一种智能供电控制方法及其系统与流程

本发明涉及轨道交通系统的供电控制领域，尤其涉及一种智能供电控制方法及其系统。

背景技术：

现有城市轨道交通系统的供电系统基本采用多脉波整流技术将35kv或10kv中压交流电转换为1500v直流电以给列车供电。然而多脉波整流器的能量只能单向流动，不能回收轨道交通系统制动时向直流电网注入的能量，导致制动能量在直流电网堆积，直流电压升高，危害用电设备。

为此，现有技术采用制动电阻吸收多余的制动能量，但该种方式显然是对制动能量的浪费。另外，制动电阻吸收制动能量时产生的热量也导致轨道内和车站内的温度升高，加大了环控系统的能耗。

同时，多脉波整流器的输出特性较软。比如，当列车启动或加速时刻，多脉波整流器的输出电压降低，增加了系统损耗；当输出电压大幅度降低时，会导致车载变流器过调制，增大了轨道列车的电机谐波电流，从而引发轨道列车的电机温升和振动等问题。

同时，整个供电网络中的各个变电站之间不能实现能量的灵活调度。因而，为满足负荷最大时的能耗需求，供电网络中的变电站装置的容量均设计的较大，造成了利用率和成本的浪费。

为解决上述问题，现有技术提出了再生制动能量回收装置的方案。该方案有两个方向：

1.采用能馈装置将再生制动能量回送至35kv电网，供35kv电网的其他负荷利用；

2.通过变换器将再生制动能量导入到储能元件中，当轨道列车处于启动或加速等状态时，变换器再将储能元件中的能量释放给轨道列车。

能馈装置可有效地将再生制动能量回馈到35kv电网，但在回收能量的过程中，当制动能量小于能馈装置的容量时，能馈装置工作在稳压模式，此时若能馈装置的电压指令设置不当，会增大制动能量回收时的传输损耗。同时，实际运营过程中出现了部分能馈装置回馈到35kv电网的能量反向110kv公共电网反送的情况，造成回收的能量不能被轨道交通系统利用。

储能元件回收再生制动能量的方式相比于能馈装置的能量利用率较高。但轨道列车的制动功率或启动时的过载功率是脉冲式的，峰值高但平均值低，为满足储能要求，需要采取功率型储能元件，例如超级电容或飞轮储能等。但功率型储能元件的能量密度低导致其体积较大且成本较高，在实际应用中存在局限性。

宁波地铁系统采用多脉波整流和能馈装置组合使用，将能馈装置设计成可双向流动的模型，在牵引工况时，能馈装置再整流向直流电网注入能量。但能馈装置的直流输出电压受到多脉波整流器的钳制，电压较低，不超过1650v左右，失去了能馈装置可灵活调节直流电压的优势，且传输损耗较高。

另外，由于不控整流、轨道列车的脉冲式用能和车站变频等开关变换装置的使用以及夜间停运的间歇式用能的特点，城市轨道交通系统的供电网络存在大量低次谐波和功率因数不高等电能质量问题，需要额外配置谐波治理和无功补偿装置。

同时，城轨交通供电系统目前采用的电力数据采集和监控系统只具有监测供电网络部分状态数据的功能以及简单处理界面数据、图形显示和报表等数据的功能，并不具备利用数据在线对整个供电网络进行潮流优化调度的功能。

为解决上述问题，本发明旨在提出一种适用于轨道交通系统的智能供电方法，可实现轨道车辆、轨道系统和供电网络的信息贯通，并可利用轨道车辆、轨道系统和供电网络的信息实现多种不同控制目标的轨道交通系统的供电网络的高效控制。

技术实现要素：

以下给出一个或多个方面的简要概述以提供对这些方面的基本理解。此概述不是所有构想到的方面的详尽综览，并且既非旨在指认出所有方面的关键性或决定性要素亦非试图界定任何或所有方面的范围。其唯一的目的是要以简化形式给出一个或多个方面的一些概念以为稍后给出的更加详细的描述之序。

根据本发明的一方面，提供了一种智能供电控制方法，适用于轨道交通系统，所述智能供电控制方法包括：获取所述轨道交通系统的牵引电网的当前供电目标以及所有双向变流装置和所有列车的当前运行参数；基于所述当前运行参数建立所述牵引电网的当前电路模型；以及基于所述当前电路模型确定所述轨道交通系统对应于所述当前供电目标的最优控制参数。

更进一步地，所述基于当前运行参数建立所述牵引电网的当前电路模型包括：对所述牵引电网上的双向变流装置和列车按照位置进行编号以作为所述牵引电网的各个节点；基于所述牵引电网的所有节点确定所述牵引电网的导纳矩阵；利用所述导纳矩阵以及所述当前运行参数构造所述牵引电网的节点电压方程；以及求解所述节点电压方程以得到所述牵引电网的当前电路模型。

更进一步地，所述当前运行参数包括功率参数，所述求解节点电压方程以得到所述牵引电网的当前电路模型包括：采用功率源节点迭代法求解所述节点电压方程以得到所述牵引电网的当前电路模型。

更进一步地，所述采用功率源节点迭代法求解出所述节点电压方程以得到所述牵引电网的当前电路模型包括：初始化所述节点电压方程的功率源节点的节点电压；对所述功率源节点进行节点电压的迭代直到所有节点的节点电压满足收敛条件；以及将最后一次迭代过程确定出的所有节点的节点电压作为所述当前电路模型的对应节点的节点电压以构成所述当前电路模型。

更进一步地，每次节点电压的迭代过程包括：将上一迭代过程确定出的功率源节点的节点电压作为当前迭代过程的所述功率源节点的初始节点电压以将所述功率源节点转换为电流源节点；根据所述节点电压以及所述功率源节点的功率计算出所述功率源节点的支路电流以将所述功率源节点转换为电流源节点；采用节点电压法或修正节点电压法求解出每一节点的节点电压；基于每一节点的节点电压计算所述节点的对应于所述当前运行参数的计算值；以及响应于每一节点的对应于所述当前运行参数的计算值与获取的所述当前运行参数的差值小于设定容忍值，判断所有节点的节点电压满足收敛条件。

