专利名称：一种电气化铁路牵引供电系统实时仿真建模方法
技术领域：
本发明属于电力系统，具体涉及一种电气化铁路牵引供电系统实时仿真建模方法。
背景技术：
近年来，电气化铁路发展迅速，尤其随着京津城际列车的开通以及京沪高铁建设的不断推进，电铁牵引负荷在电力系统负荷中占有的比例越来越大。电铁牵引供电系统在运行中从电网吸取基波电流的同时，还向电网注入了大量的高次谐波和负序电流，使电力系统的电能质量下降，影响电网的安全稳定运行及其它用户设备的正常工作。由于电力机车的单相取流，使得牵引供电系统不同于普通的三相电力系统，通过特殊的元件实现三相与单相的转换，牵引供电系统由于其供电的多样性及自身的特殊性，使得对其进行建模及系统分析的难度加大。文献[基于PSCAD / EMTDC的牵引供电系统仿真模型研究]利用PSCAD建立了牵引供电系统模型，但是其电力机车模型采用恒功率负荷模型，无法准确模拟电力机车的特性；文献[基于MATLAB的电力机车数字仿真模型]利用Simulink建立了 SSl和SS4的机车仿真模型，但是部分模块需要编程实现，且以上所建立的模型均是孤立的牵引系统模型，与实际运行电网割裂开来，若要研究牵引供电系统的特性，需要对高一级电网进行等值简化，增加了仿真分析的难度，且等值简化可能造成仿真结果偏差较大。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提出一种电气化铁路牵引供电系统实时仿真建模方法，利用ADPSS的机电暂态-电磁暂态混合仿真功能，集中了机电暂态和电磁暂态各自的优点，使仿真提闻了精确性。本发明提供的一种电气化铁路牵引供电系统实时仿真建模方法，其改进之处在于，利用ADPSS混合实时仿真技术进行仿真，模拟牵引供电系统的特性；其中将需要详细模拟的设备用电磁暂态仿真，其他网络用机电暂态仿真。其中，所述利用ADPSS混合实时仿真技术进行仿真的步骤包括( I)建立电网的机电暂态仿真算例；( 2 )对所述算例进行潮流计算；(3)按照潮流计算结果确定分网方案，根据实际工程确定使用电磁暂态子网或机电暂态子网；(4)建立各电磁暂态子网的仿真算例，添加机电暂态接口，按潮流计算结果填写电磁暂态初始潮流；(5)提交机电暂态子网和电磁暂态子网作业；(6)执行机电-电磁混合仿真计算。其中，所述需要详细模拟的设备包括电力机车、牵引变压器和牵引网。
其中，所述电力机车包括SS4型电力机车；对所述电力机车进行电磁暂态仿真时， 根据机车特性进行建模；SS4型电力机车采用不等分三绕组变压器供电的四段半控式整流调压电路，三个 绕组分别为hbi，blXl和a2x2，空载额定电压为335kV，335kV，671kV。设电压U2为三绕组电 压之和，则Ualbl = Ublxl = U2/4，Ua2x2 = U2/2，组成1/4，1/4，1/2的三段不等分比例；SS4型电力机车牵引工况时的主电路仿真模型由牵引电源、主变压器、整流调压电 路、平波电抗器和串励电动机组成；整流电路的晶闸管触发信号由脉冲发生器模块产生，串 励电动机采用牵引电机总内阻串联反电动势的等效模型实现。其中，对所述电力机车进行电磁暂态仿真时,计算部分包括计算反电动势、计算牵 弓丨电机电枢电流和确定晶闸管触发角度。其中，对所述电力机车进行电磁暂态仿真时，计算反电动势的表达式包括根据电机的调速特性、得到对应于某励磁电流下的电动机反电动势与机车速度、 磁通的关系
权利要求
1.一种电气化铁路牵引供电系统实时仿真建模方法,其特征在于,利用ADPSS混合实时仿真技术进行仿真，模拟牵引供电系统的特性；其中将需要详细模拟的设备用电磁暂态仿真，其他网络用机电暂态混合仿真。
