CN109635369B - 一种磁浮输配电系统的仿真方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种磁浮输配电系统的仿真方法及装置，其中，该方法包括：获取预设的工况参数，工况参数包括运行速度、加速度、磁浮间距、环境参数、变流器控制参数；根据工况参数调整供电参数，基于预设的车载电网仿真模型确定与当前供电参数对应的供电能力；根据工况参数确定相对应的负载参数，判断供电能力是否满足负载参数对应的负载需求，并生成供电能力评估结果。通过本发明实施例提供的磁浮输配电系统的仿真方法及装置，可以显著提高磁悬浮列车输配电系统设计的准确性和安全性，评估判断高速磁浮输配电系统设计是否满足负载用电需求，及早发现系统和子设备软件、硬件设计的漏洞。

Description

一种磁浮输配电系统的仿真方法及装置

技术领域

本发明涉及电网仿真技术领域，具体而言，涉及一种磁浮输配电系统的仿真方法及装置。

背景技术

随着经济的发展和人民生活水平的提高，磁浮列车技术越来越受到广泛的重视，尤其是应用于远程交通的高速磁浮列车技术，而磁浮列车中的车载电网作为非常重要的一部分，负责向列车提供其正常的运行和故障运行所需的电能，主要功能是为车上用电设备提供电力供应。

目前，关于磁悬浮列车车载电网还没有一套准确的仿真系统，设计人员主要参考供电设备的基础参数评估系统的供电能力，无法从系统层面准确预测判定供电系统的合理性。

发明内容

为解决上述问题，本发明实施例的目的在于提供一种磁浮输配电系统的仿真方法及装置。

第一方面，本发明实施例提供了一种磁浮输配电系统的仿真方法，包括：

获取预设的工况参数，所述工况参数包括运行速度、加速度、磁浮间距、环境参数、变流器控制参数中的一项或多项；

根据所述工况参数调整供电参数，基于预设的车载电网仿真模型确定与当前供电参数对应的供电能力，所述供电参数包括供电电压、供电电流、供电功率中的一项或多项；

根据所述工况参数确定相对应的负载参数，判断所述供电能力是否满足所述负载参数对应的负载需求，并生成供电能力评估结果。

第二方面，本发明实施例还提供了一种磁浮输配电系统的仿真装置，包括：

获取模块，用于获取预设的工况参数，所述工况参数包括运行速度、加速度、磁浮间距、环境参数、变流器控制参数中的一项或多项；

供电能力确定模块，用于根据所述工况参数调整供电参数，基于预设的车载电网仿真模型确定与当前供电参数对应的供电能力，所述供电参数包括供电电压、供电电流、供电功率中的一项或多项；

评估模块，用于根据所述工况参数确定相对应的负载参数，判断所述供电能力是否满足所述负载参数对应的负载需求，并生成供电能力评估结果。

本发明实施例上述第一方面提供的方案中，建立车载电网仿真模型后基于工况参数确定当前工况下的供电参数和负载参数，进而确定该供电能力是否满足需求，其可以显著提高磁悬浮列车输配电系统设计的准确性和安全性，评估判断高速磁浮输配电系统设计是否满足负载用电需求，及早发现系统和子设备软件、硬件设计的漏洞。同时，基于工况参数调整供电和负载，在仿真系统中引入工况参数，使得仿真结果更加符合真实情况，对供电系统的评估结果更加准确。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示出了本发明实施例所提供的一种磁浮输配电系统的仿真方法的流程图；

图2示出了本发明实施例所提供的车载电网仿真模型的结构示意图；

图3示出了本发明实施例所提供的列车的运行速度与直线发电机的输出电压之间的对应关系示意图；

图4示出了本发明实施例所提供的运行速度与输出功率之间的函数关系示意图；

图5示出了本发明实施例所提供的磁浮输配电系统的仿真装置的结构示意图；

图6示出了本发明实施例所提供的磁浮输配电系统的仿真装置中，供电能力确定模块的结构示意图。

具体实施方式

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本发明实施例提供的一种磁浮输配电系统的仿真方法，参见图1所示，包括步骤101-103：

