一种地铁列车运行与牵引供电系统耦合仿真建模方法技术方案

本发明专利技术公开了一种地铁列车运行与牵引供电系统耦合仿真建模方法，包括：基于列车牵引供电系统与列车牵引传动系统之间的耦合关系等效拟化各电力元件属性参数以构建地铁供电系统的车‑网耦合仿真计算模型；根据地铁供电系统的车‑网耦合仿真计算模型计算列车牵引供电系统的电力潮流值；根据列车牵引供电系统的电力潮流值和列车运行图调整发车间隔以适宜不同运行工况列车准时准点运行。本发明专利技术提供的仿真建模方法，是基于牵引供电系统与列车牵引传动系统间的耦合关系对牵引供电系统中电力元件进行模拟等效，能更准确地描述列车与牵引网间的耦合关系，精确有效地描述地铁现场实际线路上多车运行车网实时电耦合现象。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及模拟仿真
，具体涉及一种地铁列车运行与牵引供电系统耦合仿真建模方法。
技术介绍
牵引供电系统是城市轨道交通系统中最为重要的基础能源设施，其功能是为轨道交通系统中的电力车辆供电，确保轨道交通列车车辆的正常运行。当前，我国的地铁牵引供电系统多采用DC750V或DC1500V双边供电方式，国内外学者针对此供电方式的地铁牵引供电系统直流侧建模方法及其相关电力潮流值计算方法进行了大量的深入研究，其中使用较多的牵引供电系统模型有回路电流模型和节点电压模型。回路电流模型仅适于由接触网、钢轨和回流线组成的简单系统，用于计算接触网与钢轨的电压和电流以及沿接触网的纵向分布状态；节点电压模型适于具有任意拓扑结构的牵引网，且对其他供电制式下的牵引网也适用，应用较为广泛。现有技术中，相关学者将列车视为功率源负荷并基于12脉波整流机组模型，结合多导体传输线模型构建适于不同结构和供电方式的牵引网，但未全面阐述列车在欠压工况下的实际牵引力大小且没有将车-网模型视为整体，忽略了车网实时耦合对列车网压波动的影响，仿真计算结果精确度不高。
技术实现思路
本专利技术所要解决的是采用现有的地铁牵引供电仿真系统列车等效模型仿真计算结果精确度不高的问题。本专利技术通过下述技术方案实现：一种地铁列车运行与牵引供电系统耦合仿真建模方法，包括：基于列车牵引供电系统与列车牵引传动系统之间的耦合关系等效拟化各电力元件属性参数以构建地铁供电系统的车-网耦合仿真计算模型；根据地铁供电系统的车-网耦合仿真计算模型计算列车牵引供电系统的电力潮流值；根据列车牵引供电系统的电力潮流值和列车运行图调整发车间隔以适宜不同运行工况列车准时准点运行。本专利技术提供的仿真建模方法，是基于牵引供电系统与列车牵引传动系统间的耦合关系对牵引供电系统中电力元件进行模拟等效，结合列车牵引传动系统的牵引特性与车网关系，构建地铁供电系统的车-网耦合仿真计算模型，计算牵引供电系统各节点电压、支路电流、牵引网网压与网侧电流等。与现有技术相比，本专利技术能更准确地描述列车与牵引网间的耦合关系，精确有效地描述地铁现场实际线路上多车运行车网实时电耦合现象，对牵引供电系统容量设计及时刻表的编排具有一定的指导作用。进一步地，基于列车牵引供电系统与列车牵引传动系统之间的耦合关系等效拟化各电力元件属性参数以构建地铁供电系统的车-网耦合仿真计算模型包括：将接触轨、直流馈线以及母线视为匀质电阻并将其等效为电阻与导线串联，将牵引变电所等效为直流电压源与电阻串联，将列车视为消耗有功电度与无功电度的功率源负荷；根据列车牵引供电系统拓扑结构图和等效拟化后各电力元件属性参数构建供电系统物理模型，并将供电系统物理模型中的两根钢轨传输线等效为一段含有内阻的电力线；对列车与列车位置进行编号并构建节点导纳矩阵，编号顺序从左到右依次为变电所馈电节点、变电所回流节点、列车取流节点、列车回流节点；根据节点初始化参数创建节点导纳方程U＝Y-1I，其中，I为节点注入电流，U为节点电压，Y为节点导纳矩阵。