刘炜，教授，博士生导师，IEEE Senior Member。西南交通大学电气工程学院电力工程系党支部书记，副系主任。2010年~2012年，在 University of Tennessee、USABB 从事博士后研究工作。长期从事牵引供电系统数字孪生、柔性直流牵引供电系统、杂散电流扩散机理与治理研究。
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Fault detection methods for medium-voltage flexible DC power supply systems under active current limiting control at MMC converter stations
针对MMC换流站主动限流控制下中压柔性直流供电系统直流侧短路故障暂态特征被抑制、传统方法难以识别故障类型（特别是双极金属性短路）的问题，提出一种LGC-FMD故障检测方法：以LGC算法自适应优化特征模态分解（FMD）的模式数与滤波器长度，提取故障电流高频特征，并建立基于自编码器（AE）与最大信息系数（MIC）的联合本征模态函数（IMF）判据，在噪声条件下识别各类故障。在MATLAB/Simulink中搭建含换流站限流控制的MMC中压柔性直流供电系统进行仿真，结果表明所提方法无需闭锁换流站即能快速准确地识别故障类型。
关键词：medium-voltage flexible DC power supply system；modular multilevel converter (MMC)；active current limiting control；fault detection；feature mode decomposition (FMD)
针对杂散电流引发的周边电力系统直流干扰与城市管网损坏等问题，本文提出一种采用贯通电缆连接道床钢筋的新型杂散电流收集网优化方案，并系统研究其对杂散电流防护效果的影响机理。基于贯通电缆连接的优化方案，首先建立考虑杂散电流收集网的直流牵引供电系统四层回流模型，进而采用边界元法实现杂散电流收集网泄漏电流和回流系统模型的耦合，以提升仿真精度。通过缩比模拟实验完成对所提模型的仿真精度验证，并以国内某地铁工程为例，定量分析杂散电流收集网传统95 mm2电缆跨接方式和贯通电缆连接方式对二次杂散电流及地电位梯度的影响。研究结果表明：仿真结果的平均误差为11.76%；当直接使用95 mm2电缆跨接时，全线地电位梯度在钢轨过渡电阻小于7.72 Ω·km时小于2.5 mV/m；当使用120 mm2贯通电缆连接时，全线地电位梯度在钢轨过渡电阻小于5.37 Ω·km时小于2.5 mV/m。采用贯通电缆连接可明显降低杂散电流，使用120 mm2贯通电缆连接会使得二次杂散电流整体下降36.59%，地电位梯度整体下降35.28%。
关键词：牵引供电系统；杂散电流；杂散电流收集网；钢轨电位；地电位梯度；过渡电阻
A Diagnosis Method of Rail-to-earth Insulation Based on Circuit-field Coupling Model
针对地铁系统，提出一种基于计算高效的改进场路耦合模型（IFCM）与改进闵可夫斯基距离（IMD）度量的钢轨对地绝缘诊断方法。该模型创新性地忽略钢轨电场效应并将泄漏源移至杂散电流收集网（SCCN），实现钢轨对地电阻动态仿真，与实测偏差低于5.47%。采用钢轨电位与SCCN极化电位多信号融合，结合时变滤波经验模态分解去噪与IMD特征提取量化绝缘劣化；动态仿真中IFCM保持高计算效率，与CDEGS结果相对误差8.09%。使用5000个缺陷样本验证，分类准确率达98.09%，诊断阈值经约登指数优化，自助法验证稳健性并通过敏感性分析验证了噪声干扰、能量回馈系统运行及局部绝缘变化下的性能。
关键词：rail-to-earth insulation；field-circuit coupling model；stray current collection network；insulation degradation diagnosis；improved Minkowski distance
Optimization operation of the integrated traction power supply system based on causal inference
城市轨道交通牵引供电系统同时配备储能系统（ESS）与能量回馈系统（EFS）时，能量耦合复杂、可调参数众多，最优节能控制难度大。本文提出一种基于因果推断的日前优化设计方法：首先建立集成牵引供电系统五层能量流模型，引入互信息熵因果推断（RIECI）量化各再生能量利用路径与系统总能耗间的因果关系，制定参数域约束规则以指导优化，并采用改进樽海鞘群算法（MSSA）求解不同发车间隔下EFS与ESS的最优电压控制参数。基于某实际地铁线路的算例表明该方法能有效识别系统真实因果联系，最优控制策略随发车间隔自适应变化，节能5.1%-5.9%。
关键词：Urban rail transit；Traction power supply system；Causal inference；Optimization operation；Energy saving
Coordinated Optimization of Configuration and Control for Reversible Substations Equipped with Bidirectional Converter Devices Considering Life-Cycle Cost
针对配备双向变流器装置（BCD）的可逆变电所（RS）初始成本高、参数优化复杂的问题，提出一种双层协调优化方法：上层确定RS选址与BCD容量以最小化全寿命周期成本（LCC），下层调整BCD控制参数以降低年运行成本，并采用融合Tent混沌映射与Levy飞行的改进樽海鞘群算法（ISSA）求解。基于18.2 km地铁线路算例，优化配置较传统整流机组系统综合成本降低5.12%、电费降低10.53%，且在保持钢轨电位与接触网电压处于安全限值内的同时，较固定控制参数系统再降低电费1.19%，实现了初始投资与长期运行收益的有效平衡。
关键词：traction power supply system；bidirectional converter device；two-layer optimization model；life-cycle cost；improved salp swarm algorithm
DRL Energy Management for URT Considering Uncertainties of PV and Train Disturbance
针对光伏（PV）间歇性与列车负荷波动导致光伏利用率低的问题，提出一种基于深度强化学习（DRL）的能量管理策略，通过动态协调可逆变流器在多供电区间智能再分配盈余光伏能量。在马尔可夫决策框架下将随机光伏出力与列车运行不确定性引入训练过程，并利用日前优化结果设计时变奖励机制以引导逐秒实时控制。青岛地铁2号线仿真表明所提方法使年能耗降低4.15%（约1.7 GWh），优于近期基于优化的方法；并搭建缩减比例地铁线路的硬件在环（HIL）平台部署训练后的DRL智能体，实时测试中验证了其节能效果与实时控制可行性。
关键词：urban rail transit；energy management；deep reinforcement learning；photovoltaic；reversible converter；hardware-in-the-loop
Real-Time Energy Management for Urban Rail Transit with Reversible Substations Based on Deep Reinforcement Learning
针对城市轨道交通可逆变电所中可逆变流器（RC）节能潜力难以充分发挥、列车运行高度动态随机使传统方法能量管理困难的问题，提出一种基于深度强化学习（DRL）的实时能量管理模型。智能体利用列车、牵引变电所（TS）与主变电所（MS）的连续状态反馈动态优化RC控制参数以最小化能耗；设计融合安全约束与日前优化基准的新型奖励函数，协调运行安全与能效，并在训练中引入随机时刻表扰动增强鲁棒性。青岛地铁3号线仿真表明该方法显著提升再生制动能量（RBE）利用率、降低主变电所反向功率，日节能8.30%；硬件在环实验验证了实际有效性及对通信延迟的鲁棒性。
