CN115186321A - 一种牵引供电用电一体化仿真方法及系统 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种牵引供电用电一体化仿真方法及系统，仿真方法包括：构建牵引供电‑用电一体化仿真模型库；调用牵引供电‑用电一体化仿真模型库配置牵引供电‑用电仿真模型、信号控车模型与列车运行仿真模型，获得模型描述数据，根据模型描述数据和模型运行数据，通过事件通知机制获得图模一体数据；对图模一体数据进行编辑获得执行文件，根据执行文件获得分布式执行计划，根据分布式执行计划对第二图模一体数据进行分布式存储获得存储结果；从存储结果中获取位置信息、速度信息及电流信息或功率信息，牵引供电‑用电仿真模型根据位置信息、速度信息及电流信息或功率信息获得网侧电压信息，并将网侧电压信息传输到列车运行仿真模型获得仿真结果。

Description

一种牵引供电用电一体化仿真方法及系统

技术领域

本申请涉及城市轨道交通仿真技术领域，尤其涉及一种牵引供电用电一体化仿真方法及系统。

背景技术

早期国内城市轨道交通牵引车辆与供电系统设计相互独立，但在实际运行过程中车辆与牵引供电系统是高度耦合、相互影响的电气系统。系统运行时电能由供电网单向传递给车辆，车辆在牵引状态消耗电能，在电制动状态产生的电能通过制动电阻自行消耗。随着节能环保的发展需求，系统中加入储能装置、能馈装置，以及同时具备供电和能量回馈功能的双向变流装置。系统的耦合特性和能量流动日趋复杂。系统设计、调试、运行阶段，都需要考虑系统耦合特性，提升系统匹配度和运行性能。通过实验研究系统耦合特性的方案对实验条件要求高，实验工况受限，且易对设备造成损害，因此通常通过理论分析和仿真的手段进行研究。

目前供电系统和车辆均有专用仿真软件，但无法满足系统耦合分析需求。使用一些灵活性高的通用软件如MATLAB、SCILAB等，对各系统建模也能进行仿真研究，但对使用人员的建模能力要求高，不方便设计、开发和测试工程师使用。

为了简化建模操作，常用的方法是开发专用的牵引供电仿真平台以及采用图形化建模设计方法。国外现有的针对牵引供电稳态计算的综合仿真软件主要包括：SINANET、RAILPOWER、NETOMAC、OpenPowerNET等。国内各个轨道交通相关单位和各大高校也开发了一系列车网仿真软件。针对牵引网稳态计算，常用的有DCTPS仿真软件。相关高校考虑全线供电网的大功率电气部件，进行了交直流供电系统详细的仿真建模，搭建了地铁交直流供电仿真平台，但主要针对牵引网电能质量分析、车辆运行图设计和回流柜设计等，车辆仅简单等效为功率源。

针对车辆牵引系统分析的基础研究与仿真目前主要包括牵引计算、控制算法开发等。德国轨道交通管理咨询公司(RMCon)开发的Dynamis牵引计算软件可实现基于高精度的轨道交通列车牵引计算，国内高校和相关单位也开发了列车牵引计算仿真软件。控制算法的开发验证目前主要依托matlab仿真平台以及基于matlab环境开发的硬件在环仿真平台。但上述仿真平台的牵引网均等效为恒定的直流电压，影响仿真结果的精度。

图形化建模是利用图形化手段建立数学模型或应用模型，利用图形化操作，定义数据、算法以及这些元素之间的关系，利用图形化的方法的直观表达和便捷操作，建立用于仿真计算、数据模型描述的数学算法，用于专业计算和分析。

当前，由于图形建模操作的复杂性、精细性等特点，图形建模普遍应用于单机桌面软件中。广泛应用的浏览器/服务器架构的软件，由于浏览器的功能限制不能完成精确的图形操作，以及对图形对象的位置的精确控制。因而，为了分析牵引供电系统与车辆间的耦合关系，进行多系统、全线路多车辆车网耦合仿真、车网短路等故障机理研究、分析供电-用电运行能耗，优化供电、车辆、再生制动能量吸收系统容量配置和控制策略优化，本发明基于现有的科学计算软件，建立包含主变电所、牵引降压混合变电所、开闭所、降压变电所、牵引供电网、列车及配套的控车模型、多列车运行模型、双向变流装置、能馈装置、储能装置、列车等效模型开发的城轨牵引供电用电一体化仿真模型库，并以各单元模型为基础模型库，开发了用于上述耦合系统特性研究的专用仿真平台。

