CN112415909A - 磁悬浮列车牵引供电系统的仿真方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种磁悬浮列车牵引供电系统的仿真方法及装置，仿真方法包括以下步骤：建立牵引供电系统模型，其中，每相邻的两个供电分区分别建立一套直线电机模型，以使相邻的两个供电分区共用对应的一套直线电机模型；从牵引控制器获取控制信号；以及，基于所述控制信号控制所述直线电机模型执行相应的动作，以输出动作后的参数。本发明有效地减小了冗余的直线电机模型的数量，减小了仿真模型的运算量及复杂度，而且具有较强的仿真通用性，从而极大地节省了仿真成本，提升了仿真效率。
Description
技术领域
本发明涉及仿真模拟技术领域，尤其涉及一种磁悬浮列车牵引供电系统的仿真方法及装置。
背景技术
磁悬浮列车的牵引供电系统是支撑高速磁浮交通系统的核心系统，是保障磁悬浮列车运行的动力核心。
由于高速磁悬浮列车牵引供电系统的功能和系统耦合关系复杂，非线性度高，实际高速运行环境构建难度大、费用高等原因，导致高速磁悬浮列车牵引供电系统的试验验证难度较大。为了在实验室中测试、验证高速磁悬浮列车牵引供电系统的有效性，一般会采用纯数字仿真和半实物仿真的方法进行，从而降低实物试验涉及的高危险、高成本等问题。
但是，现有的纯数字仿真和半实物仿真的方法均存在以下缺陷。
1、一般建立磁悬浮地面供电系统仿真模型时都是按照1:1的方式开发模型，这样会使得模型规模较大，仿真运行缓慢。在现有的仿真方法中，模型运行时必然同时存在一半数量的电机模型处于冗余状态(即未运行)，不仅使得模型规模增大，也使得模型的运算量增大，造成仿真运行缓慢，系统规模复杂。
2、实时仿真运行成本高。在实时仿真中，直线电机模型和牵引变流器均运行于独立的处理器(CPU(中央处理器)/FPGA(现场可编程门阵列))中。在现有的仿真方法中，对应需要的直线电机处理器必然和直线电机模型数量相等，而高性能实时仿真器价格十分昂贵。由于存在冗余状态的直线电机模型，必然造成硬件资源的浪费，使得硬件投入成本、设备体积等都较高。
发明内容
以下给出一个或多个方面的简要概述以提供对这些方面的基本理解。此概述不是所有构想到的方面的详尽综览，并且既非旨在指认出所有方面的关键性或决定性要素亦非试图界定任何或所有方面的范围。其唯一的目的是要以简化形式给出一个或多个方面的一些概念以为稍后给出的更加详细的描述之序。
本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术中磁悬浮列车牵引供电系统的仿真系统的成本高，仿真运行量大，导致降低仿真效率的缺陷，提供一种磁悬浮列车牵引供电系统的仿真方法及装置。
本发明是通过下述技术方案来解决所述技术问题：
一种磁悬浮列车牵引供电系统的仿真方法，包括：
建立牵引供电系统模型，其中，每相邻的两个供电分区分别建立一套直线电机模型，以使相邻的两个供电分区共用对应的一套直线电机模型；
从牵引控制器获取控制信号；以及，
基于所述控制信号控制所述直线电机模型执行相应的动作，以输出动作后的参数。
可选地，所述直线电机模型包括双端供电的直线电机模型；
所述每相邻的两个供电分区分别建立一套直线电机模型的步骤包括：
将第n直线电机模型的一供电端与第2n供电分区的一套牵引变流器模型建立电连接，并且将另一供电端通过单刀双掷开关可切换地与第2n供电分区相邻的第2n-1供电分区及第2n+1供电分区的一套牵引变流器模型建立电连接，第2n+1供电分区的一套牵引变流器还通过单刀双掷开关与第n+1直线电机模型建立电连接，n为正整数。
可选地，所述直线电机模型包括双端供电的直线电机模型；
所述每相邻的两个供电分区分别建立一套直线电机模型的步骤包括：
将一套直线电机模型通过第一单刀双掷开关与第一供电分区的一套牵引变流器模型建立电连接，还通过第二单刀双掷开关与第二供电分区的一套牵引变流器模型建立电连接，还通过第三单刀双掷开关与第三供电分区的一套牵引变流器模型建立电连接，以形成三角环形循环结构的牵引供电系统模型。
可选地，所述直线电机模型包括双端供电的直线电机模型；
所述每相邻的两个供电分区分别建立一套直线电机模型的步骤包括：
将第一直线电机模型的一供电端与第二供电分区的一套牵引变流器模型建立电连接，并且将另一供电端通过单刀双掷开关可切换地与第一供电分区及第三供电分区的一套牵引变流器模型建立电连接，将第二直线电机模型的一供电端与第四供电分区的一套牵引变流器模型建立电连接，并且将另一供电端通过单刀双掷开关可切换地与第三供电分区及第一供电分区的一套牵引变流器模型建立电连接，以形成四方环形循环结构的牵引供电系统模型。
可选地，所述直线电机模型包括单端供电的直线电机模型；
所述每相邻的两个供电分区分别建立一套直线电机模型的步骤包括：
将第n直线电机模型通过第2n切换开关与第2n供电分区的一套牵引变流器模型建立电连接，并且还通过第2n-1切换开关与第2n-1供电分区的一套牵引变流器模型建立电连接，n为正整数。