关键词：Energy management；Reversible converter；Deep reinforcement learning；Regenerative braking energy；Urban rail transit；Traction power supply
Two-Stage Integrated Optimization Design of Reversible Traction Power Supply System
In a traction power supply system, the design of traction substations significantly7 influences both the system's operational stability and investment costs, while the energy8 management strategy of the flexible substations affects the overall operational expenses. This9 paper proposes a fuzzy logic control-based adjustment strategy for the droop rate of reversible10 converters to address the issue of poor regenerative braking energy absorption caused by11 variations in train departure intervals under traditional fixed threshold settings. Furthermore,12 given the high construction costs of flexible traction power supply systems, this study introduces a13 two-stage system optimization design method. An objective function is formulated to minimize14 the annual system cost, which includes traction network parameters, power supply equipment15 costs, and annual electricity expenses. The parallel cheetah algorithm is employed to optimize the16 objective function, determining the optimal location, capacity, and parameter configurations of the17 traction power supply system. By simulating the operation of Metro Line 9, the proposed method18 achieves an optimal solution, reducing the annual project cost by 5.8%. Additionally, the energy19 management optimization decreases overall operational costs by 1.53%.20
关键词：power supply；urban rail transit；adaptive management；optimal design
Energy-efficient multi-train scheduling considering dynamic passenger flows and station-side utilization of regenerative energy
面向碳中和与城市可持续发展目标，针对乘客负荷随时间变化改变列车质量与牵引需求、且可逆变电所可将部分再生制动能量在交流侧由车站辅助设备吸收或回馈电网的特点，提出一种节能型多列车调度策略，通过调整列车停站时间与发车间隔实现优化。建立集成运行模型刻画列车质量动态与牵引网潮流间的耦合，并用自适应领导者樽海鞘群算法（ALSSA）求解该非线性问题。徐州地铁2号线算例表明，仅计入动态质量即可降低外部能量供给4.28%，所提协同优化再降5.62%，合计节能9.67%，说明联合建模乘客质量动态与变电所侧再生能量利用能显著提升能效。
关键词：urban rail transit；multi-train scheduling；regenerative braking energy；dynamic passenger flow；reversible substation；energy efficiency
Novel method for rail insulation degradation diagnosis driven by diffusion law of stray current
钢轨对地绝缘性能退化是杂散电流泄漏增多的首要因素，而城市轨道交通系统中难以定位绝缘退化位置并评估其严重程度。为此提出一种由杂散电流扩散规律驱动的钢轨对地绝缘退化诊断新方法：基于场路耦合模型表征钢轨对地导纳，利用多源同步监测数据构建优化算法，实现钢轨对地导纳的精确计算；通过实验室物理仿真平台验证钢轨对地绝缘缺陷诊断原理的有效性，并基于实际地铁线路参数进行算例分析，多数误差低于5%；针对隧道电阻率不均引起的误差，提出分段参数调整的修正措施。
关键词：Stray current；DC metro system；Rail potential；Polarization potential；Rail to earth admittance
An Integrated Train-earth-pipe Stray Current Diffusion Model in DC traction power supply system
地铁产生的动态杂散电流会对埋地金属管道造成腐蚀与损伤。本文考虑复杂空间与导体结构下供电系统设备的控制机制与运行行为，研究杂散电流的扩散特性，采用统一场路耦合建模方法集成直流牵引供电系统模型、杂散电流场模型与管道系统模型，并应用于具体案例，计算结果与COMSOL仿真对比，15.3 km管道的管地电位平均偏差为6.10%；进一步通过24小时管地电位现场测试验证了方法的准确性与可靠性；最后基于案例分析，提出若干用于评估管道杂散电流干扰的评价指标。
关键词：stray current；DC traction power supply system；field-circuit coupling model；buried metal pipeline；pipe-to-earth potential
Multi-timescale Optimization for Reversible Converter in DC Traction Power System Based on Model Predictive Control
城市轨道交通柔性牵引供电系统（FTPSS）中，可逆变流器（RC）的常规节能策略多依赖固定参数的离线优化，但列车运行固有的时刻表偏差与随机负荷波动会导致能耗波动，使传统方法次优。为此提出一种集成日前调度与日内滚动优化的多时间尺度模型预测控制（MPC）框架，并提出一种用于日内神经网络训练的新型数据处理方法，构建基于神经网络的负荷预测模型作为MPC滚动优化输入。基于青岛地铁11号线数据，预测模型相关系数R2达95.2%、均方误差0.078，优于常规预测方法；将MPC滚动优化与日前调度结合，所提策略较传统离线优化方法节能率提高2.00%，对时刻表扰动与负荷不确定性具有鲁棒性。
关键词：urban rail transit；reversible converter；model predictive control；multi-timescale optimization；load prediction；energy saving
A Unified Model of DC Traction Power Supply System and Stray Current Dissipation