更进一步地，所述获取牵引电网上的所有双向变流装置以及所有列车的当前运行参数包括：响应于预设次数内的迭代过程中未出现满足所述收敛条件的所有节点的节点电压，退出迭代，重新获取所述牵引电网上的所有双向变流装置以及所有列车的当前运行参数。

更进一步地，所述智能供电控制方法还包括：接收所有双向变流装置的生命信号；基于每一双向变流装置的生命信号判断所述双向变流装置是否处于正常状态；以及所述获取所述牵引电网上的所有双向变流装置以及所有列车的当前运行参数以及当前供电目标包括：获取所述牵引电网上处于正常状态的双向变流装置以及所有列车的当前运行参数以及所述当前供电目标。

更进一步地，所述基于当前电路模型确定所述轨道交通系统对应于所述当前供电目标的最优控制参数包括：利用智能算法寻优出对应于所述当前供电目标的所述当前电路模型的最优控制参数。

更进一步地，所述利用智能算法寻优出对应于所述当前供电目标的所述当前电路模型的最优控制参数包括：基于所述当前供电目标确定所述智能算法的目标函数；基于所述目标函数确定所述智能算法的适应度函数；以及基于所述目标函数以及所述适应度函数利用所述智能算法求解所述当前电路模型的最优解以作为所述最优控制参数。

更进一步地，所述智能供电控制方法还包括：对所述最优控制参数进行合理性判断；响应于所述最优控制参数满足合理性要求，向所述双向变流装置发送所述最优控制参数以执行所述最优控制参数；以及响应于所述最优控制参数不满足合理性要求，重新获取所述牵引电网上的所有双向变流装置以及所有列车的当前运行参数。

根据本发明的另一个方面，还提供了一种智能供电控制系统，适用于轨道交通系统，所述智能供电控制系统包括：通信模块，用于与所述轨道交通系统的牵引电网上的所有双向变流装置以及所有列车通信以获取所有双向变流装置和所有列车的当前运行参数；输入模块，用于输入所述牵引电网的当前供电目标；以及处理模块，与所述通信模块连接，所述处理模块被配置成：基于所述当前运行参数建立所述牵引电网的当前电路模型；以及基于所述当前电路模型确定所述轨道交通系统对应于所述当前供电目标的最优控制参数。

更进一步地，所述处理模块进一步被配置成：对所述牵引电网上的双向变流装置和列车按照位置进行编号以作为所述牵引电网的各个节点；基于所述牵引电网的所有节点确定所述牵引电网的导纳矩阵；利用所述导纳矩阵以及所述当前运行参数构造所述牵引电网的节点电压方程；以及求解所述节点电压方程以得到所述牵引电网的当前电路模型。

更进一步地，所述处理模块进一步被配置成：采用功率源节点迭代法求解所述节点电压方程以得到所述牵引电网的当前电路模型。

更进一步地，所述处理模块进一步被配置成：初始化所述节点电压方程的功率源节点的节点电压；对所述功率源节点进行节点电压的迭代直到所有节点的节点电压满足收敛条件；以及将最后一次迭代过程确定出的所有节点的节点电压作为所述当前电路模型的对应节点的节点电压以构成所述当前电路模型。

更进一步地，在每次节点电压的迭代过程中，所述处理模块被配置成：将上一迭代过程确定出的功率源节点的节点电压作为当前迭代过程的所述功率源节点的初始节点电压以将所述功率源节点转换为电流源节点；根据所述节点电压以及所述功率源节点的功率计算出所述功率源节点的支路电流以将所述功率源节点转换为电流源节点；采用节点电压法或修正节点电压法求解出每一节点的节点电压；基于每一节点的节点电压计算所述节点的对应于所述当前运行参数的计算值；以及响应于每一节点的对应于所述当前运行参数的计算值与获取的所述当前运行参数的差值小于设定容忍值，判断所有节点的节点电压满足收敛条件。

更进一步地，所述处理模块还被配置成：响应于预设次数内的迭代过程中未出现满足所述收敛条件的所有节点的节点电压，退出迭代；以及所述通信模块重新获取所述牵引电网上的所有双向变流装置以及所有列车的当前运行参数。

更进一步地，所述通信模块还接收所有双向变流装置的生命信号，所述处理模块还被配置成：基于每一双向变流装置的生命信号判断所述双向变流装置是否处于正常状态；以及所述通信模块用于获取所述牵引电网上处于正常状态的双向变流装置以及所有列车的当前运行参数。

更进一步地，所述处理模块进一步被配置成：利用智能算法寻优出对应于所述当前供电目标的所述当前电路模型的最优控制参数。

更进一步地，所述处理模块进一步被配置成：基于所述当前供电目标确定所述智能算法的目标函数；基于所述目标函数确定所述智能算法的适应度函数；以及基于所述目标函数以及所述适应度函数利用所述智能算法求解所述当前电路模型的最优解以作为所述最优控制参数。

更进一步地，所述处理模块还被配置成：对所述最优控制参数进行合理性判断；响应于所述最优控制参数满足合理性要求，控制所述通信模块向所述双向变流装置发送所述最优控制参数以执行所述最优控制参数；以及响应于所述最优控制参数不满足合理性要求，控制所述通信模块重新获取所述牵引电网上的所有双向变流装置以及所有列车的当前运行参数。

根据本发明的另一个方面，还提供一种智能供电控制装置，包括存储器、处理器以及存储在存储器上的计算机程序，所述处理器被用于执行存储在所述存储器上的计算机程序时实现如上述任一实施例中所述的智能供电控制方法的步骤。

根据本发明的又一个方面，还提供一种计算机存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被执行时实现如上述任一实施例中所述的智能供电控制方法的步骤。

