专利名称：一种基于列车运行图的牵引负荷建模方法
技术领域：
本发明属于电力系统的运行、仿真与电力系统稳定分析领域，尤其涉及一种 基于列车运行图的牵引负荷建模方法。
背景技术：
近年来，我国高速铁路事业得到了迅猛的发展，高速铁路牵引供电负荷具有冲击 性强、高次谐波丰富等特点，准确描述其电力综合负荷特性，寻求合理的负荷模型结构并获 得准确的模型参数，建立用于电力系统的运行、仿真与稳定分析的牵引负荷模型，已成为学 术界、工程界研究的热点。目前牵弓I负荷建模领域中广泛使用的方法是对牵弓I网的一个供电臂建立Matlab/ simulink仿真模型，通过搭建接触网线路、牵引变电所、电力机车等详细的电磁暂态模型， 经仿真得到牵引负荷的等效模型[1_2]。该方法具有以下缺点(1)时域仿真计算量比较大， 需要较长的计算时间；(2)没有将时域仿真与列车运行图进行结合，仿真所获得的模型不 具有通用性；C3)牵引网不同供电臂之间并非完全电气绝缘，存在相互影响；(4)将牵引 供电系统和机车牵引传动系统作为独立的两部分分析，并没有考虑牵引网电压对电流的影 响，使电力机车的注入电流与实际值偏差较大；(5)忽略了电力系统对牵引变压器二次侧 电压幅值和相角的影响，使分析结果不完全正确。相关文献张广东.牵引供电系统综合负荷模型结构研究[D].湖南湖南大学，2009.方雷.高速铁路牵引供电系统数字建模及仿真[D].四川西南交通大学， 2010。
发明内容
本发明的目的是为了充分列车在供电臂上的不同位置和数量对牵引负荷特性的 影响，区别于已有的通过搭建时域仿真模型，建立固定列车数量和位置情况下牵引负荷模 型的方法，提供一种基于列车运行图的牵引负荷建模方法。本发明采用的技术方案的步骤如下
1)以列车运行图的发车间隔为一个周期，在一个周期内，以每5秒为一个间隔，每个 时间间隔取其中1秒在牵引变电所25kV侧加入一个电压扰动，然后恢复电压，通过牵引网 潮流计算或实测数据得到每个供电臂各个时刻的电压、功率随时间变化的值，步长为0. 01 秒；
2)根据列车运行图使用查表-插值的方法计算列车的位置和速度，得到每个供电臂上 的列车运行数量和速度；
3)将一个供电臂上的每辆列车等效为一个感应电动机模型，描述牵引网上各机车的牵 引传动部分，机车牵引回路中的无功部分和牵引供电系统的线路阻抗上的消耗等效为一个 静态指数模型；将一个供电臂上的多个感应电动机模型并联为一个等效的感应电动机模型，由于机车 型号相同，所以等效模型的等值惯性常数不变，励磁电抗相当于η台感应电动机励磁电抗 值并联，机械转矩Tm与列车数量成正比，即
权利要求
1. 一种基于列车运行图的牵引负荷建模方法，其特征在于包括如下步骤1)以列车运行图的发车间隔为一个周期，在一个周期内，以每5秒为一个间隔，每个 时间间隔取其中1秒在牵引变电所25kV侧加入一个电压扰动，然后恢复电压，通过牵引网 潮流计算或实测数据得到每个供电臂各个时刻的电压、功率随时间变化的值，步长为0. 01 秒；2)根据列车运行图使用查表-插值的方法计算列车的位置和速度，得到每个供电臂上 的列车运行数量和速度；3)将一个供电臂上的每辆列车等效为一个感应电动机模型，描述牵引网上各机车的牵 引传动部分，机车牵引回路中的无功部分和牵引供电系统的线路阻抗上的消耗等效为一个 静态指数模型；4)将一个供电臂上的多个感应电动机模型并联为一个等效的感应电动机模型，由于机 车型号相同，所以等效模型的等值惯性常数不变，励磁电抗相当于η台感应电动机励磁电 抗值并联，机械转矩Tm与列车数量成正比，即u τηΣm式中ι'—感应电动机励磁暂态电抗 ^—并联感应电动机等值励磁暂态电抗Tm —感应电动机机械转矩Tmll —并联感应电动机等值机械转矩 H —列车数量；5)根据步骤1)中得到的数据，利用粒子群算法对并联感应电动机模型加静态指数模型 进行参数辨识，建立牵引负荷模型；6)根据步骤5)中辨识得到的参数对负荷模型仿真功率与实测数据进行对比，验证模型 的正确性。
2.根据权利要求1所述的一种基于列车运行图的牵引负荷建模方法，其特征在于所述 的步骤3)静态指数模型具体描述如下rPs = ^mf式中Ps —静态有功功率值； Q1——静态无功功率值；PsQ——稳态有功功率值； β5θ _稳态无功功率值； V0—稳态电压值； V —电压值；Pv——有功功率指数，待辨识； qv——无功功率指数，待辨识。
3.根据权利要求1所述的一种基于列车运行图的牵引负荷建模方法，其特征在于所述 的步骤4)并联感应电动机模型具体描述如下 状态方程
4.根据权利要求1所述的一种基于列车运行图的牵引负荷建模方法，其特征在于所述 的步骤5)并联感应电动机模型加静态指数模型的描述如下
5.根据权利要求1所述的一种基于列车运行图的牵引负荷建模方法，其特征在于所述 的步骤5)粒子群算法的描述如下 它的进化方程可描述为
全文摘要
本发明公开了一种基于列车运行图的牵引负荷建模方法。该建模方法首先根据列车运行图得到一个运行周期内各时段每个供电臂的列车数量，然后将一个供电臂上的每辆列车等效为一个感应电动机，每个牵引负荷等效为多台感应电动机模型和静态指数模型并联模型，使用粒子群算法(PSO)根据实测电压、功率波形对牵引负荷模型进行参数辨识，建立牵引负荷模型。本发明提出的一种基于列车运行图的牵引负荷建模方法与已有的牵引负荷建模方法相比，该方法充分考虑了列车运行的时变性对牵引负荷电压、功率的影响，在保持较好的收敛性的前提下，大大提高了牵引负荷模型的通用性和正确性，使建立的牵引负荷模型更符合实际情况，满足了铁路/电力相关部门对牵引供电品质评估、电能质量评估、电力系统稳定性评估的需要。
文档编号G06F17/50GK102122310SQ20111003439
公开日2011年7月13日 申请日期2011年2月1日 优先权日2011年2月1日
发明者余丹萍, 周盛, 江全元, 耿光超, 苗轶群, 陈宏伟 申请人:浙江大学