軌道直流供電系統(tǒng)短路故障數(shù)學建模及短路電流確定方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了軌道直流供電系統(tǒng)短路故障數(shù)學建模方法，包括預設(shè)N個牽引變電所，相鄰兩個牽引變電所之間的上行接觸網(wǎng)、下行接觸網(wǎng)、上行鋼軌以及下行鋼軌上均存在一個短路節(jié)點，對牽引變電所節(jié)點及短路節(jié)點進行編號，將節(jié)點編號按照節(jié)點所在線路位置坐標由小到大的順序依次存儲至對應(yīng)的數(shù)組；分別計算數(shù)組中存儲的各個節(jié)點以及N個牽引變電所兩端節(jié)點的自導納以及各個節(jié)點間的互導納，并將結(jié)果存儲至節(jié)點導納矩陣；計算N個牽引變電所等效電壓源幅值及其對應(yīng)內(nèi)阻的節(jié)點電流列向量；構(gòu)建包含短路節(jié)點的軌道直流供電系統(tǒng)正常狀態(tài)下的節(jié)點導納網(wǎng)絡(luò)方程。
【專利說明】軌道直流供電系統(tǒng)短路故障數(shù)學建模及短路電流確定方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及軌道直流供電系統(tǒng)【技術(shù)領(lǐng)域】，特別是涉及一種軌道直流供電系統(tǒng)短路故障數(shù)學建模方法以及短路電流確定方法。

【背景技術(shù)】
[0002]隨著我國國民經(jīng)濟的迅速發(fā)展和城市交通量的增長，城市軌道交通作為一種新興交通工具，因為其高速、安全、可靠、準時、便捷、無污染等優(yōu)點在我國得到了越來越多的應(yīng)用。城市軌道直流交通供電系統(tǒng)作為城市鐵路運輸?shù)闹匾M成部分，是城市軌道直流交通運營的動力源泉，需要滿足安全性、可靠性、實用性、經(jīng)濟性以及先進性的基本要求，因此，城市軌道直流交通供電系統(tǒng)的設(shè)計是否合理顯得尤為重要。
[0003]城市軌道交通直流牽引供電系統(tǒng)短路故障數(shù)學建模是城市軌道直流交通供電系統(tǒng)設(shè)計的重要內(nèi)容。要實現(xiàn)城市軌道直流交通供電系統(tǒng)的安全性和可靠性，就必須保證繼電保護的可靠性、選擇性和靈敏性，而直流牽引供電系統(tǒng)短路故障數(shù)學建模是直流牽引供電系統(tǒng)設(shè)備選型以及繼電保護整定所必須具備的基本條件。只有在直流系統(tǒng)短路計算以后，才能夠進行直流系統(tǒng)設(shè)備選型與繼電保護整定。
[0004]現(xiàn)有的城市軌道交通直流牽引供電系統(tǒng)短路電流確定方法采用的是等效簡化電路圖法，該方法在進行直流牽引供電系統(tǒng)短路數(shù)學計算時，出于簡化建模的目的，只考慮與短路點相鄰的牽引變電所對短路電流的影響，然而實際的牽引網(wǎng)是通過變電所的饋電線連通在一起的，這時牽引網(wǎng)某處若發(fā)生短路，則各整流機組均可供給短路電流。因此等效簡化電路圖法不能夠得到精確的短路電流數(shù)值，計算結(jié)果誤差較大。
[0005]因此，如何有效提供一種能夠獲得精確的短路電流數(shù)值的短路故障數(shù)學建模方法是本領(lǐng)域技術(shù)人員目前需要解決的問題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是提供一種軌道直流供電系統(tǒng)短路故障數(shù)學建模方法，綜合了考慮全線牽引變電所對短路電流的影響，從而使得直流牽引供電系統(tǒng)短路故障數(shù)學建模更加符合城市軌道交通直流牽引供電系統(tǒng)短路的真實情況，得到的結(jié)果更加準確可靠；本發(fā)明的另一目的是提供一種軌道直流供電系統(tǒng)短路電流確定方法。
[0007]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種軌道直流供電系統(tǒng)短路故障數(shù)學建模方法，包括:
[0008]步驟A1:預設(shè)N個牽引變電所，相鄰兩個牽引變電所之間的上行接觸網(wǎng)、下行接觸網(wǎng)、上行鋼軌以及下行鋼軌上均存在一個短路節(jié)點，所述線路首端的牽引變電所的位置坐標為坐標原點，所述線路首端指向末端的方向為坐標軸正方向，按照位置坐標從小到大并且同一位置坐標處先上行接觸網(wǎng)后上行鋼軌的順序?qū)λ鯪個牽引變電所節(jié)點進行編號，其編號范圍為I至2N，然后按照位置坐標從小到大并且同一位置坐標處先上行接觸網(wǎng)后上行鋼軌的順序?qū)λ鯪個牽引變電所中每相鄰兩個牽引變電所之間的短路節(jié)點繼續(xù)進行編號，其編號范圍為2N+1至4N-2 ;再按照位置坐標從小到大并且同一位置坐標處先下行接觸網(wǎng)后下行鋼軌的順序?qū)λ鯪個牽引變電所之間的短路節(jié)點繼續(xù)進行編號，其編號范圍為 4N-1 至 6N-4 ；
