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双向变流装置是当前城市轨道交通的研究热点之一，但装置的容量等参数如何设置才合理？含该装置的系统设计与传统系统设计又有哪些不同？以上问题亟待进一步研究和探索。

团队介绍

张戬

博士研究生，主要研究方向为城市轨道柔性牵引供电技术。参与国家自然科学基金、多项横向课题及IEEE逆变回馈装置标准编制工作。

刘炜

副教授，博士生导师，主要研究方向为牵引供电系统设计仿真，再生制动能量利用、杂散电流研究。主持国家重点研发计划、国家自然科学基金、铁总科技开发计划重点项目等多项省部级和企业横向课题。参与多项国际国内标准编制工作。

研究背景

在建设智慧城轨的背景下，为了研究双向变流装置作为唯一变流器的供电系统（即全双向变流系统）的双向变流装置的潮流计算和参数设计问题，西南交通大学电气工程学院、北京全路通信信号研究设计院集团有限公司、深圳地铁建设集团有限公司的研究人员张戬、刘炜、潘卫国、张浩、谢伟、葛洲，在2021年第23期《电工技术学报》上撰文，建立了考虑双向变流装置容量约束的供电系统潮流计算模型。

双向变流装置可以实现能量在交直流间的双向转化，与整流机组加逆变回馈装置的方案相比，占地更小，且输出可控，是智慧城轨建设的重要技术之一，并逐渐被开始应用于实际工程中。目前，双向变流装置容量还远小于整流机组，成为约束其大规模应用的主要原因之。双向变流装置的供电系统设计理论正在起步阶段。由于双向变流装置过载能力有限，全双向变流场景下，系统设计的重点应为双向变流装置的容量。

因此，针对全双向变流系统，建立了考虑双向变流装置容量约束外特性的模型，并提出了潮流计算算法和容量选择方法，对实际工程设计有很强的必要性。

论文所解决的问题及意义

针对全双向变流供电系统（双向变流装置作为唯一变流器的供电系统）中潮流计算和参数设计问题，西南交通大学等单位的研究人员提出一种建立了考虑双向变流装置容量约束的系统潮流计算模型；以潮流计算算法为基础，提出了一种基于改进暴力搜索算法的双向变流装置参数设计策略，该算法考虑任一牵引降压混合所(牵混所)解列的情况，以不考虑双向变流装置容量约束的仿真结果为基础，将容量、下垂率和空载电压分三层迭代以求得极限解集，从而为全双向变流供电系统的设计与运营提供了参考。

结论

图1 改进暴力搜索算法三层迭代示意

研究人员最后得出以下结论：

1)对全线双向变流装置容量为8MW、5MW的算例与不考虑容量约束的结果进行对比分析，考虑容量约束后双向变流装置功率峰值与容量对应，且牵引网网压与实际接近，验证了算法中容量约束的有效性和合理性。

2)提出的参数设计策略考虑任一牵混所解列的情况，且含三层迭代，最终可求解得到双向变流装置容量、下垂率及空载电压三个参数。实例中，该策略搜索次数为传统暴力搜索算法的1.63%，提高了计算效率。

3)根据提出的参数设计策略，当列车为6B编组，行车为14对大交路/时+7对小交路/时，双向变流装置最低下垂率为0%，双向变流装置容量最小允许容量为7MW，空载电压最低为1 730V,最高为1 750V，此时牵引网网压和钢轨电位在国标限值内。

4)双向变流装置的容量越大，其空载电压的可选择范围越大，但同时成本越高。在进行系统设计时，应综合考虑成本及系统牵引网网压运营条件，对双向变流装置的参数进行合理选择。

引用本文

张戬, 刘炜, 潘卫国, 张浩, 谢伟, 葛洲. 基于改进暴力搜索算法的全双向变流供电系统参数设计[J]. 电工技术学报, 2021, 36(23): 4896-4904. Zhang Jian, Liu Wei, Pan Weiguo, Zhang Hao, Xie Wei, Ge Zhou. Parameter Designing in Power Supply System with Bidirectional Converter Devices as Only Converters Based on Enhanced Brute Force Algorithm. Transactions of China Electrotechnical Society, 2021, 36(23): 4896-4904.

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