[发明专利]一种地铁车辆段杂散电流分布的获取方法

权利要求书

1.一种地铁车辆段杂散电流分布的获取方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：获取车辆段牵引回流结构的分布情况，记录车辆段牵引回流的相关电气参数，并且监测获取待求解牵引工况；具体过程如下：

S11：将车辆段视为矩形平面区域，等分为M行N列个正方形子区域Q(m，n)，m，n为正方形子区域的行号和列号；获得正方形子区域的边长为L；

S12：以钢轨分布矩阵B表示回流钢轨的分布情况；记录回流电缆的分布情况和牵引所负极接地点所在正方形子区域；

S13：根据每公里大地电阻R1、每公里钢轨电阻R2、每公里钢轨对地过渡电阻R3，牵引所负极接地导体的电阻R0，获取钢轨单元电导G＝1/(R2*L)、大地单元电导D＝1/(R1*L)和过渡单元电导GD＝L/R3；

S14：监测获取待求解牵引工况；

步骤2：建立车辆段回流电路的电导关系模型；

S21：根据钢轨矩阵B获取M行N-1列的横向钢轨单元分布矩阵BX和M-1行N列的纵向钢轨单元分布矩阵BY；

S22：计算横向钢轨单元电导矩阵GX＝G·BX，纵向钢轨单元电导矩阵GY＝G·BY，过渡单元电导矩阵GG＝GD·B；

S23：以2×M×N行，2×M×N列的节点电导矩阵A描述车辆段回流电路的电导关系模型，并对其进行赋值，赋值过程如下：

BX(g，h)＝B(g，h)B(g，h+1)

BY(u，v)＝B(u，v)B(u+1，v)

其中，g，h为横向钢轨单元分布矩阵BX中横向钢轨单元的行号和列号，g＝1,2,3,…,M；h＝1,2,3,…,N-1；u，v为纵向钢轨单元分布矩阵BY中纵向钢轨单元的行号和列号，u＝1,2,3,…,M-1；v＝1,2,3,…,N；为与运算符号；

将节点电导矩阵A初始化为零矩阵；

赋值钢轨单元的互导，即：

A(M×N+(g-1)×N+h+1，M×N+(g-1)×N+h)＝-GX(g，h)

A(M×N+u×N+v，M×N+(u-1)×N+v)＝-GY(u，v)；

赋值大地单元的互导，即：

A((g-1)×N+h+1，(g-1)×N+h)＝-D

A(u×N+v，(u-1)×N+v)＝-D

赋值过渡单元的互导，即：

A(M×N+(m-1)×N+n，(m-1)×N+n)＝-GG(m，n)

赋值电缆的互导，即：

A(M×N+(ai-1×N+bi，(ci-1)×N+di)＝-GCi

GCi为第i根回流电缆的电导，第i根回流电缆两端的正方形子区域为Q(ai，bi)和Q(ci，di)，ai、bi分别为回流电缆首端所在正方形子区域的行号和列号，ci和di分别为回流电缆末端所在正方形区域的行号和列号；

赋值牵引所负极接地导体的互导，即：

A(M×N+(m0-1)×N+n0，(m0-1)×N+n0)＝-R0

m0、n0分别为牵引所负极接地点所在的正方形子区域的行号和列号；

补充节点电导矩阵A中关于对角线对称的互导元素，即令节点电导矩阵A与其转置矩阵A^T相加作为节点电导矩阵A的新值，即：

A＝A+A^T

赋值节点电导矩阵A中对角线元素以补充节点自导，节点电导矩阵A的对角线元素等于该行元素之和的相反数，即：

A(j，j)＝-(A(j，1)+A(j，2)+A(j，3)+…+A(j，2×M×N))，j＝1,2,3，…，2×M×N

步骤3：建立电流注入关系模型；赋值后计算得到大地电位分布矩阵；

电流注入关系模型，以2×M×N行，1列的电流矩阵T描述，电流矩阵T的赋值过程如下：

将电流矩阵T初始化为零矩阵；

将第k辆列车的牵引电流Ik赋值给电流矩阵T的对应元素，即：

T(M×N+(ek-1)×N+fk，1)＝-Ik

ek，fk分别为第k辆列车中部所处的正方形子区域的行号和列号；

牵引所负极区域的汲出电流等于车辆段中所有列车的注入电流之和，即：

T(M×N+(m0-1)×N+n0，1)＝∑Ik

大地电位分布矩阵的计算方法如下：

获取2×M×N行1列的节点电位矩阵U＝A^-1·(-T)，所得节点电位矩阵U的前M×N个元素是正方形子区域的大地电位；按照正方形子区域的划分行列结构，提取节点电位矩阵U的前M×N个元素，以行号从小到大且每N个为一行，组成M行N列的大地电位分布矩阵E；

步骤4：根据数值梯度计算函数运算处理大地电位分布矩阵，计算地铁车辆段杂散电流分布；使用Matlab数值梯度计算函数，处理获得大地电位的横向数值梯度矩阵EX和纵向数值梯度矩阵EY，即：

(EX，EY)＝gradient(E)

式中：gradient为Matlab矩阵数值梯度计算函数；

杂散电流分布矩阵IS为：

其中，m＝1,2,3,…,M；n＝1,2,3,…,N。