CN113434992A - 牵引供电系统能效评估方法和系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及牵引供电技术领域，具体涉及一种牵引供电系统能效评估方法和系统，旨在解决牵引供电系统的能效评估不够准确的问题。为此目的，本发明的牵引供电系统能效评估方法，定时获取动力机车参数以及牵引网参数，建立牵引网模型，并进一步根据外部电源模型、牵引变电所模型和不同时刻建立的牵引网模型，建立牵引供电系统的动态模型，并应用该动态模型进行电力潮流计算，根据电力潮流计算结果来进行牵引供电系统的能效评估。本发明在牵引网模型中加入动力机车的时间、空间参数，能够实现牵引供电系统的动态模型能够反应出动力机车时间、空间变化情况，使得电力潮流计算结果更接近实际值，进一步使牵引供电系统的能效评估更为准确。

Description

牵引供电系统能效评估方法和系统
技术领域
本发明涉及牵引供电技术领域，具体涉及一种牵引供电系统能效评估方法和系统。
背景技术
电气化铁路凭借其运载能力大、行驶速度快、准点率高、受天气影响小、环境友好等特点成为现今铁路发展的主流方向。而牵引供电系统不仅承担着将电能从电力系统输送到高速行驶列车的任务，同时也实现了电能由三相交流到单相直流的转换，对于电气化铁路的运行起着非常重要的作用。而牵引供电系统节能降耗对于电气化铁路运行也具有重要意义。在对牵引供电系统进行节能降耗的关键所在就是对牵引供电系统进行有效的能效评估。
但是，目前针对牵引供电系统建立的多为静态模型，不能够准确反应牵引供电系统的实际运行状态，不符合牵引供电系统时空瞬变的特点。另外，有一些评估方法引入了动态模型进行牵引供电系统的评估，但是这些评估方法没有考虑到整个牵引供电系统的线路条件以及网压变换等因素的影响。
相应地，本领域需要一种新的牵引供电系统能效评估方案来解决上述问题。
发明内容
为了解决上述问题，即为了综合考虑牵引供电系统时空瞬变特点、线路条件以及网压变化等因素的影响，实现更为准确的牵引供电系统的能效评估，本发明提供了一种牵引供电系统能效评估方法和系统。
在第一方面，本发明提供一种牵引供电系统能效评估方法，所述牵引供电系统包括外部电源、牵引变电所和牵引网，所述牵引网用于向运行在铁路线路上的动力机车提供电能，所述评估方法包括：
获取预设的所述外部电源的外部电源模型和预设的所述牵引变电所的牵引变电所模型；
定时获取所述动力机车的动力机车参数以及所述牵引网的牵引网参数，并根据所述动力机车参数与所述牵引网参数建立所述牵引网的牵引网模型；
根据所述外部电源模型、所述牵引变电所模型以及在不同时刻建立的牵引网模型，建立所述牵引供电系统的动态模型；
应用所述牵引供电系统的动态模型对所述牵引供电系统进行电力潮流计算；
根据电力潮流计算的结果对所述牵引供电系统进行能效评估；
其中，所述动力机车参数包括所述动力机车的数量、位置和型号。
在上述评估方法的一个技术方案中，“应用所述牵引供电系统的动态模型对所述牵引供电系统进行电力潮流计算”的步骤具体包括：
在动力机车运行过程中，定时获取所述牵引网的牵引网电压，应用所述牵引供电系统的动态模型，根据所述牵引网电压计算所述动力机车的机车电流，根据所述牵引网电压与所述机车电流进行电力潮流计算。
在上述评估方法的一个技术方案中，“定时获取所述牵引网的牵引网电压，应用所述牵引供电系统的动态模型，根据所述牵引网电压计算所述动力机车的机车电流，根据所述牵引网电压与所述机车电流进行电力潮流计算”的步骤进一步包括：
步骤S1：获取动力机车的运行开始时刻以及时间步长，根据所述运行开始时刻与所述时间步长，确定对所述牵引供电系统进行电力潮流计算的计算开始时间；
步骤S2：在动力机车的运行时间达到所述计算开始时间后，获取所述牵引网的牵引网电压；
步骤S3：应用所述牵引供电系统的动态模型，根据所述牵引网电压计算所述动力机车的机车电流，根据所述牵引网电压与所述机车电流进行电力潮流计算；
步骤S4：判断迭代次数是否达到预设的次数阈值；
若是，转至步骤S5；若否，则转至步骤S6；
步骤S5：延长所述时间步长形成新的时间步长，根据所述动力机车的当前运行时刻与所述新的时间步长重新确定对所述牵引供电系统进行电力潮流计算的计算开始时间，随后转至步骤S2；
步骤S6：判断所述动力机车是否停止运行；
若是，输出电力潮流计算的结果；若否，则根据所述动力机车的当前运行时刻与所述时间步长重新确定对所述牵引供电系统进行电力潮流计算的计算开始时间，随后转至步骤S2。
在上述评估方法的一个技术方案中，“根据所述动力机车参数与所述牵引网参数建立所述牵引网的牵引网模型”的步骤具体包括：
根据接入所述牵引网的牵引变电所的位置，以及运行在铁路线路上的动力机车的实时位置，将所述牵引网切割成多个串联的牵引网子网；
获取每个牵引网子网中输电线路的等效输电线路电路，其中，所述等效输电线路电路包括两条等效电路；
根据所述牵引变电所的位置将所述牵引变电所的牵引变电所模型作为并联支路接入所述两条等效电路之间，根据所述动力机车的实时位置将所述动力机车的机车等效模型作为并联支路接入所述两条等效电路之间，以建立链式的牵引网模型。
在上述评估方法的一个技术方案中，“根据潮流计算的结果对所述牵引供电系统进行能效评估”的步骤具体包括：
