一种城市轨道交通中压网络潮流分析计算方法
【专利摘要】本发明提供一种城市轨道交通中压网络潮流分析计算方法，其中每台牵引变电所或配电所与第一交流母线的连接点为一节点，方法包括：依据n台牵引变电所和配电所的位置信息，按照预设规则，对n台牵引变电所和配电所分别与第一交流母线连接的各个节点进行独立编号，并将编号后的节点存储到节点编号数组中；根据各牵引变电所、配电所的位置信息、各牵引变电所、配电所的参数信息以及各牵引变电所、配电所t时刻的输出功率，计算t时刻节点编号数组中各节点的运算负荷；计算节点编号数组中相邻节点之间的线性阻抗；依据节点编号数组、节点编号数组中各节点的运算负荷以及节点编号数组中相邻节点之间的线性阻抗，自动生成第一交流母线潮流计算等值电路。
【专利说明】一种城市轨道交通中压网络潮流分析计算方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及城市轨道交通供电系统中压网络潮流分析【技术领域】，更具体的说，涉 及一种城市轨道交通中压网络潮流分析计算方法。
【背景技术】
[0002] 中压网络潮流是指负荷功率在中压网络的分布情况，通过对供电系统的潮流计 算，能够准确地了解到中压网络负荷功率在各支路的分布、各节点的电压损失、线路能耗以 及供电系统负荷总功率因数。通常，中压网络潮流分析计算的主要内容包括计算中压网络 各节点的电压分布与功率分布。其中功率分布包括有功功率分布和无功功率分布。通过中 压网络潮流分析计算，以验证以下内容：
[0003] 1)各变电所的母线电压是否在设计允许范围内；
[0004] 2)中压网络的中压电缆在各种运行方式情况下，是否会出现过负荷情况；
[0005] 3)中压网络供电分区的功率分布是否均衡。
[0006] 如果上述计算分析结果不满足中压网络的技术要求，则必须修正中压网络拓扑结 构或运行方式，以保障城市轨道交通供电系统安全可靠地运行，且尽量满足节能要求。
[0007] 目前现有的城市轨道交通中压网络潮流分析计算方法主要包括解析计算、模拟计 算、数学模型计算三类方法。其中，
[0008] 解析计算方法利用公式进行计算，其通常会采用各种近似假定条件进行简化计 算。这种方法只适用较简单的中压网络，且计算结果误差较大。
[0009] 模拟计算方法是利用一些装置来模拟城市轨道供电系统中压网络，进而对模拟的 中压网络设备的各电量进行实时监测。通过将监测得到的结果乘以一定的比例系数以得到 实际系统的运行参数。然而该类方法由于是采用模拟设备来模拟中压网络，非常耗费时间、 人力、物力，成本较高。
[0010] 数学模型计算方法是根据某个特定拓扑结构的中压网络，人工进行交流母线节点 排序，并建立相应的数学模型及进行潮流分析计算。然而该方法适用范围窄，所建数学模型 只是适合某个特定拓扑结构的中压网络，当改变城市轨道交通中压网络外部电源供电方式 或中压网络接入的直流牵引变电所、配电所数量或位置时，就需要重新对新的中压网络拓 扑进行相应数学建模和潮流分析计算，因此该传统的数学模型计算方法不能自适应任意中 压网络拓扑结构，不具备通用性、灵活性、高效性。
【发明内容】
[0011] 基于此，本发明提供一种城市轨道交通中压网络潮流分析计算方法，以解决现有 技术中传统的数学模型计算方法不能自适应任意中压网络拓扑结构，不具备通用性、灵活 性、高效性的问题。技术方案如下：
[0012] 本发明提供一种城市轨道交通中压网络潮流分析计算方法，应用于中压网络系 统，所述中压网络系统包括至少一个主变电所，其中一个所述主变电所至少包括第一主变 压器；所述第一主变压器通过第一交流母线连接η台牵引变电所和配电所，所述η为正整 数；每台所述牵引变电所与所述第一交流母线的连接点为一节点，每台所述配电所与所述 第一交流母线的连接点为一节点，所述方法包括：
[0013] 依据所述η台牵引变电所和配电所的位置信息，按照预设规则，对所述η台牵引变 电所和配电所分别与所述第一交流母线连接的各个节点进行独立编号，并将编号后的节点 存储到节点编号数组中；其中确定所述第一主变压器与所述第一交流母线连接的节点为第 一节点；
