[发明专利]基于PSCAD/EMTDC的电铁牵引供电系统仿真平台

说明书

技术领域

本发明涉及电力系统仿真领域，更具体地说，是涉及一种基于PSCAD/EMTDC的电铁牵引供电系统仿真平台的建立。

背景技术

牵引供电站从110kV或220kV侧电网取电，经过牵引变压器降压至27.5kV后，供给电气化铁路，机车从27.5kV接触网取电，用于机车运行以及为车内各种用电设备提供电源。交直交型机车从牵引网取电，经整流器变换成直流电再用逆变器将直流电变换成交流电送到车内三相异步电动机，来驱动机车运行。交直型机车从牵引网取电，经过整流器直接将直流电供给直流电机，来驱动机车运行。

为了便于观测牵引网侧的电能质量，需要分别建立牵引网和两种类型的电力机车的仿真建模。MATLAB是美国MathWorks公司出品的商业数学软件，用于算法开发、数据可视化、数据分析以及数值计算的高级技术计算语言和交互式环境。Simulink是MATLAB最重要的组件之一，它提供一个动态系统建模、仿真和综合分析的集成环境。

但是采用MATLAB暂态仿真也存在一定的问题，即MATLAB只适用于理想状况下，而不能用于偏于理想条件的其他运行状态的分析，因此采用MATLAB进行电磁暂态程序来模拟仿真电铁对于牵引供电系统的电能质量的仿真结果是不准确的，精度低，速度慢，仿真与实际相差较大。

PSCAD/EMTDC(全称Power Systems Computer Aided Design)是世界上广泛使用的电磁暂态仿真软件，EMTDC是其仿真计算核心，PSCAD为EMTDC(Electromagnetic Transients including DC)提供图形操作界面。但现有利用PSCAD/EMTDC搭建的电气化铁路牵引供电系统不能实现接触网分段接入机车以及针对多类型机车与多种工况结合的仿真。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种基于PSCAD/EMTDC软件的电铁牵引供电系统仿真平台，根据需要设置接触网长度的阻抗，实现了在牵引供电范围内的任意区段可增减两类机车。该仿真平台可以同时仿真不同类型的机车，两种机车都可以工作在研究者需要的不同工况，进而实现电铁对于牵引供电系统产生谐波、负序和三相不平衡度进行准确仿真分析的目的。

一种基于PSCAD/EMTDC的电铁牵引供电系统仿真平台，包括：

牵引网模型、交直交型电力机车模型、交直型电力机车模型、谐波、负序检测模型，其中交直交型电力机车模型、交直型电力机车模型直接连接到牵引网；

实现步骤如下：

步骤1)：获取仿真所需数据和参数：

步骤2)：建立牵引网仿真模型，包括交直交型电力机车模型、交直型电力机车模型；

步骤3)：建立PSCAD/EMTDC数学模型；

步骤4)；生成PSCAD/EMTDC模型；

步骤5)：对牵引网产生的谐波负序进行检测；

步骤6)：PSCAD/EMTDC的电铁牵引供电系统仿真平台产生。

优选地，所述步骤1)：获取仿真所需数据和参数：具体获取牵引网模型中的变压器两端电压有效值，以及牵引网线路单位阻抗；和谐D2型机车内部交直流侧控制参数，直交侧控制参数，以及异步电机参数；韶山4型机车内部交直侧控制参数，以及直流电机参数。

优选地，所述步骤2)：建立牵引网仿真模型，包括：变压器两端电压等级，线路单位阻抗参数；牵引网变压器工作原理包括工作方式和接线方式，建立和谐D2型机车模型，包括：交直侧控制模型和直交侧控制模型；建立韶山4型机车模型，包括：交直侧控制模型。

优选地，建立牵引网模型所需参数，和谐D2型机车电气参数、韶山4型机车电气参数，包括：牵引网单位阻抗，变压器参数等级，机车内部电压电流等级，频率和阻抗。

优选地，所述步骤3)：a.牵引网模型中变压器数学模型是：

b.牵引网模型中单位阻抗模型是：

Z_C＝0.119+j0.752Ω/km

Z_F＝0.204+j0.885Ω/km

Z_R＝0.162+j0.671Ω/km

Z_CR＝0.057+j0.388Ω/km

Z_CF＝0.057+j0.395Ω/km

Z_RF＝0.057+j0.341Ω/km

C’_CF＝0.000504uF/km