[0009]步驟B1:分別為所述變電所節(jié)點、上行接觸網(wǎng)、下行接觸網(wǎng)、上行鋼軌以及下行鋼軌上的短路節(jié)點分配一個數(shù)組，將所述節(jié)點與所述短路節(jié)點的編號按照所述節(jié)點及所述短路節(jié)點所在線路確定對應(yīng)的數(shù)組，并按照位置坐標由小到大的順序依次存儲至對應(yīng)的數(shù)組；
[0010]步驟C1:構(gòu)建與所述節(jié)點數(shù)組對應(yīng)的包含所述短路節(jié)點的軌道直流供電系統(tǒng)正常狀態(tài)固定拓撲結(jié)構(gòu)等效電路；
[0011]步驟D1:分別計算所述包含所述短路節(jié)點的軌道直流供電系統(tǒng)正常狀態(tài)固定拓撲結(jié)構(gòu)等效電路中，所述數(shù)組中存儲的各個節(jié)點的自導納以及各個節(jié)點間的互導納，并將結(jié)果存儲至節(jié)點導納矩陣Y;
[0012]步驟E1:計算所述N個牽引變電所等效電壓源幅值及其對應(yīng)內(nèi)阻的節(jié)點電流列向量I ;
[0013]步驟F1:構(gòu)建包含所述短路節(jié)點的軌道直流供電系統(tǒng)正常狀態(tài)下的節(jié)點導納網(wǎng)絡(luò)方程:Y*U = I ；
[0014]其中，所述U為所述直流牽引供電系統(tǒng)各節(jié)點的電壓，為待求量。
[0015]本申請還公開了一種軌道直流供電系統(tǒng)短路電流確定方法，該方法依據(jù)如上所述的由軌道直流供電系統(tǒng)短路故障數(shù)學建模方法得到的包含所述短路節(jié)點的軌道直流供電系統(tǒng)正常狀態(tài)數(shù)學模型，該方法包括:
[0016]步驟A2:接收短路故障對應(yīng)的短路節(jié)點位置及短路類型；
[0017]步驟B2:根據(jù)所述短路節(jié)點位置確定所述短路故障對應(yīng)的短路位置類型；
[0018]步驟C2:依據(jù)所述短路節(jié)點位置及所述短路位置類型確定所述包含所述短路節(jié)點的軌道直流供電系統(tǒng)正常狀態(tài)數(shù)學模型中，與所述短路點位置對應(yīng)的節(jié)點編號；
[0019]步驟D2:依據(jù)所述短路類型修正所述包含所述短路節(jié)點的軌道直流供電系統(tǒng)正常狀態(tài)數(shù)學模型的節(jié)點導納矩陣Y中所述節(jié)點編號對應(yīng)的導納值，得到修正后的導納矩陣Y，；
[0020]步驟E2:利用所述導納矩陣Y’，按照與所述短路類型對應(yīng)的計算方式，計算獲得所述短路故障對應(yīng)的短路電流。
[0021]優(yōu)選的，步驟B2具體為:
[0022]判斷短路節(jié)點的位置與牽引變電所的位置是否重合，如果是，則短路位置類型為牽引變電所短路，否則，短路位置類型為線路短路。
[0023]優(yōu)選的，步驟B2中所述判斷短路節(jié)點的位置與牽引變電所的位置是否重合的過程具體為:
[0024]判斷短路節(jié)點的位置和牽引變電所的位置坐標的差值的絕對值是否大于預設(shè)數(shù)值，如果是，則所述短路節(jié)點的位置與所述牽引變電所的位置不重合，如果否，則所述短路節(jié)點的位置與所述牽引變電所的位置重合。
[0025]優(yōu)選的，當所述短路故障對應(yīng)的短路節(jié)點位置在上行牽引網(wǎng)上時，設(shè)定所述短路節(jié)點對應(yīng)的上行牽引網(wǎng)以及上行鋼軌的節(jié)點編號分別為k，k+1，其中，所述k、k+1為I至6N-4中的任意整數(shù)；
[0026]當短路類型為正、負極短路且短路電阻小于第一預設(shè)電阻時，步驟D2和步驟E2分別具體為:
[0027]步驟D2:將所述k，k+1合并為一個節(jié)點，并將合并后的節(jié)點編號設(shè)置為所述k，將所述Y中的第k+Ι行和第k+Ι列的導納分別加到第k行和第k列，同時去掉第k+Ι行和第k+Ι列，得到所述Y’ ；
[0028]步驟E2:分別去掉所述U和所述I中的第k+Ι個值，并將修正后的U、I以及Y’帶入到所述節(jié)點導納網(wǎng)絡(luò)方程，得到U’，將所述U’以及Uk = uk+1均帶入到所述節(jié)點導納網(wǎng)絡(luò)方程，得到所述k和k+Ι之間的短路電流。
[0029]優(yōu)選的，當所述短路故障對應(yīng)的短路節(jié)點位置在上行牽引網(wǎng)上時，設(shè)定所述短路節(jié)點對應(yīng)的上行牽引網(wǎng)以及上行鋼軌的節(jié)點編號分別為k，k+1，其中，所述k、k+1為I至6N-4中的任意整數(shù)，當短路類型為正、負極短路且短路電阻大于所述第一預設(shè)電阻時，步驟D2和步驟E2分別具體為:
[0030]步驟D2:對所述Y中的k、k+1的自導納和互導納進行修正，得到所述Y’ ；
