[發(fā)明專利]長編組動車組高架橋上過分相的車網(wǎng)橋耦合模型構(gòu)建方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201910909898.7
• 申請日: 2019-09-25
• 公開（公告）號: CN110688699B
• 公開（公告）日: 2023-08-22
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 劉志剛;黃可;蘇冬冬
• 申請（專利權(quán)）人: 西南交通大學(xué)
• 主分類號: G06F30/13
• 分類號: G06F30/13;G06F30/20;G06F30/17
• 代理公司: 成都信博專利代理有限責(zé)任公司 51200
• 代理人: 劉凱

1.一種長編組動車組高架橋上過分相的車網(wǎng)橋耦合模型構(gòu)建方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1：建立完整的高架橋鋼筋模型，確定過分相情況下接地系統(tǒng)的阻抗頻率特性，結(jié)合粒子群算法進(jìn)行參數(shù)擬合，建立綜合接地系統(tǒng)寬頻電路模型；綜合接地系統(tǒng)寬頻電路模型的拓?fù)浜蛥?shù)的確定方法如下：

所述綜合接地系統(tǒng)寬頻電路模型包括并聯(lián)的第一電路、第二電路和第三電路；

第一電路為由電阻R₀和電容C₀并聯(lián)構(gòu)成的支路；

第二電路為M條并聯(lián)的支路單元，所述支路單元為電阻R_av和電感L_av構(gòu)成的串聯(lián)支路，v＝1、2、···、M；

第三電路為N條并聯(lián)的支路單元，所述支路單元為串聯(lián)的電阻R_bw、電感L_bw，及由電導(dǎo)G_bw和電容C_bw構(gòu)成的并聯(lián)構(gòu)件構(gòu)成的混合支路，w＝1、2、···、N；

由x(l)表示寬頻電路模型中第l個元件的參數(shù)值，l＝1、2、···、2M+4N+8；x(1)＝R₀、x(2)＝C₀、x(3)＝R_a1、x(4)＝L_a1、x(3+2v)＝R_av、x(4+2v)＝L_av、x(3+2M)＝R_aM、x(4+2M)＝L_aM、x(5+2M)＝R_b1、x(6+2M)＝L_b1、x(7+2M)＝G_b1、x(8+2M)＝C_b1、x(5+2M+4w)＝R_bw、x(6+2M+4w)＝L_bw、x(7+2M+4w)＝G_bw、x(8+2M+4w)＝C_bw、x(5+2M+4N)＝R_bN、x(6+2M+4N)＝L_bN、x(7+2M+4N)＝G_bN、x(8+2M+4N)＝C_bN；

則第一電路阻抗Z₀、第二電路阻抗Z_v、第三電路阻抗Z_w和總阻抗Z的表達(dá)式為：

式中，k為符號變量，k在Z_v的表達(dá)式中依次賦值2、3、···、2+M，在Z_w的表達(dá)式中依次賦值3+M、4+M、···、3+M+N；

粒子群算法中，將不同頻率f_i下的高架橋綜合接地系統(tǒng)阻抗記為目標(biāo)自適應(yīng)值Z_mm(f_i)；當(dāng)前粒子對應(yīng)的頻率f_i情況下的寬頻電路模型總阻抗由Z_mm(f_i)用當(dāng)前粒子的自適應(yīng)值Z(f_i)表示；通過代入Z_mm(f_i)、調(diào)整粒子數(shù)、M和N的值，進(jìn)行粒子群算法的迭代計算；

每次迭代中都將Z(f_i)與Z_mm(f_i)進(jìn)行比較；將代表某頻率f_i下當(dāng)前粒子所求出的阻抗值Z(f_i)與該頻率下實際的阻抗值Z_mm(f_i)的實部之差與虛部之差的平方和的開方記為S_i，i＝1、2、···、n，n為提取到的不同牽引電流頻率對應(yīng)的接地阻抗的個數(shù)，粒子群算法迭代中則將Z(f_i)和Z_mm(f_i)進(jìn)行n次比較；所有的S_i的和記為S，即目標(biāo)自適應(yīng)值與當(dāng)前粒子自適應(yīng)值之間的總差值：

