[发明专利]一种考虑弓网离线距离的动态弓网离线电弧模型建立方法

说明书

本发明公开一种考虑弓网离线距离的动态弓网离线电弧模型建立方法，根据电弧电压梯度和电弧消散功率各自与弓网离线距离的关系，将弓网离线距离引入黑盒电弧模型的电弧方程中，实现弓网离线电弧模型的动态拓展；根据弓网离线的实际情况，建立弓网离线距离的动态轨迹，并将其引入电弧模型中，实现动态弓网离线电弧模型的建立；最后所述动态弓网离线电弧模型嵌入车‑网一体化等值电路中，建立其对应的状态方程并求解，获得这种动态电弧发生时的波形。本发明的方法更符合弓网离线距离在弓网离线这一过程中随时间变化的实际情况，据此建立的动态弓网离线电弧模型，为弓网离线电弧对列车系统造成的影响的研究提供了更有利的支持。

技术领域

本发明涉及弓网离线电弧技术领域，具体为一种考虑弓网离线距离的动态弓网离线电弧模型建立方法。

背景技术

随着电气化铁路的高速化和重载化，由接触网不平顺、接触网波动、受电弓振动等因素造成的弓网离线问题越来越严重，由弓网离线产生交流电弧也成为电气化铁路中的普遍现象。为研究弓网离线电弧对列车系统造成的影响，建立电弧模型成为一项重要的研究工作。早期的一些学者抛开电弧内部复杂的物理过程，在基于一定假设下即将电弧视作一个非线性二端元件，通过能量守恒方程提出了黑盒电弧模型，这也是目前应用最多的电弧模型；迄今为止许多学者基于黑盒电弧模型建立弓网离线电弧模型，将电弧方程中如耗散功率以及电弧电压梯度的参数进行拓展，引入了更多的如列车速度以及时间常数等影响因素，建立了更为精确的弓网离线电弧模型。然而，目前为止建立的黑盒电弧模型都将电弧方程中弓网离线距离(电弧等效长度)设置为一个常数，而实际情况下弓网离线距离在弓网离线这一过程中是随时间变化的，也就是说目前为止建立的弓网离线电弧模型没有考虑到弓网离线距离变化这一动态过程而是用静态的常数来替代。鉴于此，有必要将实际弓网离线距离的变化引入电弧模型中，建立更符合实际情况的动态弓网离线电弧模型。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的在于提供一种考虑弓网离线距离，更符合实际的弓网离线电弧模型的动态弓网离线电弧模型建立方法。技术方案如下：

一种考虑弓网离线距离的动态弓网离线电弧模型建立方法，包括以下步骤：

步骤1：根据电弧电压梯度和电弧消散功率各自与弓网离线距离的关系，将弓网离线距离引入黑盒电弧模型的电弧方程中，实现弓网离线电弧模型的动态拓展；

步骤2：根据弓网离线的实际情况，建立弓网离线距离的动态轨迹，并将其引入电弧模型中，实现动态弓网离线电弧模型的建立。

进一步的，所述步骤1中的黑盒电弧模型为Habedank黑盒电弧模型，其电弧在列车接触网系统中用电导替代：

式中：g_m为Mayr部分的电弧电导；g_c为Cassie部分的电弧电导；g是电弧电导；i为电弧电流；τ₁和τ₂为时间常数；P₀为电弧的耗散功率；u_c为电弧的电压梯度；

由于电弧电压梯度会随着弓网离线距离变化而变化，且是正比变化关系，比例常数约为15V/cm，故电弧电压梯度u_c表达为：

u_c＝15L_arc (4)

其中，L_arc为弓网离线距离；而电弧耗散功率P₀和L_arc相关，表达为：

其中，k₁、β为耗散功率常数；n为待定的电弧常数。

更进一步的，所述步骤2中弓网离线距离的动态轨迹的建立方法为：