一種交直流型電力機(jī)車(chē)的建模方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于交直流型電力機(jī)車(chē)對(duì)電網(wǎng)的影響領(lǐng)域，特別設(shè)及一種交直流型電力機(jī) 車(chē)的概率諧波電流源建模方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著電氣化鐵路的高速發(fā)展，其對(duì)電網(wǎng)的影響也越來(lái)越受到關(guān)注。電力機(jī)車(chē)作為 一種大功率整流負(fù)荷，正常運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的大量諧波和負(fù)序電流，對(duì)電網(wǎng)的電能質(zhì)量和電網(wǎng) 穩(wěn)定構(gòu)成一定威脅。電氣化鐵路由一次供電系統(tǒng)、牽引供電系統(tǒng)、電力機(jī)車(chē)和電動(dòng)車(chē)等部分 組成。一次供電系統(tǒng)主要包括發(fā)電廠、區(qū)域變電所和電力傳輸線；牽引供電系統(tǒng)主要包括牽 引變電所和牽引網(wǎng)兩部分；電力機(jī)車(chē)和電動(dòng)車(chē)組是指靠電能驅(qū)動(dòng)運(yùn)行的機(jī)車(chē)車(chē)組。電氣化 鐵路的供電是在鐵路沿線建立若干個(gè)牽引變電站，一般由電力系統(tǒng)liokv雙電源供電，經(jīng) 牽引變壓器降壓后通過(guò)牽引網(wǎng)向電力機(jī)車(chē)供電。電力機(jī)車(chē)采用25kV單向工頻交流電壓，經(jīng) 全波整流后驅(qū)動(dòng)直流牽引電動(dòng)機(jī)，在架空接觸導(dǎo)線和鋼軌之間行駛。
[0003] 高速重載電力機(jī)車(chē)對(duì)電力系統(tǒng)有顯著的影響，因此，有必要對(duì)其合理建模W分析 機(jī)車(chē)負(fù)荷對(duì)電力系統(tǒng)造成的影響。
[0004] 目前對(duì)電力機(jī)車(chē)的建模通常采用主電路模型。主電路模型包含整個(gè)牽引傳動(dòng)系 統(tǒng)，即整流橋、逆變器和牽引電機(jī)。該模型可W準(zhǔn)確地得到機(jī)車(chē)負(fù)載的工頻特性，但在諧波 特性方面卻可能與實(shí)際負(fù)荷存在一定差距。原因主要有：一，動(dòng)車(chē)組內(nèi)部電氣參數(shù)控制方法 未公開(kāi)，同時(shí)補(bǔ)償裝置的運(yùn)行狀態(tài)也難W獲得；二，受線路條件、天氣等因素的影響，機(jī)車(chē)負(fù) 荷的諧波具有隨機(jī)波動(dòng)性；=，牽引網(wǎng)的影響會(huì)使得某些諧波放大或衰減，流入牽引變電所 的諧波電流和機(jī)車(chē)注入牽引網(wǎng)的諧波電流并不一致。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明提供一種交直流型電力機(jī)車(chē)的建模方法，相較于現(xiàn)有技術(shù)中的電力機(jī)車(chē)主 電路建模方法，本發(fā)明建立的電力機(jī)車(chē)模型在電力機(jī)車(chē)的諧波方面更接近實(shí)際情況，便于 分析電力機(jī)車(chē)的真實(shí)運(yùn)行狀態(tài)及機(jī)車(chē)負(fù)荷諧波對(duì)電網(wǎng)的影響。
[0006] 本發(fā)明的技術(shù)方案為提供一種交直流型電力機(jī)車(chē)的建模方法，包括：
[0007] 計(jì)算電力機(jī)車(chē)的基波和各次諧波的幅值和相位；
[000引 W基波和各次諧波的幅值為隨機(jī)變量采用最大滴法計(jì)算幅值的概率密度函數(shù)，W 基波和各次諧波的相位為隨機(jī)變量采用最大滴法計(jì)算相位的概率密度函數(shù)；
