一種軌道交通的供電網潮流計算方法與流程
2024-04-01 09:35:05 1
本發明涉及網潮流計算技術領域，更具體的說涉及一種關於軌道交通的供電網潮流計算方法。
背景技術：
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城市軌道交通直流牽引網潮流計算方法可分為兩種：基於恆電流源機車模型的線性系統潮流計算方法和基於恆功率源機車模型的非線性系統潮流計算方法。由於機車按恆電流源建模不能計及相鄰機車取流的相互影響，基於恆功率源的機車模型在直流牽引供電仿真中更接近真實情況，因此，現在大部分直流牽引供電計算軟體採用恆功率源機車模型。但此模型會使潮流方程非線性化，因此要用迭代的方法求解。當用迭代算法計算考慮再生制動的牽引網潮流時，情況將變得複雜，系統中過剩的再生制動能量導致城軌直流牽引網潮流計算無法收斂。因此，針對現有技術中過剩的再生制動能量導致城軌直流牽引網潮流計算無法收斂的問題予以改進。
技術實現要素：
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本發明的目的就是針對現有技術之不足，提供一種軌道交通的供電網潮流計算方法，其通過電源修正模型表示過電壓再生制動機車，提出一種修改內阻的迭代方法，從而保證了潮流計算的收斂性。
本發明的技術解決措施如下：
一種軌道交通的供電網潮流計算方法，包括以下步驟，
a)將牽引所初始狀態設置為Swith on，機車初始模型為恆功率源，初始電壓為系統空載電壓；
b)利用電流矢量迭代法求出節點電壓方程的解；
c)對牽引所直流母線電壓和再生制動機車電壓進行檢驗，若再生制動機車電壓大於Umax或牽引所直流母線電壓大於U0+β，程序將會自動修改模型，將電壓越限的再生制動機車用電源修正模型代替，修改完模型後，程序再次求解新的節點電壓方程，直到任意節點電壓都不越限為止；
d)將每輛再生制動機車功率與其可用的制動功率比較，按照制定的限值條件修改機車模型；
e)結束計算。
作為上述技術方案的優選，所述的步驟c)中的電源修正模型通過戴維南定理等效為電流源與內阻的並聯形式。
作為上述技術方案的優選，所述的步驟d)中制定的限值條件為，
(1)PBrake≤P(k)，制動功率小於牽引網需求功率，由於電源修正模型向牽引網注入功率P(k)時，輸出電壓不可能超過Umax，因此機車向牽引網注入功率PBrake時，電壓也不會越限，這時應將再生制動機車模型改回恆功率源，保證該車的全部制動能量作為再生能量注入電網；
(2)PBrake>P(k)，制動功率大於牽引網需求功率，此時機車制動能量過剩，多餘的能量應被制動電阻吸收。制動電阻投入的條件為機車電壓達到Umax，對機車電壓進行檢驗，如果U>Umax-α(α取為1V)，那麼此結果符合要求，計算結束；否則，就需要減小內阻，使電壓提高到Umax-α以上。
本發明的有益效果在於：採用電源修正模型表示過電壓再生制動機車，電源修正模型由理想電壓源和可調內阻串聯而成，用迭代方法調整內阻值，可以使制動能量過剩的機車電壓快速逼近機車最大允許電壓值，迫使制動電阻投入吸收過剩的制動能量，使得制動能量過剩的機車電壓快速達到了使制動電阻投入的電壓水平，直流牽引網潮流計算能夠可靠收斂。
附圖說明：
圖1為本發明的計算方法的流程圖。
具體實施方式：
實施例：以下由特定的具體實施例說明本發明的實施方式，本領域技術人員可由本說明書所揭示的內容輕易地了解本發明的其他優點及功效。
見圖1所示，一種軌道交通的供電網潮流計算方法，包括以下步驟，
a)將牽引所初始狀態設置為Swith on，機車初始模型為恆功率源，初始電壓為系統空載電壓；
b)利用電流矢量迭代法求出節點電壓方程的解；
c)對牽引所直流母線電壓和再生制動機車電壓進行檢驗，若再生制動機車電壓大於Umax或牽引所直流母線電壓大於U0+β，程序將會自動修改模型，將電壓越限的再生制動機車用電源修正模型代替，修改完模型後，程序再次求解新的節點電壓方程，直到任意節點電壓都不越限為止；
d)將每輛再生制動機車功率與其可用的制動功率比較，按照制定的限值條件修改機車模型；
