[发明专利]一种电气化铁路外部电网接入方案优化设计方法

说明书

本发明公开了一种电气化铁路外部电网接入方案优化设计方法，包括以下步骤：获取牵引变电所负荷过程数据和电网数据；构建外部电网接入方案数据库，建立牵引变电所的三相等效模型；构建三相电网‑牵引供电系统统一模型，求解各母线上的正负序电压分布；计算牵引变电所的有效视在功率；预评估允许向公共电网注入的电压不平衡度的限值；计算全线补偿装置容量；建立优化模型的目标函数；构建各条母线的电压不平衡度的约束条件；求解优化模型完成电气化铁路外部电网接入方案优化设计；本发明能获得一种合理的外部电网接入方案，避免了设计人员主观经验的不足所带来的问题；同时能减小补偿装置补偿容量，节约投资。

技术领域

本发明涉及牵引供电系统优化设计领域，特别是涉及一种电气化铁路外部电网接入方案优化设计方法。

背景技术

25kV工频单相牵引供电系统是电气化铁路的核心组成。但是随着越来越多的高速铁路线路投入运营，牵引供电系统在公用电网中引起的电能质量问题日益凸显，特别是电压不平衡问题。该问题在电网结构的薄弱的中国中西部地区尤为突出。因此在牵引供电系统设计阶段，需要着重考虑如何解决其产生的电压不平衡问题，同时满足经济性的要求。

外部电网接入方案是牵引供电系统设计中的重要步骤，其包括牵引变压器接线形式选择和轮流换相方案选择。不同的外部电网接入方案对电网公共连接点(PCC)的电压不平衡度有着显著的影响。通过合理的设计外部电网接入方案可使得PCC的电压不平衡度满足国家标准GB/T 15543-2008的要求；若无法满足要求，可以通过安装负序补偿装置解决，但是由于昂贵的负序补偿装置投资费用，因此有必要降低负序补偿装置容量。因此，如何合理设计外部电源接入方案成为一个迫切需要解决的问题。目前现有的外部电网接入方案设计方法存在以下两个问题：

(1)仅能给出对PCC的电压不平衡度影响较小的方案，并不能保证PCC电压不平度满足GB/T 15543-2008中的要求。

(2)无法给出与外部电网接入方案相匹配的负序补偿装置容量，导致外部电网接入方案并非全局最优或满意解，造成资源浪费较大。

因此，现在需要解决的技术问题是：实现外部电网接入方案为全局最优或满意解，使PCC电压不平度满足GB/T 15543-2008中的要求；给出与外部电网接入方案相对应的负序装置补偿容量，降低建设成本。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种电气化铁路外部电网接入方案优化设计方法，能提供一种合理的外部电网接入方案，同时有效降负序补偿装置容量。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案包括步骤：

步骤1：获取牵引变电所负荷过程数据和电网数据；

步骤2：根据不同的牵引供电系统轮流换相组合w和牵引变压器接线形式组合u，构建外部电网接入方案f(w,u)数据库，建立对应的牵引变电所的三相等效模型将外部电网接入方案模型化，进而求解出的牵引变电所三相端口电压值；

步骤3：基于步骤2中建立的牵引变电所的三相等效模型，结合电网参数，构建三相电网-牵引供电系统统一模型，利用不平衡潮流程序迭代求解三相电网中各母线上的正负序电压分布；

步骤4：依据标准IEEE 1459-2010，计算位于母线x处牵引变电所j的有效视在功率；

步骤5：依据导则IEC/TR 61000-3-13，预评估位于母线x处牵引变电所j允许向公共电网注入的电压不平衡度的限值。

步骤6：计算外部电网接入方案为f(w,u)时的全线负序补偿装置容量S_c(w,u)；