新一代智能化城市轨道交通牵引供电系统关键技术

乔晓哲

摘要：随着城市化建设工作的不断深入，城市轨道交通系统承载着越来越重要的运输责任，其牵引供电系统内部结构复杂、设备种类多样，并且存在再生制动能量浪费问题。针对这类情况，为了满足社会发展对城市轨道交通系统的要求，对交通系统内部新一代智能化的四象限变流、混合式牵引供电、分布式协同吸收、故障诊断、寿命预测、在线智能融冰等关键技术展开了分析和研究，以提高城市轨道交通牵引供电系统的智能化发展水平。

关键词：新一代智能化;牵引供电系统;关键技术

伴随我国社会经济的发展和城市化建设工作的不断进行，各大城市交通拥堵和环境问题逐渐加剧，给人们的生产生活带来不小的影响。发展轻轨、地铁等城市轨道交通项目，是诸多问题的有效解决措施，在节能、无污染、安全等级高、运输量大以及空间小的发展要求之下，出现了新一代、智能化的牵引供电系统关键技术，为进一步高城市轨道交通系统的现代化水平打下了基础。

一、新一代智能化牵引供电系统分析

传统的城市轨道交通牵引供电系统采用了单线不可控的变流方式，也就是二极管整流，这种变流方式存在诸多弊端，虽然又引入了中压能馈装置，对列车再生制动能量回馈问题有了一定的解决，但是中压能馈装置也只能在单一逆变状态下工作，传统轨道交通中牵引供电系统还存在诸多问题。

在这一基础之上，产生了新一代的牵引供电系统，其以四象限变流技术为显著特征，在四象限变流能力之下，能够实现牵引供电、无功补偿、回馈节能以及智能融冰等多种功能。在四象限变流技术的基础之上，通过优化控制功能特性、拓展系统应用等，进一步满足用户需求，形成了更加智能化的牵引供电系统。如果普通的牵引供电设备只能称其为功能设备，是以满足特殊功能为目标。在这基础上，具有一定适应能力与感知能力的设备就成为了智能设备。

在智能设备的基础之上，新一代智能设备应具备高度互联、全面感知、有机融合以及数据共享等功能，在现代化技术不断发展的时代背景之下，在牵引供电系统四象限变流设备中融入人工智能程序，提高其智能化程度，可实现自动优化运行参数、智能化的故障检测以及寿命预测等功能[1]。

二、新一代智能化轨道交通牵引供电系统关键技术研究

（一）大功率四象限变流

基于功率半導体技术的发展，发挥功率模块的容量大、功率密度高、可靠性强等优势，在轨道交通牵引供电系统中应用智能功率模块，提升单变流器容量等级，在这一过程中，还需对模块散热、均流以及电磁兼容等问题进行解决。

（二）混合式牵引供电

混合式牵引供电解决四象限变流器与二极管整流机组并联问题和外特性配合问题。

（三）分布式协同吸收

在虚拟内阻的基础上，形成分布式协同吸收技术，完成分布式吸收列车产生的再生制动能量，提高轨道交通系统内部制动能量的利用效率，降低返送上一级点我那个的概率[2]。

（四）分散式无功补偿

轨道交通牵引供电系统中压环网中有分布电容存在，这种情况会导致系统在低负荷及夜间时段功率因数降低，所以需要在主变电所配置无功补偿装置。新一代智能化牵引供电系统中，通过四象限变流器发出无功功率，能够对中压环网实现无功补偿。与传统变电所专用的无功补偿装置相比，这种分散式无功补偿的方式，有效提高系统的功率因数，并且促进牵引供电系统功能的完善化，简化设备以及降低成本，有助于系统经济效益的进一步提高[3]。

（五）直流接触网智能融冰技术

四象限变流具有一定的可控性，利用这种可控性，将相关功能植入系统软件之中，能够实现两个变电所接触网之间的电流流动，产生热力，实现了恶劣天气下对接触网的智能融冰。

（六）信息智能化技术

信息智能化是社会未来发展的方向，在牵引供电系统中，信息智能化技术的发展，包含了数据的采集、网络信息综合、故障诊断以及寿命预测等，各项功能的实现，都需要以底层硬件作为基础。利用高速以太网，向智慧终端传输设备的运行数据，在数据的分析与处理基础上，完成对设备的故障诊断和寿命预测[4]。

三、结束语

综上所述，为了满足城市中人们的出行需求，提高轨道交通系统的运行安全性和稳定性，对新一代智能化轨道交通牵引供电系统中关键技术进行了分析和研究，包括智能故障检测技术、寿命预测技术、信息智能化技术、直流接触网智能融冰技术、分布式协同吸收、分散式无功补偿等技术，实现了轨道交通牵引供电系统的进一步智能化发展。

参考文献：

[1]靳晶.城市轨道交通交流牵引供电系统及其关键技术[J].城市建设理论研究（电子版），2018（21）：75.

[2].高效-智慧-可持续的城市轨道交通牵引供电系统[J].城市轨道交通，2018（07）：50-51.

[3]陈杰.新一代智能化城市轨道交通牵引供电系统关键技术[J].电气时代，2018（07）：72.

[4]刘建，刘志刚.新一代智慧型城市轨道交通牵引供电系统的创新理念与实践[J].都市快轨交通，2018，31（01）：129-135.

[5]张志学， 何多昌， 张铁军， et al. 城市轨道交通牵引供电系统采用PWM回馈电能方案研究[J]. 铁路技术创新， 2011（5）.

[6]黄小红. 城市轨道交通车辆再生制动能量回馈系统PWM整流器容量计算方法[J]. 城市轨道交通研究， 2014， 17（1）：83-85.

（作者单位：常州市轨道交通发展有限公司运营分公司）