西南交通大学研究人员提出分散式城轨供电系统网络化支援供电的研究成果

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在不同地铁线路之间可相互共享外部电源的背景下，为研究网络化支援供电方式对分散式城轨供电系统故障恢复的影响，西南交通大学电气工程学院、北京城建设计发展集团股份有限公司的研究人员刘炜、谢文君、孙名刚、张丽、赵佳微，在2021年第11期《电工技术学报》上撰文，建立网络化运营模式下的分散式城轨供电系统拓扑模型和支援供电故障恢复数学模型。

研究结果表明：一个电源开闭所退出且失电区域含换乘站时，60%的故障下，跨线支援供电在保证调度快速的同时，提高了城轨供电系统故障恢复后的运行经济性。相邻两个电源开闭所同时退出且失电区域含换乘站时，26.7%的故障下，通过跨线支援供电方可恢复全部一、二级负荷，提高了城市轨道交通的供电可靠性。

近年来，城市地铁线网规模不断扩大，为满足城市轨道交通网络化建设的要求，研究并解决城轨供电系统资源网络化共享问题、线网级能源调度问题具有重要研究意义。目前，对于集中式供电，多数城市已实施不同线路主变电所资源共享工程；而对于分散式供电，各线路供电系统仍保持单线独立配置，尚未实现不同线路外部电源资源共享。此外，分散式供电系统实际运行中，存在部分10kV外部电源迟迟不能投入的问题，导致某电源开闭所退出后，本线路供电系统存在支援供电能力不足的情况。

因此，针对已有线路分散式供电系统，工程中提出在同换乘站处不同线路的变电所间设置联络开关线路，紧急情况下利用相邻线路外部电源进行支援供电，恢复本线路失电区域的正常供电。但该工程背景下，网络化支援供电方案的选择尚缺少理论指导，网络化支援供电方式对故障恢复的影响尚不明确，网络化运营工程实施的可行性、必要性尚缺少实例分析。

目前，配电网故障恢复优化问题已有许多研究成果，主要求解方法有启发式搜索方法和智能优化方法。在前人工作的基础上，结合城轨供电系统的基本要求和总体功能，从调度快速性和运行经济性两个方面出发，西南交通大学等单位的研究人员提出一种支援供电分层优化算法。第一阶段以开关操作次数最少为目标，通过拓扑搜索生成候选方案集；第二阶段通过潮流计算检验候选方案的可行性，找出中压系统附加损耗最小的恢复方案。

目前，基于复杂网络理论进行拓扑化建模是研究输电网、配电网、城市轨道交通路网拓扑结构常用的方法。研究人员借鉴这些复杂网络系统拓扑的简化原则和表示形式，首先建立网络化运营模式下的城轨供电系统拓扑模型；然后详细说明支援供电的优化目标、约束条件和分层优化求解过程；以五条线路的供电系统为分析实例，设计两种故障模式，模拟所有故障情况并求解最优恢复方案，分析网络化支援供电方式对城轨供电系统供电可靠性、调度快速性和运行经济性的影响，同时也验证了所提模型和算法的适用性。

图1 支援供电分层优化算法流程

研究人员最后得出以下结论：

1）基于本研究建立的城轨供电系统拓扑模型可模拟不同故障情况，利用本研究提出的支援供电多目标分层优化算法，既通过开关操作次数最少实现了调度快速的要求，又在该前提下通过中压系统附加损耗最小保证了运行经济的功能，快速给出开闭所退出引起单失电区域的最优故障恢复方案，为调度人员提供参考。

2）本研究以部分路网分散式供电系统为分析实例，网络化运营模式下，一个开闭所退出且失电区域含换乘站时，通过相同次数的开关操作进行跨线支援供电后，中压系统附加有功损耗最多可减小128.9kW。相邻两个开闭所同时退出且失电区域含换乘站时，单条线路供电系统内部支援能力不足的情况下，通过跨线支援供电均可恢复全部一、二级负荷供电。综合不同故障模式下的各种故障情况，分析各换乘站处跨线支援供电的可行性和必要性，为分散式城轨供电系统网络化运营工程的实施提供参考。

3）本研究采用的拓扑建模思路、支援供电模型、分层优化算法同样适用于集中式供电系统。实现线网级能源调度是智能城轨能源系统的研发方向之一，因此，在新建线路集中式供电系统的设计过程中，基于本研究方法，在考虑换乘站实施网络化运营工程、故障情况下网络化支援供电的背景下，如何合理配置主变电所中主变压器容量，可以在保证供电可靠性的前提下降低工程整体投资是下一步待研究内容。

以上研究成果发表在2021年第11期《电工技术学报》，论文标题为“基于分层优化的分散式城轨供电系统网络化支援供电”，作者为刘炜、谢文君 等。

下载论文PDF版，请点击左下角“阅读原文”，访问期刊网站。

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