[0031]步驟E2:將所述Y’、I重新帶入到所述節(jié)點導納網(wǎng)絡(luò)方程，得到Uk’、Uk+1’，通過計算(Uk’ -uk+1’)/r，得到短路電流，其中，所述r為所述正負極的短路電阻。
[0032]優(yōu)選的，當所述短路故障對應(yīng)的短路節(jié)點位置在上行牽引網(wǎng)上，設(shè)定所述短路節(jié)點對應(yīng)的上行牽弓I網(wǎng)以及上行鋼軌的節(jié)點編號分別為k，k+Ι，其中，所述k、k+l為I至6N-4中的任意整數(shù)，當短路類型為正極對地短路且短路電阻小于所述第二預設(shè)電阻時，步驟D2和步驟E2分別具體為:
[0033]步驟D2:去掉所述Y中的第k行和第k列，得到所述Y’ ；
[0034]步驟E2:分別去掉所述U和所述I中的第k個值，并將修正后的I和Y’帶入到所述節(jié)點導納網(wǎng)絡(luò)方程，得到U’，將所述U’以及Uk = O均帶入所述節(jié)點導納網(wǎng)絡(luò)方程，得到所述k與地之間的短路電流。
[0035]優(yōu)選的，當所述短路故障對應(yīng)的短路節(jié)點位置在上行牽引網(wǎng)上，設(shè)定所述短路節(jié)點對應(yīng)上行牽弓I網(wǎng)以及上行鋼軌的節(jié)點編號分別為k，k+Ι，其中，所述k、k+l為I至6N-4中的任意整數(shù)，當短路類型為正極對地短路且短路電阻大于所述第二預設(shè)電阻時，步驟D2和步驟E2分別具體為:
[0036]步驟D2:對所述Y的節(jié)點k的自導納進行修正，得到所述Y’ ；
[0037]步驟E2:將所述1、Y’重新帶入到所述節(jié)點導納網(wǎng)絡(luò)方程，得到Uk’，通過計算Uk’ /r得到短路電流，其中，所述r為所述k和地的短路電阻。
[0038]本發(fā)明公開的城市軌道交通直流牽引供電系統(tǒng)短路故障自適應(yīng)數(shù)學建模方法，以全線牽引變電所作為基礎(chǔ)，綜合考慮全線牽引變電所對短路電流的影響，從而使得直流牽引供電系統(tǒng)短路故障數(shù)學建模更加符合城市軌道交通直流牽引供電系統(tǒng)短路的真實情況，得到的結(jié)果更加準確可靠。利用該模型，能夠?qū)崿F(xiàn)在牽引網(wǎng)短路位置、類型以及短路阻值任意輸入的情況下判斷和選擇相應(yīng)的短路計算程序，具有較高的靈活性和普遍適用性。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0039]為了更清楚地說明本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案，下面將對現(xiàn)有技術(shù)和實施例中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0040]圖1為本發(fā)明提供的一種軌道直流供電系統(tǒng)短路故障數(shù)學建模方法的過程的流程圖；
[0041]圖2為本發(fā)明提供的一種包含有短路節(jié)點的軌道直流供電系統(tǒng)正常狀態(tài)固定拓撲結(jié)構(gòu)等效電路圖；
[0042]圖3為本發(fā)明提供的一種軌道直流供電系統(tǒng)短路電流確定方法的流程圖；
[0043]圖4為本發(fā)明提供的另一種軌道直流供電系統(tǒng)短路電流確定方法的流程圖。

【具體實施方式】
[0044]本發(fā)明的核心是提供一種軌道直流供電系統(tǒng)短路故障數(shù)學建模方法，綜合了考慮全線牽引變電所對短路電流的影響，從而使得直流牽引供電系統(tǒng)短路故障數(shù)學建模更加符合城市軌道交通直流牽引供電系統(tǒng)短路的真實情況，得到的結(jié)果更加準確可靠；本發(fā)明的另一核心是提供一種軌道直流供電系統(tǒng)短路電流確定方法。
[0045]為使本發(fā)明實施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。
[0046]在介紹本發(fā)明前，發(fā)明人還需要說明的是，在發(fā)明人闡述本發(fā)明提供的軌道直流供電系統(tǒng)短路故障數(shù)學建模方法之前，在滿足工程計算精度要求的前提下，先進行以下基本假設(shè):
[0047](a)假定全線各牽引變電所的交流側(cè)電壓相同且穩(wěn)定，即不考慮交流系統(tǒng)變化對計算的影響；
[0048](b)假定將全線各牽引變電所變壓器和整流器視為帶內(nèi)阻的電壓源支路；
[0049](C)假定牽引網(wǎng)系統(tǒng)為均勻?qū)ΨQ結(jié)構(gòu)，整個牽引網(wǎng)系統(tǒng)具有一致的單位
[0050]長度電阻；
[0051](d)將牽引網(wǎng)饋電點的坐標視為牽引變電所位置坐標，并認為牽引網(wǎng)饋電點與回流點處于同一坐標位置；
[0052](e)以起始站點位置坐標為原點，上、下行位置坐標均以此為參考計算。
