一种牵引供电系统的电磁暂态模型技术方案

本发明专利技术提供了一种牵引供电系统的电磁暂态模型，包括第一机车电磁暂态模型、第二机车电磁暂态模型、牵引网传输线耦合模型和牵引变电所电磁暂态模型。本发明专利技术的牵引网传输线耦合模型详细且精确的模拟了牵引网的传输线路，且考虑了牵引网的传输线路之间的相互耦合关系，模拟了各子线路之间的相互影响，更客观地反映了线路的实际运行情况，进而避免了对牵引供电系统的运行特性的影响；机车电磁暂态模型能够对机车内部存在的变压、整流和稳压分别进行模拟，提高了机车本身模拟的准确性，本发明专利技术提供的牵引供电系统的电磁暂态模型能够实验室中再现机车的运行特性，为后续进行继电保护、电能质量及其补偿方面的影响打下良好的基础。

An electromagnetic transient model of traction power supply system

The invention provides an electromagnetic transient model for the traction power supply system, including the electromagnetic transient model of the first locomotive, the second locomotive electromagnetic transient model, the coupling model of the traction network transmission line and the electromagnetic transient model of the traction substation. The coupling model of the traction network transmission line is detailed and accurate to simulate the transmission line of the traction network, and the mutual coupling relationship between the transmission lines of the traction network is considered, the interaction between the sub lines is simulated, the actual operation of the line is more objectively reflected, and then the traction power supply system is avoided. The locomotive electromagnetic transient model can simulate the variation of pressure, rectification and voltage in the locomotive respectively to improve the accuracy of the locomotive itself. The electromagnetic transient model of the traction power supply system in this invention can reproduce the running characteristics of the locomotive in the laboratory and protect the subsequent relay protection. It has laid a good foundation for the impact of power quality and its compensation.

