城市轨道交通混合式直流牵引供电系统最优潮流建模方法技术方案

本发明专利技术公开了城市轨道交通混合式直流牵引供电系统最优潮流建模方法，该方法包括：建立混合式直流牵引供电系统的最优潮流模型并确定决策变量；计算混合式直流牵引供电系统中与决策变量有关的中间变量；确定混合式直流牵引供电系统最优潮流模型的优化目标；基于节点注入模型建立混合式直流牵引供电系统最优潮流模型的约束，并基于内点法求解混合式直流牵引供电系统最优潮流模型。本发明专利技术建立混合系统最优潮流分析模型，在含有传统直流以及柔性直流的混合系统中，对传统直流牵引所以及柔直牵引所进行分别建模，充分考虑两类牵引所的运行特性差异，基于混合式直流牵引供电系统最优潮流模型对系统特性进行综合优化，实现混合系统的协调供电。的协调供电。的协调供电。

【技术实现步骤摘要】
城市轨道交通混合式直流牵引供电系统最优潮流建模方法


[0001]本专利技术涉及牵引供电
，尤其涉及城市轨道交通混合式直流牵引供电系统最优潮流建模方法。

技术介绍

[0002]为了适应城市轨道交通不断增长的运力需求以及响应国家节能减排的政策，国内城轨牵引供电系统在较长时期内逐步推广使用二极管整流机组且带再生制动能量回馈装置的供电模式，相较于传统交流牵引供电系统，采用二极管带能馈装置的供电模式不存在负序问题以及由牵引负荷的谐波电流带来的干扰问题，接触网无过分相且列车运行顺畅，但是这种供电模式的缺点是接触网网压波动较大，能馈装置可能拒动，且装置的逆变启动电压难以灵活设定，此外，杂散电流问题尚未得到彻底解决。
[0003]随着大功率电力电子能量变换装置的推广和应用，基于双向变流器的新型柔性直流牵引供电系统正获得广泛关注，大容量双向变流器的引入，使得牵引所功率可以双向流动，通过主动控制实现网压波动的有效抑制，能有效解决再生制动能量利用问题以及杂散电流问题。目前，基于双向变流器的柔性直流供电系统正处于推广和示范阶段，在实现牵引供电系统完全柔性供电之前，二极管带能馈装置供电方式与采用双向变流器的柔性供电方式共存的系统是较为容易实施的过渡方案。
[0004]在传统直流牵引供电系统建模方面，专利1公开了一种只是用实时动态建模方法，其优点是建模自适应好，潮流解算简单快速。其缺点没有考虑牵引所运行特性。专利2公开了一种牵引供电系统运行调度方法，其优点是通过优化发车间隔实现再生能量利用率最大化。在柔性直流牵引供电系统建模方面，专利3公开了一种近似最优潮流建模方法，其优点是使用牵引所电压电流作为优化变量，无需机车量测信息，计算效率快。还公开了一种柔性直流牵引供电系统方案以及其中双向变电所的实现方案，建立城轨柔性供电系统仿真模型，并对典型应用场景下系统功能和性能进行仿真，实现了系统的综合优化。
[0005]目前采用二极管带能馈方式仍然是牵引供电系统广泛使用的供电方式，柔性直流供电方式虽然拥有诸多优势，但许多问题尚处于研究当中，因此现有技术较多针对单一供电方式的系统进行建模分析。尽管同时含二极管带能馈供电方式和基于双向变流器的柔性供电方式混合供电方案已被提出，但是其特性并未得到充分分析，混合系统的建模仍有待进一步研究。

