本发明涉及轨道交通智能控制，具体为一种用于轨道交通柔性供电的智能控制方法及系统。
背景技术：
1、在现代城市发展中，轨道交通作为重要的公共交通方式，日益受到关注。随着城市化进程加快，人口密集地区对高效和环保的交通解决方案需求不断增加。轨道交通系统不仅能够缓解城市交通拥堵，还能有效减少汽车排放，改善空气质量，推动可持续发展。然而，轨道交通系统在运行中面临着频率波动和供电稳定性的问题，这对列车的安全和舒适性提出了更高的要求。同时，随着科技的进步，智能控制和数据采集技术的发展，为轨道交通系统的优化提供了新的机遇，可以帮助运营方及时监测和调整供电系统，确保列车在运行过程中频率的稳定性。通过研究和实施更加灵活的供电控制方法，能够更好地满足日益增长的城市交通需求，为未来的城市交通建设提供有力支撑。
2、传统控制系统通常依赖于固定参数和静态模型，缺乏对动态运行状态的实时监测与响应。这导致在列车接近分相区时，频率扰动难以得到及时校正，可能引发供电不稳定或安全隐患。尽管现有的供电系统在理论上具有一定的灵活性和节能性，但在实际运行中，尤其是在列车经过分相区时，频率波动仍然是一个亟待解决的问题。现有方法多依赖于传统的控制算法，不易于充分考虑复杂的“车—网”耦合关系，导致频率扰动预测的不准确性，进而影响列车的稳定运行。这种频率波动不仅会造成供电效率的降低，还有可能引发设备的过载，甚至对列车的安全运行造成威胁。因此，迫切需要一种智能化和实时响应的控制方法来有效应对这一挑战。
技术实现思路
1、针对现有技术的不足，本发明提供了一种用于轨道交通柔性供电的智能控制方法及系统，解决了上述背景技术中的问题。
2、为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种用于轨道交通柔性供电的智能控制方法，包括以下步骤：
3、s1、当列车即将进入分相区时，通过列车内部安装的集成传感器，实时采集列车运行数据，并进行预处理，获取运行特性数据组，再将运行特性数据组存储至时序数据库influxdb；
4、s2、提取运行特性数据组中的列车行进数据组和惯量响应数据组，进行汇总计算，获取运行频率扰动系数lrd和惯量响应相对增量gzl；
5、s3、通过所获取的运行频率扰动系数lrd和惯量响应相对增量gzl，再结合状态数据组进行汇总计算，获取频率扰动预测指数prd，对列车经过分相区时的频率变化进行预测，再通过四分位数法分析历史和实时数据获取下限稳定阈值xxt和上限稳定阈值sxt，并与频率扰动预测指数prd进行初步评估当前频率扰动情况；
6、s4、当频率扰动预测指数prd波动幅度不在安全波动区间时，提取运行特性数据组中的供电相位数据组，再进行汇总计算，获取复合相位差比率φcp，并与频率扰动预测指数prd关联计算，获取平滑控制功率补偿参数plbc，再通过监测列车运行实际频率pl与标准频率jcp的偏差，构建频率偏差修正系数plxz公式；
7、s5、依据获取的频率扰动预测指数prd、平滑控制功率补偿参数plbc和频率偏差修正系数plxz进行汇总计算，获取综合频率调控系数ztk，并与列车运行频率的下限稳定阈值xxt和上限稳定阈值sxt进行二次评估。
8、优选的，所述s1包括s11、s12和s13；
9、s11、当列车即将进入分相区时，通过列车内部安装的集成传感器，实时监测列车运行数据；
10、所述集成传感器包括速度传感器、加速度传感器、电流传感器、重量传感器、制动传感器、频率传感器、角度传感器、相位传感器和相位变化传感器；
11、s12、对获取的列车运行数据进行去噪、平滑、数据校正、数据插值和归一化处理后，获取运行特性数据组；
12、所述运行特性数据组包括列车行进数据组、惯量响应数据组、状态数据组和供电相位数据组；
13、所述列车行进数据组包括轨道阻抗zk、列车速度v、列车加速度js和列车运行电流i；
14、所述惯量响应数据组包括列车质量zl、实时监测的列车运行实际频率pl和列车制动时间zs；
15、所述状态数据组包括标准频率jcp和列车通过分相点时的运行角度jd；
16、所述供电相位数据组包括供电相位ps、相位供电频率fs、相位变化速率rp；