附图说明

在结合以下附图阅读本公开的实施例的详细描述之后，更能够更好地理解本发明的上述特征和优点。

图1是根据现有技术中的轨道交通系统的牵引电网绘示的拓扑结构示意图；

图2是根据本发明的一个方面绘示的一实施例中的智能供电控制系统的模块示意图；

图3是根据本发明的另一个方面绘示的一实施例中的智能供电控制方法的流程示意图；

图4是根据本发明的另一个方面绘示的一实施例中的智能供电控制方法的部分流程示意图；

图5是根据本发明的另一个方面绘示的一实施例中的智能供电控制方法的部分流程示意图；

图6是根据本发明的另一个方面绘示的一实施例中的智能供电控制方法的部分流程示意图；

图7是根据本发明的另一个方面绘示的一实施例中的智能供电控制方法的部分流程示意图；

图8是根据本发明的又一个方面绘示的一实施例中的智能供电控制装置的示意框图。

具体实施方式

给出以下描述以使得本领域技术人员能够实施和使用本发明并将其结合到具体应用背景中。各种变型、以及在不同应用中的各种使用对于本领域技术人员将是容易显见的，并且本文定义的一般性原理可适用于较宽范围的实施例。由此，本发明并不限于本文中给出的实施例，而是应被授予与本文中公开的原理和新颖性特征相一致的最广义的范围。

在以下详细描述中，阐述了许多特定细节以提供对本发明的更透彻理解。然而，对于本领域技术人员显而易见的是，本发明的实践可不必局限于这些具体细节。换言之，公知的结构和器件以框图形式示出而没有详细显示，以避免模糊本发明。

请读者注意与本说明书同时提交的且对公众查阅本说明书开放的所有文件及文献，且所有这样的文件及文献的内容以参考方式并入本文。除非另有直接说明，否则本说明书(包含任何所附权利要求、摘要和附图)中所揭示的所有特征皆可由用于达到相同、等效或类似目的的可替代特征来替换。因此，除非另有明确说明，否则所公开的每一个特征仅是一组等效或类似特征的一个示例。

注意，在使用到的情况下，标志左、右、前、后、顶、底、正、反、顺时针和逆时针仅仅是出于方便的目的所使用的，而并不暗示任何具体的固定方向。事实上，它们被用于反映对象的各个部分之间的相对位置和/或方向。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

注意，在使用到的情况下，进一步地、较优地、更进一步地和更优地是在前述实施例基础上进行另一实施例阐述的简单起头，该进一步地、较优地、更进一步地或更优地后带的内容与前述实施例的结合作为另一实施例的完整构成。在同一实施例后带的若干个进一步地、较优地、更进一步地或更优地设置之间可任意组合的组成又一实施例。

以下结合附图和具体实施例对本发明作详细描述。注意，以下结合附图和具体实施例描述的诸方面仅是示例性的，而不应被理解为对本发明的保护范围进行任何限制。

根据本发明的一个方面，提供一种智能供电控制系统，适用于轨道交通系统的牵引电网的控制。

轨道交通系统的牵引电网如图1所示，采用双向变流装置11替换现有技术中的多脉波整流器。当列车加速或启东时，双向变流装置11将35kv交流电转换为直流电(750v/1500v)供给直流母线以向列车供电；当列车减速或制动时，双向变流装置11将直流母线上的直流电回送至35kv交流电网。双向变流装置11本身具有电压变换、谐波治理和无功补偿功能，因此可作为智能供电控制系统的执行机构来执行智能供电控制系统产生的控制指令。

为实现轨道交通系统的牵引电网的实时控制，为每一列车和每一双向变流装置配置通信模块，以用于接收每一列车的运行参数和每一双向变流装置的运行参数并向智能供电控制系统发送该些运行参数，还可用于从智能供电控制系统接收每一双向变流装置的控制参数并发送至双向变流装置以便于双向变流装置执行。图1中与通信模块和双向变流装置连接的虚线为牵引电网上的通信线路，用于实现双向变流装置的运行参数的传输。

在一实施例中，如图2所示，智能供电控制系统200包括通信模块210、输入模块220和处理模块230。

通信模块210与双向变流装置和列车上的通信模块耦接以获取牵引电网上的所有双向变流装置和所有列车的当前运行参数。其中，当前运行参数是指实时获取的运行参数。双向变流装置的当前运行参数可包括交流侧电压、直流侧电压、电流和位置等数据，列车的当前运行参数可包括列车的位置和运行功率等参数。

通信模块210可以是4g通信模块，也可以是5g、3g、2g、wi-fi或任何能够实现系统间的数据交互的无线或有线通信模块。

输入模块220用于接收外部输入数据，比如智能供电控制系统的启动信号和关闭信号、牵引电网的固有电气参数以及当前供电目标。

启动信号是指用于启动智能供电控制系统的信号或是执行智能供电控制系统产生的最优控制参数的信号，关闭信号是指用于关闭智能供电控制系统的信号或是不执行智能供电控制系统产生的最优控制参数的信号。

固有电气参数是指牵引电网的常量参数，比如牵引电网的阻抗和回流轨的阻抗、各个变电站的变压器的穿越阻抗和半穿越阻抗、变压器的变比、牵引变压器的功率因数以及辅助变压器的交流侧的功率因数等。可以理解，一轨道交通系统的牵引电网的固有电气参数并不会经常改变，因此固有电气参数的输入可以仅在首次启动智能供电控制系统时输入以完成智能供电控制系统内对牵引电网的固有电气参数的配置。当使用过程中，若牵引电网的固有电气参数存在改变时可再进行输入。

当前供电目标是指智能供电控制系统的控制目标，比如回收再生制动能量时的网络损耗达到最小值、不同变电站之间的能量救援或牵引电网的功率因数提升等等。该当前供电目标的数量可以是一个或多个。

输入模块220可与智能供电控制系统的上级系统耦接以接收上级系统输入的数据。输入模块220也可以是键盘或触摸屏等手动输入设备，以便于用户输入数据。

处理模块230与分别与通信模块210和输入模块220连接以获取通信模块210接收到的当前运行参数以及输入模块接收到的固有电气参数和当前供电目标，以进行针对当前供电目标的牵引电网的控制策略的规划。

