一种交直流型电力机车的建模方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于交直流型电力机车对电网的影响领域，特别设及一种交直流型电力机 车的概率谐波电流源建模方法。
【背景技术】
[0002] 随着电气化铁路的高速发展，其对电网的影响也越来越受到关注。电力机车作为 一种大功率整流负荷，正常运行时产生的大量谐波和负序电流，对电网的电能质量和电网 稳定构成一定威胁。电气化铁路由一次供电系统、牵引供电系统、电力机车和电动车等部分 组成。一次供电系统主要包括发电厂、区域变电所和电力传输线；牵引供电系统主要包括牵 引变电所和牵引网两部分；电力机车和电动车组是指靠电能驱动运行的机车车组。电气化 铁路的供电是在铁路沿线建立若干个牵引变电站，一般由电力系统liokv双电源供电，经 牵引变压器降压后通过牵引网向电力机车供电。电力机车采用25kV单向工频交流电压，经 全波整流后驱动直流牵引电动机，在架空接触导线和钢轨之间行驶。
[0003] 高速重载电力机车对电力系统有显著的影响，因此，有必要对其合理建模W分析 机车负荷对电力系统造成的影响。
[0004] 目前对电力机车的建模通常采用主电路模型。主电路模型包含整个牵引传动系 统，即整流桥、逆变器和牵引电机。该模型可W准确地得到机车负载的工频特性，但在谐波 特性方面却可能与实际负荷存在一定差距。原因主要有：一，动车组内部电气参数控制方法 未公开，同时补偿装置的运行状态也难W获得；二，受线路条件、天气等因素的影响，机车负 荷的谐波具有随机波动性；=，牵引网的影响会使得某些谐波放大或衰减，流入牵引变电所 的谐波电流和机车注入牵引网的谐波电流并不一致。
【发明内容】
[0005] 本发明提供一种交直流型电力机车的建模方法，相较于现有技术中的电力机车主 电路建模方法，本发明建立的电力机车模型在电力机车的谐波方面更接近实际情况，便于 分析电力机车的真实运行状态及机车负荷谐波对电网的影响。
[0006] 本发明的技术方案为提供一种交直流型电力机车的建模方法，包括：
[0007] 计算电力机车的基波和各次谐波的幅值和相位；
[000引 W基波和各次谐波的幅值为随机变量采用最大滴法计算幅值的概率密度函数，W 基波和各次谐波的相位为随机变量采用最大滴法计算相位的概率密度函数；
[0009] 根据幅值的概率密度函数计算幅值的分布函数及根据相位的概率密度函数计算 相位的分布函数；
[0010] 在matlab中建立基波和各谐波幅值与其分布函数相对应的第一数据表、相位与 其分布函数相对应的第二数据表；
[0011] 在PSCAD中引入matl油接口模块，matl油接口模块接收matl油中根据第一数据 表及第二数据表获得的基波及谐波的幅值和相位；
[0012] 在PSCAD中搭建电力机车概率谐波电流源模型，其中，电力机车概率谐波电流源 模型包括；=相电压源、牵引变压器、四象限整流桥电路、整流桥控制电路及目标输出电流 生成单元；
[0013] =相电压源连接于牵引变压器的高压侧；牵引变压器的供电臂连接四象限整流桥 电路；整流桥控制电路接收四象限整流桥电路输出电流及目标输出电流，用于使四象限整 流桥电路输出电流等于目标输出电流；目标输出电流生成单元连接matlab接口模块，根据 matlab接口模块接收的基波及谐波的幅值和相位生成目标输出电流。
[0014] 进一步的，计算电力机车的基波和各次谐波的幅值和相位的过程包括；采集电力 机车的接触线或馈电线的电流；对接触线或馈电线的电流进行傅里叶分析，计算出基波和 各次谐波幅值和相位。
[0015] 进一步的，采用最大滴法得到的幅值的概率密度函数为：
[0016]
【主权项】
