城市軌道交通停車場供電與信號出入庫能力匹配仿真研究

摘要 基于上海軌道交通的停車場“跳閘”問題，該文針對城市軌道交通的停車場供電與增能的匹配問題，建立了基于停車場出入庫的用電仿真模型，驗證供電能力與出入庫的匹配性。并以上海軌道交通1號線富錦路車場為例，證明仿真結(jié)果的意義和參考價值。

關(guān)鍵詞 軌道交通停車場；供電能力；出入庫能力；匹配性

中圖分類號 U223.2 文獻標識碼 A 文章編號 2096-8949（2025）04-0001-03

0 引言

近年來，為了增加運能，上海地鐵增購了多輛車，以提高車場的出入庫能力。但上海地鐵停車場多次發(fā)生牽引站直流開關(guān)跳閘事故。如2022年7月22日，富錦路停車場發(fā)生牽引站NC22直流開關(guān)跳

閘；2021年11月26日，港城路車輛段混變NC25直流開關(guān)跳閘。因此，研究城市軌道交通車場出入庫與既有供電能力的匹配性，避免類似跳閘事故[1]的發(fā)生，具有現(xiàn)實意義。

1 停車場用電原理研究

城市電網(wǎng)針對城軌線路[2]設(shè)置相應(yīng)的主變電所，主變電所進線電壓等級一般為110 kV，將其降壓為35 kV電壓等級后為城軌牽引變電所及降壓所供電[3]。城軌牽引變電所中設(shè)置24脈波不控整流機組，將交流電整流為1 500 V電壓等級的直流電，為列車提供能量。

停車場用電主要包括車輛牽引系統(tǒng)用電、車載輔助設(shè)備用電（車載照明、通風、空調(diào)等）以及其他設(shè)備用電[4]。由于車輛的用電占絕大部分，因此，該文主要研究車輛的牽引系統(tǒng)用電和輔助設(shè)備用電。

車輛的牽引系統(tǒng)用電主要是在列車啟動牽引加速過程中，列車將電能轉(zhuǎn)化成列車加速度。如圖1所示為列車在不同速度下的電流曲線。根據(jù)列車的速度、加速度值可以推算出牽引電流的大小。

車輛輔助設(shè)備用電是指列車在非動車狀態(tài)情況下，列車打開空調(diào)和照明時所需要的電流值（也稱雙開電流）。如上海1號線的8編列車的雙開電流在280 A左右。

2 仿真算法設(shè)計

以出入庫計劃，以及當天的檢修任務(wù)等作為輸入條件[5]，當?shù)竭_列車出庫時間時，更新動車列車的加速度、速度和位置值（列車歸屬于直流開關(guān)的管轄范圍），以及靜態(tài)列車的雙開電流值，從而模擬當前的供電能力能否滿足出入庫計劃的要求[6]。因此，為了模擬仿真上述計算過程，該文建立了牽引電流側(cè)的電流模型，以及出入庫計劃模型。

2.1 牽引電流側(cè)的算法設(shè)計

根據(jù)上述分析，建立停車場的直流開關(guān)計算模型，如公式（1）所示。

AF = Q -（m×S+W×X×S+n×T ） （1）

式中，AF——與整流機組的差值（A）；Q——整流機組電流值（A）；m——雙開電流列車數(shù)量；S——雙開電流值（A）；W——檢修庫股道數(shù)量；X——檢修庫列位；n——出庫列車數(shù)量；T——動車電流值（A）。

由于T需要根據(jù)列車的牽引狀態(tài)來計算實時的電流值。因此，該模型根據(jù)列車在不同的工況下，采用不同的方法來計算當前直流開關(guān)下的每列動車的用電模型，如公式（2）所示。

式中，vi——列車在i時刻的速度值（m/s）；ai——列車在i時刻的加速度值（m/s2）；U——列車工作電壓值（V）；M——列車質(zhì)量（t）；n——列車數(shù)量。

因此，通過上述方法，實時計算直流開關(guān)在每個時刻的瞬時電流狀態(tài)情況。同時，與車場供電的直流開關(guān)設(shè)計值進行比較分析，識別仿真電流有沒有超過車場供電直流開關(guān)的設(shè)計值。

2.2 停車場出入庫仿真設(shè)計

為了提高仿真精度，該文設(shè)計了車場的出入庫模型。根據(jù)實際的出入庫計劃，觸發(fā)列車牽引啟動[7]等不同的工況來判斷動車的瞬時電流值。同時判斷列車進入/離開某個直流開關(guān)NCi。

因此，公式（2）中的ai計算方法如公式（3）所示。

結(jié)合公式（2）和公式（3），能夠模擬停車場的出入庫時刻表功能，以滿足車場用電精度的要求。

3 案例分析

該文以富錦路停車場作為研究對象。富錦路停車場的仿真供電參數(shù)如表1和表2所示。

根據(jù)實際運行圖，在每天的4：00～10：00為早高峰，大量的車輛出入庫，下午的4：00之后出庫車輛開始增加，在5：00后所有車輛都快出庫完畢進入正線運行，晚8：00之后開始逐漸收車入庫。該仿真系統(tǒng)形成的出入庫計劃如表3所示。

為了實現(xiàn)仿真功能，該文設(shè)計了針對富錦路車場的供電能力仿真系統(tǒng)。上述表中的數(shù)據(jù)作為仿真系統(tǒng)輸入，根據(jù)出入庫計劃，模擬富錦路車場的每個直流開關(guān)柜的電流信息情況。得到結(jié)果，如圖2所示（NC22開關(guān)仿真結(jié)果曲線）。

通過對NC22開關(guān)電流的最大值進行比對發(fā)現(xiàn)，多處出現(xiàn)電流值過大的情況，冗余量不足，存在跳閘的風險。因此，為了避免這種風險，建議采用以下的措施：

（1）優(yōu)化出入庫計劃，實現(xiàn)列車“錯位出入庫”，避免一個NC開關(guān)內(nèi)存在多輛車同時啟動的情況發(fā)生。

（2）在高峰的出入庫時間段內(nèi)，減少不必要的檢修任務(wù)，保障出入庫的用電需求。

（3）在列車出入庫和檢修過程中，避免持續(xù)開啟空調(diào)作業(yè)，減少雙開電流的用電量，降低負荷。

4 結(jié)論

該文基于上海軌道交通的停車場跳閘問題，提出了車場出入庫與供電能力的匹配方法研究，并以富錦路停車場為例，定量分析了停車場出入庫與供電能力的匹配性情況，以及提出了部分措施方法，以避免以后停車場類似事故的再次發(fā)生。同時，該仿真方法可以作為分析和判斷停車場供電能力的一種手段。

參考文獻

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[3]胡劍強，單輝，康崇皓，等.光伏并網(wǎng)下城市軌道交通供電系統(tǒng)動態(tài)運行仿真研究[J].城市軌道交通研究， 2023（5）：243-250.

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[7]周鳴語.城市軌道交通車輛段調(diào)度中心設(shè)置方案研究[J].都市快軌交通， 2013（3）： 33-36.

收稿日期：2024-09-03

作者簡介：朱文寅（1986—），男，本科，高級工程師，研究方向：城市軌道交通通信信號。