双边供电模式下高速铁路AT供电系统供电能力计算与分析

智慧，袁勇，李剑，杨雪淞

（中国中铁二院工程集团有限责任公司，四川 成都 610031）

双边供电模式下高速铁路AT供电系统供电能力计算与分析

智慧，袁勇，李剑，杨雪淞

（中国中铁二院工程集团有限责任公司，四川 成都 610031）

俄罗斯高铁项目是“一带一路”倡议的重要组成部分，与我国单边供电模式不同，其牵引供电系统采用双边供电的AT供电方式。双边供电模式将直接影响牵引供电系统内部的功率潮流分布和主要供电设备容量的选取。在构建高速铁路AT供电系统双边供电模式下牵引供电仿真模型的基础上，研究功率潮流分布特性，给出牵引变压器容量分配、牵引网电压损失、牵引网各导线电流分布和电能损失的计算结果并分析主要影响因素，为双边供电模式下的牵引供电方案设计提供重要基础。

俄罗斯高速铁路；AT供电；双边供电；建模；仿真

0 引言

作为“一带一路”倡议的重要组成部分，俄罗斯高铁项目采用400 km时速等级，是我国铁路“走出去”项目中速度最高的铁路，代表了我国在高速铁路设计方面的国际领先水平。与我国普遍采用的单边供电不同，俄罗斯高铁牵引供电系统采用双边供电的AT供电方式。由于双边供电模式下牵引供电系统内部的功率潮流分布与单边供电模式下差异显著，直接影响主要供电设备容量和导线载流能力的选取[1-2]。

我国电气化铁路牵引供电系统一直采用单边供电方式，主要是由我国电力系统管理模式决定的。我国电力系统要求高压环网、低压解网、呈树状供电。随着电力系统的不断发展，我国已形成以500 kV线路为骨架、省间220 kV线路为主干通道的输变电网络。随着高速铁路发展的需求及技术不断进步，电力系统管理模式也是可以打破的，为实行双边供电提供了条件[3]。

因此，构建双边供电模式下高速铁路牵引供电系统仿真模型，开展牵引供电能力计算与分析，为供电方案优化设计提供重要依据。

1 双边供电模式AT供电系统建模

目前包括俄罗斯在内的前苏联国家电气化铁路主要采用双边供电模式，在外部电源供电条件允许的情况下，可有效提升牵引供电能力。典型的交流双边供电模式下的AT供电方式示意见图1。

图1 AT全并联双边供电示意图

作为牵引供电设计的基础，基于“车-网”耦合交互仿真原理，采用OPEN TRACK和OPEN POWERNET软件平台，构建牵引供电系统仿真模型。该软件可以完成列车牵引仿真计算和牵引供电系统电力负荷计算功能，以牵引网络阻抗计算为基础，形成多节点等效网络模型，结合时域潮流迭代计算方法，定量分析牵引供电网络的功率潮流分布。OPEN软件牵引供电系统仿真模型的输入和输出界面分别见图2、图3。

图2 OPEN软件牵引供电系统仿真模型输入界面

图3 OPEN软件牵引供电系统仿真模型输出界面

2 牵引供电系统能力计算与仿真

2.1 基础参数

牵引供电系统采用2×25 kV工频交流制的AT全并联双边供电方式，假设2个牵引变电所间供电区间全长约80 km，区间内设5处AT所，且等间隔分布，牵引变电所采用220 kV进线电源，系统短路容量为1 500 MVA；动车组额定牵引功率25 MW，功率因数0.95（滞后），按照5 min追踪间隔连续运行。

2.2 动车组牵引计算结果

动车组单列车运行时上、下行的功率分布、电流曲线等相关牵引计算参数是牵引供电系统计算的基础，其计算结果见图4—图7及表1。

图4 上行列车功率分布

图5 下行列车功率分布

图6 上行列车电流曲线

图7 下行列车电流曲线

表1 全线牵引计算结果统计表

2.3 牵引供电系统仿真结果

根据上述设计输入进行仿真计算，形成牵引网电气网络，通过潮流计算，以时间为单步进行仿真，网络中的牵引计算是通过多次迭代运算的结果，以展现电流、电压和功率的分布（见图8—图14）。

3 不同供电模式下牵引供电能力对比分析

为了与单边供电模式对比分析，在双边供电模式牵引供电系统仿真模型的基础上，同时建立单边供电模式下的牵引供电系统仿真模型[4-6]，除线路中心的AT所换为分区所外，其他数据一致。