[0014] 根据各牵引变电所、配电所的位置信息、各牵引变电所、配电所的参数信息以及各 牵引变电所、配电所t时刻的输出功率，计算t时刻所述节点编号数组中各节点的运算负 荷；t大于等于0;
[0015] 计算所述节点编号数组中相邻节点之间的线性阻抗；
[0016] 依据所述节点编号数组、所述节点编号数组中各节点的运算负荷以及所述节点编 号数组中相邻节点之间的线性阻抗，自动生成所述第一交流母线潮流计算等值电路。
[0017] 优选地，所述计算所述第一交流母线潮流计算等值电路后，所述方法还包括：
[0018] 根据所述等值电路，自判断所述第一交流母线的始端节点和终端节点；
[0019] 依据所述第一交流母线的始端节点和终端节点，以及所述节点编号数组，识别正 向潮流流通的节点路径和反向潮流流通的节点路径；
[0020] 根据所述反向潮流流通的节点路径，由所述终端节点向所述始端节点反算功率；
[0021] 根据所述正向潮流流通的节点路径，由所述始端节点向所述终端节点正算电压。
[0022] 优选地，所述根据所述反向潮流流通的节点路径，由所述终端节点向所述始端节 点反算功率包括：
[0023] 根据所述反向潮流流通的节点路径，利用公式：
[0024] Sstart = Send+Λ S计算所述反向潮流流通的节点路径的反算功率；
[0025] 其中，
【权利要求】
1. 一种城市轨道交通中压网络潮流分析计算方法，应用于中压网络系统，所述中压网 络系统包括至少一个主变电所，其中一个所述主变电所至少包括第一主变压器；所述第一 主变压器通过第一交流母线连接η台牵引变电所和配电所，所述η为正整数；其特征在于， 每台所述牵引变电所与所述第一交流母线的连接点为一节点，每台所述配电所与所述第一 交流母线的连接点为一节点，所述方法包括： 依据所述η台牵引变电所和配电所的位置信息，按照预设规则，对所述η台牵引变电所 和配电所分别与所述第一交流母线连接的各个节点进行独立编号，并将编号后的节点存储 到节点编号数组中；其中确定所述第一主变压器与所述第一交流母线连接的节点为第一节 占. 根据各牵引变电所、配电所的位置信息、各牵引变电所、配电所的参数信息以及各牵引 变电所、配电所t时刻的输出功率，计算t时刻所述节点编号数组中各节点的运算负荷；t 大于等于〇 ; 计算所述节点编号数组中相邻节点之间的线性阻抗； 依据所述节点编号数组、所述节点编号数组中各节点的运算负荷以及所述节点编号数 组中相邻节点之间的线性阻抗，自动生成所述第一交流母线潮流计算等值电路。
2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述计算所述第一交流母线潮流计算等 值电路后，所述方法还包括： 根据所述等值电路，自判断所述第一交流母线的始端节点和终端节点； 依据所述第一交流母线的始端节点和终端节点，以及所述节点编号数组，识别正向潮 流流通的节点路径和反向潮流流通的节点路径； 根据所述反向潮流流通的节点路径，由所述终端节点向所述始端节点反算功率； 根据所述正向潮流流通的节点路径，由所述始端节点向所述终端节点正算电压。
3. 根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据所述反向潮流流通的节点路径， 由所述终端节点向所述始端节点反算功率包括： 根据所述反向潮流流通的节点路径，利用公式： Sstart = Send+ASi十算所述反向潮流流通的节点路径的反算功率； 其中，
其中Smd、Pmd、Qmd、Umd分别为线路或变压 ? 器终端节点的视在功率、有功功率和无功功率；R+jX为线路或变压器等效支路阻抗。
4. 根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述根据所述正向潮流流通的节点路径， 由所述始端节点向所述终端节点正算电压包括： 根据所述正向潮流流通的节点路径，利用公式：
计算所述正向潮流流通的节点路径的正算电压； 其中， 其中， Pbranch、Obranch、 Ustart分别为线路或变压器支路流通的