第一次迭代中，將每個頻率f_i對應(yīng)的寬頻電路模型的參數(shù)值隨機設(shè)置后得到Z(f_i)、S_i和S的值；隨后，將式(2)中的S盡可能趨近于0為優(yōu)化目標(biāo)S→0，不斷調(diào)整每個頻率f_i對應(yīng)的寬頻電路模型各元件參數(shù)值，不斷進(jìn)行粒子群算法的迭代；當(dāng)優(yōu)化目標(biāo)得到滿足時，停止迭代；優(yōu)化目標(biāo)得到滿足時對應(yīng)的M值、N值及各元件參數(shù)值確定了高架橋綜合接地系統(tǒng)最終的拓?fù)浜蛥?shù)；

步驟2：根據(jù)過分相每個暫態(tài)過程發(fā)生時雙弓所在位置、車體接地點所在位置、每個車體位置、和四個暫態(tài)過程點所在位置將車網(wǎng)系統(tǒng)分為不同的部分；分析并確定每個部分車網(wǎng)系統(tǒng)的耦合分布；

步驟3：基于車網(wǎng)系統(tǒng)耦合分布分析結(jié)果，構(gòu)建過分相各暫態(tài)過程的車網(wǎng)系統(tǒng)拓?fù)洌粯?gòu)建車網(wǎng)系統(tǒng)拓?fù)鋾r，考慮過分相暫態(tài)過程出現(xiàn)的燃弧會導(dǎo)致過高頻率的電壓電流，從牽引變電所至電分相之間的牽引網(wǎng)系統(tǒng)用分布參數(shù)模型等值；接觸網(wǎng)與中性線之間、接觸網(wǎng)與車體之間、中性線與車體之間、車體與鋼軌之間的容性耦合用等值電容表示；鋼軌部分考慮對地泄漏電導(dǎo)；由于動車組在過分相期間主斷路器斷開且CRH3系列的長編組動車組的主斷路器位于車頂貫通電纜的上方，動車組的前弓和后弓部分僅考慮受電弓對車體的耦合電容和互感器等值電感；

步驟4：計算高架下的電氣回路和高架橋上的牽引供電回路之間的互感耦合系數(shù)；建立反映牽引網(wǎng)供電回路在橋墩回路中的感應(yīng)電壓的受控源模塊；

將分相區(qū)段下的多個網(wǎng)孔等效為一個大的網(wǎng)孔，高架橋下供電回路在橋墩回路中感應(yīng)電壓由等效受控源表示；將接觸網(wǎng)與鋼軌等效為無限長直導(dǎo)線；高架下的電氣回路和高架橋上的牽引供電回路存在互相的電磁感應(yīng)的耦合系數(shù)M₀為：

式中，Φ為高架橋橋墩回路中的總的磁通量，i₀為牽引供電回路電流；d₁為接觸線導(dǎo)高；d為鋼軌和綜合地線之間的距離；d₂為橋墩平均高度；l為高架橋上所對應(yīng)的線路長度；μ₀為空氣的磁導(dǎo)率；

根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律，高架下的電氣回路的感應(yīng)電動勢E為：

將高架橋下兩個供電臂與中性段在橋墩回路中感應(yīng)電壓由等效受控源u_A1、u_B1、u_Z1表示，其與牽引供電回路電流i₀之間的關(guān)系分別為：u_A1＝j(luò)ωM_0Ai₀、u_B1＝j(luò)ωM_0Bi₀、u_Z1＝j(luò)ωM_0Zi₀；其中，M_0A、M_0B和M_0Z分別為左供電臂路段、右供電臂路段和中性段路段高架下橋墩回路和高架橋上牽引供電回路之間的電磁感應(yīng)耦合系數(shù)；

步驟5：結(jié)合所述綜合接地系統(tǒng)寬頻電路模型、車網(wǎng)系統(tǒng)拓?fù)浜透袘?yīng)電壓的受控源模塊，構(gòu)建計及高架橋接地寬頻特性和橋墩回路與牽引網(wǎng)供電回路之間電氣耦合的長編組動車組過分相車-網(wǎng)-橋耦合模型。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的長編組動車組高架橋上過分相的車網(wǎng)橋耦合模型構(gòu)建方法，其特征在于，所述確定過分相情況下接地系統(tǒng)的阻抗頻率特性具體過程為：依照高架橋設(shè)置模型的尺寸結(jié)構(gòu)，用CDEGS軟件中的SESCAD模塊建立高架橋接地鋼筋結(jié)構(gòu)模型；用電勢降法仿真求得高架橋模型接地阻抗；在0～10MHz的范圍內(nèi)選取占據(jù)整個范圍的離散頻率點，依次將這些頻率點設(shè)置為注入接地模型電流的頻率，通過仿真分別得到這些頻率點對應(yīng)的接地阻抗。