一種地鐵列車(chē)運(yùn)行與牽引供電系統(tǒng)耦合仿真建模方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種地鐵列車(chē)運(yùn)行與牽引供電系統(tǒng)耦合仿真建模方法，包括：基于列車(chē)牽引供電系統(tǒng)與列車(chē)牽引傳動(dòng)系統(tǒng)之間的耦合關(guān)系等效擬化各電力元件屬性參數(shù)以構(gòu)建地鐵供電系統(tǒng)的車(chē)?網(wǎng)耦合仿真計(jì)算模型；根據(jù)地鐵供電系統(tǒng)的車(chē)?網(wǎng)耦合仿真計(jì)算模型計(jì)算列車(chē)牽引供電系統(tǒng)的電力潮流值；根據(jù)列車(chē)牽引供電系統(tǒng)的電力潮流值和列車(chē)運(yùn)行圖調(diào)整發(fā)車(chē)間隔以適宜不同運(yùn)行工況列車(chē)準(zhǔn)時(shí)準(zhǔn)點(diǎn)運(yùn)行。本發(fā)明提供的仿真建模方法，是基于牽引供電系統(tǒng)與列車(chē)牽引傳動(dòng)系統(tǒng)間的耦合關(guān)系對(duì)牽引供電系統(tǒng)中電力元件進(jìn)行模擬等效，能更準(zhǔn)確地描述列車(chē)與牽引網(wǎng)間的耦合關(guān)系，精確有效地描述地鐵現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際線路上多車(chē)運(yùn)行車(chē)網(wǎng)實(shí)時(shí)電耦合現(xiàn)象。
【專利說(shuō)明】
一種地鐵列車(chē)運(yùn)行與牽引供電系統(tǒng)耦合仿真建模方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及模擬仿真技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種地鐵列車(chē)運(yùn)行與牽引供電系統(tǒng)耦合 仿真建模方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 牽引供電系統(tǒng)是城市軌道交通系統(tǒng)中最為重要的基礎(chǔ)能源設(shè)施，其功能是為軌道 交通系統(tǒng)中的電力車(chē)輛供電，確保軌道交通列車(chē)車(chē)輛的正常運(yùn)行。當(dāng)前，我國(guó)的地鐵牽引供 電系統(tǒng)多采用DC750V或DC1500V雙邊供電方式，國(guó)內(nèi)外學(xué)者針對(duì)此供電方式的地鐵牽引供 電系統(tǒng)直流側(cè)建模方法及其相關(guān)電力潮流值計(jì)算方法進(jìn)行了大量的深入研究，其中使用較 多的牽引供電系統(tǒng)模型有回路電流模型和節(jié)點(diǎn)電壓模型?；芈冯娏髂Ｐ蛢H適于由接觸網(wǎng)、 鋼軌和回流線組成的簡(jiǎn)單系統(tǒng)，用于計(jì)算接觸網(wǎng)與鋼軌的電壓和電流以及沿接觸網(wǎng)的縱向 分布狀態(tài);節(jié)點(diǎn)電壓模型適于具有任意拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的牽引網(wǎng)，且對(duì)其他供電制式下的牽引網(wǎng) 也適用，應(yīng)用較為廣泛。
[0003] 現(xiàn)有技術(shù)中，相關(guān)學(xué)者將列車(chē)視為功率源負(fù)荷并基于12脈波整流機(jī)組模型，結(jié)合 多導(dǎo)體傳輸線模型構(gòu)建適于不同結(jié)構(gòu)和供電方式的牽引網(wǎng)，但未全面闡述列車(chē)在欠壓工況 下的實(shí)際牽引力大小且沒(méi)有將車(chē)-網(wǎng)模型視為整體，忽略了車(chē)網(wǎng)實(shí)時(shí)耦合對(duì)列車(chē)網(wǎng)壓波動(dòng) 的影響，仿真計(jì)算結(jié)果精確度不高。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004] 本發(fā)明所要解決的是采用現(xiàn)有的地鐵牽引供電仿真系統(tǒng)列車(chē)等效模型仿真計(jì)算 結(jié)果精確度不高的問(wèn)題。
