地面储能装置等效建模的方法、装置、设备及存储介质与流程

本发明涉及城市轨道交通制动系统领域，特别是涉及一种地面回馈装置等效建模的方法、装置、设备及计算机可读存储介质。。

背景技术：

城市轨道交通列车的制动系统包括电制动和机械制动。当列车开始制动时，通常采用电制动，牵引电机由电动机状态转换成发电机状态，将车辆行进的动能转换成电能产生制动力。当速度降到一定值时，再由电制动换成机械制动。采用电制动，将再生的能量反馈到直流牵引网，供其它列车使用，称为再生制动。但是这部分电能一般不能完全被线路上其他正在运行的车辆吸收，而这部分多余电能会引起直流牵引网电压的升高。直流牵引网电压升高到一定程度，其结果可能是灾难性的。为此需要装设再生制动能量利用装置，将多余的再生制动能量吸收或回馈，从而将电网电压控制在额定值。

目前再生制动能量利用装置主要有三种：制动电阻、地面回馈装置、储能装置。制动电阻将剩余再生制动能量通过热能消耗，这种处理方式不仅造成了能量的大量浪费，同时滞留在列车或隧道的热能增加了环控系统的压力。城市轨道交通由于其运量大，站间距短，车辆启动、制动频繁，消耗在制动电阻上的能量十分可观。地面回馈装置在牵引变电所安装，与直流牵引网相连，将剩余的再生制动能量逆变成交流，经隔离变压器输入到35kv城市轨道中压环网或400v车站用电系统。地面储能装置中，超级电容器组、锂电池或者镍氢电池等储能元件经过双向dc/dc变换器和牵引网并联。地面储能装置以牵引网网压为判据，通过充、放电来存储和再利用制动能量，稳定牵引网网压。地面回馈装置能量回馈效率高，兼具无功补偿功能，综合性价比较高，但是再生制动能量的短时冲击，仍有可能逆功率注入110kv电力系统pcc。储能装置在直流牵引侧利用剩余再生制动能量，兼具稳定牵引网网压功能，但储能装置成本较高，体积较大。这两种技术各有优势，都具有发展前景和推广趋势。

地面回馈装置是近年来研究的热点，国内对地面回馈装置的研究主要集中在装置本身的控制策略、主电路拓扑结构、传输特性、电能质量控制等，而对其在牵引供电系统潮流仿真分析中的建模研究相较甚少。地面回馈装置的牵引供电系统建模与潮流分析仿真，是完成相关牵引供电计算、地面回馈装置的位置、容量、数量等方案优化和能量反馈效果评估等研究工作的基础。

国内对地面回馈装置的研究主要集中在装置本身的控制策略、主电路拓扑结构、传输特性、电能质量控制等，而对其在牵引供电系统潮流仿真分析中的等效建模研究相较甚少。传统的地面回馈装置数学建模方法是根据地面回馈装置的主电路、控制策略，深入研究其电气耦合关系，列写大量的微积分方程，并逐一推导其数学模型，最后选择合适的算法进行解算。该方法建立的模型较为精确，但存在以下问题：需要深入研究地面回馈装置各电气量的耦合关系，建模难度大；需全面了解主电路拓扑结构、控制策略，并获取详尽的参数；算法组织复杂；数学模型推导繁琐、工作量大；非线性方程解算容易发散，且耗时较长等。

综上所述可以看出，如何在不影响精度的前提下降低等效建模的难度是目前有待解决的问题。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种地面回馈装置等效建模的方法、装置、设备及计算机可读存储介质，以解决现有技术中地面回馈装置等效建模难度大的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供一种地面回馈装置等效建模的方法，包括：获取地面回馈装置的实际测量值；调用预设的等效模型、等效参数以及预设等效条件之间的对应关系，所述预设等效条件依据所述地面回馈装置的参数值设置得到；当所述实际测量值符合所述预设等效条件时，根据所述对应关系，建立所述地面回馈装置的等效模型，确定所述地面回馈装置的等效参数。

优选地，所述地面回馈装置的实际测量值包括：地面回馈装置电压、等效阻抗、功率。

优选地，所述地面回馈装置的参数值包括：牵引工况的启动门槛电压值、回馈工况的启动门槛电压值、第一失效门槛电压值、第一退出运行的滞环电压值、回馈工况最大功率、第二失效门槛电压值、第二退出运行的滞环电压值以及牵引工况最大功率。

优选地，当所述地面回馈装置处于回馈工况时，所述当所述实际测量值符合所述预设等效条件时，根据所述对应关系，建立所述地面回馈装置的等效模型，确定所述地面回馈装置的等效参数包括：

