1、开题报告1.设计题目：基于 RTDS 的地铁直流保护仿真研究选题类型：毕业设计（工程设计）选题来源：生产实际2.目的、意义RTDS 全称为实时数字仿真仪（Real Time Digital Simulator），由加拿大曼尼托巴 RTDS 公司开发制造，是一种专门设计用于研究 电力系统中电磁暂态现 象的装置，通 过对实际供电系统的建模可以仿真各种负荷和故障情况。 本论文对地铁直流供电系统的负荷和故障进行分析，在此基础上研究直流馈线保护的各种保护原理，并在 RTDS 中建立地铁牵引供电系统模型和继电保护元件模型，仿真分析各种负荷或故障场景下的继电保护动作行为。3.国内外现状和发展趋势地铁概述：地
2、下铁道简称地铁（Mdtro 或 Underground Railway 或 Subway） ，是城市快速轨道交通的先驱。它是单向输送能力在每小时 3 万人次以上、轴重相对较重的城市轨道交通系统。1863 年 1 月 10 日，世界上第一条地铁在英国伦敦建成，使用蒸汽机车牵引。我国第一条地铁于 1969 年 10 月在北京建成通车。截至 2016 年 4 月，我国有北京、上海、广州、深圳、天津、成都、武汉、重庆、长沙、南京、杭州、大连、昆明、无锡、沈阳、西安、苏州、宁波、长春、南昌、郑州、哈尔滨、青岛、佛山等 20 多个城市拥有地铁线路，并且还在不断增加。地铁直流牵引供电系统：地铁于电气化铁路（
3、单相工频交流 25kV）不同，它采用的是直流供电制式。国外城市轨道交通的直流牵引供电电压等级，从 570V、750V 到 1500V、3000V等有多种标准。我国国家标准规定，城市轨道交通电力牵引供电电压为DC750V（接触轨） 、DC1500V（架空接触网）两种等级。我国早期在北京、天津等地建成的地铁工程，都是采用直流 750V 上部取流低碳钢接触轨系统，20 世纪末 21 世纪初，上海、广州等地投入运营的地铁线多数采用 DC1500V 柔性架空接触网结构。随着城市的扩张，客运量的增大，越来越多大城市的新修地铁线路采用 1500V 甚至是 3000 电压（架空接触网）供电。直流继电保护概述：
4、馈线柜配置的保护和控制功能为：大电流脱扣保护、DDL 保护（电流上升率di/dt 保护和电流增量I 保护） 、定时限过流保护、低电压保护、接触网过热负荷保护、双边联跳保护、自动重合闸。城市轨道交通供电系统继电保护功能实现方法：通过继电器等实体的二次设备或者回路构成保护；微机保护（趋势）。微机保护装置因具有下列优点：(l)维护调试方便(2)可靠性高(3)易于获得附加功能(4)灵活性大(5)保护性能得到很好改善。目前研制的直流牵引系统保护装置多采用微机保护，如 Siemens（西门子）和Adtranz （安达）研制的产品。它们的主保护均 为DDL 保护,分延时和瞬时跳 闸两部分。Siemens（西
5、门子）公司研制的直流 馈线保护由跳闸单元、直流断路器、分流器、直流变换器和电容控制的脱扣器几部分组成。其保 护配置如下：(1)电流上升率保护（di/dt I）；(2)大电流脱扣保护；(3)热力过负荷保；(4)双边联跳保护；(5)框架泄露保护。Adtranz（安达）公司研制的直流牵引网保护单元（DCP ）主要包括以下三个功能模 块：相关区段馈线保护、馈线控制模块、通信模块。其保护配置如下：一1一 电流速断保护一2一 定时限过电流保护一3一 热力反时限保护一4一 电流上升率保护一5一 框架泄露保护一6一 双边联跳保护我国广州地铁采用的是Siemens公司的直流保护产品，上海明珠线采用的是Adtra
6、nz 公司的保护产品。RTDS发展情况：RTDS 全称为实时数字仿真仪（Real Time Digital Simulator） ，由加拿大曼尼托巴 RTDS 公司开发制造，是一种专门设计用于研究电力系统中电磁暂态现象的装置，通过对实际供电系统的建模可以仿真各种负荷和故障情况。RTDS 已广泛应用于 28 个国家（地区）的电力企业和研究机构，装机数量超过 140 台。目前，在国际上 RTDS 已经得到广泛应用，逐步替代传统的物理模拟方式，如西门子、ABB 等知名企业都有自己的 RTDS 实验室，将 RTDS作为产品功能测试的重要手段，在国内 RTDS 也已经有 20 余家 RTDS 用户，其中
