[发明专利]一种城轨牵引供电动态仿真计算方法及系统

说明书

本发明提供的一种城轨牵引供电动态仿真计算方法及系统，所述方法包括：以电感电流、电容电压为状态变量建立城轨直流牵引供电系统模型；获取城轨直流牵引供电系统模型的仿真时间，当仿真时间小于预设仿真时间时，采用量化状态‑时间离散混合求解方法求解城轨直流牵引供电系统模型的常微分方程组；当仿真时间不小于预设仿真时间时，采用时间离散算法求解城轨直流牵引供电系统模型的常微分方程组。针对不同模块仿真步长差异较大的城轨交通牵引供电系统的常微分方程组采用量化状态‑时间离散混合求解方法，大大提高了运算效率。

技术领域

本发明涉及仿真计算技术领域，具体涉及一种城轨牵引供电动态仿真计算方法及系统。

背景技术

随着城市轨道交通牵引供电系统规模的不断扩大，仿真软件发挥了越来越重要的作用。目前国内外己有众多学者对牵引供电的仿真软件进行了深入的研究，并提出多种仿真技术方法，如基于改进牛拉法的牵引供电算法、采用LU分解方法对网络矩阵方程进行求解、简化的Newton Raphson方法。以上这些牵引供电仿真都是针对稳态的潮流计算。由于再生制动能量装置、列车运行图调整等节能技术的应用，稳态潮流计算已经不能满足要求，此时需要建立以常微分方程组(Ordinary Differential Equations,ODEs)为基础的动态仿真系统。

现有的适用于城轨交通的各种仿真软件，如Matlab、PSIM、PSpice等，在求解ODEs时所使用的方法均是基于时间离散的数值算法。此类算法，如Euler法、后向Euler法、Adams方法、Runge-Kutta法等都是先对时间进行离散，用当前时刻系统的状态量，通过多项式插值，计算下一个时刻的状态量,并依次推进。然而，城轨列车在运行过程中位置与功率的变化，导致牵引供电系统网络参数与拓扑具有时变性；整流机组与列车的状态变量变化速度差异较大，导致系统具有很强的刚性。针对城轨交通牵引供电系统复杂、时变的特点，传统的时间离散数值算法并不能快速高效地进行仿真计算。在使用时间离散算法进行仿真计算时，为保证算法的数值稳定性以及较为准确捕捉瞬态过程中快变量的变化，必须采用很小的时间步长，这会大大增加计算量。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中在使用时间离散算法进行仿真计算时计算效率低的缺陷，从而提供一种城轨牵引供电动态仿真计算方法及系统。

本发明提出的技术方案如下：

第一方面，本发明实施例提供一种城轨牵引供电动态仿真计算方法，包括：以电感电流、电容电压为状态变量建立城轨直流牵引供电系统模型；获取城轨直流牵引供电系统模型的仿真时间，当所述仿真时间小于所述预设仿真时间时，采用量化状态-时间离散混合求解方法求解城轨直流牵引供电系统模型的常微分方程组；当所述仿真时间不小于所述预设仿真时间时，采用时间离散算法求解城轨直流牵引供电系统模型的常微分方程组。

可选地，城轨牵引供电动态仿真计算方法，还包括：推进仿真时间和定步长状态变量时间标记；当时间标记累加达到预设步长时，采用时间离散算法求解城轨直流牵引供电系统模型的常微分方程组，并将时间标记清零。

可选地，所述采用量化状态-时间离散混合求解方法求解城轨直流牵引供电系统模型的常微分方程组，包括：确定步长小于预设步长的状态变量并推进仿真时间；利用两个滞后量化函数对所述状态变量导数进行量化；将量化后的结果代入状态变量的导数方程；通过导数值的正负计算状态变量跃迁的大小及时间。

可选地，在时间点t，量化变量的第j个分量q_j的预测值有两个，分别为：q_j⁺、q_j^-，ΔQ为量子，其中下限值q_j^-的计算公式如下所示：

q_j(t)⁺＝q_j(t)^-+2·ΔQ_j。