CN109995037A - 计及交直流耦合的牵引供电系统潮流分析方法、系统及存储介质 - Google Patents

计及交直流耦合的牵引供电系统潮流分析方法、系统及存储介质 Download PDF

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张晓虎
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肖伸平
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王真
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Abstract

本发明涉及轨道交通牵引供电技术领域,公开一种计及交直流耦合的牵引供电系统潮流分析方法、系统及存储介质,为轨道交通供电及运行节能关键技术的研究提供支撑。本发明方法包括:将轨道交通的牵引变电系统划分为交流部分、直流部分和交‑直流接口部分;采用混合迭代方法对牵引变电系统进行潮流分析。其混合迭代方法包括:在系统初始化后,先对直流部分进行潮流迭代,在直流部分迭代结束后,将直流部分迭代结果经等效转换公式代入交流部分的潮流迭代中,然后判断交流部分潮流是否收敛,如果交流部分潮流不收敛,经等效转换公式再将交流部分潮流计算的当前迭代结果经等效转换公式返回代入直流部分的潮流迭代,依此交替迭代,直至交流部分潮流收敛。

Description

计及交直流耦合的牵引供电系统潮流分析方法、系统及存储 介质
技术领域
本发明涉及轨道交通牵引供电技术领域,尤其涉及一种计及交直流耦合的牵引供电系统 潮流分析方法、系统及存储介质。
背景技术
虽然按同等运能比较,城市轨道交通能耗比其他形式交通方式小,但由于其大运量的特 点,使得总耗电量相当大,按照目前我国城市轨道交通的发展速度,我国城市轨道交通的能 耗将达到相当规模。能耗支出逐年增大,地铁行业节能减排已经提上日程,应该说,尽快找 到大幅降低轨道交通能耗,已成为保持城市轨道交通高速度可持续发展必须解决的重要问题 之一。
地铁牵引供电系统是城市轨道交通至关重要的组成部分,其担负着为电动列车和各种设 备提供电能的重要任务。在地铁运行过程中,供电中断不仅会造成交通运输的瘫痪,还将造 成严重的经济损失,甚至危机乘客的生命安全,因此,牵引供电系统的各项指标和性能影响 到轨道交通系统的运行安全。同时,地铁牵引供电系统是用电大户,占地铁交通总能耗的 40%-50%,节能潜力相当大。对牵引供电系统进行潮流分析计算,可以检验在不同供电和运行 状态下,功率、电压、电流的数据,为最节能运行方案提供依据。
发明内容
本发明目的在于公开一种计及交直流耦合的牵引供电系统潮流分析方法、系统及存储介 质,为轨道交通供电及运行节能关键技术的研究提供支撑。
为实现上述目的,本发明公开一种计及交直流耦合的牵引供电系统潮流分析方法,包括:
步骤S1、将轨道交通的牵引变电系统划分为交流部分、直流部分和交-直流接口部分;
步骤S2、采用混合迭代方法对所述牵引变电系统进行潮流分析,所述混合迭代方法包括:
在系统初始化后,先对直流部分进行潮流迭代,在直流部分迭代结束后,将直流部分迭 代结果经等效转换公式代入交流部分的潮流迭代中,然后判断交流部分潮流是否收敛,如果 交流部分潮流不收敛,经所述等效转换公式再将交流部分潮流计算的当前迭代结果经所述等 效转换公式返回代入直流部分的潮流迭代,依此交替迭代,直至交流部分潮流收敛;
其中,所述等效转换公式基于交流部分潮流计算需要用到直流部分潮流计算得出的牵引 变电所的等效功率、且直流部分潮流计算需要用到交流部分潮流计算得出的与整流机组相连 的节点电压,故由所述交-直流接口部分基于下述方程组进行等效变换:
式中:i=1,2,......N,N为整流器个数;Udi和Idi分别为直流电压和直流电流,Uai为 交流电压;θ为整流器的点燃角;Xci为换相电抗;Pai和Qai分别为交流侧有功功率和无功功率,Pdi为直流侧功率;为整流器的功率因数角。
与上述方法相对应的,本发明还公开一种计及交直流耦合的牵引供电系统潮流分析系统, 包括存储器、处理器以及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序,其中,所述处 理器执行所述计算机程序时实现上述方法的步骤。
