电气化铁路牵引供电系统的建模与仿真
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Ａｂｓｔｒａｃｔ：ｌｎ ｒｅｃｅｎｔ ｙｅａ ｒｓ，ｅｌｅｃｔ ｒｉｆｉｅｄ ｒａｉ１ｗａｙｓ ｈａｖｅ ｄｅｖｅｌｏｐｅｄ ｒａｐｉｄｌｙ，ａｎｄ ｔｈｅ ｔｒａｃｔｉｏｎ ｐｏｗ ｅ ｒ ｓｙｓｔｅｍ ｈａｓ ｂｅｅｎ ｔａｓｋｅｄ ｗｉｔｈ ｔｒａｎｓｐｏｒｔｉｎｇ ｅｌｅｃｔｒｉｃｉｔｙ ｆｒｏｍ ｔｈｅ ｐｏｗｅ ｒ ｓｙｓｔｅｍ ｔｏ ｈｉｇｈ—ｓｐｅｅｄ ｔｒａｉｎｓ． Ｔｈｅ ｒｅｆｏｒｅ，ｉｔ ｉｓ ｎｅｃｅｓｓａ ｒｙ ｔｏ ｓｔｕｄｙ ａｎｄ ａｃｃｕ ｒａｔｅｌｙ ｅｓｔａｂｌｉｓｈ ｔｈｅ ｍａｔｈｅｍ ａｔｉｃａｌ ｍｏｄｅｌ ｏｆ ｔｒａｃｔｉｏｎ ｐｏｗｅｒ ｓｕｐｐｌｙ ｓｙｓｔｅｍ ．Ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｔｈｅｏ ｒｙ ｏｆ Ｃａ ｒｓｏｎ ａｎｄ ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ ｆｉｅｌｄ ｔｈｅｏ ｒｙ， ａ ｓｅｒｉｅｓ ｏｆ ｔ ｒａｃｔｉｏｎ ｎｅｔｗｏ ｒｋ ｓｅ ｒｉｅｓ ｉｍ ｐｅｄａｎｃｅ ｍａｔ ｒｉｘ ａｎｄ ａｄｍ ｉｔｔａｎｃｅ ｍ ａｔ ｒｉｘ ｏｆ ｐａ ｒａｌｌｅｌ ｃａ［ｃｕｌａｔｉｏｎ， ａｎｄ ｃｏｍｂｉｎｅｄ ｗｉｔｈ ｍ ｕ［ｔｉｐｌｅ ｃｏｎｄｕｃｔｏ ｒ ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔ ｓｉｍｐｌｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｐ ｒｉｎｃｉｐｌｅ ｏｆ ｏ ｒｄｅ ｒ ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｏｆ ｉｍ ｐｅｄａｎｃｅ ａｎｄ ａｄｍ ｉｔｔａｎｃｅ ｍａｔｒｉｘ，ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ ｔｏ ｔｈｅ ｔｒａｃｔｉｏｎ ｐｏｗｅｒ ｓｕｐｐｌｙ ｓｙｓｔｅｍ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ ｔｏ ｅｓｔａｂｌｉｓｈ ｔｈｅ ｍａｔｈｅｍ ａｔｉｃａ【ｓｉｍ ｕ［ａｔｉｏｎ ｍｏｄｅｌ ｏｆ Ｍａｔｌａｂ ｃａｎ ｒｅａｌｉｚｅ ａｃｃｕ ｒａｔｅ ｍｏｄｅｌｉｎｇ ｏｆ ｔｈｅ ｔｒａｃｔｉｏｎ ｐｏｗｅｒ ＳＵｐｐｌｙ ｓｙｓｔｅｍ ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：Ｔｒａｃｔｉｏｎ ｐｏｗｅｒ ＳＵｐｐｌｙ ｓｙｓｔｅｍ ；ＭＡＴＬＡＢ ｓｉｍ ｕｌａｔｉｏｎ；Ｍａｔｈｅｍ ａｔｉｃａｌ ｍ ｏｄｅｌｉｎｇ
２牵 引供 宅系 统 的建 模 ２．１外部 电源 仿 真模 型
外 部 电源 足 电 气 化 铁 路 的 能 量
来 源 ， ＩＵ 等 级 通 常 Ｉ１ＯｋＶ 或 ２２０ｋＶ。 Ｈ ．找 ｌ新 址 的 ｒ岛述 ｝Ｕ气 化 铁 踏 ｊｌ变 所 趔 采川 ２２０ｋＶ 的 夕Ｉ、 ｊ【 渊 ｔＵ Ｊｌｉ， ｌｊ．夕ｌ、 ｊＩＵ ｆ门系 统 路 般 小 小 Ｊ ４５００ＭＶＡＩ Ｉ
