牽引供電系統(tǒng)計(jì)算機(jī)仿真研究

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1概述

隨著電氣化鐵道的高速發(fā)展，人們對(duì)電氣化鐵路的安全和穩(wěn)定性提出了更高的要求。牽引供電系統(tǒng)是電氣化鐵道的重要組成部分，計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)利用與實(shí)際牽引供電系統(tǒng)對(duì)象相吻合的數(shù)學(xué)模型在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行模擬試驗(yàn)，由于其具有靈活多變、經(jīng)濟(jì)、實(shí)用、周期短等特點(diǎn)，已成為分析、設(shè)計(jì)、運(yùn)行、評(píng)價(jià)、培訓(xùn)系統(tǒng)的重要工具。采用計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)實(shí)現(xiàn)牽引供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)可顯著提高設(shè)計(jì)效率、提高設(shè)計(jì)精度。

2牽引供電系統(tǒng)計(jì)算機(jī)仿真的作用

2.1檢驗(yàn)運(yùn)行系統(tǒng)的各項(xiàng)指標(biāo)和特性

牽引供電系統(tǒng)在運(yùn)行中具有負(fù)荷隨機(jī)性強(qiáng)、移動(dòng)性強(qiáng)、三相不對(duì)稱等特點(diǎn)，用常規(guī)方法不能了解系統(tǒng)的真實(shí)過(guò)程、行為及優(yōu)化運(yùn)行的要求。不適合使用大規(guī)模現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)的方法，因其只針對(duì)特定情況進(jìn)行測(cè)試，并且存在周期長(zhǎng)、不具有重復(fù)性、消耗大量人力、財(cái)力。通過(guò)計(jì)算機(jī)仿真可以有效解決這些問(wèn)題，它可以對(duì)不同的列車運(yùn)行狀態(tài)、不同供電方式下的電流、電壓、諧波、負(fù)序、功率因數(shù)、電能損失等物理量進(jìn)行推論計(jì)算和數(shù)據(jù)核查，以便設(shè)計(jì)出最優(yōu)的技術(shù)方案和運(yùn)行方案。

2.2預(yù)測(cè)新系統(tǒng)的指標(biāo)和特性

計(jì)算機(jī)仿真軟件可以針對(duì)已定的系統(tǒng)各種運(yùn)行方式下和行程工況下的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行各類特性或指標(biāo)的測(cè)試，可大大縮短試驗(yàn)或設(shè)計(jì)的周期，為試驗(yàn)或設(shè)計(jì)指明正確方向，從而最大程度降低盲目性操作?？捎捎?jì)算機(jī)仿真完成牽引負(fù)荷過(guò)程及其行為的仿真、負(fù)荷諧波過(guò)程及其行為的仿真、牽引負(fù)荷統(tǒng)計(jì)特征與隨機(jī)的仿真、牽引網(wǎng)故障過(guò)程及其行為過(guò)程仿真、絕緣水平與絕緣配合的仿真等工作。

3牽引負(fù)荷過(guò)程的計(jì)算機(jī)仿真

所謂負(fù)荷過(guò)程的計(jì)算機(jī)仿真，就是在計(jì)算機(jī)上仿真再現(xiàn)負(fù)荷過(guò)程。要實(shí)現(xiàn)牽引變電所某一臂上負(fù)荷過(guò)程計(jì)算機(jī)仿真，首先需要建立列車運(yùn)行負(fù)荷數(shù)據(jù)庫(kù)和列車運(yùn)行圖信息代碼數(shù)據(jù)庫(kù)，然后再由臂負(fù)荷過(guò)程仿真軟件再現(xiàn)臂負(fù)荷過(guò)程。

3.1列車運(yùn)行負(fù)荷數(shù)據(jù)庫(kù)

列車運(yùn)行負(fù)荷數(shù)據(jù)庫(kù)是由某一類型的電力機(jī)車牽引某種列車，在既定線路上正常操作運(yùn)行時(shí)候獲得的機(jī)車電流與行走距離之間的關(guān)系數(shù)據(jù)組成的數(shù)據(jù)集，對(duì)列車運(yùn)行負(fù)荷數(shù)據(jù)庫(kù)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要方便應(yīng)用于牽引負(fù)荷的仿真計(jì)算過(guò)程。

3.2列車運(yùn)行圖信息代碼數(shù)據(jù)庫(kù)