处理模块230被配置成：基于当前运行参数建立轨道交通系统的牵引电网的当前电路模型；以及基于当前电路模型确定轨道交通系统对应于当前供电目标的最优控制参数。

可以理解，当处理模块230首次运行时还需对牵引电网的固有电气参数进行初始配置。

牵引电网的当前电路模型是指对应于牵引电网的当前运行状态的电路模型，当前运行参数则用于表征牵引电网的当前运行状态。较优地，该些获取到的运行参数可带有表征数据的获取时间的时间戳以确定运行参数属于相同批次即可用于确定同一时间的电路模型。

在牵引电网的当前运行状态的基础上，若要达到当前供电目标的要求，可求解出当前电路模型对应于当前供电目标的最优解，从而可确定出最优控制参数。

具体地，为建立当前电路模型，处理模块230可进一步被配置成：对牵引电网上的所有双向变流装置和所有列车按照位置进行编号以作为所述牵引电网的各个节点；基于牵引电网的所有节点确定牵引电网的导纳矩阵；利用牵引电网的导纳矩阵以及当前运行参数构造所述牵引电网的节点电压方程；以及求解牵引电网的节点电压方程以得到牵引电网的当前电路模型。

本领域的技术人员可以理解，将牵引电网整体可视为一个电路网络，牵引电网上的所有双向变流装置和所有列车可视为该电路网络上的节点，各个节点的固有电气参数可视为电路网络的固定参数，双向变流器和列车的当前运行参数可视为各个节点的状态参数，采用导纳矩阵来表示各个节点的状态参数之间的关系，从而可确定出该电路网络的节点电压方程。

求解该节点电压方程后即可得到该电路网络的等效模型，即该牵引电网对应于当前运行参数的当前电路模型。

一般地，节点电压方程可能包括电压源节点、电流源节点和功率源节点。对于仅包括电压源节点和电流源节点的节点电压方程而言，可采用常规的节点电压法或修正节点电压法来求解。对于包含功率源节点的节点电压方程而言，需要采用功率源节点迭代法来求解。

功率源节点迭代法是通过循环迭代的方式求得功率源节点模型的满足误差要求的输出量的方法。

在本发明中，列车的运行参数包括功率参数数据，因此节点电压方程一定包括功率源节点，则处理模块230进一步被配置成：采用功率源节点迭代法求解所述节点电压方程以得到牵引电网的当前电路模型。

为实现功率源节点迭代法求解节点电压方程的过程，处理模块230进一步被配置成：初始化节点电压方程的功率源节点的节点电压；对功率源节点进行节点电压的迭代直到所有节点的节点电压满足收敛条件；以及将最后一次迭代过程确定出的所有节点的节点电压作为所述当前电路模型的对应节点的节点电压以构成所述当前电路模型。

初始化功率源节点的节点电压是指赋予节点电压模型中的功率源所在支路一初始的节点电压。该初始的节点电压可以是符合牵引电网的电压-电流运行特性的随机值。

在每一次迭代过程中，可先通过初始的节点电压将功率源节点转换为电流源节点，再采用常规的电流源节点模型的求解方法来求解。

在一次迭代过程中，处理模块230被配置成：将上一迭代过程确定出的功率源节点的节点电压作为当前迭代过程的所述功率源节点的初始节点电压；根据所述初始节点电压以及所述功率源节点的功率计算出所述功率源节点的支路电流以将所述功率源节点转换为电流源节点；采用节点电压法或修正节点电压法求解出每一节点的节点电压(输出量)；基于每一节点的节点电压计算所述节点的对应于所述当前运行参数的计算值；以及响应于每一节点的对应于所述当前运行参数的计算值与获取的所述当前运行参数的差值小于设定容忍值，判断所有节点的节点电压满足收敛条件。

可以理解，在第一次迭代过程中，初始化功率源节点的节点电压可视为该首次迭代过程的上一迭代过程中求解出的节点电压。

功率源节点的节点电压是指功率源两端的电压差。将功率源节点的功率参数除以功率源节点的节点电压得到功率源节点所在支路的支路电流。将该功率源节点所在支路的支路电流视为该支路的恒定电流源，使得该功率源节点转换为了一电流源节点。

当节点电压方程中的功率源节点转化为电流源节点后即可采用常规的节点电压法或修正节点电压法求解。

当前电路模型是模拟牵引电网的当前运行状态的模型，而每一节点的当前运行参数则是指示该节点的当前运行状态的数据，因此，在迭代过程中，可基于求解出的各个节点电压反算出对应于当前运行参数的计算值以用于衡量该求解出的结果与实际运行状态的符合程度。比如，求解出一功率源节点的节点电压后，可基于该求解出的节点电压进一步反算出该功率源节点的功率计算值，若该功率源节点的功率计算值与获取的该功率源节点的功率参数的误差越小，则说明求解出的节点电压越接近实际运行时的实际电压，则对应的电路模块也越准确。

设定容忍值是基于各个节点的误差容忍度设置的误差范围值，当基于一节点的节点电压的求解值计算出的对应于该节点的当前运行参数的计算值与实际获取的当前运行参数的差值小于设定容忍值时，可认为解算出的节点电压值满足误差要求。当节点电压方程中的所有节点的节点电压均满足误差容忍度时即可认为该节点电压方程的求解结果满足收敛条件。否则，进行下一次迭代，并将本次迭代过程中计算出的各个功率源节点的电压值作为下一次迭代过程中的对应功率源节点的节点电压的假设值。

当某一次迭代过程中解算出的所有节点电压满足收敛条件时，则该次迭代过程为最后一次迭代过程，不再进行下一次迭代。将最后一次迭代过程中的计算出的各个节点的节点电压作为当前电路模型中对应节点的节点电压即可构成当前电路模型。

