• ISSN 0258-2724
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电气化铁路贯通供电系统穿越功率的治理措施

李群湛 彭友 黄小红 王翰林 任桃

李群湛, 彭友, 黄小红, 王翰林, 任桃. 电气化铁路贯通供电系统穿越功率的治理措施[J]. 西南交通大学学报. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20220887
引用本文: 李群湛, 彭友, 黄小红, 王翰林, 任桃. 电气化铁路贯通供电系统穿越功率的治理措施[J]. 西南交通大学学报. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20220887
LI Qunzhan, PENG You, HUANG Xiaohong, WANG Hanlin, REN Tao. Crossing Power Governance Approach of Continuous Power Supply System in Electrified Railway[J]. Journal of Southwest Jiaotong University. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20220887
Citation: LI Qunzhan, PENG You, HUANG Xiaohong, WANG Hanlin, REN Tao. Crossing Power Governance Approach of Continuous Power Supply System in Electrified Railway[J]. Journal of Southwest Jiaotong University. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20220887

电气化铁路贯通供电系统穿越功率的治理措施

doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20220887
基金项目: 中国国家铁路集团有限公司科技研究开发计划(SY2020G001);四川省科技计划(21YYJC3324,2022YFQ0104)
详细信息
    作者简介:

    李群湛(1957—)男,教授,博士,研究方向为牵引供电系统理论及电能质量的分析与控制,E-mail:lqz3431@263.net

  • 中图分类号: U223.6

Crossing Power Governance Approach of Continuous Power Supply System in Electrified Railway

  • 摘要:

    为消除牵引供电系统穿越功率的影响,同时兼顾再生制动能量利用,提出一种穿越功率治理的新方法. 首先,结合贯通供电系统结构推导不同工况下的功率潮流,分析穿越功率检测方法;其次,在单相组合式同相牵引变电所的基础上,设置功率转移与能量储存单元,分析改进后系统的工作机制;然后,通过功率分配与负序满意补偿的上层控制策略和变流器控制的底层控制策略相结合,提出穿越功率治理协同控制策略;最后,以某线路试验数据为例计算穿越功率大小,评估治理措施的经济性,同时通过仿真验证所提方案的正确性和有效性. 研究结果表明:本文所提出的系统及其控制策略能够有效消纳穿越功率和再生制动能量,在考虑牵引变电所和牵引网损耗的情况下,功率转移与能量储存单元的穿越功率利用率在70%以上,具有良好的经济性和可行性.

     

  • 图 1  贯通供电系统示意

    Figure 1.  Continuous power supply system

    图 2  穿越功率检测与治理示意

    Figure 2.  Crossing power detection and governance

    图 3  牵引变电所拓扑结构

    Figure 3.  Topology of traction substation

    图 4  储能装置拓扑结构

    Figure 4.  Topology of energy storage unit

    图 5  10 kV动力照明系统变流器拓扑结构

    Figure 5.  Inverter topology of 10 kV power lighting system

    图 6  贯通供电下不同工况功率分配情况

    Figure 6.  Power distribution under different working conditions of continuous power supply

    图 7  上层控制策略

    Figure 7.  Upper control strategy

    图 8  底层控制策略

    Figure 8.  Lower control strategy

    图 9  不同工况下功率分配

    Figure 9.  Power distribution under different working conditions

    表  1  典型故障类型

    Table  1.   Typical failure types

    故障所 故障装置 再生制动/穿越功率
    变电所 1 故障 ESS PLS消纳为主,未消纳部分馈送电网;不影响穿越功率的消纳
    PLS ESS消纳为主,未消纳部分馈送电网;不影响穿越功率的消纳
    PTESU 馈送电网;不影响穿越功率的消纳
     变电所 2 故障/变电
    所 1、2 同时故障
    ESS PLS消纳为主,未消纳部分馈送电网
    PLS ESS消纳为主,未消纳部分馈送电网
    PTESU 馈送电网
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    表  2  功率分配关系

    Table  2.   Relationship of power distribution

    实时功率 情况 1 情况 2 情况 3 情况 4 情况 5 情况 6
    $ {P_{\rm{S}}} $ $ - \left( {\left| {{P_{\rm{L}}}} \right| - {P_{{\rm{PLS\_thshd}}}} - {P_{{\rm{ESS\_thshd}}}}} \right) $ 0 $ - \left( {\left| {{P_{\rm{L}}}} \right| - {P_{{\rm{PLS\_thshd}}}}} \right) $ 0 ${P_{\rm{L}}}$ ${P_{\rm{L}}} - {P_{{\rm{ESS}}}}$
    $ {P_{{\rm{PLS}}}} $ $ - {P_{{\rm{PLS\_thshd}}}}$ $ - {P_{{\rm{PLS\_thshd}}}}$ $ - {P_{{\rm{PLS\_thshd}}}}$ $ - \left| {{P_{\rm{L}}}} \right|$ 0 0
    $ {P_{{\rm{ESS}}}} $ $ - {P_{{\rm{ESS\_thshd}}}} $ $ - \left( {\left| {{P_{\rm{L}}}} \right| - {P_{{\rm{PLS\_thshd}}}}} \right) $ 0 0 0 $ {P_{{\rm{ESS}}}} $
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    表  3  实测数据

    Table  3.   Measured data

    工况 电流/A 电压/kV 有功功率/kW
    变电所 1 合环前 66.50 28 0
    变电所 1 合环后 144.50 28 1946
    变电所 2 合环前 73.25 28 704
    变电所 2 合环后 49.25 28 1299
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    表  4  成本与收益

    Table  4.   Costs and benefits 万元

    是否包含
    储能装置
    运营
    年份/年
    累计成本
    和运维费
    累计节省
    电费
    盈亏
    含储能11000327.47−672.53
    21200654.94−545.06
    31400982.41−417.59
    416001309.88−290.12
    518001637.35−162.65
    620001964.82−35.18
    722002292.2992.29
    不含储能1800327.47−472.53
    21000654.94−345.06
    31200982.41−217.59
    414001309.88−90.12
    516001637.3537.35
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    表  5  系统参数

    Table  5.   System parameters

    参数 数值
    电源电压等级/kV 110
    三相输电线路/km 50
    牵引变电所进线LALB/km 10、10
    储能装置充放电功率/MW 2
    10 kV动力照明系统/MW 2
    牵引网长度/km 40
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出版历程
  • 收稿日期:  2022-12-27
  • 修回日期:  2023-04-25
  • 网络出版日期:  2024-09-14

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