可选地，所述直线电机模型包括单端供电的直线电机模型；
所述每相邻的两个供电分区分别建立一套直线电机模型的步骤包括：
将一套直线电机模型通过第一切换开关与第一供电分区的一套牵引变流器模型建立电连接，还通过第二切换开关与第二供电分区的一套牵引变流器模型建立电连接，还通过第三切换开关与第三供电分区的一套牵引变流器模型建立电连接，以形成三角环形循环结构的牵引供电系统模型。
可选地，所述直线电机模型包括单端供电的直线电机模型；
所述每相邻的两个供电分区分别建立一套直线电机模型的步骤包括：
将第一直线电机模型通过第一切换开关与第一供电分区的一套牵引变流器模型建立电连接，还通过第二切换开关与第二供电分区的一套牵引变流器模型建立电连接，将第二直线电机模型通过第三切换开关与第三供电分区的一套牵引变流器模型建立电连接，还通过第四切换开关与第四供电分区的一套牵引变流器模型建立电连接，以形成四方环形循环结构的牵引供电系统模型。
可选地，一套直线电机模型包括2组或3组直线电机模型；
一套牵引变流器模型包括2组或3组AC(交流电)-DC(直流电)-AC变流装置模型，一组直线电机模型与一组AC-DC-AC变流装置模型对应。
一种计算机可读介质，其上存储有计算机指令，所述计算机指令在由处理器执行时实现如上述的磁悬浮列车牵引供电系统的仿真方法的步骤。
一种磁悬浮列车牵引供电系统的仿真装置，包括处理器及与所述处理器通信连接的存储器；
所述处理器被配置为运行牵引供电系统模型，其中，每相邻的两个供电分区分别建立有一套直线电机模型，以使相邻的两个供电分区共用对应的一套直线电机模型；
所述处理器还被配置为从牵引控制器获取控制信号；
所述处理器还被配置为基于所述控制信号控制所述直线电机模型执行相应的动作，以输出动作后的参数。
可选地，所述直线电机模型包括双端供电的直线电机模型；
第n直线电机模型的一供电端与第2n供电分区的一套牵引变流器模型电连接，并且将另一供电端通过单刀双掷开关可切换地与第2n供电分区相邻的第2n-1供电分区及第2n+1供电分区的一套牵引变流器模型电连接，n为正整数；
第2n+1供电分区的一套牵引变流器还通过单刀双掷开关与第n+1直线电机模型电连接。
可选地，所述直线电机模型包括双端供电的直线电机模型；
一套直线电机模型通过第一单刀双掷开关与第一供电分区的一套牵引变流器模型电连接，还通过第二单刀双掷开关与第二供电分区的一套牵引变流器模型电连接，还通过第三单刀双掷开关与第三供电分区的一套牵引变流器模型电连接，以形成三角环形循环结构的牵引供电系统模型。
可选地，所述直线电机模型包括双端供电的直线电机模型；
第一直线电机模型的一供电端与第二供电分区的一套牵引变流器模型电连接，并且另一供电端通过单刀双掷开关可切换地与第一供电分区及第三供电分区的一套牵引变流器模型电连接，第二直线电机模型的一供电端与第四供电分区的一套牵引变流器模型电连接，并且另一供电端通过单刀双掷开关可切换地与第三供电分区及第一供电分区的一套牵引变流器模型电连接，以形成四方环形循环结构的牵引供电系统模型。
可选地，所述直线电机模型包括单端供电的直线电机模型；
第n直线电机模型通过第2n切换开关与第2n供电分区的一套牵引变流器模型电连接，并且还通过第2n-1切换开关与第2n-1供电分区的一套牵引变流器模型电连接，n为正整数。
可选地，所述直线电机模型包括单端供电的直线电机模型；
一套直线电机模型通过第一切换开关与第一供电分区的一套牵引变流器模型电连接，还通过第二切换开关与第二供电分区的一套牵引变流器模型电连接，还通过第三切换开关与第三供电分区的一套牵引变流器模型电连接，以形成三角环形循环结构的牵引供电系统模型。
可选地，所述直线电机模型包括单端供电的直线电机模型；
第一直线电机模型通过第一切换开关与第一供电分区的一套牵引变流器模型电连接，还通过第二切换开关与第二供电分区的一套牵引变流器模型电连接，第二直线电机模型通过第三切换开关与第三供电分区的一套牵引变流器模型电连接，还通过第四切换开关与第四供电分区的一套牵引变流器模型电连接，以形成四方环形循环结构的牵引供电系统模型。
可选地，一套直线电机模型包括2组或3组直线电机模型；
一套牵引变流器模型包括2组或3组AC-DC-AC变流装置模型，一组直线电机模型与一组AC-DC-AC变流装置模型对应。
在符合本领域常识的基础上，所述各优选条件，可任意组合，即得本发明各较佳实施例。
本发明的积极进步效果在于：
本发明有效地减小了冗余的直线电机模型的数量，减小了仿真模型的运算量及复杂度，而且具有较强的仿真通用性，从而极大地节省了仿真成本，提升了仿真效率。
附图说明
在结合以下附图阅读本公开的实施例的详细描述之后，能够更好地理解本发明的所述特征和优点。在附图中，各组件不一定是按比例绘制，并且具有类似的相关特性或特征的组件可能具有相同或相近的附图标记。
图1为本发明一实施例的磁悬浮列车牵引供电系统的仿真方法的流程图。
图2为采用三步法时的磁悬浮列车牵引供电系统的结构示意图。
