專利名稱：一種基于列車運行圖的牽引負荷建模方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)的運行、仿真與電力系統(tǒng)穩(wěn)定分析領(lǐng)域，尤其涉及一種 基于列車運行圖的牽引負荷建模方法。
背景技術(shù)：
近年來，我國高速鐵路事業(yè)得到了迅猛的發(fā)展，高速鐵路牽引供電負荷具有沖擊 性強、高次諧波豐富等特點，準確描述其電力綜合負荷特性，尋求合理的負荷模型結(jié)構(gòu)并獲 得準確的模型參數(shù)，建立用于電力系統(tǒng)的運行、仿真與穩(wěn)定分析的牽引負荷模型，已成為學 術(shù)界、工程界研究的熱點。目前牽弓I負荷建模領(lǐng)域中廣泛使用的方法是對牽弓I網(wǎng)的一個供電臂建立Matlab/ simulink仿真模型，通過搭建接觸網(wǎng)線路、牽引變電所、電力機車等詳細的電磁暫態(tài)模型， 經(jīng)仿真得到牽引負荷的等效模型[1_2]。該方法具有以下缺點(1)時域仿真計算量比較大， 需要較長的計算時間；(2)沒有將時域仿真與列車運行圖進行結(jié)合，仿真所獲得的模型不 具有通用性；C3)牽引網(wǎng)不同供電臂之間并非完全電氣絕緣，存在相互影響；(4)將牽引 供電系統(tǒng)和機車牽引傳動系統(tǒng)作為獨立的兩部分分析，并沒有考慮牽引網(wǎng)電壓對電流的影 響，使電力機車的注入電流與實際值偏差較大；(5)忽略了電力系統(tǒng)對牽引變壓器二次側(cè) 電壓幅值和相角的影響，使分析結(jié)果不完全正確。相關(guān)文獻張廣東.牽引供電系統(tǒng)綜合負荷模型結(jié)構(gòu)研究[D].湖南湖南大學，2009.方雷.高速鐵路牽引供電系統(tǒng)數(shù)字建模及仿真[D].四川西南交通大學， 2010。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了充分列車在供電臂上的不同位置和數(shù)量對牽引負荷特性的 影響，區(qū)別于已有的通過搭建時域仿真模型，建立固定列車數(shù)量和位置情況下牽引負荷模 型的方法，提供一種基于列車運行圖的牽引負荷建模方法。本發(fā)明采用的技術(shù)方案的步驟如下
1)以列車運行圖的發(fā)車間隔為一個周期，在一個周期內(nèi)，以每5秒為一個間隔，每個 時間間隔取其中1秒在牽引變電所25kV側(cè)加入一個電壓擾動，然后恢復電壓，通過牽引網(wǎng) 潮流計算或?qū)崪y數(shù)據(jù)得到每個供電臂各個時刻的電壓、功率隨時間變化的值，步長為0. 01 秒；
2)根據(jù)列車運行圖使用查表-插值的方法計算列車的位置和速度，得到每個供電臂上 的列車運行數(shù)量和速度；
3)將一個供電臂上的每輛列車等效為一個感應電動機模型，描述牽引網(wǎng)上各機車的牽 引傳動部分，機車牽引回路中的無功部分和牽引供電系統(tǒng)的線路阻抗上的消耗等效為一個 靜態(tài)指數(shù)模型；將一個供電臂上的多個感應電動機模型并聯(lián)為一個等效的感應電動機模型，由于機車 型號相同，所以等效模型的等值慣性常數(shù)不變，勵磁電抗相當于η臺感應電動機勵磁電抗 值并聯(lián)，機械轉(zhuǎn)矩Tm與列車數(shù)量成正比，即
權(quán)利要求
