CN110077288A - 一种基于svg的市域铁路牵引供电系统供电方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于SVG的市域铁路牵引供电系统供电方法，包括以下步骤：近期正常工况下固定备用牵引变电所，备用牵引变电所处的SVG投入使用；近期出现解列故障时备用牵引变电所投入使用，解列所的SVG投入使用；远期正常工况下所有牵引变电所和及其SVG投入；当出现牵引变电所解列，系统恢复到近期正常工况或者近期解列工况结构；本发明可实现近、远期牵引变压器容量统一，减少牵引变电所数量，充分利用牵引变压器过负荷能力，提高列车再生制动能量利用率，节省了投资。

Description

一种基于SVG的市域铁路牵引供电系统供电方法

技术领域

本发明涉及铁路牵引供电系统，具体涉及一种基于SVG的市域铁路牵引供电系统供电方法。

背景技术

市域铁路多采用国铁供电制式，主要有直供、直供带回流、AT供电等供电方式，是服务于市域范围的中、长距离客运系统；其功能定位接近于城市轨道交通，具有发车密度大、行车速度快、站间距短等特点，这些特点给市域铁路供电系统设计带来了新的课题，主要有以下四个方面：一、牵引变电所选址困难，中心城区和城镇用地紧张，外部电源投资、征拆成本及建设成本很大，牵引所位置选取方案需要更强的灵活性。二、电流同时性明显，瞬时功率较大；高峰时段，同一供电臂容易出现多车同时大功率牵引，造成网压越限，这对供电臂的供电距离产生了限制。三、牵引所故障解列时，市域铁路仍然要保持较高的发车密度，传统方案下市域铁路只能通过增大变压器容量和缩短供电距离保证网压满足要求。四、再生制动能量多，市域铁路列车启停频繁，会产生大量的再生制动能量，造成公用电网负序电流增大的问题。当网压超过列车运行的最大值，还会有列车再生制动失效的隐患；因此，提高制动能量的利用率在系统设计中需要着重考虑。

所以市域铁路供电系统的设计不能完全照搬国铁供电系统或直流牵引供电系统设计模式，应该更多的考虑延长供电距离、增加牵引所位置的可选性。增长供电距离需要稳定网压，可通过无功补偿实现，固定电容补偿无法跟踪牵引负荷的变化，在重负荷情况下容量利用率较低，轻负荷时容易出现过补偿，逐渐被动态无功补偿所取代。

发明内容

本发明公开了一种可实现近、远期牵引变压器容量统一，充分利用牵引变压器过负荷能力，提高列车再生制动能量利用率的基于SVG的市域铁路牵引供电系统供电方法。

本发明采用的技术方案是：一种基于SVG的市域铁路牵引供电系统供电方法，近期正常工况下固定备用部分牵引变电所，备用牵引变电所处的SVG投入使用；

近期出现解列故障时备用牵引变电所投入使用，解列所的SVG投入使用；

远期正常工况下所有牵引变电所和及其SVG投入；

当出现牵引变电所解列，系统恢复到近期正常工况或者近期解列工况结构。

进一步的，一种基于SVG的市域铁路牵引供电系统供电方法，包括以下步骤：

步骤1：确定牵引变电所数量，其中近期投入的牵引变电所数量为N_Ts，固定备用牵引变电所数量为N_Tsst；

步骤2：近期运量时，确定近期牵引变电所的牵引变压器容量区间；

步骤3：远期运量下，确定所有变电所的牵引变压器容量区间；

步骤4：比较步骤2和步骤3得到的区间，得到近期和远期牵引变压器容量的重合区间。SVG容量的选取：选取牵引变压器容量后，取牵引变压器容量对应SVG容量最大值。

进一步的，所述步骤4中若重合区间不存在则考虑以下情况：

若第i个牵引变电所，近期牵引变压器最大安装容量小于远期时最小安装容量，若近期到远期多支出的固定费用大于更换牵引变压器的投资，则变压器容量按照近期设置，定期进行变压器更换，反之按照远期设置；