1. 一种交直流型电力机车的建模方法，其特征在于，所述方法包括： 计算电力机车的基波和各次谐波的幅值和相位； 以基波和各次谐波的幅值为随机变量采用最大熵法计算幅值的概率密度函数，以基波 和各次谐波的相位为随机变量采用最大熵法计算相位的概率密度函数； 根据所述幅值的概率密度函数计算幅值的分布函数及根据所述相位的概率密度函数 计算相位的分布函数； 在matlab中建立基波和各谐波幅值与其分布函数相对应的第一数据表、相位与其分 布函数相对应的第二数据表； 在PSCAD中引入matlab接口模块，所述matlab接口模块接收matlab中根据所述第一 数据表及所述第二数据表获得的基波及谐波的幅值和相位； 在PSCAD中搭建电力机车概率谐波电流源模型，其中，所述电力机车概率谐波电流源 模型包括：三相电压源、牵引变压器、四象限整流桥电路、整流桥控制电路及目标输出电流 生成单元； 所述三相电压源连接于所述牵引变压器的高压侧；所述牵引变压器的供电臂连接所述 四象限整流桥电路；所述整流桥控制电路接收所述四象限整流桥电路输出电流及目标输出 电流，用于使所述四象限整流桥电路输出电流等于所述目标输出电流；所述目标输出电流 生成单元连接所述matlab接口模块，根据所述matlab接口模块接收的基波及谐波的幅值 和相位生成目标输出电流。
2. 如权利要求1所述的一种交直流型电力机车的建模方法，其特征在于，计算电力机 车的基波和各次谐波的幅值和相位的过程包括： 采集电力机车的接触线或馈电线的电流； 对接触线或馈电线的电流进行傅里叶分析，计算出基波和各次谐波幅值和相位。
3. 如权利要求1所述的一种交直流型电力机车的建模方法，其特征在于，采用最大熵 法得到的幅值的概率密度函数为：
其中，P(X)为基波和各次谐波幅值在取值X处的概率密度函数；Xci,X1,X2-A1满足 的线性方程为：
其中，X。，X1, A1为第一组系数，Ini为各次谐波幅值的第i阶原点矩，m。= 1，1 为原点矩阶数，Gi (A)为第一组系数的函数，R为幅值的定义域。
4. 如权利要求3所述的一种交直流型电力机车的建模方法，其特征在于，采用最大熵 法得到的相位的概率密度函数为：
其中，P'（y)为基波和各次谐波相位在取值y处的概率密度函数； 入，。，入，i，入，2…入，i满足的线性方程为：
其中，X^A'A'A' 1为第二组系数，m'i为各次谐波相位的第i阶原点 矩，I^tl= 1，1为原点矩阶数，G'i(A'）为第二组系数的函数，R'为相位的定义域。
5. 如权利要求4所述的一种交直流型电力机车的建模方法，其特征在于，用牛顿迭代 法求解所述第一组系数及所述第二组系数。
6. 如权利要求1所述的一种交直流型电力机车的建模方法，其特征在于，所述四象限 整流桥电路为由四个绝缘栅双极型晶体管构成的整流电路。
7. 如权利要求6所述的一种交直流型电力机车的建模方法，其特征在于，所述整流桥 控制电路包括：比较器、滞环控制单元及开关控制信号生成单元； 所述比较器接收所述目标输出电流及所述四象限整流桥电路的输出电流，并对其做 差，输出一偏差信号； 所述滞环控制单元连接所述比较器，接收所述偏差信号，输出一调节信号； 所述开关控制信号生成单元连接于所述滞环控制单元，接收所述调节信号，输出控制 信号至所述绝缘栅双极型晶体管的开关端。
8. 如权利要求1所述的一种交直流型电力机车的建模方法，其特征在于，所述目标输 出电流为基波和各次谐波的矢量和。
【专利摘要】本发明提供了一种交直流型电力机车的建模方法，包括：计算电力机车的基波和各次谐波的幅值和相位；以基波和各次谐波的幅值和相位为随机变量采用最大熵法，分别计算幅值和相位的概率密度函数；然后分别计算幅值和相位的分布函数；在matlab中建立基波和各谐波幅值与其分布函数相对应的第一数据表、相位与其分布函数相对应的第二数据表；PSCAD中引入matlab接口模块，接收matlab中根据第一数据表及第二数据表获得的基波及谐波的幅值和相位；在PSCAD中搭建电力机车概率谐波电流源模型，概率谐波电流源模型包括：三相电压源、牵引变压器、四象限整流桥电路、整流桥控制电路及目标输出电流生成单元；本发明建立的电力机车模型在电力机车的谐波方面更接近实际情况。
【IPC分类】H02M7-219, H02J3-01
【公开号】CN104716648
【申请号】CN201510151970
【发明人】李蕴红, 刘辉, 吴林林, 刘京波, 王皓靖, 白恺
【申请人】华北电力科学研究院有限责任公司, 国家电网公司
【公开日】2015年6月17日
【申请日】2015年4月1日