一種交直流型電力機車的建模方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明屬于交直流型電力機車對電網(wǎng)的影響領域，特別設及一種交直流型電力機 車的概率諧波電流源建模方法。
【背景技術】
[0002] 隨著電氣化鐵路的高速發(fā)展，其對電網(wǎng)的影響也越來越受到關注。電力機車作為 一種大功率整流負荷，正常運行時產(chǎn)生的大量諧波和負序電流，對電網(wǎng)的電能質(zhì)量和電網(wǎng) 穩(wěn)定構成一定威脅。電氣化鐵路由一次供電系統(tǒng)、牽引供電系統(tǒng)、電力機車和電動車等部分 組成。一次供電系統(tǒng)主要包括發(fā)電廠、區(qū)域變電所和電力傳輸線；牽引供電系統(tǒng)主要包括牽 引變電所和牽引網(wǎng)兩部分；電力機車和電動車組是指靠電能驅(qū)動運行的機車車組。電氣化 鐵路的供電是在鐵路沿線建立若干個牽引變電站，一般由電力系統(tǒng)liokv雙電源供電，經(jīng) 牽引變壓器降壓后通過牽引網(wǎng)向電力機車供電。電力機車采用25kV單向工頻交流電壓，經(jīng) 全波整流后驅(qū)動直流牽引電動機，在架空接觸導線和鋼軌之間行駛。
[0003] 高速重載電力機車對電力系統(tǒng)有顯著的影響，因此，有必要對其合理建模W分析 機車負荷對電力系統(tǒng)造成的影響。
[0004] 目前對電力機車的建模通常采用主電路模型。主電路模型包含整個牽引傳動系 統(tǒng)，即整流橋、逆變器和牽引電機。該模型可W準確地得到機車負載的工頻特性，但在諧波 特性方面卻可能與實際負荷存在一定差距。原因主要有：一，動車組內(nèi)部電氣參數(shù)控制方法 未公開，同時補償裝置的運行狀態(tài)也難W獲得；二，受線路條件、天氣等因素的影響，機車負 荷的諧波具有隨機波動性；=，牽引網(wǎng)的影響會使得某些諧波放大或衰減，流入牽引變電所 的諧波電流和機車注入牽引網(wǎng)的諧波電流并不一致。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明提供一種交直流型電力機車的建模方法，相較于現(xiàn)有技術中的電力機車主 電路建模方法，本發(fā)明建立的電力機車模型在電力機車的諧波方面更接近實際情況，便于 分析電力機車的真實運行狀態(tài)及機車負荷諧波對電網(wǎng)的影響。
[0006] 本發(fā)明的技術方案為提供一種交直流型電力機車的建模方法，包括：
[0007] 計算電力機車的基波和各次諧波的幅值和相位；
[000引 W基波和各次諧波的幅值為隨機變量采用最大滴法計算幅值的概率密度函數(shù)，W 基波和各次諧波的相位為隨機變量采用最大滴法計算相位的概率密度函數(shù)；
[0009] 根據(jù)幅值的概率密度函數(shù)計算幅值的分布函數(shù)及根據(jù)相位的概率密度函數(shù)計算 相位的分布函數(shù)；
[0010] 在matlab中建立基波和各諧波幅值與其分布函數(shù)相對應的第一數(shù)據(jù)表、相位與 其分布函數(shù)相對應的第二數(shù)據(jù)表；
[0011] 在PSCAD中引入matl油接口模塊，matl油接口模塊接收matl油中根據(jù)第一數(shù)據(jù) 表及第二數(shù)據(jù)表獲得的基波及諧波的幅值和相位；
[0012] 在PSCAD中搭建電力機車概率諧波電流源模型，其中，電力機車概率諧波電流源 模型包括；=相電壓源、牽引變壓器、四象限整流橋電路、整流橋控制電路及目標輸出電流 生成單元；
[0013] =相電壓源連接于牽引變壓器的高壓側；牽引變壓器的供電臂連接四象限整流橋 電路；整流橋控制電路接收四象限整流橋電路輸出電流及目標輸出電流，用于使四象限整 流橋電路輸出電流等于目標輸出電流；目標輸出電流生成單元連接matlab接口模塊，根據(jù) matlab接口模塊接收的基波及諧波的幅值和相位生成目標輸出電流。
[0014] 進一步的，計算電力機車的基波和各次諧波的幅值和相位的過程包括；采集電力 機車的接觸線或饋電線的電流；對接觸線或饋電線的電流進行傅里葉分析，計算出基波和 各次諧波幅值和相位。
[0015] 進一步的，采用最大滴法得到的幅值的概率密度函數(shù)為：
[0016]
【主權項】