步骤101：获取预设的工况参数，工况参数包括运行速度、加速度、磁浮间距、环境参数、变流器控制参数中的一项或多项。

本发明实施例中，工况参数指的是列车运行过程中与列车运行的工作状态相关的参数，比如列车运行的速度、加速度、磁浮间距等，还包括列车所处的环境参数，比如温度、侧风等，对于列车车载电网，变流器控制参数也会赢下你给电源系统的供电能力，该变流器控制参数可以包括比如升压斩波器中变流器的开关频率、开关损耗等。

步骤102：根据工况参数调整供电参数，基于预设的车载电网仿真模型确定与当前供电参数对应的供电能力，供电参数包括供电电压、供电电流、供电功率中的一项或多项。

本发明实施例中，预先设置车载电网仿真模型，该车载电网仿真模型的结构示意图参见图2所示，其中，车载电网，比如440V电网，主要来自三种电源：供电轨的直流电、直线发电机(LIG)发出的交流电、以及蓄电池提供的直流电。如图2所示，本实施例中的车载电网仿真模型分别用外部供电模块、发电机供电模块和电池供电模块模拟三种电源，通过升压变换模块将发电机供电模块或外部供电模块提供的电源稳定在440V，该升压变换模块具体可以为升压斩波器(HS)，且可以设置多组升压斩波器。

在实际情况下，车载电网提供的电能受列车运行的工况影响，在获取到列车运行的工况参数后，即可确定车载电网的供电参数，该供电参数具体可以包括上述三种电源的供电参数。例如，列车的运行速度决定了直线发电机的输出电压和频率，列车运行速度越大，直线发电机的输出电压越高，根据工况参数才可以实时准确地确定车载电网的供电参数，比如供电电压、供电电流、供电功率等。在确定供电参数后即可确定电网当前的供电能力，即电网当前带动负载的能力，供电参数越高，带载能力越强。

步骤103：根据工况参数确定相对应的负载参数，判断供电能力是否满足负载参数对应的负载需求，并生成供电能力评估结果。

本发明实施例中，列车运行过程中，工况不同也可能导致负载不同，比如列车速度直接影响负载大小，温度等环境参数也会对负载有影响(比如影响阻值等)。在图2中，以负载模块模拟列车的负载，根据工况参数调整负载模块的负载大小，进而真实模拟列车运行时车载电网的负载状态。在确定车载电网的供电能力和负载参数后，即可确定当前的供电能力是否满足相应的负载需求，在满足负载需求时即可确定该车载电网的设计符合要求，进而确定列车的输配电系统设计合格；否则说明设计存在漏洞，需要改进。

本发明实施例提供的一种磁浮输配电系统的仿真方法，建立车载电网仿真模型后基于工况参数确定当前工况下的供电参数和负载参数，进而确定该供电能力是否满足需求，其可以显著提高磁悬浮列车输配电系统设计的准确性和安全性，评估判断高速磁浮输配电系统设计是否满足负载用电需求，及早发现系统和子设备软件、硬件设计的漏洞。同时，基于工况参数调整供电和负载，在仿真系统中引入工况参数，使得仿真结果更加符合真实情况，对供电系统的评估结果更加准确。

在上述实施例的基础上，步骤102“根据工况参数调整供电参数”具体包括：确定工况参数与供电参数之间的第一函数关系，根据第一函数关系确定与工况参数对应的供电参数。

本发明实施例中，预先确定工况参数与供电参数之间的对应关系，即第一函数关系，该第一函数关系可以理论计算确定，也可根据之前采集的相关数据拟合得出。比如，对于直线发电机，列车的运行速度与直线发电机的输出电压之间为正比关系，二者之间的对应关系示意图参见图3所示，图3中横坐标表示运行速度(km/h)、纵坐标表示输出电压(V)。列车运行过程中其悬浮间隙的变化将改变直线发电机的磁通、磁密等参数，从而改变直线发电机的发电能力。