进一步地，可以理解，若计算出的功率源节点的节点电压一直无法满足收敛条件，则求解节点电压方程的过程可能进行无限循环中，因此可为功率源节点迭代法设置一迭代次数，对应地，处理模块230可被配置成：响应于预设次数内的迭代过程中未出现满足收敛条件的所有节点的节点电压，退出迭代，重新获取所述牵引电网上的所有双向变流装置以及所有列车的当前运行参数，以进行下一次智能供电过程。

进一步地，将获取的当前供电目标设置为该当前电路模型的目标函数，求出该当前电路模型对应于该目标函数的最优解即可得到对应于该当前供电目标的最优控制参数。

智能算法是解决复杂工程问题的常用算法，包括遗传算法、粒子群算法、支持向量机算法和神经网络法等等。

较优地，为求解该当前电路模型，处理模块230进一步被配置成：利用智能算法寻优出对应于当前供电目标的当前电路模型的最优控制参数。

具体地，处理模块230可被配置成：基于当前供电目标确定所述智能算法的目标函数；基于所述目标函数确定智能算法的适应度函数；以及基于目标函数以及适应度函数利用智能算法求解出当前电路模型的最优解以作为最优控制参数。

可以理解，对应于不同的当前供电目标可求解出不同的最优控制参数。常用的供电目标可如下实施例所述：

1.将回收再生制动能量时的网络损耗最小设置为当前供电目标，则可求解出各个双向变流器的直流输出电压指令。执行求解出的指令即可实现不同状态下的网络损耗最小的目标。比如，当有较大冲击功率需求时，优先启动多个变电站内的双向变流装置提供牵引能量；当制动能量较大时，优先启动多个变电站内的双向变流装置回馈能量，降低变电站和双向变流装置的峰值容量，减少电网电压波动，实现再生智能能量在牵引电网的分配，大幅减少线路损耗，同时减少35kv环网向110kv公共电网馈入的能量。

2.将临近站点的能量救援设置为当前供电目标，则可求解出交流侧无功功率指令。执行求解出的指令即可实现对不同双向变流器的工作模态的控制，比如工作在整流、逆变或有源滤波模态等等，从而实现对每个双向变流器从直流供电网络输出或回收的功率和潮流方向的灵活配置。当某个变电站故障时，可实现临近变电站进行紧急救援的目标，保证列车的用电持续性，改善整个供电网络的电能质量。

3.将提升牵引电网的功率因数设置为当前供电目标，则可求解出功率因素角指令。执行求解出的指令即可实现在夜间或停车阶段启动双向变流器无功补偿给储能元件充电的效果，从而提升供电网络的功率因数，降低由于法兰梯效应引起的供电线路末端电压升高，提高系统安全性，改善线路电能质量。

4.将轨道交通系统的用电费用最小设置为当前供电目标，即可求解出基于电力市场的实时定价制定的对公共电网的需求侧响应策略，达到对应效果：调节城市轨道交通车站内的环控系统、动力照明系统和储能装置等可控负荷的用电曲线，进行负荷平移，降低系统内部最大峰值和设备设计容量，同时减轻公共电网供电压力和供电成本，提高能源传输和利用的效率。

本领域的技术人员，当前供电目标还可基于不同的需求进行对应的设置，并不以上述实施例为限。

进一步地，适应度是用于衡量个体存活和生殖机会的尺度，适应度函数则是将适应度所对应的“自然选择”数量化。对应于实际工程应用，每个个体的适应度函数值则可用于衡量该个体与目标函数之间的符合度，从而实现对群体中的个体的筛选，最终确定出最优解。一般地，适应度函数与目标函数有关，比如，可设置成目标函数的倒数。

确定了目标函数和适应度函数后，即可利用智能算法对当前电路模型进行求解以求出对应于该当前目标函数的最优解，将该最优解进行工程化拆解即可得到该最优解对应的最优控制参数。

进一步地，基于当前电路模型确定出的最优控制参数需要满足工程化实际要求，因此处理模块230还可被配置成：对最优控制参数进行合理性判断；响应于最优控制参数满足合理性要求，向双向变流装置发送该最优控制参数以执行所述最优控制参数；以及响应于最优控制参数不满足合理性要求，重新获取牵引电网上的所有双向变流装置以及所有列车的当前运行参数以进行下一次的智能供电过程。

合理性判断是指对最优控制参数是否满足实际物理约束条件进行判断。合理性要求则是与实际物理约束条件对应的量化关系。

进一步地，如图1所示，一轨道交通系统的牵引电网上一般布置有多个牵引变电站，每一牵引变电站内均设置有双向变流装置，则不可避免存在出现故障的双向变流装置。显然，出现故障的双向变流装置无法执行对应的控制指令，因此，智能供电控制系统还需对牵引电网上的每一双向变流装置进行故障检测，从而基于正常的双向变流装置进行智能供电策略的规划。

较优地，通信模块210还可接收牵引电网上的所有双线变流装置的生命信号并发送至处理模块230。

对应地，处理模块230可被配置成：基于每一双向变流装置的生命信号判断该双向变流装置是否处于正常状态，并基于处于正常状态的双向变流装置和列车的当前运行参数进行当前电路模型的建立。

可以理解，对应地，确定出的最优控制参数也仅包括处于正常状态的双向变流装置的控制参数。

进一步地，本领域的技术人员可以理解，为实现智能供电控制系统的更多功能，智能供电控制系统还可包括其他适配的模块或装置，比如，服务器、数据库或显示器等等，并不以上述实施例为限。

本领域的技术人员可以理解，一轨道交通系统的智能供电控制系统的数量和控制区域可基于该轨道交通系统的线路规模或线路的长度进行对应地设置。比如，对于存在多条线路的轨道交通系统而言，可针对每一线路设置一智能供电控制系统以产生对应线路上的供电策略；更优地，还可设置一总智能供电控制系统以统筹控制该多条线路上的子智能供电控制系统。比如，对于长度较长的线路而言，还可将线路上的牵引变电站分成多个子区域，并在每个子区域内设置一智能供电控制系统以产生对应区域内的供电策略；更优地，还可设置一总智能供电控制系统以统筹控制该多个子区域内的智能供电控制系统。

