高速铁路牵引供电系统优化设计研究
发布时间：2021-09-15 08:00
由于高速铁路线路设计都是按照远期运量进行设计的,线路运行前期和中期运量小,导致了牵引供电系统全线在设备利用率方面相对较低,主要集中在牵引变电所内牵引变压器的容量利用率低。通过对牵引供电系统全线的设备进行容量、数量和位置的优化配置,可以降低全线能耗和提高设备利用率。因此,本文以高速铁路牵引供电系统为研究对象,主要开展以下几方面的研究,包括牵引供电系统基本结构设计、负荷过程计算以及设计方案优化等。本文研究内容具体为:（1）分析牵引供电系统的结构,根据牵引变电所端口电气量的变换关系,推导适合各种牵引变压器各种接线方式的统一牵引变电所数学模型;根据牵引计算理论,得到列车全线的取电功率;基于牵引网统一链式网络模型实现对牵引供电系统负荷过程的仿真操作,最后得到牵引供电系统全线潮流分布。（2）以高速铁路牵引供电系统为研究对象,对牵引供电系统的外部电源进线、全线设备投资、基本建设和运行维护费用进行了分析;研究牵引网电能损失和全线牵引变压器的容量利用率;提出牵引供电系统多目标优化方案。（3）为实现牵引供电系统优化设计的精确性要求,本文同时采用四维可视化算法和NSGA-Ⅲ算法对牵引供电系统进行了优化设计。...
【文章来源】：兰州交通大学甘肃省
【文章页数】：58 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
NSGA-Ⅲ算法流程
兰州交通大学硕士学位论文-25-其中，P为列车的牵引网取电功率，Pa为列车辅助设备功率，单位为kW；η为列车综合效率。当列车处于制动工况时，列车电动机转换为发电机运行，产生的再生制动机械功率按照一定的转换效率，转换为电功率供其他列车使用或存储起来。根据列车制动特性曲线得到列车在当前速度下的再生制动力。再生制动功率为列车再生制动力与速度的乘积。bb=3.6F×vP(4.20)其中，Pb为列车再生制动功率，单位为kW；Fb为牵引力，单位为kN；v为列车速度，单位为km/h。4.1.4牵引计算实现方法列车运行过程可以分为启动、运行和停车三个阶段，在运行阶段应尽量让列车围绕目标速度保持匀速运行，运行过程采用综合控制策略[50]，算法流程如图4.4所示。输入线路数据和列车数据开始设置列车当前位置和目标速度选择列车运行工况计算合力和加速度计算列车最新位置、速度和功率仿真路程>线路全长?结束否是图4.4列车牵引计算流程
高速铁路牵引供电系统优化设计研究-32-系统进行分析，从而可以得到节点的导纳矩阵；步骤4：对列车的节点电压矩阵U(0)进行初始化，由式4.38计算机车处切面电流I(0)；步骤5：根据式4.27和式4.39所示的节点电压方程，更新各节点电压U(1)，并比较更新前后的节点电压，根据式4.40可以对迭代的精度进行判断；与设置的精度进行对比，如果精度满足要求，则可以停止迭代过程，如果精度不满足要求，则执行步骤6；步骤6：将更新后的电压U(1)设置为列车初始电压，并执行步骤4；步骤7：判断是否达到仿真结束时间，如果不是则转入步骤2进行下一个步长的仿真，如果是则结束仿真。开始设置仿真步长Δt，仿真时刻t，迭代精度ε初始化机车电压U(0)构建等效链式网络结构和导纳矩阵Y输入牵引计算结果，得到列车全线功率P+jQ计算机车电流I(0)=(P+jQ/U(0))*更新机车端电压U(1)=Y-1I(0)|U(1)-U(0)|<ε?保存该仿真时刻下供电计算和牵引计算结果仿真结束?输出仿真数据输入设计参数，包括线路参数、供电参数及机车参数等t=t+Δt否是否U(0)=U(1)是结束图4.9潮流计算流程