17、s13、将获取的运行特性数据组根据数据类型和获取路径进行标注时间戳、字段、传感器id和独立标签，使用无线网络将标注后的运行特性数据组传输至时序数据库influxdb。
18、优选的，所述s2包括s21和s22；
19、s21、通过提取时序数据库influxdb中的实时列车行进数据组，进行汇总计算，获取运行频率扰动系数lrd；
20、所述运行频率扰动系数lrd通过以下公式计算获取；
21、
22、式中，t表示时间变量；
23、s22、通过提取时序数据库influxdb中的实时惯量响应数据组，进行汇总计算，获取惯量响应相对增量gzl；
24、所述惯量响应相对增量gzl通过以下公式计算获取；
25、
26、式中，∈表示极小值，t表示时间变量，e表示指数函数。
27、优选的，所述s3包括s31和s32；
28、s31、依据获取的运行频率扰动系数lrd和惯量响应相对增量gzl，再提取时序数据库influxdb中的实时状态数据组进行汇总计算，获取频率扰动预测指数prd；
29、所述频率扰动预测指数prd通过以下公式计算获取；
30、
31、式中，k1、k2和k3分别表示列车扰动系数lrd、惯量响应相对增量gzl和列车通过分相点时的运行角度jd的调节系数，t表示时间变量，c表示第一时间常数，e表示指数函数。
32、优选的，所述s32包括s321和s322；
33、s321、通过收集时序数据库influxdb中列车运行中的历史运行特性数据组，包括正常运行情况下的频率波动范围和异常情况下的波动数据，对一定时间内的频率扰动量进行累积和分析频率扰动的最大值、最小值及常见范围，统计波动幅度和变化趋势，并使用四分位数法获取列车运行频率的下限稳定阈值xxt和上限稳定阈值sxt；
34、s322、将获取的频率扰动预测指数prd与下限稳定阈值xxt和上限稳定阈值sxt进行初步对比评估当前频率扰动情况，具体评估方案如下；
35、当频率扰动预测指数prd＜下限稳定阈值xxt时，表示预测频率波动幅度不在安全波动区间，此时生成第一调节指令，并自动执行功率补偿和调节；
36、当下限稳定阈值xxt≤频率扰动预测指数prd≤上限稳定阈值sxt时，表示预测频率波动幅度在安全波动区间；
37、当频率扰动预测指数prd＞上限稳定阈值sxt时，表示预测频率波动幅度不在安全波动区间，此时生成第二调节指令，并自动执行功率补偿和调节。
38、优选的，所述s4包括s41、s42和s43；
39、s41、当预测频率扰动预测指数prd波动幅度不在安全波动区间时，提取时序数据库influxdb中的实时供电相位数据组进行汇总计算，获取复合相位差比率φcp；
40、所述复合相位差比率φcp通过以下公式计算获取；
41、
42、式中，∈表示极小值，t表示时间变量，c1表示第二时间常数，e表示指数函数；
43、s42、结合复合相位差比率φcp和频率扰动预测指数prd计算出列车经过分相区所需的平滑控制功率补偿参数plbc，实现对频率波动的提前补偿，具体平滑控制功率补偿参数plbc获取公式如下；
44、
45、式中，t表示时间变量，c2表示第三时间常数，e表示指数函数。
46、优选的，s43、通过实时监测列车运行实际频率pl与标准频率jcp的偏差，并根据偏差和复合相位差比率φcp构建频率修正调整公式，获取频率偏差修正系数plxz，保证切换后的频率保持在目标范围内，具体频率偏差修正系数plxz公式如下；
47、plxz＝(pl-jcp)2+φcp*sin(t)；
48、式中，sin表示正弦函数，t表示时间变量。
49、优选的，所述s5包括s51和s52；
50、s51、将获取的频率扰动预测指数prd、平滑控制功率补偿参数plbc和频率偏差修正系数plxz进行汇总计算，获取综合频率调控系数ztk；
51、所述综合频率调控系数ztk通过以下公式计算获取；
52、
53、式中，cos表示余弦函数，sin表示正弦函数，π表示圆周率，e表示指数函数，c3表示第四时间常数，t表示时间变量。
54、优选的，s52、将获取的综合频率调控系数ztk与列车运行频率的下限稳定阈值xxt和上限稳定阈值sxt进行二次评估，深度评估调节后的频率稳定性，并根据评估结果生成相关指令，具体评估方案如下；
