[发明专利]一种重载铁路AT供电供电能力计算方法

权利要求书

1.一种重载铁路AT供电供电能力计算方法，包括CTN电流及电压分布和供电能力的计算，其特征在于：所述CTN电流及电压分布：当向AT牵引网中的机车供电时，其中牵引电缆C1和C2电流方向相反，大小相同，故牵引电缆与AT接触网之间的互阻抗可以忽略不计，为便于分析，忽略CTN中AT的漏抗，将2×27.5kV的AT网络等效为27.5kV网络，包含牵引电缆回路及接触网等值回路，简化后等效接触线、等效钢轨和等效负馈线分别为T′、R′和F′，其中F′为一根理想导线，E′为MSS牵引母线电压，T′和R′的单位长度等值阻抗zAA和zBB分别为：

z_AA＝(z_T+z_F-2z_TF)/4 (1)

z_BB＝(z_T+2z_R+z_TF-z_RF-3z_TR)/2 (2)

其中，z_T、z_R和z_F分别为接触线、钢轨和负馈线的自阻抗；z_TF、z_RF和z_TR分别为接触线与负馈线、钢轨与负馈线、接触线与钢轨间的互阻抗；

分别定义长回路：由MSS连接的供电电缆及接触网构成与短回路：由机车所在位置两侧牵引变电所间的供电电缆及接触网构成，将等效电路归算至27.5kV牵引侧得到CTN等值回路1，I_cp和I′_cp分别为机车位于第p座与第p+1座牵引变电所之间时流经长回路和短回路电缆上的电流；Ip1和Ip2分别为机车位于第p座与第p+1座牵引变电所时通过长回路和短回路AT的电流；I为机车电流，分别对回路1和回路2的电压降落进行分析，由于忽略了AT的漏抗，可等效为等值回路2；

Z_TT为牵引变压器漏抗；E为归算至27.5kV侧后的等值电压；l_p为机车距离MSS的距离；l_p-D_p和D_p分别为机车位于第p座与第p+1座牵引变电所之间时长回路和短回路的长度；x_p为机车位于第p座与第p+1座牵引变电所之间时距前一变电所的距离，牵引电缆回路归算至27.5kV牵引侧的单位长度等值阻抗z₁和接触网单位长度等值阻抗z₂分别见式(3)和式(4)；

z₁＝[R_C1+R_C2-2R_C1C2+jω(L_C1+L_C2-2L_C1C2)]/16 (3)

z₂＝z_AA+z_BB (4)

其中，R_C1和R_C2分别为牵引电缆C1和C2的单位长度电阻；L_C1和L_C2分别为牵引电缆C₁和C₂的单位长度电感；R_C1C2和L_C1C2分别为电缆间的单位长度互电阻和互电感；

机车所在回路列写基尔霍夫电流定律和基尔霍夫电压定律方程，可得：

根据式(5)求解得到I_p1和I_p2分别为：

其中，k_p1＝[(z₁+z₂)D_p+Z_TT]/[(z₁+z₂)D_p+2Z_TT]；k_p2＝z₂/[(z₁+z₂)D_p+2Z_TT]；

在CTN中由长回路电压降落和短回路电压降落构成CTN首端至机车所在位置的电压降落ΔU₁为：

ΔU₁＝I_cpz₁(l_p-x_p)+I_p1(Z_TT+z₂x_p) (8)

其中，I_cp＝I；

将式(6)代入式(8)并化简，可得：ΔU₁＝[z₁(l_p-x_p)+(k_p1-k_p2x_p)(Z_TT+z₂x_p)]I (9)；

供电能力的计算：末端机车处电压降落ΔUn为：

其中，k_m1＝[(z₁+z₂)D_m+Z_TT]/[(z₁+z₂)D_m+2Z_TT]；k_m2＝z₂/[(z₁+z₂)D_m+2Z_TT]；I_n和I_m分别为第n辆和第m辆机车的电流；l_m为第m辆机车距离MSS的距离；D_m为第m辆机车所在位置短回路长度；x_m为第m辆机车所在位置距前一变电所的距离；

令Z_An＝R_An+jX_An＝[l_m-x_m+(Z_TT/z₂+x_m)k_m2D_m]z₁，Z_Bn＝R_Bn+jX_Bn＝(Z_TT/z₂+x_n)k_n2[Z_TT+z₂(D_n-x_n)]，则由式(10)得到末端机车处电压损失ΔU_n为：

其中，φ_m和φ_n分别为第m辆和第n辆机车的功率因数角；I_m和I_n分别为第m辆和第n辆机车的电流值大小；

同理，得第f(fn)辆机车处的电压降落ΔU_f为：

其中，k_f1＝[(z₁+z₂)D_f+Z_TT]/[(z₁+z₂)D_f+2Z_TT]；k_f2＝z₂/[(z₁+z₂)D_f+2Z_TT]；x_f为第f辆机车所在位置距前一变电所的距离；I_f为第f辆机车的电流；l_f为第f辆机车距离MSS的距离；

令Z_Af＝R_Af+jX_Af＝(l_f-x_f)z₁，Z_Bf＝R_Bf+jX_Bf＝(k_f1-k_f2x_f)(Z_TT+z₂x_f)z₁，ZCf＝RCf+jXCf＝(1-kf1+kf2xf)Dmz1，则第f辆机车处的电压损失ΔU_f为：

其中，Z′_Af＝R_Afcosφ_m+X_Afsinφ_m；Z′_Bf＝R_Bfcosφ_f+X_Bf×sinφ_f，φ_f为第f辆机车的功率因数角；Z′_Cf＝R_Cfcosφ_m+X_Cfsinφ_m；I_f为第f辆机车的电流值大小；

将式(11)和式(13)作为最远供电距离的判断依据，设定限值ε，将靠近牵引变电所的第一辆机车记为m＝1，确定第m辆机车的位置，n＝m，利用机车功率计算机车电流或实际线路机车电流，取机车电流最大值作为机车的电流，计算处对应机车在相应位置的电压损失ΔU_m,m＝1,2,...,n,若max(ΔU_m,)≤ε,计算结束，机车数量为n,可供电距离为l_m。