图3为采用两步法或蛙跳法时的磁悬浮列车牵引供电系统的结构示意图。
图4a为采用两步法时的直线电机的控制策略示意图。
图4b为采用蛙跳法时的直线电机的控制策略示意图。
图4c为采用三步法时的直线电机的控制策略示意图。
图5a为本发明一实施例的双端供电时的牵引供电系统模型的状态示意图。
图5b为图5a的后续状态示意图。
图6为本发明一实施例的双端供电时的牵引供电系统模型的简易结构示意图。
图7为本发明一实施例的采用三步法双端供电时的牵引供电系统模型的结构示意图。
图8为本发明一实施例的采用两步法或蛙跳法双端供电时的牵引供电系统模型的结构示意图。
图9为本发明一实施例的采用三步法单端供电时的牵引供电系统模型的结构示意图。
图10为本发明一实施例的采用两步法或蛙跳法单端供电时的牵引供电系统模型的结构示意图。
图11为本发明一实施例的采用双端供电时的牵引供电系统模型的三角环形循环结构示意图。
图12为本发明一实施例的采用单端供电时的牵引供电系统模型的三角环形循环结构示意图。
图13为本发明一实施例的采用双端供电时的牵引供电系统模型的四方环形循环结构示意图。
图14为本发明一实施例的采用单端供电时的牵引供电系统模型的四方环形循环结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作详细描述。注意，以下结合附图和具体实施例描述的诸方面仅是示例性的，而不应被理解为对本发明的保护范围进行任何限制。
给出以下描述以使得本领域技术人员能够实施和使用本发明并将其结合到具体应用背景中。各种变型、以及在不同应用中的各种使用对于本领域技术人员将是容易显见的，并且本文定义的一般性原理可适用于较宽范围的实施例。由此，本发明并不限于本文中给出的实施例，而是应被授予与本文中公开的原理和新颖性特征相一致的最广义的范围。
在以下详细描述中，阐述了许多特定细节以提供对本发明的更透彻理解。然而，对于本领域技术人员显而易见的是，本发明的实践可不必局限于这些具体细节。换言之，公知的结构和器件以框图形式示出而没有详细显示，以避免模糊本发明。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”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，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
另外，在以下的说明中所使用的“上”、“下”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“水平”、“垂直”应被理解为该段以及相关附图中所绘示的方位。此相对性的用语仅是为了方便说明之用，其并不代表其所叙述的装置需以特定方位来制造或运作，因此不应理解为对本发明的限制。
能理解的是，虽然在此可使用用语“第一”、“第二”、“第三”等来叙述各种组件、区域、层和/或部分，这些组件、区域、层和/或部分不应被这些用语限定，且这些用语仅是用来区别不同的组件、区域、层和/或部分。因此，以下讨论的第一组件、区域、层和/或部分可在不偏离本发明一些实施例的情况下被称为第二组件、区域、层和/或部分。
本实施例提供一种磁悬浮列车牵引供电系统的仿真方法，在建立牵引供电系统模型时，使相邻的至少两个供电分区共用一个直线电机模型，从而有效地减小冗余的直线电机模型的数量，进而减小仿真模型的运算量及复杂度。
磁悬浮列车的牵引供电系统一般主要包括牵引变流器、定子开关站及直线电机。牵引变流器为直线电机提供三相交流电，驱动直线电机运行，从而为磁悬浮列车提供牵引力。定子开关站用于将牵引变流器的电源切换至同一供电分区线路上不同位置的直线电机段。直线电机，则与传统的轮轨式机车不同，直线电机铺设于磁悬浮列车的线路上，而不是在列车车厢内部。
参考图2及图3所示，磁悬浮列车的牵引供电系统按照供电方式的不同分为单端供电和双端供电。
双端供电时，由两套牵引变流器(即牵引变电所A和B)同时为该供电分区的直线电机段供电，每套牵引供电系统包含多组独立的AC-DC-AC变流装置，每组变流装置对应一套直线电机，直线电机被定子开关站分割成数个独立的直线电机段。在一个供电分区中，每组牵引变流装置中每一时刻只有一个直线电机段处于工作状态。该方式双端协同控制，控制相对复杂，但线路压降较小，适合大功率长距离供电。在这种牵引供电方式下，该供电分区有且仅能有一辆磁悬浮列车运行。
单端供电时，由一套牵引变流器(即牵引变电所A或B)为该供电分区的直线电机段供电，每套牵引供电系统包含多组独立的AC-DC-AC变流装置，每组变流装置对应一套直线电机，直线电机被定子开关站分割成数个独立的直线电机段。在一个供电分区中，每组牵引变流装置中每一时刻只有一个直线电机段处于工作状态。该方式控制较简单，但线路压降较大，不适合大功率长距离供电。
另外，参考图4a、4b及4c所示，在单端供电和双端供电的方式之下，根据直线电机的换步控制方法和在线路上的排布不同，又主要分为两步法、三步法和蛙跳法三种。
