直流牵引供电系统的仿真国内外研究现状

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目前，国内绝大部分地铁使用的是车载型制动电阻，车载型吸收的是本列车多余的再生制动能量，所以将电阻分散的安装在各列车底板下面。为了直接检测线电压，使控制较为容易，制动斩波器须集成在VVVF逆变器。车载型制动电阻体积和容量都不大。虽然列车制动产生的热量会使隧道和站台内的温升上升，但单列车产生的热量影响不大。车载电阻制动技术比较成熟，控制方便，结构简单，制动力稳定，无论电网电压及是否有制动负载吸收都没有影响。但是这增加了车辆的重量和复杂程度，且容易使得站台和隧道的温度过高，增加了站内环控系统的负担，进而影响各种电气设备的性能，且车载设备只能供本车使用，使用效率较低[2]。车载电阻装置是列车必须的设备，当列车电压达最大值时，必须启动车载电阻。66234

供电系统作为整个轨道交通运输体系的能量来源，是城市轨道交通系统中最为基础及关键的组成部分，对供电系统进行精确的仿真非常重要，这对于供电系统设计、牵引变电站配置以及牵引电机选择来说都十分必要，因此也是当前轨道交通系统仿真计算的一个重要内容。国外的轨道交通仿真研究起步较早，当前有一些比较成熟的牵引计算软件。Train -Star系统是美国的机车工程师辅助系统，TrainStar实际上是模拟列车操纵指导系统，其目标是改善机车操纵，降低运行能耗，增加运行安全性[9]； SYSTRA公司的RAIL -SIM，可以进行单列车运行仿真（Train Performance Calculator）及多列车仿真（Network Simulation），同时能进行列车负荷分析[10]（Load Flow Analyzer）；日本的UTRAS系统是20世纪80年代开始的具有通用性的铁路模拟系统，通过列车牵引计算，分析不同模型、不同信号制式对运行影响的分析，能进行延误分析、多列车仿真等，能为列车运行控制、运营分析提供系统指导[11]。国内也有不少学者从单列车运行仿真及多列车追踪运行仿真进行研究，有何鸿云等的牵引计算软件，郭佑民等的列车操纵仿真系统，毛保华等的通用列车运行迷你软件等。但基本都用于大铁路的计算，地铁线路等城轨交通由于具有站间距离短、线路运行条件复杂、对停站要求严格等特点，不能简单地将上述对大铁路的牵引仿真计算软件直接用于地铁。国内基于地铁牵引计算的软件比较少见，针对地铁的仿真计算一般是国外的专用型软件，项目结束后软件即停止使用。外方负责的仿真实验只提供最终数据而没有具体的仿真参数及仿真机理，给大规模自主建设轨道交通造成了技术瓶颈。论文网

国内在系统的直流牵引供电系统的仿真这方面的仿真多采用平均运量法或者运行图截面法。平均运量法[12]的计算以大量相似事件的概率论统计为基础，计算简单、应用方便。运行图截面法是利用运行图及列车的站间运行参数，以时间-距离以及电流-距离的关系确定某仿真时刻列车的电流在线路上的分布，从而建立瞬态的网络结构图，以此计算线路及牵引变电所的电压、电流、功率数据等。两种方法都是基于局部的网络计算，未考虑网络的整体结构，不能从全局角度系统地分析直流牵引供电系统。要更确切地模拟直流牵引供电系统，需要建立反映系统整体结构的模型，本文的牵引供电系统仿真部分就是基于整体网络设计的思想。实际中正常双边供电时，牵引网将所有的牵引变电所及在线运行的列车连为一个整体，列车的取流理论上可以来自由牵引网连接在一起的全线上所有的牵引变电站。同时，不同时刻列车沿线路分布的负荷波动大，而且采用了再生制动的车辆也会对网络的电压分布产生影响。