[发明专利]一种基于数字孪生技术的钢轨电位限制方法和装置

权利要求书

1.一种基于数字孪生技术的钢轨电位限制方法，其特征在于，包括：

步骤1，采集城市轨道交通真实回流系统的运行状态数据，并建立所述真实回流系统的机理模型；

步骤2，基于所述机理模型，进行钢轨电位分布仿真，计算所述城市轨道交通全线路钢轨电位的分布情况，生成所述真实回流系统的数字孪生模型；所述机理模型为所述真实回流系统的电网络及微分等效模型；

步骤3，基于所述回流系统的数字孪生模型，进行钢轨电位分布仿真，计算全线各位置的钢轨电位的分布情况；

步骤4，根据所述钢轨电位的分布情况，模拟不同OVPD动作时带来的后果，确定以OVPD动作数量最少、轨道电压限制后下降最明显为目标的最优OVPD动作策略；

步骤5，将制定的所述最优OVPD动作策略作用于城市轨道交通的真实线路，以控制所述真实线路中的各牵引所OVPD的动作，来保证所述真实线路的钢轨电位安全；

所述步骤2包括：

建立钢轨电位分布仿真，具体为：以牵引变电所的直流输出电压、电流、列车的实时位置、电压及功率的测量结果为输入，作为机理模型求解的边界条件，计算钢轨电位，得到全线各位置钢轨电位的仿真结果；

以各牵引变电所的钢轨对地电位为真实系统实际状态参考值，以钢轨电位分布仿真计算得到的各牵引变电所的钢轨电位仿真结果为反馈值，根据参考值与反馈值的差异，对机理模型的网络拓扑及钢轨电阻、钢轨对地过渡电阻、排流网电阻、排流网对地电阻参数进行校正，得到回流系统的数字孪生模型；

所述校正为基于神经网络控制方法，根据参考值与反馈值的差异，通过学习、训练获得机理模型拓扑及钢轨电阻、钢轨对地过渡电阻、排流网电阻、排流网对地电阻参数，完成校正；

所述步骤4包括：

步骤41，基于回流系统数字孪生模型计算出全线各位置钢轨电位计算结果，判断全线是否出现过电压导致OVPD动作的现象；生成第一判断结果；

步骤42，当所述第一判断结果为没有OVPD动作出现，则继续下一时刻钢轨电位的计算；

步骤43，当所述第一判断结果为有OVPD动作出现时，则对单处OVPD动作时全线各位置钢轨电位分布进行分析，并判断单处OVPD动作是否会引起其他位置OVPD的动作，生成第二判断结果；

步骤44，当所述第二判断结果为：没有多处OVPD动作出现时，采取单处OVPD动作对全线各位置钢轨电位限制最明显的情况作为OVPD的动作决策，控制对应OVPD动作；

步骤45，当所述第二判断结果为：有其他位置OVPD相继动作时，对多点OVPD动作后的全线各位置钢轨电位进行分析，制定以OVPD动作数量最少、轨道电压限制后下降最明显的最优动作策略，控制对应的OVPD动作；最优OVPD动作决策发出后，进入下一时刻钢轨电位的计算，并判断钢轨电位是否会引起OVPD动作的情况。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤1中采集城市轨道交通的真实回流系统的运行状态数据的步骤包括：

在所述城市轨道交通的真实回流系统的节点处设置传感器，实时测量系统的状态参数值，系统状态参数值包括：各牵引变电所的直流输出电压、电流、各牵引变电所的钢轨对地电位、各列车的实时位置、电压及功率。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述钢轨电位的分布情况，模拟不同OVPD动作时带来的后果，确定以OVPD动作数量最少、轨道电压限制后下降最明显为目标的最优OVPD动作策略的步骤包括：

根据基于钢轨电位分布仿真及回流系统数字孪生模型计算及模拟全线路钢轨电位的情况，当出现钢轨电位过高的情况时，制定最优的OVPD动作策略，最优OVPD动作策略的目标为OVPD动作数量最少、轨道电压限制后下降最明显。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述机理模型的数学描述为：

其中，u_r-g为钢轨对大地的电位，u_r-c为钢轨对排流网的电位，u_c-g为排流网对大地的电位，i_r为钢轨电流，i_c为排流网中电流。

5.一种基于数字孪生技术的钢轨电位限制装置，其特征在于，用于实施如权利要求1至4任一所述的方法，包括：

采集单元，采集城市轨道交通真实回流系统的运行状态数据，并建立所述真实回流系统的机理模型；

生成单元，基于所述机理模型，进行钢轨电位分布仿真，计算所述城市轨道交通全线路钢轨电位的分布情况，生成所述真实回流系统的数字孪生模型；所述机理模型为所述真实回流系统的电网络及微分等效模型；

计算单元，基于所述回流系统的数字孪生模型，进行钢轨电位分布仿真，计算全线各位置的钢轨电位的分布情况；

确定单元，根据所述钢轨电位的分布情况，模拟不同OVPD动作时带来的后果，确定以OVPD动作数量最少、轨道电压限制后下降最明显为目标的最优OVPD动作策略；

控制单元，将制定的所述最优OVPD动作策略作用于城市轨道交通的真实线路，以控制所述真实线路中的各牵引所OVPD的动作，来保证所述真实线路的钢轨电位安全。