1. 一種交直流型電力機車的建模方法，其特征在于，所述方法包括： 計算電力機車的基波和各次諧波的幅值和相位； 以基波和各次諧波的幅值為隨機變量采用最大熵法計算幅值的概率密度函數(shù)，以基波 和各次諧波的相位為隨機變量采用最大熵法計算相位的概率密度函數(shù)； 根據(jù)所述幅值的概率密度函數(shù)計算幅值的分布函數(shù)及根據(jù)所述相位的概率密度函數(shù) 計算相位的分布函數(shù)； 在matlab中建立基波和各諧波幅值與其分布函數(shù)相對應的第一數(shù)據(jù)表、相位與其分 布函數(shù)相對應的第二數(shù)據(jù)表； 在PSCAD中引入matlab接口模塊，所述matlab接口模塊接收matlab中根據(jù)所述第一 數(shù)據(jù)表及所述第二數(shù)據(jù)表獲得的基波及諧波的幅值和相位； 在PSCAD中搭建電力機車概率諧波電流源模型，其中，所述電力機車概率諧波電流源 模型包括：三相電壓源、牽引變壓器、四象限整流橋電路、整流橋控制電路及目標輸出電流 生成單元； 所述三相電壓源連接于所述牽引變壓器的高壓側；所述牽引變壓器的供電臂連接所述 四象限整流橋電路；所述整流橋控制電路接收所述四象限整流橋電路輸出電流及目標輸出 電流，用于使所述四象限整流橋電路輸出電流等于所述目標輸出電流；所述目標輸出電流 生成單元連接所述matlab接口模塊，根據(jù)所述matlab接口模塊接收的基波及諧波的幅值 和相位生成目標輸出電流。
2. 如權利要求1所述的一種交直流型電力機車的建模方法，其特征在于，計算電力機 車的基波和各次諧波的幅值和相位的過程包括： 采集電力機車的接觸線或饋電線的電流； 對接觸線或饋電線的電流進行傅里葉分析，計算出基波和各次諧波幅值和相位。
3. 如權利要求1所述的一種交直流型電力機車的建模方法，其特征在于，采用最大熵 法得到的幅值的概率密度函數(shù)為：
其中，P(X)為基波和各次諧波幅值在取值X處的概率密度函數(shù)；Xci,X1,X2-A1滿足 的線性方程為：
其中，X。，X1, A1為第一組系數(shù)，Ini為各次諧波幅值的第i階原點矩，m。= 1，1 為原點矩階數(shù)，Gi (A)為第一組系數(shù)的函數(shù)，R為幅值的定義域。
4. 如權利要求3所述的一種交直流型電力機車的建模方法，其特征在于，采用最大熵 法得到的相位的概率密度函數(shù)為：
其中，P'（y)為基波和各次諧波相位在取值y處的概率密度函數(shù)； 入，。，入，i，入，2…入，i滿足的線性方程為：
其中，X^A'A'A' 1為第二組系數(shù)，m'i為各次諧波相位的第i階原點 矩，I^tl= 1，1為原點矩階數(shù)，G'i(A'）為第二組系數(shù)的函數(shù)，R'為相位的定義域。
5. 如權利要求4所述的一種交直流型電力機車的建模方法，其特征在于，用牛頓迭代 法求解所述第一組系數(shù)及所述第二組系數(shù)。
6. 如權利要求1所述的一種交直流型電力機車的建模方法，其特征在于，所述四象限 整流橋電路為由四個絕緣柵雙極型晶體管構成的整流電路。
7. 如權利要求6所述的一種交直流型電力機車的建模方法，其特征在于，所述整流橋 控制電路包括：比較器、滯環(huán)控制單元及開關控制信號生成單元； 所述比較器接收所述目標輸出電流及所述四象限整流橋電路的輸出電流，并對其做 差，輸出一偏差信號； 所述滯環(huán)控制單元連接所述比較器，接收所述偏差信號，輸出一調(diào)節(jié)信號； 所述開關控制信號生成單元連接于所述滯環(huán)控制單元，接收所述調(diào)節(jié)信號，輸出控制 信號至所述絕緣柵雙極型晶體管的開關端。
8. 如權利要求1所述的一種交直流型電力機車的建模方法，其特征在于，所述目標輸 出電流為基波和各次諧波的矢量和。
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種交直流型電力機車的建模方法，包括：計算電力機車的基波和各次諧波的幅值和相位；以基波和各次諧波的幅值和相位為隨機變量采用最大熵法，分別計算幅值和相位的概率密度函數(shù)；然后分別計算幅值和相位的分布函數(shù)；在matlab中建立基波和各諧波幅值與其分布函數(shù)相對應的第一數(shù)據(jù)表、相位與其分布函數(shù)相對應的第二數(shù)據(jù)表；PSCAD中引入matlab接口模塊，接收matlab中根據(jù)第一數(shù)據(jù)表及第二數(shù)據(jù)表獲得的基波及諧波的幅值和相位；在PSCAD中搭建電力機車概率諧波電流源模型，概率諧波電流源模型包括：三相電壓源、牽引變壓器、四象限整流橋電路、整流橋控制電路及目標輸出電流生成單元；本發(fā)明建立的電力機車模型在電力機車的諧波方面更接近實際情況。
【IPC分類】H02M7-219, H02J3-01
【公開號】CN104716648
【申請?zhí)枴緾N201510151970
【發(fā)明人】李蘊紅, 劉輝, 吳林林, 劉京波, 王皓靖, 白愷
【申請人】華北電力科學研究院有限責任公司, 國家電網(wǎng)公司
【公開日】2015年6月17日
【申請日】2015年4月1日