[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

本發明公開了一種基于PSCAD的動車組鋼軌電位與鋼軌電流的仿真方法，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；本發明不僅可以考慮單個動車組通過絕緣節的情況，而且可以考慮多個動車組經過時切斷點絕緣節兩端電位差的變化，獲得多種工況下不同位置的鋼軌電位與鋼軌電流的分布情況。

技術領域

本發明涉及電氣化鐵路的仿真計算，具體涉及一種基于PSCAD的動車組鋼軌電位與鋼軌電流的仿真方法。

背景技術

電氣化鐵道機車功率大、取流大、行車密度高，因此相應的短路電流大、牽引回流大，易造成很高的鋼軌電壓電流。而在車站路段，過高的鋼軌電壓電流會產生多方面的不利影響。例如：在牽引供電系統正常運行狀態下，鋼軌電流的不平衡影響軌道電路的正常工作。過高的軌道電位可能影響牽引供電系統的運行性能、威脅運行檢修人員的人身安全。在接觸網對鋼軌的短路狀態下，形成危險的接觸過電壓和跨步過電壓等。車站路段的鋼軌電位電流可通過建立動車組-牽引網一體化等值模型的方法開展仿真分析。在車站路段動車組-牽引網系統中，存在許多影響鋼軌電位電流的因素，例如變電所的接地參數，列車過切斷點絕緣節時輪軌拉弧現象，列車過普通絕緣節時的高阻抗呈現以及絕緣節與扼流變壓器的阻抗參數等。然而現有的車站路段動車組-牽引網等值模型大多對變電所接地參數做了簡化處理，利用該類模型分析出來的鋼軌電位電流往往不甚準確。因此在考慮詳細的車站路段的牽引網結構及其具體部件的基礎上，對鋼軌電壓電流進行常見車站路段動車組運行工況下的仿真分析是必要的。

發明內容

本發明提供一種不僅可以考慮單個動車組通過絕緣節的情況，而且可以考慮多個動車組經過時切斷點絕緣節兩端電位差的變化，可獲得多種工況下鋼軌電位和鋼軌電流的分布情況的基于PSCAD的動車組鋼軌電位與鋼軌電流的仿真方法。

本發明采用的技術方案是：一種基于PSCAD的動車組鋼軌電位與鋼軌電流的仿真方法，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。

進一步的，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。

進一步的，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；