获取每次对所述牵引供电系统进行电力潮流计算的电力潮流计算的结果以及相应的动力机车的运行时刻，根据所述潮流计算的结果分别计算在不同的运行时刻所述牵引供电系统的输入能效和输出能效；
根据所述牵引供电系统的输入能效和输出能效，获得所述牵引供电系统的电能供电效率；
并且/或者，
获取每次对所述牵引供电系统进行电力潮流计算的电力潮流计算的结果以及相应的动力机车的运行时刻，根据所述潮流计算的结果分别计算在不同的运行时刻所述牵引供电系统的输入能效和所述动力机车的消耗能效；
根据所述牵引供电系统的输入能效和所述动力机车的消耗能效，获得所述牵引供电系统的电能供电效率。
第二方面，提供一种牵引供电系统能效评估系统，所述牵引供电系统包括外部电源、牵引变电所和牵引网，所述牵引网用于向运行在铁路线路上的动力机车提供电能，所述评估系统包括：
预设模型获取模块，其被配置为获取预设的所述外部电源的外部电源模型和预设的所述牵引变电所的牵引变电所模型；
牵引网模型建立模块，其被配置为定时获取所述动力机车的动力机车参数以及所述牵引网的牵引网参数，并根据所述动力机车参数与所述牵引网参数建立所述牵引网的牵引网模型；
动态模型建立模块，其被配置为根据所述外部电源模型、所述牵引变电所模型以及在不同时刻建立的牵引网模型，建立所述牵引供电系统的动态模型；
潮流计算模块，其被配置为应用所述牵引供电系统的动态模型对所述牵引供电系统进行电力潮流计算；
能效评估模块，其被配置为根据电力潮流计算的结果对所述牵引供电系统进行能效评估；
其中，所述动力机车参数包括所述动力机车的数量、位置和型号。
在上述评估系统的一个技术方案中，所述潮流计算模块进一步被配置为：
在动力机车运行过程中，定时获取所述牵引网的牵引网电压，应用所述牵引供电系统的动态模型，根据所述牵引网电压计算所述动力机车的机车电流，根据所述牵引网电压与所述机车电流进行电力潮流计算。
在上述评估系统的一个技术方案中，所述潮流计算模块进一步被配置为按照以下步骤进行潮流计算：
步骤S1：获取动力机车的运行开始时刻以及时间步长，根据所述运行开始时刻与所述时间步长，确定对所述牵引供电系统进行电力潮流计算的计算开始时间；
步骤S2：在动力机车的运行时间达到所述计算开始时间后，获取所述牵引网的牵引网电压；
步骤S3：应用所述牵引供电系统的动态模型，根据所述牵引网电压计算所述动力机车的机车电流，根据所述牵引网电压与所述机车电流进行电力潮流计算；
步骤S4：判断迭代次数是否达到预设的次数阈值；
若是，转至步骤S5；若否，则转至步骤S6；
步骤S5：延长所述时间步长形成新的时间步长，根据所述动力机车的当前运行时刻与所述新的时间步长重新确定对所述牵引供电系统进行电力潮流计算的计算开始时间，随后转至步骤S2；
步骤S6：判断所述动力机车是否停止运行；
若是，输出电力潮流计算的结果；若否，则根据所述动力机车的当前运行时刻与所述时间步长重新确定对所述牵引供电系统进行电力潮流计算的计算开始时间，随后转至步骤S2。
在上述评估系统的一个技术方案中，所述牵引网模型建立模块包括：
牵引网切割单元，其被配置为根据接入所述牵引网的牵引变电所的位置，以及运行在铁路线路上的动力机车的实时位置，将所述牵引网切割成多个串联的牵引网子网；
等效电路获取单元，其被配置为获取每个牵引网子网中输电线路的等效输电线路电路，其中，所述等效输电线路电路包括两条等效电路；
牵引网模型建立单元，其被配置为根据所述牵引变电所的位置将所述牵引变电所的牵引变电所模型作为并联支路接入所述两条等效电路之间，根据所述动力机车的实时位置将所述动力机车的机车等效模型作为并联支路接入所述两条等效电路之间，以建立链式的牵引网模型。
在上述评估系统的一个技术方案中，所述能效评估模块包括：
输入输出能效计算单元，其被配置为获取每次对所述牵引供电系统进行电力潮流计算的电力潮流计算的结果以及相应的动力机车的运行时刻，根据所述潮流计算的结果分别计算在不同的运行时刻所述牵引供电系统的输入能效和输出能效；
第一供电效率计算单元，其被配置为根据所述牵引供电系统的输入能效和输出能效，获得所述牵引供电系统的电能供电效率；
并且/或者，输入消耗能效计算单元，其被配置为获取每次对所述牵引供电系统进行电力潮流计算的电力潮流计算的结果以及相应的动力机车的运行时刻，根据所述潮流计算的结果分别计算在不同的运行时刻所述牵引供电系统的输入能效和所述动力机车的消耗能效；
第二供电效率计算单元，其被配置为根据所述牵引供电系统的输入能效和所述动力机车的消耗能效，获得所述牵引供电系统的电能供电效率。
在实施本发明的技术方案中，能够定时获取动力机车参数和牵引网参数，并根据动力机车参数和牵引网参数建立牵引网模型，进一步根据不同时刻建立的牵引网模型、外部电源模型和牵引变电所模型建立牵引供电系统的动态模型，根据牵引供电系统的动态模型进行电力潮流计算，并根据电力潮流计算的结果对牵引供电系统进行能效评估。
通过上述设置，将不同时刻的动力机车参数(包含动力机车的数量、位置和型号)引入到牵引网模型中，并根据包含动力机车参数的不同时刻建立的牵引网模型建立牵引供电系统的动态模型，使得牵引供电系统的动态模型能够有效反应牵引供电系统在不同时刻不同位置的线路条件和网压变化情况，基于牵引供电系统的动态模型进行电力潮流计算，能够获得更为准确的电力潮流的结果，也就能够对牵引供电系统的能效实现更为准确的评估。
