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25kV直接供电方式牵引网电磁暂态仿真模型和算法研究

赵元  
【摘要】:供电可靠性与电能质量一直以来都是电气化铁路安全平稳运行的重要因素,分析电气化铁路电能质量的一个重要的环节就是针对其开展电磁暂态仿真的研究。作为牵引供电系统的重要组成部分,牵引网不同于电力系统对称且统一的传输线结构,它的结构复杂,且接触线及钢轨截面异型,钢轨材料又具有铁磁非线性,这使得目前开展暂态建模常用的仿真软件EMTP、MATLAB等无法精确的适应牵引供电系统中复杂多变的牵引网结构和元件模型。因此针对牵引网开展电磁暂态仿真模型和算法研究具有重要的意义。首先针对牵引网的链式网络的构建展开讨论。在对于牵引网电气参数计算方面,分类别对牵引网中各类导线的内阻抗的计算方法进行归纳汇总。针对钢轨,选用目前常用的P60型号的钢轨进行材料的磁特性测试,测试结果包括钢轨基本磁化曲线、磁滞回线、矫顽力等数据,利用上述数据在ANASY Maxwell软件中进行1:1仿真建模,计算钢轨的频变阻抗的参数。在此基础上,通过导线等值合并及相模转换构建牵引网多导体传输线模型,计算直接供电方式牵引网的频变阻抗和导纳参数矩阵,为开展牵引网暂态计算提供基础数据。然后立足于目前已有的频变的传输线模型求解理论,对于建立的牵引网频变多导体传输线模型进行求解算法的研究。选用J.Marti频变模型求解理论为参考,建模关键是在复频域对特性导纳和权函数进行准确的有理拟合,因此选用的是可以生成共轭复数极点的矢量匹配进行拟合,并针对初始极点对匹配结果影响较大这一特点采取遗传算法进行初始极点寻优,提高拟合结果的精度。接着从理论角度对使用递归卷积求解电磁暂态进行了解析,并进行了卷积公式的推导和计算。最后综合上述研究内容中的参数计算方法、模型构建理论与算法研究,整理设计了牵引网电磁暂态计算的流程逻辑,利用c#语言在Visual Studio开发平台编写程序。该计算程序可以实现牵引网阻抗频变参数矩阵的计算、特性导纳和权函数的拟合以及暂态求解三个方面的功能。以牵引网合闸暂态为例进行暂态计算,验证了程序的可操作性。


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