根据本发明的另一个方面，还提供一种智能供电控制方法，适用于轨道交通系统的牵引电网的控制。

在一实施例中，如图3所示，智能供电控制方法300包括步骤s310～s330。

其中，步骤s310为：获取所述轨道交通系统的牵引电网的当前供电目标以及所有双向变流装置和所有列车的当前运行参数。

当前供电目标是指智能供电控制系统的控制目标，比如回收再生制动能量时的网络损耗达到最小值、不同变电站之间的能量救援或牵引电网的功率因数提升等等。该当前供电目标的数量可以是一个或多个。

当前运行参数是指实时获取的运行参数。双向变流装置的当前运行参数可包括交流侧电压、直流侧电压、电流和位置等数据，列车的当前运行参数可包括列车的位置和运行功率等参数。

步骤s320为：基于所述当前运行参数建立所述牵引电网的当前电路模型。

牵引电网的当前电路模型是指对应于牵引电网的当前运行状态的电路模型，当前运行参数则用于表征牵引电网的当前运行状态。较优地，该些获取到的运行参数可带有表征数据的获取时间的时间戳以确定运行参数属于相同批次即可用于确定同一时间的电路模型。

具体地，如图4所示，步骤s320可包括步骤s321～s324。

其中，步骤s321为：对牵引电网上的双向变流装置和列车按照位置进行编号以作为所述牵引电网的各个节点。

步骤s322为：基于牵引电网的所有节点确定所述牵引电网的导纳矩阵。

步骤s323为：利用所述导纳矩阵以及所述当前运行参数构造所述牵引电网的节点电压方程。

节点电压方程可能还包括牵引电网的固有电气参数，比如牵引电网的阻抗和回流轨的阻抗、各个变电站的变压器的穿越阻抗和半穿越阻抗、变压器的变比、牵引变压器的功率因数以及辅助变压器的交流侧的功率因数等。

可以理解，一轨道交通系统的牵引电网的固有电气参数并不会经常改变，因此，可在首次启动智能供电控制方法时完成牵引电网的固有电气参数的配置而无需每次启动都重复进行配置。

步骤s324为：求解所述节点电压方程以得到所述牵引电网的当前电路模型。

本领域的技术人员可以理解，将牵引电网整体可视为一个电路网络，牵引电网上的所有双向变流装置和所有列车可视为该电路网络上的节点，各个节点的固有电气参数可视为电路网络的固定参数，双向变流器和列车的当前运行参数可视为各个节点的状态参数，采用导纳矩阵来表示各个节点的状态参数之间的关系，从而可确定出该电路网络的节点电压方程。

求解该节点电压方程后即可得到该电路网络的等效模型，即该牵引电网对应于当前运行参数的当前电路模型。

一般地，节点电压方程可能包括电压源节点、电流源节点和功率源节点。对于仅包括电压源节点和电流源节点的节点电压方程而言，可采用常规的节点电压法或修正节点电压法来求解。对于包含功率源节点的节点电压方程而言，需要采用功率源节点迭代法来求解。

功率源节点迭代法是通过循环迭代的方式求得功率源节点模型的满足误差要求的输出量的方法。

在本发明中，列车的运行参数包括功率参数数据，因此节点电压方程一定包括功率源节点，则步骤s324可具化为：采用功率源节点迭代法求解所述节点电压方程以得到牵引电网的当前电路模型。

具体地，如图5所示，步骤s324可包括步骤s510～s530。

步骤s510为：初始化所述节点电压方程的功率源节点的节点电压。

初始化功率源节点的节点电压是指赋予节点电压模型中的功率源所在支路一初始的节点电压。该初始的节点电压可以是符合牵引电网的电压-电流运行特性的随机值。

步骤s520为：对所述功率源节点进行节点电压的迭代直到所有节点的节点电压满足收敛条件。

在每一次迭代过程中，可先通过初始的节点电压将功率源节点转换为电流源节点，再采用常规的电流源节点模型的求解方法来求解。

具体地，如图6所示，步骤s520可包括步骤s521～s525。

其中，步骤s521为：将上一迭代过程确定出的功率源节点的节点电压作为当前迭代过程的所述功率源节点的初始节点电压。

可以理解，在第一次迭代过程中，初始化功率源节点的节点电压可视为该首次迭代过程的上一迭代过程中求解出的节点电压。

步骤s522为：根据所述节点电压以及所述功率源节点的功率计算出所述功率源节点的支路电流以将所述功率源节点转换为电流源节点。

功率源节点的节点电压是指功率源两端的电压差。将功率源节点的功率参数除以功率源节点的节点电压得到功率源节点所在支路的支路电流。将该功率源节点所在支路的支路电流视为该支路的恒定电流源，即使得该功率源节点转换为了一电流源节点。

步骤s523为：采用节点电压法或修正节点电压法求解出每一节点的节点电压。

可以理解，将节点电压方程中的功率源节点转换为电流源节点后即可采用常规的节点电压法或修正节点电压法求解。

步骤s524为：基于每一节点的节点电压计算所述节点的对应于所述当前运行参数的计算值。

当前电路模型是模拟牵引电网的当前运行状态的模型，而每一节点的当前运行参数则是指示该节点的当前运行状态的数据，因此，在迭代过程中，可基于求解出的各个节点电压反算出对应于当前运行参数的计算值以用于衡量该求解出的结果与实际运行状态的符合程度。比如，求解出一功率源节点的节点电压后，可基于该求解出的节点电压进一步反算出该功率源节点的功率计算值，若该功率源节点的功率计算值与获取的该功率源节点的功率参数的误差越小，则说明求解出的节点电压越接近实际运行时的实际电压，则对应的电路模块也越准确。

