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铁路电力自动化与供电安全问题分析
Analysis of Railway Power Automation and Power Supply Safety

第二节 铁路牵引供电系统优化设计

一、铁路牵引供电系统优化模型

铁路牵引供电系统优化设计是多约束、非线性和多目标的复杂问题。牵引供
电系统供电方案的优劣不仅影响系统的投资建设和维修费用，而且还影响运营过

程的经济性。针对单一目标函数的牵引供电系统优化方法往往不能达到很好的节
能效果。通过研究分析发现，有多种因素会对牵引供电系统的经济运行结果产生

影响，其中主要包含牵引网上的功率损失大小、外部电源进线距离、投资建所费
用和运营维修费用等。本部分以牵引供电系统一次投资费用、运行维修费用和牵

引网功率损失为目标函数；采用的优化变量是全线牵引变电所的数量和位置以及
分区所的数量和位置；以接触网对地电压为约束条件，综合考虑地理环境因素对

牵引供电系统变电所建所的影响；采用多种优化算法对模型进行了优化。
（一）功率损失优化模型

牵引供电系统的功率损失包括牵引网上的功率损失和牵引变压器上的功率损
失，主要为牵引网上的功率损失。供电臂的长度对牵引供电系统中牵引网的功率

损失具有决定性的影响，功率损失随着供电臂长度的增大而增大；但是供电臂也
不能过于短，否则就需要多建设牵引变电所，因此需要综合考虑变电所的数量和

牵引网线路损失，确定合理的供电臂长度。通过对牵引供电系统全线牵引变电所
和分区所的位置分布以及数量进行优化配置，从而降低牵引网上的功率损失。

计算之前，应首先对铁路牵引供电系统负荷过程进行仿真分析。根据列车运
行图，可以得到任意时刻牵引网全线的列车位置分布，结合电力机车特性和线路

条件，通过牵引计算得到牵引网全线电力机车的有功功率分布。在牵引网进行潮
流计算中，需要首先计算全线电力机车负荷数据，在此基础上就可以得到牵引供

电系统全线牵引变电所的计算容量之和，从而可以通过求解全线牵引变电所和电
力机车有功功率之差计算牵引网的有功功率损失。

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