基于电压源变流器的牵引网阻抗模拟系统及控制方法

本发明涉及铁路牵引供电，特别是一种基于电压源变流器的牵引网阻抗模拟系统及控制方法。

背景技术：

1、目前，我国电气化铁路供电制式采用25kv工频单相交流制。轨道交通牵引供电系统通常在轨道沿线设置多个牵引变电所，牵引变电所由所在地区外部电源供电，通过牵引变压器将三相交流电转变为单相交流电供给牵引网。

2、在西部艰险山区，由于地形复杂、外部电源较为薄弱等原因，电分相设置困难，列车依靠惯性通过电分相时，速度损失较为严重，目前新型所群双边牵引供电系统可以减少电分相，保证列车运行的稳定性。

3、由于新型所群双边牵引供电系统处于理论探索阶段，需要构建实物模型实施相关理论研究的实验验证。然而，列车在实际运行过程当中，列车与驶离站及驶向站间的牵引网阻抗会随着列车位置的改变而变化，因此在实物模型中由于列车位置的动态变化导致模拟列车与驶离站及驶向站之间的牵引网阻抗的动态变化过程较难实现。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种基于电压源变流器(voltage source converter，vsc)的牵引网阻抗模拟系统及控制方法，利用电压源变流器来模拟实物系统中列车两端的牵引网阻抗，实现列车动态运行过程的实验模拟。

2、本发明的技术方案如下：

3、基于电压源变流器的牵引网阻抗模拟系统，包括三相变压器、第一单相变压器、第二单相变压器、第一电压源变流器、第二电压源变流器和功率电阻；所述第一单相变压器和第二单相变压器均由三相变压器供电，第一单相变压器的第一输出端依次串联第一电压源变流器、第二电压源变流器后连接到第二单相变压器的第一输出端，第一单相变压器和第二单相变压器的第二输出端均接地；第一电压源变流器和第二电压源变流器的串联点连接到功率电阻的一端，功率电阻的另一端接地；所述功率电阻用于模拟列车，第一电压源变流器和第二电压源变流器用于模拟列车两侧的牵引网阻抗；还包括控制器，用于控制第一电压源变流器和第二电压源变流器。

4、进一步的技术方案，还包括第三单相变压器、第三电压源变流器和第四电压源变流器；第三单相变压器也由所述三相变压器供电，第三单相变压器的第一输出端依次串联第四电压源变流器、第三电压源变流器后连接到第二单相变压器的第一输出端，第三单相变压器的第二输出端也接地。

5、上述模拟系统的控制方法为：

6、步骤1，令列车与第一单相变压器之间需模拟的牵引网阻抗为r1+jx1＝(r0+jx0)×l1，列车与第二单相变压器之间需模拟的牵引网阻抗为r2+jx2＝(r0+jx0)×l2；其中，l1为列车与第一单相变压器之间的牵引网长度，l2为列车与第二单相变压器之间的牵引网长度，r0+jx0为第一单相变压器和第二单相变压器之间的牵引网的单位长度阻抗；

7、令第一单相变压器和第二单相变压器的二次侧电压均为u∠0°，功率电阻的功率为p0；

8、步骤2，求取列车两端的电压具体为：

9、流过列车的电流

10、根据

11、根据列车为阻性负载，则列车两端的电压与流过列车的电流相位相同，

12、即相位

13、联立上式，得到列车两端的电压；

14、步骤3，求取列车与第一单相变压器之间的牵引网的分压列车与第二单相变压器之间的牵引网的分压u1、u2分别为列车与第一、第二单相变压器之间的牵引网的分压的有效值，分别为列车与第一、第二单相变压器之间的牵引网的分压的相位；

15、步骤4，求取列车与第一单相变压器之间的牵引网的功率p1+jq1，列车与第二单相变压器之间的牵引网的功率p2+jq2；

16、其中，有功功率无功功率

17、步骤5，p1+jq1、p2+jq2分别dq解耦后，通过pid分别控制第一电压源变流器、第二电压源变流器，模拟得出列车两侧的牵引网阻抗。

18、本发明的有益效果在于，使用vsc装置来模拟列车运行过程中两侧牵引网的阻抗，相关研究人员可利用该发明开展新型所群双边牵引供电系统相关理论的实验验证，推动新型所群双边牵引供电技术的发展。

技术特征：

1.基于电压源变流器的牵引网阻抗模拟系统，其特征在于，包括三相变压器、第一单相变压器、第二单相变压器、第一电压源变流器、第二电压源变流器和功率电阻；所述第一单相变压器和第二单相变压器均由三相变压器供电，第一单相变压器的第一输出端依次串联第一电压源变流器、第二电压源变流器后连接到第二单相变压器的第一输出端，第一单相变压器和第二单相变压器的第二输出端均接地；第一电压源变流器和第二电压源变流器的串联点连接到功率电阻的一端，功率电阻的另一端接地；所述功率电阻用于模拟列车，第一电压源变流器和第二电压源变流器用于模拟列车两侧的牵引网阻抗；

2.如权利要求1所述的基于电压源变流器的牵引网阻抗模拟系统，其特征在于，还包括第三单相变压器、第三电压源变流器和第四电压源变流器；第三单相变压器也由所述三相变压器供电，第三单相变压器的第一输出端依次串联第四电压源变流器、第三电压源变流器后连接到第二单相变压器的第一输出端，第三单相变压器的第二输出端也接地。

3.如权利要求1所述的基于电压源变流器的牵引网阻抗模拟系统的控制方法，其特征在于，包括：

技术总结本发明公开了一种基于电压源变流器的牵引网阻抗模拟系统及控制方法，主变电站由三相变压器模拟，牵引变电所由单相变压器模拟。三相变压器将电源电压进行降压，牵引变电所群的单相变压器高压侧电压来自三相变压器的相同两相电压，将电压降压后供给牵引网。其中，对于牵引网的阻抗模拟，将列车的移动等效为线路阻抗的变化，采用VSC来模拟牵引网阻抗，利用VSC来实现列车运行过程中列车两侧牵引网阻抗变化的情况。本发明使用VSC装置来模拟列车运行过程中两侧牵引网的阻抗，相关研究人员可利用该发明开展新型所群双边牵引供电系统相关理论的实验验证，推动新型所群双边牵引供电技术的发展。技术研发人员：冯洪赟,王俊辉,董跃,张逸凡,朱泓宇,刘芸江,胡海涛受保护的技术使用者：西南交通大学技术研发日：技术公布日：2024/5/6