[0009] 根據(jù)幅值的概率密度函數(shù)計(jì)算幅值的分布函數(shù)及根據(jù)相位的概率密度函數(shù)計(jì)算 相位的分布函數(shù)；
[0010] 在matlab中建立基波和各諧波幅值與其分布函數(shù)相對(duì)應(yīng)的第一數(shù)據(jù)表、相位與 其分布函數(shù)相對(duì)應(yīng)的第二數(shù)據(jù)表；
[0011] 在PSCAD中引入matl油接口模塊，matl油接口模塊接收matl油中根據(jù)第一數(shù)據(jù) 表及第二數(shù)據(jù)表獲得的基波及諧波的幅值和相位；
[0012] 在PSCAD中搭建電力機(jī)車(chē)概率諧波電流源模型，其中，電力機(jī)車(chē)概率諧波電流源 模型包括；=相電壓源、牽引變壓器、四象限整流橋電路、整流橋控制電路及目標(biāo)輸出電流 生成單元；
[0013] =相電壓源連接于牽引變壓器的高壓側(cè)；牽引變壓器的供電臂連接四象限整流橋 電路；整流橋控制電路接收四象限整流橋電路輸出電流及目標(biāo)輸出電流，用于使四象限整 流橋電路輸出電流等于目標(biāo)輸出電流；目標(biāo)輸出電流生成單元連接matlab接口模塊，根據(jù) matlab接口模塊接收的基波及諧波的幅值和相位生成目標(biāo)輸出電流。
[0014] 進(jìn)一步的，計(jì)算電力機(jī)車(chē)的基波和各次諧波的幅值和相位的過(guò)程包括；采集電力 機(jī)車(chē)的接觸線或饋電線的電流；對(duì)接觸線或饋電線的電流進(jìn)行傅里葉分析，計(jì)算出基波和 各次諧波幅值和相位。
[0015] 進(jìn)一步的，采用最大滴法得到的幅值的概率密度函數(shù)為：
[0016]
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種交直流型電力機(jī)車(chē)的建模方法，其特征在于，所述方法包括： 計(jì)算電力機(jī)車(chē)的基波和各次諧波的幅值和相位； 以基波和各次諧波的幅值為隨機(jī)變量采用最大熵法計(jì)算幅值的概率密度函數(shù)，以基波 和各次諧波的相位為隨機(jī)變量采用最大熵法計(jì)算相位的概率密度函數(shù)； 根據(jù)所述幅值的概率密度函數(shù)計(jì)算幅值的分布函數(shù)及根據(jù)所述相位的概率密度函數(shù) 計(jì)算相位的分布函數(shù)； 在matlab中建立基波和各諧波幅值與其分布函數(shù)相對(duì)應(yīng)的第一數(shù)據(jù)表、相位與其分 布函數(shù)相對(duì)應(yīng)的第二數(shù)據(jù)表； 在PSCAD中引入matlab接口模塊，所述matlab接口模塊接收matlab中根據(jù)所述第一 數(shù)據(jù)表及所述第二數(shù)據(jù)表獲得的基波及諧波的幅值和相位； 在PSCAD中搭建電力機(jī)車(chē)概率諧波電流源模型，其中，所述電力機(jī)車(chē)概率諧波電流源 模型包括：三相電壓源、牽引變壓器、四象限整流橋電路、整流橋控制電路及目標(biāo)輸出電流 生成單元； 所述三相電壓源連接于所述牽引變壓器的高壓側(cè)；所述牽引變壓器的供電臂連接所述 四象限整流橋電路；所述整流橋控制電路接收所述四象限整流橋電路輸出電流及目標(biāo)輸出 電流，用于使所述四象限整流橋電路輸出電流等于所述目標(biāo)輸出電流；所述目標(biāo)輸出電流 生成單元連接所述matlab接口模塊，根據(jù)所述matlab接口模塊接收的基波及諧波的幅值 和相位生成目標(biāo)輸出電流。
2. 如權(quán)利要求1所述的一種交直流型電力機(jī)車(chē)的建模方法，其特征在于，計(jì)算電力機(jī) 車(chē)的基波和各次諧波的幅值和相位的過(guò)程包括： 采集電力機(jī)車(chē)的接觸線或饋電線的電流； 對(duì)接觸線或饋電線的電流進(jìn)行傅里葉分析，計(jì)算出基波和各次諧波幅值和相位。
3. 如權(quán)利要求1所述的一種交直流型電力機(jī)車(chē)的建模方法，其特征在于，采用最大熵 法得到的幅值的概率密度函數(shù)為：
