《电工技术学报》是中国电工技术学会主办的电气工程领域综合性学术期刊，报道基础理论研究、工程应用等方面具有国际和国内领先水平的学术及科研成果。中国工程院院士马伟明任《学报》编委会主任，兼《学报》主编。轨道交通安全供电技术专题

“轨道交通安全供电技术”专题特约主编寄语

特约主编：杨晓峰教授；林圣教授

作为大型公共载运工具，轨道交通的安全高效供电至关重要。一方面，城市轨道系统普遍采用直流牵引供电方式，其潜在的杂散电流危害日益凸显；另一方面，交流牵引供电系统中断电环节的存在制约了高速重载铁路的发展；而列车再生制动能量的高效利用是实现轨道交通系统节能降耗的重要途径。近年来，随着世界轨道交通迅猛发展，国内外关于轨道交通安全供电技术的研究与应用迎来关键性的发展机遇。

为进一步加强轨道交通安全供电技术领域的学术交流，推动该领域的科研发展与技术进步，《电工技术学报》编辑部特别策划了“轨道交通安全供电技术”专题，并得到了相关专家学者的积极响应与大力支持。本期专题累计收到投稿40篇，经过严格把关，共15篇学术论文被专题收录，本期专题将先行刊出其中的12篇以飨读者。

针对城市轨道交通杂散电流挑战，日立轨道信号与运输方案股份有限公司SahilBhagat和北京交通大学杨晓峰等撰文《城市轨道交通杂散电流治理的综述与评估》，在杂散电流产生机理和腐蚀防护标准基础上，系统总结了城市轨道交通线路杂散电流治理和防护措施；西南交通大学刘炜等人的论文《直流动态杂散电流在分层介质中的扩散模型》研究了动态杂散电流在分层介质中的扩散模型，用以分析杂散电流对地下环境的干扰。

针对城轨列车再生制动能量的高效利用问题，北京交通大学杨中平等的论文《城轨地面式混合储能系统自适应能量管理与容量优化配置研究》提出了地面式混合储能系统的自适应能量管理与容量优化配置方案，改善了车辆再生制动能量的利用效果；北京交通大学李进等的论文《城轨交通用飞轮储能阵列控制策略》则对飞轮储能系统的阵列控制策略开展实验研究，实现了列车再生制动能量的有效回收；西南交通大学张戬等的论文《基于改进暴力搜索算法的全双向变流供电系统参数设计》则讨论了基于改进暴力搜索算法的双向变流系统参数设计方法，为相关领域设计人员提供了参考。

针对交流牵引供电系统再生制动能量利用问题，东南大学何棒棒等的论文《一种基于储能系统的混合铁路功率调节器及其控制策略》研究了基于储能系统的混合铁路功率调节器的控制策略，而西南交通大学耿安琪等的论文《基于阶梯能量管理的电气化铁路混合储能系统控制策略》则研究了基于阶梯能量管理的电气化铁路混合储能系统，从而实现交流电气化铁路的节能运行。

此外，北京交通大学游小杰等的论文《一种适用于机车PWM整流器的比例积分-谐振电流控制器设计》中通过改进列车PWM整流器的比例积分-谐振电流控制，优化了系统动态响应，减少了对交流侧的谐波干扰；中国科学院电工研究所葛琼璇等的论文《高速磁悬浮列车在双端供电模式下的电流控制策略》则研究了高速磁悬浮列车牵引系统的环流控制方法，降低了双端供电模式下馈电电缆损耗。

针对交流牵引供电系统的断电过分相“瓶颈”，北京交通大学郑琼林等的论文《一种基于复合开关的交流电气化铁路地面自动过分相装置》采用基于电子开关的地面自动过分相系统，在实现列车带电过分相的同时，显著降低了开关的整体损耗；西南交通大学胡海涛等的论文《电气化铁路列车柔性不断电过分相系统及其控制策略》采用基于背靠背变流器的柔性不断电过分相系统，实现了列车过分相全程不断电与弓网无电流分断目标。

