一种双边牵引供电系统与电网能流耦合的系统等效方法

本发明属于交流牵引双边供电，具体的说是涉及一种双边牵引供电系统与电网能流耦合的系统等效方法。

背景技术：

1、电分相作为牵引供电系统最为薄弱的环节，极大制约了机车的运载能力与列车速度，尤其是电分相的存在将会导致无电区的产生，无电区的存在致使列车在通过该区段过程中出现牵引力损失从而必须利用惯性进行惰性滑行，特别是在一些坡度较大以及重载路段将会导致机车因动力不足而无法通过。再者，电分相的设立不仅对司机的操作能力提出了极高的要求，还带来了众多的安全隐患，无论从经济层面还是安全层面来说均不利于高速铁路的快速发展。因此，取消电分相成为当前铁路方面迫切需要解决的难题之一。目前牵引供电系统大多采用单相供电，供电臂末端需设立电分相，而双边供电的实施不仅可以取消供电臂末端的电分相还能显著提高供电电压水平大大延长供电距离，延长牵引变电所间距降低线路投资成本，在高山隧道等复杂路段发挥巨大作用。

2、尽管双边供电具有提高牵引网电压水平、减少线路能耗、提高供电能力、增强系统稳定性的作用，但是与之产生的问题也接踵而至。供电线路实行双边供电之后，如若双边供电路段没有机车运行，接触网与电力系统将会形成并联环网，均衡电流从其中一个牵引变电所流入，途径牵引网再从另一个牵引变电所重新流回电力系统，改变了电力系统的潮流分布和走向。因此，关于均衡电流对电网的影响值得深入研究。随着铁路里程的不断延伸、现有线路未来的改造升级以及高原铁路的大力修建，双边供电技术的落地必将提上日程，故此关于双边供电系统相关参数的测量计算显得至关重要。

技术实现思路

1、本发明不同于以往双边供电系统模型的构建，既有模型忽略了三相电力系统与单相牵引供电系统的三—单相耦合关系，仅考虑了单相牵引供电系统的复杂程度。牵引网双边供电的成功落地不仅要考虑单相牵引供电系统的复杂程度，更要考虑与三相电力系统的三相—单相的耦合关系，故此本发明提出通过系统三相—单相变换的方法，解耦三相电力系统与单相牵引供电系统环网耦合关系，实现三相电力系统与单相牵引供电系统的三相建模，为解析双边牵引供电系统与电网能流耦合机理提供基础。

2、本发明所采用的技术方案是：

3、一种双边牵引供电系统与电网能流耦合的系统等效方法，包括以下步骤：

4、s1、定义电源通过三相电力系统为单相牵引供电系统和用户端供电，其中单相牵引供电系统通过牵引变压器从三相电力系统取电，并且在空载时单相牵引供电系统形成低压环网，电流从牵引变压器流回三相电力系统供给用户端；通过建立三相电力系统与单相牵引供电系统各元件数学模型，根据系统潮流走向判断功率分点，从而依据功率分点将环式网络分解成两个开式网络；所述功率分点是电力网中功率由两个方向流入的节点；

5、s2、利用牵引变压器原次边电气量的转换关系，对最接近功率分点的牵引变压器，将原边三相电力系统的数学模型等效变换到牵引变压器次边，与双边供电的牵引网阻抗等效合并，构建全新的牵引侧单相等效模型；

6、s3、对远离功率分点的牵引变压器，利用单相电气量与三相电气量的变换关系，将所构建的牵引侧单相等效模型转化为三相模型，并将三相电力系统各元器件模型转化到同一电压等级下与转化得到的三相模型合并构建电力系统双边供电网络三相等效模型；

7、s4、将电力系统双边供电网络三相等效模型环网结构等效成两个两端供电网络，结合s1得到的功率分点，等效成四个开式电力网，从而求解所需的电流、电压和功率分量相关参数。

8、本发明的有益效果是：基于电气化铁路双边供电系统的复杂结构，对牵引变压器原、次边电气量实现三相和单相的对称变换，将电气化铁路双边供电系统环网结构最终等效成开式电力网，便于电气化铁路双边供电系统的潮流分析，进而用来理论分析电气化铁路双边供电系统中的均衡电流分布规律及其影响因素、潮流分布规律等等。相较于传统集中参数等效模型，本发明提出的模型更为准确，理论分析用途更加广泛且清晰明了，所考虑的电力系统侧三相构造，能够为后续电气化铁路双边供电系统的成功落地及其配套输电网络的构建提供极大帮助。

技术特征：

1.一种双边牵引供电系统与电网能流耦合的系统等效方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.如权利要求1所述的一种双边牵引供电系统与电网能流耦合的系统等效方法，其特征在于，所述三相电力系统通过第一电力变电站和第二电力变电站为单相牵引供电系统供电，对应的单相牵引供电系统通过第一牵引变电所和第二牵引变电所从三相电力系统取电，在空载时，设定电流先通过第二牵引变电所再通过第一牵引变电所回流供给用户端，从而在第一牵引变电所电源接入点将三相电力系统与单相牵引供电系统进行解环。

3.如权利要求2所述的一种双边牵引供电系统与电网能流耦合的系统等效方法，其特征在于，所述步骤s2的具体方法为：

4.如权利要求3所述的一种双边牵引供电系统与电网能流耦合的系统等效方法，其特征在于，所述步骤s3的具体方法为：

5.如权利要求4所述的一种双边牵引供电系统与电网能流耦合的系统等效方法，其特征在于，所述步骤s4的具体方法为：

技术总结本发明属于交流牵引双边供电技术领域，具体的说是涉及一种双边牵引供电系统与电网能流耦合的系统等效方法。本发明基于电气化铁路双边供电系统的复杂结构，对牵引变压器原、次边电气量实现三相和单相的对称变换，将双边供电系统环网供电结构最终等效成开式三相供电网络结构，便于双边供电系统的潮流分析，进而用来理论分析双边供电系统中的均衡电流分布规律及其影响因素、潮流分布规律等等。相较于传统集中参数等效模型，本发明提出的模型更为准确，理论分析用途更加广泛且清晰明了，所考虑的电力系统侧三相构造，能够为后续双边供电的成功落地及其配套输电网络的构建提供极大帮助。技术研发人员：杨雪凇,杨怡斌,古晓东,张丽艳,罗健,邓洪,王建东,崔艳龙,马志远,陈杰,黄文,袁勇,王健,曹毅峰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：2024/11/21