其中，P(X)為基波和各次諧波幅值在取值X處的概率密度函數(shù)；Xci,X1,X2-A1滿(mǎn)足 的線性方程為：
其中，X。，X1, A1為第一組系數(shù)，Ini為各次諧波幅值的第i階原點(diǎn)矩，m。= 1，1 為原點(diǎn)矩階數(shù)，Gi (A)為第一組系數(shù)的函數(shù)，R為幅值的定義域。
4. 如權(quán)利要求3所述的一種交直流型電力機(jī)車(chē)的建模方法，其特征在于，采用最大熵 法得到的相位的概率密度函數(shù)為：
其中，P'（y)為基波和各次諧波相位在取值y處的概率密度函數(shù)； 入，。，入，i，入，2…入，i滿(mǎn)足的線性方程為：
其中，X^A'A'A' 1為第二組系數(shù)，m'i為各次諧波相位的第i階原點(diǎn) 矩，I^tl= 1，1為原點(diǎn)矩階數(shù)，G'i(A'）為第二組系數(shù)的函數(shù)，R'為相位的定義域。
5. 如權(quán)利要求4所述的一種交直流型電力機(jī)車(chē)的建模方法，其特征在于，用牛頓迭代 法求解所述第一組系數(shù)及所述第二組系數(shù)。
6. 如權(quán)利要求1所述的一種交直流型電力機(jī)車(chē)的建模方法，其特征在于，所述四象限 整流橋電路為由四個(gè)絕緣柵雙極型晶體管構(gòu)成的整流電路。
7. 如權(quán)利要求6所述的一種交直流型電力機(jī)車(chē)的建模方法，其特征在于，所述整流橋 控制電路包括：比較器、滯環(huán)控制單元及開(kāi)關(guān)控制信號(hào)生成單元； 所述比較器接收所述目標(biāo)輸出電流及所述四象限整流橋電路的輸出電流，并對(duì)其做 差，輸出一偏差信號(hào)； 所述滯環(huán)控制單元連接所述比較器，接收所述偏差信號(hào)，輸出一調(diào)節(jié)信號(hào)； 所述開(kāi)關(guān)控制信號(hào)生成單元連接于所述滯環(huán)控制單元，接收所述調(diào)節(jié)信號(hào)，輸出控制 信號(hào)至所述絕緣柵雙極型晶體管的開(kāi)關(guān)端。
8. 如權(quán)利要求1所述的一種交直流型電力機(jī)車(chē)的建模方法，其特征在于，所述目標(biāo)輸 出電流為基波和各次諧波的矢量和。
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明提供了一種交直流型電力機(jī)車(chē)的建模方法，包括：計(jì)算電力機(jī)車(chē)的基波和各次諧波的幅值和相位；以基波和各次諧波的幅值和相位為隨機(jī)變量采用最大熵法，分別計(jì)算幅值和相位的概率密度函數(shù)；然后分別計(jì)算幅值和相位的分布函數(shù)；在matlab中建立基波和各諧波幅值與其分布函數(shù)相對(duì)應(yīng)的第一數(shù)據(jù)表、相位與其分布函數(shù)相對(duì)應(yīng)的第二數(shù)據(jù)表；PSCAD中引入matlab接口模塊，接收matlab中根據(jù)第一數(shù)據(jù)表及第二數(shù)據(jù)表獲得的基波及諧波的幅值和相位；在PSCAD中搭建電力機(jī)車(chē)概率諧波電流源模型，概率諧波電流源模型包括：三相電壓源、牽引變壓器、四象限整流橋電路、整流橋控制電路及目標(biāo)輸出電流生成單元；本發(fā)明建立的電力機(jī)車(chē)模型在電力機(jī)車(chē)的諧波方面更接近實(shí)際情況。
【IPC分類(lèi)】H02M7-219, H02J3-01
【公開(kāi)號(hào)】CN104716648
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510151970
【發(fā)明人】李蘊(yùn)紅, 劉輝, 吳林林, 劉京波, 王皓靖, 白愷
【申請(qǐng)人】華北電力科學(xué)研究院有限責(zé)任公司, 國(guó)家電網(wǎng)公司
【公開(kāi)日】2015年6月17日
【申請(qǐng)日】2015年4月1日