[0053](f)直流供電系統(tǒng)短路數(shù)學建模時不考慮機車運行和再生能量回收裝置。
[0054]由于直流牽引供電系統(tǒng)短路點位置不是固定的，從而造成直流牽引供電系統(tǒng)的電網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)也不固定，為了使直流牽引供電系統(tǒng)短路故障數(shù)學建模方法能夠自適應(yīng)任意短路點位置，對包含短路節(jié)點的直流牽引供電系統(tǒng)正常狀態(tài)電網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)予以固定，即設(shè)定每兩個相鄰的牽引變電所之間的上、下行接觸網(wǎng)、鋼軌均存在一個短路節(jié)點，且上、下行接觸網(wǎng)和鋼軌短路節(jié)點編號分別連續(xù)，位置坐標也分別相同。
[0055]實施例一
[0056]請參照圖1，圖1為本發(fā)明提供的一種軌道直流供電系統(tǒng)短路故障數(shù)學建模方法的過程的流程圖，該方法包括:
[0057]步驟slOl:預設(shè)N個牽引變電所，相鄰兩個牽引變電所之間的上行接觸網(wǎng)、下行接觸網(wǎng)、上行鋼軌以及下行鋼軌上均存在一個短路節(jié)點，線路首端的牽引變電所的位置坐標為坐標原點，線路首端指向末端的方向為坐標軸正方向，按照位置坐標從小到大并且同一位置坐標處先上行接觸網(wǎng)后上行鋼軌的順序?qū)個牽引變電所節(jié)點進行編號，其編號范圍為I至2N，然后按照位置坐標從小到大并且同一位置坐標處先上行接觸網(wǎng)后上行鋼軌的順序?qū)個牽引變電所中每相鄰兩個牽引變電所之間的短路節(jié)點繼續(xù)進行編號，其編號范圍為2N+1至4N-2 ;再按照位置坐標從小到大并且同一位置坐標處先下行接觸網(wǎng)后下行鋼軌的順序?qū)個牽引變電所之間的短路節(jié)點繼續(xù)進行編號，其編號范圍為4N-1至6N-4 ；
[0058]可以理解的是，按照該步驟最終可得到如圖2所示的包含牽引變電所節(jié)點及短路節(jié)點的供電系統(tǒng)正常狀態(tài)固定拓撲結(jié)構(gòu)等效電路圖。其中，圖中將N個牽引變電所等效成N個電壓源Usl、UyUsN以及分別對應(yīng)的N個內(nèi)阻Rp R^Rn，圖中還包括上行牽引網(wǎng)L1、上行鋼軌L2、下行牽引網(wǎng)L3以及下行鋼軌L4。
[0059]值得注意的是，這里所說的同一坐標是指以線路首端的牽引變電所的位置坐標為坐標原點，線路首端指向末端的方向為坐標軸正方向時，在正方向上離線路首端的牽引變電所的距離相同的節(jié)點的坐標相同。
[0060]步驟sl02:分別為變電所節(jié)點、上行接觸網(wǎng)、下行接觸網(wǎng)、上行鋼軌以及下行鋼軌上的短路節(jié)點分配一個數(shù)組，將節(jié)點與短路節(jié)點的編號按照節(jié)點及短路節(jié)點所在線路確定對應(yīng)的數(shù)組，并按照位置坐標由小到大的順序依次存儲至對應(yīng)的數(shù)組；
[0061 ] 可以理解的是，在進行數(shù)組存儲的時候，上行牽引網(wǎng)和下行牽引網(wǎng)共用在牽引變電所兩端的節(jié)點編號，即圖2中的節(jié)點編號1、3...2Ν-1，以及上行鋼軌和下行鋼軌共用的節(jié)點編號2、4…2Ν。因此，
[0062]上行牽引網(wǎng)數(shù)的數(shù)組為(1，2Ν+1，3，…，2Ν-3，4Ν-3，2Ν-1)；
[0063]上行鋼軌的數(shù)組為(2，2Ν+2，4，…，2Ν-2，4Ν-2，2Ν)；
[0064]下行牽引網(wǎng)數(shù)的數(shù)組為(1，4Ν-1，3，2Ν-3，…，6Ν_5，2Ν_1)；
[0065]下行鋼軌的數(shù)組為(2，4Ν，4，…，2Ν-2，6Ν-4，2Ν)。
[0066]步驟sl03:構(gòu)建與節(jié)點數(shù)組對應(yīng)的包含短路節(jié)點的軌道直流供電系統(tǒng)正常狀態(tài)固定拓撲結(jié)構(gòu)等效電路；
[0067]可以理解的是，請參照圖2，圖2即為構(gòu)建的與節(jié)點數(shù)組對應(yīng)的包含短路節(jié)點的軌道直流供電系統(tǒng)正常狀態(tài)固定拓撲結(jié)構(gòu)等效電路。
[0068]步驟sl04:分別計算包含所述短路節(jié)點的軌道直流供電系統(tǒng)正常狀態(tài)固定拓撲結(jié)構(gòu)等效電路中，數(shù)組中存儲的各個節(jié)點的自導納以及各個節(jié)點間的互導納，并將結(jié)果存儲至節(jié)點導納矩陣Y ；
[0069]可以理解的是，節(jié)點導納矩陣主對角線上的各元素值是各個節(jié)點的自導納，各非主對角線上的元素值為各節(jié)點之間的互導納。
[0070]步驟sl05:計算N個牽引變電所等效電壓源幅值及其對應(yīng)內(nèi)阻的節(jié)點電流列向量I ;
