城市轨道交通直流牵引供电系统仿真研究(2)
作为城市最大规模的基础设施建设项目，城市轨道交通对城市发展具有三大方面的作用：一是大大提高城市交通供给水平，缓解大中城市日益拥挤的道路交通;二是引导城市格局按照规划意图发展，支持大型新区建设;三是通过对城市轨道交通的巨大投入，从源头为城市经济链注入活力，并通过巨大的社会效益提高城市的综合价值。同时城市轨道交通具有高速度、大运量、安全、可靠和准时等其它交通形式难以比拟的优良特性。
时至今日，地铁已经成为这些城市居民出行不可分割的一部分，地铁的安全、稳定运行已经与城市的秩序息息相关。如果地铁出了故障，将极大的影响人们的正常生活，2011年上海地铁的几起故障事故就说明了这一点。因此，学者们对地铁的安全稳定运行进行了大量的研究，也取得了卓越的成效。当下节能成为社会热点话题时，地铁的节能运行也成为研究的新热点之一。
1.2 直流牵引供电系统国内外研究现状
1.3 课题主要研究内容及意义
本文主要研究地铁牵引供电系统的建模问题，分别对地铁的牵引供电变电所和车辆进行建模。接着介绍了使用软件对地铁牵引供电系统建模的方法，并使用C++对牵引供电系统进行仿真计算，验证其正确性与准确性。
供电计算是开展城轨供电设计的基础和依据，供电系统的主要电气参数、供电设备的性能指标要求，供电方案的可行性和合理性、继电保护的动作整定值等都需要通过供电计算来确定。地铁作为公共交通，对城市生活、国民经济各方面影响很大，对供电的安全可靠性要求很高。为了更好的掌握地铁负荷对电网的影响，保证对地铁的安全可靠供电，需要对地铁负荷进行建模和仿真，进行直流潮流计算，确定不同时段下负荷的实时变化数据。由于地铁运行时，列车不断的起停、加速减速，所以负荷波动较大，对电源有较大影响。通过建模仿真，可以很直观的看出影响效果，同时也为考察地铁能否安全运行提供了依据。牵引供电系统仿真可对供电系统工程进行辅助设计，进行多方案的必选、优化设计方案、提高设计效率、节省工程投资、减少运营成本、指导现有系统的运营，具有重大的意义。
2 地铁供电系统的研究
地铁供电系统是地铁的重要组成部分，是地铁运行的动力源泉。一般来说，城市轨道交通供电系统主要由三部分组成，分别为主变电所，牵引变电所和降压变电所（配电变电所）。其中，主变电所是专为城市轨道交通系统提供能源的枢纽；牵引变电所为列车提供适应的电源；降压变电所为车站、隧道动力照明负荷提供能源。在上述用电群体中，有不同电压等级直流负荷、不同电压等级交流负荷；有固定负荷、有时刻在变化的运动负荷。每种用电设备都有自己的用电要求和技术标准，而且这种要求和标准又相差甚远。地铁供电系统就是要满足这些不同用户对电能的不同需求，以使其发挥各自的功能和作用[8]。
2.1 地铁电源系统
地铁供电的电源由城市电网引入，地铁供电系统对于城市电网是用户，对地铁的各类负荷又是电源。城市电网对地铁的供电方式主要由三种形式，究竟采用哪种供电方式，主要取决于城市电网的构成、分布和电源的容量。其中集中供电方式是指城市电网（通常是110kV或63kV电压等级）向地铁的专用主变电所供电，主变电所再向地铁的牵引变电所和降压变电所供电，地铁自身组成完整的供电网络系统。主变电所应有两路独立的电源。集中式供电最大的优点就在于地铁供电系统自成体系，稳定并且可靠，事故率低。缺点是花费较多。而分散式供电是指沿地铁线路的城市电网（通常是10kV电压等级）分别向各沿线的地铁牵引变电所和降压变电所供电。早期的北京地铁就采用了这种供电方式作为辅助。第三种为混合式供电方式，它可充分利用城市电网的资源，节约投资，但是可靠性不如集中供电方式，管理亦不够方便。国内较早建设地铁的如北京和天津使用的是集中供电为主，分散供电为辅的供电方式，而上海、广州和南京地铁采用的是集中供电的方式。