电气化铁道牵引变电所负荷的评估方法技术

本发明专利技术公开了电力系统和牵引供电系统负荷评估技术领域中的一种电气化铁道牵引变电所负荷的评估方法，用于解决目前负荷分析中无法反映波动性和随机性的问题。技术方案是所述方法包括：构建牵引变电所电力机车的有功功率概率模型，利用模拟退火算法辨识有功功率概率模型参数，构建牵引变电所电力机车的无功功率概率模型，利用模拟退火算法辨识无功功率概率模型参数，验证牵引变电所负荷概率模型；有功功率概率模型的构建，依据行车数量和每台电力机车发挥的功率。本发明专利技术刻画了牵引变电所有功功率和无功功率的统计特性，可直接用于概率潮流计算，或为电力系统仿真分析提供负荷数据。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于电力系统和牵引供电系统负荷评估
，尤其涉及一种电气化铁 道牵引变电所负荷的评估方法。
技术介绍
随着电气化铁道的快速建设以及大功率电力机车和高速动车组的大量上线运行， 电气化铁道与电力系统的相互影响日益受到人们的重视。构建牵引变电所的负荷模型对电 气化铁道负荷预测、电能质量分析和电网运行优化有重要意义。牵引负荷最大的特点是随机波动性，这使得准确描述牵引负荷变得十分困难。关 于牵引负荷建模的研究国内外开展得都不多。文献1(康.古.马克瓦尔特著，袁则富、何其 光译，电气化铁道供电，西南交通大学出版社，1989. 246-301)对牵引负荷的数字特征进行 了较为详细的分析，提出多台同类型机车取用相等电流时，馈线电流的分布服从正态分布， 并指出由于受到列车密度的影响，电流分布曲线不对称，用正态分布描述将造成较大误差。 文献2 (李群湛，电气化铁道并联综合补偿及其应用，中国铁道出版社，1993. 6-13)进一步 提出牵引馈线电流具有有界性、连续性、单峰性和非对称性，并利用分段函数描述其概率密 度。然而，由于不同牵引变电所的负荷差异较大，分段函数的通用性不强。文献3(Ho，T. K.， Chi, Y. L. 1，Wang, J.，et al，Probabilistic load flow in AC electrified railways, IEE Proceedings :Electric Power Applications，ν 152，η 4，ρ 1003-1013，July 2005) 针对AT和BT供电方式电气化铁道进行了仿真分析，统计分析了有功、无功、视在功率及网 压的概率分布，提出了利用蒙特卡洛等随机方法模拟牵引负荷分布的思路，但没有给出具 体技术细节。早期研究牵引负荷的分布规律时通常不考虑功率因数的变化，只分析馈线电流的 分布特征，如文献1和文献2。然而，不同类型电力机车的功率因数差异较大，同一电力机车 的功率因数随有功功率的变化也很大，这使得馈线电流的分布呈现一定复杂性，很难用统 一的函数形式准确描述不同区段的馈线电流分布。本文针对电气化铁路的运行特点，直接统计和分析牵引变电所有功功率和无功功 率的分布规律，利用综合测辨法(李培强、李欣然、林舜江，电力负荷建模研究述评，电力系 统及其自动化学报，2008，20 (5). 56-64)构建了牵引变电所的负荷概率模型，建立了多元目 标函数，给出了利用模拟退火算法进行参数辨识的方法和步骤，并进行了实例求解和验证。
技术实现思路
本专利技术的目的在于，针对当前电气化铁道牵引负荷分析中，只采用一个固定负荷 (即有功功率和无功功率不变)描述牵引负荷，无法反映其波动性和随机性的问题，提出一 种，通过直接统计和分析牵引变电所有功功率和无 功功率的分布规律，构建牵引变电所的负荷概率模型，并利用模拟退火算法进行参数辨识， 实现对变电所负荷的描述。技术方案是，一种，其特征是所述方法包 括步骤1 构建牵引变电所电力机车的有功功率概率模型；步骤2 利用模拟退火算法辨识有功功率概率模型参数；步骤3 构建牵引变电所电力机车的无功功率概率模型；步骤4 利用模拟退火算法辨识无功功率概率模型参数；步骤5 验证牵引变电所负荷概率模型。所述构建牵引变电所电力机车的有功功率概率模型具体包括步骤11 利用运行图法或者实测法，确定牵引变电所行车数量计算公式为 mk 約，σ,2);其中，k是仿真时步，m为当前时刻供电区段内的行车数量；步骤12 分析牵引变电所电力机车的有功功率，确定有功功率的计算公式为 Λ,,Λ^^,σ〗);其中，k是仿真时步，i为电力机车序号，ρ为其有功功率；步骤13 根据行车数量和每台电力机车发挥的功率，确定牵引变电所电力机车的…k有功功率概率模型为巧Σ =Σ凡；其中，Pks为第k步仿真时刻变电所的总有功功率。