- 頭條西南交大學者提出分散式城軌供電系統網絡化支援供電的研究成果2022-02-05 作者：劉煒、謝文君 等 | 來源：《電工技術學報》 | 點擊率：導語在不同地鐵線路之間可相互共享外部電源的背景下，為研究網絡化支援供電方式對分散式城軌供電系統故障恢復的影響，西南交通大學電氣工程學院、北京城建設計發展集團股份有限公司的研究人員劉煒、謝文君、孫名剛、張麗、趙佳微，在2021年第11期《電工技術學報》上撰文，建立網絡化運營模式下的分散式城軌供電系統拓撲模型和支援供電故障恢復數學模型。 研究結果表明：一個電源開閉所退出且失電區域含換乘站時，60%的故障下，跨線支援供電在保證調度快速的同時，提高了城軌供電系統故障恢復后的運行經濟性。相鄰兩個電源開閉所同時退出且失電區域含換乘站時，26.7%的故障下，通過跨線支援供電方可恢復全部一、二級負荷，提高了城市軌道交通的供電可靠性。
近年來，城市地鐵線網規模不斷擴大，為滿足城市軌道交通網絡化建設的要求，研究并解決城軌供電系統資源網絡化共享問題、線網級能源調度問題具有重要研究意義。目前，對于集中式供電，多數城市已實施不同線路主變電所資源共享工程；而對于分散式供電，各線路供電系統仍保持單線獨立配置，尚未實現不同線路外部電源資源共享。此外，分散式供電系統實際運行中，存在部分10kV外部電源遲遲不能投入的問題，導致某電源開閉所退出后，本線路供電系統存在支援供電能力不足的情況。
因此，針對已有線路分散式供電系統，工程中提出在同換乘站處不同線路的變電所間設置聯絡開關線路，緊急情況下利用相鄰線路外部電源進行支援供電，恢復本線路失電區域的正常供電。但該工程背景下，網絡化支援供電方案的選擇尚缺少理論指導，網絡化支援供電方式對故障恢復的影響尚不明確，網絡化運營工程實施的可行性、必要性尚缺少實例分析。
目前，配電網故障恢復優化問題已有許多研究成果，主要求解方法有啟發式搜索方法和智能優化方法。在前人工作的基礎上，結合城軌供電系統的基本要求和總體功能，從調度快速性和運行經濟性兩個方面出發，西南交通大學等單位的研究人員提出一種支援供電分層優化算法。第一階段以開關操作次數最少為目標，通過拓撲搜索生成候選方案集；第二階段通過潮流計算檢驗候選方案的可行性，找出中壓系統附加損耗最小的恢復方案。
目前，基于復雜網絡理論進行拓撲化建模是研究輸電網、配電網、城市軌道交通路網拓撲結構常用的方法。研究人員借鑒這些復雜網絡系統拓撲的簡化原則和表示形式，首先建立網絡化運營模式下的城軌供電系統拓撲模型；然后詳細說明支援供電的優化目標、約束條件和分層優化求解過程；以五條線路的供電系統為分析實例，設計兩種故障模式，模擬所有故障情況并求解最優恢復方案，分析網絡化支援供電方式對城軌供電系統供電可靠性、調度快速性和運行經濟性的影響，同時也驗證了所提模型和算法的適用性。
圖1 支援供電分層優化算法流程
研究人員最后得出以下結論：
1）基于本研究建立的城軌供電系統拓撲模型可模擬不同故障情況，利用本研究提出的支援供電多目標分層優化算法，既通過開關操作次數最少實現了調度快速的要求，又在該前提下通過中壓系統附加損耗最小保證了運行經濟的功能，快速給出開閉所退出引起單失電區域的最優故障恢復方案，為調度人員提供參考。
2）本研究以部分路網分散式供電系統為分析實例，網絡化運營模式下，一個開閉所退出且失電區域含換乘站時，通過相同次數的開關操作進行跨線支援供電后，中壓系統附加有功損耗最多可減小128.9kW。相鄰兩個開閉所同時退出且失電區域含換乘站時，單條線路供電系統內部支援能力不足的情況下，通過跨線支援供電均可恢復全部一、二級負荷供電。綜合不同故障模式下的各種故障情況，分析各換乘站處跨線支援供電的可行性和必要性，為分散式城軌供電系統網絡化運營工程的實施提供參考。
3）本研究采用的拓撲建模思路、支援供電模型、分層優化算法同樣適用于集中式供電系統。實現線網級能源調度是智能城軌能源系統的研發方向之一，因此，在新建線路集中式供電系統的設計過程中，基于本研究方法，在考慮換乘站實施網絡化運營工程、故障情況下網絡化支援供電的背景下，如何合理配置主變電所中主變壓器容量，可以在保證供電可靠性的前提下降低工程整體投資是下一步待研究內容。
以上研究成果發表在2021年第11期《電工技術學報》，論文標題為“基于分層優化的分散式城軌供電系統網絡化支援供電”，作者為劉煒、謝文君 等。
