王芳,王曉茹(西南交通大學(xué)電氣工程學(xué)院,成都610031)
基于恒功率負(fù)荷的牽引供電系統(tǒng)潮流計(jì)算
王芳,王曉茹
(西南交通大學(xué)電氣工程學(xué)院,成都610031)
采用電力系統(tǒng)的潮流迭代算法進(jìn)行牽引供電系統(tǒng)潮流計(jì)算。建立了牽引供電系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型,將機(jī)車(chē)負(fù)荷作為恒功率模型,根據(jù)機(jī)車(chē)負(fù)荷和供電電壓,分別采用牛頓-拉夫遜法和前推回代法,進(jìn)行了直供和AT牽引供電系統(tǒng)潮流計(jì)算,通過(guò)典型算例比較了其與傳統(tǒng)簡(jiǎn)化方法(機(jī)車(chē)負(fù)荷為恒電流模型)在機(jī)車(chē)網(wǎng)壓計(jì)算的差異。結(jié)果表明,傳統(tǒng)算法誤差較大,尤其是在高速重載工況下誤差更大,而電力系統(tǒng)潮流迭代方法進(jìn)行牽引計(jì)算的精度更高。
牽引供電系統(tǒng);潮流計(jì)算;電壓損失;恒功率;迭代算法
隨著電氣化鐵道高速客運(yùn)和重載貨運(yùn)鐵路的快速發(fā)展,牽引供電系統(tǒng)容量大幅增長(zhǎng),對(duì)供電能力和供電可靠性的要求更高。為了保證列車(chē)正常運(yùn)行,牽引變電所兩邊供電分區(qū)的任何地點(diǎn),牽引網(wǎng)電壓都不得低于規(guī)定標(biāo)準(zhǔn),所以在牽引供電系統(tǒng)中必須進(jìn)行牽引網(wǎng)電壓的計(jì)算。在牽引計(jì)算中,通常考慮發(fā)生在牽引網(wǎng)末端的最大電壓損失,與機(jī)車(chē)取流位置有關(guān)。文獻(xiàn)[1-2]給出了牽引計(jì)算的傳統(tǒng)簡(jiǎn)化方法,由系統(tǒng)側(cè)電壓減去牽引變壓器與牽引網(wǎng)的電壓損失,得到牽引機(jī)車(chē)取流處電壓;文獻(xiàn)[3]利用連續(xù)線性潮流法,把已知的機(jī)車(chē)阻抗、負(fù)荷功率、戴維南等效模型用電流注入模型來(lái)表示,根據(jù)節(jié)點(diǎn)分析法求解出潮流方程。上述方法均將牽引機(jī)車(chē)作為恒電流負(fù)荷,將相量計(jì)算近似為標(biāo)量計(jì)算,簡(jiǎn)化為線性問(wèn)題,導(dǎo)致計(jì)算的不精確。并且機(jī)車(chē)從牽引網(wǎng)獲取的電流受牽引網(wǎng)電壓波動(dòng)的影響較大[4-6],會(huì)進(jìn)一步增大傳統(tǒng)算法的誤差。
研究發(fā)現(xiàn)列車(chē)從牽引網(wǎng)獲取的功率與牽引網(wǎng)電壓波動(dòng)無(wú)關(guān),從這個(gè)角度來(lái)看,機(jī)車(chē)可以認(rèn)為是恒功率負(fù)荷[7-11]。本文在此基礎(chǔ)上,采用電力系統(tǒng)潮流計(jì)算迭代方法,針對(duì)直供系統(tǒng)和AT供電系統(tǒng),分別建立其牽引變壓器與牽引網(wǎng)的等值電路模型,考慮單個(gè)供電臂上不同數(shù)量機(jī)車(chē)負(fù)荷時(shí)機(jī)車(chē)取流處電壓與牽引網(wǎng)的電壓損失;進(jìn)一步考慮當(dāng)模型包含牽引變壓器時(shí),機(jī)車(chē)取流處電壓與牽引網(wǎng)以及牽引變壓器的電壓損失。所采用的迭代方法將牽引供電系統(tǒng)潮流計(jì)算還原為非線性問(wèn)題,相比傳統(tǒng)算法的計(jì)算結(jié)果精度提高,并通過(guò)定義相對(duì)誤差來(lái)定量分析使用迭代算法提高的精度,有效地避免了在設(shè)計(jì)時(shí)由于傳統(tǒng)簡(jiǎn)化算法的誤差而導(dǎo)致實(shí)際運(yùn)行時(shí)機(jī)車(chē)處供電電壓不足的問(wèn)題,保證了電能質(zhì)量與供電可靠性,對(duì)供電容量的設(shè)計(jì)具有重要的工程應(yīng)用價(jià)值。
牽引供電系統(tǒng)包含牽引變電所、牽引網(wǎng)與牽引機(jī)車(chē)。牽引變電所的核心元件是牽引變壓器,目前多采用110 kV油浸式變壓器,接線采用標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)結(jié)組,即YNd11,次邊輸出27.5 kV,比牽引網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)電壓25 kV高10%[2]。供電方式多為直供或AT供電方式。典型牽引供電系統(tǒng)如圖1所示。

