[發明專利]一種重載鐵路AT供電供電能力計算方法

在審

• 申請號: 202110106830.2
• 申請日: 2021-01-26
• 公開（公告）號: CN112757971A
• 公開（公告）日: 2021-05-07
• 發明（設計）人: 樊衍
• 申請（專利權）人: 樊衍
• 主分類號: B60M3/00
• 分類號: B60M3/00
• 代理公司: 蘇州和氏璧知識產權代理事務所(普通合伙) 32390
• 代理人: 李曉星

1.一種重載鐵路AT供電供電能力計算方法，包括CTN電流及電壓分布和供電能力的計算，其特征在于：所述CTN電流及電壓分布：當向AT牽引網中的機車供電時，其中牽引電纜C1和C2電流方向相反，大小相同，故牽引電纜與AT接觸網之間的互阻抗可以忽略不計，為便于分析，忽略CTN中AT的漏抗，將2×27.5kV的AT網絡等效為27.5kV網絡，包含牽引電纜回路及接觸網等值回路，簡化后等效接觸線、等效鋼軌和等效負饋線分別為T′、R′和F′，其中F′為一根理想導線，E′為MSS牽引母線電壓，T′和R′的單位長度等值阻抗zAA和zBB分別為：

z_AA＝(z_T+z_F-2z_TF)/4 (1)

z_BB＝(z_T+2z_R+z_TF-z_RF-3z_TR)/2 (2)

其中，z_T、z_R和z_F分別為接觸線、鋼軌和負饋線的自阻抗；z_TF、z_RF和z_TR分別為接觸線與負饋線、鋼軌與負饋線、接觸線與鋼軌間的互阻抗；

分別定義長回路：由MSS連接的供電電纜及接觸網構成與短回路：由機車所在位置兩側牽引變電所間的供電電纜及接觸網構成，將等效電路歸算至27.5kV牽引側得到CTN等值回路1，I_cp和I′_cp分別為機車位于第p座與第p+1座牽引變電所之間時流經長回路和短回路電纜上的電流；Ip1和Ip2分別為機車位于第p座與第p+1座牽引變電所時通過長回路和短回路AT的電流；I為機車電流，分別對回路1和回路2的電壓降落進行分析，由于忽略了AT的漏抗，可等效為等值回路2；

Z_TT為牽引變壓器漏抗；E為歸算至27.5kV側后的等值電壓；l_p為機車距離MSS的距離；l_p-D_p和D_p分別為機車位于第p座與第p+1座牽引變電所之間時長回路和短回路的長度；x_p為機車位于第p座與第p+1座牽引變電所之間時距前一變電所的距離，牽引電纜回路歸算至27.5kV牽引側的單位長度等值阻抗z₁和接觸網單位長度等值阻抗z₂分別見式(3)和式(4)；

z₁＝[R_C1+R_C2-2R_C1C2+jω(L_C1+L_C2-2L_C1C2)]/16 (3)

z₂＝z_AA+z_BB (4)

其中，R_C1和R_C2分別為牽引電纜C1和C2的單位長度電阻；L_C1和L_C2分別為牽引電纜C₁和C₂的單位長度電感；R_C1C2和L_C1C2分別為電纜間的單位長度互電阻和互電感；

機車所在回路列寫基爾霍夫電流定律和基爾霍夫電壓定律方程，可得：

根據式(5)求解得到I_p1和I_p2分別為：

其中，k_p1＝[(z₁+z₂)D_p+Z_TT]/[(z₁+z₂)D_p+2Z_TT]；k_p2＝z₂/[(z₁+z₂)D_p+2Z_TT]；

在CTN中由長回路電壓降落和短回路電壓降落構成CTN首端至機車所在位置的電壓降落ΔU₁為：

ΔU₁＝I_cpz₁(l_p-x_p)+I_p1(Z_TT+z₂x_p) (8)

其中，I_cp＝I；

將式(6)代入式(8)并化簡，可得：ΔU₁＝[z₁(l_p-x_p)+(k_p1-k_p2x_p)(Z_TT+z₂x_p)]I (9)；

供電能力的計算：末端機車處電壓降落ΔUn為：

其中，k_m1＝[(z₁+z₂)D_m+Z_TT]/[(z₁+z₂)D_m+2Z_TT]；k_m2＝z₂/[(z₁+z₂)D_m+2Z_TT]；I_n和I_m分別為第n輛和第m輛機車的電流；l_m為第m輛機車距離MSS的距離；D_m為第m輛機車所在位置短回路長度；x_m為第m輛機車所在位置距前一變電所的距離；

令Z_An＝R_An+jX_An＝[l_m-x_m+(Z_TT/z₂+x_m)k_m2D_m]z₁，Z_Bn＝R_Bn+jX_Bn＝(Z_TT/z₂+x_n)k_n2[Z_TT+z₂(D_n-x_n)]，則由式(10)得到末端機車處電壓損失ΔU_n為：

其中，φ_m和φ_n分別為第m輛和第n輛機車的功率因數角；I_m和I_n分別為第m輛和第n輛機車的電流值大小；

同理，得第f(fn)輛機車處的電壓降落ΔU_f為：

其中，k_f1＝[(z₁+z₂)D_f+Z_TT]/[(z₁+z₂)D_f+2Z_TT]；k_f2＝z₂/[(z₁+z₂)D_f+2Z_TT]；x_f為第f輛機車所在位置距前一變電所的距離；I_f為第f輛機車的電流；l_f為第f輛機車距離MSS的距離；

令Z_Af＝R_Af+jX_Af＝(l_f-x_f)z₁，Z_Bf＝R_Bf+jX_Bf＝(k_f1-k_f2x_f)(Z_TT+z₂x_f)z₁，ZCf＝RCf+jXCf＝(1-kf1+kf2xf)Dmz1，則第f輛機車處的電壓損失ΔU_f為：

其中，Z′_Af＝R_Afcosφ_m+X_Afsinφ_m；Z′_Bf＝R_Bfcosφ_f+X_Bf×sinφ_f，φ_f為第f輛機車的功率因數角；Z′_Cf＝R_Cfcosφ_m+X_Cfsinφ_m；I_f為第f輛機車的電流值大小；

將式(11)和式(13)作為最遠供電距離的判斷依據，設定限值ε，將靠近牽引變電所的第一輛機車記為m＝1，確定第m輛機車的位置，n＝m，利用機車功率計算機車電流或實際線路機車電流，取機車電流最大值作為機車的電流，計算處對應機車在相應位置的電壓損失ΔU_m,m＝1,2,...,n,若max(ΔU_m,)≤ε,計算結束，機車數量為n,可供電距離為l_m。