另一方面,本发明还公开一种计算机可读存储介质,其上存储有计算机程序,其中,所 述程序被处理器执行时实现上述方法的步骤。
本发明具有以下有益效果:
一方面,交流潮流计算需要直流潮流得出的牵引变电所等效功率,而直流潮流计算需要 交流潮流得出的节点电压。因此,二者的输入、输出量是相互耦合的。通过把牵引供电系统 交-直流接口部分单独拿出来考虑并设计等效转换公式,实现交、直流系统的自然解耦。
另一方面,采用以交流潮流收敛为最终指标的混合迭代方法,用直流潮流计算结果来修 正直流潮流的输入量,最终达到使交流潮流收敛的目的,具有较好的收敛性并提高了计算效 率;从而为轨道交通供电及运行节能关键技术的研究提供支撑。
下面将参照附图,对本发明作进一步详细的说明。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解,本发明的示意性实施例及 其说明用于解释本发明,并不构成对本发明的不当限定。在附图中:
图1是本发明实施例公开的整流机组等效电路图;
图2是本发明实施例公开的直流部分等效电路图;
图3是本发明实施例公开的交流部分等效电路图;
图4是本发明实施例公开的总体流程示意图;
图5是本发明实施例公开的详细的基于计及交直流耦合的牵引供电系统潮流分析方法的 总流程示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明,但是本发明可以由权利要求限定和覆盖 的多种不同方式实施。
实施例1
本实施例公开一种计及交直流耦合的牵引供电系统潮流分析方法。
本实施例方法包括:
步骤S1、将轨道交通的牵引变电系统划分为交流部分、直流部分和交-直流接口部分。
步骤S2、采用混合迭代方法对所述牵引变电系统进行潮流分析。
在该步骤中,所述混合迭代方法具体包括:在系统初始化后,先对直流部分进行潮流迭 代,在直流部分迭代结束后,将直流部分迭代结果经等效转换公式代入交流部分的潮流迭代 中,然后判断交流部分潮流是否收敛,如果交流部分潮流不收敛,经所述等效转换公式再将 交流部分潮流计算的当前迭代结果经所述等效转换公式返回代入直流部分的潮流迭代,依此 交替迭代,直至交流部分潮流收敛。
在该步骤中,所述等效转换公式基于交流部分潮流计算需要用到直流部分潮流计算得出 的牵引变电所的等效功率、且直流部分潮流计算需要用到交流部分潮流计算得出的与整流机 组相连的节点电压,故由所述交-直流接口部分(即牵变电所的整流机组)基于下述方程组进 行等效变换:
上式中:i=1,2,......N,N为整流器个数;Udi和Idi分别为直流电压和直流电流,Uai为交流电压;θ为整流器的点燃角;Xci为换相电抗;Pai和Qai分别为交流侧有功功率和无功功率,Pdi为直流侧功率;为整流器的功率因数角。
其中,对应上述交-直流接口部分转换公式的整流机组的等效电路如图1所示。
藉此,本实施例将交流部分和直流部分分开进行潮流计算,并利用交-直流接口部分转换 公式对交直流潮流进行交替迭代,最终达到使交流潮流收敛的目的。
可选的,本实施例直流部分的等效模型如图2所示。其中,直流功率的分配主要与机车 的数量、位置、功率和牵引变电所馈线电压有关,故牵引变电所输出直流功率为: Pi=f(V,Pt,L),式中自变量在某一时刻均为恒定值,因此,求解该方程可简化求解,运用 连续线性潮流法计算Pi
可选的,本实施例交流部分的等效模型如图3所示。其中,通过直流潮流计算和基于上 述等效转换公式的交直流参数转换处理,可得出三相交流系统中每个牵引变电所的等效交流 负荷。这样便实现了牵引变电所功率输出的解耦,此时交流系统由两端独立的110kV或220kV 等级高压网供电,然后利用牛顿-拉夫逊法可求得个牵引变电所交流母线电压。
目前地铁牵引供电系统的建模及潮流分析方法一般是将交、直流侧分开迭代。实际上, 地铁供电系统是一个混合系统,交流潮流计算需要直流潮流得出的牵引变电所等效功率,而 直流潮流计算需要交流潮流得出的节点电压。因此,二者的输入、输出量是相互耦合的。如 果割裂了二者之间的联系,将对仿真模型的准确度和潮流计算收敛性有较大影响。
