[发明专利]一种计及弓网二次燃弧影响的高铁车-网模型建立方法

说明书

本发明提出了一种计及弓网二次燃弧影响的高铁车‑网模型建立方法，其步骤包括：1)推导牵引网单位长度链式集总π型网络矩阵参数，建立牵引网单位长度集总π型链式参数模型；2)针对CRH2动车组，建立包括车顶高压电缆、车体、接地系统三个部分的动车组回流回路模型；3)结合动车组实际运行过程中车体、钢轨、牵引网三者间相对位置分布及电气参数关系；4)建立实际动车组运行工况下二次燃弧影响的车‑网分析模型。本发明所建立的模型更有效分析弓网多次燃弧对整个牵引供电回路的电气影响，同时也可推广用于牵引供电系统中其它运行工况如过分相，列车出站、进站等建模及其对整个电力系统影响的研究。

技术领域

本发明涉及高速铁路牵引网-动车组回路建模及弓网二次燃弧分析领域，特别是一种计及弓网二次燃弧影响的高铁车-网模型建立方法。

背景技术

我国高速铁路多采用AT全并联供电方式，该方式下牵引网线路交错，形成复杂电气拓扑结构。动车组高速运行过程中，由于弓网振动、地面不平顺等原因，会伴随弓网多次燃弧，其产生的畸变的暂态电压可能危害动车组及牵引网安全运行。因此，建立与实际运行工况相对应的动车组运营模型，需要同时考虑牵引网和动车组之间的相对位置关系及电气联系。

目前，针对动车组运行中出现的问题如过分相、升降弓等研究，多集中于弓网接触点的建模，简化牵引网及动车组模型，不能完整反映实际牵引供电回路。而针对牵引网链式参数模型则主要用于牵引网线路电气量变化研究，忽略实际动车组接地系统模型。针对弓网多次燃弧或电火花现象，国内外则主要集中于电弧特性及数学建模研究，少有针对弓网电弧实质对整个牵引网及动车组的影响分析。因此，根据实际动车组运行工况，考虑二次燃弧影响，建立完整的车-网分析模型很有必要。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种计及弓网二次燃弧影响的高铁车-网模型建立方法，建立的模型更有效分析弓网多次燃弧对整个牵引供电回路的电气影响，同时也可推广用于牵引供电系统中其它运行工况如过分相，列车出站、进站等建模及其对整个电力系统影响的研究。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种计及弓网二次燃弧影响的高铁车-网模型建立方法，包括以下步骤：

步骤1：建立牵引网链参数模型

步骤1.1：基于MTL(Matrix Template Library，矩阵模板库)理论思想，对于n+1导体构成的多导体传输线，建立MTL矩阵形式方程，由传输线始端z＝0处、终端处约束关系，得传输线两端n个电压V(0)、n个电流I(0)相量与n个电压n个电流相量间关系式：

式中，为MTL的链参数矩阵；V、I均为n×1列向量，分别为n个传输导线上的电压、电流；上式各子阵计算结果为：

式中，Z、Y均为n×n矩阵，分别为n个传输导体单位长度阻抗、导纳矩阵，且均为对称矩阵；分别为链参数矩阵的特征阻抗矩阵、特征导纳矩阵；

步骤1.2：采用广义戴维南等效定理，将2n端口等效为集总π型结构，根据集总π型结构端口对应电路拓扑，推导单位长度的n+1个多导体集总π型结构电路中链式参数矩阵为：

步骤1.3：根据我国250km/h运营速度的高铁AT牵引网线路安装数据，结合复镜像法对牵引网上下行各导线单位长度阻抗矩阵、导纳矩阵进行计算，代入上式(2)、式(3)，得到单位长度牵引网MTL链式集总π型网络模型；

步骤2：根据CRH2动车组结构及接地系统设置，建立包括车顶高压电缆、车体、接地系统三个部分的CRH2动车组接地回流回路模型；