1 地铁与轻轨的供电仿真计算算法的应用作用
随着当前我国社会经济的快速发展交通，人们在生产生活中对于交通工程的需求以及要求也快速提升，在此过程中地铁与轻轨工程作为最主要的交通应用工程之一，关于其工程运行中的供电系统运行质量也引起了广泛的关注。从一定程度上分析，供电系统的运行质量对于地铁工程与轻轨工程的稳定运行发挥了重要的作用。良好的供电系统运行保障了地铁与轻轨工程的运行的可靠性，并且提升了城市的交通质量，但同时分析如供电系统运行不稳定，则对于地铁与轻轨工程的运行造成较大的安全隐患现象。因此，分析关于地铁与轻轨系统的供电仿真计算算法，尤其是从应用作用方面以及地铁工程与轻轨工程的运行稳定性方面分析，具有重要意义。良好有效的供电仿真计算应用，不仅能保障地铁工程与轻轨工程的稳定运行，还能提升城市交通工程的运行质量，此外对城市经济的稳定发展以及人们生活产生和质量的提升也具有重要作用。
2 地铁与轻轨的供电系统
供电系统是地铁与轻轨的核心运行系统之一，主要分为牵引供电系统与高压电源系统两部分。
2.1 高压电源系统
城市地铁工程与轻轨工程的电源系统，与城市电网架构现状以及地铁轻轨工程的分布现状有重要关系。一般情况下，我国地铁与轻轨工程中，高压电源系统的应用主要有三类形式：
（1）集中式供电。集中式供电通过同时建设匹配主变电站的方式，满足地铁与轻轨工程运行中的供电需求。具体应用中通过降压供电的方式，进行地铁轻轨运行的牵引供电。其中，常见的电压等级主要分为10kV、35kV、20kV。
（2）分散式供电。在城市地铁与轻轨运行中，因成本问题及地铁与轻轨工程运行中的分布问题，往往采用分散式供电。分散式供电在应用中主要通过从城市电网引入多线10kV电源或其他电压等级的电源，为地铁与轻轨工程进行运行供电。分散式供电在实际施工运行中存在施工程序多、造价成本高、后期维护成本等特点。
（3）混合式供电。在应用中，混合式供电主要通过结合分散式供电和集中式供电为地铁与轻轨运行供电。在混合式供电系统架构中，主要通过集中供电以及支路引入电源的方式进行供电运行，以确保地铁与轻轨工程的稳定运行。
图1 集中式供电系统
2.2 牵引供电系统
从运行方式及供电方式方面分析，地铁与轻轨工程牵引供电系统主要分为牵引变电所及牵引网两部分。其中，牵引变电所的稳定运行，对于牵引供电的稳定供电以及地铁轻轨的稳定运行影响重大。在实际发展中，牵引网的电压主要分为直流750V以及直流1500V两种。一般情况下为保障地铁轻轨工程的稳定运行，其牵引网在构建中通常采用架构双线路的方式运行，以此形成双边供电的效果，防止因单边供电线路故障造成的地铁、轻轨停运现象。
3 地铁与轻轨工程的牵引供电计算方法
地铁与轻轨供电系统中牵引供电计算方法受影响的因素较多，具体如电压、牵引电流、功率、电能应用量等。因此，分析当前牵引供电计算算法的实际落实，对于牵引供电网的稳定运行，以及地铁与轻轨的稳定运行具有重要作用。另外，因牵引供电计算方法涉及的影响因素较多，因此实际进行牵引供电计算时其涉及的计算程序及计算内容也较多。其中常见的一类牵引供电计算方法有：平均运量计算法、列车运行图截面计算法、牵引变电所直流母线电压水平计算、潮流计算法。
3.1 平均运量计算法
地铁与轻轨运行中通过运行案例进行分析，存在较多的相容事件，因此实际分析以统计学和概率学的为基础进行平均运量计算，也为当前牵引供电计算中主要的计算应用方法之一。平均运量法在地铁轻轨牵引供电计算中的应用，具备计算程序规范，计算准确的优势，从整体的计算参数准确性，及模型架构方面分析具备较好的参考价值。
3.2 列车运行图截面计算法
地铁与轻轨在运行中其供电系统的运行现状呈现为动态化，因此在实际发展中，通过列车运行图截面方法进行牵引供电计算，也为有效的计算方法之一。列车运行图截面法在牵引供电计算的应用中，其通过截取列车瞬时运行中电能需求现状，进行相关供电量、电流、电压、功率的计算，最终通过计算参数进行牵引供电需求的核算与预估。
3.3 牵引变电所直流母线电压水平计算
牵引变电所直流母线的电压水平，对地铁轻轨工程的牵引供电影响重大。因此在实际发展中，牵引变电所直流母线电压水平的计算也是当前地铁轻轨供电仿真计算中重要的计算内容之一。在运算中使用交叉迭代的方法，如图2所示。通过设定额定值的方式，获取各牵引变电所的瞬时功率，并且将瞬时功率带入运行系统中进行潮流计算，以获得各变电所的瞬时电压。之后通过比对实际参数与计算参数核准的方式，分析其计算数据的精度，如精度差异较大则通过迭代计算的方式计算各变电所的电压值，最终达到提升变电所电压计算精度的目的。
图2 变电所直流母线电压计算流程图
第X次迭代计算步骤及所获计算数据：（1）各牵引变电所交流侧电压值；（2）直流计算模块在运行中通过获取变电站瞬时功率的方式进行相关电流参数、电压参数、时间参数的关系图绘制。之后根据电流分布、供电距离分布、运行时间与距离关系进行牵引电网及变电所的电流、电压、功率变化趋势的分析，最终通过公式计算的方式，获取馈电线和牵引变电所运行中的电流、电压、功率参数等数据，以确保后续供电系统设计中的准确性和合格性。
3.4 潮流计算法
潮流计算方法为当前地铁轻轨供电系统计算运行中基本的计算内容之一，通过设定变量矢量的方式进行相关电压、电流、功率参数的计算。在具体计算中，变量为地铁运行中的电压、电流、功率，矢量为主变电站的电压及功率。通过获取瞬时运行参数的方式计算相关功率、电压、电流参数，有效保障了计算结果的准确性。通过潮流计算的方式确定地铁与轻轨运行中电流电压及功率需求的平衡点，之后依据计算参数进行主变电站及牵引供电网的设计，以此保障地铁与轻轨运行中其牵引供电网运行中电能供应的合格性，确保地铁与轻轨工程的稳定运行。
4 结语
当前在实际发展中，关于城市地铁与轻轨供电仿真计算算法的落实，主要通过平衡量计算、瞬时运行界面图设定计算、潮流计算、牵引变电所直流母线电压水平计算的方式进行完善。具体在电压、电流、功率参数计算的过程中，为确保计算的完善性和计算质量的合格性，计算人员应通过交叉迭代计算的方式进行计算，以确保计算数据的准确性，并提升后期地铁与轻轨工程供电系统应用的安全稳定性。
参考文献
[1]孙惠娟，彭春华，罗才花．地铁牵引供电接触网系统电磁场空间分布研究[J]．华东电力，2014，（4）.
[2]刘学军，于松伟，刘学．轨道交通牵引供电仿真模型与算法的研究[J]．计算机仿真，2004，（12）.
收稿日期：2018-03-26
作者简介：桑有财（1986-），男，甘肃临泽人，中交机电工程局有限公司工程师，硕士，研究方向：高速公路、铁路、地铁机电、供电。