圖1 牽引供電系統(tǒng)構(gòu)成Fig.1 Structure of traction power supply system
1.1 三相YNd11牽引變壓器數(shù)學(xué)模型
牽引變壓器的三相等效模型如圖2所示。

圖2 牽引供電系統(tǒng)三相等效模型Fig.2 Three-phase equivalentmodelof traction power supply system
根據(jù)牽引變壓器三相等效模型可知原邊三相系統(tǒng)方程為

令γ相為自由相,即無(wú)負(fù)荷(I˙γ=0),由牽引變電所端口電氣量通用變換關(guān)系[12],可推導(dǎo)出牽引變壓器α、β繞組感應(yīng)電勢(shì)為

式中:Kα、Kβ分別為次邊端口電壓模值與原邊A相正序電壓分量U˙+模值的變比;ψα、ψβ分別為次邊端口電壓滯后參考相量U˙+的相角,該值與變壓器的接線形式和接入相序有關(guān)。對(duì)YNd11接線的牽引變壓器,取Kα=Kβ=K==(k為變壓器原邊與次邊相電壓之比),ψα=0°,ψβ=ψα+ 120°,則電流電壓變換矩陣變?yōu)?/p>

根據(jù)以上變換,可推導(dǎo)出系統(tǒng)等效到次邊的阻抗陣。在式(1)兩邊左乘電壓變換陣N得

根據(jù)式(6),且已知牽引變壓器歸算至原邊的每相漏抗k2ZT,得變壓器繞組漏抗歸算至次邊的漏抗陣為

根據(jù)式(8),將變壓器等效到次邊,端口電壓為

在本文算例中,僅考慮單個(gè)供電臂,只有機(jī)車(chē)負(fù)荷I˙α?xí)r,令I(lǐng)˙β=0,得端口電壓為

1.2 直供方式牽引網(wǎng)數(shù)學(xué)模型
在單線直供方式下,牽引網(wǎng)以鋼軌和大地作為牽引電流的返回導(dǎo)線。由于鋼軌和大地之間存在過(guò)渡導(dǎo)納,使得鋼軌電流在流向牽引變電所的過(guò)程中,一部分形成地中電流(經(jīng)過(guò)渡導(dǎo)納逐漸泄入大地),一部分經(jīng)過(guò)渡導(dǎo)納進(jìn)入鋼軌(靠近牽引變電所的地區(qū))。由于接觸網(wǎng)-地回路與鋼軌-地回路之間存在互阻抗,以及鋼軌與地的接觸,使得牽引電流在進(jìn)入鋼軌時(shí),被分成感應(yīng)電流和傳導(dǎo)電流。為了簡(jiǎn)化分析和計(jì)算,在滿足精度的前提下,認(rèn)為鋼軌-地回路只有感應(yīng)電流。此時(shí),單線直供牽引網(wǎng)可看作由2個(gè)導(dǎo)線網(wǎng)-地回路構(gòu)成:接觸網(wǎng)-地回路(有源網(wǎng)絡(luò))與鋼軌-地回路(無(wú)源網(wǎng)絡(luò))。牽引網(wǎng)阻抗就是這2個(gè)導(dǎo)線-地回路網(wǎng)的綜合阻抗,圖3為單線直供牽引網(wǎng)簡(jiǎn)化電路模型。