直流牵引供电系统（DPS）中杂散电流引起的直流干扰日益严重。为研究杂散电流干扰程度，建立基于直接边界元法（UBEM）的DPS与杂散电流扩散统一模型。杂散电流收集网（SCCN）极化电位是评估杂散电流泄漏水平的重要指标，本文研究SCCN极化电位与钢轨对地电阻（RE）、列车发车间隔及SCCN纵向电阻的关系，为杂散电流防护与系统优化提供部分理论依据与计算方法。现场测试与CDEGS软件仿真证明UBEM有效：与CDEGS仿真结果偏差在6.07%以内、与现场测试结果偏差在11.45%以内。以中国实际地铁工程为例，SCCN极化电位仅受局部杂散电流影响；当RE>7.35 Ω·km时，SCCN极化电位平均值降至0.5 V以下。
关键词：DC metro system；direct boundary element method；polarization potential；stray current；stray current collection network
Optimization of Train Grounding System in Dual Traction Power Supply System
在双制式牵引供电系统（DTPSS）中，车载接地电阻取值不当会因交直流牵引供电系统相互作用及列车过分相而增大电流分布、轴端电位及车体浪涌过电压。本文建立DTPSS稳态模型评估电流分布与轴端电位，建立暂态模型计算车体接地系统的车体过电压；采用粒子群算法与TOPSIS多目标优化求解最优接地电阻阻值与接地点位置。实验与仿真验证了车体电流分布求解的精度与效率，所提优化使直流段和电流分布分别改善24.8%、交流段改善21.1%，暂态过电压降至总电压的33.4%。
关键词：dual traction power supply system；train grounding system；surge overvoltage；particle swarm optimization；TOPSIS；multi-objective optimization
A Three-Stage Optimal Energy Management Strategy for Cophase Power Supply Systems With Integration of Renewable Energy
针对含光伏、混合储能系统（HESS）和配电网的电气化铁路同相供电系统负荷不确定性问题，本文提出三阶段最优能量管理策略。日前优化以系统日成本最小为目标；日内优化基于短期预测，兼顾经济性优化与功率跟踪，修正日前求解的HESS出力；实时优化以降低电价、改善电能质量为目标。为克服含电池退化的调度求解难题，提出线性化电池退化模型。基于高速铁路牵引变电所实测负荷验证表明：日前阶段引入光伏与HESS后系统日成本下降6.80%，日内与实时优化可有效调整HESS出力，线性化电池退化模型平均相对误差仅0.8%。
关键词：cophase power supply system；energy management strategy；hybrid energy storage；photovoltaic integration；battery degradation；renewable energy
System-efficient Energy Regulation and Control for Reversible Substations in Urban Rail System
城市轨道交通可逆牵引变电所（RSS）的系统效率备受关注，实际中主变电所反向功率流会降低系统效率。本文提出一种可有效减少反向功率流的新型RSS供电结构，并基于RSS控制特性建立优化模型；提出考虑复杂场景的系统效率能量调控框架，以系统损耗最低为优化目标，采用改进猎豹优化算法优化可逆变流器控制参数。实际工程仿真表明，所提方法较未优化和现有离线优化方法可分别提升能效3.25%和2%，并从均衡母线负荷、适当提高接触网电压、按不同工况调节交直流侧再生制动能量比例等方面揭示了能量调控提升系统效率的机理。
关键词：reversible substation；reverse power flow；energy regulation；system efficiency；regenerative braking energy；urban rail
在不同线路之间通过换乘站实现供电资源共享的背景下，为降低线网供电系统有功网损，以优化供电系统设计为目标，考虑多工况运行的约束条件，提出采用三重校验算法的城市轨道跨换乘站资源共享供电方案优化设计方法。建立集中式城轨供电系统拓扑模型和跨换乘站资源共享数学模型，基于多叉树拓扑搜索得到候选方案集合，对候选方案进行三重校验优化，获得有功损耗最低的线网供电方案，并以5条线路的实际供电系统为分析实例。研究结果表明：相比于传统的主变电所资源共享供电方案，本文提出的跨换乘站资源共享供电方案可减少整体供电系统的初期建设成本，降低2296.580 MW·h的供电系统年运行网损。
关键词：城市轨道交通；供电系统；资源共享；线间联络环网；主变压器容量
针对中性点接地变压器直流偏磁电流受轨道交通动态杂散电流泄漏和段场接地影响的问题，综合考虑多列车运行工况，建立杂散电流分布扩散的车-地-网耦合模型，并采用复镜像法计算大地电位；定义接地网的自电阻系数和互电阻系数，建立直流偏磁电流与大地电位的耦合关系，根据杂散电流侵入路径的拓扑结构，构建大地电位和直流偏磁电流的场路耦合模型；设计轨道交通杂散电流侵入电网的缩比模拟试验，并通过试验与模型计算进行验证。研究结果表明：试验结果和模型计算之间的最大误差为8.41%；钢轨对地过渡电阻从3.00 Ω·km增大到15.00 Ω·km，直流偏磁电流的绝对平均值减小82.4%；在车辆段和正线之间采用阻断式连接装置比采用单向导通装置减小23.45%的直流偏磁电流。
关键词：直流牵引供电系统；杂散电流；直流偏磁
Train-earth-grid coupling DC magnetic bias model for stray current diffusion
变压器直流偏磁会引起噪声与谐波增大。本文针对中性点接地变压器在多种列车运行工况下由直流牵引供电系统杂散电流引起的直流偏磁展开研究。采用双层土壤模型计算大地电位，以正线与车辆段钢轨电位作为模型中的杂散电流源，建模并分析杂散电流经接地网与电缆铠装层两条路径自主变电所侵入变压器的机理。设计仿真试验验证模型，实验数据与模型计算最大误差为8.87%。在车辆段与正线间加装隔断连接装置、改变金属保护层接地策略，可有效降低变电所直流偏磁电流。
关键词：DC magnetic bias；stray current；DC traction power supply；two-layer soil model；grounding network；rail potential
Dynamic Simulation of Rail Potential and Stray Current Distribution Based on Fast Adaptive Boundary Element Algorithm
当前杂散电流影响日益严重，地铁中广泛采用过电压保护装置（OVPD）、连接装置（CD）等设备抑制杂散电流与钢轨电位。回流系统设备状态切换使钢轨电位动态变化，叠加周边非均质土壤结构变化，直接影响杂散电流分布。为此，本文提出基于快速自适应直接边界元（FADBE）的杂散电流与钢轨电位计算方法，兼顾回流电流设备行为过程与周边地理环境，既大幅减少迭代时间，又能自适应修正回流系统参数。现场实验误差控制在6.87%以内。实际地铁工程仿真表明，车站与正线不同连接方式可使周边地电位梯度变化超过43.47%，临河、临海线路的直流干扰应重点关注。
关键词：stray current；rail potential；boundary element method；soil heterogeneity；dynamic simulation；metro
Canceling onboard braking resistance and optimal design of energy feedback systems in urban rail
城市轨道交通列车普遍装设车载制动电阻（OBR），因再生制动能量利用效率低，取消OBR是发展趋势。取消后能量反馈系统（EFS）的设计需兼顾节能效果与网络电压安全，同时气动制动可能增加，闸瓦寿命需进一步研究。本文首先建立电空制动与闸瓦磨损模型，提出考虑OBR的供电计算算法（含列车动力学模型、制动功率分配规则与供电算法），进而研究取消OBR后EFS的优化设计，综合成本包含闸瓦更换费用。算例表明，取消OBR并在各牵引变电所配置EFS后，每日可节约牵引能量20.5 MWh（18.5%），闸瓦寿命为92~159天；优化方案虽不遵循CLC/TR 50646规则，但较实际工程至少节省总成本7.6%。