55、当综合频率调控系数ztk＜下限稳定阈值xxt时，表示频率未调节至稳定运行区间，此时生成第三调节指令，并将第三调节指令传输至s4中进行迭代调节至稳定运行区间；
56、当下限稳定阈值xxt≤综合频率调控系数ztk≤上限稳定阈值sxt时，表示频率调节至稳定运行区间；
57、当综合频率调控系数ztk＞上限稳定阈值sxt时，表示频率未调节至稳定运行区间，此时生成第四调节指令，并将第四调节指令传输至s4中进行迭代调节至稳定运行区间。
58、一种用于轨道交通柔性供电的智能控制系统，包括运行数据采集模块、频率波动预测模块、扰动频率评估模块、补偿修正模块和综合评估模块；
59、所述运行数据采集模块通过列车内部安装的集成传感器，实时采集列车运行数据，并进行预处理，获取运行特性数据组，再将运行特性数据组存储至时序数据库influxdb；
60、所述频率波动预测模块用于提取运行特性数据组中的列车行进数据组和惯量响应数据组，进行汇总计算，获取运行频率扰动系数lrd和惯量响应相对增量gzl；
61、所述扰动频率评估模块用于通过所获取的运行频率扰动系数lrd和惯量响应相对增量gzl，再结合状态数据组进行汇总计算，获取频率扰动预测指数prd，对列车经过分相区时的频率变化进行预测，再通过四分位数法分析历史和实时数据获取下限稳定阈值xxt和上限稳定阈值sxt，并与频率扰动预测指数prd进行初步评估当前频率扰动情况；
62、所述补偿修正模块用于在频率扰动预测指数prd波动幅度不在安全波动区间时，提取运行特性数据组中的供电相位数据组，再进行汇总计算，获取复合相位差比率φcp，并与频率扰动预测指数prd关联计算，获取平滑控制功率补偿参数plbc，再通过监测列车运行实际频率pl与标准频率jcp的偏差，构建频率偏差修正系数plxz公式；
63、所述综合评估模块用于依据获取的频率扰动预测指数prd、平滑控制功率补偿参数plbc和频率偏差修正系数plxz进行汇总计算，获取综合频率调控系数ztk，并与列车运行频率的下限稳定阈值xxt和上限稳定阈值sxt进行二次评估。
64、本发明提供了一种用于轨道交通柔性供电的智能控制方法及系统。具备以下有益效果：
65、(1)该方法在列车即将进入分相区时，通过集成传感器实时采集列车运行数据，这些数据经过去噪、平滑、数据校正、数据插值和归一化处理后，获取运行特性数据组，并存储于时序数据库influxdb，以便后续分析。这一过程确保了系统在列车进入分相区之前，能够迅速而准确地掌握列车的运行状态，为后续的频率扰动预测提供坚实的数据基础。这不仅提升了系统的数据完整性，还为精准决策打下了良好的基础，从而在整体上增强了轨道交通的安全性和可靠性。
66、(2)该方法通过提取运行频率扰动系数lrd和惯量响应相对增量gzl，能够对列车经过分相区时的频率变化进行精确预测。根据实时监测的数据，计算得出的频率扰动预测指数prd，能够反映当前频率波动情况。此外，采用四分位数法来获取下限稳定阈值xxt和上限稳定阈值sxt，频率扰动预测指数prd的评估具备了更为科学的量化标准，进一步提升了系统在应对频率异常时的响应效率。若频率扰动预测指数prd超出安全波动区间，便会生成调节指令，依据供电相位数据组计算出获取复合相位差比率φcp，再与频率扰动预测指数prd关联计算，获取平滑控制功率补偿参数plbc，以提前抵消潜在的频率波动。通过这一动态调整机制，系统有效地实现了对频率波动的实时管理，确保了轨道交通供电的安全与稳定。
67、(3)该方法综合频率调控系数ztk的计算与评估，提供了频率调节的深度分析和反馈。该系数的计算考虑了频率扰动预测指数prd、平滑控制功率补偿参数plbc和频率偏差修正系数plxz，确保了频率调节的精准性。在经过调节后，系统会再次评估综合频率调控系数ztk与列车运行频率的下限稳定阈值xxt和上限稳定阈值sxt，确保列车运行频率能够稳定在安全运行区间内。当列车运行频率未达到稳定区间时，将生成进一步的调节指令，进行自我迭代调整。这种智能化和自适应的控制机制，不仅提升了轨道交通供电系统的整体效率，也为应对突发事件提供了灵活的解决方案，保障了轨道交通的可持续发展。该智能控制方法为轨道交通柔性供电系统的频率稳定性研究提供了强有力的技术支持。