若第i个牵引变电所，近期时牵引变压器最小安装容量大于远期时最大安装容量，将第i个牵引所附近的备用所投入，计算近期第N_Tsst+1方案下的牵引变压器和SVG容量区间，重新进行比较；

其中i＝1,2,…,N_Ts+N_Tsst。

进一步的，所述静止无功发生器SVG设置在牵引变电所内，通过隔离变压器接在牵引变电所次边母线上；静止无功发生器SVG通过隔离变压器接在牵引变电所次边母线上；牵引变电所内含电分相，牵引变电所之间设置分区所。

本发明的有益效果是：

(1)本发明方法在保证系统正常运行的前提下，减少牵引变电所数量，可以有效的缓解选址压力，节省外部电源投资，土建投资等。

(2)本发明通过补偿，可解决负载率不高但母线压降大的问题，减小全线变压器容量；变压器容量近、远期统一，促进变压器容量得到合理利用，节省固定电费；

(3)本发明可提高再生制动能量利用率，SVG可补偿线路的无功损耗，进一步减小全线总能耗，使得电费减少。

附图说明

图1为本发明实施例中近期正常工况下供电系统结构示意图。

图2为本发明实施例中近期解列工况下供电系统结构示意图。

图3为本发明实施例中远期正常工况下供电系统结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步说明。

当线路使用近期固定备用部分牵引变电所，远期全部牵引变电所投入的模式运作时，使用本发明方法确定牵引变压器容量。

一种基于SVG的市域铁路牵引供电系统供电方法，包括以下步骤：

基于SVG的市域铁路牵引供电系统，包括近、远期(一般来说，近期为交付运营后十年，远期为交付运营后20年)均投入使用的牵引变电所T_si(i＝1,2，…，N_Ts，N_Ts为近、远期均投入使用的牵引变电所的数量)、近期固定备用牵引变电所Tssti(i＝1,2，…，N_Tsst，N_Tsst为近期固定备用牵引变电所的数量)、静止无功发生器S_ij(i＝1,2，…，N_Ts+N_Tsst，j＝L或R，L为牵引变电所出口左侧，R为牵引变电所出口右侧)、隔离变压器T_ij(i＝1,2，…，N_Ts+N_Tsst，j＝L或R)、分区所SPi(i＝1,2，…，N_sp，N_sp为全线分区所的数量)、电分相SNi(i＝1,2，…，N_Ts)、接触网CW；静止无功发生器Sij位于牵引变电所T_si或T_ssti内，通过隔离变压器Tij接在牵引变电所次边母线上；工作在恒电压控制模式，通过输出无功电流控制母线电压；隔离变压器用于电压匹配和减小无功发生器输出的谐波电压；分区所、电分相的开断状态可改变供电系统结构。牵引变电所T_si和T_ssti内含电分相SNi；牵引变电所之间设置分区所SPi；牵引变电所用于110kV到27.5kV电压等级转换。

近期正常工况下固定备用部分牵引变电所，备用牵引变电所Tssti处的SVG投入使用，出现供电臂首末端同时存在SVG的情况；近期出现解列故障时备用牵引变电所Tssti投入使用，解列所的SVG投入使用，保证近期解列不减运量。

远期正常工况下所有牵引变电所Tsi和Tssti及其SVG投入，当出现牵引变电所解列，系统恢复到近期正常工况或者近期解列工况结构，保证远期解列时至少满足近期运量。

步骤1：确定供电臂距离和牵引变电所数量，其中近期投入的牵引变电所数量为N_Ts，固定备用牵引变电所数量为N_Tsst；根据实际选址中遇到的问题，确定所需供电臂距离和牵引变电所数量。

步骤2：近期运量时，确定近期牵引变电所的变压器容量区间；结合近期列车发车间隔，大致估计负荷分布，考虑充分利用过负荷能力，可通过负载率较优、寿命损失较优、年电能损耗较优等方法确定近期N_Ts个牵引变电所的变压器容量区间，以及投入使用的全线SVG容量可行区间。