圖3 單線直供牽引網(wǎng)簡(jiǎn)化電路模型Fig.3 Circuit modeloftraction network in the directsystem

單線直供牽引網(wǎng)簡(jiǎn)化電路如圖4所示。

圖4 單線直供牽引網(wǎng)等值電路模型Fig.4 Equivalentcircuit ofdirectsystem
1.3 AT供電方式牽引網(wǎng)數(shù)學(xué)模型
并聯(lián)自耦變壓器形成的AT供電方式,能顯著降低電氣化鐵路對(duì)通信線路的干擾,牽引網(wǎng)阻抗小,供電距離長(zhǎng),牽引網(wǎng)上電壓損失和電能損失都小,因此,AT供電方式是一種適用于高速、重載等大電流運(yùn)行的牽引供電方式。電氣化鐵道供電電源由110 kV輸電線將電送至牽引變電所,經(jīng)牽引變壓器將電壓降低為55 kV(接觸線與正饋線之間的電壓),接觸線與鋼軌之間的電壓為27.5 kV。牽引機(jī)車(chē)從27.5 kV接觸線獲得電能。若機(jī)車(chē)上的電壓為′,則歸算至牽引側(cè)的牽引網(wǎng)壓降為

式中:l′為機(jī)車(chē)到牽引變電所的距離,km;x為機(jī)車(chē)到距離最近的自耦變壓器(牽引變電所側(cè))的距離,km;D為相鄰自耦變壓器的距離,km;zAA與zBB的定義見(jiàn)文獻(xiàn)[2]。
所以,歸算到牽引側(cè)的單線AT網(wǎng)絡(luò)阻抗為

2.1 傳統(tǒng)算法
牽引供電系統(tǒng)潮流計(jì)算的傳統(tǒng)算法只是進(jìn)行簡(jiǎn)單的算術(shù)運(yùn)算,其主要步驟如下。
步驟1假設(shè)α供電臂的負(fù)荷為I˙α,功率因數(shù)為cosφα;β供電臂斷開(kāi),則三相YNd11牽引變壓器電壓損失為

則變壓器歸算至低壓側(cè)的相阻抗為ZT=RTΔ+j XTΔ。
步驟2直接供電系統(tǒng)牽引網(wǎng)電壓損失為

式中:Ii為機(jī)車(chē)取流處電流;φ為各機(jī)車(chē)功率因數(shù)角(由于各機(jī)車(chē)負(fù)荷功率因數(shù)變化不大,可認(rèn)為均相等);li為各機(jī)車(chē)到牽引變電所的距離。牽引網(wǎng)單位長(zhǎng)阻抗為z=r+j x,Ω/km。
步驟3 AT供電系統(tǒng)牽引網(wǎng)電壓損失如下:
(1)只有一列機(jī)車(chē)負(fù)荷時(shí),牽引網(wǎng)電壓損失計(jì)算見(jiàn)式(17);
(2)當(dāng)每個(gè)AT段一個(gè)機(jī)車(chē)負(fù)荷,且每個(gè)AT段中最多只有一個(gè)機(jī)車(chē)負(fù)荷存在時(shí),牽引網(wǎng)電壓損失的計(jì)算公式為

式中:Ik為第k個(gè)列車(chē)電流,A;lk為第k個(gè)列車(chē)至變電所距離,km;與的定義見(jiàn)文獻(xiàn)[2];視取流機(jī)車(chē)為電流源。
上述機(jī)車(chē)網(wǎng)壓的傳統(tǒng)計(jì)算方法中不存在迭代過(guò)程,前提條件是牽引網(wǎng)始端電壓與末端電壓的夾角很小。然而在高速重載鐵路中,牽引網(wǎng)電流很大,牽引網(wǎng)始末端電壓相角差已經(jīng)有了較大的偏差,所以采用傳統(tǒng)算法計(jì)算機(jī)車(chē)網(wǎng)壓會(huì)產(chǎn)生較大的誤差。因此,為了提高計(jì)算精度,引入迭代算法來(lái)計(jì)算列車(chē)網(wǎng)壓。
2.2 迭代方法
本文采用電力系統(tǒng)中最基本的牛頓拉夫遜算法和前推回代算法來(lái)計(jì)算牽引供電系統(tǒng)潮流,并分析比較其與傳統(tǒng)算法計(jì)算結(jié)果之間的相對(duì)誤差。牛頓-拉夫遜(Newton-Raphson)算法使用函數(shù)f(x)的泰勒級(jí)數(shù)的前幾項(xiàng)來(lái)尋找f(x)=0的根,最大的優(yōu)點(diǎn)是在方程單根附近具有平方收斂性。牛頓-拉夫遜算法用于潮流計(jì)算具有計(jì)算精度高、收斂性好的特點(diǎn),是電力系統(tǒng)潮流計(jì)算的經(jīng)典算法[14];前推回代算法的步驟簡(jiǎn)單,適用于輻射型網(wǎng)絡(luò)[14]。兩種算法都適用于本算例。
在利用牛頓-拉夫遜法求解牽引機(jī)車(chē)取流處電壓時(shí),假設(shè)牽引供電系統(tǒng)有n個(gè)節(jié)點(diǎn),機(jī)車(chē)視為恒功率負(fù)荷,即機(jī)車(chē)取流處為PQ節(jié)點(diǎn),計(jì)算時(shí)的潮流方程為

