[發(fā)明專利]一種牽引供電用電一體化仿真方法及系統(tǒng)

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202210829552.8
• 申請日: 2022-07-15
• 公開（公告）號: CN115186321A
• 公開（公告）日: 2022-10-14
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王婷婷;魏雄;葛學(xué)超;尹坤;韓坤;張清華
• 申請（專利權(quán)）人: 中車青島四方車輛研究所有限公司
• 主分類號: G06F30/12
• 分類號: G06F30/12;G06F30/15;G06F30/20;G06F111/02
• 代理公司: 青島清泰聯(lián)信知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 37256
• 代理人: 楊燁

本申請公開了一種牽引供電用電一體化仿真方法及系統(tǒng)，仿真方法包括：構(gòu)建牽引供電?用電一體化仿真模型庫；調(diào)用牽引供電?用電一體化仿真模型庫配置牽引供電?用電仿真模型、信號控車模型與列車運行仿真模型，獲得模型描述數(shù)據(jù)，根據(jù)模型描述數(shù)據(jù)和模型運行數(shù)據(jù)，通過事件通知機制獲得圖模一體數(shù)據(jù)；對圖模一體數(shù)據(jù)進行編輯獲得執(zhí)行文件，根據(jù)執(zhí)行文件獲得分布式執(zhí)行計劃，根據(jù)分布式執(zhí)行計劃對第二圖模一體數(shù)據(jù)進行分布式存儲獲得存儲結(jié)果；從存儲結(jié)果中獲取位置信息、速度信息及電流信息或功率信息，牽引供電?用電仿真模型根據(jù)位置信息、速度信息及電流信息或功率信息獲得網(wǎng)側(cè)電壓信息，并將網(wǎng)側(cè)電壓信息傳輸?shù)搅熊囘\行仿真模型獲得仿真結(jié)果。

技術(shù)領(lǐng)域

本申請涉及城市軌道交通仿真技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種牽引供電用電一體化仿真方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)

早期國內(nèi)城市軌道交通牽引車輛與供電系統(tǒng)設(shè)計相互獨立，但在實際運行過程中車輛與牽引供電系統(tǒng)是高度耦合、相互影響的電氣系統(tǒng)。系統(tǒng)運行時電能由供電網(wǎng)單向傳遞給車輛，車輛在牽引狀態(tài)消耗電能，在電制動狀態(tài)產(chǎn)生的電能通過制動電阻自行消耗。隨著節(jié)能環(huán)保的發(fā)展需求，系統(tǒng)中加入儲能裝置、能饋裝置，以及同時具備供電和能量回饋功能的雙向變流裝置。系統(tǒng)的耦合特性和能量流動日趨復(fù)雜。系統(tǒng)設(shè)計、調(diào)試、運行階段，都需要考慮系統(tǒng)耦合特性，提升系統(tǒng)匹配度和運行性能。通過實驗研究系統(tǒng)耦合特性的方案對實驗條件要求高，實驗工況受限，且易對設(shè)備造成損害，因此通常通過理論分析和仿真的手段進行研究。

目前供電系統(tǒng)和車輛均有專用仿真軟件，但無法滿足系統(tǒng)耦合分析需求。使用一些靈活性高的通用軟件如MATLAB、SCILAB等，對各系統(tǒng)建模也能進行仿真研究，但對使用人員的建模能力要求高，不方便設(shè)計、開發(fā)和測試工程師使用。

為了簡化建模操作，常用的方法是開發(fā)專用的牽引供電仿真平臺以及采用圖形化建模設(shè)計方法。國外現(xiàn)有的針對牽引供電穩(wěn)態(tài)計算的綜合仿真軟件主要包括：SINANET、RAILPOWER、NETOMAC、OpenPowerNET等。國內(nèi)各個軌道交通相關(guān)單位和各大高校也開發(fā)了一系列車網(wǎng)仿真軟件。針對牽引網(wǎng)穩(wěn)態(tài)計算，常用的有DCTPS仿真軟件。相關(guān)高校考慮全線供電網(wǎng)的大功率電氣部件，進行了交直流供電系統(tǒng)詳細的仿真建模，搭建了地鐵交直流供電仿真平臺，但主要針對牽引網(wǎng)電能質(zhì)量分析、車輛運行圖設(shè)計和回流柜設(shè)計等，車輛僅簡單等效為功率源。

針對車輛牽引系統(tǒng)分析的基礎(chǔ)研究與仿真目前主要包括牽引計算、控制算法開發(fā)等。德國軌道交通管理咨詢公司(RMCon)開發(fā)的Dynamis牽引計算軟件可實現(xiàn)基于高精度的軌道交通列車牽引計算，國內(nèi)高校和相關(guān)單位也開發(fā)了列車牽引計算仿真軟件?？刂扑惴ǖ拈_發(fā)驗證目前主要依托matlab仿真平臺以及基于matlab環(huán)境開發(fā)的硬件在環(huán)仿真平臺。但上述仿真平臺的牽引網(wǎng)均等效為恒定的直流電壓，影響仿真結(jié)果的精度。

圖形化建模是利用圖形化手段建立數(shù)學(xué)模型或應(yīng)用模型，利用圖形化操作，定義數(shù)據(jù)、算法以及這些元素之間的關(guān)系，利用圖形化的方法的直觀表達和便捷操作，建立用于仿真計算、數(shù)據(jù)模型描述的數(shù)學(xué)算法，用于專業(yè)計算和分析。

當前，由于圖形建模操作的復(fù)雜性、精細性等特點，圖形建模普遍應(yīng)用于單機桌面軟件中。廣泛應(yīng)用的瀏覽器/服務(wù)器架構(gòu)的軟件，由于瀏覽器的功能限制不能完成精確的圖形操作，以及對圖形對象的位置的精確控制。因而，為了分析牽引供電系統(tǒng)與車輛間的耦合關(guān)系，進行多系統(tǒng)、全線路多車輛車網(wǎng)耦合仿真、車網(wǎng)短路等故障機理研究、分析供電-用電運行能耗，優(yōu)化供電、車輛、再生制動能量吸收系統(tǒng)容量配置和控制策略優(yōu)化，本發(fā)明基于現(xiàn)有的科學(xué)計算軟件，建立包含主變電所、牽引降壓混合變電所、開閉所、降壓變電所、牽引供電網(wǎng)、列車及配套的控車模型、多列車運行模型、雙向變流裝置、能饋裝置、儲能裝置、列車等效模型開發(fā)的城軌牽引供電用電一體化仿真模型庫，并以各單元模型為基礎(chǔ)模型庫，開發(fā)了用于上述耦合系統(tǒng)特性研究的專用仿真平臺。

發(fā)明內(nèi)容