一种电气化铁路牵引供电系统供电能力评估方法及系统

1.本发明属于电气化铁路牵引供电系统建模与计算技术领域，尤其涉及一种电气化铁路牵引供电系统供电能力评估方法及系统。


背景技术：

2.我国铁路技术飞速发展，国家高度重视铁路的建设。对于电气化铁路而言，牵引供电系统是电力机车的唯一动力来源，是保证列车安全稳定运行的基础。牵引供电系统具备安全、可靠、持续的供电能力是确保铁路高品质运输的重要前提。
3.牵引供电系统供电能力不足时，可能导致列车无法从牵引网上获取足够的电能，从而降速运行甚至非正常停车，严重影响铁路运行的安全性和经济性。在目前的供电能力评估中，主要通过现场实测数据进行分析。但该方法仅适用于运营线路，对于规划和设计阶段的铁路，无法获得现场实测数据，难以实施。
4.另一方面，我国幅员面积辽阔，有着高原、隔壁、沙漠等众多地形地貌，拥有丰富的风能和太阳能等可再生能源。因此，充分利用铁路沿线的新能源，以分布式电源的形式接入牵引供电系统，既能够满足我国可持续发展的战略需求，又能够改善牵引供电系统的供电能力，具有良好的发展前景。
5.然而，目前的牵引供电系统建模与计算软件着力于列车牵引计算与牵引供电系统潮流计算，需要根据软件计算结果，依靠现场人员人工实施供电能力评估，缺乏牵引计算-潮流计算-供电能力评估为一体的评估系统；同时，新能源接入牵引供电系统作为一种全新的供电方式，目前的牵引供电系统建模与计算软件暂无法进行适配。