参考图2及4a所示，三步法采用三组直线电机段，每组直线电机段对应一组牵引变流装置，每套牵引供电系统包含3组独立的AC-DC-AC变流装置。通过定子开关站将牵引变流装置切换到对应的直线电机段。
参考图3、4b及4c所示，两步法和蛙跳法采用两组直线电机段，每组直线电机段对应一组牵引变流装置，每套牵引供电系统包含2组独立的AC-DC-AC变流装置。通过定子开关站将牵引变流装置切换到对应的直线电机段。
由上述所知，由于高速磁悬浮列车牵引供电系统功能和系统耦合关系复杂，非线性度高，实际高速运行环境构建难度大、费用高等原因，导致高速磁悬浮列车牵引供电系统的测试和验证难度较大。为了在实验室中测试和验证高速磁悬浮列车牵引供电系统的有效性，一般会采用纯数字仿真和半实物仿真的方法进行，从而降低实物试验涉及的高危险、高成本等问题。
而一般情况下，建立一条线路的牵引供电系统模型时，会将同一组变流器下所属的直线电机段等效为一个直线电机，切换定子开关站时只是影响直线电机的参数。因此，供电分区数量决定了需要建立同等数量的牵引变流器模型和直线电机模型。同时，为了列车运行安全考虑，当一个供电分区有列车时，该列车的前后两个分区不能有列车运行。
在本实施例中，所述仿真方法既可应用于纯数字仿真系统，也可应用于半实物仿真系统，可根据用户实际测试需求进行相应的选择。
如图1所示，所述仿真方法包括以下步骤：
步骤101、建立牵引供电系统模型，其中，每相邻的两个供电分区分别建立一套直线电机模型，以使相邻的两个供电分区共用对应的一套直线电机模型。
采用纯数字仿真系统还是半实物仿真系统，在执行仿真测试之前，均需要建立磁悬浮列车牵引供电系统的仿真模型。
在本步骤中，建立牵引供电系统模型时，每相邻的两个供电分区分别建立一套直线电机模型，以使相邻的两个供电分区共用对应的一套直线电机模型。
具体地，一条线路的单组地面供电系统的仿真模型一般主要包括列车模型、直线电机模型及牵引变流器模型。
当仿真双端供电的直线电机时，在本实施例中，作为基本方案，参考图5a所示，当列车运行在奇数供电分区时，奇数供电分区的两侧牵引变流器(即由变流器A-1及A-2为直线电机A-1供电，直线电机A-3同理)为该供电分区的直线电机供电。
参考图5b所示，当列车运行在偶数供电分区时，将奇数供电分区直线电机的其中一端连接至偶数供电分区的牵引变流器上，以使得原运行在奇数供电分区的直线电机运行在偶数供电分区中(即由变流器A-2及A-3为直线电机A-1供电，直线电机A-3同理)。这样在不影响线路地面供电系统仿真需求的情况下，可有效地减少仿真计算需要的直线电机模型的数量。
因此，如图6所示，相邻的两个供电分区共用一个直线电机模型，直线电机模型的一端始终与牵引变流器电连接，另一端通过单刀双掷开关与相邻的两个供电分区的牵引变流器电连接。
即，将第n直线电机模型的一供电端与第2n供电分区的一套牵引变流器模型建立电连接，并且将另一供电端通过单刀双掷开关可切换地与第2n供电分区相邻的第2n-1供电分区及第2n+1供电分区的一套牵引变流器模型建立电连接，第2n+1供电分区的一套牵引变流器还通过单刀双掷开关与第n+1直线电机模型建立电连接，n为正整数。
当仿真单端供电的直线电机时，在本实施例中，作为基本方案，相邻的两个供电分区共用一个直线电机模型，直线电机模型的一端通过相应的一个切换开关与牵引变流器电连接，另一端则通过相应的另一个切换开关与相邻的一个供电分区的牵引变流器电连接，通过切换开启直线电机模型对应的两个切换开关实现与相应的牵引变流器电连接，以使相邻的两个供电分区共用对应的一套直线电机模型。
即，将第n直线电机模型通过第2n切换开关与第2n供电分区的一套牵引变流器模型建立电连接，并且还通过第2n-1切换开关与第2n-1供电分区的一套牵引变流器模型建立电连接，n为正整数。
这样既可以节省一个直线电机模型，也不会影响仿真效果，可以使得仿真模型规模减小，降低了仿真时的硬件需求，节约了成本，特别适合产品开发阶段的实验室测试和验证。
以下说明具体实施拓展方案。
1、拓展方案一
作为一实施例，可以将上述基本方案拓展至采用三步法双端供电时的牵引供电系统模型。
具体地，如图7所示，相邻的两个供电分区共用一个直线电机模型，直线电机模型由该供电分区两端的牵引变流器为其供电。
每套牵引变流器模型包含3组独立的AC-DC-AC变流装置模型(即图中变流器A-1、B-1、C-1等)，每组变流装置对应一组直线电机模型(即图中直线电机A-1、B-1、C-1等)。
执行仿真，当列车运行在奇数供电分区时，将单刀双掷开关合向奇数供电分区，则奇数供电分区两侧的6组变流器为该供电分区的3组直线电机供电；当列车运行在偶数供电分区时，将单刀双掷开关合向偶数供电分区，则偶数供电分区两侧的6组变流器为该供电分区的3组直线电机供电。
2、拓展方案二
作为一实施例，可以将上述基本方案拓展至采用两步法或蛙跳法双端供电时的牵引供电系统模型。
