[发明专利]一种交流机车再生制动建模方法

权利要求书

1.一种交流机车再生制动建模方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：分别构建牵引变电所模型、牵引网系统模型、AT所模型和交流机车模型；

牵引网系统模型中牵引网线路采用基于多导线传输理论的链式模型等值，具体过程如下：

S11：根据电流支路，将牵引网分割为若干个串联子网；

S12：平行的多导体传输线构成子网中的串联支路，以电流支路作断面，断面间的平行多导线以π型电路进行等效；

S13：将牵引网分割为N个部分，各平行导体两两互容、互感耦合，按π型电路进行等效；

S14：将分割后的各牵引子网按对应端口串联，构成总体链式网络模型；

牵引网链式模型导体参数的计算过程如下：

S21：获取AT复线牵引供电系统各导体参数；

S22：根据Carson公式得到架空线的对地等值自阻抗和两条导线之间的对地等值互阻抗；

其中：r_i为导线直流电阻，r_e为大地自身的电阻，R_εi为导线的等效半径，d_ij为导线i与导线j之间的几何距离，f_g为通过导线的电流频率，D_g为地球等效深度，Z_ii为导线的自阻抗，

Z_ij为导线的互阻抗，σ为土壤电导率；

S23：计算导线的自电位系数P_ii和两根导线间的互电位系数P_ij：

式中：ε₀为空气的介电常数，d_ii为导线i的等效半径，h_i为导线i到地面的高度，d_ij为导线i和导线j之间的几何距离，D_ij为导线i和j之间的镜像距离；

交流机车模型包括以下内容：

S31：将高压电缆等值为均匀的分布参数模型，将高压电缆线芯等值为电阻电感，且电缆线芯与屏蔽层之间存在电容耦合；

S32：将列车的车体等值为串联的阻抗，按列车受电弓所设位置与高压电缆模型相连接；

S33：工作接地模型包括车载变压器以及接地碳刷电阻，牵引电流在车载变压器的一次侧通过动车组接地碳刷及接地轮对流入钢轨；

S34：将保护接地模型等值为连接车体与钢轨的电阻；

S35：交流传动系统模型采用瞬态直接电流控制的二重化脉冲整流器模型、SVPWM调制的两电平牵引逆变器模型以及磁场定向控制的异步电动机模型等值，通过车载变压器取流；

步骤2：将步骤1所构建的模型按实际的电气耦合关系连接，构成牵引网-动车组系统模型；

步骤3：利用牵引计算的方法，检算出列车在已知坡度的下坡道的运行速度，并对其进行受力分析，计算出产生的再生制动功率；

再生制动功率的计算步骤如下：

S51：获取动车组在给定初速度下，经过已知坡度的长大下坡道时的列车监控制动距离；

S52：根据步骤S51算得的监控制动距离，检算闭塞分区长度：

L_闭≥(L_制+L_防+L_附加)/7

其中，L_制为列车监控制动距离；L_防为列车安全防护距离，L_附加为系统应变附加时间内所通过的距离，L_闭为闭塞分区长度；

S53：根据步骤S51以及步骤S52检算得到的监控制动距离和闭塞分区长度，计算列车追踪时间：

其中，t_附加为列车区间追踪运行附加时间，v_区间为列车区间运行速度；3.6是单位换算系数；

若计算所得追踪时间超过3min，则列车需进行限速，调整列车区间运行速度v_区间，重复步骤S51至步骤S53；若计算所得追踪时间少于3min，列车区间运行速度v_区间不变，继续步骤S54；

S54：根据步骤S53所得的列车区间运行速度v_区间，对列车进行受力分析，计算再生制动力：

B_i(v)＝-Mi-Mw₀(v)

其中，B_i(v)为v速度下的再生制动力；M为列车质量；i为坡度值的千倍；w₀(v)为v速度下的列车单位基本阻力；

S55：根据步骤S54算得的再生制动力，计算相应的再生制动功率：

步骤4：根据再生制动功率，对交流传动系统模型中的转速与负载转矩进行设置，仿真得到在给定坡度下，交流机车在各类工况中吸收或返送的能量分布情况。