用于交流电气化铁路列车供电系统的动态潮流计算方法技术方案

本发明专利技术轨道交通供电技术领域，具体的说是涉及一种用于交流电气化铁路列车供电系统的动态潮流计算方法。本发明专利技术的方法，是基于列车位置和列车功率，将供电系统中外部电源、输电线、牵引变电所、馈线和牵引网进行切面划分，从而构建输电线、馈线和牵引网的链式电路，然后基于链式电路的节点电压方程构建功率源迭代模型，从而得到各个切面节点的电压。本发明专利技术能够更好一体化对列车供电系统进行动态潮流求解，同时考虑公共连接点处多负荷的情形，能够实现PV节点的直接求解，适用于多种场合下的轨道交通供电交流供电系统潮流计算。

【技术实现步骤摘要】
用于交流电气化铁路列车供电系统的动态潮流计算方法
本专利技术属于轨道交通供电
，具体的说是涉及一种用于交流电气化铁路列车供电系统的动态潮流计算方法。
技术介绍
对交流电气化铁路列车供电系统进行动态潮流计算，获取列车负荷过程，对于列车供电系统优化和设计、线路安全运营和资源的合理高效利用等具有重大的工程实际意义[1]。区别于常规电力系统负荷，列车负荷属于单相大功率动态负荷，具有随机波动性和快速移动性等特点；根据线路条件的不同，存在不同的牵引网供电方式，如带回线的直供方式和自耦变压器供电方式，使得牵引网的拓扑结构更为特殊和复杂。因此，不能完全照搬常规潮流计算方法获取电气化铁路的负荷过程。当前研究中未考虑公共连接点处多负荷的情形，通常将外部电源进行等效，重点放在了牵引供电系统的建模上。为了更好一体化对列车供电系统进行动态潮流求解，尤其电网薄弱地区，有必要考虑外部电源和牵引供电系统的联合建模与仿真。此外，伴随着新能源等在轨道交通供电系统中研究与应用的开展，控制方式不同，在进行潮流计算时节点类型也不同，例如PQ节点和PV节点等，采用电流源迭代模型无法直接求解PV节点，有必要构建功率源迭代模型的通用求解模型。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术目的是提供一种交流电气化铁路列车供电系统动态潮流计算方法，同时考虑公共连接点处多负荷的情形，能够实现PV节点的直接求解，适用于多种场合下的轨道交通供电交流供电系统潮流计算。本专利技术的技术方案是：用于交流电气化铁路列车供电系统的动态潮流计算方法，包括以下步骤：S1、输入原始数据，包括线路参数、列车参数和驾驶策略，通过牵引计算获得列车运行图以及相应时刻的列车位置和列车功率；S2、列车供电系统包含依次连接的外部电源、输电线、牵引变电所、馈线和牵引网；以牵引变电所的上一级变电站作为外部电源等效分界点，将外部电源等效为理想电压源串联等效阻抗的形式，等效后的外部电源位于牵引变电所的上一级变电站，通过输电线与牵引变电所连接；对等效后的列车供电系统进行切面划分，构建输电线、馈线和牵引网的链式电路，其中，根据牵引网中的并联元件以及列车的位置确定牵引网切面划分时的间隔，将构建的输电线链式电路定义为第一链式电路，构建的馈线链式电路定义为第二链式电路，构建的牵引网链式电路定义为第三链式电路，即第一链式电路的两端接口分别连接外部电源和牵引变电所，第二链式电路的两端接口分别连接牵引变电所和牵引网，第三链式电路的两端接口分别连接馈线和列车；将第一链式电路对应的切面编号记为1～N1，第二链式电路对应的切面编号记为N1+1～N2，第三链式电路对应的切面编号记为N2+1～N3；等效后的外部电源位于切面1处；牵引变压器一次绕组和二次绕组分别位于切面N1和切面N1+1；第三链式电路中切面N2+p2和N2+p2+1分别为两个供电臂端口对应的切面，p2和p2+1分别为两个供电臂端口距离第三链式电路中切面N2的切面距离；链式电路2中的切面N2由链式电路3中切面N2+p2和N2+p2+1共同构成，即切面N2为公共切面；根据切面之间的连接关系，构建由第一链式电路、第二链式电路和第三链式电路共同构成的列车供电系统的节点电压方程为：I1＝Y1U1(1)其中，I1为列车供电系统中所有节点的节点注入电流矩阵，其中，第三链式电路中的列车处切面的注入节点电流根据列车功率以及列车处的端口电压获取，U1为列车供电系统中所有节点的节点电压矩阵，Y1为列车供电系统中节点与节点之间的导纳形成的节点导纳矩阵；S3、将直供方式或者自耦变压器供电方式中与接触线相连的馈线称为正供电线，将直供方式中与钢轨相连的馈线或者自耦变