或者，预先采集工况参数与供电参数的相关数据，进而拟合出二者之间近似的函数关系。例如，运行速度与1个供电电源的输出功率的数据如下表1所示：

表1

运行速度	输出功率(kW)
		20km/h	0.00
30km/h	0.65
		40km/h	1.30
50km/h	1.95
		60km/h	2.60
70km/h	3.25
		80km/h	3.90
90km/h	4.55
		100km/h	5.20
110km/h	5.85
		120km/h	6.50
150km/h	8.45
		200km/h	11.70
220km/h	13.00
		250km/h	13.32
300km/h	13.86
		400km/h	14.93
500km/h	16.00
		600km/h	16.00

运行速度-输出功率之间的函数关系示意图参见图4所示，其中，可以基于数学理论拟合得出一个函数关系式，也可采用分段函数形式表示运行速度-输出功率之间的函数关系，具体根据实际情况而定。在确定第一函数关系和工况参数后，即可确定相应的供电参数。

在上述实施例的基础上，步骤102“根据工况参数调整供电参数”具体还可以包括步骤A1-A3：

步骤A1：设置时间轴。

步骤A2：根据工况参数和时间轴实时确定列车的运行位置，在列车的运行位置到达外部供电位置时，为车载电网仿真模型增加预设的外部供电模型，并确定外部供电模型的外部供电参数，外部供电参数包括外部供电电压、外部供电电流、外部供电功率中的一项或多项。

本发明实施例中，时间轴用于表示不同时刻的工况参数，即可以模拟一个时间段内的工况参数。为了解决临时停车时车载电网供电问题，一般在两个站点间也会铺设若干区段的供电轨，例如，A站点与B站点之间的距离为50km，在距离A站点10km、20km、30km、40km处均设置有一段长1km的供电轨以供列车临时停车时使用，当列车运行到距离A站点10km处时即可利用供电轨供电。本发明实施例中，动态模拟列车的运行状态，根据工况参数(比如运行速度、加速度等)和时间即可确定列车的运行位置，若在列车所在的运行位置处设有供电轨，即可由外部的供电轨对车载电网进行供电。需要说明的是，当列车运行速度较慢时，直线发电机的发电功率较低，此时可以由外部供电轨供电；当列车运行速度较快时，此时一般需要直线发电机的发电功率可以满足负载需求，故即使供电轨可以供电，也可以控制该车载电网仿真模型不引入外部供电模型(如图2中的外部供电模块)，只是由直线发电机提供电能。

步骤A3：根据工况参数确定是否需要电池供电，在需要电池供电时为车载电网仿真模型增加预设的电池供电模型，并基于时间轴确定电池供电模型的电池供电参数和供电时长，供电时长用于评估电池的供电能力，电池供电参数包括电池供电电压、电池供电电流、电池供电功率中的一项或多项。

本发明实施例中，当列车运行速度较低、甚至停车，且当前无供电轨供电时，此时需要由列车内的蓄电池供电；在车载电网仿真模型中，通过断开发电机供电模块和外部供电模块来模拟列车的异常情况，此时只由模拟蓄电池的电池供电模块提供电能。根据电池供电模型的荷电状态(SOC)以及负载参数即可确定该电池供电模型所模拟的蓄电池的供电时长，若该供电时长满足要求(比如供电时长大于50分钟)，则车载电网中蓄电池部分的设计符合要求。

本发明实施例中，通过动态模拟列车的运行状态，可以更加准确地模拟列车不同状况下的供电能力，使得模拟仿真结果更加符合真实情况。

在上述实施例的基础上，步骤103“根据工况参数确定相对应的负载参数”包括：确定工况参数与负载参数之间的第二函数关系，根据第二函数关系确定与工况参数对应的负载参数。