关键词：urban rail transit；onboard braking resistance；energy feedback system；regenerative braking；optimal design；brake shoe wear
Analysis of Rail Potential and Stray Current with a Unified Chain Model of Dual Traction Power Supply System
双制式牵引供电系统中，架空接触网运行于不同供电模式，跨越交流段、直流段与中性段，影响回流电流特性并综合作用于杂散电流与钢轨电位。本文提出交直流牵引供电系统一体化模型及统一的链式等效电路模型，涵盖交流段地线及交直流中性段不同运行位置下的绝缘节；为构造牵引网统一阻抗导纳矩阵并平衡节点数，在直流段增设虚拟导线。计算了回流系统配置对钢轨电位、杂散电流及交直流车站钢轨电位分布的影响。仿真结果表明，在交直流分段设置绝缘节并在交流段采用地线可显著降低杂散电流与钢轨电位。
关键词：dual traction power supply system；rail potential；stray current；chain model；overhead contact line；ground wire
A field-circuit coupling diffusion model for stray current of DC metro system
直流地铁杂散电流通常采用电路模型或电场模型评估。电路模型因未考虑道床与土壤电阻率对钢轨对地电阻的影响而难以准确表征杂散电流扩散；电场模型缺乏详细设备建模，难以全面分析杂散电流。为此，本文提出杂散电流场路耦合扩散模型：采用直接边界元法（DBEM）建立地铁回流系统电场子模型并获得互阻矩阵；基于回流系统设备行为特性建立直流牵引供电系统电路子模型；通过互阻矩阵耦合两个子模型获得动态杂散电流扩散。通过与现场实测及其他方法对比，验证了模型求解大规模复杂系统时的精度与效率。算例表明，在各牵引变电所两侧各500米范围内加强钢轨对地电阻，可有效降低沿线地电位梯度。
关键词：stray current；field-circuit coupling；DC metro；direct boundary element method；soil resistivity；rail-to-earth resistance
Bi-level optimal design for DC traction power supply system with reversible substations
为提升地铁系统能效与运行性能，城市轨道交通中日益采用整流机组（RU）与能量反馈系统（EFS）。本文面向直流地铁线路设计，提出整流机组与能量反馈系统联合优化的双层方法，以项目年总成本最小为目标，确定牵引变电所与EFS配置（位置与容量）的最优组合。上层在钢轨电位与“N-1”供电能力约束下确定牵引变电所方案；下层考虑年电费与EFS成本求解EFS最优配置。采用改进樽海鞘群算法（MSSA）结合牵引潮流仿真器求解。以中国徐州地铁2号线为例，结果表明所提方法可有效获得最优解，项目年成本显著降低3.78%。
关键词：DC traction power supply；reversible substation；bi-level optimization；rectifier unit；energy feedback system；salp swarm algorithm
Regenerative braking energy utilization analysis in AC/DC railway power supply system with energy feedback systems
含能量回馈系统(EFS)的供电系统中，EFS输出的能量会流向整流器形成环流(CF)，但变电站间CF效率研究不足，列车运行与再生制动能量(RBE)利用效率的关系亦不明确。本文建立含CF的AC/DC轨道交通供电系统能量流结构：双车系统中列车距离较远时促进CF有利于能效提升；基于迭代AC/DC潮流算法，以成都地铁9号线为多车系统进行分析，指出节能关键在于降低车载电阻能耗与直流牵引网损耗，第四轨系统较架空接触网-钢轨系统最多可提升系统能效23.5%；CF与馈入主变电所能量分别不足EFS能量的2%和8%。行车间隔短时应避免RBE回馈EFS，间隔长时应鼓励EFS反馈功率，结果可为城轨节能运营提供指导。
关键词：AC/DC power supply system；circulation flow (CF)；energy feedback system (EFS)；regenerative braking energy (RBE)
为研究双制式列车在不同供电制式区段下的车体环流和车体—轴端电位分布，针对某型双制式列车构建列车接地系统的链式电路模型，并提出车-地一体化的交、直流区段联合牵引供电计算方法；同时，建立列车接地保护电阻优化模型，并分析2种列车接地系统配置方案。以国内某条双制式线路为算例进行仿真验证，研究结果表明：方案1相较方案2，列车的车体—轴端电位最大值降低36.58%~41.04%，车体环流最大值降低18.49%~22.97%；并且在方案1中，头尾车保护电阻设置为20 mΩ，可使列车的车体—轴端电位最大值为1.15 V，车体电流最大值为50.30 A，达到抑制车体—轴端电位的最优效果。该车-地一体化的交、直流区段联合牵引供电计算方法可为双制式列车接地系统设计提供参考。
关键词：双制式列车；联合牵引供电计算；列车接地系统；链式电路；车体环流
Dynamic diffusion model of stray current in DC traction power supply system
杂散电流的动态波动是地铁危害周边埋地金属结构的主要特征。建立回流系统等效电路模型时，不仅应考虑正线，还应考虑地铁车辆段。本文建立了直流牵引供电系统（DTS）在多层土壤介质和大块结构土壤介质中的动态杂散电流扩散模型，并与直流牵引供电回流系统联合仿真；通过地电位分布现场试验验证了大块结构模型（MTSM）。算例表明，车辆段钢轨直接接地会恶化地电位梯度并增大杂散电流；考虑河流或湖泊影响时，杂散电流易流向低电阻率土壤，最大地电位梯度随之增大。
关键词：stray current；dynamic diffusion model；DC traction power supply；multi-layer soil；ground potential distribution；metro depot
Dynamic simulation of rail potential considering rail skin effect
现有钢轨电位仿真仅考虑钢轨等效直流电阻与一阶RL电路，但钢轨电流含大量谐波，显著影响钢轨电位计算。为准确计算钢轨电位，将钢轨等效为考虑集肤效应的管状导体，采用矢量拟合(VF)法建立改进的回流系统等效电路及钢轨8阶Foster等效电路；建立考虑多列车、多车站及过电压保护装置(OVPD)动作的动态仿真模型；实测钢轨内阻抗并用最小二乘法拟合等效管状导体模型参数。VF法与有限元仿真、现场试验结果的最大误差分别为6.531%和7.271%。相较一阶RL电路与直流电阻等效，改进模型的钢轨电位结果明显改善，可更准确地评估钢轨电位。
关键词：Skin effect；Rail potential；Bessel function；Tubular model
Optimal sizing and operation of hybrid energy storage systems in co-phase traction power supply system considering battery degradation
为在电气化铁路中回收再生制动能量(RBE)并降低需量电费，采用含混合储能系统(HESS)的同相供电系统，但HESS的最优运行需考虑电池的动态退化特性。提出考虑电池退化的双层模型以优化HESS容量配置与运行，模型包含以平均功率为阈值的新型实时能量管理策略(EMS)，可有效降低需量电费与电量电费，且阈值随电池容量退化动态调整。基于京沪高铁实测负荷曲线研究表明：所提EMS较既有EMS更节省成本，动态调整阈值在考虑电池退化时十分必要；优化容量配置后牵引变电所年需量电费节省8.69%、回收52.33%的RBE，且较仅配电池或超级电容的储能系统具有更高经济效益。