[0071]可以理解的是，利用公式UjAj即可得到節(jié)點電流I」，其中，Uj, Rj分別為第j個牽引變電所的等效電壓源的幅值與內(nèi)阻，j為I至N中的任意一個整數(shù)；通過計算，可以得到節(jié)點電流列向量全部元素值，從而得到節(jié)點電流列向量I。
[0072]步驟S106:構(gòu)建包含所述短路節(jié)點的軌道直流供電系統(tǒng)正常狀態(tài)下的節(jié)點導納網(wǎng)絡(luò)方程:Y*U = I,
[0073]其中，U為供電系統(tǒng)各節(jié)點的電壓，為待求量。
[0074]下面就上述軌道直流供電系統(tǒng)短路故障數(shù)學建模方法中得到的包含所述短路節(jié)點的軌道直流供電系統(tǒng)正常狀態(tài)數(shù)學模型在軌道直流供電系統(tǒng)短路電流確定方法中的應(yīng)用過程進行描述，當然，包含所述短路節(jié)點的軌道直流供電系統(tǒng)正常狀態(tài)數(shù)學模型在初次建立軌道直流供電系統(tǒng)數(shù)學建模以后便存在，在之后進行的軌道直流供電系統(tǒng)短路電流確定過程中可直接應(yīng)用，不需要在進行多次軌道直流供電系統(tǒng)短路電流確定之前每次都進行供電系統(tǒng)數(shù)學建模。
[0075]請參照圖3，圖3為本發(fā)明提供的一種軌道直流供電系統(tǒng)短路電流確定方法的過程的流程圖，該方法依據(jù)上述實施例公開的由軌道直流供電系統(tǒng)短路故障數(shù)學建模方法得到的包含所述短路節(jié)點的軌道直流供電系統(tǒng)正常狀態(tài)數(shù)學模型，包括:
[0076]步驟s201:接收短路故障對應(yīng)的短路節(jié)點位置及短路類型；
[0077]可以理解的是，首先獲取短路故障對應(yīng)的短路節(jié)點位置及短路類型，短路節(jié)點位置可為供電系統(tǒng)中線路的任一個位置。短路類型則包括正負極短路或者正極對地短路。其中，正負極短路可為牽引網(wǎng)和鋼軌之間的短路，正極對地短路可為牽引網(wǎng)對地短路。
[0078]步驟s202:根據(jù)短路節(jié)點位置確定短路故障對應(yīng)的短路位置類型；
[0079]可以理解的是，在得到短路節(jié)點位置后根據(jù)其來判斷短路位置的類型，當短路節(jié)點的位置與牽引變電所的位置重合時，則短路位置類型為牽引變電所短路，否則，短路位置類型為線路短路。
[0080]可以理解的是，判斷短路節(jié)點的位置和牽引變電所的位置是否重合的條件為:
[0081]判斷短路節(jié)點的位置和牽引變電所的位置坐標的差值的絕對值是否大于預設(shè)數(shù)值，即
[0082]S1-Sj I < ξ (I)是否成立；
[0083]其中，Si為短路節(jié)點的位置坐標，Sj為牽引變電所的位置坐標，1、j為I至N中的任意一個整數(shù)，ξ為設(shè)定的一個正數(shù)；
[0084]當不等式(I)成立時，則判定該第i短路節(jié)點位置與第j牽引變電所的位置重合，短路位置類型為牽引變電所短路，當不滿足不等式(I)不成立時，則判定第i短路節(jié)點位置與第j牽引變電所的位置不重合，短路位置類型為線路短路。
[0085]步驟s203:依據(jù)短路節(jié)點位置及短路位置類型確定包含所述短路節(jié)點的軌道直流供電系統(tǒng)正常狀態(tài)數(shù)學模型中，與短路點位置對應(yīng)的節(jié)點編號；
[0086]可以理解的是，當短路位置類型為牽引變電所短路，則短路點位置對應(yīng)的節(jié)點編號為該牽引變電所節(jié)點的編號。當短路位置類型為線路短路時，則短路節(jié)點為相鄰的兩個牽引變電所之間的上行接觸網(wǎng)或下行接觸網(wǎng)或上行鋼軌或下行鋼軌上的任一個節(jié)點的節(jié)點編號。
[0087]步驟s204:依據(jù)短路類型修正包含所述短路節(jié)點的軌道直流供電系統(tǒng)正常狀態(tài)數(shù)學模型的節(jié)點導納矩陣Y中節(jié)點編號對應(yīng)的導納值，得到修正后的導納矩陣Y’ ；
[0088]可以理解的是，不同的短路類型，對應(yīng)的節(jié)點導納矩陣Y的修正過程也不同，需要根據(jù)實際情況來對節(jié)點導納矩陣Y進行修正，得到修正后的導納矩陣Y’。
[0089]步驟S205:利用導納矩陣Y’，按照與短路類型對應(yīng)的計算方式，計算獲得短路故障對應(yīng)的短路電流。
[0090]可以理解的是，在判斷得到短路類型并得到新的導納矩陣Y’后，再判斷短路電阻的大小，并根據(jù)短路電阻的大小確定計算方式，計算得到與短路故障對應(yīng)的短路電流。
