基于近似最优的柔性直流牵引供电系统动态协同控制方法技术方案

本发明专利技术涉及直流牵引供电系统技术领域，特别涉及一种基于近似最优的柔性直流牵引供电系统动态协同控制方法，包括：获取柔性直流牵引供电系统中牵引所的瞬时直流电压向量和电流向量；根据电路叠加原理对柔性直流牵引供电系统进行分解，基于分解后的柔性直流牵引供电系统对牵引所的瞬时直流电压向量和电流向量进行计算，得到牵引所电流负荷分量；根据牵引所电流负荷分量与牵引所电流协同分量控制指令间的解析映射关系，计算牵引所电流协同分量控制指令，进而基于比例积分和前馈控制求解牵引所电压控制指令，并利用牵引所电压控制指令控制牵引所运行。由此解决了最优控制方法仅考虑稳态建模，无法准确、快速地进行实时控制的问题。问题。问题。

【技术实现步骤摘要】
基于近似最优的柔性直流牵引供电系统动态协同控制方法


[0001]本专利技术涉及直流牵引供电系统
，特别涉及一种基于近似最优的柔性直流牵引供电系统动态协同控制方法。

技术介绍

[0002]轨道交通牵引供电系统为直流和交流两大类型。直流牵引供电系统常见的电压等级有750V，1500V，3000V，常用于城市轨道交通；未来有向9kV，24kV等更高电压等级发展的趋势，从而应用于高速铁路、重载铁路等大功率牵引供电需求的轨道交通场景。传统直流牵引供电系统的核心供电设备为二极管整流机组。柔性直流牵引供电系统基于先进的电力电子技术和系统级协同控制技术，采用的核心供电设备为变流器。变流器有灵活控制直流电压的能力，能够克服常规二极管整流机组在牵引供电时直流电压不可控、电压偏差大等问题。柔性直流牵引供电系统具有降低牵引所峰值容量、减小接触网电压偏差、提高机车再生制动能量利用率等诸多优势，具有广阔的应用前景。
[0003]基于系统级协同控制，柔性直流牵引供电系统中所有的变流器可以功率互济、协同支援，以进一步提升系统的安全性、可靠性、经济性和节能效益。因此，柔性直流牵引供电系统的系统级协同控制方法是一个具有重要价值的技术手段。
[0004]已有的柔性直流牵引供电系统的系统级协同控制方法中的最优控制，采用了稳态的系统稳态建模和控制方法，系统中的状态量之间只满足代数关系。而实际系统中存在线路电感、变流器和机车的动态控制过程，且机车位置实时移动，机车功率呈现100ms级实时变化，因此实际的牵引供电系统运行时刻处于动态变化的过程中。如果建模和控制中仅考虑系统稳态过程，将无法准确、快速地进行实时控制。