附图说明
参照附图，本发明的公开内容将变得更易理解。本领域技术人员容易理解的是：这些附图仅仅用于说明的目的，而并非意在对本实用新型的保护范围组成限制。其中：
图1是根据本发明的一个实施例的牵引供电系统能效评估方法的主要步骤流程图；
图2是根据本发明的一个实施例的牵引供电系统组成示意图；
图3是根据本发明的一个实施例的外部电源模型示意图；
图4是根据本发明的一个实施例的牵引变电所模型示意图；
图5是根据本发明实施例的一个实施方式的全并联AT牵引网等效模型；
图6是根据本发明实施例的一个实施方式的牵引网模型示意图；
图7是根据本发明实施例的一个实施方式的建立牵引供电系统的动态模型的主要步骤流程图；
图8是根据本发明实施例的一个实施方式的电力潮流计算的主要步骤流程图；
图9是根据本发明的一个实施例的牵引供电系统能效评估系统的主要结构框图。
具体实施方式
下面参照附图来描述本发明的一些实施方式。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本发明的技术原理，并非旨在限制本发明的保护范围。
在本发明的描述中，“模块”、“处理器”可以包括硬件、软件或者两者的组合。一个模块可以包括硬件电路，各种合适的感应器，通信端口，存储器，也可以包括软件部分，比如程序代码，也可以是软件和硬件的组合。处理器可以是中央处理器、微处理器、数字信号处理器或者其他任何合适的处理器。处理器具有数据和/或信号处理功能。处理器可以以软件方式实现、硬件方式实现或者二者结合方式实现。非暂时性的计算机可读存储介质包括任何合适的可存储程序代码的介质，比如磁碟、硬盘、光碟、闪存、只读存储器、随机存取存储器等等。术语“A和/或B”表示所有可能的A与B的组合，比如只是A、只是B或者A和B。术语“至少一个A或B”或者“A和B中的至少一个”含义与“A和/或B”类似，可以包括只是A、只是B或者A和B。单数形式的术语“一个”、“这个”也可以包含复数形式。
这里先解释本发明涉及到的一些术语。
牵引供电系统，是指电力系统或一次供电系统接受电能，通过变压、变相或换流(将工频交流变换为低频交流或直流电压)后，向动力机车提供所需电流制式的电能，并完成牵引电能传输、配电等全部功能的完整系统。牵引供电系统主要由外部电源、牵引变电所和牵引网组成。
牵引变电所，是指将外部电源传输线送来的电能变换成适合动力机车所需的电压，并分送到牵引网的场所。
牵引网，是电气化铁路牵引供电系统中的主要供电设备，是指电气化铁路线路上空架设的特殊输电线，其功能为向运行在铁路线路上的动力机车不间断地提供电能。
AT(Auto Transformer)，是指自耦变压器，供电方式采用AT供电方式时，牵引变电所主变输出电压，经AT(自耦变压器，变比2:1)向牵引网供电，一端接牵引网，另一端接正馈线，其中点抽头则与钢轨相连。
AT所，是牵引变电所的一部分，牵引网采用AT供电方式时，在铁路沿线每隔一定间距如10km左右设置一台自耦变压器，自耦变压器及其相关设备所在区域称做AT所。
电力潮流计算，是指在给定电力系统网络拓扑、元件参数和发电、负荷参量条件下，计算有功功率、无功功率及电压在电力网中的分布。电力潮流计算是电力系统非常重要的分析计算，用以研究系统规划和运行中提出的各种问题。
目前所建立的牵引供电系统的模型多为静态模型，亦或是虽然建立了牵引供电系统的动态模型，但是没有考虑到牵引网线路条件以及网压变化的影响，同时在进行潮流计算时也没有考虑到牵引供电系统时空瞬变的特点，导致对牵引供电系统的能效评估不够准确的问题。相应地，本发明提供一种牵引供电系统能效评估方法来解决上述问题。
参阅图1和图2，图1是根据本发明的一个实施例的牵引供电系统能效评估方法的主要流程示意图，图2是根据本发明的一个实施例的牵引供电系统组成示意图。本发明提供一种牵引供电系统能效评估方法实施例，其中，牵引供电系统包括外部电源、牵引变电所和牵引网，如图2所示，牵引网用于向运行在铁路线路上的动力机车提供电能。如图1所示，本发明实施例中的牵引供电系统能效评估方法主要包括以下步骤：
步骤S101：获取预设的外部电源的外部电源模型和预设的牵引变电所的牵引变电所模型。
在本实施例中，由于外部电源和牵引变电所的整体结构和接线较为复杂，需要获取预设的外部电源的外部电源模型和预设的牵引变电所的牵引变电所模型，以方便后续步骤的进行参数的获取及模型的建立过程。
具体地，参阅图3和图4，将外部电源等效为如图3所示的外部电源模型，其中外部电源主要由发电厂和输电线路组成，发电厂产生的电能通过输电线路输送至牵引变电所。图3中ySA、ySB、ySC分别为发电厂三相线路的等效导纳，ISA、ISB、ISC分别为发电厂三相线路的等效电流。将牵引变电所等效为如图4所示的牵引变电所模型。图4中牵引变电所主要由牵引变压器组成，应用最广泛的是Vx接线的牵引变压器，Vx牵引变压器均是由两台分体的单相牵引变压器组合而成，高压绕组AB、次边绕组αT和αF组成α绕组；高压绕组BC、次边绕组βT和βF组成β绕组；Ia、Ib、Ic和分别为高压侧A,B,C线电流；IαT、IαF、IβT和IβF和分别为α绕组、β绕组的接触线绕组电流和负馈线绕组电流。其中，Vx接线牵引变压器是电气化铁路用于AT供电方式的变压器，目前主要用于高速铁路或客运专线。高压为一个绕组，低压分为T和F绕组，两个绕组中间接地，当两个这样的单相变压器组合到一起时，就组成了Vx接线。