发明内容

本申请实施例提供了一种牵引供电用电一体化仿真方法及系统，设计了一种考虑城市轨道交通供电-用电耦合的基于服务器架构的分布式并行仿真软件，解决了由于硬件资源受限无法通过应用软件实现大规模城轨供电-用电仿真模型并行快速解算、不能完成精确的图形操作、仿真操作过程复杂、仿真效率低等问题。

本发明提供了一种仿真方法，包括：

模型库构建步骤：构建牵引供电-用电一体化仿真模型库；

图模一体数据获取步骤：根据目标仿真线路信息，调用所述牵引供电-用电一体化仿真模型库配置牵引供电-用电仿真模型、信号控车模型与列车运行仿真模型，获得模型描述数据，根据所述模型描述数据和模型运行数据，通过事件通知机制获得图模一体数据；

数据存储结果获取步骤：对图模一体数据进行编辑获得执行文件，根据所述执行文件，通过分布式算法获得分布式执行计划，根据所述分布式执行计划通过协调控制部分，对第二图模一体数据进行分布式存储获得存储结果；

联合仿真步骤：从所述存储结果中获取所述牵引供电-用电仿真模型及所述列车运行仿真模型输出的位置信息、速度信息及电流信息或功率信息，所述牵引供电-用电仿真模型根据所述位置信息、所述速度信息及所述电流信息或所述功率信息获得网侧电压信息，并将所述网侧电压信息传输到所述列车运行仿真模型获得仿真结果。

上述的仿真方法，其中，所述图模一体数据获取步骤包括：

根据目标仿真线路信息，调用所述牵引供电-用电一体化仿真模型库，配置所述牵引供电-用电仿真模型与所述列车运行仿真模型，设置图形表达属性，编辑所述牵引供电-用电一体化仿真模型库获得所述模型描述数据；

根据所述模型描述数据，通过所述事件通知机制获得所述模型运行数据。

本发明还提供仿真系统，其中，适用于上述所述的仿真方法，所述仿真系统包括：

模型库构建单元：构建牵引供电-用电一体化仿真模型库；

图形化建模单元：调用所述牵引供电-用电一体化仿真模型库配置牵引供电-用电仿真模型、列车运行仿真模型及信号控车模型，获得模型描述数据，根据所述模型描述数据和模型运行数据，通过事件通知机制获得第一图模一体数据后，对所述图模一体数据进行编辑获得执行文件，根据所述执行文件，通过分布式算法获得分布式执行计划，根据所述分布式执行计划通过协调控制部分，对第二图模一体数据进行分布式存储获得存储结果；

联合仿真单元：根据所述存储结果获取所述牵引供电-用电仿真模型及所述列车运行仿真模型输出的位置信息、速度信息及电流信息或功率信息，所述牵引供电-用电仿真模型根据所述位置信息、所述速度信息及所述电流信息或所述功率信息获得网侧电压信息，并将所述网侧电压信息传输到所述列车运行仿真模型获得仿真结果。

上述的仿真系统，其中，所述牵引供电-用电一体化仿真模型库包括：

所述信号控车模型；

所述列车运行仿真模型，根据所述目标仿真线路信息及实测列车运行数据搭建所述列车运行仿真模型；

所述牵引供电-用电仿真模型，包括牵引供电系统模型及区间列车等效模型。

上述的仿真系统，其中，所述联合仿真单元包括：

服务器与建模单元，每个所述服务器包含一个图形管理单元，所述图形管理单元包括逻辑拓扑层、图形表达层、命令处理层、网络通信层、图形建模层。

上述的仿真系统，其中，所述建模单元包括：

建模区，根据所述目标仿真线路信息，调用所述牵引供电-用电一体化仿真模型库，配置所述牵引供电-用电仿真模型、所述列车运行仿真模型及所述信号控车模型，设置图形表达属性，编辑所述牵引供电-用电一体化仿真模型库，获得所述模型描述数据；

运行区，根据所述模型描述数据，通过所述事件通知机制获得所述模型运行数据。

上述的仿真系统，其中，所述建模单元包括：

对所述第一图模一体数据进行编辑获得所述第二图模一体数据，通过模型处理工具对所述第二图模一体数据进行相应的处理后，获得所述牵引供电-用电仿真模型、所述列车运行仿真模型及所述信号控车模型对应的所述执行文件。