[0005] 本發(fā)明通過(guò)下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：
[0006] -種地鐵列車(chē)運(yùn)行與牽引供電系統(tǒng)耦合仿真建模方法，包括:基于列車(chē)牽引供電 系統(tǒng)與列車(chē)牽引傳動(dòng)系統(tǒng)之間的耦合關(guān)系等效擬化各電力元件屬性參數(shù)以構(gòu)建地鐵供電 系統(tǒng)的車(chē)-網(wǎng)耦合仿真計(jì)算模型;根據(jù)地鐵供電系統(tǒng)的車(chē)-網(wǎng)耦合仿真計(jì)算模型計(jì)算列車(chē)牽 引供電系統(tǒng)的電力潮流值;根據(jù)列車(chē)牽引供電系統(tǒng)的電力潮流值和列車(chē)運(yùn)行圖調(diào)整發(fā)車(chē)間 隔以適宜不同運(yùn)行工況列車(chē)準(zhǔn)時(shí)準(zhǔn)點(diǎn)運(yùn)行。
[0007] 本發(fā)明提供的仿真建模方法，是基于牽引供電系統(tǒng)與列車(chē)牽引傳動(dòng)系統(tǒng)間的耦合 關(guān)系對(duì)牽引供電系統(tǒng)中電力元件進(jìn)行模擬等效，結(jié)合列車(chē)牽引傳動(dòng)系統(tǒng)的牽引特性與車(chē)網(wǎng) 關(guān)系，構(gòu)建地鐵供電系統(tǒng)的車(chē)-網(wǎng)耦合仿真計(jì)算模型，計(jì)算牽引供電系統(tǒng)各節(jié)點(diǎn)電壓、支路 電流、牽引網(wǎng)網(wǎng)壓與網(wǎng)側(cè)電流等。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明能更準(zhǔn)確地描述列車(chē)與牽引網(wǎng)間 的耦合關(guān)系，精確有效地描述地鐵現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際線路上多車(chē)運(yùn)行車(chē)網(wǎng)實(shí)時(shí)電耦合現(xiàn)象，對(duì)牽引 供電系統(tǒng)容量設(shè)計(jì)及時(shí)刻表的編排具有一定的指導(dǎo)作用。
[0008] 進(jìn)一步地，基于列車(chē)牽引供電系統(tǒng)與列車(chē)牽引傳動(dòng)系統(tǒng)之間的耦合關(guān)系等效擬化 各電力元件屬性參數(shù)以構(gòu)建地鐵供電系統(tǒng)的車(chē)-網(wǎng)耦合仿真計(jì)算模型包括：
[0009] 將接觸軌、直流饋線以及母線視為勻質(zhì)電阻并將其等效為電阻與導(dǎo)線串聯(lián)，將牽 引變電所等效為直流電壓源與電阻串聯(lián)，將列車(chē)視為消耗有功電度與無(wú)功電度的功率源負(fù) 荷；
[0010]根據(jù)列車(chē)牽引供電系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖和等效擬化后各電力元件屬性參數(shù)構(gòu)建供電 系統(tǒng)物理模型，并將供電系統(tǒng)物理模型中的兩根鋼軌傳輸線等效為一段含有內(nèi)阻的電力 線；
[0011] 對(duì)列車(chē)與列車(chē)位置進(jìn)行編號(hào)并構(gòu)建節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣，編號(hào)順序從左到右依次為變電 所饋電節(jié)點(diǎn)、變電所回流節(jié)點(diǎn)、列車(chē)取流節(jié)點(diǎn)、列車(chē)回流節(jié)點(diǎn)；
[0012] 根據(jù)節(jié)點(diǎn)初始化參數(shù)創(chuàng)建節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納方程U = Y^I，其中，I為節(jié)點(diǎn)注入電流，U為節(jié)點(diǎn) 電壓，Y為節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣。
[0013] 進(jìn)一步地，采用節(jié)點(diǎn)電壓法計(jì)算列車(chē)牽引供電系統(tǒng)的電力潮流值。