步骤3：远期运量时，在正常系统工况、远期发车间隔和变电所解列工况、解列时发车间隔两种情况下，通过负载率较优、寿命损失较优、年电能损耗较优等方法确定满足运行要求的N_Ts+N_Tsst个所的设备容量可行区间。

步骤4：比较步骤2和步骤3得到的区间，得到近期和远期变压器容量的重合区间，取变压器容量对应SVG容量最大值。

若重合区间不存在则考虑以下情况：

若第i个牵引变电所，近期变压器最大安装容量小于远期时最小安装容量，若近期到远期多支出的固定费用大于更换变压器的投资，则变压器容量按照近期设置，定期进行变压器更换，反之按照远期设置；

若第i个牵引变电所，近期时变压器最小安装容量大于远期时最大安装容量，将第i个牵引所附近的备用所投入，计算近期第N_Tsst+1方案下的变压器和SVG容量区间，重新进行比较；

其中i＝1,2,…,N_Ts+N_Tsst。

通过具体实施例对本发明方法进行说明。

基于SVG的市域铁路牵引供电系统，包括近、远期均投入使用的牵引变电所Ts1、Ts2，近期固定备用牵引变电所Tsst1，静止无功发生器S1L、S1R、S2L、S2R、S3L、S3R，隔离变压器T1L、T1R、T2L、T2R、T2L、T3R，分区所SP1、SP2、SP3、SP4，电分相SN1、SN2、SN3，接触网CW；静止无功发生器S1L、S1R位于牵引变电所Ts1内，S2L、S2R位于Tss1内，S3L、S3R位于Ts2内。静止无功发生器S1L、S1R、S2L、S2R、S3L、S3R分别通过隔离变压器T1L、T1R、T2L、T2R、T3L、T3R接在牵引变电所次边母线上。牵引变电所内含电分相SN1、SN2、SN3；牵引变电所之间设置SP1、SP2、SP3、SP4。静止无功发生器工作在恒电压控制模式，通过输出无功电流控制母线电压；隔离变压器用于电压匹配和减小静止无功发生器输出的谐波电压；分区所、电分相的开断状态可以改变牵引供电系统结构。

近期正常工况下，备用牵引变电所Tss1不参与运行，牵引变电所Ts1、Ts2和全线的静止无功发生器投入使用；SP2、SP3闭合，此时Ts1右供电臂首末端同时存在静止无功发生器S1R和S2L，Ts2左供电臂首末端同时存在静止无功发生器S2R和S3L，如图1所示。静止无功发生器通过恒电压控制进行无功补偿，提高电压水平，保证Ts1右供电臂、Ts2左供电臂距离较长的情况下，接触网电压水平可以满足要求，充分利用Ts1、Ts2处牵引变压器的容量。

近期解列工况下，假设牵引变电所Ts1解列，此时备用牵引变电所Tsst1可投入使用，解列所Ts1处静止无功发生器S1L、S1R依然投入，SN1和SP2闭合，SP3断开，如图2所示。在此工况下，通过配置S1L、S1R、S2L的容量，使供电系统在近期运量、不减负荷的条件下，接触网电压水平满足要求。

远期正常工况下，牵引变电所Ts1、Ts2、Tsst1及全线所有的静止无功发生器投入，电分相SN1、SN2、SN3和分区所SP2、SP3均断开，如图3所示。当出现牵引变电所解列，系统恢复到近期正常工况或者解列工况结构，保证远期解列时至少满足近期运量。

近期投入牵引变电所数量少于远期，使得近、远期变压器承担负荷存在重合区间，即可以合理设置牵引变压器容量使得近、远期不需要对变压器进行更换，容量设置步骤如下：

1、近期投入的牵引变电所数量为2个，固定备用所数量为1个。

2、近期运量下，结合近期列车发车间隔，大致估计负荷分布，考虑充分利用过负荷能力，确定牵引变电所Ts1和Ts2的变压器容量区间，以及投入使用的全线SVG容量可行区间。

