[發明專利]一種基于PSCAD的動車組鋼軌電位與鋼軌電流的仿真方法

在審

• 申請號: 201910680340.6
• 申請日: 2019-07-26
• 公開（公告）號: CN110457792A
• 公開（公告）日: 2019-11-15
• 發明（設計）人: 劉志剛;章葉心
• 申請（專利權）人: 西南交通大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 51200 成都信博專利代理有限責任公司
• 代理人: 王沙沙<國際申請>=<國際公布>=<進入

1.一種基于PSCAD的動車組鋼軌電位與鋼軌電流的仿真方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1：分部分建模，包括牽引變電所模型、牽引網系統模型、動車組模型、絕緣節模型；

步驟2：將步驟1構建的模型按實際的電氣耦合關系連接；

步驟3：設置仿真工況，得到鋼軌電位和電流的分布。

2.根據權利要求1所述的一種基于PSCAD的動車組鋼軌電位與鋼軌電流的仿真方法，其特征在于，所述牽引網系統模型中牽引網線路采用基于多導線傳輸理論的鏈式模型等值，具體過程如下：

S11：根據電流支路，將牽引網分割為若干個串聯子網；

S12：平行的多導體傳輸線構成子網中的串聯支路，以電流支路作斷面，斷面間的平行多導線以π型電路進行等效；

S13：將牽引網分割為N個部分，分為普通路段和車站路段，各平行導體兩兩互容、互感耦合，按π型電路進行等效；

S14：將分割后的各牽引子網按對應端口串聯，構成總體鏈式網絡模型。

3.根據權利要求2所述的一種基于PSCAD的動車組鋼軌電位與鋼軌電流的仿真方法，其特征在于，所述牽引網鏈式模型導體參數的計算過程如下：

S21：獲取AT復線牽引供電系統各導體參數；

S22：根據Carson公式得到架空線的對地等值自阻抗和兩條導線之間的對地等值互阻抗；

其中：r_i為導線直流電阻，r_e為大地自身的電阻，R_εi為導線的等效半徑，d_ij為導線i與導線j之間的幾何距離，f為電流頻率，D_g為地球等效深度，Z_ii為導線的自阻抗，Z_ij為導線的互阻抗；

S23：導線的自電位系數P_ii和兩根導線間的互電位系數P_ij如下：

式中：ε₀為空氣的介電常數，r_i為導線i的等效半徑，h_i為導線i到地面的高度，d_ij為導線i和導線j之間的空間距離，D_ij為導線i和j之間的鏡像距離。

4.根據權利要求1所述的一種基于PSCAD的動車組鋼軌電位與鋼軌電流的仿真方法，其特征在于，所述步驟1中的動車組模型包括以下內容：

高壓電纜采用均勻地分布參數模型進行等值，高壓電纜線芯等值為電阻電感，電纜線芯與屏蔽層之間存在電容耦合；

動車組的車體等值為串聯的阻抗；

工作接地模型包括車載變壓器以及接地碳刷電阻，牽引電流在車載變壓器的一次側通過動車組接地碳刷及接地輪對流入鋼軌；

保護接地模型等值為連接車體與鋼軌的電阻。

5.根據權利要求1所述的一種基于PSCAD的動車組鋼軌電位與鋼軌電流的仿真方法，其特征在于，所述步驟3中的仿真工況包括一條側線上有車經過切斷點絕緣節、多條側線上均有車，并同時經過切斷點絕緣節、多條側線上均有車，在不同時刻經過切斷點絕緣節。

6.根據權利要求1所述的一種基于PSCAD的動車組鋼軌電位與鋼軌電流的仿真方法，其特征在于，所述步驟1中變電所模型采用工頻27.5KV單相交流電源和與其串聯的阻抗等值，通過CDEGS提取出牽引變電所的接地電阻；

接地電阻的提取過程如下：

S31：根據牽引網接地情況，通過SESCAD搭建出牽引變電所接地網結構模型；

S32：將牽引變電所視在土壤率輸入RESAP模塊，得到該變電所土壤分層結構；

S33：將步驟S32得到的土壤結構和步驟S31得到的變電所接地網結構模型導入MALZ工程模塊，提取計算變電所接地參數。

7.根據權利要求1所述的一種基于PSCAD的動車組鋼軌電位與鋼軌電流的仿真方法，其特征在于，所述步驟1中絕緣節模型構建過程中，采用單相斷路器與開/關斷路器組合而成的事件控制元件等值。

8.根據權利要求6所述的一種基于PSCAD的動車組鋼軌電位與鋼軌電流的仿真方法，其特征在于，所述步驟S33中提取計算變電所接地參數的過程如下：

S41：選取一根水平和接地體作為激勵源，設置其激勵電流，在與接地網一定距離的位置設置一個返回電極；

S42：在接地網與返回電極之間繪制觀測線；

S43：設置參考電位點，得到接地網水平接地體施加電流點與測量點之間的電位差，取電位差變化最小的觀測點，此點的電位差為對地電壓，對地電壓與激勵電流的比值即牽引變電所接地電阻。