关于城市轨道交通供电监控系统优化设计的探讨

关于城市轨道交通供电监控系统优化设计的探讨

缪娟

中铁第四勘察设计院集团有限公司430000

摘要：城市轨道交通供电系统作为提供城市车辆运行的主动力，是确保城市轨道交通运输安全的主要保证，控制好起运行参数与运行状态对于保证人们的生命和财产安全意义重大。基于此，本文提出了一种新型能馈式牵引供电系统，系统里运用多种整流器并接连接，通过整流器在逆变工况与整流工况间切换控制车辆能量回馈到交流电网中，性能要比之前的供电系统高很多，实现实时和高效监测新型能馈式牵引供电系统。

关键词：城市轨道交通；供电监控系统；优化设计

自从我国改革开放以后，我国城市轨道交通事业得以迅速发展，给人们的出行带来了极大的方便。而城市轨道交通供电系统作为整个城市交通系统能量的主要来源，需要确保供电系统在具备一定安全性基础上，提供较好的电能质量。在供电系统设计过程中，要求有着较强的供电质量，以防止供电系统出现波动对电力机车设备有所损坏。并且还需要供电系统可以妥善解决网侧谐波干扰问题。城市轨道交通新型供电装置便是在PWM整流器技术利用中，在牵引供电领域中充分利用PWM整流技术，突破传统牵引供电系统中的不足，达到直流测电压稳定的目的。因此，本文探讨了城市轨道交通供电监控系统的优化和设计，这对于提高我国城市轨道交通供电系统能力意义重大。

1新型能馈式牵引供电系统使用的可行性

为了降低制动电阻上的耗散，减少车载设备的同时，抑制地铁隧道中温度升高，我国通常在牵引变动所的直流母线中设置上再生制动能量装置，所采纳的吸收方案有四种方式，即：电阻耗能型、分轮储能型、逆变回馈型、电容储能型。在再生制动能量吸收装置供电系统设置中，与以前的二级管不控整流供电系统设置有很多不同之处。电阻耗能型再生制动能量吸收装置控制与其他装置控制对比而言，很便捷和高效，但其不足就是再生制动能量消耗在电阻吸收上，并没有充分运用；并且电阻散热也造成环境温度上升，所以在此装置设置中地下变电所中，应单独放置电阻柜，并且在此房间采用具体的措施来确保足够的通风量，并且设置相对应的通风动力装置，也增加了很大的电能消耗。电容储能型再生制动能量装置要设置一些转动动机械飞轮装置，所以很少应用。逆变回馈型再生制动能量吸收装置通常使用电力电子器构件构成较大功率的晶闸管三相逆变器，此牵引变电所里的整流器直流母线互连接，其在交流电网上连接上交流进线。此再生制动超过规定值后，逆变器启动后，会从直流母线中吸收电流，将再生直流电能逆变成工频交流电回馈到交流电网中[1]。此吸收装置中电气系统包括交流断路器、逆变变压器、电动隔离开关、控制柜调节等。此装置里对列车再生制动能量充分发挥，加强了利用再生能量的效率，起到了令人满意的技能效果，并可对列车制动电阻容量在减少的基础上，在电网中直接回馈到能量，不但不能配置储能器件，而且还不能对电阻吸收配置，所以降低对环境温度影响度，在大功率室内安装状况下经常利用这种安装方式。再生制动能量吸收装置和整流系统融合的方式是逆变回馈系统的另外一种方式。也就是整流装置自身不但是逆变器，而且还是整流器，结合供电系统中能量流动和电压大小来对逆变状态进行切换。这种装置中融合了整流系统与再生制动能量，成本低。本文所提出的新型馈式牵引供电系统就是相结合再生制动能量吸收装置和整流系统的一种逆变回馈型供电系统。在这种系统中有很多各整流器单元组合而成。充分利用此结构方式，加强系统供电水平，并且扩大供电装置容量。同时，这种新型的能馈式牵引供电系统与以前系统有很多差异之处，最大不同之处在于直流侧的制动能量能够在交流电网中回馈，可以调整交流侧功率因数，并控制直流测输出特性。