2.如权利要求1所述的实时仿真建模方法，其特征在于，所述利用ADPSS混合实时仿真技术进行仿真的步骤包括 (1)建立电网的机电暂态仿真算例； (2)对所述算例进行潮流计算； (3)按照潮流计算结果确定分网方案，根据实际工程确定使用电磁暂态子网或机电暂态子网； (4)建立各电磁暂态子网的仿真算例，添加机电暂态接口，按潮流计算结果填写电磁暂态初始潮流； (5)提交机电暂态子网和电磁暂态子网作业； (6)执行机电-电磁混合仿真计算。
3.如权利要求1所述的实时仿真建模方法，其特征在于，所述需要详细模拟的设备包括电力机车、牵引变压器和牵引网。
4.如权利要求3所述的实时仿真建模方法，其特征在于，所述电力机车包括SS4型电力机车；对所述电力机车进行电磁暂态仿真时，根据机车特性进行建模； SS4型电力机车采用不等分三绕组变压器供电的四段半控式整流调压电路，三个绕组分别为a^，blXl和a2x2，空载额定电压为335kV，335kV，671kV ;设电压U2为三绕组电压之和，则^b1两点之间的电压Ualbl = Ublxl = U2/4, Ua2x2 = U2/2，组成1/4，1/4，1/2的三段不等分比例； SS4型电力机车牵引工况时的主电路仿真模型由牵引电源、主变压器、整流调压电路、平波电抗器和串励电动机组成；整流电路的晶闸管触发信号由脉冲发生器模块产生，串励电动机采用牵引电机总内阻串联反电动势的等效模型实现。
5.如权利要求4所述的实时仿真建模方法，其特征在于，对所述电力机车进行电磁暂态仿真时，计算部分包括计算反电动势、计算牵弓I电机电枢电流和确定晶闸管触发角度。
6.如权利要求5所述的实时仿真建模方法，其特征在于，对所述电力机车进行电磁暂态仿真时，计算反电动势的表达式包括 根据电机的调速特性、得到对应于某励磁电流下的电动机反电动势与机车速度、磁通的关系
7.如权利要求5所述的实时仿真建模方法，其特征在于，对所述电力机车进行电磁暂态仿真时，计算牵引电机电枢电流的表达式包括 SS4型电力机车的牵引控制特性函数如式(4)，牵引控制系统的级位和速度决定电动机电枢电流的大小；
8.如权利要求5所述的实时仿真建模方法，其特征在于，对所述电力机车进行电磁暂态仿真时，确定晶闸管触发角度的表达式包括 根据机车的速度、运行级数和牵引控制特性函数得到电机电枢电流，计算出整流电路直流电压Ud: Ud = Id Σ R+E(5) 式中，Σ R为牵引电机回路总电阻，包括平波电抗器、励磁绕组、电枢绕组和反映磁化曲线等值电阻之和；E为电机反电动势。
由Ud得出机车所处的工作区段，按照该段的受电弓与整流回路直流电压的关系确定晶闸管的触发角 第I段，晶闸管触发角为
9.如权利要求3所述的实时仿真建模方法，其特征在于，对所述牵引变压器进行电磁暂态仿真时，对Scott接线牵引变压器采用AT供电方式进行建模；进行建模时，Scott接线牵引变压器由两台单相变压器按照规定连接而成，其中一台单相变压器的原边绕组两端引出，分别接到三相电力系统的两相，称为M座变压器；另一台单相变压器的原边绕组一端引出，接到三相电力系统中的另一相，另一端接到M座变压器原边绕组的中点0，称为T座变压器。
10.如权利要求1所述的实时仿真建模方法，其特征在于，所述其他网络指由常规电力系统元件组成的大电网系统。
全文摘要
本发明提出一种电气化铁路牵引供电系统实时仿真建模方法，利用ADPSS混合实时仿真技术进行仿真，模拟牵引供电系统的特性；其中将需要详细模拟的设备用电磁暂态仿真，其他网络用机电暂态仿真。这样既可以模拟电铁牵引系统的特性，也不需要等值简化，提高了仿真分析的准确性。
文档编号G05B17/02GK102998980SQ201210454248
公开日2013年3月27日 申请日期2012年11月13日 优先权日2012年11月13日
发明者孙丽香, 郑伟杰, 徐得超, 张星, 彭红英, 刘敏, 陈绪江, 朱旭凯, 王峰 申请人:中国电力科学研究院, 国家电网公司