[0014] 進(jìn)一步地，根據(jù)地鐵供電系統(tǒng)的車(chē)-網(wǎng)耦合仿真計(jì)算模型計(jì)算列車(chē)牽引供電系統(tǒng) 的電力潮流值包括：
[0015] 判斷本次計(jì)算是否為第一次計(jì)算，若為第一次計(jì)算，設(shè)置整流機(jī)組工區(qū)為第一個(gè) 工作區(qū)間，否則重新確定整流機(jī)組的工作特性；
[0016] 根據(jù)It = P/Ut計(jì)算列車(chē)節(jié)點(diǎn)注入電流，其中，It為列車(chē)節(jié)點(diǎn)注入電流，P為支路功 率，Ut為節(jié)點(diǎn)注入電壓；
[0017]計(jì)算節(jié)點(diǎn)注入電流；
[0018] 判斷整流機(jī)組負(fù)荷電流是否滿足要求，若整流機(jī)組負(fù)荷電流不滿足要求，重新確 定整流機(jī)組的工作特性，否則計(jì)算各節(jié)點(diǎn)電壓；
[0019] 判斷列車(chē)電壓是否收斂，若列車(chē)電壓不收斂重新確定整流機(jī)組的工作特性，否則 計(jì)算列車(chē)運(yùn)行牽引力、聯(lián)合制動(dòng)力、基本阻力以及各種附加阻力。
[0020] 進(jìn)一步地，構(gòu)建多質(zhì)點(diǎn)牽引計(jì)算模型
計(jì)算列車(chē)運(yùn)行牽引力、聯(lián)合制動(dòng)力、基本阻力以及各種附加阻力，其中，V為列車(chē)運(yùn)行速度，t 為列車(chē)運(yùn)行時(shí)間，s為列車(chē)運(yùn)行距離，F(xiàn)t(V)為列車(chē)運(yùn)行速度為V時(shí)的最大牽引力，Bb(V)為列 車(chē)運(yùn)行速度為V時(shí)的最大制動(dòng)力，ω〇( ν)為列車(chē)運(yùn)行單位基本阻力，ut為牽引級(jí)位且ute [0， l]，Ub為制動(dòng)級(jí)位且ube [0，1]，ω」(χ)為單位線路附加阻力，M為列車(chē)質(zhì)量，g為地球表面的 重力加速度。
[0021] 進(jìn)一步地，根據(jù)列車(chē)牽引供電系統(tǒng)的電力潮流值和列車(chē)運(yùn)行圖調(diào)整發(fā)車(chē)間隔以適 宜不同運(yùn)行工況列車(chē)準(zhǔn)時(shí)準(zhǔn)點(diǎn)運(yùn)行包括：
[0022] 根據(jù)列車(chē)網(wǎng)側(cè)電壓、牽引力以及網(wǎng)側(cè)電流之間的關(guān)系建立牽引電機(jī)恒轉(zhuǎn)矩運(yùn)行方 程UuX IuXtXy = Ft(V) XvXt，其中，μ為能量轉(zhuǎn)換效率，Uu為列車(chē)網(wǎng)側(cè)電壓，Iu為列車(chē)網(wǎng)側(cè) 電流；
[0023] 根據(jù)1
的值調(diào)節(jié)列車(chē)運(yùn)行速度及其相應(yīng)的工 況，其中，Uj為j節(jié)點(diǎn)電壓，Ij為j節(jié)點(diǎn)電流，Ui為i節(jié)點(diǎn)電壓，Ii為i節(jié)點(diǎn)電流。
[0024] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下的優(yōu)點(diǎn)和有益效果：
[0025] 本發(fā)明提供的地鐵列車(chē)運(yùn)行與牽引供電系統(tǒng)耦合仿真建模方法，將列車(chē)嵌入到牽 引供電網(wǎng)中構(gòu)建車(chē)-網(wǎng)耦合模型，計(jì)算牽引供電系統(tǒng)各節(jié)點(diǎn)電壓、支路電流、牽引網(wǎng)網(wǎng)壓與 網(wǎng)側(cè)電流等。本發(fā)明能更準(zhǔn)確地描述列車(chē)與牽引網(wǎng)間的耦合關(guān)系，精確有效地描述地鐵現(xiàn) 場(chǎng)實(shí)際線路上多車(chē)運(yùn)行車(chē)網(wǎng)實(shí)時(shí)電耦合現(xiàn)象，對(duì)牽引供電系統(tǒng)容量設(shè)計(jì)及時(shí)刻表的編排具 有一定的指導(dǎo)作用。
【附圖說(shuō)明】
