[发明专利]城市轨道交通直流牵引供电系统自适应实时动态数学建模方法

说明书

一种城市轨道交通直流牵引供电系统自适应实时动态数学建模方法，步骤为：(1)输入t时刻的参数文件；(2)设定牵引变电所两端节点、机车两端节点编号均连续，并对牵引变电所两端节点进行排序；判断t时刻各机车位置是否与牵引变电所位置重合，并对机车两端节点进行排序；将各节点编号分别按照位置坐标从小到大进行排列，存储到数组；(3)基于节点导纳网络方程建模原理，由存储的4个节点数组和输入参数生成t时刻的节点导纳网络方程；(4)对于下一个t+△t时刻，读入t+△t时刻的参数文件，重新生成动态数学模型，其步骤与上相同；不断重复，完成实时动态数学建模。本发明具有更加符合真实情况、自适应性好、运算简单快速等优点。

技术领域

本发明主要涉及到轨道交通牵引供电技术领域，特指一种适用于城市轨道交通直流牵引供电系统的自适应实时动态数学建模方法。

背景技术

随着我国国民经济的迅速发展和城市交通量的增长，城市轨道交通作为一种高速、安全、可靠、准时、舒适、便捷、无污染等优点的交通运输工具，在我国得到了越来越多的应用。

城市轨道交通供电系统是城市铁路运输的重要组成部分，是城市轨道交通运营的动力源泉，负责电能的供应与传输，为电动列车牵引供电和提供车站、区间、车辆段、控制中心等其他建筑物所需要的动力照明供电。城市轨道交通供电系统应满足安全性、可靠性、适用性、经济性、先进性的基本要求，因此城市轨道交通供电系统的合理设计是重要的前提和保障。

城轨供电系统设计的相关计算既有一般性又有特殊性。其一般性主要是指供电系统中交流系统的相关计算，如中低压交流短路计算、保护整定计算、低压负荷计算等，这些计算可以借鉴和利用电气设计手册和规范中已有的计算方法。其特殊性是指直流牵引供电系统的相关计算，如牵引负荷计算、牵引网电压水平计算、走行轨对地电位计算、直流短路及保护整定计算等，这些计算则需根据系统设置情况，对直流牵引供电系统进行数学建模并进行推导计算。

直流系统牵引供电系统数学建模在城市轨道供电系统的设计工作中占有极其重要的地位，是进行供电系统设计必须的一项工作，它涉及到供电系统构成、牵引供电方式、牵引变电所设置、牵引整流机组容量等多项系统设计关键因素。将直流系统牵引供电系统数学建模及推导计算引入计算机进行仿真，可以对牵引供电系统工程进行辅助设计，进行多方案的仿真比对、优化设计方案、提高设计效率、节省工程投资、减少运营成本等。

直流牵引供电系统的列车用电负荷较之一般电网固定负荷有很大差异，除了各负荷的大小随时间变化以外，其位置也是变化的(在线路上往返移动)，各负荷之间的相对位置同样也是变化的，这给直流牵引供电的数学建模带来了较大的难度和复杂性。

各个城市轨道交通线路的牵引变电所数量、位置通常是不一样的，即牵引变电所数量、位置不同，直流牵引供电网络拓扑结构也不同，直流牵引供电系统的数学建模如何能够自适应各种线路牵引变电所数量、位置的变化也是一个关键技术问题。

城市轨道交通的特殊性在于多个列车负荷在轨道上不断移动。在不同的运行时刻，多个列车、牵引变电所、接触网、钢轨与大地组成不断变化的直流电网结构，就电路理论而言，直流牵引供电系统是一个复杂的时变网络，因此难以用一幅固定的等效电路图去描述一个动态的牵引供电网络，从而给直流牵引网络的数学建模带来难题；另外，各个城市轨道交通线路的牵引变电所数量、位置通常是不一样的，即牵引变电所数量、位置不同，直流牵引供电网络拓扑结构也不同，直流牵引供电系统的数学建模如何能够自适应各种线路牵引变电所数量、位置的变化也是一个关键技术问题；再者，现有直流牵引供电数学建模方法一般以列车、牵引变电所为分割点，将整个牵引网分成多个相互独立的供电区段进行计算，实际上城市轨道列车取流或功率来自牵引网相连的全线所有牵引变电所。

目前现有的城市轨道交通直流牵引供电系统数学建模方法主要有平均运量法、列车运行图截面法。