关键词：energy storage；optimisation；power system economics；railway electrification
场路分离的杂散电流计算中，电阻网络模型的钢轨对地过渡电阻参数受地电位分布计算中的道床和土壤电阻率的影响，难以准确反映杂散电流扩散分布。提出了场路耦合的仿真模型，通过对直流地铁回流系统中的空间及导体结构进行区域等效，以直接边界元法建立杂散电流扩散场模型，获得表征杂散电流扩散分布的散流系数矩阵与散流互阻矩阵并进行存储；将直流牵引供电系统等效为多时变电源集中电路，利用散流互阻矩阵对牵引供电系统等效电路进行修正，建立以列车运行图为驱动的杂散电流动态仿真模型。仿真结果与CDEGS软件对比，钢轨电位误差在2.04%以内，隧道面上电位误差在1.09%以内，仿真计算速度提升了83.32%。案例分析表明，大部分杂散电流从牵引所间距较大的区间泄漏；该线路钢轨对地过渡电阻大于3.76Ω·km时，其变化对钢轨电位峰值影响较小；当过渡电阻值大于6.94Ω·km时，钢轨泄漏电流密度小于2.5 mA/m。
关键词：直流地铁；场路耦合；杂散电流；直接边界元法；钢轨电位
直流牵引供电系统杂散电流产生的直流干扰问题日趋严重。为研究杂散电流的干扰程度，将直流牵引供电回流系统与杂散电流扩散模型进行联合仿真。考虑段场与正线之间的互相影响，建立段场集中点电流源泄漏与正线沿线钢轨分布式泄漏共同作用下的动态杂散电流在分层介质中的扩散模型。提出分层模型的精细积分主元加权迭代方法，从而避免一般方法求解失败的问题，实现高精度、高效率求解分层格林函数。以中国实际地铁工程为例，采用该文模型对段场的杂散电流和附近土壤地表电位梯度的现场测试进行过程还原，实测与仿真结果误差在8.46%以内。直流牵引供电系统正线与段场之间采用阻断式连接方案，可使得附近土壤的地表电位梯度降低46.53%。
关键词：直流牵引供电系统；钢轨电位；杂散电流；扩散模型；联合仿真
双向变流装置可以有效抑制牵引变电所直流侧网压的波动，减小跨区间传输的电流，限制钢轨电位。鉴于电双向变流装置与整流机组的协同控制策略会对城轨牵引供电系统潮流产生直接影响，提出双向变流装置与24脉波整流机组协同供电的方案，分析该方案下牵引变电所的综合输出外特性；建立计及换流装置精确有功损耗的牵引变电所供电计算模型，并提出考虑滞环比较的多状态切换控制策略，实现含双向变流装置的城轨牵引供电系统协同供电潮流计算；通过与Simulink仿真结果对比，验证算法的有效性及准确性。以某地铁工程为例进行仿真，仿真结果表明：协同供电方案下，牵引网网压上升，全线上、下行钢轨电位最大值分别降低12.6%~15.6%、14.7%~17.5%，直流牵引供电系统损耗、系统综合成本最多可分别降低9.7%、1.17%；随着双向变流装置整流启动电压增大，部分牵引变电所的整流/逆变功率增大，直流牵引供电系统损耗先升高后降低，但钢轨电位变化不大。在实际工程中，双向变流装置的逆变启动电压一定时，适当提高其整流启动电压可以获得更佳的节能效果。
关键词：城市轨道交通；双向变流装置；输出外特性；潮流计算；协同控制策略
Urban rail substation parameter optimization by energy audit and modified salp swarm algorithm
城市轨道交通能耗审计对能耗评估与系统参数设计至关重要，但缺乏通用方法。提出系统级牵引能耗(STEC)：相较主变电站能耗(MSEC)，基于现场试验消除降压负荷影响后STEC更准确。构建以系统成本为优化目标、并考虑能量回馈系统(EFS)寿命的参数设计模型，提出改进樽海鞘群算法(MSSA)。数值测试表明MSSA的收敛性能优于樽海鞘群算法(SSA)与粒子群算法(PSO)，其初值更优、进化更快。分析STEC的影响因素：将整流器空载电压与EFS启动电压作为寻优参数时综合成本降低3.49%；相比无EFS系统，含EFS的最优系统可节省成本29.47%。
关键词：Energy audit；modified salp swarm algorithm；optimization parameter designing
Modelling, simulating and parameter designing for traction power system with bidirectional converter devices
双向变流装置(BCD)可在交流侧与直流侧之间转换能量，从而替代变电站整流器与能量回馈系统(EFS)，但仅以BCD作为变流器的铁路系统性能尚不明确，需通过仿真评估系统性能以指导设计。本文首先对考虑BCD容量约束的牵引供电系统建模，研究AC/DC潮流计算算法；提出基于增强暴力搜索的三层双环参数设计策略，并考虑N-1原则。案例研究验证了列车电源模型与BCD功率约束，得到边界配置集：BCD容量至少7 MW、斜率取0、空载电压在1730~1750 V之间。相比含整流器与EFS的系统，BCD系统性能更优：钢轨电位低46.7 V、网压波动低127.8 V、反馈能量多735.56 kWh/h。
关键词：Bidirectional converter device (BCD)；energy feedback system (EFS)；traction power supply system；parameter designing；AC/DC power flow
直流牵引供电系统中，排流装置投入后究竟是改善还是恶化杂散电流一直饱受争议。为此，该文建立了考虑排流装置的钢轨回流系统模型，并结合叠加原理推广应用于多牵引变电所时的杂散电流与钢轨电位计算。通过CDEGS仿真和排流装置的投退实验验证了模型在计算杂散电流和钢轨电位方面的准确性。并在此基础上，分析了一次杂散电流和排流网收集杂散电流效率的影响因素。研究结果表明，国内轨道交通工程排流网收集杂散电流的效率偏低，排流装置投入后，一次杂散电流增大为未排流的4.87倍、5.34倍，二次杂散电流增大为未排流时的5.41倍和4.63倍。
关键词：直流牵引供电系统；杂散电流；排流装置；排流网
在直流牵引供电系统中普遍存在钢轨电位过高的问题，而现有钢轨电位计算仅考虑钢轨直流电阻模型，但是轨中电流包含大量1~50 Hz和部分6倍频成份。将钢轨等效为管状导体模型，通过实测典型频率下的钢轨内阻抗，拟合确定P60钢轨等效管状导体参数；建立钢轨-地分布式参数模型，提出在多个牵引变电所、多车的复杂工况下考虑钢轨等效管状导体模型和轨中电流交流频谱的钢轨电位计算方法。通过实验室和工程案例验证了方法的准确性和有效性。计算单边供电下的钢轨纵向电压降落和牵引变电所钢轨电位，钢轨电位中6倍频成份对比轨中电流的6倍频成份增加了58.12%，经过钢轨阻抗频率特性的作用，呈现于钢轨电位成份中6倍频分量影响更大。
关键词：交流内阻抗；管状模型；Bessel函数；傅里叶变换
为控制杂散电流与钢轨电位，钢轨电位限制装置(OVPD)、连接装置(CD)等设备广泛运用于轨道交通运营线路，直流牵引供电系统中的钢轨电位异常问题越来越引起重视。回流系统设备的状态切换会造成钢轨电位动态分布发生显著变化。建立回流系统等效电路模型时不应只考虑正线，也应当考虑段场以及回流设备的行为过程。为此，该文建立OVPD和段场等效电路的通用模型，并提出计及回流设备行为过程的直流牵引供电计算方法。以某实际地铁工程为例，对运营线路进行仿真，采用该文算法的计算结果与实际工程中的钢轨电位变化过程更加吻合。在此基础上，讨论分析正线与段场之间的相互影响，结果表明，段场单向导通装置(UCD)的设置无法避免正线与段场之间的相互影响；段场钢轨直接接地更易恶化正线钢轨电位，相较于正线与段场之间采用阻断式连接装置(BCD)的情况下，正线钢轨电位Umax和Umin分别提高34.46%和降低33.97%。
关键词：直流牵引供电系统；连接装置；钢轨电位；杂散电流
针对城轨供电系统采用平铺运行图进行负荷过程仿真分析与实际负荷过程差别大，不能准确反应供电系统运营阶段的诸多问题，将运行图中各列车运行时分作为约束条件，建立列车定时节能运行的指标函数，以提高仿真模型准确性；基于固定阶梯级目标速度搜索算法优化列车操纵序列，还原多列车具有电气信息的运行轨迹；以实迹运行图为驱动，实现了供电系统正常运行与异常情形下的负荷过程仿真分析。算例分析结果表明：基于实迹运行图的仿真结果与实测牵引变电所负荷过程曲线的Pearson相关系数在0.89以上，负荷过程特征值仿真与实测的最大误差不超过6.85%，较平铺运行图仿真结果准确度最高可提升12.91%。
