一种交流机车再生制动建模方法技术

本发明专利技术公开了一种交流机车再生制动建模方法，首先构建牵引变电所模型、牵引网系统模型、AT所模型、交流机车模型；再将构建的模型按实际的电气耦合关系连接；然后利用牵引计算的方法，检算出列车在已知坡度的下坡道的运行速度，并对其进行受力分析，计算出产生的再生制动功率；最后根据再生制动功率对交流传动系统模型中的转速与负载转矩进行设置，仿真得到在给定坡度下，交流机车在各类工况中吸收或返送的能量分布情况。本发明专利技术通过搭建牵引网链式模型、动车组接地系统及交流传动系统模型，利用牵引计算，将坡道参数与模型中的电气参数相结合；得到在给定坡度下，交流机车在各工况中吸收或返送的能量分布，及牵引网‑动车组系统各位置的电气特性。

A modeling method for regenerative braking of AC locomotive

【技术实现步骤摘要】
一种交流机车再生制动建模方法
本专利技术涉及电气化铁路仿真计算
，具体为一种交流机车再生制动建模方法。
技术介绍
随着西部大开发的实施，运往西藏的物资大幅度增加，西藏原有的以青藏公路为主体的运输通道无论从运能、运量上，还是从运输的快捷、方便上，都远远不能满足经济发展的迫切要求。根据中国交通建设总结出来经验数据，表明轨道交通是目前已知的大能力运输工具，具有大能力、低能耗、低污染、少用地、高可靠性、高安全性、准时、快速等特点；从物质运输来看，一条铁路可以与多条高速公路运输能力相当，并显著降低运输能耗，节省交通用地。拟建川藏铁路线路总长1629km，线路起源于四川成都，由于川藏铁路需要穿越横断山脉，穿越四大山系，横跨五大水系，平均海拔3500米，最高海拔5000米以上，地形高差极大，地质复杂度为世界铁路建设史之最。同时，成都至拉萨约1200km，地形高差达3000m，线路采用长大坡度难以避免。目前我国动车组制动方式都是优先使用再生制动，动车组通过长大下坡道时，需要的再生制动力大，制动时间长，会向电力系统返送大量的再生制动能量，所以研究交流机车在长大下坡道的再生制动过程是很有必要的。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术的目的在于提供一种不仅可以将坡道参数与电气模型相结合，而且可以获得多种工况下交流机车吸收或返送能量的分布情况的再生制动建模方法。技术方案如下：一种交流机车再生制动建模方法，包括以下步骤：步骤1：分别构建牵引变电所模型、牵引网系统模型、AT所模型和交流机车模型；>步骤2：将步骤1所构建的模型按实际的电气耦合关系连接，构成牵引网-动车组系统模型；步骤3：利用牵引计算的方法，检算出列车在已知坡度的下坡道的运行速度，并对其进行受力分析，计算出产生的再生制动功率；步骤4：根据再生制动功率，对交流传动系统模型中的转速与负载转矩进行设置，仿真得到在给定坡度下，交流机车在各类工况中吸收或返送的能量分布情况。进一步的，所述步骤1中牵引网系统模型中牵引网线路采用基于多导线传输理论的链式模型等值，具体过程如下：S11：根据电流支路，将牵引网分割为若干个串联子网；S12：平行的多导体传输线构成子网中的串联支路，以电流支路作断面，断面间的平行多导线以π型电路进行等效；S13：将牵引网分割为N个部分，各平行导体两两互容、互感耦合，按π型电路进行等效；S14：将分割后的各牵引子网按对应端口串联，构成总体链式网络模型。更进一步的，牵引网链式模型导体参数的计算过程如下：S21：获取AT复线牵引供电系统各导体参数；S22：根据Carson公式得到架空线的对地等值自阻抗和两条导线之间的对地等值互阻抗；其中：ri为导线直流电阻，re为大地自身的电阻，Rεi为导线的等效半径，dij为导线i与导线j之间的几何距离，fg为通过导线的电流频率，Dg为地球等效深度，Zii为导线的自阻抗，Zij为导线的互阻抗，σ为土壤电导率。S23：计算导线的自电位系数Pii和两根导线间的互电位系数Pij：式中：ε0为空气的介电常数，dii为导线i的等效半径，hi为导线i到地面的高度，dij为导线i和导线j之间的几何距离，Dij为导线i和j之间的镜像距离。