技术实现思路

[0006]本专利技术旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。
[0007]为此，本专利技术提出了一种城市轨道交通混合式直流牵引供电系统最优潮流建模方法，本专利技术建立了混合牵引供电系统潮流分析模型，模型既考虑了含有二极管带能馈装置的传统牵引所，也考虑了含双向变流器的柔性牵引所。为充分发挥柔直牵引所控制能力，建立混合系统最优潮流分析模型，对系统特性进行综合优化，并实现混合系统的协调供电。
[0008]本专利技术的另一个目的在于提出城市轨道交通混合式直流牵引供电系统最优潮流建模装置。
[0009]为达上述目的，本专利技术一方面提出了城市轨道交通混合式直流牵引供电系统最优潮流建模方法，包括：基于系统网络参数和牵引供电系统负荷信息，建立混合式直流牵引供电系统的最优潮流模型并确定决策变量；根据所述系统网络参数与所述决策变量计算混合式直流牵引供电系统中与决策变量有关的中间变量；根据所述中间变量和实际的控制需求，确定混合式直流牵引供电系统最优潮流模型的优化目标；基于节点注入模型建立混合式直流牵引供电系统最优潮流模型的约束，并基于内点法求解所述混合式直流牵引供电系统最优潮流模型。
[0010]本专利技术实施例的城市轨道交通混合式直流牵引供电系统最优潮流建模方法还可以具有以下附加技术特征：进一步地，所述中间变量，包括：传统牵引所电压
‑
电流外特性关系，机车节点和牵引所节点的注入功率、钢轨电位以及接触网电流瞬时值以及有效值。
[0011]进一步地，所述混合式直流牵引供电系统最优潮流模型,包括决策变量、系统状态变量、优化目标以及约束，其中，所述系统状态变量反映系统每一时刻的状态，包括机车的位置和功率，传统牵引所的电压
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电流特性；所述决策变量为机车节点电压或牵引所节点电压，或者，所述决策变量为牵引所节点电压。
[0012]进一步地，所述根据中间变量和实际的控制需求，确定混合式直流牵引供电系统最优潮流模型的优化目标，包括:最小化接触网能量损耗、最小化柔直牵引所耗能；最小化柔直牵引所最大瞬时功率、最小化钢轨电位绝对值最大值、最小化柔直牵引所电压波动、最小化柔直牵引所最大瞬时电流、对于传统牵引所，由于二极管整流电路部分能量本身不可控，因此对于能馈装置，对其逆变启动电压以及反送能量进行优化，所提出的优化目标包括，最优逆变启动电压以及最小化能馈装置反送功率。
[0013]进一步地，建立所述混合式直流牵引供电系统最优潮流模型的等式约束和不等式约束，其中，等式约束包括：机车节点和牵引所节点的注入功率约束、钢轨电位约束以及接触网电流额定值约束，机车功率平衡约束、传统牵引所注入电流约束；不等式约束包括：机车电压上下限约束、柔直牵引所电压上下限约束、传统牵引所上下限约束、牵引所额定容量上下限约束、接触网额定电流上下限约束、钢轨电位上下限约束。
[0014]进一步地，牵引所额定容量为瞬时峰值容量在一定时间内的积分并取平均值，接触网电流为柔直牵引供电系统接触网线路上额定电流，由接触网瞬时电流在一段时间内积分并取平均值得到。
[0015]进一步地，所述系统网络参数，包括接触网单位长度阻抗、钢轨单位长度阻抗、钢轨对地电阻、牵引所数目、牵引所位置信息和机车数目。
[0016]为达到上述目的，本专利技术另一方面提出了一种城市轨道交通混合式直流牵引供电系统最优潮流建模装置，包括：
模型建立模块，用于基于系统网络参数和牵引供电系统负荷信息，建立混合式直流牵引供电系统的最优潮流模型并确定决策变量；变量求解模块，用于根据所述系统网络参数与所述决策变量计算混合式直流牵引供电系统中与决策变量有关的中间变量；模型求解模块，用于目标确定模块，用于根据所述中间变量和实际的控制需求，确定混合式直流牵引供电系统最优潮流模型的优化目标；基于节点注入模型建立混合式直流牵引供电系统最优潮流模型的约束，并基于内点法求解所述混合式直流牵引供电系统最优潮流模型。
[0017]本专利技术实施例的城市轨道交通混合式直流牵引供电系统最优潮流建模方法和装置，建立了混合牵引供电系统潮流分析模型，模型既考虑了含有二极管带能馈装置的传统牵引所，也考虑了含双向变流器的柔性牵引所。为充分发挥柔直牵引所控制能力，建立混合系统最优潮流分析模型，对系统特性进行综合优化，并实现混合系统的协调供电。
[0018]本专利技术附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本专利技术的实践了解到。
附图说明
[0019]本专利技术上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：图1是根据本专利技术实施例的城市轨道交通混合式直流牵引供电系统最本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种城市轨道交通混合式直流牵引供电系统最优潮流建模方法，其特征在于，包括以下步骤：基于系统网络参数和牵引供电系统负荷信息，建立混合式直流牵引供电系统的最优潮流模型并确定决策变量；根据所述系统网络参数与所述决策变量计算混合式直流牵引供电系统中与决策变量有关的中间变量；根据所述中间变量和实际的控制需求，确定混合式直流牵引供电系统最优潮流模型的优化目标；基于优化目标和节点注入模型建立混合式直流牵引供电系统最优潮流模型的约束，并基于内点法求解混合式直流牵引供电系统最优潮流模型。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述中间变量，包括：传统牵引所电压
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电流外特性关系，机车节点和牵引所节点的注入功率、钢轨电位以及接触网电流瞬时值以及有效值。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述混合式直流牵引供电系统最优潮流模型,包括决策变量、系统状态变量、优化目标以及约束，其中，所述系统状态变量反映系统每一时刻的状态，包括机车的位置和功率，传统牵引所的电压
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电流特性；所述决策变量为机车节点电压或牵引所节点电压，或者，所述决策变量为牵引所节点电压。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据中间变量和实际的控制需求，确定混合式直流牵引供电系统最优潮流模型的优化目标，包括:最小化接触网能量损耗、最小化柔直牵引所耗能；最小化柔直牵引所最大瞬时功率、最小化钢轨电位绝对值最大值、最小化柔直牵引所电压波动、最小化柔直牵引所最大瞬时电流、对于传统牵引所，由于二极管整流电路部分能量本身不可控，因此对于能馈装置，对其逆变启动电压以及反送能量进行优化，...

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