一种针对直流牵引网络中牵引所电流分配的计算方法

摘要

本发明公开了一种针对直流牵引网络中牵引所电流分配的计算方法，包括如下步骤：设置直流牵引网络中无机车时第一模拟电路图；测量直流牵引网络中对应分析区间的牵引所馈线电流、牵引所对钢轨电压和牵引所所在钢轨对地电压，计算出第一模拟电路图中分析区间上下行接触网的参数；设置分析区间内以及分析区间外两侧均有机车运行时的第三模拟电路图；根据上下行接触网的参数以及第三模拟电路中等效电源正负极流出和流入的电流相等，对分析区间中机车的供电来源进行电路分析，获取之列牵引网络中各牵引所对机车的供电情况。本发明提出了直流牵引网络在不同工况下对应的模拟电路图，对各个模拟电路图进行分析计算，获取牵引所电流分配情况。

说明书

技术领域

本发明涉及直流牵引网络领域，具体涉及一种针对直流牵引网络中牵引所电流分配的计算方法。

背景技术

在城市轨道交通牵引供电系统中，每条地铁线路直流牵引网络由多座直流牵引变电所、上下行接触网、上下行走行轨等构成，电能从牵引所整流器正极经馈线电缆、接触网输送给机车，再从机车经钢轨(回流轨)、回流电缆流回整流器负极。直流线网由多个直流电源经接触网和回流轨并联连接，系统接线复杂，不利于对轨道线路的各种工作状况进行定量分析，无法直接体现线路中各个电气参数的相互关系。

同时，随着地铁运营里程的大规模增加，线网的运营和检修工作日益繁重、地铁公司的运营成本急剧上升。为缓解上述状况，迫切需要有效的线网智能在线监测系统用以完成线路中关键电气参数监测和多种工况定量分析，进而为检修和运营工作提供有利支撑。

要想建立有效的线网智能在线监测系统，就需要先对直流牵引网络中牵引所电流分配情况进行分析，目前还没有有效的方式对直流牵引网络中牵引所电流分配情况进行分析。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的旨在提供一种针对直流牵引网络中牵引所电流分配的计算方法。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种针对直流牵引网络中牵引所电流分配的计算方法，所述直流牵引网络包括上下行接触网、上下行走行轨以及M个牵引所；M为大于3的整数；包括如下步骤：

S01：设置直流牵引网络中无机车时第一模拟电路图；其中，所述第一模拟电路图包括并联的等效电源U

S02：测量直流牵引网络中对应分析区间的牵引所馈线电流、牵引所对钢轨电压和牵引所所在钢轨对地电压，计算出第一模拟电路图中分析区间上下行接触网的参数；

S03：设置直流牵引网络中分析区间外有机车且分析区间内无机车时第二模拟电路图；其中，所述第二模拟电路图包括并联的等效电源U’

S04：根据第一模拟电路中上下行接触网的参数以及第二模拟电路中等效电源正负极流出和流入的电流相等，对分析区间外机车的供电来源进行电路分析；

S05：设置分析区间内以及分析区间外两侧均有机车运行时的第三模拟电路图；其中，所述第三模拟电路图包括并联的等效电源U”

S06：根据第一模拟电路中上下行接触网的参数以及第三模拟电路中等效电源正负极流出和流入的电流相等，对分析区间中机车的供电来源进行电路分析

S07：根据上述分析获取之列牵引网络中各牵引所对机车的供电情况。

进一步的，所述第一模拟电路图中上行接触网和下行接触网为并联的两个电路，上下行接触网整体的电阻和电感为上行接触网或下行接触网的一半。

进一步的，所述第二模拟电路中分析区间中上行接触网和下行接触网为并联的两个电路，分析区间中上下行接触网整体的电阻和电感为上行接触网或下行接触网的一半。

进一步的，所述步骤S06中由第三模拟电路中等效电源正负极流出和流入的电流相等可得：

I”

I”

I”

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整体后可得，区间内任意一侧负回流电流等于该侧上下行接触网电流之和，公式如下：

I”

I”

其中，I”

进一步的，所述步骤S07还包括：依据距离，根据线路上线性排布的回流轨、接触网电阻，可计算出每一牵引机组对机车的贡献电流。

其中，I

本发明提供的一种直流牵引网络中无牵引机时的模拟电路图，包括并联的等效电源U

本发明提供的一种直流牵引网络中有牵引机时的模拟电路图，包括并联的等效电源U”

本发明的有益效果在于：本发明提出了直流牵引网络在不同工况下对应的模拟电路图，对各个模拟电路图进行分析计算，获取直流牵引网络中牵引所电流分配情况，为后续地铁运营及检修提供理论依据和可视化数据。

