[發明專利]一種電氣化鐵路牽引供電系統實時仿真建模方法

有效

• 申請號: 201210454248.6
• 申請日: 2012-11-13
• 公開（公告）號: CN102998980A
• 公開（公告）日: 2013-03-27
• 發明（設計）人: 孫麗香;鄭偉杰;徐得超;張星;彭紅英;劉敏;陳緒江;朱旭凱;王峰
• 申請（專利權）人: 中國電力科學研究院;國家電網公司
• 主分類號: G05B17/02
• 分類號: G05B17/02
• 代理公司: 北京安博達知識產權代理有限公司 11271
• 代理人: 徐國文

技術領域

本發明屬于電力系統，具體涉及一種電氣化鐵路牽引供電系統實時仿真建模方法。

背景技術

近年來，電氣化鐵路發展迅速，尤其隨著京津城際列車的開通以及京滬高鐵建設的不斷推進，電鐵牽引負荷在電力系統負荷中占有的比例越來越大。電鐵牽引供電系統在運行中從電網吸取基波電流的同時，還向電網注入了大量的高次諧波和負序電流，使電力系統的電能質量下降，影響電網的安全穩定運行及其它用戶設備的正常工作。

由于電力機車的單相取流，使得牽引供電系統不同于普通的三相電力系統，通過特殊的元件實現三相與單相的轉換，牽引供電系統由于其供電的多樣性及自身的特殊性，使得對其進行建模及系統分析的難度加大。文獻[基于PSCAD／EMTDC的牽引供電系統仿真模型研究]利用PSCAD建立了牽引供電系統模型，但是其電力機車模型采用恒功率負荷模型，無法準確模擬電力機車的特性；文獻[基于MATLAB的電力機車數字仿真模型]利用Simulink建立了SS1和SS4的機車仿真模型，但是部分模塊需要編程實現，且以上所建立的模型均是孤立的牽引系統模型，與實際運行電網割裂開來，若要研究牽引供電系統的特性，需要對高一級電網進行等值簡化，增加了仿真分析的難度，且等值簡化可能造成仿真結果偏差較大。

發明內容

針對現有技術的不足，本發明提出一種電氣化鐵路牽引供電系統實時仿真建模方法，利用ADPSS的機電暫態-電磁暫態混合仿真功能，集中了機電暫態和電磁暫態各自的優點，使仿真提高了精確性。

本發明提供的一種電氣化鐵路牽引供電系統實時仿真建模方法，其改進之處在于，利用ADPSS混合實時仿真技術進行仿真，模擬牽引供電系統的特性；其中將需要詳細模擬的設備用電磁暫態仿真，其他網絡用機電暫態仿真。

其中，所述利用ADPSS混合實時仿真技術進行仿真的步驟包括：

（1）建立電網的機電暫態仿真算例；

（2）對所述算例進行潮流計算；

（3）按照潮流計算結果確定分網方案，根據實際工程確定使用電磁暫態子網或機電暫態子網；

（4）建立各電磁暫態子網的仿真算例，添加機電暫態接口，按潮流計算結果填寫電磁暫態初始潮流；

（5）提交機電暫態子網和電磁暫態子網作業；

（6）執行機電–電磁混合仿真計算。

其中，所述需要詳細模擬的設備包括電力機車、牽引變壓器和牽引網。

其中，所述電力機車包括SS4型電力機車；對所述電力機車進行電磁暫態仿真時，根據機車特性進行建模；

SS4型電力機車采用不等分三繞組變壓器供電的四段半控式整流調壓電路，三個繞組分別為a₁b₁，b₁x₁和a₂x₂，空載額定電壓為335kV，335kV，671kV。設電壓U₂為三繞組電壓之和，則U_a1b1＝U_b1x1＝U₂/4，U_a2x2＝U₂/2，組成1/4，1/4，1/2的三段不等分比例；

SS4型電力機車牽引工況時的主電路仿真模型由牽引電源、主變壓器、整流調壓電路、平波電抗器和串勵電動機組成；整流電路的晶閘管觸發信號由脈沖發生器模塊產生，串勵電動機采用牽引電機總內阻串聯反電動勢的等效模型實現。

其中，對所述電力機車進行電磁暫態仿真時，計算部分包括計算反電動勢、計算牽引電機電樞電流和確定晶閘管觸發角度。

其中，對所述電力機車進行電磁暫態仿真時，計算反電動勢的表達式包括：

根據電機的調速特性、得到對應于某勵磁電流下的電動機反電動勢與機車速度、磁通的關系：