[發明專利]一種計及動車組弓網多次離線燃弧的牽引網壓的計算方法

有效

• 申請號: 201710043323.2
• 申請日: 2017-01-19
• 公開（公告）號: CN106815441B
• 公開（公告）日: 2020-01-17
• 發明（設計）人: 劉志剛;宋小翠;成業;黃可
• 申請（專利權）人: 西南交通大學
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F111/10
• 代理公司: 51200 成都信博專利代理有限責任公司
• 代理人: 劉凱

1.一種計及動車組弓網多次離線燃弧的牽引網壓的計算方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1：對高速鐵路AT牽引網建立包括n個π型等效模型串聯的牽引網分布參數等值模型，將弓網離線電弧的數學模型引入牽引網分布參數等值模型中建立電弧模型，基于狀態空間理論建立計及非線性動態燃弧的牽引網回路狀態空間模型；

步驟2：利用數值分析方法對上述牽引網回路狀態空間模型進行離散化處理；

步驟3：根據離散化處理的牽引網回路狀態空間模型，先求解計及弓網一次燃弧的受電弓弓頭電壓波形，保存該次燃弧求解的各狀態變量結果，作為二次燃弧狀態變量初始值，進行迭代求解，直到求得計及動車組弓網多次離線燃弧的牽引網壓波形；

所述電弧模型由Habedank等效電弧模型結合Mayr電弧模型、Cassie電弧模型并加以修正得到，其數學模型表示方式為：

其中，g為Habedank方程的瞬時電弧電導；i為Habedank方程的瞬時電弧電流；g_C為整體電弧方程Cassie部分的瞬時電導；g_M為整體電弧方程Mayr部分的瞬時電導；v為列車速度；τ₀為初始的時間常數；α、γ、β均為影響電弧動態特性的相關常數；

所述步驟1中牽引網分布參數等值模型共有2n-1個狀態變量，求解(2n-1)×(2n-1)階狀態方程的系統矩陣A，輸入矩陣B，得到系統的狀態方程：

其中，x(t)為狀態變量，u(t)為輸入向量；選取狀態變量x(t)為：

x(t)＝[i_s(t) u(t) i₁(t) u₁(t) i₂(t) u₂(t) … i_n(t) u_n(t) i_m(t)]

輸入向量u(t)為：

u(t)＝[u_S(t)]

式中，u_S(t)為牽引變電所母線電壓，φ為初始相角；

求解狀態方程：

其中，R_m、L_m為負荷等效電阻與電感；R_S、L_S分別代表牽引變電所變壓器等值阻抗；系統矩陣A為(2n-1)×(2n-1)階的三對角矩陣，R_arc(t)為電弧非線性動態電阻；狀態變量i_j(t)，j＝1,2,…,n，為距離牽引變電所不同距離的牽引網電流；u_i(t)，i＝1,2,…,n，為距離牽引變電所不同距離的牽引網電壓，其中u_n(t)也為動車組車頂受電弓弓頭電壓；i_m(t)為電弧電流，即負荷電流；電弧電壓表示為：

u_arc(t)＝i_m(t)R_arc(t)

根據接觸網線路長度及電弧發生位置，選取合適的n，求得電弧特性波形及牽引網上各處電壓波形；

對牽引網回路狀態空間模型進行離散化處理的具體步驟如下：

1)電弧模型進行離散化處理后的表達式為：

其中，△t為步長，t_k＝k△t，表示t_k時刻；

2)牽引網回路狀態空間模型離散處理：

若0≤t_k≤t_end，即初始狀態為0時刻，選取的參考時長為t_end，步長h＝△t，則整體迭代次數為t_end/h；在t_k<t≤t_k+△t時間內，系統矩陣A及輸入矩陣B連續，且該時刻所有的狀態變量值x_k均已知，則t_k+1時刻的狀態響應表示為：

上式化簡得如下簡化形式：

式中，

得到離散狀態方程由t_k、t_k-1時刻參數表達，代入上述電弧離散模型表達式，得到牽引網回路離散狀態模型。

2.根據權利要求1所述的計及動車組弓網多次離線燃弧的牽引網壓的計算方法，其特征在于，所述步驟3的具體步驟為：

1)t_k＝0時刻開始，代入初始參數求解電弧方程進行第一次狀態方程求解；

2)以前一次求得結果對時間參數t_k+1＝t_k+△t、狀態變量參數x_k以及電弧參數g_k進行更新，每迭代一次不斷修正系統矩陣A，直到滿足迭代時限t_k>t_end為止，停止計算，最終實現非線性狀態方程求解；

3)對于熄弧后再次燃弧情況，根據輸出的第n次受電弓弓頭電壓波形參數，修正牽引網電壓值，再次迭代，得到第n+1次弓網燃弧后牽引網壓波形變化。