[0026] 此處所說(shuō)明的附圖用來(lái)提供對(duì)本發(fā)明實(shí)施例的進(jìn)一步理解，構(gòu)成本申請(qǐng)的一部 分，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明實(shí)施例的限定。在附圖中：
[0027] 圖1是本發(fā)明實(shí)施例的地鐵列車(chē)運(yùn)行與牽引供電系統(tǒng)耦合仿真建模方法的流程示 意圖；
[0028] 圖2是本發(fā)明實(shí)施例的地鐵雙邊牽引供電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0029]圖3是本發(fā)明實(shí)施例的地鐵牽引供電系統(tǒng)物理模型示意圖；
[0030] 圖4是本發(fā)明實(shí)施例的地鐵牽引網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)示意圖；
[0031] 圖5是本發(fā)明實(shí)施例計(jì)算列車(chē)牽引供電系統(tǒng)的電力潮流值的流程示意圖；
[0032]圖6是本發(fā)明實(shí)施例的地鐵列車(chē)運(yùn)行曲線及ATO控車(chē)原理示意圖；
[0033]圖7是本發(fā)明實(shí)施例的網(wǎng)側(cè)電壓與距離曲線示意圖；
[0034]圖8是本發(fā)明實(shí)施例的速度與距離曲線示意圖；
[0035]圖9是本發(fā)明實(shí)施例的牽引/再生制動(dòng)力與距離曲線示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0036]為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，下面結(jié)合實(shí)施例和附圖，對(duì)本 發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明，本發(fā)明的示意性實(shí)施方式及其說(shuō)明僅用于解釋本發(fā)明，并不作 為對(duì)本發(fā)明的限定。
[0037] 實(shí)施例
[0038] 圖1是本發(fā)明實(shí)施例的地鐵列車(chē)運(yùn)行與牽引供電系統(tǒng)耦合仿真建模方法的流程示 意圖，所述地鐵列車(chē)運(yùn)行與牽引供電系統(tǒng)耦合仿真建模方法包括步驟Sl~步驟S3。
[0039] 步驟S1，基于列車(chē)牽引供電系統(tǒng)與列車(chē)牽引傳動(dòng)系統(tǒng)之間的耦合關(guān)系等效擬化各 電力元件屬性參數(shù)以構(gòu)建地鐵供電系統(tǒng)的車(chē)-網(wǎng)耦合仿真計(jì)算模型。
[0040] 將接觸軌、直流饋線以及母線視為勻質(zhì)電阻并將其等效為電阻與導(dǎo)線串聯(lián)，將牽 引變電所等效為直流電壓源與電阻串聯(lián)，將列車(chē)視為消耗有功電度與無(wú)功電度的功率源負(fù) 荷。具體地，根據(jù)地鐵牽引供電系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)與鐵路現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行實(shí)際場(chǎng)景模擬抽象中壓變電 所、牽引變電所、整流機(jī)組、回流線、饋線、牽引網(wǎng)、鋼軌、列車(chē)等，繪制如圖2所示的地鐵雙邊 供電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖，根據(jù)傳輸線理論及相關(guān)電力元件屬性參數(shù)與功能特性對(duì)圖2中的 電力元件進(jìn)行物理特性擬化。
[0041] 根據(jù)列車(chē)牽引供電系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖和等效擬化后各電力元件屬性參數(shù)構(gòu)建供電 系統(tǒng)物理模型，并將供電系統(tǒng)物理模型中的兩根鋼軌傳輸線等效為一段含有內(nèi)阻的電力 線。構(gòu)建的供電系統(tǒng)物理模型如圖3所示，將兩根鋼軌傳輸線等效為一段含有內(nèi)阻的電力線 后，地鐵牽引網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖4所示。