技术实现思路

[0005]本专利技术提供一种基于近似最优的柔性直流牵引供电系统动态协同控制方法，以解决相关技术中最优控制方法仅考虑稳态建模，无法准确、快速地进行实时控制的问题。
[0006]本专利技术第一方面实施例提供一种基于近似最优的柔性直流牵引供电系统动态协同控制方法，包括以下步骤：获取柔性直流牵引供电系统中牵引所的瞬时直流电压向量和瞬时直流电流向量；根据电路叠加原理对所述柔性直流牵引供电系统进行分解，基于分解后的柔性直流牵引供电系统，对所述牵引所的瞬时直流电压向量和瞬时直流电流向量进行计算，得到牵引所电流的负荷分量；根据所述牵引所电流的负荷分量与牵引所电流协同分量控制指令间的解析映射关系，计算所述牵引所电流协同分量控制指令；根据所述牵引所电流协同分量控制指令，基于比例积分和前馈控制求解牵引所电压控制指令，并利用所述牵引所电压控制指令控制牵引所运行。
[0007]在本专利技术的一个实施例中，根据电路叠加原理对所述柔性直流牵引供电系统进行分解，包括：设定所述柔性直流牵引供电系统中的机车为电流源，牵引所为电压源，牵引所电压分解为共模电压和差模电压，将所述柔性直流牵引供电系统分解为负荷子系统和协同
子系统，其中，所述负荷子系统仅保留表示机车能量需求的电流源和表示牵引所共模电压的电压源，在所述协同子系统中，仅保留表示牵引所差模电压的电压源。
[0008]在本专利技术的一个实施例中，基于分解后的柔性直流牵引供电系统，对所述牵引所的瞬时直流电压向量和瞬时直流电流向量进行计算，得到牵引所电流的负荷分量，包括：基于所述分解后的柔性直流牵引供电系统，将所述牵引所的瞬时直流电压向量和瞬时直流电流向量分别分解为：U
s
=U
s_cm
+U
s_dm
I
s
=I
s_nd
+I
s_cc
其中，U
s
为牵引所的瞬时直流电压向量，I
s
为牵引所的瞬时直流电流向量，U
s_cm
为牵引所电压的共模分量向量，U
s_dm
为牵引所电压的差模分量向量，I
s_nd
为牵引所电流的负荷分量向量，I
s_cc
为牵引所电流的协同分量向量；根据分解后的牵引所的瞬时直流电压向量得到所述牵引所电压的差模分量向量，基于基尔霍夫电压定律，根据所述牵引所电压的差模分量向量计算支路电压向量；根据所述支路电压向量U
b_cc
求解协同子系统的牵引网电流向量I
c_cc
：其中，I
ci_cc
和U
bi_cc
分别表示向量I
c_cc
和U
b_cc
中的第i个元素，λ
i
为第i个牵引所和第i+1个牵引所之间支路的时间常数，λ
i
=(l
ci
+l
ri
)/(r
ci
+r
ri
)，r
ci
为协同子系统中第i个和第i+1个牵引所之间接触网的电阻，r
ri
为协同子系统中第i个和第i+1个牵引所之间钢轨的电阻，t为时间，l
ci
为协同子系统中第i个和第i+1个牵引所之间接触网的电感，l
ri
为协同子系统中第i个和第i+1个牵引所之间钢轨的电感，为积分变量；基于基尔霍夫电压定律，根据所述协同子系统的牵引网电流向量计算所述牵引所电流的协同分量向量，并根据所述牵引所的电流向量分解结果得到所述牵引所电流的负荷分量向量。
[0009]在本专利技术的一个实施例中，根据所述牵引所电流的负荷分量与牵引所电流协同分量控制指令间的解析映射关系，计算所述牵引所电流协同分量控制指令，包括：对于需要被协同支援的牵引所，若第i个牵引所电流的负荷分量I
si_nd
大于第i个牵引所电流上限I
si_lim
，则第i个牵引所电流协同分量控制指令I
si_cc*
为：I
si_cc*
=I
si_lim
‑
I
si_nd
若第i个牵引所电流的负荷分量I
si_nd
小于负的第i个牵引所电流上限I
si_lim
，则第i个牵引所电流协同分量控制指令I
si_cc*
为：I
si_cc*
=
‑
I
si_lim
‑
I
si_nd
若第i个牵引所电流的负荷分量I
si_nd
与第i个牵引所动力照明负载电流I
auxi
之和小于0，则第i个牵引所电流协同分量控制指令I
si_cc*
为：I
si_cc*
=
‑
I
auxi
‑
I
si_nd
对于提供协同支援的牵引所，第i个牵引所电流协同分量控制指令通过就近原则进行计算。
[0010]在本专利技术的一个实施例中，所述牵引所电流协同分量控制指令通过就近原则进行计算，包括：若从第m个牵引所到第m+z个牵引所需要协同支援，则仅由第m
‑
1个牵引所和本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于近似最优的柔性直流牵引供电系统动态协同控制方法，其特征在于，包括以下步骤：获取柔性直流牵引供电系统中牵引所的瞬时直流电压向量和瞬时直流电流向量；根据电路叠加原理对所述柔性直流牵引供电系统进行分解，基于分解后的柔性直流牵引供电系统，对所述牵引所的瞬时直流电压向量和瞬时直流电流向量进行计算，得到牵引所电流的负荷分量；根据所述牵引所电流的负荷分量与牵引所电流协同分量控制指令间的解析映射关系，计算所述牵引所电流协同分量控制指令；根据所述牵引所电流协同分量控制指令，基于比例积分和前馈控制求解牵引所电压控制指令，并利用所述牵引所电压控制指令控制牵引所运行。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据电路叠加原理对所述柔性直流牵引供电系统进行分解，包括：设定所述柔性直流牵引供电系统中的机车为电流源，牵引所为电压源，牵引所电压分解为共模电压和差模电压，将所述柔性直流牵引供电系统分解为负荷子系统和协同子系统，其中，所述负荷子系统仅保留表示机车能量需求的电流源和表示牵引所共模电压的电压源，在所述协同子系统中，仅保留表示牵引所差模电压的电压源。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，基于分解后的柔性直流牵引供电系统，对所述牵引所的瞬时直流电压向量和瞬时直流电流向量进行计算，得到牵引所电流的负荷分量，包括：基于所述分解后的柔性直流牵引供电系统，将所述牵引所的瞬时直流电压向量和瞬时直流电流向量分别分解为：U
s
=U
s_cm
+U
s_dm
I
s
=I
s_nd
+I
s_cc
其中，U
s
为牵引所的瞬时直流电压向量，I
s
为牵引所的瞬时直流电流向量，U
s_cm
为牵引所电压的共模分量向量，U
s_dm
为牵引所电压的差模分量向量，I
s_nd
为牵引所电流的负荷分量向量，I
s_cc
为牵引所电流的协同分量向量；根据分解后的牵引所的瞬时直流电压向量得到所述牵引所电压的差模分量向量，基于基尔霍夫电压定律，根据所述牵引所电压的差模分量向量计算支路电压向量；根据所述支路电压向量U
b_cc
求解协同子系统的牵引网电流向量I
c_cc
：其中，I
ci_cc
和U
bi_cc
分别表示向量I
c_cc
和U
b_cc
中的第i个元素，λ
i
为第i个牵引所和第i+1个牵引所之间支路的时间常数，λ
i
=(l
ci
+l
ri
)/(r
ci
+r
ri
)，r
ci
为协同子系统中第i个和第i+1个牵引所之间接触网的电阻，r
ri
为协同子系统中第i个和第i+1个牵引所之间钢轨的电阻，t为时间，l
ci
为协同子系统中第i个和第i+1个牵引所之间接触网的电感，l
ri
为协同子系统中第i个和第i+1个牵引所之间钢轨的电感，为积分变量；基于基尔霍夫电压定律，根据所述协同子系统的牵引网电流向量计算所述牵引所电流
的协同分量向量，并根据所述牵引所的电流向量分解结果得到所述牵引所电流的负荷分量向量。4...

【专利技术属性】
技术研发人员：李笑倩，陆超，李占赫，魏应冬，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：