一种轨道交通长距离用电设备直流配电方案设计方法技术

本发明专利技术提供了一种轨道交通长距离用电设备直流配电方案设计方法，配电方案采用柔性直流配电系统，主要包括整流器、直流电缆、逆变器。设计方法包括以下步骤：确定用电设备的额定电压U

【技术实现步骤摘要】
一种轨道交通长距离用电设备直流配电方案设计方法


[0001]本专利技术应用于轨道交通长距离低压配电
，具体涉及一种轨道交通长距离用电设备直流配电方案及其设计方法。

技术介绍

[0002]随着城市群概念的提出，城市之间依托发达的交通基础设施网络联系更加紧密，城市的发展逐渐由核心区向周围延伸，轨道交通区间距离随之增大。作为一级负荷的区间水泵、风机类等用电设备，供电距离较长，采用常规交流配电方案，难以满足运行中电压质量要求。当电缆截面一定时，电缆的阻抗随电缆长度增加而增加，线路阻抗产生的压降随之增大，为了满足配电线路末端用电设备的电压要求，只能采用较大截面的电缆来减少线路电压损耗，使得工程投资大幅度增加。大负荷设备低压长距离配电采用常规交流配电方案存在如下问题：
[0003](1)在低压配电系统中，长距离配电电能传输损耗较大，线路电压降过高，导致线路末端电压过低，影响设备的正常启动或运行，能源利用率低。
[0004](2)为保证长距离配电线路末端电压符合要求，只能通过增大电缆截面的方法来提高供电质量。但随着电缆截面增大到一定程度，线路阻抗降低效果越不明显，因此对降低电压损耗的作用也十分有限。
[0005]故采用现有技术中的交流配电方案，难以满足远距离大负荷用电设备的运行电压要求。

