城市轨道交通直流牵引供电系统模型及其仿真研究

时间：2025-05-11

交通电气ｌ

ＴｒａｆｆｉｃＥｌｅｃｔｒｉｃ

城市轨道交通直流牵引供电系统模型

及其仿真研究

针对城市轨道直流牵引供电系统仿真。采用由接触网、钢轨、杂散电流收集网和大地组成的四层网络模型，将全线直流牵引网模拟成一个完整的动态网络。整流机组采用多段折线的外特性模型。通过迭代试算的方法确定其工作区间，较准确地仿真直流牵引供电系统接触网、钢轨和杂散电流收集网电位、泄漏电流以及变电所负荷曲线等。

刘炜１

李群湛１

李鳇鹏２

郭蕾１／１．西南交通大学电气工程学院

２．广州市地下铁道设计研究院

城市轨道交通直流牵引供电系统潮流计算的特殊性在于列车负荷在轨道上是不断移动的。在不同的运行时刻，列车、牵引变电所、接触网、钢轨与大地组成不断变化的直流电网结构。既有供电仿真方法如平均运量法、列车运行图截面法一般以牵引变电所为分割点，将整个牵引网分成多个相互独立的供电区段进行计算，实际上城市轨道列车取流或功率来自牵引网相连的全线所有牵引变电所。

刘

炜／博士研究生

求解直流牵引网潮流计算的模型，主要分为两种：基于节点电压、电流求解的线性系统模型¨刮和基于节点功率求解的非线性系统模型”’５１。线性系统模型中列车可采用理想电流源或导纳模型，理想电流源模型由于其运算时间少且便于计及再生制动情况，在线性系统

关键ｉ瓦］／Ｋｅｙｗｏｒｄｓ

模型中更值得推荐。非线性系统模型中，城市轨道列车采用功率源建模，某一时刻功率值整流杌组由牵引计算结果和运行图共同决定。由供电仿真

于收敛性等问题等，非线性系统的求解较线性系统复杂。

直流牵引供电仿真系统模型

直流牵引供电系统模型根据地网模型的不同可分成三层或者四层表示‘２’６’引。

６０

Ｉ嘭：菇闻建筑电气２００９年第２８卷第７期　万

方数据如图Ｉ所示。三层模型由接触网、钢轨以及地组成；四层模型由接触网、钢轨、埋地金属与地组成。为模拟钢轨电位与杂散电流情况，在三层网络模型中，一般使用竹型单元电路纵向连接模拟，在四层网络中，一般将钢轨、埋地金属和地组成的回流网用双订型单元电路模拟。每个单元电路的长度一般取为１００—２００ｎｌ。四层网络模型综合考虑了由隧道、桥梁和道床等结

构钢筋组成的杂散电流收集网对回流系统的影响，更接近真实系统。

接触网

喃铜

图１

直流牵引供电系统电路模型

本文以四层模型为基础，开发了城市轨道交通直流牵引供电系统的仿真系统。系统采用的直流牵引供电系统模型如图２所示。直流牵引供电系统是一多导线系统。系统主要由上、下行接触网，上、下行钢轨，杂散电流收集网五段导线组成。轨道、杂散电流收集网和地之间的回路由一系列纵向连接的单元电路组成。单元由钢轨与杂散电流收集网的纵向电阻和钢轨、杂散电流收集网与地之间的两两过渡电阻组成。每个单元的纵向电阻和过渡电阻的参数不同，表示不同线路、区域的钢轨、杂散电流收集网与地之间由于材料、

绝缘等造成的电气参数不同。为了简化，每个单元上、下行钢轨，杂散电流收集网

对地过渡电阻并未在图中标出。在理想计

城市轨道交通直流牵引供电系统模型及其仿真研究算中，可以假设全线采用统一的单位电气参数进行计算，每个单元的长度一般设置为１００Ｉｎ（或

２００

ｍ）。在正常运行时，列车采用理想电流源或

恒功率源建模，从同一供电区段的所有牵引变电所获取电流或功率。

图２城市轨道交通直流牵引供电系统模型

多折线整流机组外特性模型

整流机组在直流牵引供电系统仿真中常处理成带内阻的恒定理想电压源心’７１。实际上，整流机组的外特性是呈非线性的Ｉｓ，９］，一般采用分段线性化处理方式。城市轨道整流机组使用等效２４脉波整流。整流变压器的电源侧绕组采用延边三角形接线，两台１２脉波整流器二次输出端并联后向牵引网合成输出等效２４脉波的直流电源。仿真中，可以认为２个１２脉波整流电路并联独立工作。１２脉波整流机组直流输出电压调整特性为

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