牽引供電系統(tǒng)計算機仿真研究

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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，計算機仿真技術(shù)利用與實際牽引供電系統(tǒng)對象相吻合的數(shù)學(xué)模型在計算機上進(jìn)行模擬試驗，由于其具有靈活多變、經(jīng)濟、實用、周期短等特點，已成為分析、設(shè)計、運行、評價、培訓(xùn)系統(tǒng)的重要工具。采用計算機仿真技術(shù)實現(xiàn)牽引供電系統(tǒng)設(shè)計可顯著提高設(shè)計效率、提高設(shè)計精度。

2牽引供電系統(tǒng)計算機仿真的作用

2.1檢驗運行系統(tǒng)的各項指標(biāo)和特性

牽引供電系統(tǒng)在運行中具有負(fù)荷隨機性強、移動性強、三相不對稱等特點，用常規(guī)方法不能了解系統(tǒng)的真實過程、行為及優(yōu)化運行的要求。不適合使用大規(guī)?，F(xiàn)場試驗的方法，因其只針對特定情況進(jìn)行測試，并且存在周期長、不具有重復(fù)性、消耗大量人力、財力。通過計算機仿真可以有效解決這些問題，它可以對不同的列車運行狀態(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)行推論計算和數(shù)據(jù)核查，以便設(shè)計出最優(yōu)的技術(shù)方案和運行方案。

2.2預(yù)測新系統(tǒng)的指標(biāo)和特性

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

3牽引負(fù)荷過程的計算機仿真

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

3.1列車運行負(fù)荷數(shù)據(jù)庫

列車運行負(fù)荷數(shù)據(jù)庫是由某一類型的電力機車牽引某種列車，在既定線路上正常操作運行時候獲得的機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，對列車運行負(fù)荷數(shù)據(jù)庫的結(jié)構(gòu)設(shè)計要方便應(yīng)用于牽引負(fù)荷的仿真計算過程。

3.2列車運行圖信息代碼數(shù)據(jù)庫

列車運行圖數(shù)據(jù)庫反映了下列信息：

（1）每天通過區(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）、運行的方向（上行或下行）和通過區(qū)間的方式（直通，停通或通停）。對上述第二個信息，可設(shè)兩個變量T1、T2分別表示列車進(jìn)、出區(qū)間的時分。對第三個信息包括三個子信息，軟件中用代碼來區(qū)分，可分設(shè)三個代碼變量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分別代表通過區(qū)間的方式，即直通、停通、通停。列車運行圖代碼數(shù)據(jù)庫必須與列車運行負(fù)荷數(shù)據(jù)庫相對應(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)間及不同的車次來組織。3.3臂負(fù)荷過程的仿真臂負(fù)荷過程仿真可按下列思路來設(shè)計：

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

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

（3）以T1、T2、F1、F2、F3為依據(jù)確定并從列車負(fù)荷庫中正確取出數(shù)據(jù)，并計算出該次列車在該考察時刻從牽引網(wǎng)取用的電流值。按上述方法計算出該供電臂各區(qū)間運行列車在同一時刻由牽引網(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，然后依時步（如取為1min）循環(huán)一周，即可得到該臂24h內(nèi)的負(fù)荷過程。

4負(fù)荷行為過程的仿真及統(tǒng)計分析

牽引負(fù)荷在牽引供電系統(tǒng)和外部電力網(wǎng)系統(tǒng)中電氣量變化的過程叫負(fù)荷行為，它主要表達(dá)了各種電氣量隨著時間變化的過程?？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)荷對電力系統(tǒng)影響的負(fù)荷行為過程。主要有流入各發(fā)電機支路的負(fù)序電流，在電力系統(tǒng)各監(jiān)測點上的負(fù)序電壓值等。

（3）對上述各種負(fù)荷行為過程進(jìn)行分析和統(tǒng)計，可以變換得出各指標(biāo)的統(tǒng)計特征值（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

利用計算機仿真技術(shù)，實現(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、無功功率因數(shù)等數(shù)據(jù)的仿真計算，大大提高了工程分析、計算的功能，其精確的仿真能力為牽引供電系統(tǒng)的設(shè)計提供了強有力的技術(shù)支持。

作者：呂嵐 單位：陜西鐵路工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院