3、远期运量下，在系统正常工况、远期发车间隔和变电所解列工况、解列时发车间隔两种情况下，确定满足运行要求时，牵引变电所Ts1、Tsst1、Ts2的所有设备容量可行区间。

4、比较近、远期的变压器和SVG设备容量区间，找出两者牵引变压器容量的重合区间，并选取牵引变压器容量所对应SVG容量较大值；若重合区间不存在，则分以下两种情况考虑：

若第i个牵引变电所，近期时变压器最大安装容量小于远期时最小安装容量，此时需要进行经济性的比较，若近期到远期多支出的固定费用多于更换变压器的投资，则变压器容量按照近期设置，定期进行变压器的更换；反之按照远期设置。

若第i个牵引变电所，近期时变压器最小安装容量大于远期时最大安装容量，则对近期方案进行修改，并重新进行比较。

近期正常工况下固定备用部分牵引变电所，备用牵引变电所处的SVG投入使用，出现供电臂首末端同时存在SVG的情况；近期出现解列故障时备用牵引变电所投入使用，解列所的SVG投入使用，保证近期解列不减运量。远期正常工况下所有牵引变电所及其SVG投入，当出现牵引变电所解列，系统恢复到近期正常工况或者近期解列工况结构，保证远期解列时至少满足近期运量。

本发明在保证系统正常运行的前提下，减少牵引变电所数量，可以有效的缓解选址压力，节省外部电源投资、土建投资等。通过补偿，可以解决负载率不高但是母线压降大的问题，减小全线变压器容量。变压器容量近、远期统一，促进变压器容量得到合理利用，节省固定电费。提高再生制动能量利用率，SVG可以补偿线路的无功损耗，进一步减小全线总能耗，使得电度电费减小。

Claims (4)

1.一种基于SVG的市域铁路牵引供电系统供电方法，其特征在于，近期正常工况下固定备用部分牵引变电所，备用牵引变电所处的SVG投入使用；

近期出现解列故障时备用牵引变电所投入使用，解列所的SVG投入使用；

远期正常工况下所有牵引变电所和及其SVG投入；

当出现牵引变电所解列，系统恢复到近期正常工况或者近期解列工况结构。

2.根据权利要求1所述的一种基于SVG的市域铁路牵引供电系统供电方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：确定牵引变电所数量，其中近期投入的牵引变电所数量为N_Ts，固定备用牵引变电所数量为N_Tsst；

步骤2：近期运量时，确定近期牵引变电所的牵引变压器容量区间；

步骤3：远期运量下，确定所有变电所的牵引变压器容量区间；

步骤4：比较步骤2和步骤3得到的区间，得到近期和远期牵引变压器容量的重合区间。SVG容量的选取：选取牵引变压器容量后，取牵引变压器容量对应SVG容量最大值。

3.根据权利要求2所述的一种基于SVG的市域铁路牵引供电系统供电方法，其特征在于，所述步骤4中若重合区间不存在则考虑以下情况：

若第i个牵引变电所，近期牵引变压器最大安装容量小于远期时最小安装容量，若近期到远期多支出的固定费用大于更换牵引变压器的投资，则变压器容量按照近期设置，定期进行变压器更换，反之按照远期设置；

若第i个牵引变电所，近期时牵引变压器最小安装容量大于远期时最大安装容量，将第i个牵引所附近的备用所投入，计算近期第N_Tsst+1方案下的牵引变压器和SVG容量区间，重新进行比较；

其中i＝1,2,…,N_Ts+N_Tsst。

4.根据权利要求2所述的一种基于SVG的市域铁路牵引供电系统供电方法，其特征在于，所述静止无功发生器SVG设置在牵引变电所内，通过隔离变压器接在牵引变电所次边母线上；静止无功发生器SVG通过隔离变压器接在牵引变电所次边母线上；牵引变电所内含电分相，牵引变电所之间设置分区所。