步骤S102：定时获取动力机车的动力机车参数以及牵引网的牵引网参数，并根据动力机车参数与牵引网参数建立牵引网的牵引网模型。
在本实施例中，定时获取动力机车的动力机车参数，也就是需要在间隔固定时间获取牵引网中动力机车的数量、位置及型号信息，并且同样间隔固定时间获取牵引网参数，并根据动力机车参数和牵引网参数建立不同时刻的牵引网模型。
步骤S103：根据外部电源模型、牵引变电所模型以及在不同时刻建立的牵引网模型，建立牵引供电系统的动态模型。
在本实施例中，根据外部电源模型、牵引变电所模型以及不同时刻建立的牵引网模型，建立牵引供电系统的动态模型。由于牵引供电系统建立过程中，是以不同时刻建立的牵引网模型作为依据之一，而不同时刻的牵引网模型中包含的不同时刻动力机车的数量、位置和型号信息，因而建立的牵引供电系统的动态模型中，包含了动力机车的时空瞬变信息，并进一步包含了线路条件和网压对于动力机车的影响信息。
步骤S104：应用牵引供电系统的动态模型对牵引供电系统进行电力潮流计算。
在本实施例中，应用包含了时空瞬变信息的牵引供电系统的动态模型对牵引供电系统进行电力潮流计算，获取用以分析牵引供电系统的相关数值。
步骤S105：根据电力潮流计算的结果对牵引供电系统进行能效评估。
在本实施例中，根据步骤S104中进行电力潮流计算获得的相关数值对牵引供电系统进行能效评估，以便于为牵引供电系统进行节能降耗提供依据。
通过上述步骤S101至步骤S105，本发明实施例的牵引供电系统能效评估方法定时获取动力机车参数和牵引网参数，并根据动力机车参数和牵引网参数建立牵引网模型，并根据外部电源模型、牵引变电所模型和不同时刻建立的牵引网模型建立牵引供电系统的动态模型，进一步根据牵引供电系统的动态模型对牵引供电系统进行潮流计算，根据潮流计算的结果对牵引供电系统进行能效评估。在牵引网模型建立时，引入了定时获取的动力机车参数(即动力机车的数量、位置和型号信息)，使得牵引网模型更符合实际牵引网的时空瞬变特点，进一步根据不同时刻建立的牵引网模型建立牵引供电系统的动态模型，则牵引供电系统的动态模型中也包含的动力机车的参数(即动力机车的数量、位置和型号信息)，利用牵引供电系统的动态模型进行电力潮流计算，使得电力潮流计算的结果更接近实际值，根据电力潮流计算的结果进行牵引供电系统的能效评估，使得能效评估更为准确。
下面对上述步骤S102，步骤S104和步骤S105作进一步的说明。
在本发明实施例步骤S102的一个实施方式中，步骤S102可以包括以下步骤：
步骤S1021：根据接入牵引网的牵引变电所的位置，以及运行在铁路线路上的动力机车的实时位置，将牵引网切割成多个串联的牵引网子网；
步骤S1022：获取每个牵引网子网中输电线路的等效输电线路电路，其中，等效输电线路电路包括两条等效电路；
步骤S1023：根据牵引变电所的位置将牵引变电所的牵引变电所模型作为并联支路接入两条等效电路之间，根据动力机车的实时位置将动力机车的机车等效模型作为并联支路接入两条等效电路之间，以建立链式的牵引网模型。
在本实施方式中，根据计入牵引网的牵引变电所的位置以及运行在铁路线路上的动力机车的实际位置，将牵引网划分为多个串联的牵引网子网，并获取每个牵引子网输电线路的等效输电线路电路，并根据牵引变电所的位置将牵引变电所模型作为并联支路接入等效输电线路电路的两条等效电路之间，根据动力机车的实时位置将动力机车的等效模型作为并联支路接入到两条等效电路之间，以形成链式的牵引网模型，使得链式的牵引网模型能够包含牵引变电所信息和时间、空间双维度变化的动力机车信息。
一个例子，参阅图5，牵引变电所包括AT所，如图5所示，全并联AT牵引网包含承力索、吊弦、接触线、正馈线、钢轨等，而钢轨直接与大地接触并连接。为方便建模分析，忽略了一些次要因素，将承力索—地回路、接触线—地回路与等效成T线，将钢轨—地回路、保护线—地回路等效成R线，将正馈线—地回路等效成F线形成如图5所示的全并联AT牵引网等效模型。
具体地，参阅图6，将牵引网等效为链式的牵引网模型，包含牵引变电所模型和动力机车等效模型，其中牵引变电所模型还包括AT所模型。如图6所示，ZLj、ZLj+1、ZLj+2……为每段输电线路等效阻抗矩阵，YLj/2、YLj+1/2、YLj+2/2……为每段输电线路等效导纳矩阵；YTPS为牵引变电所的导纳矩阵，ITPS为牵引变电所的诺顿电流矩阵；Sk为动力机车的等效模型；YAT为AT所变压器的导纳矩阵。在一个例子中，Sk为动力机车消耗的复功率。在另一个例子中，Sk为动力机车注入到牵引网的谐波电流。
在本发明实施例步骤S104的一个实施方式中，步骤S104可以包括以下步骤：
在动力机车运行过程中，定时获取牵引网的牵引网电压，应用牵引供电系统的动态模型，根据牵引网电压计算动力机车的机车电流，根据牵引网电压与机车电流进行电力潮流计算。
在本实施方式中，通过定时获取牵引网电压，应用牵引供电系统的动态模型根据牵引网电压计算动力机车的机车电流，并应用牵引网电压和机车电流的计算结果来进行电力潮流计算。
参阅图8，在本发明实施例步骤S104的另一个实施方式中，步骤S104可以包括以下步骤：