此外，西南交通大学林圣等的论文《一种牵引供电系统地震灾害风险评估方法》针对牵引供电系统的地震灾害风险，提出了牵引供电系统损失的量化方法，定义了风险评估指标，为有效评估地震灾害下牵引供电系统的风险水平提供了新思路。

最后，衷心感谢相关专家学者的大力支持，感谢《电工技术学报》编辑部为本专题的策划组织所做的大量工作，保障了本专题的高质量出版。同时也对本次专题筹备组织过程中付出辛勤劳动的各位副主编胡海涛、郑琼林、许加柱、孙国斌、AndreaMariscotti、AhmedMohamed等专家表示深深的感谢。

城市轨道交通杂散电流治理的综述与评估（英）

作者：SahilBhagat；杨晓峰；王淼；AndreaMariscotti

摘要：杂散电流会造成电气化交通系统附近金属结构腐蚀,该现象在普遍采用直流牵引供电的城市轨道交通中尤为突出。该文分别对城市轨道交通新建线路和运营阶段的现有线路的杂散电流治理和防护措施进行讨论。对设计阶段的新建线路而言,可采用包括优化牵引变电所位置、减小轨道纵向电阻、在道床中安装杂散电流收集系统等措施。对处于运营阶段的现有线路而言,除了采取在走行轨上并联线缆或走行轨间焊接均流线等以增大回流路径截面积措施外,通过电力电子的静止变换器（如负阻变换器等）控制回流路径杂散电流的方法也是极具潜力的治理措施;上述单元可以部署在特定点,以实现对轨道电位过高或出现初期腐蚀位置处的定点治理。

直流动态杂散电流在分层介质中的扩散模型

作者：刘炜；尹乙臣；潘卫国；杨龙；张浩

摘要：为了研究直流牵引供电系统杂散电流的干扰范围和影响程度,将回流系统分布式电路等效为集中电路,建立牵引供电系统集中等效电路,采用节点电压法进行系统潮流计算,基于潮流计算结果,建立全线杂散电流随时间动态分布模型;采用叠加原理建立动态杂散电流在层状介质中的扩散模型,利用Prony法进行求解,与CDEGS软件仿真结果进行对比,地电位计算误差在8.66%以内。

国内某地铁线路列车采用6B编组,最大速度80km/h,发车间隔2min,混凝土电阻率为0.Ωkm,土壤电阻率为38.9Ωm,埋地金属结构与地铁线路距离50m时,钢轨过渡电阻值提高至40Ωkm以上,或钢轨过渡电阻值为5.31Ωkm时,埋地金属结构与地铁线路的距离增大至0.25km以上,沿线大地电位梯度小于2.5mV/m;缩短供电距离,能降低杂散电流干扰。

城轨地面式混合储能系统自适应能量管理与容量优化配置研究

作者：刘宇嫣；杨中平；林飞；方晓春；孙湖

摘要：采用地面式混合储能系统能有效提升城轨牵引供电系统中再生制动能量的利用。该文针对传统固定阈值策略下,空载电压波动和发车间隔变化导致的储能系统回收再生制动能量效果差的现象,在双闭环控制的基础上,提出基于模糊逻辑的充放电阈值自适应调整策略。

此外,考虑到电池和超级电容在功率密度、能量密度和价格方面的差异性,提出一种考虑节能率的综合经济效益最优的混合储能系统容量配置方法。构建包含电池/超级电容的全寿命周期成本和变电站耗电费用的容量配置目标函数,以北京八通线实际线路为例,利用并行遗传算法对该目标进行寻优求解,并分析节能率约束条件对容量配置结果的影响。此外,对所提出的充放电阈值自适应调整策略进行仿真研究,并在北京八通线梨园站1MW混合储能样机上完成了实验验证。

