[发明专利]基于实测数据的电气化铁路冲击负荷建模方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于实测数据的电气化铁路冲击负荷建模方法，属电气化铁路电力系统冲击特性负荷技术领域。

背景技术

电铁牵引负荷主要由电力机车及其车厢供电负荷(对客运列车)构成，此类负荷具有以下三个特点：第一，电力机车是大功率单相负荷，电力机车往往采用双机甚至多级牵引，引起电力系统的三相不平衡；第二，我国大量采用交直整流型(或称直流传动型)电力机车作为牵引动力，其主电路一般为晶闸管相控整流电路，因此接触网侧电流含有较大的谐波成分；第三，列车要比较频繁的在启动、加速、惰行、制动等工况间切换，造成牵引负荷波动剧烈，变化剧烈的大功率单相负荷在电网薄弱时容易造成电压波动和电压闪变，影响电力线路供电电压质量，严重者可能威胁电力系统的安全和稳定运行。

从电力系统角度看，电铁负荷的运行过程可以分为两部分：发生功率冲击和正常平稳运行。

冲击特性是指冲击负荷的有功和无功功率冲击。冲击特性模型用于描述冲击负荷的功率冲击现象，应用于冲击负荷发生功率冲击时的系统稳定研究和系统规划时的计算分析，也可以为电力系统的控制策略的制定提供依据。

负荷特性是指冲击负荷的输出（有功功率P、无功功率Q）随输入（母线电压U、系统频率f）变化而变化的特性。负荷特性模型研究冲击负荷吸收功率随高压母线电压和频率变化的情况，适用于冲击负荷没发生功率冲击时的电力系统仿真计算分析。

由于电气化铁路的电力负荷分布广，差别大，随机性强，当电气化铁路负荷进入牵引站时，电铁冲击负荷引起的母线电压变化并不大，但是有功功率和无功功率的变化非常大，这一点与常规负荷有很大的区别，因此常规的负荷模型结构很难去拟合电铁冲击负荷的功率冲击。因此，在目前的认识水平下，有必要将基于实测数据的冲击负荷建模思路与基于统计的方法相结合，进行实际测量，找到冲击负荷的特性进行负荷建模。

公开号CN101354423公开了一种基于实测的冲击负荷建模系统及方法，该方法基于计算机技术为核心的数字化数据采集、处理、管理及交换系统，通过冲击负荷建模平台建立能够描述冲击负荷特性的负荷模型，把建立的冲击负荷模型通过电力系统仿真软件的接口应用于电力系统的数字仿真分析中。

发明内容

本发明的目的是，根据电铁冲击负荷区别于常规负荷的特点，公开一种基于实测数据的电气化铁路冲击负荷建模方法。

实现本发明的技术方案是，选择电气化铁路的监测点并安装监测装置，确定对于电气化铁路这种特殊负荷的负荷特性录波数据启动值，启动录波装置记录实时电压和电流数据，利用监测数据建立电铁冲击负荷的负荷模型, 并对模型参数进行辨识验证。

本发明基于实测数据的电气化铁路冲击负荷建模方法，包括以下步骤：

（1）电气化铁路的监测点实测数据的采集；

（2）采用自恢复负荷模型构造冲击负荷的模型结构；

（3）采用改进型的遗传算法进行冲击负荷模型参数的辨识；

（4）采用实测数据对冲击负荷模型进行仿真，对模型参数进行辨识验证。

本发明电气化铁路冲击负荷建模实测数据采集监测点的选择原则：

选取电压、电流、功率波动较多并且安装在具有良好通信条件的变电站的冲击负荷作为数据采集点，采用电流的突变量作为负荷特性录波装置的启动判据，启动录波，记录实时电压和电流数据。设定当在规定时间内电流的突变量为3A时开始记录，记录长度为事件前三秒事件后五秒，总共8秒的时间。

本发明采用自恢复负荷模型构造冲击负荷的模型结构为：

上式负荷模型的辨识参数为：

。

其中—有功需求时间常数；—无功需求时间常数；—转矩方程常数；—转矩方程常数；—稳态时有功指数；—稳态时无功指数；—牵引回路等值电阻；，其中为电机常数，与电机构造有关，其值相对固定； 为牵引电机励磁系数，与励磁绕组构造材料有关； ，其中为直流电机转矩系数； 为牵引电机励磁系数，与励磁绕组构造材料有关；—牵引回路等值电感；—牵引电机转动惯量；—无功指数。其中，辨识参数、的取值区间较大，这主要是因为冲击负荷功率造成母线电压变化非常小，而冲击负荷消耗的有功功率和无功功率是随母线的电压差变化造成的。

本发明冲击负荷模型参数辨识方法为：采用改进型的遗传算法进行冲击负荷模型参数的辨识，采用搜索速度较快的单纯形法进行数据收敛。

所述改进型遗传算法的步骤是：