城市轨道交通直流牵引供电系统仿真研究(5)
本文通过研究整流机组的模型和外特性曲线和车辆建模方法，着重对整流机组和车辆进行建模工作。以南京地铁一号线为背景对一号线的牵引变电所和车辆进行建模、仿真和计算[11]。
3.1.2 牵引供电系统的模型
地铁的牵引供电系统主要由两部分构成:牵引变电所和牵引网。牵引变电所是牵引供电系统的核心。在设计时要根据牵引供电计算的结果，在城市轨道交通线路沿线设置。目前我国轨道交通的牵引网一般采用两种，一种是直流750V接触轨授电，额定电压为直流750V，允许电压波动范围为500V-900V。另一种是直流1500V架空接触网授电，额定电压为直流1500V，允许电压波动范围为1000V-1800V。
其中，牵引变电所设置的位置和容量，是根据地铁运行高峰时刻的车辆密度、车辆编组及车辆型式等通过牵引供电计算，计算的结果经过多种方案比较后确定。而牵引变电所容量设置主要遵循以下两条原则:一、供电可靠，运营文护方便，并且能满足高峰时刻的最大负荷的需要。二、系统中相隔的两个牵引变电所故障解列时，其相邻的牵引变电所的过负荷能力仍然能保证地铁列车的正常运行，不影响正常的客流运送能力。
牵引变电所一般设有两套整流机组，其设计容量按远期预期运量设计。牵引整流机组的过负荷能力按EIC-146标准设计，城市轨道交通牵引属I类负荷，根据要求，其过负荷能力应满足:在100%In条件下可连续可靠稳定地运行；在1.5倍In下能正常运行2小时；在3倍In条件下能安全运行1分钟(其中In额定负荷电流)。为了抑制牵引供电系统产生的谐波电流注入电网，牵引机组至少应采用12脉波整流，由于技术的发展，现在一般使用等效24脉波整流。
对于牵引网，城市轨道交通系统的牵引网是沿线路敷设的专为动车供给电能的装置。它是由正极性的接触网供电，负极性的走行轨回流两部分组成。世界城市的轨道交通系统除了巴黎个别线路为第四轨回流外，全都使用走行轨回流。接触网又可分为架空接触网和接触轨两种基本形式。而根据与电动车辆取流器的接触面的区别，接触轨可分为上部接触式和下部接触式：上部接触式是指接触轨面朝上固定安装；下部接触式是指接触轨面朝下固定安装。
架空接触网又分为柔性和刚性悬挂两种基本形式。除日本个别城市采用刚性悬挂外，其他城市的轨道交通则多采用柔性悬挂形式。
接触网和接触轨这两种供电方式，究竟是采用何种供电方式，各个城市应根据自己建设轨道交通的特点，预计客流大小和车辆制式和编组情况，经过安全、技术和经济比较来最终确定。现在世界上约有三成的城市采用架空接触网供电，约七成的城市采用接触轨供电方式供电。总体来说，这两种供电方式各有其优缺点，在技术上是并存的。
接触轨的主要优点是:文修量小、使用寿命长，对城市景观没有太大影响，适应于电压较低的情况。主要缺点是:电压偏低且车辆不能脱离电源。北京地铁采用的就是750V接触轨供电的方式。架空接触网的主要优点是安全性较好，并且车辆可随时落弓脱离电源，同时电压较高，适应于对大运量运输系统供电。上海、广州地铁均采用了1500V接触网供电的方式，南京地铁采用的也是这种方式。
南京地铁供电的牵引网络是一个交直流混合的电网，牵引变电所是连接交流系统和直流系统的枢纽。城轨的牵引供电系统的直流侧拓扑结构随时间变化，列车作为负荷在线路上不断地移动。列车运行所需的功率取自牵引网连接的整流变电所，由于列车频繁的启动牵引、惰行和制动，负荷一直在剧烈变化。为了降低成本、削弱谐波等考虑，整流变电所的整流机组一般选用不可控二极管来整流，直流侧为多电桥并联输出12脉波或24脉波直流电压。以上这些说明，地铁直流牵引供电系统的潮流计算与电网输电系统潮流计算存在着差异。图3-1是一个简单的地铁直流牵引供电系统的模型图。