新一代智能化城市軌道交通牽引供電系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)

喬曉哲

摘要：隨著城市化建設(shè)工作的不斷深入，城市軌道交通系統(tǒng)承載著越來越重要的運(yùn)輸責(zé)任，其牽引供電系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜、設(shè)備種類多樣，并且存在再生制動(dòng)能量浪費(fèi)問題。針對(duì)這類情況，為了滿足社會(huì)發(fā)展對(duì)城市軌道交通系統(tǒng)的要求，對(duì)交通系統(tǒng)內(nèi)部新一代智能化的四象限變流、混合式牽引供電、分布式協(xié)同吸收、故障診斷、壽命預(yù)測(cè)、在線智能融冰等關(guān)鍵技術(shù)展開了分析和研究，以提高城市軌道交通牽引供電系統(tǒng)的智能化發(fā)展水平。

關(guān)鍵詞：新一代智能化;牽引供電系統(tǒng);關(guān)鍵技術(shù)

伴隨我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和城市化建設(shè)工作的不斷進(jìn)行，各大城市交通擁堵和環(huán)境問題逐漸加劇，給人們的生產(chǎn)生活帶來不小的影響。發(fā)展輕軌、地鐵等城市軌道交通項(xiàng)目，是諸多問題的有效解決措施，在節(jié)能、無污染、安全等級(jí)高、運(yùn)輸量大以及空間小的發(fā)展要求之下，出現(xiàn)了新一代、智能化的牽引供電系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)，為進(jìn)一步高城市軌道交通系統(tǒng)的現(xiàn)代化水平打下了基礎(chǔ)。

一、新一代智能化牽引供電系統(tǒng)分析

傳統(tǒng)的城市軌道交通牽引供電系統(tǒng)采用了單線不可控的變流方式，也就是二極管整流，這種變流方式存在諸多弊端，雖然又引入了中壓能饋裝置，對(duì)列車再生制動(dòng)能量回饋問題有了一定的解決，但是中壓能饋裝置也只能在單一逆變狀態(tài)下工作，傳統(tǒng)軌道交通中牽引供電系統(tǒng)還存在諸多問題。

在這一基礎(chǔ)之上，產(chǎn)生了新一代的牽引供電系統(tǒng)，其以四象限變流技術(shù)為顯著特征，在四象限變流能力之下，能夠?qū)崿F(xiàn)牽引供電、無功補(bǔ)償、回饋節(jié)能以及智能融冰等多種功能。在四象限變流技術(shù)的基礎(chǔ)之上，通過優(yōu)化控制功能特性、拓展系統(tǒng)應(yīng)用等，進(jìn)一步滿足用戶需求，形成了更加智能化的牽引供電系統(tǒng)。如果普通的牽引供電設(shè)備只能稱其為功能設(shè)備，是以滿足特殊功能為目標(biāo)。在這基礎(chǔ)上，具有一定適應(yīng)能力與感知能力的設(shè)備就成為了智能設(shè)備。

在智能設(shè)備的基礎(chǔ)之上，新一代智能設(shè)備應(yīng)具備高度互聯(lián)、全面感知、有機(jī)融合以及數(shù)據(jù)共享等功能，在現(xiàn)代化技術(shù)不斷發(fā)展的時(shí)代背景之下，在牽引供電系統(tǒng)四象限變流設(shè)備中融入人工智能程序，提高其智能化程度，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)優(yōu)化運(yùn)行參數(shù)、智能化的故障檢測(cè)以及壽命預(yù)測(cè)等功能[1]。

二、新一代智能化軌道交通牽引供電系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究

（一）大功率四象限變流

基于功率半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，發(fā)揮功率模塊的容量大、功率密度高、可靠性強(qiáng)等優(yōu)勢(shì)，在軌道交通牽引供電系統(tǒng)中應(yīng)用智能功率模塊，提升單變流器容量等級(jí)，在這一過程中，還需對(duì)模塊散熱、均流以及電磁兼容等問題進(jìn)行解決。