具体地，如图8所示，相邻的两个供电分区共用一个直线电机模型，直线电机模型由该供电分区两端的牵引变流器为其供电。
每套牵引变流器模型包含2组独立的AC-DC-AC变流装置模型(即图中变流器A-1、B-1等)，每组变流装置对应一组直线电机模型(即图中直线电机A-1、B-1等)。
执行仿真，当列车运行在奇数供电分区时，将单刀双掷开关合向奇数供电分区，则奇数供电分区两侧的4组变流器为该供电分区的2组直线电机供电；当列车运行在偶数供电分区时，将单刀双掷开关合向偶数供电分区，则偶数供电分区两侧的4组变流器为该供电分区的2组直线电机供电。
3、拓展方案三
作为一实施例，可以将上述基本方案拓展至采用三步法单端供电时的牵引供电系统模型。
具体地，如图9所示，相邻的两个供电分区共用一个直线电机模型，直线电机模型由该供电分区两端的其中一个牵引变流器为其供电。
每套牵引变流器模型包含3组独立的AC-DC-AC变流装置模型(即图中变流器A-1、B-1、C-1等)，每组变流装置对应一组直线电机模型(即图中直线电机A-1、B-1、C-1等)。
执行仿真，当列车运行在奇数供电分区时，将奇数供电分区的变流器组的3个切换开关合上，偶数供电分区的变流器组的3个切换开关断开，奇数供电分区的3组变流器分别为对应的直线电机供电；当列车运行在偶数供电分区时，将偶数供电分区的变流器组的3个切换开关合上，奇数供电分区的变流器组的3个切换开关断开，偶数供电分区的3组变流器为对应的直线电机供电。
4、拓展方案四
作为一实施例，可以将上述基本方案拓展至采用两步法或蛙跳法单端供电时的牵引供电系统模型。
具体地，如图10所示，相邻的两个供电分区共用一个直线电机模型，直线电机模型由该供电分区两端的其中一个牵引变流器为其供电。
每套牵引变流器模型包含2组独立的AC-DC-AC变流装置模型(即图中变流器A-1、B-1等)，每组变流装置对应一组直线电机模型(即图中直线电机A-1、B-1等)。
执行仿真，当列车运行在奇数供电分区时，将奇数供电分区的变流器组的2个切换开关合上，偶数供电分区的变流器组的2个切换开关断开，奇数供电分区的2组变流器分别为对应的直线电机供电；当列车运行在偶数供电分区时，将偶数供电分区的变流器组的2个切换开关合上，奇数供电分区的变流器组的2个切换开关断开，偶数供电分区的2组变流器为对应的直线电机供电。
5、拓展方案五
作为一实施例，当仿真双端供电的直线电机时，若将上述基本方案中的变流器A-1和变流器A-4(以此相应类推)相互重合，将形成三角环形循环结构的牵引供电系统模型。
具体地，如图11所示，将一套直线电机模型通过第一单刀双掷开关与第一供电分区的一套牵引变流器模型(即图11中变流器A-1)建立电连接，还通过第二单刀双掷开关与第二供电分区的一套牵引变流器模型(即图11中变流器A-2)建立电连接，还通过第三单刀双掷开关与第三供电分区的一套牵引变流器模型(即图11中变流器A-3)建立电连接，以形成三角环形循环结构的牵引供电系统模型。
执行仿真前，预设不同时间段的直线电机模型的参数，以实现不断的循环仿真运行。该循环仿真结构较好地适用于长大干线磁悬浮列车地面牵引供电系统的无线循环仿真方法，可极大地节省仿真成本。
以此，还可以推导出采用三步法、两步法或蛙跳法双端供电时的方案，具体可参考拓展方案一和二，故不再一一赘述。
6、拓展方案六
作为一实施例，当仿真单端供电的直线电机时，若将上述基本方案中的第一变流器和第四变流器(以此相应类推)相互重合，将形成三角环形循环结构的牵引供电系统模型。
具体地，如图12所示，将一套直线电机模型通过第一切换开关与第一供电分区的一套牵引变流器模型(即图12中变流器A-1)建立电连接，还通过第二切换开关与第二供电分区的一套牵引变流器模型(即图12中变流器A-2)建立电连接，还通过第三切换开关与第三供电分区的一套牵引变流器模型(即图12中变流器A-3)建立电连接，以形成三角环形循环结构的牵引供电系统模型。
执行仿真前，预设不同时间段的直线电机模型的参数，以实现不断的循环仿真运行。该循环仿真结构较好地适用于长大干线磁悬浮列车地面牵引供电系统的无线循环仿真方法，可极大地节省仿真成本。
以此，还可以推导出采用三步法、两步法或蛙跳法单端供电时的方案，具体可参考拓展方案三和四，故不再一一赘述。
7、拓展方案七
作为一实施例，当仿真双端供电的直线电机时，若将上述基本方案中的变流器A-1和变流器A-5(以此相应类推)相互重合，将形成四方环形循环结构的牵引供电系统模型。
具体地，如图13所示，将第一直线电机模型(即图13中的直线电机A-1)的一供电端与第二供电分区的一套牵引变流器模型(即图13中变流器A-2)建立电连接，并且将另一供电端通过单刀双掷开关可切换地与第一供电分区及第三供电分区的一套牵引变流器模型(即图13中变流器A-1及A-3)建立电连接，将第二直线电机模型(即图13中的直线电机A-3)的一供电端与第四供电分区的一套牵引变流器模型(即图13中变流器A-4)建立电连接，并且将另一供电端通过单刀双掷开关可切换地与第三供电分区及第一供电分区的一套牵引变流器模型建立电连接，以形成四方环形循环结构的牵引供电系统模型。