式中:Pi+j Qi為節(jié)點(diǎn)i的注入功率;為節(jié)點(diǎn)i的電壓;U˙j為節(jié)點(diǎn)j的電壓節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣元素。
當(dāng)節(jié)點(diǎn)電壓以直角坐標(biāo)形式表示時(shí),ei為節(jié)點(diǎn)電壓實(shí)部,fi為節(jié)點(diǎn)電壓虛部,功率方程可改寫(xiě)為

本文系統(tǒng)中,有1個(gè)平衡節(jié)點(diǎn),則其余n-1個(gè)PQ節(jié)點(diǎn)的修正方程為

根據(jù)式(24)可求得本次迭代的修正量Δe和Δf,進(jìn)而對(duì)電壓進(jìn)行修正,經(jīng)反復(fù)計(jì)算,直到收斂到要求的精度。牛頓-拉夫遜算法計(jì)算潮流的具體流程如圖5所示。

圖5 牛頓-拉夫遜算法流程Fig.5 Flow chartof Newton-Raphson method
2.3 算例工況
算例分別考慮直供方式和AT供電方式,且每種供電方式中考慮以下3種情況:①只有牽引網(wǎng);②包含牽引變壓器;③機(jī)車(chē)數(shù)量不同。
根據(jù)列車(chē)的負(fù)荷功率和已知的始端電壓,計(jì)算牽引供電系統(tǒng)列車(chē)網(wǎng)壓。分以下2種情況:①只有牽引網(wǎng)時(shí),已知饋線始端電壓,假設(shè)為額定電壓27.5 kV;②包含牽引變壓器時(shí),已知變壓器高壓側(cè)電壓,假設(shè)為額定電壓27.5 kV。通過(guò)算例比較高速重載工況下傳統(tǒng)算法和迭代算法的計(jì)算精度。
已知某牽引供電系統(tǒng)的單個(gè)供電臂帶有兩列機(jī)車(chē),負(fù)荷功率均為8.997+j4.357 MVA,線路始端電壓為額定電壓27.5 kV,Z12為變壓器歸算至低壓側(cè)的阻抗,Z12=0.061+j1.6805Ω,Z23為變電所出線處到#1機(jī)車(chē)取流處的牽引網(wǎng)阻抗,Z23=1.72+ j4.128Ω,Z34為#1機(jī)車(chē)到#2機(jī)車(chē)取流處之間的牽引網(wǎng)阻抗,Z34=1.505+j3.612Ω。牽引供電系統(tǒng)示意如圖6所示。