[0091]本發(fā)明公開的城市軌道交通直流牽引供電系統(tǒng)短路故障自適應(yīng)短路故障數(shù)學建模方法，以全線牽引變電所作為基礎(chǔ)，綜合考慮全線牽引變電所對短路電流的影響，從而使得直流牽引供電系統(tǒng)短路故障數(shù)學建模更加符合城市軌道交通直流牽引供電系統(tǒng)短路的真實情況，得到的結(jié)果更加準確可靠。利用該模型，能夠?qū)崿F(xiàn)在牽引網(wǎng)短路位置、類型以及短路阻值任意輸入的情況下判斷和選擇相應(yīng)的短路計算程序，具有較高的靈活性和普遍適用性。
[0092]下面，將以短路節(jié)點位于上行牽引網(wǎng)為例，對上述實施例中，不同短路類型下的軌道直流供電系統(tǒng)短路電流確定方法進行詳細闡述。
[0093]實施例二
[0094]請參照圖4，圖4為本實施例在上一實施例提供的一種軌道直流供電系統(tǒng)短路電流確定方法的基礎(chǔ)上，提供的另一種軌道直流供電系統(tǒng)短路電流確定方法，本實施例包括:
[0095]步驟s301:接收短路故障對應(yīng)的短路節(jié)點位置及短路類型；
[0096]步驟s302:根據(jù)短路節(jié)點位置確定短路故障對應(yīng)的短路位置類型；
[0097]步驟s303:依據(jù)短路節(jié)點位置及短路位置類型確定包含所述短路節(jié)點的軌道直流供電系統(tǒng)正常狀態(tài)數(shù)學模型中，與短路點位置對應(yīng)的節(jié)點編號；
[0098]本實施例中，設(shè)定短路節(jié)點對應(yīng)的上行牽引網(wǎng)以及上行鋼軌的節(jié)點編號分別為k，
k+1 ο
[0099]可以理解的是，因為任意兩相鄰牽引變電所之間節(jié)點的編號都是連續(xù)的，在此設(shè)置上行牽引網(wǎng)以及上行鋼軌的節(jié)點編號為k，k+1。
[0100]步驟S304:判斷線路短路類型是否為正負極短路，如果是，進入步驟s305 ;如果否，進入步驟s306 ；
[0101]可以理解的是，在上一步驟的基礎(chǔ)上，判斷線路短路是否為正負極短路，即是否為上行牽弓I網(wǎng)與上行鋼軌之間的短路。
[0102]步驟S305:判斷短路電阻是否小于第一預設(shè)電阻，如果是，則進入步驟s307，如果否，則進入步驟s308 ；
[0103]可以理解的是，第一預設(shè)電阻是人為根據(jù)實際情況預設(shè)的，具體數(shù)值在此不做特別的限定，能實現(xiàn)本發(fā)明目的的第一預設(shè)電阻均在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
[0104]另外，當短路電阻小于第一預設(shè)電阻時，則可認為正負極之間是金屬性短路，否貝U，可認為是非金屬性短路。
[0105]步驟s306:判斷線路短路是否為正極對地短路，如果是，則進入步驟s313，如果否，則進入步驟s316 ；
[0106]可以理解的是，這里的正極對地短路指的是上行牽引網(wǎng)對地短路。
[0107]步驟s307:將k，k+1合并為一個節(jié)點，并將合并后的節(jié)點編號設(shè)置為k，將Y中的第k+Ι行和第k+Ι列的導納分別加到第k行和第k列，同時去掉第k+Ι行和第k+Ι列，得到Y(jié)，；
[0108]步驟s308:分別去掉U和I中的第k+Ι個值，并將修正后的U、I以及Y’帶入到節(jié)點導納網(wǎng)絡(luò)方程，得到U’，將U，以及Uk = Uk+1均帶入到節(jié)點導納網(wǎng)絡(luò)方程，得到k和k+Ι之間的短路電流，進入步驟S316 ；
[0109]步驟s309:對Y中的k、k+l的自導納和互導納進行修正，得到Y(jié)’ ；
[0110]步驟s310:將Y，、I重新帶入到節(jié)點導納網(wǎng)絡(luò)方程，得到Uk’、Uk+1’，通過計算(Uk’ -uk+1’)/r，得到短路電流，其中，r為正負極的短路電阻，進入步驟S316。
[0111]步驟s311:判斷短路電阻小于第二預設(shè)電阻，如果是，則進入步驟s312，如果否，則進入步驟s313 ；
[0112]可以理解的是，當短路電阻小于第二預設(shè)電阻時，則可認為正極對地之間是金屬性短路，否則，可認為是非金屬性短路。
[0113]步驟s312:去掉Y中的第k行和第k列，得到Y(jié)’ ；
[0114]步驟s313:分別去掉U和I中的第k個值，并將修正后的I和Y’帶入到節(jié)點導納網(wǎng)絡(luò)方程，得到U’，將U，以及Uk = O均帶入節(jié)點導納網(wǎng)絡(luò)方程，得到k與地之間的短路電流，進入步驟S316 ；
[0115]步驟s314:對Y的節(jié)點k的自導納進行修正，得到Y(jié)’ ；
[0116]步驟s315:將1、Y’重新帶入到節(jié)點導納網(wǎng)絡(luò)方程，得到Uk’，通過計算Uk’ /r得到短路電流，其中，r為k和地的短路電阻；
[0117]步驟s316:結(jié)束短路電流計算。
