摘要：随着城市化进程的加快，交通堵塞成了人们日常的问题，为了加解决这个问题，改善民生交通质量，城市轨道交通系统的价值得到了越来越多人的关注，获得了态势喜人的发展。与之对应的是城市轨道直流牵引供电系统的安全性与可靠性也得到了显著的提高。本文以城市轨道交通供电系统要求及有关技术为切入点，分析柔性直流牵引供电系统概述，制定合理城市轨道交通直流牵引供电系统有关技术。为实现国内轨道交通安全性与可靠性贡献绵薄之力。

关键词：柔性直流牵引供电系统；城市轨道交通；工程应用

中图分类号：A 文献标识码：A

引言

随着城市化进程的不断加快，推动了城市轨道交通的进一步发展。而城市轨道交通的运行离不开牵引供电系统。城市轨道交通变电和接触网用电，一般是使用直流1500V的供电方法。使用这种充电方法的原因是可以进行双边供电。本文将对城市轨道交通直流牵引供电系统和相关技术进行重点研究分析，以供参考。

1柔性直流牵引供电系统概述

1.1系统构成

柔性直流牵引供电系统由柔性直流变电所、能源管理控制系统和牵引网组成。柔性直流变电所内双向牵引机组输出电压及外特性可调节，通过能源管理控制系统可以实现对全线牵引用电潮流的实时、动态管控，进一步对各开闭所的进线负荷进行调控，从而提升牵引供电能力和节能效益。

1.2柔性直流变电所

20世纪80年代中期，美国电力科学研究院N.G.Hingorani博士首次提出了柔性交流输电系统的概念，即通过应用大功率、高性能的电力电子器件制成可控的有功或无功电源以及电网一次设备等，实现对输电系统的电压、阻抗、相位角、潮流等的灵活控制，将原本不可控的电网潮流变得可以全面控制，从而大大提高电力系统的灵活性和稳定性，使得现有输电线路的输送能力大大提高。近20年来，大功率电力电子开关技术取得了长足的发展，引发了电力系统技术的新革命。在此基础上，大功率双向变流器替代传统二极管整流器和能馈装置，成为城市轨道交通牵引供电技术发展的必然趋势。柔性直流变电所设置2套双向变流器，分别挂接于两段交流中压母线。相较于传统二极管整流机组挂接于同一段中压母线的接线形式，该接线方式提高了供电系统可靠性和全线负荷均衡性。城市轨道交通牵引供电系统有其行业特殊性，其牵引所一般位于地下，为了降低土建成本，牵引所一般空间有限。双向变流器若应用于城市轨道交通牵引供电系统，应在满足大容量的前提下，尽量提高设备的功率密度，减小设备占地面积。

1.3能源管理控制系统

能源管理控制系统是在柔性直流变电所基础上，通过对系统运行状态的动态感知，实时调整牵引网全线双向变流器的输出特性，灵活地分配各双向变流器的输入、输出功率，达到提高牵引网电压、优化电能质量和对故障变电所进行能量救援的目的。系统将双向变流器交直流侧电压、电流和位置等状态数据，车辆位置和功率，变电所变压器参数，牵引网和钢轨阻抗参数等信息传送给能源管理控制系统。能源管理控制系统根据接收到的信息，迭代运算出整个牵引网的网络空间矩阵表达式，实现对供电网络的数字重构；考虑调度损耗和各变电所功率限制、网压波动、谐波、功率因数等约束条件，在保证牵引供电网络和列车安全稳定运行的前提下，通过内点法、遗传算法等智能算法寻找并调节双向变流器的输出特性，生成双向变流器直流侧电压、交流侧基波电流、功率因数角和谐波电流等控制指令，并下发至各双向变流器，实现电网潮流的优化调度，提升供电网络的可靠性和效率，降低整个系统的损耗。