圖6 牽引供電系統(tǒng)示意Fig.6 Sketch map oftraction power supply system
圖中:節(jié)點(diǎn)①為變壓器高壓側(cè),是平衡節(jié)點(diǎn),U˙1= 27.5 kV;節(jié)點(diǎn)②為變壓器低壓側(cè),即變電所出線處,是PQ節(jié)點(diǎn);節(jié)點(diǎn)③為#1機(jī)車(chē)取流處,是PQ節(jié)點(diǎn);節(jié)點(diǎn)④為#2機(jī)車(chē)取流處,是PQ節(jié)點(diǎn)。
1)傳統(tǒng)算法
傳統(tǒng)算法需要已知機(jī)車(chē)電流與始端電壓。然而從機(jī)車(chē)功率求得機(jī)車(chē)電流的唯一方法是假設(shè)機(jī)車(chē)電壓為額定電壓27.5 kV,得到兩列機(jī)車(chē)的電流均為˙it==0.327 2-j0.158 4 kA。計(jì)算得到變壓器電壓損失為0.572 3 kV,牽引網(wǎng)電壓損失為3.497 9 kV,所以機(jī)車(chē)取流處電壓為23.428 7 kV。
2)迭代算法
采用牛頓-拉夫遜算法進(jìn)行牽引供電系統(tǒng)潮流計(jì)算,取精度為10-4。當(dāng)?shù)降?次時(shí),誤差滿足要求,此時(shí)的計(jì)算結(jié)果可作為最終計(jì)算結(jié)果。經(jīng)KCL、KVL定律驗(yàn)證了潮流結(jié)果的正確性。迭代過(guò)程如表1所示。

表1 牛頓-算法迭代過(guò)程Tab.1 Iteration of Newton-Raphson algorithm kV
牛頓-拉夫遜法是求解非線性代數(shù)方程有效的迭代計(jì)算方法,在數(shù)學(xué)模型相同的基礎(chǔ)上,其計(jì)算精度高于傳統(tǒng)算法,計(jì)算結(jié)果更能反映實(shí)際電壓值大小。本文認(rèn)為,若忽略建模時(shí)產(chǎn)生的誤差,則牛頓-拉夫遜法的計(jì)算結(jié)果可近似等效為實(shí)際電壓值。
定義:相對(duì)誤差=|傳統(tǒng)算法列車(chē)端電壓-牛頓-拉夫遜法列車(chē)端電壓|/牛頓-拉夫遜法列車(chē)端電壓×100%,用于比較二者在計(jì)算精確度上的差異。本算例中相對(duì)誤差為5.968%,前推回代算法與牛頓-拉夫遜算法計(jì)算結(jié)果相同。
3.1 直接供電系統(tǒng)潮流計(jì)算
在直供系統(tǒng)中,已知牽引網(wǎng)單位長(zhǎng)阻抗為z= 0.215+j0.516Ω/km,機(jī)車(chē)負(fù)荷功率均為P+j Q= 8.997+j4.357 MVA,YNd11牽引變壓器容量為31.5 MVA,短路電壓百分?jǐn)?shù)為10.5%,變壓器阻抗歸算到負(fù)荷側(cè)為zt=0.091 5+j2.520 8Ω,考慮單個(gè)供電臂,計(jì)算所得末端機(jī)車(chē)端電壓大小如表2所示。

表2 直供方式下計(jì)算結(jié)果Tab.2 Results in directpower supply system
由表2的計(jì)算結(jié)果可知當(dāng)機(jī)車(chē)數(shù)量越多,傳統(tǒng)算法的相對(duì)誤差越大;當(dāng)包含牽引變壓器時(shí),傳統(tǒng)算法的相對(duì)誤差比不包含變壓器時(shí)更大。
3.2 AT供電系統(tǒng)潮流計(jì)算
在AT供電系統(tǒng)中,牽引網(wǎng)參數(shù)[13]如表3所示。
在本算例中,已知機(jī)車(chē)負(fù)荷功率均為P+j Q= 8.997+j4.357 MVA,YNd11牽引變壓器容量為31.5 MVA,短路電壓百分?jǐn)?shù)為10.5%,變壓器阻抗歸算到負(fù)荷側(cè)為zt=0.091 5+j2.520 8Ω,考慮單個(gè)供電臂。計(jì)算所得末端機(jī)車(chē)端電壓大小如表4所示。
由表4的計(jì)算結(jié)果,可知機(jī)車(chē)數(shù)量越多,傳統(tǒng)算法的相對(duì)誤差越大;當(dāng)包含變壓器時(shí),傳統(tǒng)算法的相對(duì)誤差比不包含變壓器時(shí)更大。

