一种电气化轨道交通列车仿真模拟方法技术

本发明专利技术提供了一种电气化轨道交通列车仿真模拟方法，包括以下步骤：获取仿真计算所需的参数和函数；建立列车等效电路模型；初始化列车等效电路模型各元件的设置状态或参数；在本次仿真步长下，获取当前列车接触网电压、当前列车直流母线电压、当前应急电源储能量、列车运行需要的电机功率、辅助设备运行需要的辅助功率，结合参数和函数计算本次仿真步长的列车等效电路模型各元件的设置状态或参数；进行下一个仿真步长直至仿真结束。本发明专利技术采用广义的列车等效电路模型，无需搭建变流器、斩波器等复杂设备的主电路和控制电路，可以准确模拟列车在接触网供电、应急电源供电、停止供电等不同工况下的复杂动态特性和状态切换。不同工况下的复杂动态特性和状态切换。不同工况下的复杂动态特性和状态切换。

【技术实现步骤摘要】
一种电气化轨道交通列车仿真模拟方法


[0001]本专利技术属于轨道交通仿真
，特别涉及一种电气化轨道交通列车仿真模拟方法。

技术介绍

[0002]列车是电气化轨道交通供电系统的重要负荷。多辆列车可能同时运行于同一条电气化轨道交通，并且具有不同的驾驶模式和参数。所有列车的动态特性都影响整个供电系统的动态特性。在对于电气化轨道交通供电系统的潮流仿真计算中，列车的模拟方法将影响整个供电系统仿真计算的速度和精确度。
[0003]列车连接于接触网和钢轨之间，图1是电气化轨道交通列车的电气回路示意图。
[0004]列车高压断路器可以控制列车与接触网之间的电气连通与关断。当接触网电压低于列车低压保护启动阈值U
min
或高于列车高压保护启动阈值U
max
时，高压断路器断开列车与接触网之间的电气连通。
[0005]电机变流器可以控制能量在列车直流母线和电机之间的双向流动。当列车牵引运行时，电机变流器为电机提供牵引功率，能量从直流母线侧传输至电机侧；当列车制动运行时，电机变流器反馈电机产生的制动功率，能量从电机侧返送回直流母线侧。电机变流器在控制上会基于直流母线电压u
dc
设置电机牵引功率限制函数p
t_max
(u
dc
)和电机制动功率限制函数p
r_max
(u
dc
)，其作用是当直流母线电压较低或较高时，限制电机的最大牵引功率和最大制动功率。
[0006]辅助变流器主要给列车的辅助设备供电，包括空调、通风、照明、插座、车门控制、广播等。
[0007]电阻斩波器设置车载电阻功率调控函数p
b
(u
dc
)，基于直流母线电压u
dc
实时调节车载电阻的投入功率。一般而言，当直流母线电压u
dc
较低时，车载电阻投入功率为0；当直流母线电压u
dc
因为电机反馈制动功率而抬升时，车载电阻投入功率开始逐渐增大，从而吸收电机制动功率，抑制直流母线电压上升。
[0008]应急电源开关用于控制应急电源是否投入使用。当接触网电压过高或过低时，高压断路器断开列车直流母线与接触网之间的电气连通。这时，应急电源投入使用，继续为列车电机和辅助设备供电，维持列车继续运行一段距离。
[0009]从上述分析可以看出，电气化轨道交通列车具备复杂的电路结构，电机变流器、辅助变流器、电阻斩波器、应急电源开关等设备均具备复杂的动态特性。电气化轨道交通供电系统具有大量列车、供电设备以及负荷。如果对于每个列车的建模太过详细，例如搭建含有大量电力电子器件的变流器、斩波器等复杂设备的主电路和控制电路，那么电气化轨道交通供电系统的潮流仿真计算将需要大量计算资源，并且将大幅降低计算速度。但如果对于每个列车的建模太过简单，又缺乏仿真精确度，无法反映列车内部电机支路、辅助设备支路、车载电阻支路、应急电源支路的动态特性和潮流分布计算结果。因此，有必要研究一种广义的电气化轨道交通列车仿真模拟方法，既满足仿真模拟精度需求，又避免占用大量计
算资源。
[0010]目前传统的电气化轨道交通列车仿真模拟方法，基本是采用纯功率源、电压源或电阻等简单的模型来等效整个列车，无法精确模拟列车内部电机支路、辅助设备支路、车载电阻支路、应急电源支路的动态特性和潮流分布计算结果。当列车断开与接触网的电气连通时，传统的电气化轨道交通列车仿真模拟方法基本是采用无穷大电阻或者直接移除列车的等效模拟方法。这种模拟方法虽然可以等效列车无法继续从接触网取流的特征，但无法正确模拟出列车继续采用应急电源供电和移动的行为，也无法正确模拟出列车内部各支路持续的潮流分布计算结果。