没 Ｊ‘ 纠＿ｌＩ，ｊ，Ｊ夕１、 “Ｉ 枷 资 ：｝¨、ｆ， 系统 嘴波 ｌ５Ｉｌ抗 常 常 川 （１） 汁 ：
ｚ ＝
Hale Waihona Puke （１） 节 能与 新能 源
Ｉ 、
’
电气 化 铁 路 － ０寰』 簦： ０ 、Ｉ＿＿｜
Ｍ ｏｄｅｌｉｎｇ ａｎｄ Ｓｉｍ ｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ Ｔｒａｃｔｉｏｎ Ｐｏｗｅｒ Ｓｕｐｐｌｙ Ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ Ｅｌｅｃｔｒｉｆｉｅｄ Ｒａｉｌｗａｙ
大连 交通 大学 电气信 息学 院 王佳 文 （Ｗａｎｇｌｉａ＼￣ ｃａ） 赵 闻蕾 （Ｚｈａｏ ｃｎｌｃｉ） —
牵 引 作 为乍 ｊＩ变 ｆＵ所 －ｊ电 Ｊ夺 引单 元 的 电 传输 媒 介 ，完 成 对 ｌＵ／Ｊ 机 的送 ｌｕ仃 务，足 高 速 铁 路牵 ，’；【供 电 系 统 的 重 婪 组 成 部 分 １２］。 牟 』ｊＩ 的 供 电 方 式 婪 仃 ： 直 接 供 电 方 式 、 ＢＴ 供 电方 式 、ＡＴ供 电 式 以及 ＣＣ供 Ｉ
摘 要 ：近年 来 ， 电气化 铁路 迅 速发 展 ，牵 引供 电系统 承担 着 将 电能从 电力 系统输 送 到高 速＂…－ ｔＪ 车 的任 务。 因此 ，研究 和 精确 建 立 牵 引供 电 系统 数学 模型 是 十 分必 要 的。 本 文基 于 Ｃａ ｒｓｏｎ理 论 和 电磁 场理 论 对牵 引 网的 串联 阻抗 ￣ＥＦ｛＊ＥＩ并联 导纳 矩 阵进行 计 算 ，并结 合 多导 线等 值简 化原 则 实现 阻 抗和 导 纳矩 阵的 降阶 处 理 ，分 别对 牵 引供 电系统 内器 件建 立 Ｍａｔｌａｂ数学 仿 真模 型 ， 实现 对 牵 引供 电 系统精 确建 模。 关键 词 ：牵 引供 电系统 ；ＭＡＴＬＡＢ仿真 ；数 学建 模
【中图分类 号】 ＴＭ８６ 【文 献标识码 】Ｂ 【文章 编号】 １５６１—０３３０ （２０１８）０１—００６４—０６
牵引供 电系统 的构 成及 箕 主要 供 电方 式 １．１牵引供 电系统的构成
牵 引 供 电 系统 足 ｆ＿ｌ＝ｆ牵 引 变 电所 和 牵 引 Ｉ酬 组 成 的 。 牵 引 变 Ｉ【ｌ所 用 于 币 ｊｌ 供 电 系 统 的 斧 ０ｌ供 Ｉ ， 其 核 心 部 分 足 牵 引变 爪 器。币 引 网 馈 线 、接 触 刚 、 钢 轨 、 回流 线 等 部 分 组 成 ，根 据 供 ｆＵ 方 式 的不 同 『 改变 ＩＩＩ。 １．２牵引 网的供 电方式
力’』 等 。随 着 我 高 速铁 路 的快 速 发 腱 ， 以 采 用 的直接 供 电方 式 、ＢＴ供 ＩＵ 式 等 拒 牵 引 网 阻抗 、 电能质 、 埘 通 信 线 路 的十 扰 、钢轨 电位 等 方 面 小 能 较 的 满 足铁 路 线 路 高 速 、重 载 运 行 的 求 ，ＡＴ供 电方式 与 他供 电 力‘式卡Ｈ比 这些 方面 具 有突 ｝｝Ｊ的优 点。 ¨前， 我 旧 的 高速 铁 路牵 引 网供 电方 式 普 趟 采 了 全 并 联 ＡＴ供 电方 式 。 这 种 ｆｊＩ电 方式 与其 他 供 电方 式 Ｆ的牵 引 结 构 仃 很 大 的 不 同， 其 结构 也 相 对 复 。