上述的仿真系统，其中，所述建模单元包括：

编辑或加载所述执行文件后，根据所述执行文件，通过所述分布式算法获得所述分布式执行计划。

上述的仿真系统，其中，所述建模单元包括：

图模库，所述分布式执行计划执行建模任务后，将所述第二图模一体数据存储到所述图模库中。

上述的仿真系统，其中，所述联合仿真单元包括：

所述信号控车模型根据所述目标仿真线路信息及所述列车运行仿真模型输出的所述位置信息及所述速度信息，仿真行车调度及控车单元，输出控车信号；

所述列车运行仿真模型接收到所述控车信号后，根据所述牵引供电-用电仿真模型输出的所述网侧电压信息，仿真车辆运行时的电流或功率，输出所述位置信息、所述速度信息及所述电流信息或所述功率信息。

根据所述目标仿真线路信息，对目标仿真线路进行划分获得多个线路区间，根据所述列车运行仿真模型输出的位置信息及所述电流信息或所述功率信息，在所述牵引供电-用电仿真模型中进行所述列车等效模型占用，以受控电流源串并联制动电阻及滤波电感的形式进行车辆侧等效后，所述牵引供电-用电仿真模型输出所述网侧电压信息。

相比于相关技术，本发明提出了一种牵引供电用电一体化仿真方法及系统，通过建立完整的城轨牵引供电模型，实现牵引供电系统实际工况的全套模拟；通过列车模型占用与网压反馈，实现列车运行模型与网侧模型的联合仿真，能更好的探究车网耦合系统的特性；通过信号控车模型模拟行车调度及控车单元，与列车运行仿真模型相结合，为列车的运行图设计与优化提供支持；采用分核运算及代码生成算法进行模型分割编译运行仿真，提高了模型解算运行效率，增大了可建模型规模；根据分核需求实现了供电侧线路阻抗的相互解耦；本发明以自有模型为基础，根据功能封装图形建模所需的牵引供电-用电一体化仿真模型库，以拖拽方式实现了复杂模型的便捷仿真；本发明通过提供能馈、双向变流及短路点仿真等功能，为各系统的参数设置提供了支持；建模软件平台采用功能分层设计，各部分功能解耦独立，提高了扩展开发能力；采用了分布式的逻辑算法，将图形和模型对象分布在不同的服务器上，但在逻辑上又是一个整体，从而支持了多人分布式的建模机制，使其可以应用于多人联合建模。

本申请的一个或多个实施例的细节在以下附图和描述中提出，以使本申请的其他特征、目的和优点更加简明易懂。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1是根据本申请实施例的牵引供电用电一体化仿真方法流程图；

图2是根据本申请实施例的牵引供电-用电一体化仿真模型库框架图；

图3是根据本申请实施例的储能系统架构图；

图4是根据本申请实施例的能馈或双向变流供电系统架构图；

图5是根据本申请实施例的软件逻辑结构示意图；

图6是根据本申请实施例的分布式结构示意图；

图7是根据本申请实施例的建模执行过程流程图；

图8是根据本申请实施例的分布式操作执行过程流程图；

图9是根据本申请实施例的事件通知机制示意图；

图10是根据本申请实施例的模型更新示意图；

图11为本发明的牵引供电用电一体化仿真系统的结构示意图。

其中，附图标记为：

模型库构建单元：51；

图形化建模单元：52；

联合仿真单元：53。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行描述和说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。基于本申请提供的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些示例或实施例，对于本领域的普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图将本申请应用于其他类似情景。此外，还可以理解的是，虽然这种开发过程中所作出的努力可能是复杂并且冗长的，然而对于与本申请公开内容相关的本领域的普通技术人员而言，在本申请揭露的技术内容基础上进行的一些设计，制造或者生产等变更只是常规的技术手段，不应当理解为本申请公开的内容不充分。

在本申请中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域普通技术人员显式地和隐式地理解的是，本申请所描述的实施例在不冲突的情况下，可以与其它实施例相结合。

除非另作定义，本申请所涉及的技术术语或者科学术语应当为本申请所属技术领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本申请所涉及的“一”、“一个”、“一种”、“该”等类似词语并不表示数量限制，可表示单数或复数。本申请所涉及的术语“包括”、“包含”、“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含；例如包含了一系列步骤或模块(单元)的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可以还包括没有列出的步骤或单元，或可以还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。本申请所涉及的“连接”、“相连”、“耦接”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电气的连接，不管是直接的还是间接的。本申请所涉及的“多个”是指两个或两个以上。“和/或”描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，“A和/或B”可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。本申请所涉及的术语“第一”、“第二”、“第三”等仅仅是区别类似的对象，不代表针对对象的特定排序。