i=l所述牵引变电所电力机车的无功功率概率模型具体是 其中，Yi是当前电力机车的待求功率因数，外、(P2、约分别是交直型无补偿、交 直型有补偿、交直交型三种电力机车的功率因数瞬时值，frnd则根据三种车型数量比例对以 上三个功率因数进行随机选取。所述功率因数瞬时值计算公式为#(x) = a(l-e_fa)，x是电力机车的有功功率，a、 b为系数。所述利用模拟退火算法辨识有功功率概率模型参数以及无功功率概率模型参数 具体包括步骤21 设置初始温度、降温系数和终止温度；步骤22:设置初始值；步骤23 执行外层循环，并判断是否达到终止温度，如果达到，则跳至第步骤27 ； 否则，执行步骤24;步骤24 产生邻域；步骤25 执行定长内循环，计算出多个有功功率值，并选取最优解；步骤26 进行降温，跳至步骤23 ；步骤27 输出全局最优解。本专利技术结合电气化线路及电力机车的运行规律，构建了牵引变电站负荷概率模 型，所建负荷概率模型克服了常用负荷模型无法反映其波动性和随机性的问题，刻画了牵 引变电所有功功率和无功功率的统计特性，可直接用于概率潮流计算，或为电力系统仿真 分析提供负荷数据。附图说明图1是流程图；图2是动车组有功功率的概率分布图；图3是图2有功功率概率密度函数的拟合结果表；图4是林木牵引变电所的实测有功功率的概率分布以及根据正态分布函数进行 曲线拟合的示意图；图5是安定牵引变电所的实测有功功率的概率分布以及根据正态分布函数进行 曲线拟合的示意图；图6是三界牵引变电所的实测有功功率的概率分布以及根据正态分布函数进行 曲线拟合的示意图；图7是泰山牵引变电所的实测有功功率的概率分布以及根据正态分布函数进行 曲线拟合的示意图；图8是京沪线某变电所供电区间列车数量的概率分布图；图9是有功功率概率分布的实测与仿真结果对比图；图10是有功功率概率分布的实测与仿真结果对比表；图11是无功功率概率分布的实测与仿真对比图；图12是郭店变电所有功功率的实测与仿真结果对比图；图13是郭店变电所有功功率的实测与仿真结果对比表。具体实施例方式下面结合附图，对优选实施例作详细说明。应该强调的是，下述说明仅仅是示例性 的，而不是为了限制本专利技术的范围及其应用。图1是流程图。图1中，本专利技术提供的方 法包括步骤1 构建牵引变电所电力机车的有功功率概率模型。牵引变电所的供电区段一般为40 60km，区段内线路的坡度、曲线、限速等条件 都比较稳定。因此，单一列车在固定区段内的出力往往集中于几个功率区间，当样本数量足 够大时，有功功率在这些区间内近似服从正态分布。图2是动车组有功功率的概率分布图， 采样间隔为1秒。选取正态分布公式如下F(x)=1/√2πaexp(1)式中，χ为有功功率，σ为方差，μ为有功功率均值。利用最小二乘法进行非线性 曲线拟合，得到结果如图3所示，图3是图2有功功率概率密度函数的拟合结果表，其中R2 为决定系数。从图3中可以看出，数据相关系数很高，说明吻合程度比较好。可见，列车的 有功功率可以视作在若干个功率区间内服从正态分布。在同一个变电所的供电区段内，假设同时有多列动车组正在运行，在某一功率取 值下，单列动车组的有功功率服从某一个正态分布，由于变电所总有功功率为独立取值的 多个动车组有功功率的线性叠加，根据正态分布的特性，变电所总有功功率在一定时间周期内(通常为一本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电气化铁道牵引变电所负荷的评估方法，其特征是所述方法包括：步骤１：构建牵引变电所电力机车的有功功率概率模型；步骤２：利用模拟退火算法辨识有功功率概率模型参数；步骤３：构建牵引变电所电力机车的无功功率概率模型；步骤４：利用模拟退火算法辨识无功功率概率模型参数；步骤５：验证牵引变电所负荷概率模型。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：杨少兵，吴命利，
申请(专利权)人：北京交通大学，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]