当所述地面回馈装置电压大于所述牵引工况的启动门槛电压值小于所述回馈工况的启动门槛电压值，所述地面回馈装置等效为无穷大电阻；

当所述地面回馈装置电压大于等于所述回馈工况的启动门槛电压值小于所述第一失效门槛电压值，且所述功率小于零，所述地面回馈装置等效为无穷大电阻；

当所述地面回馈装置电压大于等于所述回馈工况的启动门槛电压值小于所述第一失效门槛电压值，且所述功率大于等于零小于回馈工况最大功率，所述地面回馈装置等效为所述地面回馈装置电压等于所述回馈工况的启动门槛电压值的电压源；

当所述地面回馈装置电压小于等于所述第一退出运行的滞环电压值，且所述功率大于等于零小于回馈工况最大功率，所述地面回馈装置等效为无穷大电阻；

当所述地面回馈装置电压大于等于所述回馈工况的启动门槛电压值小于所述第一失效门槛电压值，且所述功率大于等于所述回馈工况最大功率，所述地面回馈装置等效为所述功率等于所述回馈工况最大功率的功率源；

当所述地面回馈装置电压大于等于所述第一失效门槛电压值，所述地面回馈装置等效为无穷大电阻。

优选地，当所述地面回馈装置处于牵引工况时，所述当所述实际测量值符合所述预设等效条件时，根据所述对应关系，建立所述地面回馈装置的等效模型，确定所述地面回馈装置的等效参数包括：

当所述地面回馈装置电压大于所述牵引工况的启动门槛电压值小于所述回馈工况的启动门槛电压值，所述地面回馈装置等效为无穷大电阻；

当所述地面回馈装置电压大于所述第二失效门槛电压值小于等于所述牵引工况的启动门槛电压值，且所述功率大于零，所述地面回馈装置等效为无穷大电阻；

当所述地面回馈装置电压大于所述第二失效门槛电压值小于等于所述牵引工况的启动门槛电压值，且所述功率大于等于零小于所述牵引工况最大功率，所述地面回馈装置等效为无穷大电阻；

当所述地面回馈装置电压大于等于所述第二退出运行的滞环电压值，且所述功率大于等于零小于所述牵引工况最大功率，所述地面回馈装置等效为无穷大电阻；

当所述地面回馈装置电压大于所述第二失效门槛电压值小于等于所述牵引工况的启动门槛电压值，且所述功率大于小于所述牵引工况的最大功率，所述地面回馈装置等效为所述功率等于所述回馈工况最大功率的功率源；

当所述地面回馈装置电压小于等于所述第二失效门槛电压值，所述地面回馈装置等效为无穷大电阻。

本发明还提供了一种地面回馈装置等效建模的装置，包括：获取模块，用于获取地面回馈装置的实际测量值；调用模块，用于调用预设的等效模型、等效参数以及预设等效条件之间的对应关系，所述预设等效条件依据所述地面回馈装置的参数值设置得到；建立模块，用于当所述实际测量值符合所述预设等效条件时，根据所述对应关系，建立所述地面回馈装置的等效模型，确定所述地面回馈装置的等效参数。

优选地，所述地面回馈装置的实际测量值包括：地面回馈装置电压、等效阻抗、功率。

优选地，所述地面回馈装置的参数值包括：牵引工况的启动门槛电压值、回馈工况的启动门槛电压值、第一失效门槛电压值、第一退出运行的滞环电压值、回馈工况最大功率、第二失效门槛电压值、第二退出运行的滞环电压值以及牵引工况最大功率。

本发明还提供了一种地面回馈装置等效建模的设备，包括：存储器，用于存储计算机程序；处理器，用于执行所述计算机程序时实现上述地面回馈装置等效建模的方法的步骤。

本发明还提供了一种地面回馈装置等效建模的计算机可读存储介质，包括：所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如任一项所述地面回馈装置等效建模的方法的步骤。

本发明所提供的一种地面回馈装置等效建模的方法、装置、设备以及计算机可读存储介质，利用地面回馈装置的参数值预设等效条件，当地面回馈装置的实际测量值符合预设等效条件时，地面回馈装置可以等效为预设等效条件对应的等效模型，得到对应的等效参数。根据上述的方法、装置以及设备，利用对地面回馈装置的实际测量值和参数值设定预设条件，在不影响精度的前提下，降低了地面回馈装置建模的难度。

附图说明

为了更清楚的说明本发明实施例或现有技术的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明所提供的地面回馈装置等效建模的方法的第一种具体实施例的流程图；