列車運(yùn)行圖數(shù)據(jù)庫(kù)反映了下列信息：

（1）每天通過(guò)區(qū)段的列車數(shù)。

（2）每列車進(jìn)入和駛出臂上各區(qū)間的時(shí)分。

（3）進(jìn)入臂上各區(qū)間各次列車的車別（客，貨或零擔(dān)車）、運(yùn)行的方向（上行或下行）和通過(guò)區(qū)間的方式（直通，停通或通停）。對(duì)上述第二個(gè)信息，可設(shè)兩個(gè)變量T1、T2分別表示列車進(jìn)、出區(qū)間的時(shí)分。對(duì)第三個(gè)信息包括三個(gè)子信息，軟件中用代碼來(lái)區(qū)分，可分設(shè)三個(gè)代碼變量F1、F2、F3表示?？闪頕1=1、2、3分別代表貨車、客車、零擔(dān)車；F2=1、2分別表示上行、下行；F31=1、2、3分別代表通過(guò)區(qū)間的方式，即直通、停通、通停。列車運(yùn)行圖代碼數(shù)據(jù)庫(kù)必須與列車運(yùn)行負(fù)荷數(shù)據(jù)庫(kù)相對(duì)應(yīng)，其代碼數(shù)據(jù)也必須依不同的供電臂（左、右）、不同的區(qū)間及不同的車次來(lái)組織。3.3臂負(fù)荷過(guò)程的仿真臂負(fù)荷過(guò)程仿真可按下列思路來(lái)設(shè)計(jì)：

（1）調(diào)入牽引變電所某側(cè)供電臂上的列車運(yùn)行負(fù)荷數(shù)據(jù)和列車運(yùn)行信息數(shù)據(jù)。

（2）從列車運(yùn)行信息數(shù)據(jù)組中取出各次列車進(jìn)入和駛出該區(qū)間的時(shí)分T1和T2，并將其與所考察時(shí)步所對(duì)應(yīng)的時(shí)間相比較，以判斷所考察時(shí)刻該區(qū)間后運(yùn)行的時(shí)分?jǐn)?shù)，并取出該次列車的三個(gè)信息代碼F1、F2、F3，以確定列車的類型、行車方向和通過(guò)區(qū)間的方式。

（3）以T1、T2、F1、F2、F3為依據(jù)確定并從列車負(fù)荷庫(kù)中正確取出數(shù)據(jù)，并計(jì)算出該次列車在該考察時(shí)刻從牽引網(wǎng)取用的電流值。按上述方法計(jì)算出該供電臂各區(qū)間運(yùn)行列車在同一時(shí)刻由牽引網(wǎng)取用的電流值，將它們累加即為該供電臂此刻的總負(fù)荷電流，然后依時(shí)步（如取為1min）循環(huán)一周，即可得到該臂24h內(nèi)的負(fù)荷過(guò)程。

4負(fù)荷行為過(guò)程的仿真及統(tǒng)計(jì)分析

牽引負(fù)荷在牽引供電系統(tǒng)和外部電力網(wǎng)系統(tǒng)中電氣量變化的過(guò)程叫負(fù)荷行為，它主要表達(dá)了各種電氣量隨著時(shí)間變化的過(guò)程?？梢缘玫揭韵陆Y(jié)論：

（1）牽引變電所及供電臂上負(fù)荷行為過(guò)程。主要有母線電壓損失、牽引變壓器的功率損失、繞組負(fù)序電流及母線負(fù)序電流電壓分量、牽引網(wǎng)上的功率損失和最大電壓損失。

（2）牽引負(fù)荷對(duì)電力系統(tǒng)影響的負(fù)荷行為過(guò)程。主要有流入各發(fā)電機(jī)支路的負(fù)序電流，在電力系統(tǒng)各監(jiān)測(cè)點(diǎn)上的負(fù)序電壓值等。

（3）對(duì)上述各種負(fù)荷行為過(guò)程進(jìn)行分析和統(tǒng)計(jì)，可以變換得出各指標(biāo)的統(tǒng)計(jì)特征值（平均值、有效值、方差），并給出各指標(biāo)變化的概率直方圖。

5結(jié)束語(yǔ)

利用計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了牽引供電系統(tǒng)一、二次側(cè)母線及各饋線的電壓、電流、有功功率、無(wú)功功率因數(shù)等數(shù)據(jù)的仿真計(jì)算，大大提高了工程分析、計(jì)算的功能，其精確的仿真能力為牽引供電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供了強(qiáng)有力的技術(shù)支持。

作者：呂嵐 單位：陜西鐵路工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院