[發(fā)明專利]城市軌道交通潮流追蹤方法及裝置

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202211060500.5
• 申請日: 2022-08-31
• 公開（公告）號: CN115566685A
• 公開（公告）日: 2023-01-03
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 米佳雨;楊中平;林飛;鐘志宏;孫湖;方曉春
• 申請（專利權(quán)）人: 北京交通大學(xué)
• 主分類號: H02J3/06
• 分類號: H02J3/06
• 代理公司: 北京三聚陽光知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11250
• 代理人: 唐巖

本發(fā)明實施例涉及一種城市軌道交通潮流追蹤方法及裝置，包括：構(gòu)建城軌牽引供電系統(tǒng)等效電路模型；基于所述等效電路模型列寫城軌牽引供電系統(tǒng)對應(yīng)的節(jié)點電壓方程；通過求解所述節(jié)點電壓方程對所述城軌牽引供電系統(tǒng)進行電流追蹤，定量表征系統(tǒng)中源電流與負(fù)荷電流之間的比例關(guān)系，其中，源包括變電站和制動列車，負(fù)荷包括牽引列車和線路阻抗；基于所述系統(tǒng)中源電流與負(fù)荷電流之間的比例關(guān)系對城軌牽引供電系統(tǒng)進行功率追蹤，得到源功率與負(fù)荷功率之間的具體分配系數(shù)；基于所述系統(tǒng)中源電流與負(fù)荷電流之間的比例關(guān)系和所述源功率與負(fù)荷功率之間的具體分配系數(shù)，確定所述城軌牽引供電系統(tǒng)的潮流追蹤結(jié)果；由此，可以實現(xiàn)城市軌道交通潮流追蹤，為后續(xù)優(yōu)化城軌系統(tǒng)儲能系統(tǒng)容量配置和多儲能系統(tǒng)間的協(xié)調(diào)控制提供了理論支撐。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明實施例涉及城市軌道交通領(lǐng)域，尤其涉及一種城市軌道交通潮流追蹤方法及裝置。

背景技術(shù)

近年來，城市軌道交通憑借其快速、安全、準(zhǔn)時、高運量、低污染等優(yōu)勢得到了突飛猛進的發(fā)展。但是，隨著城軌線路運營里程的逐年增加，其電能消耗也不容小覷。定量直觀地描述牽引供電系統(tǒng)中各變電站、牽引列車、制動列車之間的功率供給關(guān)系是開展城軌系統(tǒng)節(jié)能降耗研究的基礎(chǔ)和前提。

目前城軌領(lǐng)域關(guān)于牽引供電系統(tǒng)功率分布的研究多體現(xiàn)于潮流計算方面，如：采用改進的電流注入法針對牽引供電系統(tǒng)的非線性以及拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的復(fù)雜性進行潮流計算；采用改進的牛頓-拉夫遜法和高斯-賽德爾法對城軌供電系統(tǒng)潮流進行求解；針對線路配置單/雙向變電站、車載/地面儲能系統(tǒng)以及列車過壓/過流保護等情形進行城軌牽引供電系統(tǒng)的仿真計算；從計算精度、迭代次數(shù)、執(zhí)行時間、內(nèi)存需求等角度對比高斯-塞迭爾法、牛頓-拉夫遜法、電流注入法等潮流計算方法的優(yōu)劣。然而對于線路上包含多個變電站且有多列車協(xié)同運行的場景，無論采用前述何種潮流計算方法，其結(jié)果只可得到該時刻下系統(tǒng)各支路電流的大小。由于城軌牽引供電系統(tǒng)節(jié)點眾多導(dǎo)致電流流通路徑復(fù)雜，因此無法通過潮流計算精確得到該時刻下系統(tǒng)中各變電站、牽引列車與制動列車間的電流及功率分配關(guān)系。

電力系統(tǒng)領(lǐng)域通過潮流追蹤對電網(wǎng)的源流關(guān)系進行精確解析。潮流追蹤是指針對某一時刻下系統(tǒng)的運行狀態(tài)，通過分析和計算，求解各發(fā)電機發(fā)出的功率被哪些負(fù)荷以多大的份額所利用；各負(fù)荷所利用的功率是從哪些發(fā)電機以多大的份額傳送過來的。通過潮流追蹤，對電力系統(tǒng)進行輸電費用和網(wǎng)損分?jǐn)偂⒆枞芾怼o功功率定價、安全穩(wěn)定控制將變得更加科學(xué)、公平、合理。基于該理論，現(xiàn)有技術(shù)中還提出利用圖論的方法快速計算輸電線路的功率組成以及發(fā)電機與負(fù)荷間的實際功率輸送關(guān)系，但是該方法需要將系統(tǒng)等效為有向圖，確定節(jié)點的追蹤順序，計算過程較為繁瑣。此外，比例分配原則雖然簡單直觀，易于被用戶接受，但是缺乏嚴(yán)格的數(shù)學(xué)理論證明；現(xiàn)有技術(shù)還有直接從潮流計算的結(jié)果出發(fā)，無需依賴比例分配原則，建立發(fā)電機對負(fù)荷的分配系數(shù)矩陣，但是該方法需要將線路阻抗損耗移至線路兩端作為負(fù)荷，從而將系統(tǒng)等值為無損網(wǎng)絡(luò)；基于等值導(dǎo)納矩陣運算的改進潮流追蹤解析算法利用發(fā)電機電流、負(fù)荷電流、線路電納和母線并聯(lián)導(dǎo)納定義4個等值導(dǎo)納矩陣，進而通過嚴(yán)密的數(shù)學(xué)推導(dǎo)和矩陣運算得到發(fā)電機、負(fù)荷和線路三者間的復(fù)功率分布解析表達(dá)式；現(xiàn)有技術(shù)還基于電路理論對網(wǎng)絡(luò)中發(fā)電機與負(fù)荷間的電流分配關(guān)系進行上下游追蹤，而后基于電流追蹤的結(jié)果進一步推導(dǎo)了發(fā)電機與負(fù)荷間的功率分配關(guān)系。

與電力系統(tǒng)相比，城軌牽引供電系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)由于列車位置的移動以及牽引制動狀態(tài)的轉(zhuǎn)換具有時變性。城軌系統(tǒng)中“源”和“負(fù)荷”的種類也更加復(fù)雜，列車在牽引狀態(tài)時為“負(fù)荷”，在制動狀態(tài)時則轉(zhuǎn)變?yōu)椤霸础保鳡恳熊嚺c制動列車間存在著復(fù)雜的能量交互，此外，由于城軌線路采用雙向運行方式，上下行線路的存在使得系統(tǒng)潮流的流通路徑更加復(fù)雜。目前，城軌領(lǐng)域關(guān)于潮流追蹤的研究仍處于起步階段，現(xiàn)有技術(shù)只考慮牽引列車與變電站間的電流分配關(guān)系，忽略了制動列車與牽引列車間的電流交互，并且未考慮系統(tǒng)各部分間的功率供給關(guān)系；基于潮流計算的結(jié)果則單純地利用數(shù)學(xué)方法，從矩陣運算的角度進行潮流追蹤，忽略了牽引供電系統(tǒng)自身的電路約束，因而求解的結(jié)果與實際不符。

發(fā)明內(nèi)容

鑒于此，為解決上述技術(shù)問題或部分技術(shù)問題，本發(fā)明實施例提供一種城市軌道交通潮流追蹤方法及裝置。