• ISSN 0258-2724
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市域铁路牵引电缆贯通供电方案及潮流算法

刘炜 刘雪晴 王辉 李群湛 刘童童 潘卫国

刘炜, 刘雪晴, 王辉, 李群湛, 刘童童, 潘卫国. 市域铁路牵引电缆贯通供电方案及潮流算法[J]. 西南交通大学学报, 2021, 56(4): 689-697. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20200066
引用本文: 刘炜, 刘雪晴, 王辉, 李群湛, 刘童童, 潘卫国. 市域铁路牵引电缆贯通供电方案及潮流算法[J]. 西南交通大学学报, 2021, 56(4): 689-697. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20200066
LIU Wei, LIU Xueqing, WANG Hui, LI Qunzhan, LIU Tongtong, PAN Weiguo. Continuous Power Supply Scheme and Power Flow Algorithm of Traction Cables for Urban Railways[J]. Journal of Southwest Jiaotong University, 2021, 56(4): 689-697. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20200066
Citation: LIU Wei, LIU Xueqing, WANG Hui, LI Qunzhan, LIU Tongtong, PAN Weiguo. Continuous Power Supply Scheme and Power Flow Algorithm of Traction Cables for Urban Railways[J]. Journal of Southwest Jiaotong University, 2021, 56(4): 689-697. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20200066

市域铁路牵引电缆贯通供电方案及潮流算法

doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20200066
基金项目: 国家重点研发计划(2017YFB1201002-07)
详细信息
    作者简介:

    刘炜(1982—),男,副教授,博士生导师,研究方向为牵引供电系统方案设计及仿真,E-mail:liuwei_8208@swjtu.cn

  • 中图分类号: U223.5

Continuous Power Supply Scheme and Power Flow Algorithm of Traction Cables for Urban Railways

  • 摘要: 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2 955万元,一次性投资可以节省大约13 672万元.

     

  • 图 1  市域铁路牵引电缆贯通供电方案示意

    Figure 1.  Schematic diagram of continuous power supply scheme for urban traction cables

    图 2  双边供电示意

    Figure 2.  Schematic diagram of bilateral power supply

    图 3  单边供电示意

    Figure 3.  Schematic diagram of unilateral power supply

    图 4  基于整条线路的牵引层供电系统结构

    Figure 4.  Power supply system structure of traction layer based on whole line

    图 5  i个牵引变压器供电范围链式结构等效模型

    Figure 5.  Equivalent model of chain structure in power supply range of ith traction transformer

    图 6  3 min发车间隔运行图

    Figure 6.  Operation diagram for departure interval of 3 min

    图 7  牵引电缆贯通供电主变电所馈线处有功功率曲线

    Figure 7.  Active power curve at feeder of main substation in continuous power supply scheme

    表  1  牵引变压器设置

    Table  1.   Settings of traction transformers

    牵引变压器位置/km接线形式容量/(MV•A)
    16.21Vv20.0 + 25.0
    219.65Vv16.0 + 25.0
    340.66Vv31.5 + 31.5
    469.54Vv31.5 + 31.5
    587.21Vv25.0 + 25.0
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    表  2  主变电所设置

    Table  2.   Settings of main substations

    名称容量/(MV•A)
    单相变压器150.0
    同相补偿装置40.0
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    表  3  牵引变压器设置

    Table  3.   Settings of traction transformers

    牵引变压器位置/km接线形式容量/(MV•A)
    115.5单相40.0
    237.8单相40.0
    360.2单相40.0
    485.4单相40.0
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    表  4  仿真结果统计

    Table  4.   Statistics of simulation results

    方案牵引网最低网压/kV再生制动能量
    利用率/%
    反馈回110 kV侧再生制
    动能量/(MW•h•a−1
    PCC点平均
    功率因数
    视在功率最大值/(MV•A)
    牵引变
    电所1
    牵引变
    电所2
    牵引变
    电所3
    牵引变
    电所4
    牵引变
    电所5
    传统供电23.588.8442 656.640.948 724.422.852.055.146.6
    牵引电缆
    贯通供电
    23.799.153 250.840.975 632.227.839.752.6
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    表  5  牵引电缆贯通供电方案主要投资

    Table  5.   Main investment of traction cables in continuous power supply scheme

    投资项目数量/(容量)单价/万元费用/万元
    电缆(500 mm24 × 100 km37.414 960
    外部电源1 个10 000.010 000
    单相主变压器2 台1 296.02 592
    同相补偿装置
    90 MV•A140.012 600
    牵引变压器8 台540.04 320
    费用总计44 472
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    表  6  传统供电方案主要投资

    Table  6.   Main investment in traditional power supply scheme

    投资项目数量/(容量)单价/万元费用/万元
    外部电源5 个10 000.050 000
    地面自动过分相
    装置
    4 台600.02 400
    牵引变压器10 台5 744
    费用总计58 144
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出版历程
  • 收稿日期:  2020-03-05
  • 修回日期:  2020-08-31
  • 网络出版日期:  2020-10-28
  • 刊出日期:  2021-08-15

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