[发明专利]一种高速铁路牵引供电系统综合负荷等效建模方法

权利要求书

1.一种高速铁路牵引供电系统综合负荷等效建模方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)基于牵引供电系统的结构，并分析单相三电平整流器、牵引逆变器以及牵引电机的控制策略，设计牵引供电系统控制策略模块，其中单相三电平整流器采用瞬态电流控制策略，牵引逆变器采用空间矢量脉宽调制策略，牵引电机采用磁通前馈控制策略以实现对于磁场定向矢量控制；然后基于控制策略建立包括单相三电平整流器、中间直流环节、牵引逆变器和辅助供电系统的牵引供电系统的详细仿真模型；

2)根据详细仿真模型，分析牵引供电系统的运行特性和负荷构成；

3)根据牵引供电系统的运行特性和负荷构成，采用恒定阻抗并联感应电动机建立等效负荷模型：首先基于3阶机电暂态模型对感应电动机进行数学描述形成动态负荷，然后根据实际牵引供电系统的额定功率确定静态模型参数，再根据实际运行电压计算模型中的静态负荷功率，综合考虑动态负荷和静态负荷部分得到等效负荷模型；

4)利用仿真平台对详细仿真模型的仿真结果与等效模型的仿真结果进行比较，以验证等效负荷模型的准确性和实用性。

2.根据权利要求1所述的高速铁路牵引供电系统综合负荷等效建模方法，其特征在于，所述步骤1)中，单相三电平整流器采用的瞬态电流控制策略为：

采用瞬态电流控制策略调制电压信号，并引入网侧电流反馈而成为直接电流控制，控制原理关系为：

其中，K为网侧电流内环调节器的参数，K_P和T_i为直流电压外环调节器的参数，是直流侧电压参考值，u_dc是直流侧电压值，t为时间，u_N(t)是网侧交流电压，i_N(t)是网侧交流电流，L_N是网侧等效电感，R_N是网侧等效电阻，ω是角频率；内环为电流环，外环为电压环，整个控制系统系统为双闭环结构；则电压外环对直流侧电压的参考值与实际值的误差进行调节后的输出值为网侧电流幅值的参考值

3.根据权利要求2所述的高速铁路牵引供电系统综合负荷等效建模方法，其特征在于，所述步骤1)中，还包括在确定时，引入直流侧电流反馈以减轻电压环调节器的负担：

通过功率关系计算网侧电流参考幅值的有效分量，将有效分量与调节器的输出量相加作为网侧电流参考幅值，则有数学关系如下：

其中，U_N为网侧电压的有效值，i_dc是直流侧电流。

4.根据权利要求1所述的高速铁路牵引供电系统综合负荷等效建模方法，其特征在于，所述步骤1)中，牵引逆变器采用空间矢量脉宽调制策略，牵引电机采用磁通前馈控制策略以实现对于磁场定向矢量控制，包括以下步骤：

计算电流指令：根据动车组速度计算得到电磁转矩指令和转子磁链指令再通过矢量控制计算将电机定子电流分解为相当于转矩部分的T轴电流指令和相当于转子磁通部分的M轴电流指令

然后借助电流变换关系将电机定子三相电流i_a,i_b,i_c变换为矢量控制所用的旋转坐标系下的M轴电流i_sM和T轴电流i_sT；将i_sM和i_sT与M、T轴反馈电流的偏差值输入PI调节器得到反馈电压，实时调节电机的动态响应；同时使用i_sM和i_sT来计算前馈电压。最后将前馈电压与反馈电压求和，通过坐标变换得到目标电压矢量输出到SVPWM调制环节以实现牵引逆变器的用空间矢量脉宽调制策略。