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鋼軌電位水平是評(píng)估地鐵牽引供電系統(tǒng)性能的一項(xiàng)重要指標(biāo)，其關(guān)系到回流能力和運(yùn)行安全。在實(shí)際運(yùn)營管理中，需要縮短發(fā)車間隔、提高運(yùn)輸能力時(shí)，必須要評(píng)估饋線電流大小及鋼軌電位高低，這在當(dāng)今日益繁重的運(yùn)力需求下顯得尤為重要。

在地鐵牽引供電系統(tǒng)的仿真研究中，準(zhǔn)確地計(jì)算和評(píng)估鋼軌電位水平一直都非常具有挑戰(zhàn)性。該項(xiàng)工作的主要難點(diǎn)源于以下幾個(gè)關(guān)鍵因素：鋼軌接地網(wǎng)及雜散電流網(wǎng)在結(jié)構(gòu)上是高度復(fù)雜的；鋼軌阻抗參數(shù)具有不均勻性和非線性；接地電阻受地下隧道及周圍接地體等諸多情況影響，且很難準(zhǔn)確測(cè)量。也就是說，即使能為中壓交流網(wǎng)絡(luò)、整流機(jī)組和接觸網(wǎng)（軌）等元件建立非常成熟準(zhǔn)確的電路模型，并考慮變電所儲(chǔ)能裝置工作情況進(jìn)行仿真計(jì)算，對(duì)鋼軌電位的仿真計(jì)算也可能產(chǎn)生較大誤差。

為了解決上述問題，國內(nèi)外學(xué)者開展了許多研究。這些研究在一定程度上提高了鋼軌電位仿真的精度，在某些情況下具有較好的適應(yīng)性。然而，就原理上而言，只要仍然采用線性化的參數(shù)來描述鋼軌、雜散網(wǎng)的阻值，在多數(shù)情況下鋼軌電位的仿真精度是不夠準(zhǔn)確的。雖然結(jié)果具有一定參考意義，但是網(wǎng)絡(luò)中局部的電位水平可能差距太大，而失去應(yīng)用價(jià)值。

隨著大數(shù)據(jù)分析技術(shù)的發(fā)展，人們傾向于從大量數(shù)據(jù)中提煉規(guī)律來描述受復(fù)雜因素影響的行為，即利用數(shù)據(jù)挖掘方法描述復(fù)雜的輸入輸出系統(tǒng)。雖然影響鋼軌電位的因素多而復(fù)雜，但是對(duì)于既定供電區(qū)間而言，其中絕大多數(shù)因素是非常穩(wěn)定的，如隧道結(jié)構(gòu)、地下管路、土壤情況等。

能顯著影響鋼軌電位的主要是網(wǎng)絡(luò)中不斷變化的電流。也就是說，不論地鐵接地網(wǎng)絡(luò)的非線性模型有多復(fù)雜，其輸入條件是可以測(cè)量的，而鋼軌電位作為輸出條件也是非常明確且可以測(cè)量的。根據(jù)數(shù)據(jù)挖掘理論，通過采用回歸分析算法可以構(gòu)建出鋼軌電位的基于實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的回歸模型。

北京交通大學(xué)科研人員提出用于估算地鐵鋼軌電位的一種非線性描述方法，考慮諸多復(fù)雜因素，基于實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)并通過非線性尋優(yōu)算法構(gòu)建鋼軌電位的黑箱模型。相比于現(xiàn)有均勻集中參數(shù)模型，所提模型不依賴于一個(gè)明確的電路結(jié)構(gòu)，但能夠以更靈活的方式來描述鋼軌電位的復(fù)雜變化規(guī)律。繼而，探討了回歸法辨識(shí)所提模型參數(shù)的可行性，采用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法設(shè)計(jì)參數(shù)架構(gòu)和辨識(shí)步驟。

圖1 簡化直流供電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

案例分析表明，所提的建模思路及參數(shù)辨識(shí)方法具有較高的靈活性，適用于構(gòu)建鋼軌電位的實(shí)測(cè)模型，從而避開描述諸多復(fù)雜因素的難題。

研究人員認(rèn)為將來軌道交通牽引供電系統(tǒng)的仿真分析是進(jìn)行數(shù)字化管理的重要支持手段。基于已經(jīng)部署的電壓電流計(jì)量系統(tǒng)，本研究所提的非線性模型具有更顯著的有效性、適用性和準(zhǔn)確性等特點(diǎn)，并能跟隨實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行迭代優(yōu)化，為數(shù)字孿生系統(tǒng)的構(gòu)建、超實(shí)時(shí)系統(tǒng)仿真等高級(jí)應(yīng)用提供協(xié)助。

以上研究成果發(fā)表在2021年《電工技術(shù)學(xué)報(bào)》增刊1，論文標(biāo)題為“一種用于鋼軌電位評(píng)估的回歸建模方法”，作者為張征、楊少兵 等。