本发明专利技术公开了一种机车和牵引网与电力系统耦合的仿真方法。该仿真方法首先将牵引网计算与电力系统潮流计算相结合，牵引网与电力系统每迭代计算到一个稳态结果，进行该稳态结果下的电力机车仿真，然后用电力机车的仿真结果对牵引网与电力系统进行修正计算，直至电力机车、牵引网、电力系统三者均达到稳态。本发明专利技术提出的一种机车和牵引网与电力系统耦合的仿真方法与已有的牵引网计算方法相比，该方法充分考虑了机车、电力系统对牵引网计算的影响，在保持较好的计算效率的前提下，大大提高了牵引网计算结果的准确性，使牵引网计算的结果更符合实际情况，满足了铁路／电力相关部门对牵引供电品质评价、电能质量评估的需要。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于电气化铁道的运行、仿真与牵引供电品质分析领域，尤其涉及一种机 车和牵引网与电力系统耦合的仿真方法。
技术介绍
近年来，我国高速铁路事业得到了迅猛的发展，京津城际客运专线、武广客运专线 等高速铁路的建成通车，标志着我国高速铁路技术进入了新的发展阶段。牵引供电品质作 为电气化高速铁路高效、安全运行的保障，已成为学术界、工程界研究的热点。目前牵引供电品质分析领域中广泛使用的方法是对牵引网的一个供电臂建立链 式网络，根据电力机车所在位置的注入电流，求解一段供电臂的牵引网电压分布。该方 法具有以下缺点(1)牵引网不同供电臂之间并非完全电气绝缘，存在相互影响；(2)电力 机车的注入电流为该速度在额定电压下的工程经验值，并没有考虑牵引网电压对电流的影 响，使电力机车的注入电流与实际值偏差较大；(3)忽略了电力系统对牵引变压器二次侧 电压幅值和相角的影响，使分析结果不完全正确。在文献中，分析了牵引负荷对电力系统公用电网的谐波、负序的影响，虽然 考虑了牵引负荷对电力系统的影响，而且对含有特定型号电力机车的牵引负荷建立了谐波 电流源模型和负序模型，但是建立谐波电流源模型和负序模型，需要基于大量的实测数据 或仿真结果，而且仅仅考虑了牵引负荷对电力系统的影响，而忽略了电力系统与牵引负荷 的相互影响。然而在实际研究中，需要能对含不同型号电力机车的牵引网供电品质进行研 究，且要有较好的经济性、可行性和正确性。相关文献姚楠.电气化铁道牵引网基波与谐波模型研究.北京北京交通大学， 2008.胡航帆.电气化铁路牵引负荷的谐波源模型研究.长沙湖南大学，2009.吴命利，李群湛.电牵引负荷谐波在三相电力系统中的分布计算——算法、程 序设计与算例·铁道学报，1999，21 (4) 105-108.李晴.牵引负荷谐波负序在电力系统中分布计算的研究.北京北京交通 大学，2008.赵健，张有兵，刘志坚，郭磊.基于列车运行图法的AT牵引供电系统负序影响 ·机电工程，2009，26 (6) 92-9
技术实现思路
本专利技术的目的是为了充分考虑牵引网与电力机车、电力系统公用电网的相互影 响，区别于已有的牵引网供电品质分析程序将电力机车注入电流和牵引负荷谐波电流为已 知常量的分析方法，提供。机车和牵引网与电力系统耦合的仿真方法包括如下步骤1)读取电网数据和牵引网数据，根据牵引变压器的V/v接线方式、Scott接线方 式、Υ/Δ接线方式或平衡阻抗接线方式，建立牵引网与电力系统的电压_功率交互关系V牵=f(V电，k，V牵β)S 电=f (V牵，I 牵，Sb)式中V牵——牵引变压器二次侧电压V电——牵弓丨变压器一次侧电压k——牵引变压器变比V牵β——牵弓丨变压器二次侧基准电压I牵——牵弓丨变压器二次侧电流 S电——牵弓I变压器视在功率Sb——基准功率；2)根据牵引网导线的型号和空间位置计算牵引网的集中式参数，根据列车运行图 使用查表-插值的方法计算列车的位置和速度，考虑牵引网上的电气设备及接地装置，根 据电磁场理论，计算牵引网的链式网络导纳矩阵；3)根据电力系统的拓扑结构和电气参数，由输电线路、电力变压器、发电机、负荷 的等效阻抗值计算电力系统的三相导纳矩阵；4)机车采用平启动的方式，牵引网计算机车注入电流为一给定值，电流幅值 0-100A，相角为0度；5)在已知机车注入到牵弓I网的电流的条件下，用牛顿法进行牵弓I网与电力系统耦 合的三相潮流计算，直至迭代到电力系统的各条母线的三相电压值与上次迭代的电力系统 的各条母线的三相电压值之差的绝对值中的最大值小于指定误差阈值，计算得到电力系统 的各母线电压和牵引网的沿线电压分布；6)根据牵引网在电力机车位置的电压，以及电力机车的速度，运行电力机车的仿 真程序，仿真得到电力机车在该速度、电压条件下的电力机车注入电流幅值和相角；7)将机车仿真得到的电力机车注入电流幅值和相角，更新第五步的电力机车注入 电流值，重复第五步和第六步，直到迭代到牵引变压器电流值与上次迭代的牵引变压器电 流值之差的绝对值中的最大值小于指定误差阈值。所述的步骤2)包括对长度为1的均勻传输线路，其η型等值电路参数为 式中之——分布式阻抗参数矩阵γ——分布式导纳参数矩阵由π型等值电路参数，计算牵引网的链式网络导纳矩阵 式中=Zi——第i段导线π型等值阻抗Yi——第i段导线π型等值导纳。