图2为地面回馈装置系统示意图；

图3为本发明所提供的地面回馈装置等效建模的方法的第二种具体实施例回馈工况模式的流程图；

图4为回馈工况各设定电压大小关系示意图；

图5为本发明所提供的地面回馈装置等效建模的方法的第二种具体实施例牵引工况模式的流程图；

图6为牵引工况各设定电压大小关系示意图；

图7为本发明实施例提供的地面回馈装置等效建模的装置的结构框图。

具体实施方式

本发明的核心是提供一种地面回馈装置等效建模的方法、装置、设备及计算机可读存储介质，已解决现有技术中地面回馈装置等效建模难度大的问题。

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参考图1，图1为本发明所提供的地面回馈装置等效建模的方法的第一种具体实施例的流程图。

在本具体实施例中设定地面回馈装置给交流牵引网的功率为正值，地面回馈装置传输给直流牵引网的功率为负值。

步骤s101：获取地面回馈装置的实际测量值；

如图2所示，所述地面储能装置中，所述实际测量值可以为测量或者计算得到的地面回馈装置的地面回馈装置电压、等效阻抗、功率，分别采用ud、zd、pdr表示。

步骤s102：调用预设的等效模型、等效参数以及预设等效条件之间的对应关系，所述预设等效条件依据所述地面回馈装置的参数值设置得到；

所述地面回馈装置的参数值包括：牵引工况的启动门槛电压值、回馈工况的启动门槛电压值、第一失效门槛电压值、第一退出运行的滞环电压值、回馈工况最大功率、第二失效门槛电压值、第二退出运行的滞环电压值以及牵引工况最大功率，分别采用uton、ubon、uboff、ubzhi、pb、utoff、utzhi、pt表示。

步骤s103：当所述实际测量值符合所述预设等效条件时，根据所述对应关系，建立所述地面回馈装置的等效模型，确定所述地面回馈装置的等效参数。

在本具体实施例中，在进行地面回馈装置的等效建模时，不需要对地面回馈装置本身的控制策略、主电路、传输特性以及各电气量的耦合关系进行逐一推导其数学模型，只需要测量地面回馈装置运行时的实际的地面回馈装置电压、等效阻抗以及功率，便可以在不影响计算精度的前提下，降低地面回馈装置等效建模的难度；依据地面回馈储能装置各工况完整工作过程的外特性是否满足预设等效条件进行建模，也降低了算法组织的复杂性。

在上述具体实施例的基础上，增加了在地面回馈储能装置分别在在回馈工况以及牵引工况时的预设等效条件，以及预设等效条件对应的等效模型和等效参数。预先获取地面回馈装置的地面回馈装置电压ud、等效阻抗zd、功率pdr。

请参考图3和图4，图3为本发明所提供的地面回馈装置等效建模的方法的第二种具体实施例回馈工况模式的流程图；图4为回馈工况各设定电压大小关系示意图。

如图3所示，地面回馈装置回馈工况模式时等效建模的具体实现步骤如下：

步骤s301：输入地面回馈装置的参数，牵引工况的启动门槛电压值uton、回馈工况的启动门槛电压值ubon、第一失效门槛电压值uboff、第一退出运行的滞环电压值ubzhi、回馈工况最大功率pb；

步骤s302：uton＜ud＜ubon，地面回馈装置未启动，地面回馈装置等效为无穷大电阻，zd＝∞；

步骤s303：utoff＜ud≤uton，且pdr＞0，地面回馈装置等效为无穷大电阻，zd＝∞；

在电网电压小于地面回馈装置的牵引工况启动门槛电压值情况下，判断地面回馈装置的功率是否大于0，以防地面回馈装置的误启动。

步骤s304：utoff＜ud≤uton，且0≥pdr＞pt，地面回馈装置投入运行，将其等效为电压源ud＝uton；

步骤s305：ud≥utzhi，且0≥pdr＞pt，地面回馈装置投入运行后，如电压上升到滞环电压值以上，则地面回馈装置退出运行，地面回馈装置等效为无穷大电阻，zd＝∞，否则地面回馈装置不退出，仍为电压源ud＝uton；