附图说明

附图1为直流牵引一次原理图；

附图2为各区间均无机车运行时的线网等效图；

附图3为第一模拟电路图；

附图4为分析区间无机车运行且区间外有机车运行时的线网等效图；

附图5为第二模拟电路图；

附图6为各区间均有机车运行时的线网等效图；

附图7为第三模拟电路图。

附图8为各牵引所对机车供电分配等效原理图。

具体实施方式

下面，结合附图以及具体实施方式，对本发明做进一步描述：

本发明提供的一种针对直流牵引网络中牵引所电流分配的计算方法，其中，直流牵引网络包括M个牵引所；M为大于3的整数；如附图1所示，TS1、TS2为相邻牵引所，TSi为与TS1相隔多个区间的牵引所，TSn为与TS2相隔多个区间的牵引所。每个牵引所主要对其两侧区间供电，各区间接触网通过牵引所正极母线相互连接；区间内上下行接触网也通过正极母线相互连接；牵引电流通过钢轨返回到负极。本发明分析过程具体包括如下步骤：

S01：设置直流牵引网络中无机车时第一模拟电路图；具体过程如下：

设置各区间均无机车运行时的线网等效图，如附图2所示，附图2中I

根据附图2中各区间均无机车运行时的线网等效图，设置直流牵引网络中无机车时第一模拟电路图，如附图3所示，第一模拟电路图包括并联的等效电源U

也就是说，等效电源U

S02：测量直流牵引网络中对应分析区间的牵引所馈线电流、牵引所对钢轨电压和牵引所所在钢轨对地电压，计算出第一模拟电路图中分析区间上下行接触网的参数。

请继续参阅附图3，上下行接触网在没有机车运行的情况下，第一模拟电路图中上行接触网和下行接触网为并联的两个电路，因此接触网线路电阻、电感为原来的一半，也就是说上下行接触网整体的电阻和电感为上行接触网或下行接触网的一半。由于区间无机车运行，因此通过测量牵引所馈线电流、牵引所对钢轨电压和牵引所所在钢轨对地电压可以计算出接触网的参数。

S03：设置直流牵引网络中分析区间外有机车且分析区间内无机车时第二模拟电路图；具体过程如下：

当分析区间内无机车运行而区间外有机车运行时，线网等效图如图4所示。图中I’

为便于对线网供电区间的供电情况分析，因此对线路进行简化，根据附图4中线网等效图建立第二模拟电路图，将附图4中分析区间外所有牵引所等效成U’

第二模拟电路图包括并联的等效电源U’

S04：根据第一模拟电路中上下行接触网的参数以及第二模拟电路中等效电源正负极流出和流入的电流相等，对分析区间外机车的供电来源进行电路分析；

第二模拟电路中分析区间中上行接触网和下行接触网为并联的两个电路，分析区间中上下行接触网整体的电阻和电感为上行接触网或下行接触网的一半。

S05：设置分析区间内以及分析区间外两侧均有机车运行时的第三模拟电路图；具体包括如下步骤：

当线路上各个区间都有机车在运行时，各个牵引所通过接触网为机车供电，通过钢轨返回牵引所负极，线网等效图如图6所示。图中I”

为便于对牵引所TS1至TS2的线网供电区间的供电情况分析，因此对线路进行简化，将分析区间外两侧所有牵引所的上下行接触网等效成单线网络，将分析区间外所有牵引所等效成U”

图7中其中，第三模拟电路图包括并联的等效电源U”

S06：根据第一模拟电路中上下行接触网的参数以及第三模拟电路中等效电源正负极流出和流入的电流相等，对分析区间中机车的供电来源进行电路分析。

由第三模拟电路中等效电源正负极流出和流入的电流相等可得：

I”

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I”

I”

整体后可得，区间内任意一侧负回流电流等于该侧上下行接触网电流之和，公式如下：

I”

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因此，分析区间内钢轨回流电流和上下行接触网电流之和相等。同理该等式在线路上各个区间都成立。

综上分析各个工作状况下的等效图，可将机车等效成一个负载，进行电路分析可得牵引网对机车的供电路径包括三个类别：

1.机车所在区间两端的牵引所通过与机车相连的接触网直接供电，为主要供电路径；

2.机车所在区间两端的牵引所通过与机车不直接相连的接触网供电；

3.机车所在区间两侧远端牵引所通过线网对机车供电。

最终流过机车的电流为各路径上电流的叠加值。

S07：根据上述分析获取之列牵引网络中各牵引所对机车的供电情况：当机车在线路正常运行时，各牵引所的对机车供电分配情况如图8所示，在机车设定密度不大的工作状况下，各牵引所对机车的供电配比大小情况主要为，机车所在区间两端牵引所为主要供电，区间外两侧的牵引所供电根据各区段牵引网参数，随距离增加供电配比逐渐减少。

依据距离，根据线路上线性排布的回流轨、接触网电阻，可计算出每一牵引机组对机车的贡献电流。

其中，I

本发明提出了直流牵引网络在不同工况下对应的模拟电路图，对各个模拟电路图进行分析计算，获取直流牵引网络中牵引所电流分配情况，为后续地铁运营及检修提供理论依据和可视化数据。

对本领域的技术人员来说，可根据以上描述的技术方案以及构思，做出其它各种相应的改变以及形变，而所有的这些改变以及形变都应该属于本发明权利要求的保护范围之内。