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于Q学习算法的高速铁路列车节能优化研究[J]. 张淼,张琦,张梓轩. 铁道运输与经济. 2019(12)
[2]基于R-NSGA-Ⅱ算法含风电场的电力系统经济调度[J]. 杨森,刘三明. 仪表技术. 2019(12)
[3]新建牵引变电所的负荷预测及变压器容量优化配置[J]. 张丽艳,孔宗泽,边力丁. 西南交通大学学报. 2020(04)
[4]基于四维可视化算法的牵引变电所位置优化[J]. 景宝,田铭兴,孙立军. 铁道标准设计. 2020(04)
[5]基于LCC的外部电源薄弱地区同相贯通牵引供电方案优化[J]. 陈民武,周应东,韩旭东,杨颢,周志录,孙亮. 中国铁道科学. 2019(03)
[6]基于NSGA-Ⅲ的复杂成因变压器直流偏磁控制优化算法[J]. 吴伟丽. 电测与仪表. 2018(11)
[7]高速铁路牵引变压器容量优化[J]. 任雪,周福林,李丹丹. 电气化铁道. 2018(02)
[8]基于NSGA-Ⅱ算法的含风电场的电力系统动态经济调度[J]. 郝晓弘,何侃. 电子设计工程. 2017(11)
[9]基于改进NSGA-Ⅱ的电力系统动态环境经济调度[J]. 朱志键,王杰. 电力自动化设备. 2017(02)
[10]基于多目标四维可视化算法的有源电力滤波器滤波电感优化设计[J]. 徐群伟,徐鹏,陈冬冬,陈国柱. 电工技术学报. 2016(S2)
硕士论文
[1]高速铁路牵引供电系统负荷过程仿真及软件开发[D]. 张彦伟.北京交通大学 2018
[2]我国高铁动车组技术创新机制研究[D]. 赵薇.北京交通大学 2016
[3]列车牵引计算仿真系统的研究与开发[D]. 张东欣.北京交通大学 2016
[4]社会经济视角下我国高速铁路建设规模分析[D]. 郭龙菲.北京交通大学 2014
[5]电气化铁路牵引供电容量优化的研究[D]. 李亚楠.西南交通大学 2013
[6]高速铁路牵引供电品质研究[D]. 陈宏伟.浙江大学 2012
[7]牵引计算仿真系统的研究与开发[D]. 张冬梅.中南大学 2010
[8]牵引负荷过程仿真[D]. 黄军.西南交通大学 2009
[9]电气化铁道牵引网基波与谐波模型研究[D]. 姚楠.北京交通大学 2008
本文编号：3395705
【文章来源】：兰州交通大学甘肃省
【文章页数】：58 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
NSGA-Ⅲ算法流程
兰州交通大学硕士学位论文-25-其中，P为列车的牵引网取电功率，Pa为列车辅助设备功率，单位为kW；η为列车综合效率。当列车处于制动工况时，列车电动机转换为发电机运行，产生的再生制动机械功率按照一定的转换效率，转换为电功率供其他列车使用或存储起来。根据列车制动特性曲线得到列车在当前速度下的再生制动力。再生制动功率为列车再生制动力与速度的乘积。bb=3.6F×vP(4.20)其中，Pb为列车再生制动功率，单位为kW；Fb为牵引力，单位为kN；v为列车速度，单位为km/h。4.1.4牵引计算实现方法列车运行过程可以分为启动、运行和停车三个阶段，在运行阶段应尽量让列车围绕目标速度保持匀速运行，运行过程采用综合控制策略[50]，算法流程如图4.4所示。输入线路数据和列车数据开始设置列车当前位置和目标速度选择列车运行工况计算合力和加速度计算列车最新位置、速度和功率仿真路程>线路全长?结束否是图4.4列车牵引计算流程
