[发明专利]一种机车和牵引网与电力系统耦合的仿真方法

说明书

技术领域

本发明属于电气化铁道的运行、仿真与牵引供电品质分析领域，尤其涉及一种机车和牵引网与电力系统耦合的仿真方法。

背景技术

近年来，我国高速铁路事业得到了迅猛的发展，京津城际客运专线、武广客运专线等高速铁路的建成通车，标志着我国高速铁路技术进入了新的发展阶段。牵引供电品质作为电气化高速铁路高效、安全运行的保障，已成为学术界、工程界研究的热点。

目前牵引供电品质分析领域中广泛使用的方法是对牵引网的一个供电臂建立链式网络，根据电力机车所在位置的注入电流，求解一段供电臂的牵引网电压分布^[1]。该方法具有以下缺点：(1)牵引网不同供电臂之间并非完全电气绝缘，存在相互影响；(2)电力机车的注入电流为该速度在额定电压下的工程经验值，并没有考虑牵引网电压对电流的影响，使电力机车的注入电流与实际值偏差较大；(3)忽略了电力系统对牵引变压器二次侧电压幅值和相角的影响，使分析结果不完全正确。

在文献[2-5]中，分析了牵引负荷对电力系统公用电网的谐波、负序的影响，虽然考虑了牵引负荷对电力系统的影响，而且对含有特定型号电力机车的牵引负荷建立了谐波电流源模型和负序模型，但是建立谐波电流源模型和负序模型，需要基于大量的实测数据或仿真结果，而且仅仅考虑了牵引负荷对电力系统的影响，而忽略了电力系统与牵引负荷的相互影响。然而在实际研究中，需要能对含不同型号电力机车的牵引网供电品质进行研究，且要有较好的经济性、可行性和正确性。

相关文献：

[1]姚楠.电气化铁道牵引网基波与谐波模型研究[D].北京：北京交通大学，2008.

[2]胡航帆.电气化铁路牵引负荷的谐波源模型研究[D].长沙：湖南大学，2009.

[3]吴命利，李群湛.电牵引负荷谐波在三相电力系统中的分布计算——算法、程序设计与算例[J].铁道学报，1999，21(4)：105-108.

[4]李晴.牵引负荷谐波负序在电力系统中分布计算的研究[D].北京：北京交通大学，2008.

[5]赵健，张有兵，刘志坚，郭磊.基于列车运行图法的AT牵引供电系统负序影响[J].机电工程，2009，26(6)：92-95

发明内容

本发明的目的是为了充分考虑牵引网与电力机车、电力系统公用电网的相互影响，区别于已有的牵引网供电品质分析程序将电力机车注入电流和牵引负荷谐波电流为已知常量的分析方法，提供一种机车和牵引网与电力系统耦合的仿真方法。

机车和牵引网与电力系统耦合的仿真方法包括如下步骤：

1)读取电网数据和牵引网数据，根据牵引变压器的V/v接线方式、Scott接线方式、Y/Δ接线方式或平衡阻抗接线方式，建立牵引网与电力系统的电压-功率交互关系：

V_牵＝f(V_电，k，V_牵B)

S_电＝f(V_牵，I_牵，S_B)

式中：V_牵——牵引变压器二次侧电压

      V_电——牵引变压器一次侧电压

      k——牵引变压器变比

      V_牵B——牵引变压器二次侧基准电压

      I_牵——牵引变压器二次侧电流

      S_电——牵引变压器视在功率

      S_B——基准功率；

2)根据牵引网导线的型号和空间位置计算牵引网的集中式参数，根据列车运行图使用查表-插值的方法计算列车的位置和速度，考虑牵引网上的电气设备及接地装置，根据电磁场理论，计算牵引网的链式网络导纳矩阵；

3)根据电力系统的拓扑结构和电气参数，由输电线路、电力变压器、发电机、负荷的等效阻抗值计算电力系统的三相导纳矩阵；

4)机车采用平启动的方式，牵引网计算机车注入电流为一给定值，电流幅值0-100A，相角为0度；

5)在已知机车注入到牵引网的电流的条件下，用牛顿法进行牵引网与电力系统耦合的三相潮流计算，直至迭代到电力系统的各条母线的三相电压值与上次迭代的电力系统的各条母线的三相电压值之差的绝对值中的最大值小于指定误差阈值，计算得到电力系统的各母线电压和牵引网的沿线电压分布；