进一步地，采用节点电压法计算列车牵引供电系统的电力潮流值。进一步地，根据地铁供电系统的车-网耦合仿真计算模型计算列车牵引供电系统的电力潮流值包括：判断本次计算是否为第一次计算，若为第一次计算，设置整流机组工区为第一个工作区间，否则重新确定整流机组的工作特性；根据It＝P/Ut计算列车节点注入电流，其中，It为列车节点注入电流，P为支路功率，Ut为节点注入电压；计算节点注入电流；判断整流机组负荷电流是否满足要求，若整流机组负荷电流不满足要求，重新确定整流机组的工作特性，否则计算各节点电压；判断列车电压是否收敛，若列车电压不收敛重新确定整流机组的工作特性，否则计算列车运行牵引力、联合制动力、基本阻力以及各种附加阻力。进一步地，构建多质点牵引计算模型和计算列车运行牵引力、联合制动力、基本阻力以及各种附加阻力，其中，v为列车运行速度，t为列车运行时间，s为列车运行距离，Ft(v)为列车运行速度为v时的最大牵引力，Bb(v)为列车运行速度为v时的最大制动力，ω0(v)为列车运行单位基本阻力，ut为牵引级位且ut∈[0,1]，ub为制动级位且ub∈[0,1]，ωj(x)为单位线路附加阻力，M为列车质量，g为地球表面的重力加速度。进一步地，根据列车牵引供电系统的电力潮流值和列车运行图调整发车间隔以适宜不同运行工况列车准时准点运行包括：根据列车网侧电压、牵引力以及网侧电流之间的关系建立牵引电机恒转矩运行方程Uu×Iu×t×μ＝Ft(v)×v×t，其中，μ为能量转换效率，Uu为列车网侧电压，Iu为列车网侧电流；根据Uj×Ij＝Ui×Ii获得的值，并根据的值调节列车运行速度及其相应的工况，其中，Uj为j节点电压，Ij为j节点电流，Ui为i节点电压，Ii为i节点电流。本专利技术与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：本专利技术提供的地铁列车运行与牵引供电系统耦合仿真建模方法，将列车嵌入到牵引供电网中构建车-网耦合模型，计算牵引供电系统各节点电压、支路电流、牵引网网压与网侧电流等。本专利技术能更准确地描述列车与牵引网间的耦合关系，精确有效地描述地铁现场实际线路上多车运行车网实时电耦合现象，对牵引供电系统容量设计及时刻表的编排具有一定的指导作用。附图说明此处所说明的附图用来提供对本专利技术实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本专利技术实施例的限定。在附图中：图1是本专利技术实施例的地铁列车运行与牵引供电系统耦合仿真建模方法的流程示意图；图2是本专利技术实施例的地铁双边牵引供电系统的结构示意图；图3是本专利技术实施例的地铁牵引供电系统物理模型示意图；图4是本专利技术实施例的地铁牵引网拓扑结构示意图；图5是本专利技术实施例计算列车牵引供电系统的电力潮流值的流程示意图；图6是本专利技术实施例的地铁列车运行曲线及ATO控车原理示意图；图7是本专利技术实施例的网侧电压与距离曲线示意图；图8是本专利技术实施例的速度与距离曲线示意图；图9是本专利技术实施例的牵引/再生制动力与距离曲线示意图。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本专利技术作进一步的详细说明，本专利技术的示意性实施方式及其说明仅用于解释本专利技术，并不作为对本专利技术的限定。