技术实现思路

[0006]本专利技术提供了一种轨道交通长距离用电设备直流配电方案设计方法，其能实现轨道交通长距离低压用电设备配电安全经济的目标。
[0007]为了解决上述问题，本专利技术按以下技术方案予以实现的：
[0008]一种轨道交通长距离用电设备直流配电方案设计方法，包括步骤：
[0009]确定用电设备的种类、数量、额定电压、额定功率和供电距离，计算配电线路中用电高峰期所有用电设备的功率总和；
[0010]确定线路设计方案，采用双回路配电方案，从低压变电所馈出双回路经柔性直流配电系统至双电源切换箱，经双电源切换箱向用电设备供电；
[0011]根据用电高峰期功率总和确定整流器和逆变器的容量；
[0012]确定直流电缆线路的电压等级、电缆类型，根据电缆载流量或直流线路电压降公式初步确定直流电缆的截面积；
[0013]建立柔性直流配电系统的数学模型，进行潮流计算，在仿真平台上进行建模仿真，获取配电方案的运行特性以及损耗情况；
[0014]校验用电设备正常启动和运行过程中线路电压损耗、用电设备端电压、线路空载电压、启动电流情况，确定电缆截面大小。
[0015]作为本专利技术的进一步改进，所述根据用电高峰期功率总和确定整流器和逆变器的容量，具体为：
[0016]根据用电高峰期功率总和，并结合功率因数、柔性直流配电系统特性，确定整流器和逆变器容量。
[0017]作为本专利技术的进一步改进，所述柔性直流配电系统中，整流器和逆变器均采用模块化多电平换流器。
[0018]作为本专利技术的进一步改进，逆变器采用交流电压的控制策略，直流电缆的截面积由电缆载流量确定。
[0019]作为本专利技术的进一步改进，所述建立柔性直流配电系统的数学模型的步骤，包括如下步骤：
[0020]将低压变电所的母线排等效成一个电压源，直流电缆线路的阻抗用电阻进行等效，用电设备采用感应电机+恒阻抗综合负荷模型进行等效；
[0021]整流器采用定交流电压和定直流电压的控制方法，逆变器采用定交流电压和定频率控制。
[0022]作为本专利技术的进一步改进，用电设备采用错峰启动的方式投入运行。
[0023]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：本专利技术采用双回路配电方案和柔性直流配电系统，不涉及相位问题，供电可靠性高。
附图说明
[0024]下面结合附图对本专利技术的具体实施方式作进一步详细的说明，其中：
[0025]图1为实施例1所述轨道交通长距离用电设备直流配电方案设计方法的流程图；
[0026]图2为实施例1所述轨道交通长距离用电设备直流配电方案示意图；
[0027]图3为实施例1中的柔性直流配电系统MMC换流器拓扑结构图；
[0028]图4为实施例1中提供的电机启动过程中端电压波形图；
[0029]图5为实施例1中提供的两台电机启动过程中线路电流波形图；
[0030]图6为实施例1中提供的电机启动过程中转速变化波形图。
具体实施方式
[0031]以下结合附图对本专利技术的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。
[0032]实施例1
[0033]本实施例公开了一种轨道交通长距离用电设备直流配电方案设计方法，如图1所示，包括步骤：
[0034]S1、确定用电设备的种类、数量、额定电压、额定功率和供电距离，计算配电线路中用电高峰期所有用电设备的功率总和；在本实施例中，用电设备为地铁区间废水泵，数量为两台，一台为主用，一台为备用，额定电压U
n
＝380V，额定功率P
n
＝11kW，功率总和P
e
＝22kW。
[0035]S2、确定线路设计方案，如图2所示，采用双回路配电方案，从低压变电所馈出双回路经柔性直流配电系统至双电源切换箱，经双电源切换箱想用电设备供电；图中L0为换流器桥臂电感，U
dc
为直流电压，SM表示子模块，u
sm
为子模块电压，C0为子模块电容。在本专利技术实
施例中，柔性直流配电系统整流和逆变器均采用模块化多电平换流器(MMC换流器)，MMC换流器占地面积小，波形质量高，如图3所示。
[0036]S3、根据用电高峰期功率总和确定整流器和逆变器的容量；在本实施例中，功率总和P
e
＝22kW，考虑功率因数和柔性直流配电系统特性，确定整流器和逆变器容量为100kVA；
[0037]S4、确定直流电缆线路的电压等级、电缆类型，根据电缆载流量或直流线路电压降公式初步确定直流电缆的截面积；
[0038]低压动力用电中直流电压等级可选择为1000V、750V、600V、440V、400V，在本专利技术实施例中，根据直流电缆电压等级及保护设备对电压的要求，确定直流电压等级为750V，轨道交通作为重要的市政工程，距离变电所较远的水泵、风机类等用电设备作为一级负荷，相应直流电缆应选用低烟无卤阻燃耐火交联聚乙烯绝缘聚乙烯护套型(WDZB1N
‑
YJY)电缆。
[0039]根据电缆载流量确定直流电缆的截面积具体为：
[0040]电力电缆的选择需要满足系统载流量的要求，同时还应满足最大运行方式下的载流量要求。
[0041]在本实施例中，供电负荷主要是两台水泵，正常情况是一主用一备用，必要时需两台同时运行，因此电缆载流量需满足两台水泵同时运行时的要求，按实际载流量要求选择电缆截面为50mm2。
[0042]根据直流线路电压降公式确定电缆的截面积，采用如本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种轨道交通长距离用电设备直流配电方案设计方法，其特征在于，包括步骤：确定用电设备的种类、数量、额定电压、额定功率和供电距离，计算配电线路中用电高峰期所有用电设备的功率总和；确定线路设计方案，采用双回路配电方案，从低压变电所馈出双回路经柔性直流配电系统至双电源切换箱，经双电源切换箱向用电设备供电；根据用电高峰期功率总和确定整流器和逆变器的容量；确定直流电缆线路的电压等级、电缆类型，根据电缆载流量或直流线路电压降公式初步确定直流电缆的截面积；建立柔性直流配电系统的数学模型，进行潮流计算，在仿真平台上进行建模仿真，获取配电方案的运行特性以及损耗情况；校验用电设备正常启动和运行过程中线路电压损耗、用电设备端电压、线路空载电压、启动电流情况，确定电缆截面大小。2.根据权利要求1所述的轨道交通长距离用电设备直流配电方案设计方法，其特征在于，所述根据用电高峰期功率总和确定整流器和逆变器的容量，具体为：根据用电高峰期功...

【专利技术属性】
技术研发人员：廖振宁，何治新，林珊，赵美君，刘丽萍，向东，夏成军，纪焕聪，
申请(专利权)人：广州地铁设计研究院股份有限公司，
类型：发明
国别省市：