[0042] 對(duì)列車(chē)與列車(chē)位置進(jìn)行編號(hào)并構(gòu)建節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣，編號(hào)順序從左到右依次為變電 所饋電節(jié)點(diǎn)、變電所回流節(jié)點(diǎn)、列車(chē)取流節(jié)點(diǎn)、列車(chē)回流節(jié)點(diǎn)。假設(shè)系統(tǒng)有N個(gè)節(jié)點(diǎn)，則節(jié)點(diǎn) 導(dǎo)納矩陣表示為：
[0043]
[0044] 對(duì)矩陣中的每個(gè)元素通用Ym表示，當(dāng)P = q時(shí)，Ym為節(jié)點(diǎn)p的自導(dǎo)納，表示與第p個(gè) 節(jié)點(diǎn)相關(guān)聯(lián)的所有支路的導(dǎo)納之和。當(dāng)P辛q時(shí)，Ypq成為節(jié)點(diǎn)P和節(jié)點(diǎn)q之間的互導(dǎo)納，表示聯(lián) 接第P個(gè)節(jié)點(diǎn)與第q個(gè)節(jié)點(diǎn)間導(dǎo)納的負(fù)數(shù)，且Ypq = Yw，其中當(dāng)節(jié)點(diǎn)P與節(jié)點(diǎn)q無(wú)直接關(guān)聯(lián)時(shí)， Ypq = Yqp = Oo
[0045] 根據(jù)節(jié)點(diǎn)初始化參數(shù)創(chuàng)建節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納方程U = Y^1I，其中，I為節(jié)點(diǎn)注入電流，U為節(jié)點(diǎn) 電壓，Y為節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣。節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納方程創(chuàng)建完成后，便可計(jì)算列車(chē)牽引供電系統(tǒng)的電力潮 流值。
[0046] 步驟S2,根據(jù)地鐵供電系統(tǒng)的車(chē)-網(wǎng)耦合仿真計(jì)算模型計(jì)算列車(chē)牽引供電系統(tǒng)的 電力潮流值。在本實(shí)施例中，采用節(jié)點(diǎn)電壓法計(jì)算列車(chē)牽引供電系統(tǒng)的電力潮流值。圖5是 本發(fā)明實(shí)施例計(jì)算列車(chē)牽引供電系統(tǒng)的電力潮流值的流程示意圖，所述計(jì)算列車(chē)牽引供電 系統(tǒng)的電力潮流值包括：
[0047] 判斷本次計(jì)算是否為第一次計(jì)算，若為第一次計(jì)算，設(shè)置整流機(jī)組工區(qū)為第一個(gè) 工作區(qū)間，否則重新確定整流機(jī)組的工作特性;根據(jù)11 = P/Ut計(jì)算列車(chē)節(jié)點(diǎn)注入電流，其中， It為列車(chē)節(jié)點(diǎn)注入電流，為支路功率，Ut為節(jié)點(diǎn)注入電壓;計(jì)算節(jié)點(diǎn)注入電流，根據(jù)節(jié)點(diǎn)注入 電流可計(jì)算整流機(jī)組負(fù)荷電流;判斷整流機(jī)組負(fù)荷電流是否滿足要求，若P整流機(jī)組負(fù)荷電 流不滿足要求，重新確定整流機(jī)組的工作特性，否則計(jì)算各節(jié)點(diǎn)電壓;判斷列車(chē)電壓是否收 斂，若列車(chē)電壓不收斂重新確定整流機(jī)組的工作特性，否則計(jì)算列車(chē)運(yùn)行牽引力、聯(lián)合制動(dòng) 力、基本阻力以及各種附加阻力。
[0048] 進(jìn)一步，確定整流機(jī)組的工作特性包括:如果某整流機(jī)組負(fù)荷電流小于當(dāng)前工作 區(qū)間對(duì)應(yīng)的負(fù)荷電流范圍，則設(shè)置該整流機(jī)組工作區(qū)間為前一工作區(qū)間；如果某整流機(jī)組 負(fù)荷電流大于當(dāng)前工作區(qū)間對(duì)應(yīng)的負(fù)荷電流范圍，則設(shè)置該整流機(jī)組工作區(qū)間為后一工作 區(qū)間。判斷列車(chē)電壓是否收斂是指判斷計(jì)算出的各個(gè)列車(chē)節(jié)點(diǎn)電壓大小是否已滿足給定的 收斂精度ε，ε的計(jì)算公式為：