技术实现要素：

6.这对上述问题，本发明提供一种电气化铁路牵引供电系统供电能力评估方法及系统。
7.本发明一种电气化铁路牵引供电系统供电能力评估方法，包括以下步骤：
8.步骤a：根据电气化铁路线路设计参数、电力机车/动车组设计参数、牵引供电系统设计参数、以及新能源发电系统参数，获取电气化铁路线路信息、列车信息、牵引供电系统信息、新能源发电系统信息。
9.线路信息包括线路的走线、线路全长、区间数量、坡道长度、坡度大小、曲率半径、隧道长度、区间限速。
10.列车信息包括列车阻力系数、编组类型、编组总重、全列载重、编组长度、最大牵引功率、最高时速、功率因数、回转质量系数。
11.牵引供电系统信息包括牵引供电系统拓扑结构、电力系统短路容量、牵引变电所位置、牵引变压器额定容量、负载损耗、空载损耗、短路阻抗、自耦变压器额定容量、漏阻抗、牵引网导线空间结构、直流电阻。
12.新能源发电系统信息包括风机额定容量、风速大小、形状参数、尺度参数、光伏阵
位置曲线。
23.评估分析模块：根据供电计算模块中牵引供电系统动态潮流计算结果和概率潮流计算结果，计算牵引供电系统供电能力的量化评估指标和概率评估指标，对牵引供电系统的供电能力实现量化评估和概率评估。
24.本发明的有益技术效果为：
25.一、符合电气化铁路牵引供电系统供电能力评估的实际需求。随着我国电气化铁路的飞速发展和进步，铁路运输组织的增加，对牵引供电系统供电能力提出了挑战，供电能力不足时，可能导致列车无法获取足够的电能，影响铁路运行的安全性和经济性。
26.二、本发明考虑了牵引供电系统供电能力评估指标。在列车牵引计算与牵引供电系统建模的基础上，建立了牵引供电系统供电能力量化评估指标和概率评估指标，通过牵引供电系统潮流计算对指标进行求解，实现牵引供电系统供电能力的准确评估与分析。
27.三、本发明实现了含新能源接入的牵引供电系统供电能力评估。针对新能源发电系统输出功率的随机性和不确定性，从概率评估的角度，通过蒙特卡洛模拟的概率潮流计算对概率指标进行求解，实现新能源接入条件下牵引供电系统的供电能力概率评估。
附图说明
28.图1为本发明电气化铁路牵引供电系统供电能力评估方法原理框图。
具体实施方式
29.下面结合附图和具体实施方法对本发明做进一步详细说明。
30.本发明一种电气化铁路牵引供电系统供电能力评估方法如图1所示，包括以下步骤：
31.步骤a：根据电气化铁路线路设计参数、电力机车/动车组设计参数、牵引供电系统设计参数、以及新能源发电系统参数，获取电气化铁路线路信息、列车信息、牵引供电系统信息、新能源发电系统信息。
32.线路信息包括线路的走线、线路全长、区间数量、坡道长度、坡度大小、曲率半径、隧道长度、区间限速。
33.列车信息包括列车阻力系数、编组类型、编组总重、全列载重、编组长度、最大牵引功率、最高时速、功率因数、回转质量系数。
34.牵引供电系统信息包括牵引供电系统拓扑结构、电力系统短路容量、牵引变电所位置、牵引变压器额定容量、负载损耗、空载损耗、短路阻抗、自耦变压器额定容量、漏阻抗、牵引网导线空间结构、直流电阻。
35.新能源发电系统信息包括风机额定容量、风速大小、形状参数、尺度参数、光伏阵列面积、额定功率、光电转换效率、最大辐射度。
36.步骤b：根据电气化铁路线路信息、列车信息，通过对列车运行过程进行受力分析，结合牛顿运动方程和列车牵引控制策略，输出列车运行的速度-位置曲线和时间-位置曲线；进一步根据功率方程，输出列车运行过程中的有功功率-位置曲线和无功功率-位置曲线。
37.b1、列车牵引计算：根据电气化铁路线路信息、列车信息，通过对列车运行过程进
行受力分析，结合牛顿运动方程和列车牵引控制策略，输出列车运行的速度-位置曲线和时间-位置曲线；进一步根据功率方程，输出列车运行过程中的有功功率-位置曲线和无功功率-位置曲线。
38.b2、动态潮流计算：在列车牵引计算的基础上，输入全线全时段列车运行图，读取目标计算时段的列车负荷分布情况，根据牵引供电系统信息，通过高斯-赛德尔潮流计算，输出该目标计算时段下牵引供电系统的电压、电流、功率的动态分布，绘制各电气参数在目标计算时段内的变化曲线。
39.b3、概率潮流计算：在列车牵引计算的基础上，输入全线牵引供电系统中的新能源发电系统接入信息，包括风机额定容量和接入位置、光伏额定功率和接入位置；采用蒙特卡洛模拟进行概率潮流计算，输出牵引供电系统的电压、电流、功率的概率分布，绘制各电气参数的频率分布直方图。
40.步骤c：根据步骤b中牵引供电系统动态潮流计算结果和概率潮流计算结果，计算牵引供电系统供电能力的量化评估指标和概率评估指标，对牵引供电系统的供电能力实现量化评估和概率评估。
41.c1、供电能力量化评估：牵引供电系统供电能力量化评估指标包括进线电压合格率、牵引变压器过载率、接触网电压合格率、接触网载流合格率、受电弓电压合格率、钢轨电位合格率、以及系统最大传输功率；在牵引供电系统动态潮流计算结果的基础上，选取目标计算时段，计算该时段内的供电能力量化指标结果，绘制所选线路全部牵引变电所的供电能力量化指标的柱状图，并根据不同的值对供电能力评估结果分为优、良、差三个等级；若出现“良”或者“差”的评估结果，则进行告警。
42.c2、供电能力概率评估：牵引供电系统供电能力概率评估指标包括牵引母线电压期望值、牵引母线电压均衡度、接触网载流量期望值、接触网载流量均衡度、牵引变压器载荷期望值、牵引变压器载荷均衡度；在牵引供电系统概率潮流计算结果的基础上，计算全天时段内的供电能力概率指标结果，绘制所选线路全部牵引变电所的供电能力概率指标的柱状图，并设置指标告警值的上限和下限，如果该时间段内的指标出现越限，则进行告警。
43.本发明的一种电气化铁路牵引供电系统供电能力评估系统，包括参数配置模块、供电计算模块、评估分析模块。
44.参数配置模块：根据电气化铁路线路设计参数、电力机车/动车组设计参数、牵引供电系统设计参数、以及新能源发电系统参数，获取电气化铁路线路信息、列车信息、牵引供电系统信息、新能源发电系统信息。
45.供电计算模块：根据电气化铁路线路信息、列车信息，通过对列车运行过程进行受力分析，结合牛顿运动方程和列车牵引控制策略，输出列车运行的速度-位置曲线和时间-位置曲线；进一步根据功率方程，输出列车运行过程中的有功功率-位置曲线和无功功率-位置曲线。
46.评估分析模块：根据供电计算模块中牵引供电系统动态潮流计算结果和概率潮流计算结果，计算牵引供电系统供电能力的量化评估指标和概率评估指标，对牵引供电系统的供电能力实现量化评估和概率评估。