[0118]本實施例在實施例一的基礎(chǔ)上，利用該模型時，對短路類型和短路電阻進行了細致的劃分，不同短路類型下又分為金屬性接地和非金屬性接地，不同情況下對導納節(jié)點矩陣Y的修改方式也是不同的，對短路電流的計算方式在原理相同的基礎(chǔ)上具體步驟也略有不同，具有較高的靈活性和普遍適用性，可對城市軌道交通直流牽引供電系統(tǒng)任意位置點短路以及修改數(shù)學模型和求解，從而給城市軌道交通直流牽引供電系統(tǒng)短路故障研究提供了一個強有力的工具。
[0119]本說明書中各個實施例采用遞進的方式描述，每個實施例重點說明的都是與其他實施例的不同之處，各個實施例之間相同相似部分互相參見即可。
[0120]專業(yè)人員還可以進一步意識到，結(jié)合本文中所公開的實施例描述的各示例的單元及算法步驟，能夠以電子硬件、計算機軟件或者二者的結(jié)合來實現(xiàn)，為了清楚地說明硬件和軟件的可互換性，在上述說明中已經(jīng)按照功能一般性地描述了各示例的組成及步驟。這些功能究竟以硬件還是軟件方式來執(zhí)行，取決于技術(shù)方案的特定應(yīng)用和設(shè)計約束條件。專業(yè)技術(shù)人員可以對每個特定的應(yīng)用來使用不同方法來實現(xiàn)所描述的功能，但是這種實現(xiàn)不應(yīng)認為超出本發(fā)明的范圍。
[0121]對所公開的實施例的上述說明，使本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)或使用本發(fā)明。對這些實施例的多種修改對本領(lǐng)域的專業(yè)技術(shù)人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發(fā)明的精神或范圍的情況下，在其它實施例中實現(xiàn)。因此，本發(fā)明將不會被限制于本文所示的這些實施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點相一致的最寬的范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種軌道直流供電系統(tǒng)短路故障數(shù)學建模方法，其特征在于，包括: 步驟仏:預設(shè)~個牽引變電所，相鄰兩個牽引變電所之間的上行接觸網(wǎng)、下行接觸網(wǎng)、上行鋼軌以及下行鋼軌上均存在一個短路節(jié)點，所述線路首端的牽引變電所的位置坐標為坐標原點，所述線路首端指向末端的方向為坐標軸正方向，按照位置坐標從小到大并且同一位置坐標處先上行接觸網(wǎng)后上行鋼軌的順序?qū)λ鰚個牽引變電所節(jié)點進行編號，其編號范圍為1至抓，然后按照位置坐標從小到大并且同一位置坐標處先上行接觸網(wǎng)后上行鋼軌的順序?qū)λ鰚個牽引變電所中每相鄰兩個牽引變電所之間的短路節(jié)點繼續(xù)進行編號，其編號范圍為2奸1至相-2 ；再按照位置坐標從小到大并且同一位置坐標處先下行接觸網(wǎng)后下行鋼軌的順序?qū)λ鰚個牽引變電所之間的短路節(jié)點繼續(xù)進行編號，其編號范圍為4^-1 至 6?-4 ； 步驟8工:分別為所述變電所節(jié)點、上行接觸網(wǎng)、下行接觸網(wǎng)、上行鋼軌以及下行鋼軌上的短路節(jié)點分配一個數(shù)組，將所述節(jié)點與所述短路節(jié)點的編號按照所述節(jié)點及所述短路節(jié)點所在線路確定對應(yīng)的數(shù)組，并按照位置坐標由小到大的順序依次存儲至對應(yīng)的數(shù)組；步驟仏:構(gòu)建與所述節(jié)點數(shù)組對應(yīng)的包含所述短路節(jié)點的軌道直流供電系統(tǒng)正常狀態(tài)固定拓撲結(jié)構(gòu)等效電路； 步驟:分別計算所述包含所述短路節(jié)點的軌道直流供電系統(tǒng)正常狀態(tài)固定拓撲結(jié)構(gòu)等效電路中，所述數(shù)組中存儲的各個節(jié)點的自導納以及各個節(jié)點間的互導納，并將結(jié)果存儲至節(jié)點導納矩陣V ； 步驟民:計算所述~個牽引變電所等效電壓源幅值及其對應(yīng)內(nèi)阻的節(jié)點電流列向量I ；步驟？1:構(gòu)建包含所述短路節(jié)點的軌道直流供電系統(tǒng)正常狀態(tài)下的節(jié)點導納網(wǎng)絡(luò)方程 4*11 = I ； 其中，所述I為所述直流牽引供電系統(tǒng)各節(jié)點的電壓，為待求量。
2.一種軌道直流供電系統(tǒng)短路電流確定方法，其特征在于，該方法依據(jù)如權(quán)利要求1中的由軌道直流供電系統(tǒng)短路故障數(shù)學建模方法得到的包含所述短路節(jié)點的軌道直流供電系統(tǒng)正常狀態(tài)數(shù)學模型，該方法包括: 步驟八2:接收短路故障對應(yīng)的短路節(jié)點位置及短路類型； 步驟82:根據(jù)所述短路節(jié)點位置確定所述短路故障對應(yīng)的短路位置類型； 步驟:依據(jù)所述短路節(jié)點位置及所述短路位置類型確定所述包含所述短路節(jié)點的軌道直流供電系統(tǒng)正常狀態(tài)數(shù)學模型中，與所述短路點位置對應(yīng)的節(jié)點編號； 步驟02:依據(jù)所述短路類型修正所述包含所述短路節(jié)點的軌道直流供電系統(tǒng)正常狀態(tài)數(shù)學模型的節(jié)點導納矩陣X中所述節(jié)點編號對應(yīng)的導納值，得到修正后的導納矩陣V ；步驟22:利用所述導納矩陣V’，按照與所述短路類型對應(yīng)的計算方式，計算獲得所述短路故障對應(yīng)的短路電流。