关键词：城轨交通；实迹运行图；动态仿真；定时节能；目标速度搜索
逆变回馈装置在实际运行中采用间歇工作制，当采用供电计算确定逆变回馈装置的选址和容量设计时，必须考虑逆变回馈装置的工作特性模型。为此，提出了一种考虑逆变回馈装置间歇工作制的城市轨道交直流供电计算算法。该算法基于逆变回馈装置的功率提出了逆变回馈装置负荷过程的动态调整策略，并实现其状态切换；从主变电所统计整条线路的全日能耗，分析不同逆变回馈装置启动电压、整流机组空载电压和列车发车对数对城市轨道供电系统能耗的影响。本文算法与实际工程中的逆变回馈装置负荷过程更加吻合。以实际地铁工程为例对线路进行了仿真，仿真结果表明：逆变回馈装置的启动电压会影响系统的节能效果；投入逆变回馈装置并选取合适的启动电压对供电系统具有明显的节能效果，相比不安装逆变回馈装置的系统可节省12.23%的能耗；当整流机组空载电压较高，或当发车对数稀少时，适当降低逆变回馈装置的启动电压可以获得更佳的节能效果。
关键词：城市轨道；逆变回馈装置；交直流潮流计算；间歇工作制；节能效果
为了实现交流电气化铁路列车供电系统仿真一体化，并考虑公共连接点处多负荷的相互影响，将列车供电系统分为电源层、电网层和负荷层。通过建立输电线、馈线和牵引网的链式电路模型及各接口之间的转换关系模型，构建列车供电系统源网荷统一链式电路通用模型。基于该模型进行列车供电系统动态潮流计算，分别建立采用电流源和功率源迭代模型求解的基本型模型。为了降低计算机仿真耗时，在基本型模型的基础上，提出相应的改进型模型及求解方法。以某电气化铁路线路为例，分别对不同求解方法的计算精度、迭代收敛次数、计算机仿真耗时和模型应用场景等进行仿真分析。结果表明基本型和改进型计算精度一致，但改进型仿真耗时更少；进行源网荷潮流计算具有必要性，尤其电网薄弱地区，同时表明功率源迭代模型较电流源迭代模型应用场景更广。
关键词：电气化铁路；牵引供电；链式电路；源网荷；动态潮流计算
将牵引电缆与电气化铁路既有牵引网通过横向连接线并联，基于并联后的牵引网（简称“电缆牵引网”），将供电方式分为电缆+直供方式和电缆+AT供电方式（包括日本方式、法国方式和新型方式），并以电缆+日本AT供电方式为例，设计同相供电和异相供电方式下的电缆牵引网长距离供电方案；在建立电缆牵引网等值电路模型和链式电路模型的基础上，以列车工作电压为约束条件，基于多列车负荷的潮流计算，给出确定电缆牵引网供电距离的计算公式和流程；仿真分析电缆+AT供电方式下电缆牵引网阻抗和供电距离，并以某线路为例进行方案设计对比。结果表明：电缆+AT供电方式下电缆牵引网等值阻抗更小，供电距离约为AT供电方式下的2.5倍，可有效提高供电距离，增加外部电源选址的灵活性。
关键词：牵引电缆；电气化铁路；牵引网；长距离供电；电压降；潮流计算
Evaluation of the effect of stray current collection system in DC-electrified railway system
直流牵引供电系统(DTS)中杂散电流腐蚀危害显著，杂散电流收集系统（含杂散电流收集网SCCN与杂散电流排流装置SCDD）用于控制杂散电流。建立综合系统一体化计算模型以评估杂散电流，提出简化DTS的迭代潮流算法，并由多区段钢轨回流系统模型计算杂散电流分布，模型经CDEGS仿真验证。评估收集系统对杂散电流的影响：一次杂散电流主要受钢轨至SCCN电阻及线路长度影响；SCCN的收集效率主要受SCCN电阻与SCCN对地电阻影响，而SCDD的使用会降低SCCN的收集效率。在成都地铁1号线开展现场试验验证收集系统效果。
关键词：DC traction power supply system；stray current；stray current collection network；stray current drainage device
Modified AC/DC unified power flow and energy-saving evaluation for urban rail power supply system with energy feedback systems
能量回馈系统(EFS)已广泛应用于城市轨道交通，本文研究含EFS的城市轨道供电系统潮流算法与节能评估。首先对列车、回流系统及含EFS的牵引变电所建模，分析多模式转换（含EFS最大功率状态）；提出简化直流回流系统的改进AC/DC统一潮流算法，并以多列车场景现场案例验证。进而依据系统潮流分析应用系统级节能评估指标：行车间隔缩短时指标总体下降，主要因相邻列车吸收更多再生制动能量；降压变电所负载率越高，日反馈能量利用率越高。EFS启动电压在1650~1770 V时最大节能率达11.9%（启动电压1670 V时），空载电压较高时启动电压不宜高于1750 V以保持系统高效运行。
关键词：Unified AC/DC power flow；energy feedback system (EFS)；energy-saving evaluation
Compensation of negative sequence for a novel AC integrated power supply system of urban rail transit
随着客运需求大规模增长，中国部分城市将电气化铁路25 kV交流牵引供电系统(TPSS)引入城市轨道交通建设以替代直流TPSS。为抑制负序电流并取消牵引变电所出口的电分相，提出基于单相静止无功发生器(SVG)的新型城轨交流集成供电系统(IPSS)，可进一步降低SVG容量。介绍该IPSS的拓扑结构，通过定义负序电流与补偿无功的约束系数，依据相关标准建立负序电流与无功综合补偿模型，可实现完全补偿与满意补偿；提出补偿方案的确定方法与控制策略。以实际数据为例验证补偿方案的有效性，并通过仿真与实验验证所提控制策略的正确性。
关键词：Negative sequence current；integrated power supply system；static var generator (SVG)；urban rail transit；AC traction power supply system
针对全双向变流供电系统(双向变流装置作为唯一变流器的供电系统)中潮流计算和参数设计问题,该文建立考虑双向变流装置容量约束的系统潮流计算模型;以潮流计算算法为基础,提出一种基于改进暴力搜索算法的双向变流装置参数设计策略,该算法考虑任一牵引降压混合所(牵混所)解列的情况,以不考虑双向变流装置容量约束的仿真结果为基础,将容量、下垂率和空载电压分三层迭代以求得极限解集。对实际算例进行分析,考虑双向变流装置容量约束后牵混所整流峰值功率得到控制,相邻所可提供功率支援。提出的策略搜索次数为传统暴力搜索算法搜索次数的1.63%;算例工程中,列车为6B编组,最高速度为80km/h,采用上述策略得到解集中,双向变流装置容量下限为7MW。
关键词：双向变流装置；参数设计；改进暴力搜索；容量约束
为了研究直流牵引供电系统杂散电流的干扰范围和影响程度,将回流系统分布式电路等效为集中电路,建立牵引供电系统集中等效电路,采用节点电压法进行系统潮流计算,基于潮流计算结果,建立全线杂散电流随时间动态分布模型;采用叠加原理建立动态杂散电流在层状介质中的扩散模型,利用Prony法进行求解,与CDEGS软件仿真结果进行对比,地电位计算误差在8.66%以内。国内某地铁线路列车采用6B编组,最大速度80km/h,发车间隔2min,混凝土电阻率为0.503Ω·km,土壤电阻率为38.9Ω·m,埋地金属结构与地铁线路距离50m时,钢轨过渡电阻值提高至40Ω·km以上,或钢轨过渡电阻值为5.31Ω·km时,埋地金属结构与地铁线路的距离增大至0.25km以上,沿线大地电位梯度小于2.5mV/m;缩短供电距离,能降低杂散电流干扰。
关键词：直流牵引供电系统；杂散电流；分层介质；扩散模型；影响因素
