System with Bidirectional Converter Devices as Only Converters Based on Enhanced Brute Force Algorithm. Transactions of China Electrotechnical Society, 2021, 36(23): 4896-4904.