本发明提供了一种牵引供电用电一体化仿真方法及系统，建立了包含主变电所、牵引降压混合变电所、开闭所、降压变电所、牵引供电网、列车及配套的控车模型、多列车运行仿真模型、双向变流装置、能馈装置、储能装置、列车等效模型开发的城轨牵引供电用电一体化仿真模型库，开发了用于上述耦合系统特性研究的专用仿真平台。本发明为了简化建模操作过程，使仿真平台采用图形化建模的建模方法，以方便设计、开发及测试人员使用，同时，本发明采用了分核运算及代码生成算法，提高了仿真效率，从而实现仿真模型规模的扩大。

下面结合具体实施例对本发明进行说明。

实施例一

本实施例还提供了一种牵引供电用电一体化仿真方法。请参照图1，图1是根据本申请实施例的牵引供电用电一体化仿真方法流程图。如图1所示，仿真方法包括：

模型库构建步骤S1：构建牵引供电-用电一体化仿真模型库；

图模一体数据获取步骤S2：根据目标仿真线路信息，调用所述牵引供电-用电一体化仿真模型库配置牵引供电-用电仿真模型、信号控车模型与列车运行仿真模型，获得模型描述数据，根据模型描述数据和模型运行数据，通过事件通知机制获得图模一体数据；

数据存储结果获取步骤S3：对图模一体数据进行编辑获得执行文件，根据执行文件，通过分布式算法获得分布式执行计划，根据分布式执行计划通过协调控制部分，对第二图模一体数据进行分布式存储获得存储结果；

联合仿真步骤S4：从存储结果中获取牵引供电-用电仿真模型及列车运行仿真模型输出的位置信息、速度信息及电流信息或功率信息，牵引供电-用电仿真模型所述位置信息、速度信息及电流信息或功率信息获得网侧电压信息，并将网侧电压信息传输到列车运行仿真模型获得仿真结果。

在实施例中，图模一体数据获取步骤S2包括：

根据目标仿真线路信息，调用所述牵引供电-用电一体化仿真模型库，配置所述牵引供电-用电仿真模型与所述列车运行仿真模型，设置图形表达属性，编辑所述牵引供电-用电一体化仿真模型库获得所述模型描述数据；

根据所述模型描述数据，通过所述事件通知机制获得所述模型运行数据。

实施例二

本实施例还提供了一种牵引供电用电一体化仿真系统。图2是根据本申请实施例的牵引供电-用电一体化仿真模型库框架图；图3是根据本申请实施例的储能系统架构图；图4是根据本申请实施例的能馈或双向变流系统架构图；图5是根据本申请实施例的软件逻辑结构示意图；图6是根据本申请实施例的分布式结构示意图；图7是根据本申请实施例的建模执行过程流程图；图8是根据本申请实施例的分布式操作执行过程流程图；图9是根据本申请实施例的事件通知机制示意图；图10是根据本申请实施例的模型更新示意图；图11为本发明的牵引供电用电一体化仿真系统的结构示意图。如图图1至图11所示，发明的仿真系统，适用于上述的仿真方法，仿真系统包括：

模型库构建单元51：构建牵引供电-用电一体化仿真模型库；

图形化建模单元52：调用所述牵引供电-用电一体化仿真模型库配置牵引供电-用电仿真模型、列车运行仿真模型及信号控车模型，获得模型描述数据，根据模型描述数据和模型运行数据，通过事件通知机制获得第一图模一体数据后，对图模一体数据进行编辑获得执行文件，根据执行文件，通过分布式算法获得分布式执行计划，根据分布式执行计划通过协调控制部分，对第二图模一体数据进行分布式存储获得存储结果；

联合仿真单元53：根据存储结果获取牵引供电-用电仿真模型及列车运行仿真模型输出的位置信息、速度信息及电流信息或功率信息，牵引供电-用电仿真模型所述位置信息、速度信息及电流信息或功率信息获得网侧电压信息，并将网侧电压信息传输到列车运行仿真模型获得仿真结果。