技术实现思路

[0011]本专利技术针对现有技术中存在的技术问题，提供一种电气化轨道交通列车仿真模拟方法，采用广义的列车等效电路模型，无需搭建变流器、斩波器等复杂设备的主电路和控制电路，可以准确模拟列车在接触网供电、应急电源供电、停止供电等不同工况下的复杂动态特性和状态切换。
[0012]本专利技术采用的技术方案是：一种电气化轨道交通列车仿真模拟方法，包括以下步骤：S1：获取仿真计算所需的参数和函数，所述参数包括列车低压保护启动阈值U
min
、列车高压保护启动阈值U
max
、应急电源输出电压u
s
、应急电源等效内阻r
s
、应急电源储能量下限E
s_min
，所述函数包括列车电机牵引功率限制函数p
t_max
(u
dc
)、列车电机制动功率限制函数p
r_max
(u
dc
)、车载电阻功率调控函数p
b
(u
dc
)；S2：建立列车等效电路模型，所述列车等效电路模型包括电机支路、辅助设备支路、车载电阻支路、应急电源支路和开关K
hv
，所述电机支路、辅助设备支路、车载电阻支路、应急电源支路并联后与开关K
hv
串联，所述电机支路采用电流源I
m
模拟，辅助设备支路采用电流源I
a
模拟，车载电阻支路采用电流源I
r
模拟，应急电源支路采用串联的开关K
s
、电阻R
s
和电压源U
s
模拟；S3：初始化列车等效电路模型各元件的设置状态或参数；S4：在本次仿真步长下，获取当前列车接触网电压u
pan
、当前列车直流母线电压u
dc
、当前应急电源储能量E
s
、列车运行需要的电机功率p
m
、辅助设备运行需要的辅助功率p
a
，结合步骤S1中的参数和函数计算本次仿真步长的列车等效电路模型各元件的设置状态或参数；具体计算过程为：S4.1：判断是否成立：若成立，则列车为接触网供电状态，开关K
hv
为闭合状态，开关K
s
为断开状态，电流
源I
m
的电流值为，电流源I
a
的电流值为，电流源I
r
的电流值为，电压源U
s
的电压值为u
s
、电阻R
s
的电阻值为r
s
，本次仿真步长计算结束，进入S5；若不成立，则进入S4.2；S4.2：判断是否成立，若成立，则列车为应急电源供电状态，开关K
hv
为断开状态，开关K
s
为闭合状态，电流源I
m
的电流值为，电流源I
a
的电流值为，电流源I
r
的电流值为，电压源U
s
的电压值为u
s
、电阻R
s
的电阻值为r
s
，本次仿真步长计算结束，进入S5；若不成立，则本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电气化轨道交通列车仿真模拟方法，其特征在于：包括以下步骤：S1：获取仿真计算所需的参数和函数，所述参数包括列车低压保护启动阈值U
min
、列车高压保护启动阈值U
max
、应急电源输出电压u
s
、应急电源等效内阻r
s
、应急电源储能量下限E
s_min
，所述函数包括列车电机牵引功率限制函数p
t_max
(u
dc
)、列车电机制动功率限制函数p
r_max
(u
dc
)、车载电阻功率调控函数p
b
(u
dc
)；S2：建立列车等效电路模型，所述列车等效电路模型包括电机支路、辅助设备支路、车载电阻支路、应急电源支路和开关K
hv
，所述电机支路、辅助设备支路、车载电阻支路、应急电源支路并联后与开关K
hv
串联，所述电机支路采用电流源I
m
模拟，辅助设备支路采用电流源I
a
模拟，车载电阻支路采用电流源I
r
模拟，应急电源支路采用串联的开关K
s
、电阻R
s
和电压源U
s
模拟；S3：初始化列车等效电路模型各元件的设置状态或参数；S4：在本次仿真步长下，获取当前列车接触网电压u
pan
、当前列车直流母线电压u
dc
、当前应急电源储能量E
s
、列车运行需要的电机功率p
m
、辅助设备运行需要的辅助功率p
a
，结合步骤S1中的参数和函数计算本次仿真步长的列车等效电路模型各元件的设置状态或参数；计算过程为：S4.1：判断是否成立：若成立，则列车为接触网供电状态，开关K
hv
为闭合状态，开关K
s
为断开状态，电流源I
m
的电流值为，电流源I<...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈怀鑫，李力鹏，王立天，肖立君，于晓杰，杨建兴，王世峰，韩喆，刘芊，张昊然，陈敏，孔清，
申请(专利权)人：中铁电气化勘测设计研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：