步骤S1041：获取动力机车的运行开始时刻以及时间步长，根据运行开始时刻与时间步长，确定对牵引供电系统进行电力潮流计算的计算开始时间。
在本实施方式中，先获取动力机车的运行开始时刻和时间步长，并根据运行开始时刻和时间步长，确定对牵引供电系统进行电力潮流计算的开始时间。其中，时间步长为进行电力潮流计算的时间间隔。在进行电力潮流计算过程中，时间步长的选择是很重要的。如果时间步长选择的过小，则会导致计算量过大，影响计算速度；如果时间步长选择较大，则会影响潮流计算的准确度。本领域技术人员可以根据实际应用的需要选择时间步长的取值。一个例子，时间步长的取值为1s。
步骤S1042：在动力机车的运行时间达到计算开始时间后，获取牵引网的牵引网电压。
在本实施方式中，在动力机车的运行时间达到电力潮流计算开始时间后，获取此时刻的牵引网电压。
步骤S1043：应用牵引供电系统的动态模型，根据牵引网电压计算动力机车的机车电流，根据牵引网电压与机车电流进行电力潮流计算。
在本实施方式中，应用牵引供电系统的动态模型，根据此时刻的牵引网电压计算此时刻的动力机车的机车电流，并根据此时刻牵引网电压与机车电流进行此时刻电力潮流计算。一个例子，应用牛拉法进行电力潮流计算。其中，牛拉法具体是指牛顿-拉夫逊法，又称牛顿迭代法，是一种在实数域和复数域上近似求解方程的方法。应用牛拉法进行电力潮流计算能够获得较快的收敛速度，且收敛可靠性较高。
步骤S1044：判断迭代次数是否达到预设的次数阈值。若是，跳转至步骤S1045；若否，跳转至步骤S1046。
在本实施方式中，通过判断电力潮流计算的迭代次数来改变时间步长的大小，使得整个电力潮流计算的计算结果达到最优。其中，迭代次数是指迭代运算过程中的循环次数。
具体地，当迭代次数达到预设的次数阈值，则调整时间步长；当迭代次数未达到预设的次数阈值，则跳转至步骤S1046。一个例子，次数阈值为5。
步骤S1045：延长时间步长形成新的时间步长，根据动力机车的当前运行时刻与新的时间步长重新确定对牵引供电系统进行电力潮流计算的计算开始时间。
在本实施方式中，当迭代次数阈值达到预设的次数阈值时，则延长时间步长以形成新的时间步长，根据动力机车的当前运行时刻与新的时间步长重新确定对牵引供电系统进行电力潮流计算的计算开始时间，并跳转至步骤S1042。
步骤S1046：判断动力机车是否停止运行。若是，跳转至步骤S1047；若否，跳转至步骤S1048。
在本实施方式中，判断动力机车是否停止运行，若是，则跳转至S1048输出电力潮流计算结果；若否，跳转至步骤S1047。
步骤S1047：根据动力机车的当前运行时刻与时间步长重新确定对牵引供电系统进行电力潮流计算的计算开始时间。
在本实施方式中，根据动力机车的当前运行时刻与时间步长重新确定对牵引供电系统进行电力潮流计算的计算开始时间，并跳转至步骤S1042。
步骤S1048：输出电力潮流计算的结果。
在本实施方式中，通过多次迭代获得牵引供电系统的电力潮流计算的结果。
在本发明实施例步骤S105的一个实施方式中，步骤S105可以包括以下步骤：
步骤S1051：获取每次牵引供电系统进行电力潮流计算的电力潮流计算的结果以及相应的动力机车的运行时刻，根据潮流计算的结果分别计算在不同的运行时刻牵引供电系统的输入能效和输出能效；
步骤S1051：根据牵引供电系统的输入能效和输出能效，获得牵引供电系统的电能供电效率。
在本实施方式中，可以根据每次牵引供电系统电力潮流计算的结果以及相应的动力机车的运行时刻，计算动力机车不同运行时刻牵引供电系统的输入能效和输出能效，并进一步根据牵引供电系统的输入能效和输出能效，按照以下公式计算牵引供电系统的电能供电效率：
η＝E输出/E输入×100％
其中，η为牵引供电系统的电能供电效率，E输出为牵引供电系统的输出能效，E输出为牵引供电系统的输入能效。
在本发明实施例步骤S105的另一个实施方式中，步骤S105可以包括以下步骤：
步骤S1053：获取每次对牵引供电系统进行电力潮流计算的电力潮流计算的结果以及相应的动力机车的运行时刻，根据潮流计算的结果分别计算在不同的运行时刻牵引供电系统的输入能效和动力机车的消耗能效；
步骤S1054：根据牵引供电系统的输入能效和动力机车的消耗能效，获得牵引供电系统的电能供电效率。
在本实施方式中，可以根据每次牵引供电系统的电力潮流计算的结果，以及相应的动力机车的运行时刻，分别计算不同的运行时刻牵引供电系统的输入能效和动力机车的消耗能效，并根据牵引供电系统的输入能效和动力机车的消耗能效，按照以下公式计算牵引供电系统的电能供电效率：
η＝1-E消耗/E输入×100％
其中，η为牵引供电系统的电能供电效率，E消耗为动力机车的消耗能效，E输入为牵引供电系统的输入能效。
特别地，牵引供电系统的能效评估可以基于牵引供电系统的动态能耗数据库进行，动态能耗数据库可以基于牵引供电系统的动态模型进行电力潮流计算获得或者由现场测量获得，然后可以根据动态能耗数据可进行能效评估。通常，电能质量的能效评估主要包括能源的定量评估和效率的定性评估。能源的定量评估用来判断牵引供电系统、牵引传动系统的电气设备能耗以及动力机车在运行过程中阻力的能耗，获得不同的能耗数据，确定能耗量最大的部分。可以根据牵引供电系统的电能供电效率，针对性提高牵引供电系统中电能供电效率较低部分的效率，从牵引供电系统电能供电效率低的系统或者设备入手，进行节能降耗。
