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专利号: 2021105627300
申请人: 西南交通大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 发电、变电或配电
更新日期:2024-01-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.用于交流电气化铁路列车供电系统的动态潮流计算方法,其特征在于,包括以下步骤:

S1、输入原始数据,包括线路参数、列车参数和驾驶策略,通过牵引计算获得列车运行图以及相应时刻的列车位置和列车功率;

S2、列车供电系统包含依次连接的外部电源、输电线、牵引变电所、馈线和牵引网;以牵引变电所的上一级变电站作为外部电源等效分界点,将外部电源等效为理想电压源串联等效阻抗的形式,等效后的外部电源位于牵引变电所的上一级变电站,通过输电线与牵引变电所连接;对等效后的列车供电系统进行切面划分,构建输电线、馈线和牵引网的链式电路,其中,根据牵引网中的并联元件以及列车的位置确定牵引网切面划分时的间隔,将构建的输电线链式电路定义为第一链式电路,构建的馈线链式电路定义为第二链式电路,构建的牵引网链式电路定义为第三链式电路,即第一链式电路的两端接口分别连接外部电源和牵引变电所,第二链式电路的两端接口分别连接牵引变电所和牵引网,第三链式电路的两端接口分别连接馈线和列车;将第一链式电路对应的切面编号记为1~N1,第二链式电路对应的切面编号记为N1+1~N2,第三链式电路对应的切面编号记为N2+1~N3;等效后的外部电源位于切面1处;牵引变压器一次绕组和二次绕组分别位于切面N1和切面N1+1;第三链式电路中切面N2+p2和N2+p2+1分别为两个供电臂端口对应的切面,p2和p2+1分别为两个供电臂端口距离第三链式电路中切面N2的切面距离;链式电路2中的切面N2由链式电路3中切面N2+p2和N2+p2+1共同构成,即切面N2为公共切面;根据切面之间的连接关系,构建由第一链式电路、第二链式电路和第三链式电路共同构成的列车供电系统的节点电压方程为:I1=Y1U1 (1)

其中,I1为列车供电系统中所有节点的节点注入电流矩阵,其中,第三链式电路中的列车处切面的注入节点电流根据列车功率以及列车处的端口电压获取,U1为列车供电系统中所有节点的节点电压矩阵,Y1为列车供电系统中节点与节点之间的导纳形成的节点导纳矩阵;

S3、将直供方式或者自耦变压器供电方式中与接触线相连的馈线称为正供电线,将直供方式中与钢轨相连的馈线或者自耦变压器供电方式中与负馈线相连的馈线均称为负供电线;将式(1)中的节点重新排序,得到式(1)的另一种表达方式为:其中, I21由第一链式电路中切面1~N1的节点电流构成;I22由第二链式电路中切面N1+1~N2‑1的正供电线节点电流和第三链式电路中的接触线节点电流构成;I23由第二链式电路中切面N1+1~N2‑1的负供电线节点电流和第三链式电路中的钢轨节点电流构成;U21由第一链式电路中切面1~N1的节点电压构成;U22由第二链式电路中切面N1+1~N2‑1的正供电线节点电压和第三链式电路中的接触线节点电压构成;U23由第二链式电路中切面N1+1~N2‑1的负供电线节点电压和第三链式电路中的钢轨节点电压构成;U3由其余节点的节点电压构成的矩阵;Y11为U2中对应节点与节点之间的导纳矩阵;Y12为U2中对应节点与U3中对应节点之间的导纳矩阵;Y21为U3中对应节点与U2中对应节点之间的导纳矩阵;

Y22为U3中对应节点与节点之间的导纳矩阵;

S4、将式(2)的分块矩阵的第1部分和第2部分方程联立得:式(3)两边均乘以 得

其中, Z11为U21中对应节点与节点之间的阻抗矩阵;Z12为U21中对应节点与U22中对应节点之间的阻抗矩阵;Z13为U21中对应节点与U23中对应节点之间的阻抗矩阵;Z22为U22中对应节点与节点之间的阻抗矩阵;Z21为U22中对应节点与U21中对应节点之间的阻抗矩阵;Z23为U22中对应节点与U23中对应节点之间的阻抗矩阵;Z33为U23中对应节点与节点之间的阻抗矩阵;Z31为U23中对应节点与U21中对应节点之间的阻抗矩阵;Z32为U23中对应节点与U22中对应节点之间的阻抗矩阵;

令IL=I22=‑I23,UL=U22‑U23,将IL和UL带入式(4)中,得到采用功率源迭代模型基本型求解的节点电压方程为

其中,IL为正供电线节点和接触线节点对应的节点电流构成的节点电流矩阵;UL为正供电线节点和负供电线节点之间的电压以及接触线和钢轨之间的电压构成的节点电压矩阵;

Z′11=Z11为U21中对应节点与节点之间的阻抗矩阵;Z′12=Z12+Z13为U21中对应节点与UL中对应节点之间的阻抗矩阵;Z′21=Z12‑Z13为UL中对应节点与U21中对应节点之间的阻抗矩阵;

Z′22=Z23+Z32‑Z22‑Z33为UL中对应节点与节点之间的阻抗矩阵;

S5、设定式(5)中的节点总数为f,假设任一节点c的注入功率为Pc+jQc,c=1,2,···,f,Pc为有功功率,Qc为无功功率,j为复数单位,则由式(5)得到节点c的注入功率方程为:其中,d为相应节点的编号,d=1,2,···,f, 和 分别为节点c和d的节点电压相量形式,Ycd为节点c和d之间的导纳,()*表示求取共轭;

由式(5)得到极坐标下节点c处的有功功率Pc和无功功率Qc的方程为其中,δc和δd分别为节点c和d的电压相角;δcd=δc‑δd;Uc和Ud分别为节点c和d的电压模值;gcd和bcd为Ycd的实部和虚部;∑表示求和;

由式(6)得到经过k次计算后,功率源迭代模型基本型的迭代方程为(k)

其中,() 表示变量的第k次计算结果,其中,k=0时,表示变量的取值为初值;

S6、令 设定收敛精度为ε,设定第k次和k+1次迭代电压为 和 以作为收敛判据,根据式(8)形成所有节点的修正方程,利用牛顿拉夫逊法求解,更新各个节点电压的值,求得各个切面节点的电压。

2.根据权利要求1所述的一种交流电气化铁路列车供电系统动态潮流计算方法,其特征在于,将第一链式电路、第二链式电路和第三链式电路中的切面分为公共连接点切面、负荷节点切面和联络节点切面,其中,切面1为公共连接点切面;负荷节点切面指存在节点电流注入的切面;联络节点切面为不存在电流注入的切面;在对权利要求1的步骤S3中的式(1)中的节点重新排序时,I2和U2中只保留负荷节点切面,将其于节点归类至U3中,其余求解过程不变。

3.根据权利要求1所述的一种交流电气化铁路列车供电系统动态潮流计算方法,其特征在于,将第一链式电路、第二链式电路和第三链式电路中的节点分为平衡节点、负荷节点和联络节点,其中,将列车供电系统中切面1处的节点视为平衡节点,该节点的电压幅值和相位已知,将列车供电系统中存在电流注入的节点称为负荷节点,;列车供电系统中其余节点为联络节点,在对权利要求1的步骤S3中的式(1)中的节点重新排序时,I2和U2中只保留负荷节点,将其于节点归类至U3中,其余求解过程不变。