2城市交通轨道发展现状

在城市轨道交通当中，必不可少的就是高压供电系统，这是所有电气设备能够正常运行的重要基础。由于，城市轨道交通高压设备运行环境相对复杂，而且，高压设备在轨道交通运输当中作用重大，因此，需要保证高压设备能够正常运行。所以需要加强对高压供电设备的维护管理，采取科学合理的措施，构建完善的管理制度，提高相关工作人员的维护管理意识，提高人员综合素质水平，构建高素质维护团队。在此过程中，坚持遵守预防为主的原则，并以此为基础，制定科学的管理计划和维修管理制度，确保高压供电设备检修工作能够有效落实，从而实现高压供电设备故障问题的及时处理，保证高压供电设备稳定运行。

城市轨道交通高压供电可以根据其功能的不同划分为2部分，即电力机车牵引负荷和车站区间控制中心用电负荷。而随着城市轨道交通自动化程度和信息化程度的不断提升，对于城市轨道交通的运行安全有了更高的要求，而其中最为主要的就是要保证城市轨道交通供电稳定性。在城市轨道交通当中，主要的运行方式是直流牵引供电系统和交流牵引供电系统。

3城市轨道交通直流牵引供电系统有关技术

3.1直流牵引供电系统接地技术和保护配置

根据大量的实践研究发现，在城市轨道交通直流牵引供电系统当中，比较明显的一个问题就是迷流问题。因此，需要在机组直流负极以及正极当中合理设置合理设置对地绝缘保护。而在进行对地绝缘保护过程中，若使轨道交通供电系统的负极进行直接接地，就容易导致直流电源负极出现地网回流以及迷流回路等情况。这样一来，一方面会降低迷流回路的电阻，另一方面还会对相关金属设备造成严重的危害。

3.2能源管理控制系统方案

能源管理控制系统，分为中心级和变电所级两层，系统核心设备为高精度测量终端和协同控制器。高精度测量终端安装于双向变流器控制柜内，主要用于测量10kV系统和750V系统电压及电流信号，实现系统状态的动态感知。测量终端对系统电压的测量误差小于0.5%，电流测量误差小于0.2%，频率测量误差小于0.5%，采样间隔小于5ms。协同控制器是系统的功能中枢，在每座柔直变电所内设置单独的协同控制屏，主要功能是干预全线柔直变电所暂态、稳态工作行为，灵活调控系统潮流分布，直接定义和影响系统全局行为，实现系统级技术经济性能优化，确保整个系统安全经济运行。考虑地铁控制中心与线路车站距离较远，鉴于线路协同控制器的动态控制时延需求为100ms以内，因此将线路协同控制器下沉至回龙观东站。8个变电所划分为3个协同控制区域，主要考虑以下几点因素：（1）时间延时。区域划分的选择优先考虑实时性，区域内延时控制在200μs以内，故一个区域内一般2～3个变电所。（2）分区分级实现降阶。分区后可有效降低协同控制的数据量和计算量，提高优化计算的实时性。区域内的各所计算量和通信量与一个区域内变电所数量的平方成正比。（3）保证计算可靠性。分区分级本质上是分散计算，相比不分区的集中计算可靠性显著提高。

结束语

柔性直流牵引供电技术相比于传统牵引供电技术：可提高牵引网电压，降低轨电位，充分发挥机车电制动能力，提高再生能量利用率，改善交流网络功率因数和谐波。该技术为城市轨道交通牵引供电方式变革和构建未来智能轨道交通供电系统提供了新的解决方案，有效提升轨道交通行业应对社会经济快速发展需求的能力，解决城市电网资源紧张和轨道交通节能增效问题。

参考文献

[1]韩志伟，张刚，刘志刚，等.中压能馈型再生制动能量利用装置应用效果分析[C]//中国电工技术协会.2013年轨道交通电气与信息技术国际学术会议（EITRT2013）论文集.2013.

[2]鲁玉桐，赵小皓，赵叶辉.再生制动能量吸收装置在北京地铁中的应用[J].都市快轨交通，2014（4）：105-108，102.

[3]张钢，刘志刚，牟富强.双向变流器在城轨牵引供电系统中的应用[J].都市快轨交通，2014（4）：109-112.

[4]陈哲.北京地铁10号线中压能馈型再生制动电能利用装置[J].现代城市轨道交通，2015（1）：5-7.