計算機仿真在牽引供電系統中的應用探討-藏刊網

1 概述。

隨著電氣化鐵道的高速發展，人們對電氣化鐵路的安全和穩定性提出了更高的要求。牽引供電系統是電氣化鐵道的重要組成部分，計算機仿真技術利用與實際牽引供電系統對象相吻合的數學模型在計算機上進行模擬試驗，由于其具有靈活多變、經濟、實用、周期短等特點，已成為分析、設計、運行、評價、培訓系統的重要工具。采用計算機仿真技術實現牽引供電系統設計可顯著提高設計效率、提高設計精度[1].

2 牽引供電系統計算機仿真的作用。

2.1 檢驗運行系統的各項指標和特性。

牽引供電系統在運行中具有負荷隨機性強、移動性強、三相不對稱等特點，用常規方法不能了解系統的真實過程、行為及優化運行的要求[2].不適合使用大規?，F場試驗的方法，因其只針對特定情況進行測試，并且存在周期長、不具有重復性、消耗大量人力、財力。通過計算機仿真可以有效解決這些問題，它可以對不同的列車運行狀態、不同供電方式下的電流、電壓、諧波、負序、功率因數、電能損失等物理量進行推論計算和數據核查，以便設計出最優的技術方案和運行方案。

2.2 預測新系統的指標和特性。

計算機仿真軟件可以針對已定的系統各種運行方式下和行程工況下的設計方案進行各類特性或指標的測試，可大大縮短試驗或設計的周期，為試驗或設計指明正確方向，從而最大程度降低盲目性操作?？捎捎嬎銠C仿真完成牽引負荷過程及其行為的仿真、負荷諧波過程及其行為的仿真、牽引負荷統計特征與隨機的仿真、牽引網故障過程及其行為過程仿真、絕緣水平與絕緣配合的仿真等工作。

3 牽引負荷過程的計算機仿真。

所謂負荷過程的計算機仿真，就是在計算機上仿真再現負荷過程[3].要實現牽引變電所某一臂上負荷過程計算機仿真，首先需要建立列車運行負荷數據庫和列車運行圖信息代碼數據庫，然后再由臂負荷過程仿真軟件再現臂負荷過程。

3.1 列車運行負荷數據庫。

列車運行負荷數據庫是由某一類型的電力機車牽引某種列車，在既定線路上正常操作運行時候獲得的機車電流與行走距離之間的關系數據組成的數據集，對列車運行負荷數據庫的結構設計要方便應用于牽引負荷的仿真計算過程。

3.2 列車運行圖信息代碼數據庫。

列車運行圖數據庫反映了下列信息：

（1）每天通過區段的列車數。

（2）每列車進入和駛出臂上各區間的時分。

（3）進入臂上各區間各次列車的車別（客，貨或零擔車）、運行的方向（上行或下行）和通過區間的方式（直通，停通或通停）。

對上述第二個信息，可設兩個變量 T1、T2分別表示列車進、出區間的時分。對第三個信息包括三個子信息，軟件中用代碼來區分，可分設三個代碼變量 F1、F2、F3表示?？闪?F1=1、2、3 分別代表貨車、客車、零擔車；F2=1、2 分別表示上行、下行；F31=1、2、3 分別代表通過區間的方式，即直通、停通、通停。列車運行圖代碼數據庫必須與列車運行負荷數據庫相對應，其代碼數據也必須依不同的供電臂（左、右）、不同的區間及不同的車次來組織。

3.3 臂負荷過程的仿真。

臂負荷過程仿真可按下列思路來設計：

（1）調入牽引變電所某側供電臂上的列車運行負荷數據和列車運行信息數據。

（2）從列車運行信息數據組中取出各次列車進入和駛出該區間的時分 T1和 T2,并將其與所考察時步所對應的時間相比較，以判斷所考察時刻該區間后運行的時分數，并取出該次列車的三個信息代碼 F1、F2、F3,以確定列車的類型、行車方向和通過區間的方式。

（3）以T1、T2、F1、F2、F3為依據確定并從列車負荷庫中正確取出數據，并計算出該次列車在該考察時刻從牽引網取用的電流值。

按上述方法計算出該供電臂各區間運行列車在同一時刻由牽引網取用的電流值，將它們累加即為該供電臂此刻的總負荷電流，然后依時步（如取為 1min）循環一周，即可得到該臂24h內的負荷過程。

4 負荷行為過程的仿真及統計分析。

牽引負荷在牽引供電系統和外部電力網系統中電氣量變化的過程叫負荷行為，它主要表達了各種電氣量隨著時間變化的過程。

可以得到以下結論：

（1）牽引變電所及供電臂上負荷行為過程。主要有母線電壓損失、牽引變壓器的功率損失、繞組負序電流及母線負序電流電壓分量、牽引網上的功率損失和最大電壓損失。

（2）牽引負荷對電力系統影響的負荷行為過程。主要有流入各發電機支路的負序電流，在電力系統各監測點上的負序電壓值等。

（3）對上述各種負荷行為過程進行分析和統計，可以變換得出各指標的統計特征值（平均值、有效值、方差），并給出各指標變化的概率直方圖。