[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

说明书

本发明公开了一种高速铁路牵引供电系统综合负荷等效建模方法，首先通过研究高速铁路牵引供电系统的工作原理，设计其控制策略模块，利用Matlab/Simulink搭建牵引供电系统详细仿真模型；然后分析牵引供电系统的运行特性和负荷构成；接着，在此基础上提出一种高速铁路牵引供电系统综合负荷等效模型——“恒阻抗并联感应电动机”的机理负荷模型；最后利用Matlab/Simulink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，结果表明所得功率曲线高度吻合，从而验证该等效负荷模型的准确性和实用性。本方法对牵引供电系统进行等效建模，该模型结构更适用于电网暂态仿真计算，弥补了高铁负荷建模方面研究的薄弱，具有良好的工程价值。

技术领域

本发明属于电力系统分析与控制技术领域，特别涉及一种高速铁路牵引供电系统综合负荷等效建模方法。

背景技术

牵引负荷对电网运行存在着很大的影响。高速铁路快速发展，使得电网中接入牵引负荷的占比也日渐增大。目前电力系统数字仿真是以电力系统各元件的数学模型为基础的，模型的准确与否直接影响仿真结果和以此为基础的决策方案。如今，发电机组和输电网络的模型已较成熟、相对而言电力负荷模型仍不太成熟，而对近几年迅速发展起来的高铁负荷方面的建模的研究就更少，粗糙的负荷模型与精确的发电机系统和网络模型已经严重不协调并严重地影响到仿真结果的精确度和可信赖程度，并且会造成偏保守或乐观的分析结果。

随着电力电子技术的日新月异，计算机技术在铁路交通机车牵引传动系统的应用也越来越广泛和深入，其中Matlab/Simulink软件由于操作简易且具有集成的图形界面，可以轻松地创建一个主电路仿真模型，并根据电力电子电路和电机学等理论在后台自动转换为相应的微分方程，省去了复杂的编程和数学推导，从而可以更全面、更真实地研究机车运行时的电压、电流等特性。

基于此，为了使系统分析结果更加可信，对牵引负荷这一冲击性负荷进行建模，得出尽可能能反映它实际负荷特性的负荷模型应用于电力系统分析，具有重要价值。正是在此背景下，本文利用Matlab/Simulink平台展开对牵引供电系统负荷建模方面的研究，这是可行并具有工程意义的。

发明内容

本发明所解决的技术问题是，针对现有牵引负荷建模方法的不足，提出一种高速铁路牵引供电系统综合负荷等效建模方法，总体思路框图如图1所示，包括以下步骤：

一种高速铁路牵引供电系统综合负荷等效建模方法，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，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。

所述的高速铁路牵引供电系统综合负荷等效建模方法，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：