藉此,本实施例的总体流程框图如图4所示,通过把牵引供电系统交、直流接口部分单 独拿出来考虑并设计算法,实现交、直流系统的自然解耦。交流潮流计算需要直流潮流得出 的牵引变电所等效功率,而直流潮流计算需要交流潮流得出的节点电压。因此,二者的输入、 输出量是相互耦合的。本项目将采用以交流潮流收敛为最终指标的混合迭代方法,用直流潮 流计算结果来修正直流潮流的输入量,最终达到使交流潮流收敛的目的。图5是针对图4一 种更具体化的流程,其中,部分现有的步骤,如导纳矩阵、潮流计算的具体实施等可参照如CN104393594A和CN105303021A等专利,不做赘述。
实施例2
与上述方法实施例相对应的,本实施例公开一种计及交直流耦合的牵引供电系统潮流分 析系统,包括存储器、处理器以及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序,其中, 所述处理器执行所述计算机程序时实现上述方法的步骤。
实施例3
本实施例公开一种计算机可读存储介质,其上存储有计算机程序,其中,所述程序被处 理器执行时实现上述方法的步骤。
综上,本发明上述各实施例相应公开的计及交直流耦合的牵引供电系统潮流分析方法、 系统及存储介质,具有以下有益效果:
一方面,交流潮流计算需要直流潮流得出的牵引变电所等效功率,而直流潮流计算需要 交流潮流得出的节点电压。因此,二者的输入、输出量是相互耦合的。通过把牵引供电系统 交-直流接口部分单独拿出来考虑并设计等效转换公式,实现交、直流系统的自然解耦。
另一方面,采用以交流潮流收敛为最终指标的混合迭代方法,用直流潮流计算结果来修 正直流潮流的输入量,最终达到使交流潮流收敛的目的,具有较好的收敛性并提高了计算效 率;从而为轨道交通供电及运行节能关键技术的研究提供支撑。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已,并不用于限制本发明,对于本领域的技术人员 来说,本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等 同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种计及交直流耦合的牵引供电系统潮流分析方法,其特征在于,包括:
步骤S1、将轨道交通的牵引变电系统划分为交流部分、直流部分和交-直流接口部分;
步骤S2、采用混合迭代方法对所述牵引变电系统进行潮流分析,所述混合迭代方法包括:
在系统初始化后,先对直流部分进行潮流迭代,在直流部分迭代结束后,将直流部分迭代结果经等效转换公式代入交流部分的潮流迭代中,然后判断交流部分潮流是否收敛,如果交流部分潮流不收敛,经所述等效转换公式再将交流部分潮流计算的当前迭代结果经所述等效转换公式返回代入直流部分的潮流迭代,依此交替迭代,直至交流部分潮流收敛;
其中,所述等效转换公式基于交流部分潮流计算需要用到直流部分潮流计算得出的牵引变电所的等效功率、且直流部分潮流计算需要用到交流部分潮流计算得出的与整流机组相连的节点电压,故由所述交-直流接口部分基于下述方程组进行等效变换:
式中:i=1,2,......N,N为整流器个数;Udi和Idi分别为直流电压和直流电流,Uai为交流电压;θ为整流器的点燃角;Xci为换相电抗;Pai和Qai分别为交流侧有功功率和无功功率,Pdi为直流侧功率;为整流器的功率因数角。
2.根据权利要求1所述的计及交直流耦合的牵引供电系统潮流分析方法,其特征在于,在所述混合迭代过程中,直流侧采用连续线性迭代法进行简化的潮流计算。
3.根据权利要求1或2所述的计及交直流耦合的牵引供电系统潮流分析方法,其特征在于,在交流侧的潮流计算中,利用牛顿-拉夫逊法求解牵引变电所交流母线电压。
4.一种计及交直流耦合的牵引供电系统潮流分析系统,包括存储器、处理器以及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序,其特征在于,所述处理器执行所述计算机程序时实现上述权利要求1、2或3所述方法的步骤。
5.一种计算机可读存储介质,其上存储有计算机程序,其特征在于,所述程序被处理器执行时实现上述权利要求1、2或3所述方法的步骤。
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