表3 AT供電牽引網(wǎng)參數(shù)Tab.3 Parameters oftraction network in AT mode Ω/km

表4 AT供電方式下計(jì)算結(jié)果Tab.4 Results in the AT-fed power supply system
為了提高牽引供電系統(tǒng)潮流計(jì)算的精度,本文將機(jī)車(chē)負(fù)荷作為恒功率模型,采用電力系統(tǒng)中潮流計(jì)算的迭代方法進(jìn)行牽引供電系統(tǒng)潮流計(jì)算,通過(guò)不同工況算例比較了傳統(tǒng)算法與迭代算法的精度,主要結(jié)論如下。
(1)當(dāng)牽引網(wǎng)機(jī)車(chē)負(fù)荷越重,例如機(jī)車(chē)數(shù)量越多時(shí),傳統(tǒng)算法計(jì)算的機(jī)車(chē)處電壓的誤差越大。在AT供電系統(tǒng)中,當(dāng)只有1列機(jī)車(chē)時(shí),傳統(tǒng)算法的相對(duì)誤差為1.55%;當(dāng)有4列機(jī)車(chē)時(shí),傳統(tǒng)算法的相對(duì)誤差為9.88%。
(2)包含牽引變壓器時(shí),傳統(tǒng)算法計(jì)算的誤差會(huì)變大。在AT供電系統(tǒng)中有4列機(jī)車(chē),不包含變壓器時(shí),傳統(tǒng)算法的相對(duì)誤差為9.88%;當(dāng)包含變壓器時(shí),傳統(tǒng)算法的相對(duì)誤差為14.94%。
(3)在高速重載工況下,機(jī)車(chē)負(fù)荷更大,用傳統(tǒng)簡(jiǎn)化算法的誤差也較大,會(huì)導(dǎo)致對(duì)供電能力計(jì)算的較大誤差。根據(jù)我國(guó)電氣化鐵道設(shè)計(jì)、運(yùn)行經(jīng)驗(yàn),接觸網(wǎng)標(biāo)稱(chēng)電壓為25 kV,長(zhǎng)期最高電壓為27.5 kV,設(shè)計(jì)最低電壓為20 kV。在算例AT供電系統(tǒng)中,帶有4列機(jī)車(chē)且包含牽引變壓器時(shí),用牛頓-拉夫遜法計(jì)算的機(jī)車(chē)電壓為19.305 4 kV,而簡(jiǎn)化方法計(jì)算得到的結(jié)果為22.189 3 kV。顯然,依據(jù)傳統(tǒng)簡(jiǎn)化算法得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行的設(shè)計(jì)可能導(dǎo)致實(shí)際運(yùn)行中的供電能力不足,即實(shí)際運(yùn)行時(shí)機(jī)車(chē)處供電電壓不足。
[1]曹建猷.電氣化鐵道供電系統(tǒng)[M].北京:中國(guó)鐵道出版社,1983.
[2]李群湛,賀建閩.牽引供電系統(tǒng)分析[M].成都:西南交通大學(xué)出版社,2007.
[3]Goodman C J,Kulworawanichpong T.Sequential linear power flow solution for AC electric railway power supply system[C]//Computers in Railways Eighth International Conference.Lemnos,Greece:2002.
[4]唐開(kāi)林,李群湛,張麗艷,等(Tang Kailin,Li Qunzhan,Zhang Liyan,etal).電氣化鐵道牽引網(wǎng)饋線電流概率分布(Probability distribution offeeder currentofelectrified railway traction)[J].電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化學(xué)報(bào)(Proceedings ofthe CSU-EPSA),2010,22(6):12-16.
[5]張永旺,李欣然,李金鑫,等(Zhang Yongwang,LiXinran,Li Jinxin,et al).牽引供電系統(tǒng)綜合負(fù)荷實(shí)測(cè)建模(Measurement-based composite load modeling of traction power supply system)[J].電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化學(xué)報(bào)(Proceedings ofthe CSU-EPSA),2012,24(1):94-99.
[6]胡宗耀,李欣然,朱湘有,等(Hu Zongyao,Li Xinran,Zhu Xiangyou,etal).電氣化鐵路牽引負(fù)荷的支持向量機(jī)負(fù)序源建模(Modelofsupportvector machine negative sequence characteristics ofelectrified railway traction loads)[J].電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化學(xué)報(bào)(Proceedings ofthe CSUEPSA),2010,22(3):102-107.
[7]萬(wàn)慶祝,吳命利,陳建業(yè),等(Wan Qingzhu,Wu Mingli,Chen Jianye,etal).基于牽引計(jì)算的牽引變電所饋線電流仿真計(jì)算(Simulating calculation oftraction substation’s feeder currentbased on traction calculation)[J].電工技術(shù)學(xué)報(bào)(Transactions of China Electrotechnical Society),2007,22(6):108-113.
[8]何俊文,李群湛,劉煒,等(He Junwen,Li Qunzhan,Liu Wei,etal).交流牽引供電系統(tǒng)仿真通用數(shù)學(xué)模型及其應(yīng)用(General mathematical model for simulation of AC traction power supply system and its application)[J].電網(wǎng)技術(shù)(Power System Technology),2010,34(7):25-29.