步骤s306：utoff＜ud≤uton，且pdr≤pt，地面回馈装置牵引功率达到其本身所能牵引的最大功率情况，此时将其等效为功率源pdr＝pt；

步骤s307：ud≤utoff，电压降到地面回馈装置失效门槛电压值以下，地面回馈装置退出，等效为无穷大电阻，zd＝∞。

请参考图5和图6，图5为本发明所提供的地面回馈装置等效建模的方法的第二种具体实施例牵引工况模式的流程图；图6为牵引工况各设定电压大小关系示意图。

如图5所示，地面回馈装置牵引工况模式时等效建模的具体实现步骤如下：

步骤s501：输入地面回馈装置的参数，牵引工况的启动门槛电压值uton、回馈工况的启动门槛电压值ubon、第二失效门槛电压值utoff、第二退出运行的滞环电压值utzhi、牵引工况最大功率pt；

步骤s502：uton＜ud＜ubon，地面回馈装置未启动，地面回馈装置等效为无穷大电阻，zd＝∞；

步骤s503：utoff＜ud≤uton，且pdr＞0，地面回馈装置等效为无穷大电阻，zd＝∞；

在电网电压小于地面回馈装置的牵引工况启动门槛电压值情况下，判断地面回馈装置的功率是否大于0，以防地面回馈装置的误启动。

步骤s504：utoff＜ud≤uton，且0≥pdr＞pt，地面回馈装置投入运行，将其等效为电压源ud＝uton；

步骤s505：ud≥utzhi，且0≥pdr＞pt，地面回馈装置投入运行后，如电压上升到滞环电压值以上，则地面回馈装置退出运行，地面回馈装置等效为无穷大电阻zd＝∞，否则地面回馈装置不退出，仍为电压源ud＝uton；

步骤s506：utoff＜ud≤uton，且pdr≤pt，地面回馈装置牵引功率达到其本身所能牵引的最大功率情况，此时将其等效为功率源，pdr＝pt；

步骤s507：ud≤utoff，电压降到地面回馈装置失效门槛电压值以下，地面回馈装置退出，等效为无穷大电阻，zd＝∞。

本具体实施例，对回馈工况和牵引工况时的地面回馈装置的等效条件进行了具体描述，设置了地面回馈装置退出的滞环电压，有效避免了接触网电压波动时地面回馈装置的频繁启动和退出，与实际运行情况更加吻合，加入了防止地面回馈装置误启动判据，考虑了地面回馈装置的功率达到其本身所能回馈或牵引的最大功率情况，并对该工况等效建模方法进行了设计，工况更加完整，且更加符合实际地面电阻制动运行真实情况，更具指导意义。

相对传统地面回馈装置数学建模方法，本发明提出地面回馈装置等效建模方法，在不影响计算精确度前提下，有效降低建模难度及算法组织的复杂度、并提高建模及解算的效率；依据地面回馈装置各工况完整工作过程的外特性，对地面回馈装置回馈工况、牵引工况均进行了等效建模，适用范围广，完整性高。本具体实施例给出的地面回馈装置等效建模方法，为包含地面回馈装置的牵引供电系统潮流分析计算提供了重要的前提和基础。

下面对本发明实施例提供的地面回馈装置等效建模的装置进行介绍，下文描述的地面回馈装置等效建模的装置与上文描述的地面回馈装置等效建模的方法可相互对应参照。

图7为本发明实施例提供的地面回馈装置等效建模的装置的结构框图，参照图7，地面回馈装置等效建模的装置可以包括：

获取模块100，用于获取地面回馈装置的实际测量值；

调用模块200，用于调用预设的等效模型、等效参数以及预设等效条件之间的对应关系，所述预设等效条件依据所述地面回馈装置的参数值设置得到；

建立模块300，用于当所述实际测量值符合所述预设等效条件时，根据所述对应关系，建立所述地面回馈装置的等效模型，确定所述地面回馈装置的等效参数。

本实施例的地面回馈装置等效建模的装置用于实现前述的地面回馈装置等效建模的方法，因此地面回馈装置等效建模的装置中的具体实施方式可见前文中的地面回馈装置等效建模的方法的实施例部分，例如，获取模块100，调用模块200，建立模块300，分别用于实现上述地面回馈装置等效建模的方法中步骤s101，s102和s103。所以，其具体实施方式可以参照相应的各个部分实施例的描述，在此不再赘述。

本发明具体实施例还提供了一种地面回馈装置等效建模的设备，包括：存储器，用于存储计算机程序；处理器，用于执行所述计算机程序时实现上述地面回馈装置等效建模的方法的具体实施例的步骤。

本发明具体实施例还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述地面回馈装置等效建模的方法的具体实施例的步骤。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同或相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(ram)、内存、只读存储器(rom)、电可编程rom、电可擦除可编程rom、寄存器、硬盘、可移动磁盘、cd-rom、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。

以上对本发明所提供的地面回馈装置等效建模的方法、装置、设备以及计算机可读存储介质进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。