实施例图1是本专利技术实施例的地铁列车运行与牵引供电系统耦合仿真建模方法的流程示意图，所述地铁列车运行与牵引供电系统耦合仿真建模方法包括步骤S1～步骤S3。步骤S1，基于列车牵引供电系统与列车牵引传动系统之间的耦合关系等效拟化各电力元件属性参数以构建地铁供电系统的车-网耦合仿真计算模型。将接触轨、直流馈线以及母线视为匀质电阻并将其等效为电阻与导线串联，将牵引变电所等效为直流电压源与电阻串联，将列车视为消耗有功电度与无功电度的功率源负荷。具体地，根据地铁牵引供电系统组成结构与铁路现场运行实际场景模拟抽象中压变电所、牵引变电所、整流机组、回流线、馈线、牵引网、钢轨、列车等，绘制如图2所示的地铁双边供电系统的结构示意图，根据传输线理论及相关电力元件属性参数与功能特性对图2中的电力元件进行物理特性拟化。根据列车牵引供电系统拓扑结构图和等效拟化后各电力元件属性参数构建供电系统物理模型，并将供电系统物理模型中的两根钢轨传输线等效为一段含有内阻的电力线。构建的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种地铁列车运行与牵引供电系统耦合仿真建模方法，其特征在于，包括：基于列车牵引供电系统与列车牵引传动系统之间的耦合关系等效拟化各电力元件属性参数以构建地铁供电系统的车‑网耦合仿真计算模型；根据地铁供电系统的车‑网耦合仿真计算模型计算列车牵引供电系统的电力潮流值；根据列车牵引供电系统的电力潮流值和列车运行图调整发车间隔以适宜不同运行工况列车准时准点运行。

【技术特征摘要】
1.一种地铁列车运行与牵引供电系统耦合仿真建模方法，其特征在于，包括：基于列车牵引供电系统与列车牵引传动系统之间的耦合关系等效拟化各电力元件属性参数以构建地铁供电系统的车-网耦合仿真计算模型；根据地铁供电系统的车-网耦合仿真计算模型计算列车牵引供电系统的电力潮流值；根据列车牵引供电系统的电力潮流值和列车运行图调整发车间隔以适宜不同运行工况列车准时准点运行。2.根据权利要求1所述的一种地铁列车运行与牵引供电系统耦合仿真建模方法，其特征在于，基于列车牵引供电系统与列车牵引传动系统之间的耦合关系等效拟化各电力元件属性参数以构建地铁供电系统的车-网耦合仿真计算模型包括：将接触轨、直流馈线以及母线视为匀质电阻并将其等效为电阻与导线串联，将牵引变电所等效为直流电压源与电阻串联，将列车视为消耗有功电度与无功电度的功率源负荷；根据列车牵引供电系统拓扑结构图和等效拟化后各电力元件属性参数构建供电系统物理模型，并将供电系统物理模型中的两根钢轨传输线等效为一段含有内阻的电力线；对列车与列车位置进行编号并构建节点导纳矩阵，编号顺序从左到右依次为变电所馈电节点、变电所回流节点、列车取流节点、列车回流节点；根据节点初始化参数创建节点导纳方程U＝Y-1I，其中，I为节点注入电流，U为节点电压，Y为节点导纳矩阵。3.根据权利要求2所述的一种地铁列车运行与牵引供电系统耦合仿真建模方法，其特征在于，采用节点电压法计算列车牵引供电系统的电力潮流值。4.根据权利要求3所述的一种地铁列车运行与牵引供电系统耦合仿真建模方法，其特征在于，根据地铁供电系统的车-网耦合仿真计算模型计算列车牵引供电系统的电力潮流值包括：判断本次计算是否为第一次计算，若为第一次...

【专利技术属性】
技术研发人员：李跃宗，黄成周，
申请(专利权)人：成都运达科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：四川;51