参与附图7，在本发明实施例的一个实施方式中，可以根据以下步骤建立牵引供电系统的动态模型：
步骤S201：建立外部电源的外部电源模型。
步骤S202：建立牵引变电所的牵引变电所模型。
在本实施方式中，步骤S201和步骤S202与的方法和前述实施例中的步骤S101的方法类似，为了描述简洁，在此不再赘述。
步骤S203：获取T时刻的牵引网的牵引网参数。
其中，牵引网参数包含在接入牵引网的动力机车的参数。
步骤S204：建立T时刻的牵引网的牵引网模型。
在本实施方式中，步骤S203和步骤S204的方法和前述实施例中的步骤S102的方法类似，为了描述简洁，在此不再赘述。
步骤S205：建立T时刻的牵引供电系统模型。
步骤S206：更新时刻T＝T+△t后，跳转至步骤S203，直至牵引供电系统的动态模型建立完成。
其中，△t可以根据实际应用的需要进行设定。
在本实施方式中，根据T时刻的牵引网模型建立T时刻的牵引供电系统模型，并进行时间迭代，更新时刻T＝T+△t，继续跳转至步骤S203，以获得多个不同时刻的牵引供电系统模型，将这些不同时刻的牵引供电系统模型组合成为牵引供电系统的动态模型。
需要指出的是，尽管上述实施例中将各个步骤按照特定的先后顺序进行了描述，但是本领域技术人员可以理解，为了实现本发明的效果，不同的步骤之间并非必须按照这样的顺序执行，其可以同时(并行)执行或以其他顺序执行，这些变化都在本发明的保护范围之内。
进一步，本发明还提供了一种牵引供电系统能效评估系统。
参阅附图9，图9是根据本发明的一个实施例的牵引供电系统能效评估系统的主要结构框图。如图9所示，本发明实施例中，牵引供电系统包括外部电源、牵引变电所和牵引网，牵引网用于向运行在铁路线路上的动力机车提供电能，评估系统可以包括预设模型获取模块、牵引网模型建立模块、动态模型建立模块、潮流计算模块和能效评估模块。在本实施例中，预设模型获取模块可以被配置为获取预设的外部电源的外部电源模型和预设的牵引变电所的牵引变电所模型。牵引网模型建立模块可以被配置为定时获取动力机车的动力机车参数以及牵引网的牵引网参数，并根据动力机车参数与牵引网参数建立牵引网的牵引网模型。动态模型建立模块可以被配置为根据外部电源模型、牵引变电所模型以及在不同时刻建立的牵引网模型，建立牵引供电系统的动态模型。潮流计算模块可以被配置为应用牵引供电系统的动态模型对牵引供电系统进行电力潮流计算。能效评估模块可以被配置为根据电力潮流计算的结果对牵引供电系统进行能效评估。其中，动力机车参数包括动力机车的数量、位置和型号。
在一个实施方式中，潮流计算模块可以进一步被配置为在动力机车运行过程中，定时获取牵引网的牵引网电压，应用牵引供电系统的动态模型，根据牵引网电压计算动力机车的机车电流，根据牵引网电压与机车电流进行电力潮流计算。
在一个实施方式中，潮流计算模块可以进一步被配置为按照以下步骤进行潮流计算：步骤S1：获取动力机车的运行开始时刻以及时间步长，根据运行开始时刻与时间步长，确定对牵引供电系统进行电力潮流计算的计算开始时间；步骤S2：在动力机车的运行时间达到计算开始时间后，获取牵引网的牵引网电压；步骤S3：应用牵引供电系统的动态模型，根据牵引网电压计算动力机车的机车电流，根据牵引网电压与机车电流进行电力潮流计算；步骤S4：判断迭代次数是否达到预设的次数阈值；若是，转至步骤S5；若否，则转至步骤S6；步骤S5：延长时间步长形成新的时间步长，根据动力机车的当前运行时刻与新的时间步长重新确定对牵引供电系统进行电力潮流计算的计算开始时间，随后转至步骤S2；步骤S6：判断动力机车是否停止运行；若是，输出电力潮流计算的结果；若否，则根据动力机车的当前运行时刻与时间步长重新确定对牵引供电系统进行电力潮流计算的计算开始时间，随后转至步骤S2。
在一个实施方式中，牵引网模型建立模块可以包括牵引网切割单元、等效电路获取单元和牵引网模型建立单元。牵引网切割单元可以被配置为根据接入牵引网的牵引变电所的位置，以及运行在铁路线路上的动力机车的实时位置，将牵引网切割成多个串联的牵引网子网。等效电路获取单元可以被配置为获取每个牵引网子网中输电线路的等效输电线路电路，其中，等效输电线路电路包括两条等效电路。牵引网模型建立单元可以被配置为根据牵引变电所的位置将牵引变电所的牵引变电所模型作为并联支路接入两条等效电路之间，根据动力机车的实时位置将动力机车的机车等效模型作为并联支路接入两条等效电路之间，以建立链式的牵引网模型。
在一个实施方式中，能效评估模块可以包括输入输出能效计算单元和第一供电效率计算单元。输入输出能效计算单元可以被配置为获取每次对牵引供电系统进行电力潮流计算的电力潮流计算的结果以及相应的动力机车的运行时刻，根据潮流计算的结果分别计算在不同的运行时刻牵引供电系统的输入能效和输出能效。第一供电效率计算单元可以被配置为根据牵引供电系统的输入能效和输出能效，获得牵引供电系统的电能供电效率。
在一个实施方式中，能效评估模块可以包括输入消耗能效计算单元和第二供电效率计算单元。输入消耗能效计算单元可以被配置为获取每次对牵引供电系统进行电力潮流计算的电力潮流计算的结果以及相应的动力机车的运行时刻，根据潮流计算的结果分别计算在不同的运行时刻牵引供电系统的输入能效和动力机车的消耗能效。第二供电效率计算单元可以被配置为根据牵引供电系统的输入能效和动力机车的消耗能效，获得牵引供电系统的电能供电效率。
