高速鐵路智能牽引變電站自動(dòng)化關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、隨著京廣、京滬高鐵的開通運(yùn)行,我國(guó)已成為世界上高速鐵路運(yùn)營(yíng)里程最長(zhǎng)、運(yùn)行速度最快、建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)最高的國(guó)家。高速鐵路牽引負(fù)荷的特殊性和供電系統(tǒng)的復(fù)雜性,對(duì)牽引供電技術(shù)提出了更高的要求。智能變電站技術(shù)的快速發(fā)展對(duì)高速鐵路牽引供電產(chǎn)生了深刻的影響,可以預(yù)見智能牽引變電站是牽引變電站的發(fā)展趨勢(shì),是提升牽引供電效率、提高供電可靠性的有效措施。
　　論文圍繞構(gòu)建智能牽引變電站的自動(dòng)化關(guān)鍵技術(shù)展開理論分析與應(yīng)用研究。首先通過對(duì)比分析,研究了牽引變電

2、站一次系統(tǒng)的特殊性對(duì)構(gòu)造二次系統(tǒng)的影響,進(jìn)而提出了智能牽引變電站的構(gòu)建模式,在此基礎(chǔ)上,重點(diǎn)對(duì)牽引變電站通信網(wǎng)絡(luò)的規(guī)劃與構(gòu)建、以供電臂為單元的區(qū)域智能協(xié)同自治的技術(shù)實(shí)現(xiàn)方法以及基于開放式架構(gòu)的間隔層IED的實(shí)現(xiàn)技術(shù)等方面開展了系統(tǒng)的研究與開發(fā)工作。
　　近年來,有關(guān)智能變電站的研究受到了廣泛關(guān)注并取得長(zhǎng)足進(jìn)步。牽引變電站具有電力系統(tǒng)的一般特點(diǎn),智能變電站的許多技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)可以借鑒到牽引變電站中來,但高速鐵路牽引變電站在供電要求、接線

3、方式、一次電氣設(shè)備參數(shù)、用電負(fù)荷特征等方面與電力系統(tǒng)變電站相比具有較為明顯的差異,這些功能與需求的差異對(duì)智能牽引變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)技術(shù)及構(gòu)造模式將帶來深刻的影響。論文通過對(duì)比分析,提出了以供電臂為單元的智能牽引變電站構(gòu)建模式,該模式充分利用變電站范圍內(nèi)的豐富信息以及易于獲得的外部信息,構(gòu)筑設(shè)備級(jí)、站級(jí)、以供電臂為單元的區(qū)域級(jí)的層次化控制與保護(hù)體系。保護(hù)控制設(shè)備放置于高壓電氣設(shè)備旁側(cè),以光纖網(wǎng)絡(luò)方式代替常規(guī)的控制電纜,變電站設(shè)備之間、

4、以及供電臂內(nèi)變電站之間信息高度共享,便于實(shí)現(xiàn)以供電臂為單元的各種高級(jí)應(yīng)用功能。該模式簡(jiǎn)化了牽引變電站自動(dòng)化系統(tǒng)配置模式,提高了高速鐵路牽引供電的安全性、可靠性和經(jīng)濟(jì)性。
　　信息高度共享是智能變電站最主要的特征,規(guī)劃與構(gòu)建滿足性能要求的通信網(wǎng)絡(luò)是智能牽引變電站重點(diǎn)研究的關(guān)鍵技術(shù)之一。結(jié)合牽引變電站自動(dòng)化應(yīng)用功能,從理論上分析了通信實(shí)時(shí)性與延時(shí)確定性、可靠性與可用性、安全性與魯棒性的內(nèi)涵特征,給出了影響其性能指標(biāo)的關(guān)鍵因素及其改進(jìn)方

5、法,總結(jié)了智能牽引變電站通信網(wǎng)絡(luò)的需求特點(diǎn),提出了針對(duì)其功能特點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建方案。該方案把牽引變電站自動(dòng)化設(shè)備劃分為系統(tǒng)層與設(shè)備層,站控層網(wǎng)絡(luò)連接系統(tǒng)層設(shè)備,過程層網(wǎng)絡(luò)用于系統(tǒng)層與設(shè)備層之間、以及設(shè)備層設(shè)備之間的互聯(lián),采用“網(wǎng)采網(wǎng)跳”模式,具有實(shí)時(shí)性好、信息共享程度高等特點(diǎn)。針對(duì)網(wǎng)絡(luò)通信中周期性數(shù)據(jù)、突發(fā)性數(shù)據(jù)和事務(wù)性數(shù)據(jù)的特點(diǎn),借鑒Internet網(wǎng)絡(luò)流量模型,提出了智能牽引變電站的網(wǎng)絡(luò)流量數(shù)學(xué)建模方法,該方法指出變電站網(wǎng)絡(luò)中突發(fā)數(shù)據(jù)具

6、有馬爾科夫性,服從Poisson概率分布特點(diǎn),網(wǎng)絡(luò)中的事務(wù)性數(shù)據(jù)表現(xiàn)出自相似特征和重尾分布特點(diǎn),使用Heavy-Tailed的Pareto概率分布建模網(wǎng)絡(luò)流量具有較高的擬合度。利用OPNET仿真軟件,對(duì)論文提出的通信網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建方案進(jìn)行了動(dòng)態(tài)模擬仿真,進(jìn)一步驗(yàn)證了論文提出的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建方案的可行性,總結(jié)了具有普遍適用性的組網(wǎng)方案特點(diǎn)與建議。
　　作為智能牽引變電站的重要部分,論文對(duì)以供電臂為單元的區(qū)域智能協(xié)同自治功能的實(shí)現(xiàn)模式進(jìn)行了研究,

7、以AT故障測(cè)距系統(tǒng)為例,提出了一種基于遠(yuǎn)程GOOSE機(jī)制的AT故障標(biāo)定方法,該方法把數(shù)據(jù)同步與網(wǎng)絡(luò)通信融合在一起,采用GOOSE機(jī)制在兼顧通信可靠性的同時(shí),具有較高的實(shí)時(shí)性、開放性和互操作性。針對(duì)“AT中性點(diǎn)吸上電流比”故障標(biāo)定原理存在區(qū)段誤判和測(cè)距精度不高的問題,結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)短路試驗(yàn)數(shù)據(jù)和實(shí)際工程應(yīng)用,分析了造成測(cè)距精度誤差的原因,提出了針對(duì)基于“AT中性點(diǎn)吸上電流比”原理的測(cè)距精度補(bǔ)償方法,通過對(duì)牽引變電站側(cè)AT吸上電流的補(bǔ)償來修正故障

8、區(qū)段的判別誤差,通過對(duì)故障點(diǎn)兩側(cè)的AT吸上電流的歸并計(jì)算來提高測(cè)距精度。該方法已成功應(yīng)用于國(guó)內(nèi)多條高速鐵路的AT測(cè)距系統(tǒng),取得了良好的應(yīng)用效果。
　　在上述理論研究和仿真分析的基礎(chǔ)上,考慮到智能牽引變電站將是一個(gè)長(zhǎng)期漸進(jìn)的過程,從間隔層IED的實(shí)際需求出發(fā),提出了一種基于開放式平臺(tái)架構(gòu)的通用間隔層IED的實(shí)現(xiàn)方法,該方法既能兼容既有的常規(guī)數(shù)據(jù)采集和控制輸出方案,又能支持面向未來的以信息共享為基礎(chǔ)的全數(shù)字化的輸入輸出方案?；谠撈脚_(tái)