7、有诸多电力供应商和主要保护制造厂家如许继、南瑞、国电南自、北京四方等，RTDS 也在国内得到越来越多的认可。在 RTDS 平台上搭建牵引供电系统模型成为牵引供电系统分析的主流方式，由于 RTDS 有闭环反馈功能，比传统软件 MATLAB 的 SIMULINK 组件更具优势。4.设计内容（1）了解地铁牵引供电系统的背景知识。 （2）在 RTDS 中建立地铁牵引供电系统模型。 （3）分析地铁馈线保护相关功能，并在 RTDS 中建立保护元件模型。 （4）仿真分析各种负荷或故障场景下的继电保护动作行为。 5.主要技术和方法（1）整个牵引供电系统模型在 RTDS 中搭建，包括：外部供电系统、直流 牵引变
8、电所、直流牵引网、牵引电传动系统模型以及直流保 护单元；（2）直流牵引变电所采用 12 脉波整流变换；（3）牵引电机采用主流的三相交流异步电机，机 车通过受电 弓从接触网取得直流电，通 过电力电子技术逆变技术将直流电逆变成电机所需的三相交流电；（4）直流保护单元的建立，首先在 RTDS 中分别对各个直流保护装置进行建模，然后分 别封装，再将其连接到整个牵引供 电系统上， 对其进行监控保护 。6.任务安排一一一 收集资料，并完成开题报告与译文 ( 2 周)一一一 在 RTDS 中建立地铁牵引供电系统模型 ( 3 周)一一一 分析直流保护相关功能并在 RTDS 中建模 ( 4 周)一一一 仿真分析
9、各种场景下的继电保护动作行为 ( 4 周)一一一 论文写作 ( 2 周)评阅及答辩 ( 1 周)7.主要参考文献与资料获得情况：1贺俊威，高仕斌，等.轨道交通牵引供变电技术.成都：西南交通大学出版社，2011.2张保会，尹项根.电力系统继电保护.2 版.北京：中国电力出版社，2010.3郭世明.电力电子技术.2 版.成都：西南交通大学出版社，2008.4陈丽华，李学武，等.城市轨道交通供电系统继电保护.北京：科学出版社，2014.5李建民，等.城市轨道交通供电导论.北京：机械工业出版社，2012.6孙旭东，王善铭.电机学.北京：清华大学出版社，2006.7董昭德，李岚等.接触网工程与设计.北京
10、：科学出版社，2014.8董昭德.接触网.北京：中国铁道出版社，2010.9高仕斌.轨道交通电气工程概论.北京：科学出版社，2013.10宋奇吼. 城市轨道交通供电M. 中国铁道出版社, 2012.11上海申通地铁集团有限公司轨道交通培训中心. 城市轨道交通变配电技术M. 中国铁道出版社, 2012.1.Jones D, Kumm J J. Future Distribution Feeder Protection Using Directional Overcurrent ElementsJ. Industry Applications IEEE Transactions on, 2014,
11、 50(2):1385-1390.2.Dolecek R, Hlava K. Transient Effects at Power-Supply System of the Czech Railways from EMC ViewpointJ. Radioengineering, 2007, 16(1).1.孔玮, 崔运海, 秦立军,等. 直流牵引系统馈线微机保护装置J. 电力系统自动化, 2005, 29(1):92-96.2.章新华, 岳宏波. 地铁直流牵引双边联跳保护的探讨J. 机车电传动 , 2009(2):40-41.3.王晓红. 地铁直流馈线保护研究D. 西南交通大学, 2002.4.邵岩. 基于RTDS的地铁牵引供电系统建模与仿真D. 西南交通大学, 2014.5.杨卫东. 浅谈西安地铁二号线直流馈线保护J. 经营管理者, 2014(12X):380-381.6.董晨阳. 基于AFB 的城市轨道交通直流 馈线保护研究D. 北京交通大学, 2013.