城轨交通用飞轮储能阵列控制策略

作者：李进；张钢；刘志刚；王勇

摘要：在城市轨道交通供电系统中引入飞轮储能系统能够有效回收列车再生制动能量,稳定直流接触网电压,但是单飞轮储能系统容量较小,难以满足列车再生制动能量利用需求。飞轮储能阵列是解决这一问题的有效手段,然而目前对飞轮储能阵列控制策略的研究还较少。

该文首先分析飞轮储能系统的数学模型和运行特性;然后考虑稳压节能及弱磁需求,给出基于多电压阈值的单飞轮储能系统控制策略;并在此基础上针对飞轮阵列均速控制和荷电状态（SOC）管理等核心问题,提出基于转差修正控制和基于“电压-转速-电流”三闭环控制的两种飞轮储能阵列控制策略;最后通过仿真和实验验证了飞轮储能阵列控制策略的可行性。

基于改进暴力搜索算法的全双向变流供电系统参数设计

作者：张戬；刘炜；潘卫国；张浩；谢伟等

摘要：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,该文建立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。

对实际算例进行分析,考虑双向变流装置容量约束后牵混所整流峰值功率得到控制,相邻所可提供功率支援。提出的策略搜索次数为传统暴力搜索算法搜索次数的1.63%;算例工程中,列车为6B编组,最高速度为80km/h,采用上述策略得到解集中,双向变流装置容量下限为7MW。

一种基于储能系统的混合铁路功率调节器及其控制策略

作者：何棒棒；高志宣；马超

摘要：为充分利用交直交型电力机车产生的再生制动能量,提高V/v牵引供电系统的电能质量,并提高其经济性,提出一种基于储能系统的混合铁路功率调节器（ESS-HRPC）。储能装置通过双向DC-DC变换器与铁路功率调节器（RPC）的直流侧相连接,以回收利用多余的再生制动能量。一组晶闸管投切电容器（TSC）和一组晶闸管控制电抗器（TCR）用于辅助RPC提供无功功率,以降低负序电流补偿的成本。

首先,分析ESS-HRPC的结构组成和工作原理,研究TCR、TSC和RPC的装置容量配置,推导系统电压、电流和功率关系;然后,设计ESS-HRPC各部分的给定参考信号和控制策略;最后,通过三种系统工况仿真验证所提ESS-HRPC及其控制策略的可行性和有效性。

基于阶梯能量管理的电气化铁路混合储能系统控制策略

作者：耿安琪；胡海涛；张育维；陈俊宇；葛银波

摘要：随着电气化铁路运营里程的不断增加,能耗问题也日益加重。为电气化铁路加装混合储能系统可以有效地回收列车再生制动能量,实现电气化铁路的节能运行。混合储能系统在采用滤波能量管理策略时,其内部会出现不同储能介质间的能量交换问题。

对此,首先提出一种基于阶梯能量管理的控制策略,通过抑制这种能量交换来提高系统的再生制动能量利用率,该控制策略充分发挥了锂电池能量密度高、超级电容器响应速度快的优势。然后为了补偿锂电池参考功率变化引起的功率跟踪误差,加入超级电容器补偿环节来提升混合储能系统的动态性能。最后通过RT-Lab实时仿真和基于实测数据的算例分析验证了所提策略的有效性和可行性。

一种适用于机车PWM整流器的比例积分-谐振电流控制器设计

作者：游小杰；杨才伟；王剑；王琛琛；原志强

摘要：随着宽禁带开关器件的发展,机车中PWM整流器的开关频率逐渐提高,并网滤波器的电感和体积可随之减小,此时PWM整流器的电流控制不仅要对基波电流快速响应,也需要快速抑制直流偏置和由牵引网谐波电压造成的谐波电流。