e)結束計算。
具體計算過程如下，直流牽引供電系統可以用下面的節點電壓方程描述：
[G][U](n+1)＝[I](n)
式中，n為計算迭代次數，[G]是m×m的節點導納矩陣，m是節點數目，[I](n)為第n次迭代節點注入電流列向量，[U](n+1)為待求量。
為了形成節點電壓方程，牽引所的電壓源串聯電阻模型用戴維南定理等效為電流源並聯內阻的形式。機車模型也由恆功率源轉換為理想電流源，其值用下式求取。
式中，i為機車編號，Pi為i號機車功率，在迭代過程中恆定不變，其值由牽引計算提供，下文將此功率稱為可用功率。
[I]為與[G]對應的節點電流列向量，由牽引所注入電流和機車注入電流組成。機車初始電壓為系統空載電壓，所述空載電壓的大小為1600V，將式求出的機車初始電流帶入式[G][U](n+1)＝[I](n)，獲得新的機車電壓，然後把新的機車電壓帶入式更新機車電流，直到列車電壓偏差達到許可值，迭代停止。節點電壓方程為線性方程組，本實施例中採用QR分解法直接求解節點電壓方程組。
本實施例中通過電源修正模型來表示過電壓再生制動機車，此模型通過修改內阻改變輸出功率和電壓，從而限制過剩能量注入牽引網。電源模型由理想電壓源和可調的內阻串聯而成，電壓源數值設置為機車最大允許電壓Umax，所述最大允許電壓Umax的大小為1800V，這樣可以保證機車電壓不會超過Umax。內阻初值通過下式求得：
式中，U0為牽引所空載電壓，所述空載電壓大小為1600V，PBrake為由牽引計算得出的該機車的可用制動功率，其中，注入電網方向為正。由式求出的Re(0)可以使電源的輸出電壓等於U0時輸出功率為PBrake。
電源輸出功率與輸出電壓的函數關係式為：
由式看出，電源輸出功率是機車電壓和內阻的二元函數。當輸出功率P不變時，減小內阻值可提高輸出電壓U。
再生制動機車注入牽引網的能量即為再生能量。當Re＝Re(k)時，基於電源模型的再生制動機車注入牽引網的功率P(k)＝(Umax-U0)U0/Re(k)。然後判斷機車制動能量是否過剩。
(1)PBrake≤P(k)，制動功率小於牽引網需求功率，由於電源修正模型向牽引網注入功率P(k)時，輸出電壓不可能超過Umax，因此機車向牽引網注入功率PBrake時，電壓也不會越限，這時應將再生制動機車模型改回恆功率源，保證該車的全部制動能量作為再生能量注入電網。
(2)PBrake>P(k)，制動功率大於牽引網需求功率，此時機車制動能量過剩，多餘的能量應被制動電阻吸收。制動電阻投入的條件為機車電壓達到Umax，對機車電壓進行檢驗，如果U>Umax-α(α取為1V)，那麼此結果符合要求，計算結束；否則，就需要減小內阻，使電壓提高到Umax-α以上。
電源輸出功率恆定時，在區間U∈(Umax/2,Umax)上，輸出電壓可以表示為內阻的單值函數。
由於此函數非線性，所以用迭代方法修正Re。迭代過程為：先給Re賦初值，重新形成節點電壓方程求取U，再根據U與Umax的差值修正Re，經多次迭代，最終使U>Umax-α。
式在區間U∈(Umax/2,Umax)上的的反函數為：
Re(U)為初等函數，所以在區間U∈(Umax/2,Umax)上可導，進而在此區間的任何一點可微。
於是，根據式的微分形式
得出如下迭代公式：
其中，U(k)、P(k)為Re＝Re(k)時計算出的潮流解。
在實際計算過程中，不同Re(k)下算出的P(k)是變化的，但無論P(k)怎樣變，U-Re曲線的變化趨勢不變，根據式計算出的Re(k+1)總會比Re(k)小，相當於提高了電源容量，這樣就可以達到提高電源輸出電壓的效果。
在潮流計算中用Swith on與Swith off表示牽引所整流器件導通與截止狀態。當牽引所母線電壓大於U0+β時，將此牽引所內阻置為一個很大的數，使牽引所變為高阻態，即Swith off狀態；否則將牽引所狀態改回Swith on。
所述實施例用以例示性說明本發明，而非用於限制本發明。任何本領域技術人員均可在不違背本發明的精神及範疇下，對所述實施例進行修改，因此本發明的權利保護範圍，應如本發明的權利要求所列。