本发明实施例中，预先确定工况参数与负载参数之间的对应关系，即第二函数关系，该第二函数关系可以理论计算确定，也可根据之前采集的相关数据拟合得出。其中，由于列车具有多种负载，该负载参数可以包含多种类型。具体的，负载参数包括悬浮控制器负载参数、导向控制器负载参数、涡流制动控制器负载参数、斩波器负载参数、逆变器负载参数、空调负载参数、电热器负载参数中的一项或多项。在图2中，可以将负载模块分为悬浮控制器负载模块、导向控制器负载模块、涡流制动控制器负载模块、斩波器负载模块、逆变器负载模块、空调负载模块、电热器负载模块，以对应不同类型的负载。其中，悬浮控制器负载模块、导向控制器负载模块、涡流制动控制器负载模块直接从直流母线取电，是主要的负荷模块；斩波器负载模块用于模拟升压斩波器或其他DC/DC模块；其他负载模块均为交流负载模块，可统一看作是逆变器负载模块。随着列车运行工况、速度等级以及所处环境的变化，驱动每类负载模块变化。例如，在列车由静止开启悬浮时，作为电网能源消耗端的悬浮系统用电功率增大。

本发明实施例提供的一种磁浮输配电系统的仿真方法，建立车载电网仿真模型后基于工况参数确定当前工况下的供电参数和负载参数，进而确定该供电能力是否满足需求，其可以显著提高磁悬浮列车输配电系统设计的准确性和安全性，评估判断高速磁浮输配电系统设计是否满足负载用电需求，及早发现系统和子设备软件、硬件设计的漏洞。同时，基于工况参数调整供电和负载，在仿真系统中引入工况参数，使得仿真结果更加符合真实情况，对供电系统的评估结果更加准确。通过动态模拟列车的运行状态，可以更加准确地模拟列车不同状况下的供电能力，使得模拟仿真结果更加符合真实情况。

以上详细介绍了磁浮输配电系统的仿真方法流程，该方法也可以通过相应的装置实现，下面详细介绍该装置的结构和功能。

本发明实施例提供的一种磁浮输配电系统的仿真装置，参见图5所示，包括：

获取模块51，用于获取预设的工况参数，所述工况参数包括运行速度、加速度、磁浮间距、环境参数、变流器控制参数中的一项或多项；

供电能力确定模块52，用于根据所述工况参数调整供电参数，基于预设的车载电网仿真模型确定与当前供电参数对应的供电能力，所述供电参数包括供电电压、供电电流、供电功率中的一项或多项；

评估模块53，用于根据所述工况参数确定相对应的负载参数，判断所述供电能力是否满足所述负载参数对应的负载需求，并生成供电能力评估结果。

在上述实施例的基础上，所述供电能力确定模块52用于：

确定所述工况参数与所述供电参数之间的第一函数关系，根据所述第一函数关系确定与所述工况参数对应的供电参数。

在上述实施例的基础上，参见图6所示，所述供电能力确定模块52包括：

设置单元521，用于设置时间轴；

外部供电单元522，用于根据所述工况参数和所述时间轴实时确定列车的运行位置，在列车的运行位置到达外部供电位置时，为所述车载电网仿真模型增加预设的外部供电模型，并确定所述外部供电模型的外部供电参数，所述外部供电参数包括外部供电电压、外部供电电流、外部供电功率中的一项或多项；

电池供电单元523，用于根据所述工况参数确定是否需要电池供电，在需要电池供电时为所述车载电网仿真模型增加预设的电池供电模型，并基于所述时间轴确定所述电池供电模型的电池供电参数和供电时长，所述供电时长用于评估电池的供电能力，所述电池供电参数包括电池供电电压、电池供电电流、电池供电功率中的一项或多项。

在上述实施例的基础上，所述评估模块53根据所述工况参数确定相对应的负载参数，包括：

确定所述工况参数与所述负载参数之间的第二函数关系，根据所述第二函数关系确定与所述工况参数对应的负载参数。

在上述实施例的基础上，所述负载参数包括悬浮控制器负载参数、导向控制器负载参数、涡流制动控制器负载参数、斩波器负载参数、逆变器负载参数、空调负载参数、电热器负载参数中的一项或多项。

本发明实施例提供的一种磁浮输配电系统的仿真装置，建立车载电网仿真模型后基于工况参数确定当前工况下的供电参数和负载参数，进而确定该供电能力是否满足需求，其可以显著提高磁悬浮列车输配电系统设计的准确性和安全性，评估判断高速磁浮输配电系统设计是否满足负载用电需求，及早发现系统和子设备软件、硬件设计的漏洞。同时，基于工况参数调整供电和负载，在仿真系统中引入工况参数，使得仿真结果更加符合真实情况，对供电系统的评估结果更加准确。通过动态模拟列车的运行状态，可以更加准确地模拟列车不同状况下的供电能力，使得模拟仿真结果更加符合真实情况。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种磁浮输配电系统的仿真方法，其特征在于，包括：