上述牵引供电系统能效评估系统以用于执行图1所示的牵引供电系统能效评估方法实施例，两者的技术原理、所解决的技术问题及产生的技术效果相似，本技术领域技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，牵引供电系统能效评估系统的具体工作过程及有关说明，可以参考牵引供电系统能效评估方法的实施例所描述的内容，此处不再赘述。
本领域技术人员能够理解的是，本发明实现上述一实施例的方法中的全部或部分流程，也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述各个方法实施例的步骤。其中，所述计算机程序包括计算机程序代码，所述计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。所述计算机可读介质可以包括：能够携带所述计算机程序代码的任何实体或装置、介质、U盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器、随机存取存储器、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。需要说明的是，所述计算机可读介质包含的内容可以根据司法管辖区内立法和专利实践的要求进行适当的增减，例如在某些司法管辖区，根据立法和专利实践，计算机可读介质不包括电载波信号和电信信号。
进一步，应该理解的是，由于各个模块的设定仅仅是为了说明本发明的装置的功能单元，这些模块对应的物理器件可以是处理器本身，或者处理器中软件的一部分，硬件的一部分，或者软件和硬件结合的一部分。因此，图中的各个模块的数量仅仅是示意性的。
本领域技术人员能够理解的是，可以对装置中的各个模块进行适应性地拆分或合并。对具体模块的这种拆分或合并并不会导致技术方案偏离本发明的原理，因此，拆分或合并之后的技术方案都将落入本发明的保护范围内。
至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本发明的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征作出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种牵引供电系统能效评估方法，其特征在于，所述牵引供电系统包括外部电源、牵引变电所和牵引网，所述牵引网用于向运行在铁路线路上的动力机车提供电能，所述评估方法包括：
获取预设的所述外部电源的外部电源模型和预设的所述牵引变电所的牵引变电所模型；
定时获取所述动力机车的动力机车参数以及所述牵引网的牵引网参数，并根据所述动力机车参数与所述牵引网参数建立所述牵引网的牵引网模型；
根据所述外部电源模型、所述牵引变电所模型以及在不同时刻建立的牵引网模型，建立所述牵引供电系统的动态模型；
应用所述牵引供电系统的动态模型对所述牵引供电系统进行电力潮流计算；
根据电力潮流计算的结果对所述牵引供电系统进行能效评估；
其中，所述动力机车参数包括所述动力机车的数量、位置和型号。
2.根据权利要求1所述的牵引供电系统能效评估方法，其特征在于，“应用所述牵引供电系统的动态模型对所述牵引供电系统进行电力潮流计算”的步骤具体包括：
在动力机车运行过程中，定时获取所述牵引网的牵引网电压，应用所述牵引供电系统的动态模型，根据所述牵引网电压计算所述动力机车的机车电流，根据所述牵引网电压与所述机车电流进行电力潮流计算。
3.根据权利要求2所述的牵引供电系统能效评估方法，其特征在于，“定时获取所述牵引网的牵引网电压，应用所述牵引供电系统的动态模型，根据所述牵引网电压计算所述动力机车的机车电流，根据所述牵引网电压与所述机车电流进行电力潮流计算”的步骤进一步包括：
步骤S1：获取动力机车的运行开始时刻以及时间步长，根据所述运行开始时刻与所述时间步长，确定对所述牵引供电系统进行电力潮流计算的计算开始时间；
步骤S2：在动力机车的运行时间达到所述计算开始时间后，获取所述牵引网的牵引网电压；
步骤S3：应用所述牵引供电系统的动态模型，根据所述牵引网电压计算所述动力机车的机车电流，根据所述牵引网电压与所述机车电流进行电力潮流计算；
步骤S4：判断迭代次数是否达到预设的次数阈值；
若是，转至步骤S5；若否，则转至步骤S6；
步骤S5：延长所述时间步长形成新的时间步长，根据所述动力机车的当前运行时刻与所述新的时间步长重新确定对所述牵引供电系统进行电力潮流计算的计算开始时间，随后转至步骤S2；
步骤S6：判断所述动力机车是否停止运行；
若是，输出电力潮流计算的结果；若否，则根据所述动力机车的当前运行时刻与所述时间步长重新确定对所述牵引供电系统进行电力潮流计算的计算开始时间，随后转至步骤S2。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的牵引供电系统能效评估方法，其特征在于，“根据所述动力机车参数与所述牵引网参数建立所述牵引网的牵引网模型”的步骤具体包括：
根据接入所述牵引网的牵引变电所的位置，以及运行在铁路线路上的动力机车的实时位置，将所述牵引网切割成多个串联的牵引网子网；