更进一步的，所述交流机车模型包括以下内容：S31：将高压电缆等值为均匀的分布参数模型，将高压电缆线芯等值为电阻电感，且电缆线芯与屏蔽层之间存在电容耦合；S32：将列车的车体等值为串联的阻抗，按列车受电弓所设位置与高压电缆模型相连接；S33：工作接地模型包括车载变压器以及接地碳刷电阻，牵引电流在车载变压器的一次侧通过动车组接地碳刷及接地轮对流入钢轨；S34：将保护接地模型等值为连接车体与钢轨的电阻；S35：交流传动系统模型采用瞬态直接电流控制的二重化脉冲整流器模型、SVPWM调制的两电平牵引逆变器模型以及磁场定向控制的异步电动机模型等值，通过车载变压器取流。更进一步的，所述步骤2中将模型按实际的电气耦合关系连接具体包括以下步骤：S41：将牵引网链式模型切割成若干个牵引子网链式模型，各子网按相应端口串联连接S42：牵引变电所模型按复线AT供电方式与牵引网链式模型相连接，即上、下行的接触网、钢轨、正馈线分别两两相连，保护线与钢轨相连；S43：动车组接地系统模型通过工作接地模型以及保护接地模型与牵引网链式模型并联，连接点处为感性耦合，采用电感电阻进行等值；S44：动车组交流传动系统模型通过车载变压器取流，连接在车载变压器的二次侧。更进一步的，所述步骤3中再生制动功率的计算步骤如下：S51：获取动车组在给定初速度下，经过已知坡度的长大下坡道时的列车监控制动距离；S52：根据步骤S51算得的监控制动距离，检算闭塞分区长度：L闭≥(L制+L防+L附加)/7其中，L制为列车监控制动距离；L防为列车安全防护距离，L附加为系统应变附加时间内所通过的距离，L闭为闭塞分区长度；S53：根据步骤S51以及步骤S52检算得到的监控制动距离和闭塞分区长度，计算列车追踪时间：其中，t附加为列车区间追踪运行附加时间，v区间为列车区间运行速度；3.6是单位换算系数；若计算所得追踪时间超过3min，则列车需进行限速，调整列车区间运行速度v区间，重复步骤S51至步骤S53；若计算所得追踪时间少于3min，列车区间运行速度v区间不变，继续步骤S54；S54：根据步骤S53所得的列车区间运行速度v区间，对列车进行受力分析，计算再生制动力：Bi(v)＝-Mi-Mw0(v)其中，Bi(v)为v速度下的再生制动力；M为列车质量；i为坡度值的千倍；w0(v)为v速度下的列车单位基本阻力；S55：根据步骤S54算得的再生制动力，计算相应的再生制动功率：更进一步的，所述步骤4中交流传动系统模型中的转速与负载转矩设置步骤如下：S61：根据再生制动功率，计算出对应的转速：其中，Ω为转子机械角速度；P为再生制动功率；Te为电磁转矩；m1、p、f、U1分别为定子绕组的相数、极对数、电流频率、相电压；r1和x1σ分别为定子绕组的电阻和漏抗；r′2和x'2σ为转子绕组的电阻和漏抗归算值；s为转差率；C为校正系数；S62：根据步骤S61算得的转速，以及发生再生制动前的电机机械功率，计算出相应的负载转矩：其中，Td为负载转矩；Ω为转子机械角速度；Pstart发生再生制动前的电机机械功率；S63：将步骤S61与步骤S62中计算所得的转速与负载转矩，输入至模型对应参数设置端口，仿真得到在给定坡度下，交流机车在各类工况中吸收或返送的能量分布情况。本专利技术的有益效果是：本专利技术通过搭建完整精细的牵引网链式模型、详细的动车组接地系统以及交流传动系统模型，利用牵引计算，将坡道参数与模型中的电气参数相结合；通过完整的牵本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种交流机车再生制动建模方法，其特征在于，包括以下步骤：/n步骤1：分别构建牵引变电所模型、牵引网系统模型、AT所模型和交流机车模型；/n步骤2：将步骤1所构建的模型按实际的电气耦合关系连接，构成牵引网-动车组系统模型；/n步骤3：利用牵引计算的方法，检算出列车在已知坡度的下坡道的运行速度，并对其进行受力分析，计算出产生的再生制动功率；/n步骤4：根据再生制动功率，对交流传动系统模型中的转速与负载转矩进行设置，仿真得到在给定坡度下，交流机车在各类工况中吸收或返送的能量分布情况。/n