压器供电方式中与负馈线相连的馈线均称为负供电线；将式(1)中的节点重新排序，得到式(1)的另一种表达方式为：其中，I21由第一链式电路中切面1～N1的节点电流构成；I22由第二链式电路中切面N1+1～N2-1的正供电线节点电流和第三链式电路中的接触线节点电流构成；I23由第二链式电路中切面N1+1～N2-1的负供电线节点电流和第三链式电路中的钢轨节点电流构成；U21由第一链式电路中切面1～N1的节点电压构成；U22由第二链式电路中切面N1+1～N2-1的正供电线节点电压和第三链式电路中的接触线节点电压构成；U23由第二链式电路中切面N1+1～N2-1的负供电线节点电压和第三链式电路中的钢轨节点电压构成；U3由其余节点的节点电压构成的矩阵；Y11为U2中对应节点与节点之间的导纳矩阵；Y12为U2中对应节点与U3中对应节点之间的导纳矩阵；Y21为U3中对应节点与U2中对应节点之间的导纳矩阵；Y22为U3中对应节点与节点之间的导纳矩阵；S4、将式(2)的分块矩阵的第1部分和第2部分方程联立得：式(3)两边均乘以得其中，Z11为U21中对应节点与节点之间的阻抗矩阵；Z12为U21中对应节点与U22中对应节点之间的阻抗矩阵；Z13为U21中对应节点与U23中对应节点之间的阻抗矩阵；Z22为U22中对应节点与节点之间的阻抗矩阵；Z21为U22中对应节点与U21中对应节点之间的阻抗矩阵；Z23为U22中对应节点与U23中对应节点之间的阻抗矩阵；Z33为U23中对应节点与节点之间的阻抗矩阵；Z31为U23中对应节点与U21中对应节点之间的阻抗矩阵；Z32为U23中对应节点与U22中对应节点之间的阻抗矩阵；令IL＝I22＝-I23，UL＝U22-U23，将IL和UL带入式(4)中，得到采用功率源迭代模型基本型求解的节点电压方程为其中，IL为正供电线节点和接触线节点对应的节点电流构成的节点电流矩阵；UL为正供电线节点和负供电线节点之间的电压以及接触线和钢轨之间的电压构成的节点电压矩阵；Z′11＝Z11为U21中对应节点与节点之间的阻抗矩阵；Z′12＝Z12+Z13为U21中对应节点与UL中对应节点之间的阻抗矩阵；Z′21＝Z12-Z13为UL中对应节点与U21中对应节点之间的阻抗矩阵；Z′22＝Z23+Z32-Z22-Z33为UL中对应节点与节点之间的阻抗矩阵；S5、设定式(5)中的节点总数为f，假设任一节点c的注入功率为Pc+jQc，c＝1,2,···，f，Pc为有功功率，Qc为无功功率，j为复数单位，则由式(5)得到节点c的注入功率方程为：其中，d为相应节点的编号，d＝1,2,···，f，和分别为节点c和d的节点电压相量形式，Ycd为节点c和d之间的导纳，()*表示求取共轭；由式(5)得到极坐标下节点c处的有功功率Pc和无功功率Qc的方程为其中，δc和δd分别为节点c和d的电压相角；δcd＝δc-δd；Uc和Ud分别为节点c和d的电压模值；gcd和bcd为Ycd的实部和虚部；∑表示求和；由式(6)得到经过k次计算后，功率源迭代模型基本型的迭代方程为其中，()(k)表示变量的第k次计算结果，其中，k＝0时，表示变量的取值为初值；S6、令设定收敛精度为ε，设定第k本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.用于交流电气化铁路列车供电系统的动态潮流计算方法，其特征在于，包括以下步骤：/nS1、输入原始数据，包括线路参数、列车参数和驾驶策略，通过牵引计算获得列车运行图以及相应时刻的列车位置和列车功率；/nS2、列车供电系统包含依次连接的外部电源、输电线、牵引变电所、馈线和牵引网；以牵引变电所的上一级变电站作为外部电源等效分界点，将外部电源等效为理想电压源串联等效阻抗的形式，等效后的外部电源位于牵引变电所的上一级变电站，通过输电线与牵引变电所连接；对等效后的列车供电系统进行切面划分，构建输电线、馈线和牵引网的链式电路，其中，根据牵引网中的并联元件以及列车的位置确定牵引网切面划分时的间隔，将构建的输电线链式电路定义为第一链式电路，构建的馈线链式电路定义为第二链式电路，构建的牵引网链式电路定义为第三链式电路，即第一链式电路的两端接口分别连接外部电源和牵引变电所，第二链式电路的两端接口分别连接牵引变电所和牵引网，第三链式电路的两端接口分别连接馈线和列车；将第一链式电路对应的切面编号记为1～N