执行仿真前，预设不同时间段的直线电机模型的参数，以实现不断的循环仿真运行。该循环仿真结构较好地适用于长大干线磁悬浮列车地面牵引供电系统的无线循环仿真方法，可极大地节省仿真成本。
以此，还可以推导出采用三步法、两步法或蛙跳法双端供电时的方案，具体可参考拓展方案一和二，故不再一一赘述。
8、拓展方案八
作为一实施例，当仿真单端供电的直线电机时，若将上述基本方案中的第一变流器和第五变流器(以此相应类推)相互重合，将形成四方环形循环结构的牵引供电系统模型。
具体地，如图14所示，将第一直线电机模型(即图14中的直线电机A-1)通过第一切换开关与第一供电分区的一套牵引变流器模型(即图14中变流器A-1)建立电连接，还通过第二切换开关与第二供电分区的一套牵引变流器模型(即图14中变流器A-2)建立电连接，将第二直线电机模型(即图14中的直线电机A-3)通过第三切换开关与第三供电分区的一套牵引变流器模型(即图14中变流器A-3)建立电连接，还通过第四切换开关与第四供电分区的一套牵引变流器模型(即图14中变流器A-4)建立电连接，以形成四方环形循环结构的牵引供电系统模型。
执行仿真前，预设不同时间段的直线电机模型的参数，以实现不断的循环仿真运行。该循环仿真结构较好地适用于长大干线磁悬浮列车地面牵引供电系统的无线循环仿真方法，可极大地节省仿真成本。
以此，还可以推导出采用三步法、两步法或蛙跳法单端供电时的方案，具体可参考拓展方案三和四，故不再一一赘述。
步骤102、从牵引控制器获取控制信号。
在本步骤中，从需仿真测试的牵引控制器中获取相应的直线电机控制信号。具体仿真步骤可参考现有仿真方式，故不再一一赘述。
步骤103、基于所述控制信号控制所述直线电机模型执行相应的动作，以输出动作后的参数。
在本步骤中，基于所述控制信号控制相应的直线电机模型执行相应的动作，以输出动作后的各项参数，从而实现磁悬浮列车牵引供电系统的仿真测试。具体仿真步骤可参考现有仿真方式，故不再一一赘述。
本实施例还提供一种计算机可读介质，其上存储有计算机指令，所述计算机指令在由处理器执行时实现如上述的磁悬浮列车牵引供电系统的仿真方法的步骤。
本实施例还提供一种磁悬浮列车牵引供电系统的仿真装置，所述仿真装置利用如上述的磁悬浮列车牵引供电系统的仿真方法。
在本实施例中，所述仿真装置既可应用于纯数字仿真系统，也可应用于半实物仿真系统，可根据用户实际测试需求进行相应的选择。
所述仿真装置包括处理器及与所述处理器通信连接的存储器，所述存储器被配置为存储所述处理器所执行的程序及数据。
所述处理器被配置为运行牵引供电系统模型，其中，每相邻的两个供电分区分别建立有一套直线电机模型，以使相邻的两个供电分区共用对应的一套直线电机模型。
在本实施例中，应用于半实物仿真系统时，每一个直线电机模型运行于独立的直线电机处理器(FPGA)板卡中。因此，在搭建半实物仿真平台时，可以减少至少一半数量的直线电机处理器板卡，可以减少仿真器的设备投入，降低半实物仿真平台的开发成本。在搭建纯数字仿真平台时，可以极大地减少运算量，从而提升仿真效率。
具体建立直线电机模型的方案可参考如上述的基本方案和拓展方案，故不再一一赘述。
所述处理器还被配置为从牵引控制器获取控制信号。
所述处理器还被配置为基于所述控制信号控制所述直线电机模型执行相应的动作，以输出动作后的参数。
本实施例提供的磁悬浮列车牵引供电系统的仿真方法及装置，主要具有以下有益效果。
1、模型计算量减小，模型复杂度减小。本实施例采用减少冗余的直线电机的方式，有效地减少了在仿真过程中至少一半数量的直线电机模型，减少了仿真模型的数量，有益于减轻运算量，减小了模型的复杂度。
2、应用于半实物仿真时的成本低。本实施例减少了至少一半数量的直线电机模型需求，因此在搭建半实物仿真平台时，可以减少一半数量的直线电机处理器板卡，可以减少仿真器的设备投入，降低半实物仿真平台的开发成本。
3、兼容性强。本实施例提供的多种拓展方案，既适用于磁悬浮列车地面供电系统的双端供电、单端供电方式，也适用于线路上直线电机的不同排布方式，如三步法、两步法以及蛙跳法等。
4、本实施例提供了优化的“三角环形”和“四方环形”的磁悬浮列车地面供电系统的线路循环仿真方法，可以进一步降低磁悬浮列车长大干线运行情况下的仿真平台搭建成本。
结合本文所公开的实施例描述的各种解说性逻辑模块、和电路可用通用处理器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)或其它可编程逻辑器件、分立的门或晶体管逻辑、分立的硬件组件、或其设计成执行本文所描述功能的任何组合来实现或执行。通用处理器可以是微处理器，但在替换方案中，该处理器可以是任何常规的处理器、控制器、微控制器、或状态机。处理器还可以被实现为计算设备的组合，例如DSP与微处理器的组合、多个微处理器、与DSP核心协作的一个或多个微处理器、或任何其他此类配置。
