[发明专利]一种基于参数辨识的电气化铁路牵引供电负荷建模方法

说明书

技术领域

本发明专利涉及一种针对电气化铁路牵引负荷建模方法，尤其涉及一种基于参数辨识的电气化铁路牵引供电负荷建模方法。

背景技术

电气化铁路是当前我国重点发展的交通方式，它可以提高铁路运输能力、改进铁路运营，同时也有利于实现资源的合理分配、降低运营成本、保护生态环境等。国务院批准的《中长期铁路网规划》明确指出：到2020年，我国铁路总里程将达到120000km，其中电气化铁路为60000km，铁路电气化率约为60％，承担的运量比重在80％以上。随着国家铁路6次大提速，列车速度越来越快、单台机车功率越来越大，特别是近年来高速电气化铁路的大力建设发展，诸如京津城际铁路、石太客运专线、贵广客运专线、郑西客运专线、沪宁城际铁路、沪杭城际铁路以及京沪客运专线的开通，大量时速250、300、350km/h的CRH型动车组上线运行。

电气化铁路的大规模建设发展，一方面对公用电网的电能质量和供电可靠性提出了更高的要求；另一方面，电气化铁路牵引负荷作为一种典型的不平衡、冲击性负荷，具有复杂多变的运行状态且随机性很大，投入运行会产生大量的谐波、负序电流，通过电气化铁路牵引变电站注入电力系统，对公用电网安全及电能质量产生一定的危害。

电气化铁路牵引供电负荷接入电网的冲击效应，需在规划、设计时进行相关的研究计算，以确定其对电网暂态稳定性的影响。目前，相关的、系统性的建模方法较少，在一定程度上制约了电网与电气化铁路的协调发展。因此，为保证电网安全，满足电气化铁路跨越式发展要求，助推我国经济持续快速增长，需要对此问题进行系统深入的研究，对不同电气化铁路牵引供电的冲击负荷进行模拟、计算，保证电气化铁路用电可靠性的同时保障电网运行安全，提高电网规划与电气化铁路发展规划协调程度。

发明内容

针对上述现有技术，本发明解决的技术问题是提供一种基于参数辨识的电气化铁路牵引供电负荷建模方法，能更好的对电气化铁路牵引供电负荷接入电网的冲击效应进行描述，支撑电网规划与电气化铁路发展规划，提高电网规划与电气化铁路发展规划协调程度。

为解决上述问题，本发明的一种基于参数辨识的电气化铁路牵引供电负荷建模方法包括步骤：

步骤1，结合电气化铁路负荷机车行进过程中的特点，以直流电机电机负荷与综合负荷直接集结于接触网供电臂上，确定交直型电力机车数学模型，以三相交流电动机负荷与综合负荷直接集结于接触网供电臂上，确定交直交型电力机车数学模型，并将交直型电力机车数学模型和交直交型高速电力机车数学模型综合，建立电力机车综合模型，结合电气化铁路牵引供电负荷的冲击特性，确定电气化铁路牵引供电负荷的冲击特性的模型，并引入开关系数得到由公式

确定的电气化铁路电力机车模型的辨识解析表达式模型；

步骤2，建立电力系统的三相侧电压与电气化铁路牵引供电系统的两相电压之间的变换模型，结合电气化铁路负荷启动、加速以及跨电分相的行进特点，对电气化铁路负荷的功率需求主动性特点进行数学建模，并结合电气化铁路电力机车模型的辨识解析表达式模型，建立由公式

确定的电气化铁路冲击负荷模型结构；

步骤3，选取某一个电气化铁路牵引站进行测试，并对电气化铁路牵引供电负荷的实测数据分析与预处理；

步骤4，对电气化铁路牵引供电负荷模型中的典型参数，进行参数辨识，并采用相应算例，对电气化铁路牵引供电负荷模型的准确性进行分析验证。

电气化铁路牵引供电负荷是时变的、在空间上移动的负荷，是动态的、非线性的负荷。传统的统计综合法的结果只对某个时间断面是正确的，对电气化铁路时变负荷缺乏足够的描述能力；该方法基于机理式和输入/输出式相结合的建模策略，将电气化铁路牵引供电负荷看作一个“灰色系统”，建立电气化铁路负荷的负荷特性模型和冲击特性模型，并将两者整合为统一的电气化铁路冲击负荷模型。

作为本发明的进一步改进，所述步骤1中，并以幂函数的结构，由公式

确定综合负荷模型，交直型电力机车数学模型由公式

确定，交直交型电力机车数学模型由公式

确定。采用幂函数的结构建立综合负荷模型，可减少辨识参数，提高对模型主要参数的辨识效率和精度。

作为本发明的进一步改进，所述步骤2中，对电气化铁路负荷的功率需求主动性特点进行数学建模方法为，将机车的功率主动需求等效为近似梯形的功率变化过程，功率主动性需求利用阶跃函数的数学模型表示，建立的模型由公式