[发明专利]长编组动车组高架桥上过分相的车网桥耦合模型构建方法

权利要求书

1.一种长编组动车组高架桥上过分相的车网桥耦合模型构建方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：建立完整的高架桥钢筋模型，确定过分相情况下接地系统的阻抗频率特性，结合粒子群算法进行参数拟合，建立综合接地系统宽频电路模型；综合接地系统宽频电路模型的拓扑和参数的确定方法如下：

所述综合接地系统宽频电路模型包括并联的第一电路、第二电路和第三电路；

第一电路为由电阻R₀和电容C₀并联构成的支路；

第二电路为M条并联的支路单元，所述支路单元为电阻R_av和电感L_av构成的串联支路，v＝1、2、···、M；

第三电路为N条并联的支路单元，所述支路单元为串联的电阻R_bw、电感L_bw，及由电导G_bw和电容C_bw构成的并联构件构成的混合支路，w＝1、2、···、N；

由x(l)表示宽频电路模型中第l个元件的参数值，l＝1、2、···、2M+4N+8；x(1)＝R₀、x(2)＝C₀、x(3)＝R_a1、x(4)＝L_a1、x(3+2v)＝R_av、x(4+2v)＝L_av、x(3+2M)＝R_aM、x(4+2M)＝L_aM、x(5+2M)＝R_b1、x(6+2M)＝L_b1、x(7+2M)＝G_b1、x(8+2M)＝C_b1、x(5+2M+4w)＝R_bw、x(6+2M+4w)＝L_bw、x(7+2M+4w)＝G_bw、x(8+2M+4w)＝C_bw、x(5+2M+4N)＝R_bN、x(6+2M+4N)＝L_bN、x(7+2M+4N)＝G_bN、x(8+2M+4N)＝C_bN；

则第一电路阻抗Z₀、第二电路阻抗Z_v、第三电路阻抗Z_w和总阻抗Z的表达式为：

式中，k为符号变量，k在Z_v的表达式中依次赋值2、3、···、2+M，在Z_w的表达式中依次赋值3+M、4+M、···、3+M+N；

粒子群算法中，将不同频率f_i下的高架桥综合接地系统阻抗记为目标自适应值Z_mm(f_i)；当前粒子对应的频率f_i情况下的宽频电路模型总阻抗由Z_mm(f_i)用当前粒子的自适应值Z(f_i)表示；通过代入Z_mm(f_i)、调整粒子数、M和N的值，进行粒子群算法的迭代计算；

每次迭代中都将Z(f_i)与Z_mm(f_i)进行比较；将代表某频率f_i下当前粒子所求出的阻抗值Z(f_i)与该频率下实际的阻抗值Z_mm(f_i)的实部之差与虚部之差的平方和的开方记为S_i，i＝1、2、···、n，n为提取到的不同牵引电流频率对应的接地阻抗的个数，粒子群算法迭代中则将Z(f_i)和Z_mm(f_i)进行n次比较；所有的S_i的和记为S，即目标自适应值与当前粒子自适应值之间的总差值：

第一次迭代中，将每个频率f_i对应的宽频电路模型的参数值随机设置后得到Z(f_i)、S_i和S的值；随后，将式(2)中的S尽可能趋近于0为优化目标S→0，不断调整每个频率f_i对应的宽频电路模型各元件参数值，不断进行粒子群算法的迭代；当优化目标得到满足时，停止迭代；优化目标得到满足时对应的M值、N值及各元件参数值确定了高架桥综合接地系统最终的拓扑和参数；

步骤2：根据过分相每个暂态过程发生时双弓所在位置、车体接地点所在位置、每个车体位置、和四个暂态过程点所在位置将车网系统分为不同的部分；分析并确定每个部分车网系统的耦合分布；

步骤3：基于车网系统耦合分布分析结果，构建过分相各暂态过程的车网系统拓扑；构建车网系统拓扑时，考虑过分相暂态过程出现的燃弧会导致过高频率的电压电流，从牵引变电所至电分相之间的牵引网系统用分布参数模型等值；接触网与中性线之间、接触网与车体之间、中性线与车体之间、车体与钢轨之间的容性耦合用等值电容表示；钢轨部分考虑对地泄漏电导；由于动车组在过分相期间主断路器断开且CRH3系列的长编组动车组的主断路器位于车顶贯通电缆的上方，动车组的前弓和后弓部分仅考虑受电弓对车体的耦合电容和互感器等值电感；

步骤4：计算高架下的电气回路和高架桥上的牵引供电回路之间的互感耦合系数；建立反映牵引网供电回路在桥墩回路中的感应电压的受控源模块；

将分相区段下的多个网孔等效为一个大的网孔，高架桥下供电回路在桥墩回路中感应电压由等效受控源表示；将接触网与钢轨等效为无限长直导线；高架下的电气回路和高架桥上的牵引供电回路存在互相的电磁感应的耦合系数M₀为：

式中，Φ为高架桥桥墩回路中的总的磁通量，i₀为牵引供电回路电流；d₁为接触线导高；d为钢轨和综合地线之间的距离；d₂为桥墩平均高度；l为高架桥上所对应的线路长度；μ₀为空气的磁导率；

根据法拉第电磁感应定律，高架下的电气回路的感应电动势E为：

将高架桥下两个供电臂与中性段在桥墩回路中感应电压由等效受控源u_A1、u_B1、u_Z1表示，其与牵引供电回路电流i₀之间的关系分别为：u_A1＝jωM_0Ai₀、u_B1＝jωM_0Bi₀、u_Z1＝jωM_0Zi₀；其中，M_0A、M_0B和M_0Z分别为左供电臂路段、右供电臂路段和中性段路段高架下桥墩回路和高架桥上牵引供电回路之间的电磁感应耦合系数；

步骤5：结合所述综合接地系统宽频电路模型、车网系统拓扑和感应电压的受控源模块，构建计及高架桥接地宽频特性和桥墩回路与牵引网供电回路之间电气耦合的长编组动车组过分相车-网-桥耦合模型。

2.根据权利要求1所述的长编组动车组高架桥上过分相的车网桥耦合模型构建方法，其特征在于，所述确定过分相情况下接地系统的阻抗频率特性具体过程为：依照高架桥设置模型的尺寸结构，用CDEGS软件中的SESCAD模块建立高架桥接地钢筋结构模型；用电势降法仿真求得高架桥模型接地阻抗；在0～10MHz的范围内选取占据整个范围的离散频率点，依次将这些频率点设置为注入接地模型电流的频率，通过仿真分别得到这些频率点对应的接地阻抗。