该文选用比例积分（PI）和多个矢量比例积分（VPI）控制器分别控制直流信号和基波、各次谐波交流信号。但是由于各控制器的增益相互耦合,共同影响系统的动态性能,传统增益设计方法很难应用。因此基于Nichols图提出一种增益设计方法,将增益设计转变成最小幅值裕度和相位穿越频率设计,实现增益的解耦;通过优化调整时间和超调选取最终参数,优化动态响应,并通过实验验证,使用该设计方法调优后的系统拥有良好的稳定性、动态性和鲁棒性。

高速磁悬浮列车在双端供电模式下的电流控制策略

作者：朱进权；葛琼璇；孙鹏琨；王晓新；张波

摘要：针对双端供电模式下高速磁悬浮列车牵引系统中的环流和馈电电缆损耗问题,提出一种改进的直接模式法电流控制策略来协调负载电流分配。该文首先建立双端供电模式下牵引系统电机电流和环流的等效电路模型,分析环流产生的原因,在此基础上提出同步坐标系下转速电流双闭环控制策略。

该策略通过共用转速调节器实现总负载电流控制,通过电流调节器和环流调节器实现负载电流分配,并对线路中的环流进行抑制。硬件在环实验结果表明,该控制策略在保证电机动态性能较好的基础上实现逆变器负载电流分配,降低了馈电电缆损耗,并有效地抑制了并联逆变器模块间环流。

一种基于复合开关的交流电气化铁路地面自动过分相装置

作者：张智；郑琼林；张智博；李凯；郝瑞祥等

摘要：交流电气化铁路中电分相的存在一定程度上制约了高速重载铁路的发展。为此,许多地面带电自动方案相继被提出。基于电子开关的地面自动装置由于结构简单、成本相对较低,得到了较为广泛的应用。然而,对于重载铁路中的长分相,电子开关工作时间长,损耗较大,需要增加辅助散热装置,降低了系统可靠性。

该文提出一种应用于重载铁路长分相的基于复合开关的地面自动过分相装置。该装置采用晶闸管阀组与高压接触器组合的结构,在实现列车带电过分相的同时,显著降低了开关的整体损耗。复合开关采用自然冷却的方式即可满足散热需求,无需额外的散热装置,增强了系统可靠性。该文对地面自动过分相装置及复合开关的工作原理和特性进行详细分析,并对开关的损耗进行定量计算与对比,最后通过神朔铁路南梁牵引变电所地面自动过分相装置的实验结果对复合开关的工作效果进行了验证。

电气化铁路列车柔性不断电过分相系统及其控制策略

作者：黄毅；胡海涛；王翼云；葛银波；谷禹涵

摘要：针对现有电气化铁路柔性过分相技术存在的变流设备容量需求大、弓网带电流分断引起燃弧等问题,提出一种列车柔性不断电过分相系统及其控制策略。该系统通过背靠背变流器连接电分相两侧的供电臂,单相逆变器从背靠背变流器的直流侧引出并串接移相变压器后连接至中性线,该结构可有效降低逆变器等变流设备的容量,以实现列车过分相全过程不断电、无过电压与不拉弧。

首先,详细分析所提系统的工作原理;随后,提出相应的电压柔性切换、功率主动调整的控制策略;然后,通过Simulink仿真和RT-Lab硬件在环实验,验证了该系统与控制策略的有效性;最后,结合电气化铁路的实际情况,分析所提方案在不同应用场景下的变流设备容量需求,并给出了应用建议。

一种牵引供电系统地震灾害风险评估方法

作者：孙小军；林圣；张强；冯玎；谭磊

摘要：电气化铁路牵引供电系统的安全可靠至关重要,然而部分地区牵引供电系统面临地震灾害威胁。为有效评估地震灾害下牵引供电系统的风险水平,该文首先采用蒙特卡洛方法模拟地震灾害并得到表征地震动强度的峰值加速度指标;然后通过分析系统主接线,建立系统的向图逻辑模型,在此基础上,考虑系统停运概率、关键设备损失以及停运时间等因素定义风险指标,提出牵引供电系统地震灾害风险评估方法;最后选取西南地区某规划中的电气化铁路牵引供电系统作为算例,评估系统在地震灾害下的风险。