结合本文中公开的实施例描述的方法或算法的步骤可直接在硬件中、在由处理器执行的软件模块中、或在这两者的组合中体现。软件模块可驻留在RAM存储器、闪存、ROM存储器、EPROM存储器、EEPROM存储器、寄存器、硬盘、可移动盘、CD-ROM、或本领域中所知的任何其他形式的存储介质中。示例性存储介质耦合到处理器以使得该处理器能从/向该存储介质读取和写入信息。在替换方案中，存储介质可以被整合到处理器。处理器和存储介质可驻留在ASIC中。ASIC可驻留在用户终端中。在替换方案中，处理器和存储介质可作为分立组件驻留在用户终端中。
在一个或多个示例性实施例中，所描述的功能可在硬件、软件、固件或其任何组合中实现。如果在软件中实现为计算机程序产品，则各功能可以作为一条或更多条指令或代码存储在计算机可读介质上或藉其进行传送。计算机可读介质包括计算机存储介质和通信介质两者，其包括促成计算机程序从一地向另一地转移的任何介质。存储介质可以是能被计算机访问的任何可用介质。作为示例而非限定，这样的计算机可读介质可包括RAM、ROM、EEPROM、CD-ROM或其它光盘存储、磁盘存储或其它磁存储设备、或能被用来携带或存储指令或数据结构形式的合意程序代码且能被计算机访问的任何其它介质。任何连接也被正当地称为计算机可读介质。例如，如果软件是使用同轴电缆、光纤电缆、双绞线、数字订户线(DSL)、或诸如红外、无线电、以及微波之类的无线技术从web网站、服务器、或其它远程源传送而来，则该同轴电缆、光纤电缆、双绞线、DSL、或诸如红外、无线电、以及微波之类的无线技术就被包括在介质的定义之中。如本文中所使用的盘(disk)和碟(disc)包括压缩碟(CD)、激光碟、光碟、数字多用碟(DVD)、软盘和蓝光碟，其中盘(disk)往往以磁的方式再现数据，而碟(disc)用激光以光学方式再现数据。上述的组合也应被包括在计算机可读介质的范围内。
尽管为使解释简单化将所述方法图示并描述为一系列动作，但是应理解并领会，这些方法不受动作的次序所限，因为根据一个或多个实施例，一些动作可按不同次序发生和/或与来自本文中图示和描述或本文中未图示和描述但本领域技术人员可以理解的其他动作并发地发生。
提供对本公开的先前描述是为使得本领域任何技术人员皆能够制作或使用本公开。对本公开的各种修改对本领域技术人员来说都将是显而易见的，且本文中所定义的普适原理可被应用到其他变体而不会脱离本公开的精神或范围。由此，本公开并非旨在被限定于本文中所描述的示例和设计，而是应被授予与本文中所公开的原理和新颖性特征相一致的最广范围。
Claims (17)
1.一种磁悬浮列车牵引供电系统的仿真方法，其特征在于，包括：
建立牵引供电系统模型，其中，每相邻的两个供电分区分别建立一套直线电机模型，以使相邻的两个供电分区共用对应的一套直线电机模型；
从牵引控制器获取控制信号；以及，
基于所述控制信号控制所述直线电机模型执行相应的动作，以输出动作后的参数。
2.如权利要求1所述的仿真方法，其特征在于，所述直线电机模型包括双端供电的直线电机模型；
所述每相邻的两个供电分区分别建立一套直线电机模型的步骤包括：
将第n直线电机模型的一供电端与第2n供电分区的一套牵引变流器模型建立电连接，并且将另一供电端通过单刀双掷开关可切换地与第2n供电分区相邻的第2n-1供电分区及第2n+1供电分区的一套牵引变流器模型建立电连接，第2n+1供电分区的一套牵引变流器还通过单刀双掷开关与第n+1直线电机模型建立电连接，n为正整数。
3.如权利要求1所述的仿真方法，其特征在于，所述直线电机模型包括双端供电的直线电机模型；
所述每相邻的两个供电分区分别建立一套直线电机模型的步骤包括：
将一套直线电机模型通过第一单刀双掷开关与第一供电分区的一套牵引变流器模型建立电连接，还通过第二单刀双掷开关与第二供电分区的一套牵引变流器模型建立电连接，还通过第三单刀双掷开关与第三供电分区的一套牵引变流器模型建立电连接，以形成三角环形循环结构的牵引供电系统模型。
4.如权利要求1所述的仿真方法，其特征在于，所述直线电机模型包括双端供电的直线电机模型；
所述每相邻的两个供电分区分别建立一套直线电机模型的步骤包括：
将第一直线电机模型的一供电端与第二供电分区的一套牵引变流器模型建立电连接，并且将另一供电端通过单刀双掷开关可切换地与第一供电分区及第三供电分区的一套牵引变流器模型建立电连接，将第二直线电机模型的一供电端与第四供电分区的一套牵引变流器模型建立电连接，并且将另一供电端通过单刀双掷开关可切换地与第三供电分区及第一供电分区的一套牵引变流器模型建立电连接，以形成四方环形循环结构的牵引供电系统模型。
5.如权利要求1所述的仿真方法，其特征在于，所述直线电机模型包括单端供电的直线电机模型；
所述每相邻的两个供电分区分别建立一套直线电机模型的步骤包括：
将第n直线电机模型通过第2n切换开关与第2n供电分区的一套牵引变流器模型建立电连接，并且还通过第2n-1切换开关与第2n-1供电分区的一套牵引变流器模型建立电连接，n为正整数。