1. 一種基于列車運行圖的牽引負荷建模方法，其特征在于包括如下步驟1)以列車運行圖的發(fā)車間隔為一個周期，在一個周期內(nèi)，以每5秒為一個間隔，每個 時間間隔取其中1秒在牽引變電所25kV側(cè)加入一個電壓擾動，然后恢復電壓，通過牽引網(wǎng) 潮流計算或?qū)崪y數(shù)據(jù)得到每個供電臂各個時刻的電壓、功率隨時間變化的值，步長為0. 01 秒；2)根據(jù)列車運行圖使用查表-插值的方法計算列車的位置和速度，得到每個供電臂上 的列車運行數(shù)量和速度；3)將一個供電臂上的每輛列車等效為一個感應電動機模型，描述牽引網(wǎng)上各機車的牽 引傳動部分，機車牽引回路中的無功部分和牽引供電系統(tǒng)的線路阻抗上的消耗等效為一個 靜態(tài)指數(shù)模型；4)將一個供電臂上的多個感應電動機模型并聯(lián)為一個等效的感應電動機模型，由于機 車型號相同，所以等效模型的等值慣性常數(shù)不變，勵磁電抗相當于η臺感應電動機勵磁電 抗值并聯(lián)，機械轉(zhuǎn)矩Tm與列車數(shù)量成正比，即u τηΣm式中ι'—感應電動機勵磁暫態(tài)電抗 ^—并聯(lián)感應電動機等值勵磁暫態(tài)電抗Tm —感應電動機機械轉(zhuǎn)矩Tmll —并聯(lián)感應電動機等值機械轉(zhuǎn)矩 H —列車數(shù)量；5)根據(jù)步驟1)中得到的數(shù)據(jù)，利用粒子群算法對并聯(lián)感應電動機模型加靜態(tài)指數(shù)模型 進行參數(shù)辨識，建立牽引負荷模型；6)根據(jù)步驟5)中辨識得到的參數(shù)對負荷模型仿真功率與實測數(shù)據(jù)進行對比，驗證模型 的正確性。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于列車運行圖的牽引負荷建模方法，其特征在于所述 的步驟3)靜態(tài)指數(shù)模型具體描述如下rPs = ^mf式中Ps —靜態(tài)有功功率值； Q1——靜態(tài)無功功率值；PsQ——穩(wěn)態(tài)有功功率值； β5θ _穩(wěn)態(tài)無功功率值； V0—穩(wěn)態(tài)電壓值； V —電壓值；Pv——有功功率指數(shù)，待辨識； qv——無功功率指數(shù)，待辨識。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于列車運行圖的牽引負荷建模方法，其特征在于所述 的步驟4)并聯(lián)感應電動機模型具體描述如下 狀態(tài)方程
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于列車運行圖的牽引負荷建模方法，其特征在于所述 的步驟5)并聯(lián)感應電動機模型加靜態(tài)指數(shù)模型的描述如下
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于列車運行圖的牽引負荷建模方法，其特征在于所述 的步驟5)粒子群算法的描述如下 它的進化方程可描述為
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于列車運行圖的牽引負荷建模方法。該建模方法首先根據(jù)列車運行圖得到一個運行周期內(nèi)各時段每個供電臂的列車數(shù)量，然后將一個供電臂上的每輛列車等效為一個感應電動機，每個牽引負荷等效為多臺感應電動機模型和靜態(tài)指數(shù)模型并聯(lián)模型，使用粒子群算法(PSO)根據(jù)實測電壓、功率波形對牽引負荷模型進行參數(shù)辨識，建立牽引負荷模型。本發(fā)明提出的一種基于列車運行圖的牽引負荷建模方法與已有的牽引負荷建模方法相比，該方法充分考慮了列車運行的時變性對牽引負荷電壓、功率的影響，在保持較好的收斂性的前提下，大大提高了牽引負荷模型的通用性和正確性，使建立的牽引負荷模型更符合實際情況，滿足了鐵路/電力相關(guān)部門對牽引供電品質(zhì)評估、電能質(zhì)量評估、電力系統(tǒng)穩(wěn)定性評估的需要。
文檔編號G06F17/50GK102122310SQ20111003439
公開日2011年7月13日 申請日期2011年2月1日 優(yōu)先權(quán)日2011年2月1日
發(fā)明者余丹萍, 周盛, 江全元, 耿光超, 苗軼群, 陳宏偉 申請人:浙江大學