牵引供电系统计算机仿真研究

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1概述

随着电气化铁道的高速发展，人们对电气化铁路的安全和稳定性提出了更高的要求。牵引供电系统是电气化铁道的重要组成部分，计算机仿真技术利用与实际牵引供电系统对象相吻合的数学模型在计算机上进行模拟试验，由于其具有灵活多变、经济、实用、周期短等特点，已成为分析、设计、运行、评价、培训系统的重要工具。采用计算机仿真技术实现牵引供电系统设计可显著提高设计效率、提高设计精度。

2牵引供电系统计算机仿真的作用

2.1检验运行系统的各项指标和特性

牵引供电系统在运行中具有负荷随机性强、移动性强、三相不对称等特点，用常规方法不能了解系统的真实过程、行为及优化运行的要求。不适合使用大规模现场试验的方法，因其只针对特定情况进行测试，并且存在周期长、不具有重复性、消耗大量人力、财力。通过计算机仿真可以有效解决这些问题，它可以对不同的列车运行状态、不同供电方式下的电流、电压、谐波、负序、功率因数、电能损失等物理量进行推论计算和数据核查，以便设计出最优的技术方案和运行方案。

2.2预测新系统的指标和特性

计算机仿真软件可以针对已定的系统各种运行方式下和行程工况下的设计方案进行各类特性或指标的测试，可大大缩短试验或设计的周期，为试验或设计指明正确方向，从而最大程度降低盲目性操作。可由计算机仿真完成牵引负荷过程及其行为的仿真、负荷谐波过程及其行为的仿真、牵引负荷统计特征与随机的仿真、牵引网故障过程及其行为过程仿真、绝缘水平与绝缘配合的仿真等工作。

3牵引负荷过程的计算机仿真

所谓负荷过程的计算机仿真，就是在计算机上仿真再现负荷过程。要实现牵引变电所某一臂上负荷过程计算机仿真，首先需要建立列车运行负荷数据库和列车运行图信息代码数据库，然后再由臂负荷过程仿真软件再现臂负荷过程。

3.1列车运行负荷数据库

列车运行负荷数据库是由某一类型的电力机车牵引某种列车，在既定线路上正常操作运行时候获得的机车电流与行走距离之间的关系数据组成的数据集，对列车运行负荷数据库的结构设计要方便应用于牵引负荷的仿真计算过程。

3.2列车运行图信息代码数据库

列车运行图数据库反映了下列信息：

（1）每天通过区段的列车数。

（2）每列车进入和驶出臂上各区间的时分。

（3）进入臂上各区间各次列车的车别（客，货或零担车）、运行的方向（上行或下行）和通过区间的方式（直通，停通或通停）。对上述第二个信息，可设两个变量T1、T2分别表示列车进、出区间的时分。对第三个信息包括三个子信息，软件中用代码来区分，可分设三个代码变量F1、F2、F3表示。可令F1=1、2、3分别代表货车、客车、零担车；F2=1、2分别表示上行、下行；F31=1、2、3分别代表通过区间的方式，即直通、停通、通停。列车运行图代码数据库必须与列车运行负荷数据库相对应，其代码数据也必须依不同的供电臂（左、右）、不同的区间及不同的车次来组织。3.3臂负荷过程的仿真臂负荷过程仿真可按下列思路来设计：

（1）调入牵引变电所某侧供电臂上的列车运行负荷数据和列车运行信息数据。

（2）从列车运行信息数据组中取出各次列车进入和驶出该区间的时分T1和T2，并将其与所考察时步所对应的时间相比较，以判断所考察时刻该区间后运行的时分数，并取出该次列车的三个信息代码F1、F2、F3，以确定列车的类型、行车方向和通过区间的方式。

（3）以T1、T2、F1、F2、F3为依据确定并从列车负荷库中正确取出数据，并计算出该次列车在该考察时刻从牵引网取用的电流值。按上述方法计算出该供电臂各区间运行列车在同一时刻由牵引网取用的电流值，将它们累加即为该供电臂此刻的总负荷电流，然后依时步（如取为1min）循环一周，即可得到该臂24h内的负荷过程。

4负荷行为过程的仿真及统计分析

牵引负荷在牵引供电系统和外部电力网系统中电气量变化的过程叫负荷行为，它主要表达了各种电气量随着时间变化的过程。可以得到以下结论：

（1）牵引变电所及供电臂上负荷行为过程。主要有母线电压损失、牵引变压器的功率损失、绕组负序电流及母线负序电流电压分量、牵引网上的功率损失和最大电压损失。

（2）牵引负荷对电力系统影响的负荷行为过程。主要有流入各发电机支路的负序电流，在电力系统各监测点上的负序电压值等。

（3）对上述各种负荷行为过程进行分析和统计，可以变换得出各指标的统计特征值（平均值、有效值、方差），并给出各指标变化的概率直方图。

5结束语

利用计算机仿真技术，实现了牵引供电系统一、二次侧母线及各馈线的电压、电流、有功功率、无功功率因数等数据的仿真计算，大大提高了工程分析、计算的功能，其精确的仿真能力为牵引供电系统的设计提供了强有力的技术支持。

作者：吕岚 单位：陕西铁路工程职业技术学院