[0049]
[0050] 其中，r為第r列列車(chē)，以為第r列列車(chē)第k次迭代后，列車(chē)所在位置的牽引網(wǎng)網(wǎng)壓 值。
[0051] 在本實(shí)施例中，構(gòu)建多質(zhì)點(diǎn)牽引計(jì)算模型
計(jì)算列車(chē)運(yùn)行牽引力、聯(lián)合制動(dòng)力、基本阻力以及各種附加阻力，其中，V為列車(chē)運(yùn)行速度，t 為列車(chē)運(yùn)行時(shí)間，s為列車(chē)運(yùn)行距離，F(xiàn)t(V)為列車(chē)運(yùn)行速度為V時(shí)的最大牽引力，Bb(V)為列 車(chē)運(yùn)行速度為V時(shí)的最大制動(dòng)力，ω〇( ν)為列車(chē)運(yùn)行單位基本阻力，ut為牽引級(jí)位且ute[0， l]，ub為制動(dòng)級(jí)位且ube [0，1]，ω」（χ)為單位線路附加阻力，M為列車(chē)質(zhì)量，g為地球表面的 重力加速度。
[0052]步驟S3,根據(jù)列車(chē)牽引供電系統(tǒng)的電力潮流值和列車(chē)運(yùn)行圖調(diào)整發(fā)車(chē)間隔以適宜 不同運(yùn)行工況列車(chē)準(zhǔn)時(shí)準(zhǔn)點(diǎn)運(yùn)行。具體地，根據(jù)列車(chē)網(wǎng)側(cè)電壓、牽引力以及網(wǎng)側(cè)電流之間的 關(guān)系建立牽引電機(jī)恒轉(zhuǎn)矩運(yùn)行方程Uu XIuXtXy = Ft (V)XvXt，其中，μ為能量轉(zhuǎn)換效率， Ii Ii Uu為列車(chē)網(wǎng)側(cè)電壓，Iu為列車(chē)網(wǎng)側(cè)電流;根據(jù)Uj X Ij = U1X I1獲得「的值，并根據(jù);^的值調(diào) 節(jié)列車(chē)運(yùn)行速度及其相應(yīng)的工況，其中，Uj為j節(jié)點(diǎn)電壓，Ij為j節(jié)點(diǎn)電流，Ui為i節(jié)點(diǎn)電壓，Ii 為i節(jié)點(diǎn)電流。根據(jù)牽引電力潮流值、牽引力及ATO中預(yù)置多條離線最優(yōu)曲線動(dòng)態(tài)調(diào)整地鐵 列車(chē)運(yùn)行，運(yùn)行曲線及ATO控車(chē)原理如圖6所示。本領(lǐng)域技術(shù)人員知曉如何根據(jù)牽引電力潮 流值、牽引力及ATO中預(yù)置多條離線最優(yōu)曲線動(dòng)態(tài)調(diào)整地鐵列車(chē)運(yùn)行，在此不再贅述。
[0053]為更好地說(shuō)明本發(fā)明技術(shù)方案的效果，發(fā)明人按照本發(fā)明提供的方法進(jìn)行了數(shù)字 仿真驗(yàn)證。由于列車(chē)站間運(yùn)行的數(shù)據(jù)較多，因此截取三個(gè)運(yùn)行區(qū)間的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較分析，對(duì) 比列車(chē)在這三個(gè)區(qū)間采用耦合計(jì)算與未采用耦合計(jì)算情況下地鐵列車(chē)的速度-距離運(yùn)行曲 線、列車(chē)網(wǎng)側(cè)電壓-距離曲線及列車(chē)牽引/再生制動(dòng)力-距離曲線。
[0054] 圖7是本發(fā)明實(shí)施例的網(wǎng)側(cè)電壓與距離曲線示意圖。由圖7可知，采用耦合計(jì)算以 后，列車(chē)網(wǎng)側(cè)電壓波動(dòng)范圍要比未采用耦合計(jì)算時(shí)的波動(dòng)范圍小。原因是，考慮耦合計(jì)算以 后，網(wǎng)側(cè)電壓影響了牽引電機(jī)功率的發(fā)揮。在再生制動(dòng)工況下，假設(shè)網(wǎng)壓水平一直在牽引變 電所允許范圍內(nèi)，網(wǎng)壓的升高相差不大，但在牽引工況時(shí)，網(wǎng)壓的降低導(dǎo)致列車(chē)牽引特性的 前移、功率下降，從而減小了網(wǎng)壓的降低量。