6.如权利要求1所述的仿真方法，其特征在于，所述直线电机模型包括单端供电的直线电机模型；
所述每相邻的两个供电分区分别建立一套直线电机模型的步骤包括：
将一套直线电机模型通过第一切换开关与第一供电分区的一套牵引变流器模型建立电连接，还通过第二切换开关与第二供电分区的一套牵引变流器模型建立电连接，还通过第三切换开关与第三供电分区的一套牵引变流器模型建立电连接，以形成三角环形循环结构的牵引供电系统模型。
7.如权利要求1所述的仿真方法，其特征在于，所述直线电机模型包括单端供电的直线电机模型；
所述每相邻的两个供电分区分别建立一套直线电机模型的步骤包括：
将第一直线电机模型通过第一切换开关与第一供电分区的一套牵引变流器模型建立电连接，还通过第二切换开关与第二供电分区的一套牵引变流器模型建立电连接，将第二直线电机模型通过第三切换开关与第三供电分区的一套牵引变流器模型建立电连接，还通过第四切换开关与第四供电分区的一套牵引变流器模型建立电连接，以形成四方环形循环结构的牵引供电系统模型。
8.如权利要求2-7中任意一项所述的仿真方法，其特征在于，一套直线电机模型包括2组或3组直线电机模型；
一套牵引变流器模型包括2组或3组AC-DC-AC变流装置模型，一组直线电机模型与一组AC-DC-AC变流装置模型对应。
9.一种计算机可读介质，其特征在于，其上存储有计算机指令，所述计算机指令在由处理器执行时实现如权利要求1～8中任意一项所述的磁悬浮列车牵引供电系统的仿真方法的步骤。
10.一种磁悬浮列车牵引供电系统的仿真装置，其特征在于，包括处理器及与所述处理器通信连接的存储器；
所述处理器被配置为运行牵引供电系统模型，其中，每相邻的两个供电分区分别建立有一套直线电机模型，以使相邻的两个供电分区共用对应的一套直线电机模型；
所述处理器还被配置为从牵引控制器获取控制信号；
所述处理器还被配置为基于所述控制信号控制所述直线电机模型执行相应的动作，以输出动作后的参数。
11.如权利要求10所述的仿真装置，其特征在于，所述直线电机模型包括双端供电的直线电机模型；
第n直线电机模型的一供电端与第2n供电分区的一套牵引变流器模型电连接，并且将另一供电端通过单刀双掷开关可切换地与第2n供电分区相邻的第2n-1供电分区及第2n+1供电分区的一套牵引变流器模型电连接，n为正整数；
第2n+1供电分区的一套牵引变流器还通过单刀双掷开关与第n+1直线电机模型电连接。
12.如权利要求10所述的仿真装置，其特征在于，所述直线电机模型包括双端供电的直线电机模型；
一套直线电机模型通过第一单刀双掷开关与第一供电分区的一套牵引变流器模型电连接，还通过第二单刀双掷开关与第二供电分区的一套牵引变流器模型电连接，还通过第三单刀双掷开关与第三供电分区的一套牵引变流器模型电连接，以形成三角环形循环结构的牵引供电系统模型。
13.如权利要求10所述的仿真装置，其特征在于，所述直线电机模型包括双端供电的直线电机模型；
第一直线电机模型的一供电端与第二供电分区的一套牵引变流器模型电连接，并且另一供电端通过单刀双掷开关可切换地与第一供电分区及第三供电分区的一套牵引变流器模型电连接，第二直线电机模型的一供电端与第四供电分区的一套牵引变流器模型电连接，并且另一供电端通过单刀双掷开关可切换地与第三供电分区及第一供电分区的一套牵引变流器模型电连接，以形成四方环形循环结构的牵引供电系统模型。
14.如权利要求10所述的仿真装置，其特征在于，所述直线电机模型包括单端供电的直线电机模型；
第n直线电机模型通过第2n切换开关与第2n供电分区的一套牵引变流器模型电连接，并且还通过第2n-1切换开关与第2n-1供电分区的一套牵引变流器模型电连接，n为正整数。
15.如权利要求10所述的仿真装置，其特征在于，所述直线电机模型包括单端供电的直线电机模型；
一套直线电机模型通过第一切换开关与第一供电分区的一套牵引变流器模型电连接，还通过第二切换开关与第二供电分区的一套牵引变流器模型电连接，还通过第三切换开关与第三供电分区的一套牵引变流器模型电连接，以形成三角环形循环结构的牵引供电系统模型。
16.如权利要求10所述的仿真装置，其特征在于，所述直线电机模型包括单端供电的直线电机模型；
第一直线电机模型通过第一切换开关与第一供电分区的一套牵引变流器模型电连接，还通过第二切换开关与第二供电分区的一套牵引变流器模型电连接，第二直线电机模型通过第三切换开关与第三供电分区的一套牵引变流器模型电连接，还通过第四切换开关与第四供电分区的一套牵引变流器模型电连接，以形成四方环形循环结构的牵引供电系统模型。
17.如权利要求11～16中任意一项所述的仿真装置，其特征在于，一套直线电机模型包括2组或3组直线电机模型；
一套牵引变流器模型包括2组或3组AC-DC-AC变流装置模型，一组直线电机模型与一组AC-DC-AC变流装置模型对应。
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