研究了市域铁路牵引电缆贯通供电方案,该方案全线贯通式供电,设置一主一备两个主变电所,在主变电所内设置同相供电装置。对贯通式供电时双边供电、单边供电下供电臂距离的设置进行了建模求解,模型以电压损失作为约束条件,通过逐渐增加列车数量的方式,求得供电臂所能承担最大列车数量,进一步得到供电臂距离的可行值,为牵引变压器位置的设置提供参考和校验。采用基于线路的牵引供电系统建模,将牵引供电系统分为电缆层和牵引层,提出适用于牵引电缆贯通供电的分层交互迭代潮流算法。该算法在层内进行潮流求解,同时层之间进行变量取值修正,以实现交互迭代,能够达到矩阵降阶、提高计算效率的目的。在本文案例分析中,相较于传统供电方案,牵引电缆贯通供电方案再生制动能量利用率提升至99.15%,每年通过再生制动能量利用可以节省的电费为2955万元,一次性投资可以节省大约13672万元。
关键词：铁路；牵引电缆贯通供电；供电距离；分层交互迭代潮流算法；再生制动
以节省逆变回馈装置投资成本和提高再生制动能量利用率为目标,建立了城轨牵引供电系统逆变回馈装置定容选址优化模型。将考虑逆变回馈装置周期性间歇工作制的城轨牵引供电系统交直流混合潮流算法与带精英策略的快速非支配排序遗传算法(fast NSGA-Ⅱ)相结合,求解多目标函数的Pareto解集;并采用基于信息熵的序数偏好法(TOPSIS)筛选逆变回馈装置定容选址的最优方案。以广州地铁某线路为算例进行仿真验证,结果表明:优化方案相对该地铁工程实际逆变回馈装置配置方案,其装置投资成本节省70万元,系统级节能率提高3.25%,投资回报周期相应缩短。
关键词：牵引供电系统；逆变回馈装置；优化设计；遗传算法；信息熵
在不同地铁线路之间可相互共享外部电源的背景下,为研究网络化支援供电方式对分散式城轨供电系统故障恢复的影响,该文建立网络化运营模式下的分散式城轨供电系统拓扑模型和支援供电故障恢复数学模型。采用分层优化方法,先基于拓扑搜索生成开关操作次数最少的候选方案集,再基于潮流计算找出中压系统附加损耗最小的可行方案。以五条线路的供电系统为分析实例,结果表明:一个电源开闭所退出且失电区域含换乘站时,60%的故障下,跨线支援供电在保证调度快速的同时,提高了城轨供电系统故障恢复后的运行经济性。相邻两个电源开闭所同时退出且失电区域含换乘站时,26.7%的故障下,通过跨线支援供电方可恢复全部一、二级负荷,提高了城市轨道交通的供电可靠性。
关键词：分散式城轨供电系统；网络化支援供电；故障恢复；分层优化
针对城市轨道直流牵引供电系统中逆变回馈装置的容量优化问题，提出一种考虑其间歇工作制的设计方法。利用工作制特性对逆变回馈装置的仿真负荷过程进行校验，结合逆变回馈装置的日反馈电量和安装成本提出综合反馈比等节能评价指标。计算各逆变回馈装置不同容量下的占空比来评估其利用率，对比节能效果，确定优化方案。以某工程实例进行分析，结果表明优化方案较全线1.5MW方案成本节约245万元，综合反馈比增加0.94；较全线2.0MW方案成本节约410万元，综合反馈比增加1.12，验证了该优化方法的可行性和有效性。
关键词：城市轨道交通；逆变回馈装置；间歇工作制；占空比；综合反馈比
轨地过渡电阻测量对杂散电流评估有着重要的意义．无结构钢筋线路区段的过渡电阻测量受单向导通装置的影响．通过建立有结构钢筋区段和无结构钢筋线路区段模型，解析计算了被测区间长度Ｌ１、过渡电阻Ｒｇ１对无结构钢筋区段过渡电阻测量误差的影响；与ＣＤＥＧＳ仿真进行对比，误差不超过４％；最后在某停车场进行实测．结果表明，电压测量点选取在被测线路４０％处时，可有效减小Ｌ１与Ｒｇ１影响．当Ｒｇ１大于１５．０Ω獉ｋｍ时，测试误差｜ΔＲｇｍ｜不超过１．０％．不同测量长度条件与测试用电压源相互制约，选择测量用电压源时应考虑实际环境影响．
关键词：城市轨道交通；轨电位；杂散电流；轨地过渡电阻；无结构钢筋区段
针对逆变回馈装置节能效果的评估问题，对安装有逆变回馈装置的广州地铁21号线进行测试，记录列车运行相关数据。分析不同逆变回馈装置启动电压下，在不同运行时段内车载制动电阻能耗占总再生制动能量的比例。从列车运行能耗的角度提出列车运行总节能量及系统级节能评估指标——再生制动能量利用变化率，评估指标只需要测量列车数据。研究结果表明：投入逆变回馈装置后，投入区间的再生制动能量利用率提高了45.45%，全线再生制动能量利用率提高了16.00%，全线全天列车运行节省电量可达5952.114kWh，逆变回馈装置的节能效果较为显著。逆变回馈装置的启动电压对系统的节能效果也有较大影响，启动电压为1720V与1770V时，全线再生制动能量利用变化率相差14.11%。
关键词：城市轨道交通；逆变回馈；再生制动；车载制动电阻；节能指标
针对城市轨道直流牵引供电系统短路故障定位困难的问题,提出了一种考虑轨地回路分布式参数的双端稳态故障测距算法。在发生短路故障后,利用故障区间相邻牵引变电所馈线直流开关柜的测试电路将直流牵引网电压施加在接触网与钢轨之间,利用2次测量的牵引网端口电阻进行故障测距。在考虑钢轨-大地两层回流结构的基础上,对分布式参数的轨地回路进行T型等效,通过解析计算得到故障距离与端口电阻的表达式。该方法不需要增加额外的故障测距设备且不需要双端数据的同步,不受接触电阻和暂态过程中的钢轨阻抗频率特性的影响。利用CDEGS仿真软件模拟直流牵引供电系统故障,讨论了不同接触电阻、故障点位置、过渡电阻以及电压、电流测量装置测量误差对故障测距精度的影响。在实验室小功率平台上采用裸导线模拟完全绝缘和较低过渡电阻的2种情况,结果验证了所提故障测距算法的有效性和实用性。
关键词：城市轨道；直流牵引供电系统；故障测距；稳态数据；轨地回路；分布式参数
走行轨过渡电阻的测量对杂散电流评估有着重要的意义。实际运营线路、过渡电阻的测量受远端钢轨电位限制器接地等情况干扰。通过建立走行轨−排流网两层模型,求解走行轨电位和电流在线路首末端双端接地、不接地和单端接地3种情形下的分布,分析过渡电阻测量误差。走行轨平均电位测量误差随着测量区间的增大而增大,泄漏电流的测量误差随着测量区间的增大而减小。当线路两端接地时,过渡电阻测量误差最大可达到1.20Ω·km。建议过渡电阻测量区间长度控制在1~4 km范围内。当走行轨平均电位计算考虑其近似直线分布时,平均电位误差均小于采用算术平均值计算,可以减小过渡电阻测量误差。
关键词：城市轨道；过渡电阻；走行轨电位；接地方式；测量方法
基于双向变流装置输出外特性,分析电压调整率与下垂率的关系;以电压源换流器模型为基础,建立考虑下垂输出外特性的双向变流装置计算模型;采用交直流一体迭代潮流算法,进行含双向变流装置的城市轨道牵引供电系统潮流计算。以某地铁工程为例,列车采用6B编组,最高时速为80km/h,研究双向变流装置下垂率和空载电压对峰值功率、牵引网网压和钢轨电位的影响。结果表明:随着输出外特性中下垂率的增长,双向变流装置峰值功率需求降低,但牵引网网压波动加剧,钢轨电位提高;当空载电压在1 500~1 650V范围内、下垂率为0.055~0.06时,全线牵引降压混合所整流工况的峰值功率最大在7 146~7 320kW之间。在实际工程中,应选取适当的下垂率和电压调整率,允许部分功率跨区间传输,以降低双向变流装置的安装容量,同时兼顾牵引网网压和钢轨电位的控制需求。
关键词：城市轨道交通；双向变流装置；牵引供电系统；潮流计算；下垂率；电压调整率
城市轨道牵引变电所存在多种运行状态:整流状态、整流机组关断状态、逆变回馈装置恒定电压运行状态、逆变回馈装置最大功率运行状态。针对潮流计算中牵引变电所状态的不确定而影响计算收敛性的问题,提出一种考虑牵引变电所多运行状态的城轨交直流供电计算算法。该算法对逆变回馈装置和车载制动电阻建模,根据迭代过程中牵引变电所网压、电流,采用滞环比较策略确定牵引变电所状态,通过交直流交替迭代方法求解潮流。对某地铁工程进行仿真分析和实测验证,结果表明:仿真与实测的牵引变电所负荷过程曲线Pearson相关系数为0.76~0.92;逆变回馈装置节能率的仿真结果与实测误差不超过1.7%;在全线整流机组空载电压较高的场合,当逆变回馈装置的启动电压设置在1750 V以上时,消耗在车载制动电阻上的能量显著增大。
关键词：城市轨道交通；逆变回馈装置；潮流计算；滞环；节能
地面储能装置在城市轨道交通牵引供电系统中有较为广阔的应用前景。该文建立了地面储能装置的通用计算模型,提出一种基于滞环算法的变电所多状态切换策略,给出不同工作状态下等效电路的求解方法,并分析了储能装置与整流机组协同输出时的电流分配关系。在此基础上设计的直流牵引供电计算双层迭代算法具有迭代速度快的特点。该文提出一组评估储能装置节能稳压效果的指标,针对广州某地铁线路进行不同发车间隔下的算例研究。全线安装储能后牵引网电压有明显改善,再生制动能量回收率从56.4%提升到95%以上,全线牵引变电所节能率可达12.1%。仿真结果表明,储能装置在地铁牵引供电系统中具有良好的节能、稳压效果。
关键词：城市轨道交通；储能装置；再生制动；直流牵引供电系统