在实施例中，所述牵引供电-用电一体化仿真模型库包括：

信号控车模型；

列车运行仿真模型，根据目标仿真线路信息及实测列车运行数据搭建所述列车运行仿真模型；

牵引供电-用电仿真模型，包括牵引供电系统模型及区间列车等效模型。

在具体实施中，列车运行仿真模型包含动车牵引力仿真模块、基本阻力仿真模块、线路条件仿真模块、车辆制动力仿真模块、车辆信息仿真模块及钩缓受力仿真模块；

牵引供电-用电仿真模型包含牵引供电系统模型及列车等效模型，两者都是电气仿真模型；

牵引供电系统模型根据实际的网络拓扑，搭建变压器、整流机组、牵引网等模型，模拟或仿真实际的牵引供电系统，并可根据需求配置储能、能馈及双向变流单元；

其中储能系统、能馈系统以及双向变流系统都是牵引变电站的配置组件，可根据实际线路条件进行模型配置，牵引供电系统包含主变电站、牵引变电站以及网侧线路阻抗等模型，配合列车运行仿真模型可实现车辆运行仿真，在动态仿真中根据列车运行仿真模型输出的列车的位置信息，动态调整网侧线路阻抗，采用串联受控电压源的方式，实现阻抗模型动态压降模拟；牵引供电-用电仿真模型根据对应的功率或电流信息动态模拟线路列车运行功率需求，实现线路网压或网流复现，并将对应的网压数据返回列车运行仿真模型；牵引供电系统是一个强耦合串行系统，需要对供电系统进行解耦，使各供电区间和变电所模型实现分核运算，因此采用小电路解耦方式，实现了各段牵引网连接的解耦；

储能及能馈系统可吸收再生制动时的返送能量；储能系统可基于多种储能元件进行模型搭建，装置与整流机组输出直流侧并联，通过电压传感器实时监测直流侧网压的变化，并依据预设的储能系统充放电阈值进行储能元件充放电控制；能馈系统与整流机组并联运行，装置由能馈变压器、三相逆变器、交流电感以及配套的开关控制信号组成，采用双环控制结构，通过调制模块进行三相桥臂IGBT的开关控制，从而实现能量从直流侧到交流测的流动；

双向变流系统既能实现制动能量吸收也能在牵引时提供相应能量输出，双向变流系统在整体结构上与能馈系统相似，其区别在于控制实现上，双向变流系统既能工作在逆变状态，也能工作在整流状态；

其中，牵引供电系统模型、能馈系统及双向变流系统三者一起起到了稳定网压的作用。

在实施例中，联合仿真单元53包括：

服务器与建模单元，每个服务器包含一个图形管理单元，所述图形管理单元包括逻辑拓扑层、图形表达层、命令处理层、网络通信层、图形建模层。

在具体实施中，每个服务器包含一个图形管理单元，简称为GLDBMS；采用分布式结构将整体图形分片部署在不同的服务器上；

其中，图形管理单元包括：

逻辑拓扑层，逻辑拓朴层是由分布式有向图、有向网、无向图、无向网拓朴算法实现的逻辑拓朴计算库，用于描述节点以及节点的连接关系；算法采用了基于网络体系的分布式算法，不仅可以描述本机节点之间的连接关系，也可以描述部署在不同服务器间节点的图形之间的连接关系；

图形表达层：图形表达层，是在逻辑拓扑层的基础上，通过图形表现拓扑关系；图形表达层分为节点图形和连接图元，节点对应于拓扑层中的数据连接点，连接图元用于表示节点间的连接关系；节点图元和连接图元的绘制形式根据应用需求改变；

命令处理层，命令处理层是接收网络上远程客户端发出的图型创建命令、删除、节点连接、断开、图元修改、命名、显示、隐藏等命令的处理层，将网络命令转换为建模操作，完成图形和模型的填加、删除、修改和查询等功能；命令处理层将执行结果和提示信息返回客户端；

网络通信层，网络通信层是完成客户端网络操作的通信通道，采用可靠的网络的传输以及网络监视功能，不仅用于命令传输和信息回传，对操作超时、网络异常、网络重连后的信息恢复等提供处理机制，保证客户端与服务器信息的一致；

图形建模层，图形建模层提供关于图形操作的图形绘制、连接、删除、属性及颜色、填充色等修改等鼠标和键盘操作功能，以及其它外围设备的图形导入功能。

在实施例中，建模单元包括：

建模区，根据目标仿真线路信息，调用牵引供电-用电一体化仿真模型库，配置牵引供电-用电仿真模型、列车运行仿真模型及信号控车模型，设置图形表达属性，编辑牵引供电-用电一体化仿真模型库，获得模型描述数据；

运行区，根据模型描述数据，通过事件通知机制获得模型运行数据。

在具体实施中，根据目标仿真线路信息，在建模区通过建模工具中的注册或监听组件调用或监听或注册牵引供电-用电一体化仿真模型库，配置或编辑牵引供电-用电仿真模型、列车运行仿真模型及信号控车模型，运行区通过事件通知机制获取牵引供电-用电仿真模型、列车运行仿真模型及信号控车模型数据，根据上述数据控制模型运行；

