[发明专利]一种计及动车组弓网多次离线燃弧的牵引网压的计算方法

说明书

本发明公开一种计及动车组弓网多次离线燃弧的牵引网压的计算方法，首先建立包括n个π型等效模型串联的牵引网分布参数等值模型，将弓网离线电弧的数学模引入牵引网分布参数等值模型中建立电弧模型，基于状态空间理论建立计及非线性动态燃弧的牵引网回路状态空间模型；再利用数值分析方法对上述牵引网回路状态空间模型进行离散化处理；最后基于状态空间分析法，研究弓网多次燃弧、熄弧情况下牵引网压波动。本发明采用的状态空间分析法不仅可以解决多次燃弧情况下的牵引网压变化研究，还可以用于过分相出现的燃弧的分析，可推广用于电力系统其它电弧发生时的电压及电流变化分析及其它非线性或时变模型的研究。

技术领域

本发明涉及高速铁路中电弧影响及保护技术领域，具体为一种计及动车组弓网多次离线燃弧的牵引网压的计算方法。

背景技术

高速铁路弓网系统振动、轨道或接触网不平顺、及其过分相等，伴随弓网多次燃弧，其产生高幅值过电压现象威胁牵引网网压，使得注入车体电压波形畸变，对牵引主变压器及车内电气设备造成危害，影响列车安全运行。由于弓网离线电弧的随机性、不稳定性和非线性，现场很难直接勘测。因此，针对计及弓网多次燃弧、熄弧的牵引压波动分析十分必要。

由于弓网燃弧或电火花现象使得受电弓及接触线表面腐蚀及烧损，目前，对于弓网电弧的研究主要集中在电弧内部物理、化学特性分析，从材料上着手设计削弱电弧装置，其它理论主要集中在不同电弧数学模型建立等研究，且已有的数学模型均可以很好的反应电弧的物理特性，但少有针对弓网电弧实质对整个牵引网产生影响分析，难以确定弓网离线燃弧时车体及牵引网网压如何波动变化。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的在于提供一种计及动车组弓网多次离线燃弧的牵引网压的计算方法，该方法不仅适用于高速动车组正常运行工况产生离线燃弧的影响分析，还可以用于过分相出现的燃弧的影响研究的。技术方法如下：

一种计及动车组弓网多次离线燃弧的牵引网压的计算方法，包括以下步骤：

步骤1：对高速铁路AT牵引网建立包括n个π型等效模型串联的牵引网分布参数等值模型，将弓网离线电弧的数学模型引入牵引网分布参数等值模型中建立电弧模型，基于状态空间理论建立计及非线性动态燃弧的牵引网回路状态空间模型；

步骤2：利用数值分析方法对上述牵引网回路状态空间模型进行离散化处理；

步骤3：根据离散化处理的牵引网回路状态空间模型，先求解计及弓网一次燃弧的受电弓弓头电压波形，保存该次燃弧求解的各状态变量结果，作为二次燃弧状态变量初始值，进行迭代求解，直到求得计及动车组弓网多次离线燃弧的牵引网压波形。

进一步的，所述电弧模型由Habedank等效电弧模型结合Mayr电弧模型、Cassie电弧模型并加以修正得到，其数学模型表示方式为：

其中，g为Habedank方程的瞬时电弧电导；i为Habedank方程的瞬时电弧电流；g_c为整体电弧方程Cassie部分的瞬时电导；g_M为整体电弧方程Mayr部分的瞬时电导；v为列车速度；τ₀为初始的时间常数；α、γ、β均为影响电弧动态特性的相关常数。

更进一步的，所述步骤1中牵引网分布参数等值模型共有(2n-1)个状态变量，求解(2n-1)×(2n-1)阶状态方程的系统矩阵A，输入矩阵B，得到系统的状态方程：

其中，x(t)为状态变量，u(t)为输入向量；选取状态变量x(t)为：