（二）混合式牽引供電

混合式牽引供電解決四象限變流器與二極管整流機(jī)組并聯(lián)問題和外特性配合問題。

（三）分布式協(xié)同吸收

在虛擬內(nèi)阻的基礎(chǔ)上，形成分布式協(xié)同吸收技術(shù)，完成分布式吸收列車產(chǎn)生的再生制動(dòng)能量，提高軌道交通系統(tǒng)內(nèi)部制動(dòng)能量的利用效率，降低返送上一級(jí)點(diǎn)我那個(gè)的概率[2]。

（四）分散式無功補(bǔ)償

軌道交通牽引供電系統(tǒng)中壓環(huán)網(wǎng)中有分布電容存在，這種情況會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)在低負(fù)荷及夜間時(shí)段功率因數(shù)降低，所以需要在主變電所配置無功補(bǔ)償裝置。新一代智能化牽引供電系統(tǒng)中，通過四象限變流器發(fā)出無功功率，能夠?qū)χ袎涵h(huán)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)無功補(bǔ)償。與傳統(tǒng)變電所專用的無功補(bǔ)償裝置相比，這種分散式無功補(bǔ)償?shù)姆绞剑行岣呦到y(tǒng)的功率因數(shù)，并且促進(jìn)牽引供電系統(tǒng)功能的完善化，簡(jiǎn)化設(shè)備以及降低成本，有助于系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)效益的進(jìn)一步提高[3]。

（五）直流接觸網(wǎng)智能融冰技術(shù)

四象限變流具有一定的可控性，利用這種可控性，將相關(guān)功能植入系統(tǒng)軟件之中，能夠?qū)崿F(xiàn)兩個(gè)變電所接觸網(wǎng)之間的電流流動(dòng)，產(chǎn)生熱力，實(shí)現(xiàn)了惡劣天氣下對(duì)接觸網(wǎng)的智能融冰。

（六）信息智能化技術(shù)

信息智能化是社會(huì)未來發(fā)展的方向，在牽引供電系統(tǒng)中，信息智能化技術(shù)的發(fā)展，包含了數(shù)據(jù)的采集、網(wǎng)絡(luò)信息綜合、故障診斷以及壽命預(yù)測(cè)等，各項(xiàng)功能的實(shí)現(xiàn)，都需要以底層硬件作為基礎(chǔ)。利用高速以太網(wǎng)，向智慧終端傳輸設(shè)備的運(yùn)行數(shù)據(jù)，在數(shù)據(jù)的分析與處理基礎(chǔ)上，完成對(duì)設(shè)備的故障診斷和壽命預(yù)測(cè)[4]。

三、結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，為了滿足城市中人們的出行需求，提高軌道交通系統(tǒng)的運(yùn)行安全性和穩(wěn)定性，對(duì)新一代智能化軌道交通牽引供電系統(tǒng)中關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了分析和研究，包括智能故障檢測(cè)技術(shù)、壽命預(yù)測(cè)技術(shù)、信息智能化技術(shù)、直流接觸網(wǎng)智能融冰技術(shù)、分布式協(xié)同吸收、分散式無功補(bǔ)償?shù)燃夹g(shù)，實(shí)現(xiàn)了軌道交通牽引供電系統(tǒng)的進(jìn)一步智能化發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1]靳晶.城市軌道交通交流牽引供電系統(tǒng)及其關(guān)鍵技術(shù)[J].城市建設(shè)理論研究（電子版），2018（21）：75.

[2].高效-智慧-可持續(xù)的城市軌道交通牽引供電系統(tǒng)[J].城市軌道交通，2018（07）：50-51.

[3]陳杰.新一代智能化城市軌道交通牽引供電系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)[J].電氣時(shí)代，2018（07）：72.

[4]劉建，劉志剛.新一代智慧型城市軌道交通牽引供電系統(tǒng)的創(chuàng)新理念與實(shí)踐[J].都市快軌交通，2018，31（01）：129-135.

[5]張志學(xué)， 何多昌， 張鐵軍， et al. 城市軌道交通牽引供電系統(tǒng)采用PWM回饋電能方案研究[J]. 鐵路技術(shù)創(chuàng)新， 2011（5）.

[6]黃小紅. 城市軌道交通車輛再生制動(dòng)能量回饋系統(tǒng)PWM整流器容量計(jì)算方法[J]. 城市軌道交通研究， 2014， 17（1）：83-85.

（作者單位：常州市軌道交通發(fā)展有限公司運(yùn)營(yíng)分公司）