【技术实现步骤摘要】
一种牵引供电系统的电磁暂态模型
本专利技术涉及电力电子领域，具体设计一种牵引供电系统的电磁暂态模型。
技术介绍
现代电力牵引都以公用电网配电，实质上是取经过变换的单相交流电。在我国，铁路用的是频率50Hz、额定电压为27.5kV或2×27.5kV的单相交流制。牵引供电系统结构框图如图1所示，其主要包括电力系统、输电线、牵引变电所、牵引网和机车。通常将给牵引供电系统供电的电力系统(一般是三相电力系统)称作外部电源或者一次系统。牵引变电所通过输电线获取电力系统的电能，是三相电力系统和单相牵引供电系统的连接枢纽，将外部电源提供的电能形式转换为电力牵引及其配套的供电方式所使用的电能形式，并且能够对其进行操作，为机车及其牵引传动系统运行提供电能保障。在牵引变电所中，最关键的部件是牵引变压器。牵引变电所将110kV或者220kV的进线电压经由牵引变压器降压为27.5kV或55kV后，通过牵引网送往机车。牵引网包括馈(电)线、接触网、轨(地)、回流线，其能够完成对机车的配电任务。由馈线将电能从牵引变电所引向电气化铁路，经由牵引网完成对电力机车的供电。现有技术中用于模拟牵引供电系统的通常是牵引供电系统的机电暂态模型，牵引供电系统的机电暂态模型由高压(如220kV等电压等级)三相电网通过牵引变压器将高电压转为中压(例如27.5kV)，经过牵引网的传输线将电能传输至机车运行的节点，其中牵引网传输线用的是PI型线路模型，机车模型是用等效的电阻或电流源进行模拟，并且该电阻或电流源直接连接在牵引网节点上，因此，牵引供电系统的机电暂态模型存在以下问题：1)牵引网的传输线路并未被详细而精确地模拟，尤其是各子线路(一回牵引网传输线由多条子线路组成)之间的相互耦合关系亦未考虑，这些因素会在机电暂态模型仿真中带来误差，甚至影响牵引供电系统的运行特性；2)机车内部存在的变压过程和控制模块没有被模拟，导致机车模型本身不准确，从而导致牵引供电系统机电暂态模型的精确性比较低，不能准确模拟牵引供电系统的特性。
技术实现思路
为了克服上述现有技术中因机电暂态模型的精确性低且不能准确模拟牵引供电系统特性得不足，本专利技术提供一种牵引供电系统的电磁暂态模型，其包括机车电磁暂态模型、牵引网传输线耦合模型和牵引变电所电磁暂态模型，机车电磁暂态模型包括第一机车电磁暂态模型和第二机车电磁暂态模型，牵引网传输线耦合模型包括第一牵引网传输线耦合模型和第二牵引网传输线耦合模型，第一机车电磁暂态模型通过第一牵引网传输线耦合模型与牵引变电所电磁暂态模型连接，第二机车电磁暂态模型通过第二牵引网传输线耦合模型与牵引变电所电磁暂态模型连接，通过上述模型得到了牵引供电系统的电磁暂态模型，该电磁暂态模型精确度高，能够全面客观的模拟牵引供电系统各个方面的运行特性。为了实现上述专利技术目的，本专利技术采取如下技术方案：本专利技术提供一种牵引供电系统的电磁暂态模型，包括机车电磁暂态模型、牵引网传输线耦合模型和牵引变电所电磁暂态模型；所述机车电磁暂态模型包括第一机车电磁暂态模型和第二机车电磁暂态模型；所述牵引网传输线耦合模型包括第一牵引网传输线耦合模型和第二牵引网传输线耦合模型；所述第一机车电磁暂态模型通过第一牵引网传输线耦合模型与牵引变电所电磁暂态模型连接，所述第二机车电磁暂态模型通过第二牵引网传输线耦合模型与牵引变电所电磁暂态模型连接。所述第一机车电磁暂态模型和第二机车电磁暂态模型均包括三绕组变压器、第一整流阻抗、第二整流阻抗、第一整流器、第二整流器、稳压电容、负荷和控制系统；所述三绕组变压器包括原边绕组Np1、副边绕组Ns11和副边绕组Ns12；所述原边绕组Np1与牵引网连接，所述副边绕组Ns11通过第一整流阻抗与第一整流器连接，所述副边绕组Ns12通过第二整流阻抗与第二整流器连接，所述第一整流器和第二整流器的输出并联正接后，与负荷并联；所述控制系统的输出端与第一整流器和第二整流器中三极管的基极连接。所述第一整流器和第二整流器均包括第一QD模块、第二QD模块、第三QD模块和第四QD模块；所述第一QD模块包括正接并联的Q1//D1单元与Q2//D2单元；所述第二QD模块包括正接并联的Q3//D3单元与Q4//D4单元；所述第三QD模块包括正接并联的Q5//D5单元与Q6//D6单元；所述第四QD模块包括正接并联的Q7//D7单元与Q8//D8单元。所述Q1//D1单元、Q2//D2单元、Q3//D3单元、Q4//D4单元、Q5//D5单元、Q6//D6单元、Q7//D7单元以及Q8//D8单元均包括并联的三极管和二极管。所述三极管为NPN三极管时，三极管集电极与二极管的阴极连接，其发射极与二极管的阳极连接；所述三极管为PNP三极管时，三极管的发射极与二极管的阴极连接，其集电极与二极管的阳极连接。所述Q1//D1单元中的二极管D1、Q3//D3单元中的二极管D3、Q5//D5单元中的二极管D5和Q7//D7单元中的二极管D7各自的阴极分别为第一QD模块、第二QD模块、第三QD模块和第四QD模块各自的正极，各自的阳极分别为第一QD模块、第二QD模块、第三QD模块和第四QD模块各自的负极；所述第一QD模块的负极与第三QD模块的正极连接，形成端口Ua，所述第二QD模块的负极与第四QD模块的正极连接，形成端口Ub，所述端口Ua和端口Ub形成第一或第二整流器的输入端；所述第一QD模块的正极与第二QD模块的正极连接，形成端口Udc+，所述第三QD模块的负极与第四QD模块的负极连接，形成端口Udc-，所述端口Udc+和端口Udc-形成第一或第二整流器的输出端。所述牵引变电所电磁暂态模型包括电源、牵引变电所传输线和牵引变压器；所述牵引变压器包括第一牵引变压器和第二牵引变压器；所述电源通过牵引变电所传输线与第一牵引变压器和第二牵引变压器分别连接。所述第一牵引变压器包括原边绕组Np2、副边绕组Ns21和副边绕组Ns22；所述第二牵引变压器包括原边绕组Np3、副边绕组Ns31和副边绕组Ns32；所述原边绕组Np2的正极与负极分别与牵引变电所传输线的A相和B相连接，所述原边绕组Np3的正极与负极分别与牵引变电所传输线的B相和C相连接。所述第一牵引网传输线耦合模型和第二牵引网传输线耦合模型均包括电感模块、电容模块和电阻模块；所述电感模块包括六个电感，所述电阻模块包括六个电阻，每个电感和每个电阻串联，形成六个RL单元；所述电容模块包括不同RL单元之间的互电容和每个RL单元的对地电容。当第一机车上行时，所述第一机车电磁暂态模型的两端与六个RL单元中的第一RL单元和第二RL单元连接；当第二机车下行时，所述第二机车电磁暂态模型的两端与六个RL单元中的第四RL单元和第六RL单元之连接。所述副边绕组Ns21和副边绕组Ns22形成第一牵引变压器的输出端口U11、输出端口U12和输出端口U13；所述输出端口U11与第一牵引网传输线耦合模型中六个RL单元的第一RL支路和第四RL支路连接；所述输出端口U12与第一牵引网传输线耦合模型中六个RL单元的第二RL支路和第五RL支路连接；所述输出端口U13与第一牵引网传输线耦合模型中六个RL单元的第三RL支路和第六RL支路连接。所述副边绕组Ns31和副边绕组Ns32形成第二牵引变压器的输出端口U21本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种牵引供电系统的电磁暂态模型，其特征在于，包括机车电磁暂态模型、牵引网传输线耦合模型和牵引变电所电磁暂态模型；所述机车电磁暂态模型包括第一机车电磁暂态模型和第二机车电磁暂态模型；所述牵引网传输线耦合模型包括第一牵引网传输线耦合模型和第二牵引网传输线耦合模型；所述第一机车电磁暂态模型通过第一牵引网传输线耦合模型与牵引变电所电磁暂态模型连接，所述第二机车电磁暂态模型通过第二牵引网传输线耦合模型与牵引变电所电磁暂态模型连接。