[0055] 圖8是本發(fā)明實(shí)施例的速度與距離曲線示意圖。由圖8可知，采用耦合計(jì)算以后，列 車(chē)處在牽引工況時(shí)，網(wǎng)壓低于牽引傳動(dòng)系統(tǒng)額定網(wǎng)壓，其牽引特性恒功點(diǎn)有迀移的情況。因 此，在高速時(shí)，相同速度下的牽引力要低于正常網(wǎng)壓時(shí)的水平，列車(chē)的最高運(yùn)行速度均要比 正常網(wǎng)壓下有所降低。
[0056] 圖9是本發(fā)明實(shí)施例的牽引/再生制動(dòng)力與距離曲線示意圖。由圖9可知，采用耦合 計(jì)算以后，同樣受網(wǎng)壓降低的影響，列車(chē)處在牽引工況時(shí)，相同速度下的牽引力要低于正常 網(wǎng)壓時(shí)的水平，而在再生制動(dòng)時(shí)則基本相同。
[0057] 以上所述的【具體實(shí)施方式】，對(duì)本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步 詳細(xì)說(shuō)明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】而已，并不用于限定本發(fā)明 的保護(hù)范圍，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含 在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種地鐵列車(chē)運(yùn)行與牽引供電系統(tǒng)耦合仿真建模方法，其特征在于，包括： 基于列車(chē)牽引供電系統(tǒng)與列車(chē)牽引傳動(dòng)系統(tǒng)之間的耦合關(guān)系等效擬化各電力元件屬 性參數(shù)以構(gòu)建地鐵供電系統(tǒng)的車(chē)-網(wǎng)耦合仿真計(jì)算模型； 根據(jù)地鐵供電系統(tǒng)的車(chē)-網(wǎng)耦合仿真計(jì)算模型計(jì)算列車(chē)牽引供電系統(tǒng)的電力潮流值； 根據(jù)列車(chē)牽引供電系統(tǒng)的電力潮流值和列車(chē)運(yùn)行圖調(diào)整發(fā)車(chē)間隔以適宜不同運(yùn)行工 況列車(chē)準(zhǔn)時(shí)準(zhǔn)點(diǎn)運(yùn)行。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種地鐵列車(chē)運(yùn)行與牽引供電系統(tǒng)耦合仿真建模方法，其特 征在于，基于列車(chē)牽引供電系統(tǒng)與列車(chē)牽引傳動(dòng)系統(tǒng)之間的耦合關(guān)系等效擬化各電力元件 屬性參數(shù)以構(gòu)建地鐵供電系統(tǒng)的車(chē)_網(wǎng)耦合仿真計(jì)算模型包括： 將接觸軌、直流饋線以及母線視為勻質(zhì)電阻并將其等效為電阻與導(dǎo)線串聯(lián)，將牽引變 電所等效為直流電壓源與電阻串聯(lián)，將列車(chē)視為消耗有功電度與無(wú)功電度的功率源負(fù)荷； 根據(jù)列車(chē)牽引供電系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖和等效擬化后各電力元件屬性參數(shù)構(gòu)建供電系統(tǒng) 物理模型，并將供電系統(tǒng)物理模型中的兩根鋼軌傳輸線等效為一段含有內(nèi)阻的電力線； 對(duì)列車(chē)與列車(chē)位置進(jìn)行編號(hào)并構(gòu)建節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣，編號(hào)順序從左到右依次為變電所饋 電節(jié)點(diǎn)、變電所回流節(jié)點(diǎn)、列車(chē)取流節(jié)點(diǎn)、列車(chē)回流節(jié)點(diǎn)； 根據(jù)節(jié)點(diǎn)初始化參數(shù)創(chuàng)建節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納方程U = Y<I，其中，I為節(jié)點(diǎn)注入電流，U為節(jié)點(diǎn)電 壓，Y為節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種地鐵列車(chē)運(yùn)行與牽引供電系統(tǒng)耦合仿真建模方法，其特 征在于，采用節(jié)點(diǎn)電壓法計(jì)算列車(chē)牽引供電系統(tǒng)的電力潮流值。