步骤s525为：响应于每一节点的对应于所述当前运行参数的计算值与获取的所述当前运行参数的差值小于设定容忍值，判断所有节点的节点电压满足收敛条件。

设定容忍值是基于各个节点的误差容忍度设置的误差范围值，当基于一节点的节点电压的求解值计算出的对应于该节点的当前运行参数的计算值与实际获取的当前运行参数的差值小于设定容忍值时，可认为解算出的节点电压值满足误差要求。当节点电压方程中的所有节点的节点电压均满足误差容忍度时即可认为该节点电压方程的求解结果满足收敛条件。否则，进行下一次迭代，并将本次迭代过程中计算出的各个功率源节点的电压值作为下一次迭代过程中的对应功率源节点的节点电压的假设值，即执行步骤s521。

进一步地，步骤s530为：将最后一次迭代过程确定出的所有节点的节点电压作为所述当前电路模型的对应节点的节点电压以构成所述当前电路模型。

当某一次迭代过程中解算出的所有节点电压满足收敛条件时，则该次迭代过程为最后一次迭代过程，不再进行下一次迭代。将最后一次迭代过程中的计算出的各个节点的节点电压作为当前电路模型中对应节点的节点电压即可构成当前电路模型。

进一步地，可以理解，若计算出的功率源节点的节点电压一直无法满足收敛条件，则求解节点电压方程的过程可能进行无限循环中，因此可为功率源节点迭代法设置一迭代次数。响应于预设次数内的迭代过程中未出现满足所述收敛条件的所有节点的节点电压，退出迭代，重新获取所述牵引电网上的所有双向变流装置以及所有列车的当前运行参数即再次执行步骤s310。

在牵引电网的当前运行状态的基础上，若要达到当前供电目标的要求，可求解出当前电路模型对应于当前供电目标的最优解，即可确定出最优控制参数。

进一步地，步骤s330为：基于当前电路模型确定轨道交通系统对应于当前供电目标的最优控制参数。

可以理解，将获取的当前供电目标设置为该当前电路模型的目标函数，求出该当前电路模型对应于该目标函数的最优解即可得到对应于该当前供电目标的最优控制参数。

智能算法是解决复杂工程问题的常用算法，包括遗传算法、粒子群算法、支持向量机算法和神经网络法等等。则，步骤s330可具化为：利用智能算法寻优出对应于所述当前供电目标的所述当前电路模型的最优控制参数。

更具体地，如图7所示，步骤s330可包括步骤s331～s333。

其中，步骤s331为：基于当前供电目标确定智能算法的目标函数。

可以理解，对应于不同的当前供电目标可求解出不同的最优控制参数。常用的供电目标可如下实施例所述：

1.将回收再生制动能量时的网络损耗最小设置为当前供电目标，则可求解出各个双向变流器的直流输出电压指令。执行求解出的指令即可实现不同状态下的网络损耗最小的目标。比如，当有较大冲击功率需求时，优先启动多个变电站内的双向变流装置提供牵引能量；当制动能量较大时，优先启动多个变电站内的双向变流装置回馈能量，降低变电站和双向变流装置的峰值容量，减少电网电压波动，实现再生智能能量在牵引电网的分配，大幅减少线路损耗，同时减少35kv环网向110kv公共电网馈入的能量。

2.将临近站点的能量救援设置为当前供电目标，则可求解出交流侧无功功率指令。执行求解出的指令即可实现对不同双向变流器的工作模态的控制，比如工作在整流、逆变或有源滤波模态等等，从而实现对每个双向变流器从直流供电网络输出或回收的功率和潮流方向的灵活配置。当某个变电站故障时，可实现临近变电站进行紧急救援的目标，保证列车的用电持续性，改善整个供电网络的电能质量。

3.将提升牵引电网的功率因数设置为当前供电目标，则可求解出功率因素角指令。执行求解出的指令即可实现在夜间或停车阶段启动双向变流器无功补偿给储能元件充电的效果，从而提升供电网络的功率因数，降低由于法兰梯效应引起的供电线路末端电压升高，提高系统安全性，改善线路电能质量。

4.将轨道交通系统的用电费用最小设置为当前供电目标，即可求解出基于电力市场的实时定价制定的对公共电网的需求侧响应策略，达到对应效果：调节城市轨道交通车站内的环控系统、动力照明系统和储能装置等可控负荷的用电曲线，进行负荷平移，降低系统内部最大峰值和设备设计容量，同时减轻公共电网供电压力和供电成本，提高能源传输和利用的效率。

本领域的技术人员，当前供电目标还可基于不同的需求进行对应的设置，并不以上述实施例为限。

步骤s332为：基于所述目标函数确定所述智能算法的适应度函数。

适应度是用于衡量个体存活和生殖机会的尺度，适应度函数则是将适应度所对应的“自然选择”数量化。对应于实际工程应用，每个个体的适应度函数值则可用于衡量该个体与目标函数之间的符合度，从而实现对群体中的个体的筛选，最终确定出最优解。一般地，适应度函数与目标函数有关，比如，可设置成目标函数的倒数。

步骤s333为：基于所述目标函数以及所述适应度函数利用所述智能算法求解所述当前电路模型的最优解以作为所述最优控制参数。

确定了目标函数和适应度函数后，即可利用智能算法对当前电路模型进行求解以求出对应于该当前目标函数的最优解，将该最优解进行工程化拆解即可得到该最优解对应的最优控制参数。

进一步地，采用智能算法求出的最优控制参数需要满足工程化实际要求。则如图3所示，智能供电控制方法还包括步骤s340～s350。

其中，步骤s340为：对所述最优控制参数进行合理性判断。

合理性判断是指对最优控制参数是否满足实际物理约束条件进行判断。

步骤s350为：响应于最优控制参数满足合理性要求，向所述双向变流装置发送所述最优控制参数以执行所述最优控制参数。

合理性要求则是与实际物理约束条件对应的量化关系。可以理解，当求解出的最优控制参数满足合理性要求时即说明该最优控制参数是可执行的，对应的当前供电目标可能是可以实现的。