针对现有直流牵引供电系统短路故障辨识中列车过分段导致电流变化率和电流增量(DDL)保护误动作的问题,提出基于经验小波变换能量熵的方法识别列车过分段电流与远端短路故障电流。该方法采用经验小波将电流信号自适应地分解为多个紧支撑的经验模态函数,基于经验模态函数的能量权重构建能量熵,定量地描述了馈线电流信号的能量在时频分布的复杂性。采用大量列车过分段电流和远端短路电流数据对该方法进行验证,证明了该方法与DDL保护配合可以提高短路故障识别的正确率。
关键词：城市轨道；直流保护；经验小波变换；时频分析；能量权重
城市轨道逆变回馈装置的供电计算对逆变回馈装置的系统设计和节能效果评估有着重要的作用。该文提出一种考虑逆变回馈装置交流侧电压波动系数和牵引变电所多状态切换的城市轨道交直流统一潮流计算算法。针对逆变回馈装置的节能效果评估,提出计及列车发车密度和全日行车计划的逆变回馈装置系统级节能效果评估指标。以某地铁工程实例为供电计算实例,在全变电所安装逆变回馈装置的情况下,牵引网压的波动得到明显改善,钢轨电位下降40.94%,当降压所负载率为0.2时,逆变回馈装置系统级节能率为8.71%,节能效果显著。
关键词：城市轨道；逆变回馈装置；交直流统一潮流计算；钢轨电位；节能效果评估
城市轨道交直流混合潮流计算对逆变回馈装置的供电系统设计有着重要的意义。通过建立整流机组潮流计算模型及逆变回馈装置的电压源型换流器模型,提出了一种考虑逆变回馈装置工作电压投切策略和控制方式的城市轨道交直流交替迭代潮流计算算法,将日回馈能量指标作为逆变回馈装置节能效果的评估指标。以实际供电系统工程为例,对线路上多列车进行仿真,分析牵引网网压和牵引变电所负荷过程,计算再生制动能量在邻近列车和逆变回馈装置之间的分配以及反馈能量在交流供电系统中的分布,研究逆变回馈装置不同启动电压和发车间隔对节能效果的影响。
关键词：城市轨道；逆变回馈；潮流计算；节能效果
针对市域铁路牵引变电所选址困难、外部电源投资大、再生制动能量利用不充分等问题,提出基于静止无功发生器(SVG)的市域铁路牵引供电系统供电方案,按照近期固定备用部分牵引变电所、远期全部牵引变电所投入的模式运作。在考虑供电距离增长带来的单供电臂负荷增大问题的基础上,建立近远期正常和解列工况下供电距离与SVG容量的关系模型并求解,探讨供电距离与SVG容量设计之间的关系;通过仿真验证模型的准确性,并给出近远期变压器容量统一的设计流程。以某市域铁路为例,从再生制动能量利用率、变压器的总容量和负载率及牵引变电所数量等方面对牵引供电系统传统供电方案与本文供电方案进行对比。结果表明:基于SVG的牵引供电方案减少了牵引变电所数量和变压器安装容量,提高了列车再生制动能量利用率,可缓解牵引变电所选址压力并节省投资和运营费用。
关键词：市域铁路；牵引供电系统；静止无功发生器；供电距离
城市轨道交通供电系统为提高功率因数，多采用在主变电所35kV母线安装SVG装置的无功集中补偿方式。以成都地铁某主变电所实测数据为依据，分析SVG装置在投运和切除2种不同工况下的主变电所2段进线PCC处的无功功率及功率因数和电压谐波；无功补偿装置运行前后2段进线PCC处全日功率因数分别由0.710和0.445提高至0.998和0.967；主变电所进线3，5和11次电压谐波降低；以全日功率因数0.95为标准，评估主变电所无功补偿装置的安装容量，35kV1段母线无功补偿装置总容量裕度较大。
关键词：静止型动态无功补偿装置；无功补偿；功率因数；安装容量
基于线性回归的谐波阻抗估算方法是常用的谐波阻抗估算方法之一。为确保谐波阻抗估算结果实部与虚部良好的相关性,基于混合建模思想,通过构建复数域偏最小二乘法的准则函数,给出了单因变量复数域偏最小二乘法的严格数学推导及简化求解过程。针对公共连接点处多谐波源情形,基于实测录波数据,通过分析各馈线电流波动量之间的关系,构建了用于筛选关注谐波源谐波电压和电流线性良好数据的指标因子;进而利用复数域偏最小二乘法估算相应的等值谐波阻抗;最终根据所提等值法实现各谐波源责任的定量划分。通过仿真及实测算例验证,体现了所提方法的可行性及有效性。
关键词：多谐波源；责任划分；复数域偏最小二乘法；数据筛选；等值谐波阻抗
针对上海地铁3、4号线列车运行能耗进行测试，分析列车牵引、惰行、制动工况下的牵引取流、牵引网网压、制动电阻电流、制动电阻电压与运行速度之间的关系，评估制动/牵引能耗比。以上海4号线为例对所选区间段进行建模仿真，再现列车运行和牵引、制动能耗过程，分析结果表明列车电阻制动能耗占牵引能耗的34．93%～55．71%，因此对制动能量通过回馈或存储的方式加以利用，其节能效果对我们国家的持续发展具有重要意义。
关键词：城市轨道车辆；牵引能耗；制动能耗
针对地铁列车准点节能运行,提出了基于时间逼近搜索的列车节能优化算法。首先建立城市轨道列车在满足定时运行条件下的节能控制模型,通过庞特利亚金最大值原理得到了列车节能最优控制工况集;其次,推导了列车在不同节能运行模式下的能耗差异;在此基础上,提出了一种将列车运行区间进行分段优化的方法,采用时间逼近搜索求解列车工况转换点的位置,最终达到定时节能运行的目的。以上海地铁3号线铁力路至友谊路线路为算例,与实测负荷过程对比,列车采用本文算法优化后可节能12.5%。
关键词：城市轨道；节能控制；时间逼近；优化
Determination of Characteristic Impedance Matrix of Earth Return Circuit for Autotransformer-Fed Traction Power Network
现有方法求解自耦变压器(AT)供电牵引网接地回流网络的特征阻抗矩阵在原理上并不正确。对于半无限长接地回流网络，从任一指定端口向无限远看去的特征阻抗矩阵应当相同。本文利用接地回流网络的传输参数矩阵，推导出特征阻抗矩阵应满足复数形式的代数 Riccati 方程，并可用特征分解法求解。算例结果表明，所提方法的计算结果与现有方法接近；灵敏度分析表明，特征阻抗矩阵对钢轨对地电导和接地线对地电导的变化最为敏感。
关键词：AT 牵引网；特征阻抗矩阵；接地回流网络；代数 Riccati 方程；灵敏度分析
为探讨城市轨道牵引供电网络中潮流分布的不确定性基于城市轨道交、直流统一的牵引供电算法提出了一种基于蒙特卡洛模拟的城市轨道牵引供电系统概率潮流计算方法．该方法通过列车运行的时间-位置曲线构建列车位置的概率分布；根据行车组织建立发车间隔的概率分布；通过蒙特卡洛仿真随机抽样确定列车在线路上的位置和功率分布；采用交、直流统一的潮流计算获得城市轨道牵引供电系统节点电压和功率的概率分布．实例仿真表明采用该方法可准确把握牵引网网压、牵引变电所负荷等的概率统计特征．
关键词：蒙特卡洛法；城市轨道；供电计算；概率潮流
Study of unified AC / DC power flow in DC traction power supply system
针对城轨牵引供电计算现状，即一般将交流系统等效至直流侧进行计算或者交直流侧分开迭代，简化了交直流系统的内在联系，在一定程度上影响计算的精度，探讨了一种基于整流机组模型的城轨牵引供电系统交直流统一的牵引供电计算方法，并采用改进的牛顿-拉夫逊法和高斯-赛德尔法求解，利用10节点直流牵引供电系统进行了验证。提出的交直流统一的牵引供电计算方法已成功应用在城轨牵引供电仿真系统中。
关键词：城市轨道；牵引供电计算；仿真分析；交直流统一潮流
发明人：刘炜、淡雨生、张戬、戚贺、曾佳欣、熊蓬、杨乾锋、唐宇宁
发明人：刘炜、唐靖坤、王沛沛、桑国阳、赵佳微、张戬
发明人：刘炜、杨龙、马庆安、樊国桢
发明人：张戬、刘炜、李富强、赵佳微、桑国阳、吴拓剑、李思文、李由、李田
发明人：马庆安、刘炜、张丽
发明人：刘炜、赵佳微、张戬、谢文君、李思文
发明人：马庆安、刘炜、李雪飞
发明人：刘炜、周瑞兵、张戬、刘雪晴、吴拓剑、李由、谢文君、张浩
发明人：刘炜、刘雪晴、王辉、王创、张戬、赵佳微、周瑞兵、桑国阳、李富强、唐一文、刘童童
发明人：刘炜、李田、吴拓剑、李思文、潘卫国、李鲲鹏、胡勇、杨龙、尹乙臣、樊国桢
发明人：刘炜、张浩、张戬、尹乙臣
发明人：刘炜、赵佳微、张戬、桑国阳、刘雪晴、李富强、唐一文、周瑞兵
发明人：刘炜、赵佳微、张宇
发明人：高圣夫、刘炜、郑杰、王沛沛、禹皓元、唐靖坤、崔洪敏
发明人：刘炜、许嘉轩、李鲲鹏、郭莉、崔洪敏、禹皓元、唐靖坤、娄颖
发明人：刘炜、王沛沛、郑杰、禹皓元、唐靖坤、崔洪敏、许嘉轩、刘瑞龙
发明人：刘炜、廖钧、金安旭、许伶俐、刘瑞龙、许嘉轩、王沛沛、叶小雯
发明人：金安旭、刘炜、李群湛、廖钧、王沛沛、许嘉轩、刘瑞龙、叶小雯、许伶俐
发明人：刘炜、高圣夫、李群湛、余俊祥