在建模区通过建模工具中的设置图形表达属性组件，设置图形表达属性，运行区通过事件通知机制获取图形表达属性，根据图形表达属性调节模型运行时的参数；

在建模区通过建模工具中的图模库编辑组件编辑图模库，运行区通过事件通知机制获得图模库编辑数据监视模型；

配置或编辑牵引供电-用电仿真模型、列车运行仿真模型及信号控车模型数据、图形表达属性及图模库编辑数据构成模型描述数据；模型运行控制数据、模型运行时的参数及模型监视数据构成模型运行数据；

根据模型描述数据与模型运行数据，事件通知机制输出第一图模一体数据。

在实施例中，建模单元包括：

对第一图模一体数据进行编辑获得第二图模一体数据，通过模型处理工具对第二图模一体数据进行相应的处理后，获得牵引供电-用电仿真模型、列车运行仿真模型及信号控车模型对应的所述执行文件。

在具体实施中，建模执行过程分为编辑态和运行态；

在编辑态中，对第一图模一体数据进行编辑获得第二图模一体数据，根据第二图模一体数据设置分核信息，根据分核信息对牵引供电-用电仿真模型、列车运行仿真模型及信号控车模型进行分割生成自动代码，对代码进行代码编译获得建模执行文件，并对建模执行文件进行存储后，加载执行文件信息，将执行文件信息传输到运行态中。

在实施例中，建模单元包括：

编辑或加载执行文件后，根据执行文件，通过分布式算法获得分布式执行计划；

图模库，根据分布式执行计划执行建模任务后，将第二图模一体数据存储到图模库中。

在具体实施中，在运行态中所有的操作均通过分布式事务执行，以图形事务执行过程为例说明分布式操作执行过程：

在运行态中，对执行文件进行并行计算后记录模型建模数据，并调节模型建模过程中的参数后，将模型建模数据与模型建模过程中的参数回传到图模库进行保存；

其中，在编辑态中，使用模型编辑组件对模型进行编辑时，会生成模型更新事件，事件通知机制通知或触发图模库模型更新事件后，图模库根据模型更新数据更新模型数据，事件通知机制触发或通知属性编辑组件模型更新事件后，模型编辑组件根据模型更新数据，更新或重新编辑模型属性数据。

在上述运行过程中，所有的操作均通过分布式事务执行，以图形事务执行过程为例说明分布式操作执行过程：

根据执行文件信息，客户端发起图形分布式事务T的执行请求，经发起服务器即作为T的协调者的全局图形建模的管理系统转换、分解、优化后，产生相应的分布式执行计划，然后在发起点创建排相协调控制来负责分布式执行计划的执行和提交；对于分叉布式执行计划中每一子执行计划，图形操作子事务负责通知相应的站点创建T的本地代理来调用模型库模型执行相应的图形操作，同时负责控制和协调各子事图的执行，确保全局图形以及关系的一致性；同一服务器的子事务构成该服务器子事务集合，在该服务器的本地图形系统控制下并发执行和提交；

其中，图形化建模工具采用组件化设计思想，支持扩展开发；该建模工具提供建模、绘图、图模属性设置功能，并提供了自定义图形模型库、注册标准事件等功能。应用层首先调用相应的接口获取、修改图模单元的基本信息，注册或监听相应标准事件来实现组件之间的数据交互；各组件分别对应自己的业务模型，通过事件通知机制进行数据交互，模型描述数据和模型运行数据独立存储到对应磁盘文件或者商业数据表中；本发明提供了图形模型动态配置机制，自定义图模一体库，实现了图形模型的复用；本发明基于XML模型，采用qt，保证建模工具的跨操作系统兼容性，支持国产化操作系统。

基于上述设计思路，本发明具体实现过程为：采用分层组件化思想，各组件维护自己的信息，模型描述信息和模型运行信息独立存储，组件之间使用事件通知机制。

建模工具分建模区和运行区，对应建模和运行模型。图模一体数据分布式存储，在同一节点上，注册或监听相应的事件，编辑模型或设置图像表达相应属性或编辑图模库等编辑模型操作和控制模型运行或运行时调参或监视模型等运行时操作均通过相应的事件通知实现。

为了实现各组件之间的松耦合，采用事件通知机制，各组件通过注册、调用相应事件，完成组件之间的数据交互。

建模工具分编辑态和运行态，编辑态完成图形模型的编辑，包括模型分割、代码自动生成以及模型的编译；运行态完成模型启动/停止控制、并行运算、计算结果导出以及运行时调参等；建模工具支持图模库，编辑模型过程中可将选中的模块存储到图模库中，可进行复用。图模信息、模型编译文件和图模库独立存储，分别持久化到各自的磁盘文件或者数据库表中。

