[發(fā)明專利]對鋼軌回流進行雜散電流和軌道電位特性分析的方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011046769.9
• 申請日: 2020-09-29
• 公開（公告）號: CN112364476B
• 公開（公告）日: 2023-09-26
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張鋼;劉志剛;陳杰;邱瑞昌;牟富強;漆良波;王運達;呂海臣;魏路;路亮;孫星亮
• 申請（專利權(quán)）人: 北京交通大學;北京千駟馭電氣有限公司
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F17/13;G06F17/14
• 代理公司: 北京市商泰律師事務(wù)所 11255
• 代理人: 黃曉軍

1.一種對鋼軌回流進行雜散電流和軌道電位特性分析的方法，其特征在于，包括：

根據(jù)列車的線路參數(shù)、列車參數(shù)及列車牽引策略進行牽引計算，計算出列車的運行狀態(tài)信息；

根據(jù)所述列車的線路參數(shù)和所述列車的運行狀態(tài)信息，采用牛頓-拉夫遜迭代算法計算出初始化仿真時間下的線路正網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的潮流信息，該潮流信息包括線路正網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的電流信息；

計算出各位置鋼軌考慮趨膚效應(yīng)影響后的等效電阻，利用各位置鋼軌考慮趨膚效應(yīng)影響后的等效電阻對鋼軌回流系統(tǒng)建立微分方程的仿真模型，將所述列車的運行狀態(tài)信息和所述線路正網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的潮流信息作為所述仿真模型的邊界條件，對所述仿真模型進行求解，得到鋼軌回流的雜散電流及軌道電位；

所述的對鋼軌回流系統(tǒng)建立微分方程的仿真模型，包括：

對鋼軌回流系統(tǒng)建立微分方程的仿真模型，該仿真模型的微分方程為：

其中，R_r是鋼軌的單位長度電阻，R_r-c是鋼軌到排流網(wǎng)的過渡電阻，R_c-g是排流網(wǎng)到大地的過渡電阻，u_r-g為鋼軌對大地的電位，u_r-c為鋼軌對排流網(wǎng)的電位，u_c-g為排流網(wǎng)對大地的電位，i_r為鋼軌電流，i_c為排流網(wǎng)中電流；

所述的將所述列車的運行狀態(tài)信息和所述線路正網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的潮流信息作為所述仿真模型的邊界條件，對所述仿真模型進行求解，得到鋼軌回流的雜散電流及軌道電位，包括：

將所述列車的包括每時刻下列車的位置及功率在內(nèi)的運行狀態(tài)信息和所述線路正網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的潮流信息作為所述仿真模型的邊界條件，根據(jù)列車及牽引所位置處電流條件列出KCL及KCL方程作為邊界條件，求解所述仿真模型的微分方程，得到鋼軌回流的雜散電流及軌道電位；

在初次計算結(jié)束后，對初次計算得到的各位置軌道電流進行快速傅里葉變換到頻域分析，計算出各位置鋼軌考慮趨膚效應(yīng)影響后的等效電阻，根據(jù)各位置鋼軌考慮趨膚效應(yīng)影響后的等效電阻對仿真模型中的鋼軌電阻參數(shù)進行修正，計算鋼軌等效電導(dǎo)率；

所述的計算出各位置鋼軌考慮趨膚效應(yīng)影響后的等效電阻，包括：

基于渦流損耗及多頻率激勵疊加原理，在鋼軌電流激勵下，鋼軌的趨膚效應(yīng)等效電阻的計算方法為：

其中，R_eff為考慮趨膚效應(yīng)影響的鋼軌電流整體激勵下的鋼軌等效電阻，R_dc為直流條件下測得的鋼軌電阻值，為n次諧波下的趨膚效應(yīng)電阻修正系數(shù)，I_r為鋼軌電流，I_dc為鋼軌電流中的直流分量，I_n為鋼軌電流中n次諧波分量的有效值，為n次諧波分量的初始相角，γ為材料的電導(dǎo)率，μ為材料的磁導(dǎo)率，ω為電角速度，表示第n個頻率下鋼軌的趨膚效應(yīng)等效電阻。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述的根據(jù)列車的線路參數(shù)、列車參數(shù)及列車牽引策略進行牽引計算，計算出列車的運行狀態(tài)信息，包括：

設(shè)置線路參數(shù)、列車參數(shù)及列車牽引策略，所述線路參數(shù)包括車站位置、線路坡度、線路曲率及各站間運行時間，所述列車參數(shù)包括發(fā)車間隔、列車負荷及列車牽引制動特性，所述列車牽引策略包括最快牽引策略、最經(jīng)濟策略、固定時間策略和綜合優(yōu)化策略；

將總路程以ΔS為單位進行分割，并假設(shè)在ΔS范圍內(nèi)加速度恒定，根據(jù)運動學公式先對整個路程進行以起點到終點的迭代正向計算，正向計算以整個路程的起點速度作為已知條件，計算每個ΔS的終點速度及時間，得到列車牽引時各時刻下的速度，該速度受到區(qū)間最大允許速度的限制，正向計算結(jié)束后，再對整個路程進行以終點到起點的迭代反向計算，以整個路程終點的速度作為已知條件，計算每個ΔS的起點速度及時間，確定區(qū)間降速及制動點，得到列車制動時各時刻下的速度，反向計算結(jié)束后，整個路程內(nèi)列車每時刻下的速度已知，進一步得到包括每時刻下列車的位置及功率在內(nèi)的列車的運行狀態(tài)信息。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述的根據(jù)所述列車的線路參數(shù)和所述列車的運行狀態(tài)信息，采用牛頓-拉夫遜迭代算法計算出初始化仿真時間下的線路正網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的潮流信息，該潮流信息包括線路正網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的電流信息，包括：

給定網(wǎng)絡(luò)模型電氣參數(shù)，初始化仿真時間t＝0，根據(jù)列車牽引計算得到的列車位置及功率結(jié)果，采用牛頓-拉夫遜迭代算法計算出初始化仿真時間下的正網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的潮流信息，所述正網(wǎng)絡(luò)節(jié)點包括各牽引所及列車，所述潮流信息包括正網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的電壓、電流及功率；

判斷仿真時間t是否到達結(jié)束時間，如果是，結(jié)束直流正網(wǎng)絡(luò)潮流計算；

否則，仿真時間增加一個時間間隔，繼續(xù)計算當前仿真時間下的各牽引所及列車正網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的潮流，直到仿真時間t到達結(jié)束時間，將直流正網(wǎng)絡(luò)潮流計算得到的列車及牽引所電流作為鋼軌回流系統(tǒng)分布計算的邊界條件。