与单边供电模式不同，双边供电模式下动车组可以从相邻牵引变电所同时获取能量，理论上对牵引网电压改善作用和降低牵引网电能损失效果较为明显。以典型不对称负荷工况为例，分析不同供电模式对供电能力的影响。假设上行线路按照追踪间隔运行3列车，下行线路运行1列车，上、下行负荷不对称情况下功率的和电压分布见表2及图15、图16。

可见，双边供电时供电区段内接触网最低电压约为22.2 kV，满足接触网最低电压的限值要求（≥20 kV）；而单边供电时，供电区段内接触网最低电压仅为19.0 kV。双边供电模式对改善接触网电压效果显著，较单边供电模式可适当延长供电臂长度，对减少牵引变电所的数量意义较大。

图8 牵引变电所1供电臂牵引网各导线瞬时电流分布曲线

图9 牵引变电所2供电臂牵引网各导线瞬时电流分布曲线

图10 牵引变电所1供电臂牵引网各导线电流有效值分布曲线

图11 牵引变电所2供电臂牵引网各导线电流有效值分布曲线

图12 变电所间牵引网电压水平分布曲线

图13 牵引变电所1功率分布曲线

表2 不对称负荷下的牵引变电所功率分布

由表2可知，双边供电模型中各变电所提供的容量相对均衡，而在单边供电模型中由于线路中心有分区所作为电气隔离，导致在不对称排车情况下牵引变电所1过负荷，而牵引变电所2容量利用不足，并且由于双边供电可以均衡牵引网各导线电流分布，故牵引网电能损失相对于单边供电可降低约18%。

综上所述，双边供电方案在任意时刻都可从两侧变压器取流，可有效改善牵引网电流分布、提高牵引网电压水平、降低牵引网电能损失、提高牵引网供电能力、延长供电距离、减少牵引变电所设置数量，进而减少50%接触网电分相的设置数量，减小列车速度损失，增强系统可靠性和安全性。

4 结论

（1）在OPEN TRACK和OPEN POWERNET仿真平台的基础上建立AT供电方式双边供电的仿真模型，通过仿真分析，得到双边供电下的电流、电压、功率曲线。

图14 牵引变电所2功率分布曲线

图16 单边供电时不对称负荷下的接触网电压分布

（2）高速铁路采用AT供电方式时，在外部电源环流可包容的情况下，采用双边供电模式可进一步提高供电能力，特别是对牵引网电压有很好的改善作用，且牵引网电能损失也会减小，其主要原因是双边供电在任意时刻都可以从两侧变压器取流，从而改变了牵引网中的电流分配。因此，基于“车-网”耦合的双边供电潮流分布计算与分析，将为我国高铁“走出去”提供技术支持。

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[3]戚广枫. 高速铁路牵引供电安 全技术发展及展望[J]. 中国铁路， 2012(11)：18-21．

[4]楚振宇. 高速列车负荷分析和供电 系统的算法研究[C]//中国铁道学 会电气化委员会会议论文集. 西 安，2006.

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[6]智慧．基于实测数据的高速铁路 牵引供电系统供电能力分析[J]． 高速铁路技术，2013，8(4)：28-31.

Calculation and Analysis of the Power Supply Capacity of the AT Power Supply System for High-Speed Railway under the Two-way Feeding Model

ZHI Hui，YUAN Yong，LI Jian，YANG Xuesong
（China Railway Eryuan Engineering Group Co Ltd，Chengdu Sichuan 610031，China）

The high-speed railway project in Russia is one of the most important projects for the Belt and Road initiative. Its power supply system is the two-way feeding AT system, which is different from that in China.The two-way feeding power supply system will decide the internal power fl ow distribution and the selection of the major devices. By building a model of the two-way feeding AT system, this paper studies its power fl ow distribution characteristics, calculates traction transformer capacity distribution, traction grid power loss, traction grid current distribution of each wire and energy loss, and analyzes the major in fl uencing factors. This research laid the foundation for the traction power supply system design under the two-way feeding model.

high-speed railway project in Russia；AT power supply；two-way feeding；model building；simulation

U223

A

1001-683X（2017）12-0066-06

10.19549/j.issn.1001-683x.2017.12.066

智慧（1981—），女，高级工程师，硕士。 E-mail：38492233@qq.com

杨雪淞（1990—），男，助理工程师，硕士。 E-mail：972268017@qq.com

责任编辑 卢敏

2017-05-23

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