在上述实现过程中，采用qt作为建模工具开发语言，底层使用XML模型，存储于本地磁盘文件及关系数据库，开发工具使用VisualStdio。

为了实现可扩展性，系统框架采用分层组件化架构模式，各组件之间使用事件通知机制。图形和模型通过模板动态结合，既考虑到图模一体又便于维护和扩展；功能层与业务层分层管理，独立维护XML模型；层与层之间通过事件通知消息机制进行通信。绘图时采用SVG、VML格式的矢量图，实现数据的图形化表达。

上述过程中提到的事件机制基于libEvent类库，使用事件绑定、触发方法，实现事件通知机制；在此基础上实现创建模型、图形拖拽、大小缩放、图元及模型属性编辑、图元属性及动画设置等功能。

基于上述的核心类库，可以根据实际的业务特点，进行扩展开发，形成更加符合业务特点的图形建模工具，从而提高建模效率。

在实施例中，联合仿真单元53包括：

信号控车模型根据目标仿真线路信息及列车运行仿真模型输出的位置信息及速度信息，仿真行车调度及控车单元，输出控车信号；

列车运行仿真模型接收到控车信号后，根据牵引供电-用电仿真模型输出的网侧电压信息，仿真车辆运行时的电流或功率，输出位置信息、所述速度信息及所述电流信息或所述功率信息。

根据所述目标仿真线路信息，对目标仿真线路进行划分获得多个线路区间，根据所述列车运行仿真模型输出的位置信息及所述电流信息或所述功率信息，在所述牵引供电-用电模型中进行列车等效模型占用，以受控电流源串并联制动电阻及滤波电感的形式进行车辆侧等效后，所述牵引供电-用电仿真模型输出所述网侧电压信息。

在具体实施中，信号控车模型以实际线路条件及列车运行仿真模型输出的列车位置信息、速度信息为输入，模拟行车调度及控车单元，输出相应的控车级位信号即控车信号，其中，信号控车模型提供防冲撞、临时限速、多车协同控制等多种实时功能；

列车运行仿真模型接收到相应控车级位信号即控车信号后，结合牵引供电-用电仿真模型返回的网压信号，模拟列车实际运行时的电流及力输出，综合多种受力情况，输出列车实际位置即列车位置信息、速度信息及电流信息或功率信息；

牵引供电-用电仿真模型针对仿真线路的站点配置条件，对线路进行划分，各区间分上下行各配多辆列车等效模型，根据列车运行仿真模型返回的列车位置信息、速度信息及电流信息或功率信息，在牵引供电-用电仿真模型中进行列车等效模型占用，以受控电流源串并联制动电阻及滤波电感的形式进行车辆侧等效，然后将网侧电压信息返回列车运行仿真模型，实现了列车运行仿真模型与牵引供电系统模型的联合仿真。

综上所述，本发明提供了一种牵引供电用电一体化仿真方法及系统，牵引供电系统包含主变电站、牵引变电站以及网侧线路阻抗等模型，其中牵引变电所包括储能系统、能馈系统以及双向变流系统等配置组件，可根据实际线路条件进行模型配置。整体模型仿真的关键是实现牵引供电-用电仿真模型、信号控车模型及列车运行仿真模型的联合仿真。牵引供电系统模型模拟牵引供电系统，列车运行仿真模型模拟实车运行时的电流及力输出，牵引供电-用电仿真模型根据列车运行仿真模型返回的位置及电流信息，在等效列车模型中进行占用，将网侧电压信息返回列车运行仿真模型，实现了列车运行仿真模型与牵引供电-用电仿真模型的联合仿真即实现了牵引供电系统及车辆牵引系统的联合仿真。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种牵引供电用电一体化仿真方法，其特征在于，所述仿真方法包括：

模型库构建步骤：构建牵引供电-用电一体化仿真模型库；

图模一体数据获取步骤：根据目标仿真线路信息，调用所述牵引供电-用电一体化仿真模型库配置牵引供电-用电仿真模型、信号控车模型与列车运行仿真模型，获得模型描述数据，根据所述模型描述数据和模型运行数据，通过事件通知机制获得图模一体数据；

数据存储结果获取步骤：对图模一体数据进行编辑获得执行文件，根据所述执行文件，通过分布式算法获得分布式执行计划，根据所述分布式执行计划通过协调控制部分，对第二图模一体数据进行分布式存储获得存储结果；