3.如權(quán)利要求2所述的確定方法，其特征在于，步驟82具體為: 判斷短路節(jié)點的位置與牽引變電所的位置是否重合，如果是，則短路位置類型為牽引變電所短路，否則，短路位置類型為線路短路。
4.如權(quán)利要求3所述的確定方法，其特征在于，步驟82中所述判斷短路節(jié)點的位置與牽引變電所的位置是否重合的過程具體為: 判斷短路節(jié)點的位置和牽引變電所的位置坐標的差值的絕對值是否大于預設(shè)數(shù)值，如果是，則所述短路節(jié)點的位置與所述牽引變電所的位置不重合，如果否，則所述短路節(jié)點的位置與所述牽引變電所的位置重合。
5.如權(quán)利要求3所述的確定方法，其特征在于，當所述短路故障對應(yīng)的短路節(jié)點位置在上行牽引網(wǎng)上時，設(shè)定所述短路節(jié)點對應(yīng)的上行牽引網(wǎng)以及上行鋼軌的節(jié)點編號分別為匕，匕+1，其中，所述&4+1為1至冊-4中的任意整數(shù)； 當短路類型為正、負極短路且短路電阻小于第一預設(shè)電阻時，步驟02和步驟22分別具體為: 步驟02:將所述11^+1合并為一個節(jié)點，并將合并后的節(jié)點編號設(shè)置為所述I將所述V中的第&+1行和第&+1列的導納分別加到第V行和第V列，同時去掉第&+1行和第&+1列，得到所述V’ ； 步驟22:分別去掉所述I和所述I中的第匕1個值，并將修正后的II以及V帶入到所述節(jié)點導納網(wǎng)絡(luò)方程，得到V，，將所述V以及隊=V糾均帶入到所述節(jié)點導納網(wǎng)絡(luò)方程，得到所述&和匕1之間的短路電流。
6.如權(quán)利要求3所述的確定方法，其特征在于，當所述短路故障對應(yīng)的短路節(jié)點位置在上行牽引網(wǎng)上時，設(shè)定所述短路節(jié)點對應(yīng)的上行牽引網(wǎng)以及上行鋼軌的節(jié)點編號分別為匕，匕1，其中，所述1匕1為1至冊-4中的任意整數(shù)，當短路類型為正、負極短路且短路電阻大于所述第一預設(shè)電阻時，步驟02和步驟22分別具體為: 步驟02:對所述V中的1匕1的自導納和互導納進行修正，得到所述V’ ； 步驟22:將所述V、I重新帶入到所述節(jié)點導納網(wǎng)絡(luò)方程，得到隊’、通過計算(?’ )/1'，得到短路電流，其中，所述I'為所述正負極的短路電阻。
7.如權(quán)利要求3所述的確定方法，其特征在于，當所述短路故障對應(yīng)的短路節(jié)點位置在上行牽引網(wǎng)上，設(shè)定所述短路節(jié)點對應(yīng)的上行牽引網(wǎng)以及上行鋼軌的節(jié)點編號分別為匕，匕+1，其中，所述1匕1為1至冊-4中的任意整數(shù)，當短路類型為正極對地短路且短路電阻小于所述第二預設(shè)電阻時，步驟02和步驟22分別具體為: 步驟02:去掉所述V中的第&行和第&列，得到所述V’ ； 步驟:分別去掉所述V和所述I中的第&個值，并將修正后的I和V帶入到所述節(jié)點導納網(wǎng)絡(luò)方程，得到V，將所述V以及隊=0均帶入所述節(jié)點導納網(wǎng)絡(luò)方程，得到所述匕與地之間的短路電流。
8.如權(quán)利要求3所述的確定方法，其特征在于，當所述短路故障對應(yīng)的短路節(jié)點位置在上行牽引網(wǎng)上，設(shè)定所述短路節(jié)點對應(yīng)上行牽引網(wǎng)以及上行鋼軌的節(jié)點編號分別為匕，匕+1，其中，所述1匕1為1至冊-4中的任意整數(shù)，當短路類型為正極對地短路且短路電阻大于所述第二預設(shè)電阻時，步驟02和步驟22分別具體為: 步驟02:對所述X的節(jié)點&的自導納進行修正，得到所述V ； 步驟22:將所述13’重新帶入到所述節(jié)點導納網(wǎng)絡(luò)方程，得到隊’，通過計算V: /1-得到短路電流，其中，所述I為所述&和地的短路電阻。
【文檔編號】G06F19/00GK104462848SQ201410815534
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年12月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月24日
【發(fā)明者】張 杰, 王堅, 陳華國, 李江紅, 范祝霞, 何海興, 張宇, 李衛(wèi)紅 申請人:南車株洲電力機車研究所有限公司