进一步地，响应于所述最优控制参数不满足合理性要求，重新获取所述牵引电网上的所有双向变流装置以及所有列车的当前运行参数，即重复执行步骤s310。

进一步地，智能供电控制方法可基于实际需求进行开启或关闭，则是否执行求解出的最优控制参数可基于智能供电控制方法是否处于开启状态来对应的设置。比如，若智能供电控制方法的运行状态字为启动状态时，向所述双向变流装置发送所述最优控制参数以执行所述最优控制参数，否则，不发送。

进一步地，如图1所示，一轨道交通系统的牵引电网上一般布置有多个牵引变电站，每一牵引变电站内均设置有双向变流装置，则不可避免存在出现故障的双向变流装置。显然，出现故障的双向变流装置无法执行对应的控制指令，因此，还需对牵引电网上的每一双向变流装置进行故障检测，从而基于正常的双向变流装置进行智能供电策略的规划。

较优地，智能供电控制方法300还可包括：接收牵引电网上的所有双线变流装置的生命信号，并基于每一双向变流装置的生命信号判断该双向变流装置是否处于正常状态。

对应地，步骤s310可设置为：获取处于正常状态的双向变流装置和列车的当前运行参数。

可以理解，对应地，确定出的最优控制参数也仅包括处于正常状态的双向变流装置的控制参数。

尽管为使解释简单化将上述方法图示并描述为一系列动作，但是应理解并领会，这些方法不受动作的次序所限，因为根据一个或多个实施例，一些动作可按不同次序发生和/或与来自本文中图示和描述或本文中未图示和描述但本领域技术人员可以理解的其他动作并发地发生。

根据本发明的另一个方面，还提供一种智能供电控制装置，如图8所示，智能供电控制装置800包括存储器810和处理器820。

存储器810上存储有计算机程序。

处理器820与存储器820连接，被用于执行存储在所述存储器810上的计算机程序，该计算机程序被执行时实现如上述任一实施例中所述的智能供电控制方法的步骤。

根据本发明的又一个方面，还提供一种计算机存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被执行时实现如上述任一实施例中所述的智能供电控制方法的步骤。

本领域技术人员将可理解，信息、信号和数据可使用各种不同技术和技艺中的任何技术和技艺来表示。例如，以上描述通篇引述的数据、指令、命令、信息、信号、位(比特)、码元、和码片可由电压、电流、电磁波、磁场或磁粒子、光场或光学粒子、或其任何组合来表示。

本领域技术人员将进一步领会，结合本文中所公开的实施例来描述的各种解说性逻辑板块、模块、电路、和算法步骤可实现为电子硬件、计算机软件、或这两者的组合。为清楚地解说硬件与软件的这一可互换性，各种解说性组件、框、模块、电路、和步骤在上面是以其功能性的形式作一般化描述的。此类功能性是被实现为硬件还是软件取决于具体应用和施加于整体系统的设计约束。技术人员对于每种特定应用可用不同的方式来实现所描述的功能性，但这样的实现决策不应被解读成导致脱离了本发明的范围。

结合本文所公开的实施例描述的各种解说性逻辑模块、和电路可用通用处理器、数字信号处理器(dsp)、专用集成电路(asic)、现场可编程门阵列(fpga)或其它可编程逻辑器件、分立的门或晶体管逻辑、分立的硬件组件、或其设计成执行本文所描述功能的任何组合来实现或执行。通用处理器可以是微处理器，但在替换方案中，该处理器可以是任何常规的处理器、控制器、微控制器、或状态机。处理器还可以被实现为计算设备的组合，例如dsp与微处理器的组合、多个微处理器、与dsp核心协作的一个或多个微处理器、或任何其他此类配置。

结合本文中公开的实施例描述的方法或算法的步骤可直接在硬件中、在由处理器执行的软件模块中、或在这两者的组合中体现。软件模块可驻留在ram存储器、闪存、rom存储器、eprom存储器、eeprom存储器、寄存器、硬盘、可移动盘、cd-rom、或本领域中所知的任何其他形式的存储介质中。示例性存储介质耦合到处理器以使得该处理器能从/向该存储介质读取和写入信息。在替换方案中，存储介质可以被整合到处理器。处理器和存储介质可驻留在asic中。asic可驻留在用户终端中。在替换方案中，处理器和存储介质可作为分立组件驻留在用户终端中。

在一个或多个示例性实施例中，所描述的功能可在硬件、软件、固件或其任何组合中实现。如果在软件中实现为计算机程序产品，则各功能可以作为一条或更多条指令或代码存储在计算机可读介质上或藉其进行传送。计算机可读介质包括计算机存储介质和通信介质两者，其包括促成计算机程序从一地向另一地转移的任何介质。存储介质可以是能被计算机访问的任何可用介质。作为示例而非限定，这样的计算机可读介质可包括ram、rom、eeprom、cd-rom或其它光盘存储、磁盘存储或其它磁存储设备、或能被用来携带或存储指令或数据结构形式的合意程序代码且能被计算机访问的任何其它介质。任何连接也被正当地称为计算机可读介质。例如，如果软件是使用同轴电缆、光纤电缆、双绞线、数字订户线(dsl)、或诸如红外、无线电、以及微波之类的无线技术从web网站、服务器、或其它远程源传送而来，则该同轴电缆、光纤电缆、双绞线、dsl、或诸如红外、无线电、以及微波之类的无线技术就被包括在介质的定义之中。如本文中所使用的盘(disk)和碟(disc)包括压缩碟(cd)、激光碟、光碟、数字多用碟(dvd)、软盘和蓝光碟，其中盘(disk)往往以磁的方式再现数据，而碟(disc)用激光以光学方式再现数据。上述的组合也应被包括在计算机可读介质的范围内。

提供之前的描述是为了使本领域中的任何技术人员均能够实践本文中所描述的各种方面。但是应该理解，本发明的保护范围应当以所附权利要求书为准，而不应被限定于以上所解说实施例的具体结构和组件。本领域技术人员在本发明的精神和范围内，可以对各实施例进行各种变动和修改，这些变动和修改也落在本发明的保护范围之内。