所述的步骤3)包括电力系统的三相导纳矩阵Y按照下面的定义形成对角元素7(3^)(3^)，i = 1，-η ；m = 1，2，3是连接节点i，m相的所有导纳之 和；非对角元素y(3 _m)⑶j_n)，i = 1，…η ;m = 1，2，3是连接节点i和连接节点j之间， m相和η相之间导纳的相反数。所述的步骤5)包括根据机车的注入电流幅值、相角和步骤2)形成的牵引网链式网络导纳矩阵，列写牵引网计算的节点电压方程 进行牵引网计算。根据牵引网计算得到的牵引变电压与牵引变电流，利用步骤1) 建立的牵引网与电力系统的电压-功率关系，计算牵引变三相功率。利用牵引网计算得到的牵引变三相功率及步骤3)得到的电力系统三相导纳矩 阵，列写电力系统三相潮流方程 式中if——i节点各相功率给定值 QJs—i节点各相功率给定值 Y, β——i节点Α，B，C三相 Ui——i节点A，B, C三相电压幅值6f—i节点、相与j节点β相电压相角差 Gf—i节点y相与j节点β相导纳元素实部Bf—i节点Y相与j节点β相导纳元素虚部用牛顿法计算电力系统三相潮流方程，求得电力系统各母线电压幅值和相角。根据电力系统潮流计算所得的牵引变处一次侧电压，经步骤1)建立的牵引网与 电力系统的电压-功率关系，换算至牵引变二次侧电压，重新进行牵引网计算。如此反复， 直至迭代到电力系统的各条母线的三相电压值与上次迭代的电力系统的各条母线的三相 电压值之差的绝对值中的最大值小于指定误差阈值。所述的步骤6)包括使用电力机车仿真建模程序，对需要参与仿真计算的电力机 车建立模型，运行仿真建模程序，由步骤2)得到的电力机车的速度和步骤5)得到的牵引网 电压，仿真得到电力机车在该速度、电压条件下的电力机车注入电流幅值和相角。本专利技术与现有的技术相比，具有的有益效果1)传统牵引网计算使用恒电流源或U-I曲线来表示电力机车，在网压下降较大时 无法反映实际电力机车注入电流状态，而本专利技术将精确的电力机车仿真引入牵引网计算， 有效的提高了计算的准确性，使计算结果更符合实际；2)传统牵引网计算仅考虑某一指定供电臂，而本专利技术将电气化铁路全线作为研究 对象，充分考虑了牵引网内部不同供电臂之间的电气连接关系，根据电力机车运行时间、发 车间隔、不同时刻所在的不同位置进行实时计算；3)充分考虑牵引网与电力系统公用电网存在相互影响的耦合关系，将牵引网与电 力系统公用电网看成一个整体，通过牵引变压器处的电压-功率关系进行耦合。附图说明图1是机车和牵引网与电力系统耦合的仿真方法流程图；图2是示例含有两个牵引变压器的电力系统示意图；图3是不含电力机车仿真和电力系统公用电网的牵引网仿真结果与本专利技术(含电 力机车仿真和电力系统公用电网)的牵引网仿真结果对比图。具体实施例方式机车和牵引网与电力系统耦合的仿真方法包括如下步骤1)读取电网数据和牵引网数据，根据牵引本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种机车和牵引网与电力系统耦合的仿真方法，其特征在于包括如下步骤：１）读取电网数据和牵引网数据，根据牵引变压器的Ｖ／ｖ接线方式、Ｓｃｏｔｔ接线方式、Ｙ／Δ接线方式或平衡阻抗接线方式，建立牵引网与电力系统的电压－功率交互关系：Ｖ↓［牵］＝ｆ（Ｖ↓［电］，ｋ，Ｖ↓［牵Ｂ］）Ｓ↓［电］＝ｆ（Ｖ↓［牵］，Ｉ↓［牵］，Ｓ↓［Ｂ］）式中：Ｖ↓［牵］－－牵引变压器二次侧电压Ｖ↓［电］－－牵引变压器一次侧电压ｋ－－牵引变压器变比Ｖ↓［牵Ｂ］－－牵引变压器二次侧基准电压Ｉ↓［牵］－－牵引变压器二次侧电流Ｓ↓［电］－－牵引变压器视在功率Ｓ↓［Ｂ］－－基准功率；２）根据牵引网导线的型号和空间位置计算牵引网的集中式参数，根据列车运行图使用查表－插值的方法计算列车的位置和速度，考虑牵引网上的电气设备及接地装置，根据电磁场理论，计算牵引网的链式网络导纳矩阵；３）根据电力系统的拓扑结构和电气参数，由输电线路、电力变压器、发电机、负荷的等效阻抗值计算电力系统的三相导纳矩阵；４）机车采用平启动的方式，牵引网计算机车注入电流为一给定值，电流幅值０－１００Ａ，相角为０度；５）在已知机车注入到牵引网的电流的条件下，用牛顿法进行牵引网与电力系统耦合的三相潮流计算，直至迭代到电力系统的各条母线的三相电压值与上次迭代的电力系统的各条母线的三相电压值之差的绝对值中的最大值小于指定误差阈值，计算得到电力系统的各母线电压和牵引网的沿线电压分布；６）根据牵引网在电力机车位置的电压，以及电力机车的速度，运行电力机车的仿真程序，仿真得到电力机车在该速度、电压条件下的电力机车注入电流幅值和相角；７）将机车仿真得到的电力机车注入电流幅值和相角，更新第五步的电力机车注入电流值，重复第五步和第六步，直到迭代到牵引变压器电流值与上次迭代的牵引变压器电流值之差的绝对值中的最大值小于指定误差阈值。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：江全元，陈宏伟，耿光超，余丹萍，周盛，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：86[中国|杭州]
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