[发明专利]一种用于高铁站场的牵引网-动车组建模方法

说明书

本发明公开了一种用于高铁站场的牵引网‑动车组建模方法，具体为：对动车组各部分进行模型搭建，分析高速铁路站场牵引网结构特点，搭建详细的牵引网、钢轨及牵引变电所等效电路模型；基于所搭建的牵引网和动车组模型，根据动车组在站场内的不同运行工况设计仿真，得到相应运行工况的电气参数瞬态变化情况。本发明通过建立高铁站场牵引网‑动车组等效电路模型，更加准确地模拟仿真高铁站场内的动车组运行工况，进而方便测试，优化运行参数。

技术领域

本发明涉及电气化铁路动车组安全运行技术领域，具体涉及一种用于高铁站场的牵引网-动车组建模方法。

背景技术

随着高速铁路的大力发展，动车组安全稳定运行日益成为人们关注焦点。动车组运行过程中的电磁暂态现象有不少都发生在高速铁路站场内，例如动车组升弓工况、降弓工况、过回流切断点等。动车组在升降弓工况时车体电压会出现瞬间陡升，还会产生弓网间电弧，若保护接地方式不合理，就会引起车体电压的波动和各节车体电势的分布不均。

车体不仅是车载电气电子设备的参考地电位，也是保护接地的泄流通道，车体电压的波动易对车上弱电设备造成干扰，击穿传感器，给列车运行带来安全隐患。动车组轮对在过回流切断点时发生电流的瞬时联通和瞬时切断，可能引发高强度电弧。现场勘查，电弧会造成轨道电路绝缘节处钢轨轨头的烧损，缩短钢轨使用寿命，影响列车运行安全，并且在国内的高铁站场内已多次发现。

由于在高铁运营条件下组织现场测试非常困难，且直接测试车体过电压和钢轨中的电流也不具备可行性，因此运用仿真模型分析法是得到动车组运行工况中电气参数瞬态变化情况的重要手段。现有的车-网耦合模型中牵引网模型基本都是针对普通供电区间所建立的，为了更加准确地模拟仿真高铁站场内的动车组运行工况，针对高铁站场牵引网特点建立详细地站场牵引网-动车组模型是十分必要的。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种用于高铁站场的牵引网-动车组建模方法，运用MATLAB/Simulink软件搭建详细的高铁站场牵引网-动车组仿真模型，模拟高铁站场内的动车组运行工况，进而方便测试，优化运行参数。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种用于高铁站场的牵引网-动车组建模方法，包括以下步骤：

步骤1：搭建动车组等效电路模型，所述动车组等效电路模型包括动车组高压电缆、动车组车体、动车组工作接地系统和动车组保护接地系统；

步骤2：搭建牵引网、钢轨以及牵引变电所等效电路模型，牵引网在高速铁路站场正线采用全并联自耦变压器供电方式，在侧线上添加相应的接触线和钢轨；

采用链式电路模型对牵引网模型进行仿真；根据牵引变电所、车站、动车组、自耦变压器和分区所的位置，牵引网模型分为多个串联的子网络模型；对每个子网模型，利用π型网络反映每个导体的感性耦合和容性耦合；

步骤3：计算站场牵引网模型各部分参数，结合多导体传输线理论，通过列举阻抗和导纳矩阵、矩阵降阶和矩阵变换，确定各导体的感性和容性耦合参数；

步骤4：基于搭建的牵引网和动车组模型，根据动车组运行工况设计仿真，得到相应运行工况的电气参数瞬态变化情况。

进一步的，所述步骤3具体为：通过将接触线和承力索合并为接触网，将两条平行钢轨合并成一条钢轨实现矩阵降阶；

在阻抗参数的计算中，列出了n×n阻抗矩阵，即：

其中，u_i指单位长度导体两端的压降，i_i指流过导体的电流；利用以大地为回路的架空导线阻抗计算公式即Carson公式确定式(1)中牵引导体的自阻抗Z_ii和互阻抗Z_ij；