联合仿真步骤：从所述存储结果中获取所述牵引供电-用电仿真模型及所述列车运行仿真模型输出的位置信息、速度信息及电流信息或功率信息，所述牵引供电-用电仿真模型根据所述位置信息、所述速度信息及所述电流信息或所述功率信息获得网侧电压信息，并将所述网侧电压信息传输到所述列车运行仿真模型获得仿真结果。

2.根据权利要求1所述的仿真方法，其特征在于，所述图模一体数据获取步骤包括：

根据目标仿真线路信息，调用所述牵引供电-用电一体化仿真模型库，配置所述牵引供电-用电仿真模型与所述列车运行仿真模型，设置图形表达属性，编辑所述牵引供电-用电一体化仿真模型库获得所述模型描述数据；

根据所述模型描述数据，通过所述事件通知机制获得所述模型运行数据。

3.一种仿真系统，其特征在于，所述仿真系统包括：

模型库构建单元：构建牵引供电-用电一体化仿真模型库；

图形化建模单元：调用所述牵引供电-用电一体化仿真模型库配置牵引供电-用电仿真模型、列车运行仿真模型及信号控车模型，获得模型描述数据，根据所述模型描述数据和模型运行数据，通过事件通知机制获得第一图模一体数据后，对所述图模一体数据进行编辑获得执行文件，根据所述执行文件，通过分布式算法获得分布式执行计划，根据所述分布式执行计划通过协调控制部分，对第二图模一体数据进行分布式存储获得存储结果；

联合仿真单元：根据所述存储结果获取所述牵引供电-用电仿真模型及所述列车运行仿真模型输出的位置信息、速度信息及电流信息或功率信息，所述牵引供电-用电仿真模型根据所述位置信息、所述速度信息及所述电流信息或所述功率信息获得网侧电压信息，并将所述网侧电压信息传输到所述列车运行仿真模型获得仿真结果。

4.根据权利要求3所述的仿真系统，其特征在于，所述牵引供电-用电一体化仿真模型库包括：

所述信号控车模型；

所述列车运行仿真模型，根据所述目标仿真线路信息及实测列车运行数据搭建所述列车运行仿真模型；

所述牵引供电-用电仿真模型，包括牵引供电系统模型及区间列车等效模型。

5.根据权利要求3所述的仿真系统，其特征在于，所述联合仿真单元包括：

服务器与建模单元，每个所述服务器包含一个图形管理单元，所述图形管理单元包括逻辑拓扑层、图形表达层、命令处理层、网络通信层、图形建模层。

6.根据权利要求5所述的仿真系统，其特征在于，所述建模单元包括：

建模区，根据所述目标仿真线路信息，调用所述牵引供电-用电一体化仿真模型库，配置所述牵引供电-用电仿真模型、所述列车运行仿真模型及所述信号控车模型，设置图形表达属性，编辑所述牵引供电-用电一体化仿真模型库，获得所述模型描述数据；

运行区，根据所述模型描述数据，通过所述事件通知机制获得所述模型运行数据。

7.根据权利要求5所述的仿真系统，其特征在于，所述建模单元包括：

对所述第一图模一体数据进行编辑获得所述第二图模一体数据，通过模型处理工具对所述第二图模一体数据进行相应的处理后，获得所述牵引供电-用电仿真模型、所述列车运行仿真模型及所述信号控车模型对应的所述执行文件。

8.根据权利要求5所述的仿真系统，其特征在于，所述建模单元包括：

编辑或加载所述执行文件后，根据所述执行文件，通过所述分布式算法获得所述分布式执行计划。

9.根据权利要求5所述的仿真系统，其特征在于，所述建模单元包括：

图模库，所述分布式执行计划执行建模任务后，将所述第二图模一体数据存储到所述图模库中。

10.根据权利要求4所述的仿真系统，其特征在于，所述联合仿真单元包括：

所述信号控车模型根据所述目标仿真线路信息及所述列车运行仿真模型输出的所述位置信息及所述速度信息，仿真行车调度及控车单元，输出控车信号；

所述列车运行仿真模型接收到所述控车信号后，根据所述牵引供电-用电仿真模型输出的所述网侧电压信息，仿真车辆运行时的电流或功率，输出所述位置信息、所述速度信息及所述电流信息或所述功率信息。

根据所述目标仿真线路信息，对目标仿真线路进行划分获得多个线路区间，根据所述列车运行仿真模型输出的位置信息及所述电流信息或所述功率信息，在所述牵引供电-用电仿真模型中进行所述列车等效模型占用，以受控电流源串并联制动电阻及滤波电感的形式进行车辆侧等效后，所述牵引供电-用电仿真模型输出所述网侧电压信息。

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