获取预设的工况参数，所述工况参数包括运行速度、加速度、磁浮间距、环境参数、变流器控制参数中的一项或多项；

根据所述工况参数调整供电参数，基于预设的车载电网仿真模型确定与当前供电参数对应的供电能力，所述供电参数包括供电电压、供电电流、供电功率中的一项或多项；

根据所述工况参数确定相对应的负载参数，判断所述供电能力是否满足所述负载参数对应的负载需求，并生成供电能力评估结果；

其中，所述根据所述工况参数调整供电参数包括：

设置时间轴；

根据所述工况参数和所述时间轴实时确定列车的运行位置，在列车的运行位置到达外部供电位置时，为所述车载电网仿真模型增加预设的外部供电模型，并确定所述外部供电模型的外部供电参数，所述外部供电参数包括外部供电电压、外部供电电流、外部供电功率中的一项或多项；

根据所述工况参数确定是否需要电池供电，在需要电池供电时为所述车载电网仿真模型增加预设的电池供电模型，并基于所述时间轴确定所述电池供电模型的电池供电参数和供电时长，所述供电时长用于评估电池的供电能力，所述电池供电参数包括电池供电电压、电池供电电流、电池供电功率中的一项或多项。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述工况参数调整供电参数包括：

确定所述工况参数与所述供电参数之间的第一函数关系，根据所述第一函数关系确定与所述工况参数对应的供电参数。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述工况参数确定相对应的负载参数，包括：

确定所述工况参数与所述负载参数之间的第二函数关系，根据所述第二函数关系确定与所述工况参数对应的负载参数。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述负载参数包括悬浮控制器负载参数、导向控制器负载参数、涡流制动控制器负载参数、斩波器负载参数、逆变器负载参数、空调负载参数、电热器负载参数中的一项或多项。

5.一种磁浮输配电系统的仿真装置，其特征在于，包括：

获取模块，用于获取预设的工况参数，所述工况参数包括运行速度、加速度、磁浮间距、环境参数、变流器控制参数中的一项或多项；

供电能力确定模块，用于根据所述工况参数调整供电参数，基于预设的车载电网仿真模型确定与当前供电参数对应的供电能力，所述供电参数包括供电电压、供电电流、供电功率中的一项或多项；

评估模块，用于根据所述工况参数确定相对应的负载参数，判断所述供电能力是否满足所述负载参数对应的负载需求，并生成供电能力评估结果；

所述供电能力确定模块包括：

设置单元，用于设置时间轴；

外部供电单元，用于根据所述工况参数和所述时间轴实时确定列车的运行位置，在列车的运行位置到达外部供电位置时，为所述车载电网仿真模型增加预设的外部供电模型，并确定所述外部供电模型的外部供电参数，所述外部供电参数包括外部供电电压、外部供电电流、外部供电功率中的一项或多项；

电池供电单元，用于根据所述工况参数确定是否需要电池供电，在需要电池供电时为所述车载电网仿真模型增加预设的电池供电模型，并基于所述时间轴确定所述电池供电模型的电池供电参数和供电时长，所述供电时长用于评估电池的供电能力，所述电池供电参数包括电池供电电压、电池供电电流、电池供电功率中的一项或多项。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述供电能力确定模块用于：

确定所述工况参数与所述供电参数之间的第一函数关系，根据所述第一函数关系确定与所述工况参数对应的供电参数。

7.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述评估模块根据所述工况参数确定相对应的负载参数，包括：

确定所述工况参数与所述负载参数之间的第二函数关系，根据所述第二函数关系确定与所述工况参数对应的负载参数。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述负载参数包括悬浮控制器负载参数、导向控制器负载参数、涡流制动控制器负载参数、斩波器负载参数、逆变器负载参数、空调负载参数、电热器负载参数中的一项或多项。

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