【技术特征摘要】
1.一种牵引供电系统的电磁暂态模型，其特征在于，包括机车电磁暂态模型、牵引网传输线耦合模型和牵引变电所电磁暂态模型；所述机车电磁暂态模型包括第一机车电磁暂态模型和第二机车电磁暂态模型；所述牵引网传输线耦合模型包括第一牵引网传输线耦合模型和第二牵引网传输线耦合模型；所述第一机车电磁暂态模型通过第一牵引网传输线耦合模型与牵引变电所电磁暂态模型连接，所述第二机车电磁暂态模型通过第二牵引网传输线耦合模型与牵引变电所电磁暂态模型连接。2.根据权利要求1所述的牵引供电系统的电磁暂态模型，其特征在于，所述第一机车电磁暂态模型和第二机车电磁暂态模型均包括三绕组变压器、第一整流阻抗、第二整流阻抗、第一整流器、第二整流器、稳压电容、负荷和控制系统；所述三绕组变压器包括原边绕组Np1、副边绕组Ns11和副边绕组Ns12；所述原边绕组Np1与牵引网连接，所述副边绕组Ns11通过第一整流阻抗与第一整流器连接，所述副边绕组Ns12通过第二整流阻抗与第二整流器连接，所述第一整流器和第二整流器的输出并联正接后，与负荷并联；所述控制系统的输出端与第一整流器和第二整流器中三极管的基极连接。3.根据权利要求2所述的牵引供电系统的电磁暂态模型，其特征在于，所述第一整流器和第二整流器均包括第一QD模块、第二QD模块、第三QD模块和第四QD模块；所述第一QD模块包括正接并联的Q1//D1单元与Q2//D2单元；所述第二QD模块包括正接并联的Q3//D3单元与Q4//D4单元；所述第三QD模块包括正接并联的Q5//D5单元与Q6//D6单元；所述第四QD模块包括正接并联的Q7//D7单元与Q8//D8单元。4.根据权利要求3所述的牵引供电系统的电磁暂态模型，其特征在于，所述Q1//D1单元、Q2//D2单元、Q3//D3单元、Q4//D4单元、Q5//D5单元、Q6//D6单元、Q7//D7单元以及Q8//D8单元均包括并联的三极管和二极管。5.根据权利要求4所述的牵引供电系统的电磁暂态模型，其特征在于，所述三极管为NPN三极管时，三极管集电极与二极管的阴极连接，其发射极与二极管的阳极连接；所述三极管为PNP三极管时，三极管的发射极与二极管的阴极连接，其集电极与二极管的阳极连接。6.根据权利要求5所述的牵引供电系统的电磁暂态模型，其特征在于，所述Q1//D1单元中的二极管D1、Q3//D3单元中的二极管D3、Q5//D5单元中的二极管D5和Q7//D7单元中的二极管D7各自的阴极分别为第一QD模块、第二QD模块、第三QD模块和第四QD模块各自的正极，各自的阳极分别为第一QD模块、第二QD模块、第三QD模块和第四QD模块各自的负极；所述第一QD模块的负极与第三QD模块的正极连接，形成端口Ua，所述第二QD模块的负极与第四QD模块的正极连接，形成端口Ub，所述端口Ua和端口Ub形成第一或第二整流器的输入端；所述第一QD模块的正极与第二QD模块的正极连接，形成端口Udc+，所述第三QD模块的负极与第四QD模块的负极连接，形成端口Udc-，所述端口Udc+和端口Udc-形成第一或第二整流器的输出端。7.根据权利要求1所述的牵引供电系统的电磁暂态模型，其特征在于，所述牵引变电所电磁暂态模型包括电源、牵引变电所传输线和牵引变压器；所述牵引变压器包括第一牵引变压器和第二牵引变压器；所述电源通过牵引变电所传输线与第一牵引变压器和第二牵引变压器分别连接。8.根据权利要求7所述的牵引供电系统的电磁暂态模型，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：李润秋，阎华，罗迪，徐翌征，张星，王峰，张艳，王艺璇，徐得超，彭红英，孙丽香，王祥旭，刘敏，穆清，陈绪江，徐树文，郑伟杰，刘子新，王玭，李小龙，吴绍华，程昱，田鹏飞，乔小敏，牛琳琳，王跃，高敏丽，吴广禄，吴畅，
申请(专利权)人：国网陕西省电力公司经济技术研究院，中国电力科学研究院有限公司，国家电网公司，
类型：发明
国别省市：陕西,61