２牵 引供 宅系 统 的建 模 ２．１外部 电源 仿 真模 型
外 部 电源 足 电 气 化 铁 路 的 能 量
来 源 ， ＩＵ 等 级 通 常 Ｉ１ＯｋＶ 或 ２２０ｋＶ。 Ｈ ．找 ｌ新 址 的 ｒ岛述 ｝Ｕ气 化 铁 踏 ｊｌ变 所 趔 采川 ２２０ｋＶ 的 夕Ｉ、 ｊ【 渊 ｔＵ Ｊｌｉ， ｌｊ．夕ｌ、 ｊＩＵ ｆ门系 统 路 般 小 小 Ｊ ４５００ＭＶＡＩ Ｉ
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Hale Waihona Puke （１） 节 能与 新能 源
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大连 交通 大学 电气信 息学 院 王佳 文 （Ｗａｎｇｌｉａ＼￣ ｃａ） 赵 闻蕾 （Ｚｈａｏ ｃｎｌｃｉ） —
牵 引 作 为乍 ｊＩ变 ｆＵ所 －ｊ电 Ｊ夺 引单 元 的 电 传输 媒 介 ，完 成 对 ｌＵ／Ｊ 机 的送 ｌｕ仃 务，足 高 速 铁 路牵 ，’；【供 电 系 统 的 重 婪 组 成 部 分 １２］。 牟 』ｊＩ 的 供 电 方 式 婪 仃 ： 直 接 供 电 方 式 、 ＢＴ 供 电方 式 、ＡＴ供 电 式 以及 ＣＣ供 Ｉ
摘 要 ：近年 来 ， 电气化 铁路 迅 速发 展 ，牵 引供 电系统 承担 着 将 电能从 电力 系统输 送 到高 速＂…－ ｔＪ 车 的任 务。 因此 ，研究 和 精确 建 立 牵 引供 电 系统 数学 模型 是 十 分必 要 的。 本 文基 于 Ｃａ ｒｓｏｎ理 论 和 电磁 场理 论 对牵 引 网的 串联 阻抗 ￣ＥＦ｛＊ＥＩ并联 导纳 矩 阵进行 计 算 ，并结 合 多导 线等 值简 化原 则 实现 阻 抗和 导 纳矩 阵的 降阶 处 理 ，分 别对 牵 引供 电系统 内器 件建 立 Ｍａｔｌａｂ数学 仿 真模 型 ， 实现 对 牵 引供 电 系统精 确建 模。 关键 词 ：牵 引供 电系统 ；ＭＡＴＬＡＢ仿真 ；数 学建 模
【中图分类 号】 ＴＭ８６ 【文 献标识码 】Ｂ 【文章 编号】 １５６１—０３３０ （２０１８）０１—００６４—０６
牵引供 电系统 的构 成及 箕 主要 供 电方 式 １．１牵引供 电系统的构成
牵 引 供 电 系统 足 ｆ＿ｌ＝ｆ牵 引 变 电所 和 牵 引 Ｉ酬 组 成 的 。 牵 引 变 Ｉ【ｌ所 用 于 币 ｊｌ 供 电 系 统 的 斧 ０ｌ供 Ｉ ， 其 核 心 部 分 足 牵 引变 爪 器。币 引 网 馈 线 、接 触 刚 、 钢 轨 、 回流 线 等 部 分 组 成 ，根 据 供 ｆＵ 方 式 的不 同 『 改变 ＩＩＩ。 １．２牵引 网的供 电方式
力’』 等 。随 着 我 高 速铁 路 的快 速 发 腱 ， 以 采 用 的直接 供 电方 式 、ＢＴ供 ＩＵ 式 等 拒 牵 引 网 阻抗 、 电能质 、 埘 通 信 线 路 的十 扰 、钢轨 电位 等 方 面 小 能 较 的 满 足铁 路 线 路 高 速 、重 载 运 行 的 求 ，ＡＴ供 电方式 与 他供 电 力‘式卡Ｈ比 这些 方面 具 有突 ｝｝Ｊ的优 点。 ¨前， 我 旧 的 高速 铁 路牵 引 网供 电方 式 普 趟 采 了 全 并 联 ＡＴ供 电方 式 。 这 种 ｆｊＩ电 方式 与其 他 供 电方 式 Ｆ的牵 引 结 构 仃 很 大 的 不 同， 其 结构 也 相 对 复 。