直流牵引供电系统变流机组建模与运行过程仿真研究

摘要

在快速发展的社会经济步伐下，作为交通运输行业一大组成部分的城市轨道交通也得到飞速发展。基于直流牵引供电技术的发展及节能减排的要求，列车再生制动技术和带有逆变回馈功能的整流机组逐步应用在轨道交通中，这将对再生制动能量的利用、整流机组容量、牵引网网压水平、钢轨电位以及交直流系统的电能质量产生较大的影响。建立带有变流机组模型的直流牵引供电算法，并搭建出负荷过程仿真平台，显得尤为重要。本文在借鉴前人再生制动电阻耗能等研究成果的基础上，对变流机组进行建模，利用提出的变流机组交直流统一算法对城轨列车运行过程仿真进行了研究。
　　结合城轨供电系统以及逆变回馈原理，首先基于逆变回馈装置模型，推导出6脉波逆变机组交直流侧电压、电流及功率关系的数学模型，最后对12脉波逆变机组进行简化，提出一种双6脉波机组并联运行的等效12脉波数学模型。
　　在分析牛拉法潮流计算基础上，本文结合6脉波逆变机组模型，推导了基于逆变回机组模型的交直流统一城轨供电系统潮流计算修正方程，得到逆变机组交直流统一算法。然后借助MATLAB对某6节点和10节点测试系统进行了潮流计算，得出各节点电压以及逆变机组的功率、触发角、换相重叠角、直流侧的电压电流等值。
　　最后，在提出的基于牛拉法的逆变机组交直流统一算法以及现有城轨仿真计算软件基础上，利用统一建模语言(Unified Modeling Language，简称UML)，对带有变流机组模型的城轨供电计算仿真系统的相关设计进行了具体描述。在Visual C++.Net开发平台上，完善了带有逆变回馈的城轨供电计算仿真软件UrtSim的开发，并利用升级后的UrtSim系统对某实际地铁线路中安装逆变机组的算例进行了仿真分析，根据地铁规范和工程设计要求，分析得出在DC1500V电压等级下，逆变回馈机组投入电压宜设置在1700V左右的结论，同时验证了仿真软件平台算法的准确性。