结果表明,该文算法能有效量化牵引供电系统在地震灾害下的风险水平,可实现震后快速损失评估,为灾后抢险、应急物资调配提供参考,也可为牵引供电系统抗震规划提供理论依据。

电工理论

基于双侧LCC的全双工无线电能传输能量信号并行传输系统

作者：王佩月；左志平；孙跃；李小飞；范元双

摘要：无线电能传输系统的监测、控制等操作需要基于信号传输技术实现,能量信号并行传输技术是一种基于无线传能通道实现的信号传输技术。该文提出一种基于双侧LCC补偿结构的WPT能量信号并行传输系统,该系统在实现无线电能传输（WPT）系统原边和负载恒流的同时,实现信号双向传输且不影响能量通道的谐振状态。

通过对信号通道的阻抗和电压增益的分析,基于香农第二定理提出一种稳定的双频全双工信号通信信道参数设计方法,通过调节信道电阻提升信号传输速率并保证信号传输的增益,同时抑制能量通道对信号的干扰。最后,通过仿真和实验平台对所提结构进行验证,证实了能量传输未受到信号通道的影响,同时实现了可靠稳定的全双工信号传输。

针对H型线圈的电磁脉冲焊接仿真及线圈截面结构影响分析

作者：李成祥；石鑫；周言；杜建；姚陈果

摘要：电磁脉冲焊接是一种环保、便捷的固态焊接技术,在异种金属焊接中具有广阔的应用前景。作为主要部件的焊接线圈,其结构是影响焊接质量的关键因素之一。

该文针对常用的H型焊接线圈,建立了铜板-铝板电磁脉冲焊接的有限元仿真分析模型,该模型耦合了电路模块、磁场模块及固体力学模块,计算焊接过程中放电回路的电流、磁场的分布情况、工件上的涡流及所受洛伦兹力、工件变形的速度和位移,同时结合焊接窗口理论对采用三种典型截面结构H型线圈（5-5H,2.5-5H,7.5-5H）进行电磁脉冲焊接时工件的碰撞过程和焊接效果进行对比分析。

结果表明,线圈截面结构不同,会引起铜板、铝板的位移和形变区域的改变,从而使碰撞角度、碰撞速度、碰撞前端点移动速度及其变化产生差异。相同焊接能量下,2.5-5H、5-5H、7.5-5H型线圈的碰撞角度和碰撞前端点移动速度在焊接窗口范围内的时间长度分别为0.5μs,0.5μs和0.65μs,对应的焊缝长度分别为1.mm,1.mm和1.mm。由此可见,对于H型线圈,在一定范围内,铜板侧线圈较铝板侧越宽,越有利于实现焊接。该文研究可为H型焊接线圈的设计提供参考。

电力电子

LLC谐振变换器的改进型电流解析方法

作者：焦健；郭希铮；游小杰；王剑

摘要：在LLC谐振变换器中,对谐振电流的精确解析可以实现变换器的损耗计算。该文基于谐振电流近似拟合法提出一种改进型LLC谐振变换器电流解析方法,分析死区时间内的开关管结电容充放电过程、谐振电流的变化过程,通过对表达式中初始值的计算方法进行修正,该方法计算得到的谐振电流在死区时间内的变化情况更加准确。

仿真结果表明,所提出的改进解析式相比原有的方法,在死区时间范围内可以准确描述谐振电流变化过程,相较于其他方法获得的初始值和励磁电流峰值,所提出方法的计算结果误差更小。实验结果进一步证明该文所提出的谐振电流解析方法的有效性和正确性。

三端口隔离DC-DC变换器软开关特性

作者：余雪萍；涂春鸣；肖凡；刘贝；郭祺

摘要：三端口隔离三有源桥（TAB）DC-DC变换器作为新能源接入的一种积极探索与尝试,在分布式光伏接入、新能源汽车及多电压等级直流用电需求等领域得到了广泛

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