5 有功功率、无功功率、始端节点电压；AU、δ U分别为电压降的纵分量和横分量。
5. 根据权利要求4所述的方法，其特征在于，还包括： 利用公式
判断计算得到的节点路径中各节点的电压是否收敛；其 中ξ为正数； 如果不收敛，则以当前各节点电压为初始电压重新反算各节点功率，进而在重新正算 各节点电压，如此反复，直到节点路径中各节点的电压均满足
如果收敛，结束所述t时刻中压网络潮流分析计算方法，并输出t时刻潮流分析计算结 果，进入下一时刻的中压网络潮流分析计算方法流程。
6. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对所述η台牵引变电所和配电所分别 与所述第一交流母线连接的各个节点进行独立编号前，所述方法还包括： 利用公式|(· -(I < ^，判断所述η台牵引变电所和配电所分别与所述第一交流母线连接 的各个节点中是否存在与所述第一节点重合的节点；所述第一节点为所述第一主变压器与 所述第一交流母线连接的节点；其中Ii为各牵引变电所、配电所的位置信息山为所述第一 节点的位置信息；ξ为正数； 当判断所述η台牵引变电所和配电所分别与所述第一交流母线连接的各个节点中存 在与所述第一节点重合的节点时，则不再对与所述第一节点重合的节点进行编号； 当判断所述η台牵引变电所和配电所分别与所述第一交流母线连接的各个节点中不 存在与所述第一节点重合的节点时，以所述第一节点为中心，按照预设规则对所述η台牵 引变电所和配电所分别与所述第一交流母线连接的各个节点进行独立编号。
7. 根据权利要求1-6任一项所述的方法，其特征在于，所述预设规则包括：以所述第一 节点为中心，沿所述第一交流母线的第一方向依次将各个节点编号为第二节点、第三节点 直至第m节点，沿所述第一交流母线的第二方向依次将各个节点编号为第m+1节点、第m+2 节点直至第η节点；其中，m为大于等于0的整数，m小于等于η ; 或，所述预设规则包括：以所述第一节点为中心，沿所述第一交流母线的第一方向依次 将各个节点编号为第二节点、第三节点直至第η节点；或，沿所述第一交流母线的第二方向 依次将各个节点编号为第二节点、第三节点直至第η节点。
8. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据各牵引变电所、配电所的位置信 息、各牵引变电所、配电所的参数信息以及各牵引变电所、配电所t时刻的输出功率，计算t 时刻所述节点编号数组中各节点的运算负荷包括： 利用公式
分别计算所述节点编号数组中各节点的运算负荷； 其中，s'为所述牵引变电所或配电所的运算负荷；P'、Q'分别为牵引变电所变压器或 配电所变压器高压侧的有功功率和无功功率；ΛΡ、AQ分别为牵引变电所变压器或配电所 变压器的有功损耗和无功损耗；P"、Q"分别为牵引变电所变压器或配电所变压器低压侧的 有功功率和无功功率。
9. 根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述配电所变压器低压侧的有功功率和 无功功率由输入直接得到； 所述牵引变电所变压器低压侧的有功功率和无功功率根据公式：
其中，L为第j个牵引变电所变压器变比；Vm Itu为第j个牵引变电所直流母线电压、 电流；炉为功率因素角；B为换流器桥数；Y」为换流器类型，其中Y」=1表示为整流器；Θ 为整流器触发角；Xcu.为换流器换相电抗；Vacu.为牵引变电所交流侧电压。
10. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述计算所述节点编号数组中相邻节点 之间的线性阻抗包括： 将所述节点编号数组中相邻节点间的位置距离与单位长度中压网络线路阻抗相乘。
【文档编号】H02J3/00GK104393594SQ201410707974
【公开日】2015年3月4日 申请日期:2014年11月28日 优先权日:2014年11月28日
【发明者】张 杰, 王坚, 陈华国, 李江红, 张宇, 张铁军, 陈广赞 申请人:南车株洲电力机车研究所有限公司