城市轨道交通直流牵引供电系统仿真研究(4)
2.4 本章小结
地铁供电系统是地铁所有系统中尤为重要的一个环节，是地铁运行的动力来源。地铁供电系统主要分三大块：主变电所（中心变电所），牵引变电所，降压变电所（配电变电所）。主变电所负责从城市电网接入为地铁提供电能，牵引变电所负责为列车提供电能，而降压变电所为动力照明设施提供电源，共同完成地铁的供电任务。地铁的电源系统一般有集中供电式或分散供电式，或者兼备二者的混合式。现在新建地铁一般都采用集中供电式，因为集中供电式方便管理，中心电压高，事故率低，缺点仅为资金投入较高，而为了后期运行成本，事故成本考虑，大多地铁公司更愿意接受集中供电方式。牵引供电系统主要负责从主变压器降压提供供列车运行用稳定的电能，现在一般采用直流牵引，因为直流电调速范围大，易于控制，电能质量高。动力照明用电一般由配电变压器供给，这类负荷较稳定，不随时间变化而变化。了解地铁供电系统知识是对地铁牵引供电系统建模的前提条件。
3 地铁供电系统仿真模型的建立
地铁交通系统的设计与建造对于市政建设是个重大的任务及挑战，地铁建设投资大，周期长，难度高，并且在施工期对地面交通的影响很大。因此，从可行性分析直到批复到开工建设，每一步都至关重要，包括地铁线路的选择，供电系统的设计，施工方案的确定等等，这些都要求技术人员经过反复的计算比较来确定，以最好的完成设计建设任务。
如何对地铁牵引供电系统进行设计，包括列车的选型，供电方案的选择已经越来越被设计师们所关心。一个优秀的地铁供电系统不仅能满足现在地铁设计运行的需要，而且随着人流量的增多，运行负荷的增大，而能很方便的扩容充能。现在国内有很多学者使用VB,C++或者CAD、MATLAB等软件对供电系统进行仿真计算[1]。
3.1 地铁牵引供电系统的建模
3.1.1 地铁牵引供电建模思路
列车牵引仿真计算给出了列车在不同时间在线路上的位置、电流、功率和运行时间等参数，其实就是各种运行参数对时间t的函数关系。由于城市轨道交通一般采用同一种型号的列车，所以根据仿真结果就可以知道任意时刻线路上功率潮流的分布，牵引网电压，以及负荷变化等各类参数。
对于地铁的直流牵引供电计算，国内还处于比较初步的阶段，这一方面还需要经过研究和改进，使牵引供电计算有一套可行高效的标准化方案，以提高牵引供电研究的效率和水平。
在建立地铁直流牵引供电仿真时，有一些方面需要特别的注意：其一是由于地铁两站之间距离较短，列车处于启动和制动的时间占运行时间比例较大。所以，要求对于在其工况下的牵引计算要尽可能准确。其二是牵引计算的结果会被作为直流牵引变电站供电分析的原始数据，就要求牵引计算结果能反应电动列车组随时间变化取流、电功率的值等[10]。
目前国内的仿真研究计算方法主要包括三种：其一为计算各种电气参数平均值和有效值的“平均运量法”。这种方法被广泛用于计算供电臂有效电流和平均电流，供电臂的平均电压损耗和电能损耗。其二为利用数学上概率统计原理的“概率统计法”，它是利用概率统计的原理揭示牵引负荷这一随机变量变化的规律性。概率统计计算方法主要包括解析法和蒙特卡洛模型两种基本方法。解析法由于其计算量随元素参数的增加而剧增，处理负荷潮流比较困难，因而在复杂系统的分析计算中应用有限。蒙特卡洛模型能应付各种复杂情况、系统的各种随机因素，输出信息全面而准备，故获得较为广泛应用。其三是利用列车运行图和牵引潮流计算的“列车运行图法”。该方法利用列车运行图和由牵引潮流计算得到的地铁列车取流和功率变化曲线，确定该供电区段内牵引负荷变化的规律。然后根据列车运行图来确定每一区段上列车的位置、取流和功率，再通过计算得到每一瞬时的网络状态（包括牵引网电压、牵引变电所功率等）。列车运行图法在城市轨道行车组织中十分重要，根据列车运行图进行牵引供电潮流计算，能比较直观地描述牵引负荷的变化情况，尤其是瞬时特性。因此，虽然这种计算方法比较复杂，但随着计算机技术的不断发展和应用，利用列车运行图进行牵引供电计算无论从理论上还是从今后发展方向上来考虑，都必将得到广泛的应用。