4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種地鐵列車(chē)運(yùn)行與牽引供電系統(tǒng)耦合仿真建模方法，其特 征在于，根據(jù)地鐵供電系統(tǒng)的車(chē)-網(wǎng)耦合仿真計(jì)算模型計(jì)算列車(chē)牽引供電系統(tǒng)的電力潮流 值包括： 判斷本次計(jì)算是否為第一次計(jì)算，若為第一次計(jì)算，設(shè)置整流機(jī)組工區(qū)為第一個(gè)工作 區(qū)間，否則重新確定整流機(jī)組的工作特性； 根據(jù)It = P/Ut計(jì)算列車(chē)節(jié)點(diǎn)注入電流，其中，It為列車(chē)節(jié)點(diǎn)注入電流，P為支路功率，Ut為 節(jié)點(diǎn)注入電壓； 計(jì)算節(jié)點(diǎn)注入電流； 判斷整流機(jī)組負(fù)荷電流是否滿足要求，若整流機(jī)組負(fù)荷電流不滿足要求，重新確定整 流機(jī)組的工作特性，否則計(jì)算各節(jié)點(diǎn)電壓； 判斷列車(chē)電壓是否收斂，若列車(chē)電壓不收斂重新確定整流機(jī)組的工作特性，否則計(jì)算 列車(chē)運(yùn)行牽引力、聯(lián)合制動(dòng)力、基本阻力以及各種附加阻力。5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種地鐵列車(chē)運(yùn)行與牽引供電系統(tǒng)耦合仿真建模方法，其特 征在于，構(gòu)建多質(zhì)點(diǎn)牽引計(jì)算模型I計(jì)算列車(chē) 運(yùn)行牽引力、聯(lián)合制動(dòng)力、基本阻力以及各種附加阻力，其中，v為列車(chē)運(yùn)行速度，t為列車(chē)運(yùn) 行時(shí)間，s為列車(chē)運(yùn)行距離，F(xiàn)t(v)為列車(chē)運(yùn)行速度為v時(shí)的最大牽引力，Bb(v)為列車(chē)運(yùn)行速 度為V時(shí)的最大制動(dòng)力，《 Q(V)為列車(chē)運(yùn)行單位基本阻力，Ut為牽引級(jí)位且UtG [〇，1]，Ub為 制動(dòng)級(jí)位且UbG[〇，l]，《j(x)為單位線路附加阻力，M為列車(chē)質(zhì)量，g為地球表面的重力加速 度。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種地鐵列車(chē)運(yùn)行與牽引供電系統(tǒng)耦合仿真建模方法，其特 征在于，根據(jù)列車(chē)牽引供電系統(tǒng)的電力潮流值和列車(chē)運(yùn)行圖調(diào)整發(fā)車(chē)間隔以適宜不同運(yùn)行 工況列車(chē)準(zhǔn)時(shí)準(zhǔn)點(diǎn)運(yùn)行包括：根據(jù)列車(chē)網(wǎng)側(cè)電壓、牽引力以及網(wǎng)側(cè)電流之間的關(guān)系建立牽引電機(jī)恒轉(zhuǎn)矩運(yùn)行方程Uu XIuXtXii = Ft(v)XvXt，其中，y為能量轉(zhuǎn)換效率，Uu為列車(chē)網(wǎng)側(cè)電壓，Iu為列車(chē)網(wǎng)側(cè)電 流； 根據(jù)山XljiUiXIi獲得一的值，并根據(jù)的值調(diào)節(jié)列車(chē)運(yùn)行速度及其相應(yīng)的工況，其 中，Uj為j節(jié)點(diǎn)電壓，Ij為j節(jié)點(diǎn)電流，Ui為i節(jié)點(diǎn)電壓，Ii為i節(jié)點(diǎn)電流。
【文檔編號(hào)】G06F17/50GK106055852SQ201610580924
【公開(kāi)日】2016年10月26日
【申請(qǐng)日】2016年7月21日 公開(kāi)號(hào)201610580924.2, CN 106055852 A, CN 106055852A, CN 201610580924, CN-A-106055852, CN106055852 A, CN106055852A, CN201610580924, CN201610580924.2
【發(fā)明人】李躍宗, 黃成周
【申請(qǐng)人】成都運(yùn)達(dá)科技股份有限公司