[9]何正友,方雷,郭東,等(He Zhengyou,F(xiàn)ang Lei,Guo Dong,etal).基于AT等值電路的牽引網(wǎng)潮流計(jì)算方法(Algorithm for power flow of electric traction network based on equivalent circuit of AT-ed system)[J].西南交通大學(xué)學(xué)報(bào)(Journal of Southwest Jiaotong University),2008,43(1):1-7.
[10]陳宏偉,耿光超,江全元(Chen Hongwei,Geng Guangchao,Jiang Quanyuan).電氣化鐵路牽引供電系統(tǒng)車(chē)網(wǎng)耦合的潮流計(jì)算方法(Power flow algorithm for traction power supply system of electric railway based on locomotive and network coupling)[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化(Automation of Electric Power Systems),2012,36(3):76-80,110.
[11]池云莉,何天健,梁嘉杰(Chi Yunli,He Tianjian,Liang Jiajie).電氣化鐵道系統(tǒng)概率潮流算法研究(Probabilistic load flow study for electric railway)[J].電氣化鐵道(Electric Railway),2004,(6):4-8.
[12]李群湛(LiQunzhan).牽引變電所電氣量的通用變換方法及其應(yīng)用(A generalized transforming method for electrical values in AC traction substations and its applications)[J].鐵道學(xué)報(bào)(Journalofthe China Railway Society),1994,16(1):17-23.
[13]郭東,楊健維,何正友,等(Guo Dong,Yang Jianxiong,He Zhengyou,etal).一種基于牛頓法的交流高速鐵路牽引供電潮流計(jì)算方法的研究(Research on a flow analysis method of power supply system for AC high speed railway based on Newton method)[J].繼電器(Relay),2007,35(18):16-20,29.
[14]韓禎祥.電力系統(tǒng)分析[M].杭州:浙江大學(xué)出版社,2005.
A Power Flow Analysis Method of Traction Power Supply System Based on Constant-power Load
WANG Fang,WANG Xiaoru
(SchoolofElectric Engineering,SouthwestJiaotong University,Chengdu 610031,China)
This paper introduces a method to the traction power supply system based on power flow iterative algorithm of the power system.Mathematical models of the traction power supply system are established.The locomotive load is regarded as a constant-power modelinstead of a constant-current one.The Newton-Raphson method and forward and backward substitution method are used to calculate the voltage of locomotive and voltage loss of traction network and traction transformer respectively,and both directpower supply system and AT fed system are taken into consideration. The results are compared with those calculated by the traditional simplified method for the same typical examples.It shows thatthere are large deviations in the results ofpower flow calculation for traction power supply system using the traditionalsimplified method,especially in high-speed orheavy-load conditions,while the accuracy ofresults by powerflow iterative algorithm is much higher.
traction powersystem;powerflow calculation;voltage loss;constant-power;iterative algorithm
王芳(1988—),女,碩士研究生,研究方向?yàn)闋恳╇娤到y(tǒng)供電能力。Email:wangfang2014@126.com
2013-05-09;
2013-07-18
TM744;TM922.3
A
1003-8930(2015)03-0059-06
10.3969/j.issn.1003-8930.2015.03.11
王曉茹(1962—),女,博士,教授,博士生導(dǎo)師,研究方向?yàn)殡娏ο到y(tǒng)保護(hù)和安全穩(wěn)定控制、變電站自動(dòng)化、牽引供電系統(tǒng)與電力系統(tǒng)之間相互影響等。Email:xrwang@home.swjtu. edu.cn