高速铁路牵引供电系统优化设计研究-32-系统进行分析，从而可以得到节点的导纳矩阵；步骤4：对列车的节点电压矩阵U(0)进行初始化，由式4.38计算机车处切面电流I(0)；步骤5：根据式4.27和式4.39所示的节点电压方程，更新各节点电压U(1)，并比较更新前后的节点电压，根据式4.40可以对迭代的精度进行判断；与设置的精度进行对比，如果精度满足要求，则可以停止迭代过程，如果精度不满足要求，则执行步骤6；步骤6：将更新后的电压U(1)设置为列车初始电压，并执行步骤4；步骤7：判断是否达到仿真结束时间，如果不是则转入步骤2进行下一个步长的仿真，如果是则结束仿真。开始设置仿真步长Δt，仿真时刻t，迭代精度ε初始化机车电压U(0)构建等效链式网络结构和导纳矩阵Y输入牵引计算结果，得到列车全线功率P+jQ计算机车电流I(0)=(P+jQ/U(0))*更新机车端电压U(1)=Y-1I(0)|U(1)-U(0)|<ε?保存该仿真时刻下供电计算和牵引计算结果仿真结束?输出仿真数据输入设计参数，包括线路参数、供电参数及机车参数等t=t+Δt否是否U(0)=U(1)是结束图4.9潮流计算流程
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于Q学习算法的高速铁路列车节能优化研究[J]. 张淼,张琦,张梓轩. 铁道运输与经济. 2019(12)
[2]基于R-NSGA-Ⅱ算法含风电场的电力系统经济调度[J]. 杨森,刘三明. 仪表技术. 2019(12)
[3]新建牵引变电所的负荷预测及变压器容量优化配置[J]. 张丽艳,孔宗泽,边力丁. 西南交通大学学报. 2020(04)
[4]基于四维可视化算法的牵引变电所位置优化[J]. 景宝,田铭兴,孙立军. 铁道标准设计. 2020(04)
[5]基于LCC的外部电源薄弱地区同相贯通牵引供电方案优化[J]. 陈民武,周应东,韩旭东,杨颢,周志录,孙亮. 中国铁道科学. 2019(03)
[6]基于NSGA-Ⅲ的复杂成因变压器直流偏磁控制优化算法[J]. 吴伟丽. 电测与仪表. 2018(11)
[7]高速铁路牵引变压器容量优化[J]. 任雪,周福林,李丹丹. 电气化铁道. 2018(02)
[8]基于NSGA-Ⅱ算法的含风电场的电力系统动态经济调度[J]. 郝晓弘,何侃. 电子设计工程. 2017(11)
[9]基于改进NSGA-Ⅱ的电力系统动态环境经济调度[J]. 朱志键,王杰. 电力自动化设备. 2017(02)
[10]基于多目标四维可视化算法的有源电力滤波器滤波电感优化设计[J]. 徐群伟,徐鹏,陈冬冬,陈国柱. 电工技术学报. 2016(S2)
硕士论文
[1]高速铁路牵引供电系统负荷过程仿真及软件开发[D]. 张彦伟.北京交通大学 2018
[2]我国高铁动车组技术创新机制研究[D]. 赵薇.北京交通大学 2016
[3]列车牵引计算仿真系统的研究与开发[D]. 张东欣.北京交通大学 2016
[4]社会经济视角下我国高速铁路建设规模分析[D]. 郭龙菲.北京交通大学 2014
[5]电气化铁路牵引供电容量优化的研究[D]. 李亚楠.西南交通大学 2013
[6]高速铁路牵引供电品质研究[D]. 陈宏伟.浙江大学 2012
[7]牵引计算仿真系统的研究与开发[D]. 张冬梅.中南大学 2010
[8]牵引负荷过程仿真[D]. 黄军.西南交通大学 2009
[9]电气化铁道牵引网基波与谐波模型研究[D]. 姚楠.北京交通大学 2008
本文编号：3395705
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