【技术特征摘要】
1.用于交流电气化铁路列车供电系统的动态潮流计算方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、输入原始数据，包括线路参数、列车参数和驾驶策略，通过牵引计算获得列车运行图以及相应时刻的列车位置和列车功率；
S2、列车供电系统包含依次连接的外部电源、输电线、牵引变电所、馈线和牵引网；以牵引变电所的上一级变电站作为外部电源等效分界点，将外部电源等效为理想电压源串联等效阻抗的形式，等效后的外部电源位于牵引变电所的上一级变电站，通过输电线与牵引变电所连接；对等效后的列车供电系统进行切面划分，构建输电线、馈线和牵引网的链式电路，其中，根据牵引网中的并联元件以及列车的位置确定牵引网切面划分时的间隔，将构建的输电线链式电路定义为第一链式电路，构建的馈线链式电路定义为第二链式电路，构建的牵引网链式电路定义为第三链式电路，即第一链式电路的两端接口分别连接外部电源和牵引变电所，第二链式电路的两端接口分别连接牵引变电所和牵引网，第三链式电路的两端接口分别连接馈线和列车；将第一链式电路对应的切面编号记为1～N1，第二链式电路对应的切面编号记为N1+1～N2，第三链式电路对应的切面编号记为N2+1～N3；等效后的外部电源位于切面1处；牵引变压器一次绕组和二次绕组分别位于切面N1和切面N1+1；第三链式电路中切面N2+p2和N2+p2+1分别为两个供电臂端口对应的切面，p2和p2+1分别为两个供电臂端口距离第三链式电路中切面N2的切面距离；链式电路2中的切面N2由链式电路3中切面N2+p2和N2+p2+1共同构成，即切面N2为公共切面；根据切面之间的连接关系，构建由第一链式电路、第二链式电路和第三链式电路共同构成的列车供电系统的节点电压方程为：
I1＝Y1U1(1)
其中，I1为列车供电系统中所有节点的节点注入电流矩阵，其中，第三链式电路中的列车处切面的注入节点电流根据列车功率以及列车处的端口电压获取，U1为列车供电系统中所有节点的节点电压矩阵，Y1为列车供电系统中节点与节点之间的导纳形成的节点导纳矩阵；
S3、将直供方式或者自耦变压器供电方式中与接触线相连的馈线称为正供电线，将直供方式中与钢轨相连的馈线或者自耦变压器供电方式中与负馈线相连的馈线均称为负供电线；将式(1)中的节点重新排序，得到式(1)的另一种表达方式为：



其中，I21由第一链式电路中切面1～N1的节点电流构成；I22由第二链式电路中切面N1+1～N2-1的正供电线节点电流和第三链式电路中的接触线节点电流构成；I23由第二链式电路中切面N1+1～N2-1的负供电线节点电流和第三链式电路中的钢轨节点电流构成；U21由第一链式电路中切面1～N1的节点电压构成；U22由第二链式电路中切面N1+1～N2-1的正供电线节点电压和第三链式电路中的接触线节点电压构成；U23由第二链式电路中切面N1+1～N2-1的负供电线节点电压和第三链式电路中的钢轨节点电压构成；U3由其余节点的节点电压构成的矩阵；Y11为U2中对应节点与节点之间的导纳矩阵；Y12为U2中对应节点与U3中对应节点之间的导纳矩阵；Y21为U3中对应节点与U2中对应节点之间的导纳矩阵；Y22为U3中对应节点与节点之间的导纳矩阵；
S4、将式(2)的分块矩阵的第1部分和第2部分方程联立得：



式(3)两边均乘以得



其中，Z11为U21中对应节点与节点之间的阻抗矩阵；Z12为U21中对...

【专利技术属性】
技术研发人员：王辉，李群湛，刘炜，马庆安，刘童童，金琳，
申请(专利权)人：西南交通大学，
类型：发明
国别省市：四川;51