获取每个牵引网子网中输电线路的等效输电线路电路，其中，所述等效输电线路电路包括两条等效电路；
根据所述牵引变电所的位置将所述牵引变电所的牵引变电所模型作为并联支路接入所述两条等效电路之间，根据所述动力机车的实时位置将所述动力机车的机车等效模型作为并联支路接入所述两条等效电路之间，以建立链式的牵引网模型。
5.根据权利要求3所述的牵引供电系统能效评估方法，其特征在于，“根据潮流计算的结果对所述牵引供电系统进行能效评估”的步骤具体包括：
获取每次对所述牵引供电系统进行电力潮流计算的电力潮流计算的结果以及相应的动力机车的运行时刻，根据所述潮流计算的结果分别计算在不同的运行时刻所述牵引供电系统的输入能效和输出能效；
根据所述牵引供电系统的输入能效和输出能效，获得所述牵引供电系统的电能供电效率；
并且/或者，
获取每次对所述牵引供电系统进行电力潮流计算的电力潮流计算的结果以及相应的动力机车的运行时刻，根据所述潮流计算的结果分别计算在不同的运行时刻所述牵引供电系统的输入能效和所述动力机车的消耗能效；
根据所述牵引供电系统的输入能效和所述动力机车的消耗能效，获得所述牵引供电系统的电能供电效率。
6.一种牵引供电系统能效评估系统，其特征在于，所述牵引供电系统包括外部电源、牵引变电所和牵引网，所述牵引网用于向运行在铁路线路上的动力机车提供电能，所述评估系统包括：
预设模型获取模块，其被配置为获取预设的所述外部电源的外部电源模型和预设的所述牵引变电所的牵引变电所模型；
牵引网模型建立模块，其被配置为定时获取所述动力机车的动力机车参数以及所述牵引网的牵引网参数，并根据所述动力机车参数与所述牵引网参数建立所述牵引网的牵引网模型；
动态模型建立模块，其被配置为根据所述外部电源模型、所述牵引变电所模型以及在不同时刻建立的牵引网模型，建立所述牵引供电系统的动态模型；
潮流计算模块，其被配置为应用所述牵引供电系统的动态模型对所述牵引供电系统进行电力潮流计算；
能效评估模块，其被配置为根据电力潮流计算的结果对所述牵引供电系统进行能效评估；
其中，所述动力机车参数包括所述动力机车的数量、位置和型号。
7.根据权利要求1所述的牵引供电系统能效评估系统，其特征在于，所述潮流计算模块进一步被配置为：
在动力机车运行过程中，定时获取所述牵引网的牵引网电压，应用所述牵引供电系统的动态模型，根据所述牵引网电压计算所述动力机车的机车电流，根据所述牵引网电压与所述机车电流进行电力潮流计算。
8.根据权利要求2所述的牵引供电系统能效评估系统，其特征在于，所述潮流计算模块进一步被配置为按照以下步骤进行潮流计算：
步骤S1：获取动力机车的运行开始时刻以及时间步长，根据所述运行开始时刻与所述时间步长，确定对所述牵引供电系统进行电力潮流计算的计算开始时间；
步骤S2：在动力机车的运行时间达到所述计算开始时间后，获取所述牵引网的牵引网电压；
步骤S3：应用所述牵引供电系统的动态模型，根据所述牵引网电压计算所述动力机车的机车电流，根据所述牵引网电压与所述机车电流进行电力潮流计算；
步骤S4：判断迭代次数是否达到预设的次数阈值；
若是，转至步骤S5；若否，则转至步骤S6；
步骤S5：延长所述时间步长形成新的时间步长，根据所述动力机车的当前运行时刻与所述新的时间步长重新确定对所述牵引供电系统进行电力潮流计算的计算开始时间，随后转至步骤S2；
步骤S6：判断所述动力机车是否停止运行；
若是，输出电力潮流计算的结果；若否，则根据所述动力机车的当前运行时刻与所述时间步长重新确定对所述牵引供电系统进行电力潮流计算的计算开始时间，随后转至步骤S2。
9.根据权利要求6-8中任一项所述的牵引供电系统能效评估系统，其特征在于，所述牵引网模型建立模块包括：
牵引网切割单元，其被配置为根据接入所述牵引网的牵引变电所的位置，以及运行在铁路线路上的动力机车的实时位置，将所述牵引网切割成多个串联的牵引网子网；
等效电路获取单元，其被配置为获取每个牵引网子网中输电线路的等效输电线路电路，其中，所述等效输电线路电路包括两条等效电路；
牵引网模型建立单元，其被配置为根据所述牵引变电所的位置将所述牵引变电所的牵引变电所模型作为并联支路接入所述两条等效电路之间，根据所述动力机车的实时位置将所述动力机车的机车等效模型作为并联支路接入所述两条等效电路之间，以建立链式的牵引网模型。
10.根据权利要求8所述的牵引供电系统能效评估系统，其特征在于，所述能效评估模块包括：
输入输出能效计算单元，其被配置为获取每次对所述牵引供电系统进行电力潮流计算的电力潮流计算的结果以及相应的动力机车的运行时刻，根据所述潮流计算的结果分别计算在不同的运行时刻所述牵引供电系统的输入能效和输出能效；
第一供电效率计算单元，其被配置为根据所述牵引供电系统的输入能效和输出能效，获得所述牵引供电系统的电能供电效率；
并且/或者，
输入消耗能效计算单元，其被配置为获取每次对所述牵引供电系统进行电力潮流计算的电力潮流计算的结果以及相应的动力机车的运行时刻，根据所述潮流计算的结果分别计算在不同的运行时刻所述牵引供电系统的输入能效和所述动力机车的消耗能效；
第二供电效率计算单元，其被配置为根据所述牵引供电系统的输入能效和所述动力机车的消耗能效，获得所述牵引供电系统的电能供电效率。
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