團隊介紹

張戩

博士研究生，主要研究方向為城市軌道柔性牽引供電技術。參與國家自然科學基金、多項橫向課題及IEEE逆變回饋裝置標準編制工作。

劉煒

副教授，博士生導師，主要研究方向為牽引供電系統設計仿真，再生制動能量利用、雜散電流研究。主持國家重點研發計劃、國家自然科學基金、鐵總科技開發計劃重點項目等多項省部級和企業橫向課題。參與多項國際國內標準編制工作。

研究背景

在建設智慧城軌的背景下，為了研究雙向變流裝置作為唯一變流器的供電系統（即全雙向變流系統）的雙向變流裝置的潮流計算和參數設計問題，西南交通大學電氣工程學院、北京全路通信信號研究設計院集團有限公司、深圳地鐵建設集團有限公司的研究人員張戩、劉煒、潘衛國、張浩、謝偉、葛洲，在2021年第23期《電工技術學報》上撰文，建立了考慮雙向變流裝置容量約束的供電系統潮流計算模型。

雙向變流裝置可以實現能量在交直流間的雙向轉化，與整流機組加逆變回饋裝置的方案相比，占地更小，且輸出可控，是智慧城軌建設的重要技術之一，并逐漸被開始應用于實際工程中。目前，雙向變流裝置容量還遠小于整流機組，成為約束其大規模應用的主要原因之。雙向變流裝置的供電系統設計理論正在起步階段。由于雙向變流裝置過載能力有限，全雙向變流場景下，系統設計的重點應為雙向變流裝置的容量。

因此，針對全雙向變流系統，建立了考慮雙向變流裝置容量約束外特性的模型，并提出了潮流計算算法和容量選擇方法，對實際工程設計有很強的必要性。

論文所解決的問題及意義

針對全雙向變流供電系統（雙向變流裝置作為唯一變流器的供電系統）中的潮流計算和參數設計問題，西南交通大學等單位的研究人員提出一種建立了考慮雙向變流裝置容量約束的系統潮流計算模型；以潮流計算算法為基礎，提出了一種基于改進暴力搜索算法的雙向變流裝置參數設計策略，該算法考慮任一牽引降壓混合所(牽混所)解列的情況，以不考慮雙向變流裝置容量約束的仿真結果為基礎，將容量、下垂率和空載電壓分三層迭代以求得極限解集，從而為全雙向變流供電系統的設計與運營提供了參考。

結論

圖1 改進暴力搜索算法三層迭代示意

研究人員最后得出以下結論：

1)對全線雙向變流裝置容量為8MW、5MW的算例與不考慮容量約束的結果進行對比分析，考慮容量約束后雙向變流裝置功率峰值與容量對應，且牽引網網壓與實際接近，驗證了算法中容量約束的有效性和合理性。

2)提出的參數設計策略考慮任一牽混所解列的情況，且含三層迭代，最終可求解得到雙向變流裝置容量、下垂率及空載電壓三個參數。實例中，該策略搜索次數為傳統暴力搜索算法的1.63%，提高了計算效率。

3)根據提出的參數設計策略，當列車為6B編組，行車為14對大交路/時+7對小交路/時，雙向變流裝置最低下垂率為0%，雙向變流裝置容量最小允許容量為7MW，空載電壓最低為1 730V,最高為1 750V，此時牽引網網壓和鋼軌電位在國標限值內。

4)雙向變流裝置的容量越大，其空載電壓的可選擇范圍越大，但同時成本越高。在進行系統設計時，應綜合考慮成本及系統牽引網網壓運營條件，對雙向變流裝置的參數進行合理選擇。

引用本文

張戩, 劉煒, 潘衛國, 張浩, 謝偉, 葛洲. 基于改進暴力搜索算法的全雙向變流供電系統參數設計[J]. 電工技術學報, 2021, 36(23): 4896-4904. Zhang Jian, Liu Wei, Pan Weiguo, Zhang Hao, Xie Wei, Ge Zhou. Parameter Designing in Power Supply System with Bidirectional Converter Devices as Only Converters Based on Enhanced Brute Force Algorithm. Transactions of China Electrotechnical Society, 2021, 36(23): 4896-4904.