【技术特征摘要】
1.一种交流机车再生制动建模方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：分别构建牵引变电所模型、牵引网系统模型、AT所模型和交流机车模型；
步骤2：将步骤1所构建的模型按实际的电气耦合关系连接，构成牵引网-动车组系统模型；
步骤3：利用牵引计算的方法，检算出列车在已知坡度的下坡道的运行速度，并对其进行受力分析，计算出产生的再生制动功率；
步骤4：根据再生制动功率，对交流传动系统模型中的转速与负载转矩进行设置，仿真得到在给定坡度下，交流机车在各类工况中吸收或返送的能量分布情况。


2.根据权利要求1所述的交流机车再生制动建模方法，其特征在于，所述步骤1中牵引网系统模型中牵引网线路采用基于多导线传输理论的链式模型等值，具体过程如下：
S11：根据电流支路，将牵引网分割为若干个串联子网；
S12：平行的多导体传输线构成子网中的串联支路，以电流支路作断面，断面间的平行多导线以π型电路进行等效；
S13：将牵引网分割为N个部分，各平行导体两两互容、互感耦合，按π型电路进行等效；
S14：将分割后的各牵引子网按对应端口串联，构成总体链式网络模型。


3.根据权利要求2所述的交流机车再生制动建模方法，其特征在于，牵引网链式模型导体参数的计算过程如下：
S21：获取AT复线牵引供电系统各导体参数；
S22：根据Carson公式得到架空线的对地等值自阻抗和两条导线之间的对地等值互阻抗；



其中：ri为导线直流电阻，re为大地自身的电阻，Rεi为导线的等效半径，dij为导线i与导线j之间的几何距离，fg为通过导线的电流频率，Dg为地球等效深度，Zii为导线的自阻抗，Zij为导线的互阻抗，σ为土壤电导率；
S23：计算导线的自电位系数Pii和两根导线间的互电位系数Pij：



式中：ε0为空气的介电常数，dii为导线i的等效半径，hi为导线i到地面的高度，dij为导线i和导线j之间的几何距离，Dij为导线i和j之间的镜像距离。


4.根据权利要求1所述的交流机车再生制动建模方法，其特征在于，所述交流机车模型包括以下内容：
S31：将高压电缆等值为均匀的分布参数模型，将高压电缆线芯等值为电阻电感，且电缆线芯与屏蔽层之间存在电容耦合；
S32：将列车的车体等值为串联的阻抗，按列车受电弓所设位置与高压电缆模型相连接；
S33：工作接地模型包括车载变压器以及接地碳刷电阻，牵引电流在车载变压器的一次侧通过动车组接地碳刷及接地轮对流入钢轨；
S34：将保护接地模型等值为连接车体与钢轨的电阻；
S35：交流传动系统模型采用瞬态直接电流控制的二重化脉冲整流器模型、SVPWM调制的两电平牵引逆变器模型以及磁场定向控制的异步电动机模型等值，通过车载变压器取流。


5.根据权利要求2所述的交流机车再生制动建模方法，其特征在于，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘志刚，章叶心，
申请(专利权)人：西南交通大学，
类型：发明
国别省市：四川;51