牵引供电系统计算机仿真

2013-03-31 14:59:50 来源:中华铁道网

利用与实际牵引供电系统对象相吻合的数学模型在计算机上进行模拟试验。
牵引供电系统计算机仿真(computer-basedsimulationoftractionpowersupplysystem)利用与实际牵引供电系统对象相吻合的数学模型在计算机上进行模拟试验。由于数学模型及由此编制的计算机软件可以灵活多变,在此模型上进行试验(仿真)与物理模拟(现场实验)相比具有方便、灵活、经济、实用、周期短、重复性好、见效快等优点,已普遍在工程设计、运行管理人员训练及新系统研制、开发等方面应用。
 
特点在牵引供电系统计算机仿真软件中,除必要的计算程序外,还要有大量的功能软件的支持,以体现“在模型上进行现场试验”的特点。即要求在仿真中,试验者就像在真实系统上进行现场实验一样,能方便地观察到供电系统各种运行工况下的动态过程,使供电系统的各种运行状态以比较形象的方式(如图形、曲线、表格等)表现出来,以便试验者能清楚地了解试验结果。根据试验的结果和设计要求(要达到的目标),可通过修改某些参数进行寻优,直到达到满意的结果为止。
 
作用(1)检验运行系统的各项指标和特性,可称为行为检验。牵引供电系统结构较复杂,其负荷具有移动、随机、三相不对称等特点。利用计算机仿真技术,建立与系统相吻合的数学模型,制订算法,考虑各种因素,设置参数,就可对各种运行方式和运行状态进行核算。运行方式可包括供电方式和列车运行模式;运行状态可包括系统的电流、电压、能损、谐波、负序、功率因数、设备供电能力及其利用情况等。为最佳运行方案和技改方案的制定提供依据,还能再现事故,研究保护和控制系统的性能。(2)预测新系统的指标和特性。可称为行为预测。对给定的系统设计方案、各种运行方式和行车工况等均可通过仿真软件进行各项指标、特性的预测,为设计或试验指明正确方向,以缩短设计或实验周期,并可最大限度地减少盲目性。(3)实现系统的寻优规划。寻优规划是在对运行系统或预测新系统的各项指标和方针分析基础上进行的,它对既有系统的优化运行方案选择(包括技术改造)和对新建系统的寻优设计都直接有效。
 
主要内容(1)牵引负荷过程及其行为的仿真:电力机车牵引动态过程、馈线负荷过程、网压过程、牵引变压器负荷过程、负荷与无功在电力系统的分布过程、并联无功补偿的行为过程等。(2)负荷谐波过程及其行为仿真:电力机车谐波的产生机理、网上谐波的动态过程、谐波的不良影响行为、谐波方案设置及效果、通信干扰与防护效果等。(3)牵引负荷统计特征与随机仿真;可从牵引负荷过程仿真结果或大量的实测统计数据中获得牵引负荷的概率分布或数字特征,或从既有的数字特征出发,通过非线性规划获得牵引负荷概率分布规律,并可进一步研究牵引负荷概率分布的主要控制量(如最大负荷)与牵引负荷(受牵引定数、行车密度、线路情况等的制约)之间的统计关系。由此可预测馈线平均负荷与最大负荷、最合理的变压器容量、主要供电设备配置、补偿装置的设置方式与容量等。(4)牵引网故障过程及其行为过程仿真:故障的发生与发展过程,故障的阻抗与距离特性,高阻保护特性,永久性和非永久性故障判别等。(5)绝缘水平与绝缘配合仿真:牵引供电系统波过程的模型、暂态过电压模型、雷电过电压及避雷过程、操作过电压过程、绝缘配合方法等。
 
实例牵引负荷过程及如何行为的计算机仿真
 
负荷过程的计算机仿真要在计算机上仿真再现负荷过程,首先需要建立以列车运行对数、运行时分、运行方式等为基础的列车运行负荷数据库和以电力机车的牵引重量、机车电流与走行距离、走行时分为基础饿列车运行图数据库,然后再由臂负荷过程仿真软件仿真计算出供电臂在全天(24小时)的总负荷电流,再现臂负荷过程。
 
负荷行为过程的仿真及统计分析负荷行为是指由于牵引负荷在牵引供电系统及在外部供电系统中所引起的各主要电气指标。负荷行为过程则是与负荷过程相对应,它表达了各电气指标依时间变化的关系过程。
 
在前述负荷过程仿真计算基础上,再运行负荷行为过程仿真功能模块,可以得出:(1)牵引变电所及各侧供电臂上的一系列电气指标值依时间变化的全过程,如母线电压损失,牵引变压器的功率损失,负序电流及母线负序电压分量,牵引网上的功率损失和最大电压损失。(2)牵引负荷对电力系统影响的各电气指标依时间变化的全过程,如流入各发电机支路的负序电流,在电力系统各监测点上的负序电压等。(3)若再运行统计分析功能模块,还能对上述各项指标的变化过程进行统计分析,得出各指标的统计特征值(平均值、有效值、方差),并给出各指标变化值出现频率的直方图。(李群湛曹保江)

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