引言

 

在当今社会的发展中，我国城市拥堵严重，给我国居民的生活带来了很大的影响。因此，城市轨道措施的发展可以方便居民提高出行和生活质量。因此，城市轨道可以有效解决城市拥堵问题。城市轨道的发展对城市绿色出行有很大的帮助，为城市节约土地和资源。城市居民更依赖智能应用，导致城市电能的影响，这也提高了对城市轨道的要求。对于以电能为牵引力的城市轨道，必须对供电问题和控制进行可持续发展。这样，城市轨道才能更受欢迎，满足生活的需要。

 

一、柔性牵引供电系统

 

(一)提出柔性概念

 

实践表明，传统的城市轨道牵引电力系统存在许多问题，主要是变电站整流机组中的问题，具有单向传输和电压电流无法控制的性质。它对城市轨道中的中压环网和接触网有很大的影响，导致能力无法进行双向循环，也无法有效地控制功率因数和电压。从此，有必要在城市轨道上增加适量的双向变流器，将传统变电站提升为双向牵引电力变电站，进一步建立更好的灵活牵引供电系统。根据我国城市轨道的情况，整个供电系统可分为两部分，一是交流电网；二是直流电网。双向变电站可连接交流和直流，实现双向高效连接，使交流电网与直流电网之间的能量信息可控传输。

 

(1)交流电网络

 

交流电网络是两端主变电站和区间内四条交流电的母线。在两端的主变电站中，每个站至少设置两个变压器，并通过外部电源供电，以确保供电系统的稳定性和可靠性。在正常运行中，所有交流母线独立运行，突发事故发生时，可通过网络开关对不同故障位置进行供电，恢复失电母线的供电，保证整个运行的稳定性和可靠性。因此，牵引变电站和动力负荷应交替连接到每段交流中的压力母线，以保持母线负荷的平衡。平衡不仅是负载，而且是能量和功率。

 

(2)直流电网络

 

DC电网包括接触网和轨道。DC电也由双向变电站供电。城市轨道电网中的所有双向变电站同时供电，并建立了多电源DC电网。当双向变电站出现故障时，故障部分由断路器分离，保证了DC电源的安全和稳定性。考虑到接触网和轨道之间存在阻抗，由于牵引、制动等复杂情况，DC电网发生了明显的变化和不平衡[1]。这就是DC微电网的特点。因此，双向变电站必须采用特殊的控制方法。

 

(2)系统工作模式

 

系统的工作是一个重要的环节。详细分析了柔性牵引供电系统的工作情况，分析了系统中的主变压器、双向变压器和交流母线。

 

（1）牵引时

 

双向变电站在牵引列车时，提供稳定的牵引电源。同时，准确控制DC电压，使变电站输出功率达到一定平衡，可降低交流母线的功率需求。

 

（2）制动时

 

当制动发生时，会产生多余的能量，不能被列车相互吸收。这些信息将传输到变电站，并被母线上的负荷利用。考虑到制动时瞬时峰值的功率大于负荷，通过相应的控制将制动能力均衡地转移到母线是一种非常干净的方法。

 

二、柔性控制技术

 

随着我国城市轨道地的发展，追求系统是否有效的现场调控，可以实现城市轨道地的可持续发展，使城市轨道实现高功率因数、系统优质供电和整个系统的节能。根据现阶段的分层控制系统，该系统分为控制层和优化层。控制层由最低能耗DC电压控制，非运行时分散高功率，跟踪DC电压和补偿指令；优化层利用算法优化，从各牵引变电站获得DC电压和补偿指令，用光纤将信息传回各牵引变电站。

 

（1）分层控制策略的第一层控制

 

第一层控制分为直流电压下垂控制、无功功率控制等。在整个供电系统中，在制动过程中，双向变流器由恒压控制。通过这种方法，附近的变电站会吸收大部分能量。这种情况不利于多变电站，容易将制动功率分离不均匀，容易将再生能量返回交流电网。这样就会增加系统中的能耗，电网公司也会对这种做法进行相应的限制[2]。由于电网运行的设置，高压侧流向低压侧，直流电用于控制，相应的直流趋势用于控制。未来可实现多变流器功率均分，通过直流电压下垂控制的方法满足要求。该方法的原理是根据输出电流的变化来改变电压，并满足功率的平衡分配。因此，多变流器可以根据实际功率需求一起调节电压并进行平均分配。因此，在牵引供电系统中，DC电压下垂控制可以有效地改善能量分配，交流负荷能吸收多余能量，很好地限制主变送电的情况。在传统的再生制动控制中，恒压状态下产生的部分功率被附近的变电站吸收，但大部分反馈给母线和电网；下垂控制方法可以实现多变电站的调整，实现功率平衡，即能量可以在交流母线上使用，从而减少返回主变电站的功率。分散式无功补偿是由于大多数交流电源系统使用电缆，从而产生无功功率。因此，当城市轨道处于轻载状态时，供电系统的功率因数会很低。因此，采用双向变流器对无功功率进行技术补偿，取代主变站SVG，节约设备投资和成本投资[3]。

 

（2）分层控制策略的第二层控制

 

第二层控制属于经济控制，牵引变电站中的交直流会影响控制参数。因此，第二层需要Optimalpowerflow和OPF算法的结合。通过模拟列车运行，模拟输入相关参数、数据和速度，计算列车的功率和位置，通过模拟运行获得牵引供电系统稳定状态下的节点电压和电流。

 

结论

 

综上所述，通过提出柔性牵引的概念和对系统供电方案的分析，实现了城市轨道柔性牵引供电系统的综合优化和能效提高。通过控制DC电压下垂、无功功率控制和分散无功补偿，节省了设备投资成本、能源利用最大化和系统综合损耗最低。优化非运行期间的无功补偿和低功率因数，减少系统损失。根据社会发展，城市轨道柔性牵引供电系统技术应继续探索，我国城市轨道建设仍在逐年上升。因此，对城市轨道柔性牵引供电系统的研究符合我国可持续发展的国情。