2设计监控系统需满足的要求

结合上文叙述的内容，在监控系统设计中需要满足如下几点功能要求：一是，监控系统显示实时性能强，可以及时诊断数据信息；二是，从智能性与易用性上考虑，在监测中应给出相应的提示信息，在数据出现异常后可以及时给出报警信息，要求具有较强的诊断故障作用；三是，控制器系统主要用在设置与修改主控板参数中，要求网络通信灵活和简单，便于设置软件；四是，在加强监测性能的基础上，尽可能降低硬件使用成本，设计系统应尽量充分运用硬件设备资源，这样就要求数据采集系统具备容易配置、灵活性较好的特征；五是，在考虑到电能质量和供电可靠性基础上，监测系统要监测直流电压、线电流、故障保护信号等很多对象。

3设计监控系统的方案

新型能馈式牵引供电包括很多部分，如：主控部分、控制监测部分、主电路部分等。主电路部分通常由PWM整流器单元与变压器组成。主控部分一般包括CPLD单元、主控制板、功率驱动模块等。主要对监测控制部分进行研究，也就是供电系统监控试验平台进行设计。检测板DSP对接收的模拟量实施A/D转换，并且对数字量状态信息进行检测。主控板DSP中将PWM发生故障的时间与信息传输给检测板[2]。检测板负责处理采集的信息量和模拟量，遵循已定的通讯协议将这些数据组织以数据帧要求传输的方式，通过以太网在上位机系统传输。监测控制部分的对象是PWM整流器单元，结合之前的分析要求，对使用人员与设计人员的层次进行考虑，如下图1为本文设计的新型能馈式牵引供电系统监控系统结构图。通常情况下，牵引供电系统设计中包括控制子系统与监测子系统两个部分。其中监测子系统由上位机与下位机系统组合而成，控制子系统在设计控制器中实现。监控子系统下位机系统包括信号调理电路板、网络通信传输单元和多路传感器组合而成。并且多路传感器中实时采集温度参数、电流参数。多路传感器在采集数据信号中，分布通过模拟量调理电路、数字量调理电路转化成底层检测板电信号，之后传输给监测系统与主控制板的底层监测板中。监控子系统中的上位机由两部分组成，即：VC++的虚拟示波器、LabVIEW的监测系统。VC++的虚拟示波器系统负责实时波形现实PWM整流器单元模拟量，使用这一虚拟示波器编写专用动态链接库DLL对监测界面协调，避免接收数据与发送数据时出现矛盾。基于LabVIEW的监测系统负责对PWM整流器单元中的状态信息和运行数据进行处理，并实时显示数据信息。控制子系统通常由液晶、网络传输、操作按键等单元组合而成。控制器充分运用底层通讯通道向主控系统发送命令、修改在线参数、实时查看主控系统工程情况，使用PWM整流器装置中显示和修改参数。

图1新型能馈式牵引供电系统监控结构图

4结语

从上面的分析中可见，在设计城市轨道交通供电系统中，这是一项非常复杂的项目，优化供电监控系统，充分发挥新型能馈式牵引供电系统作用这是设计的重点。本文分析了这种新型能馈式牵引供电系统使用的可行性与必要性，并提出了监控系统设计的整体方案，为设计出更加高效便捷的城市轨道交通供电系统起到一定借鉴作用。并且在优化设计我国城市轨道交通供电监控系统中，还可以充分借鉴其他国家的经验和教训，但这里所谓的借鉴，并不是盲目的、一味的借鉴，而是需要结合我国国情和城市轨道交通供电系统设计实际情况，针对性、有目的的借鉴，这样才能更好的加强我国城市轨道交通供电系统设计水平。

参考文献：

[1]郑瞳炽，张明锐.城市轨道交通牵引供电系统[M].中国铁道出版社,2005.

[2]陈丹.城市轨道交通新型供电系统建模、仿真及控制策略研究[D].北京交通大学,2007.

[3]王小峰.城市轨道交通供电系统的设计方法[J].电气化铁道,2010,(04).

[4]王博.城市轨道交通供电系统的设备构成及应用[J].中国铁路,2008,(12).

个人简介：

缪娟（1987-）,女，湖北武汉人，助理工程师，从事城市轨道交通电力设计（地铁电力设计）。