一种针对城轨直流供电系统动态节点导纳矩阵的计算方法与流程

本发明属于城市轨道交通直流牵引供电系统研究与分析领域，涉及一种针对城轨直流供电系统动态节点导纳矩阵的计算方法，更具体地说，是当直流牵引供电系统拓扑结构动态变化时，能精准列写出动态拓扑线路的节点导纳矩阵。

背景技术：

1、直流牵引供电系统的实时潮流计算与拓扑结构分析都离不开节点导纳矩阵的计算。节点导纳矩阵是分析大规模供电系统的基础。目前节点导纳矩阵的计算总是针对配电网络与输电网络，而对城市轨道交通直流牵引供电系统的研究较少。同时考虑到输电网络与配电网络的开关动作频率不高，分析节点导纳矩阵时过程总是基于静态拓扑的研究，但直流牵引供电系统的机车是大功率动态符合，由于机车的行驶，网络拓扑结构是实时发生变化的，所以针对城市轨道交通直流供电系统动态节点导纳矩阵的计算研究就尤为重要。网络结构的实时变化，增加节点导纳矩阵的列些难度。针对这一问题，本发明提出了一种动态节点导纳矩阵的计算方法，不仅能够针对拓扑动态变化的情况，同时也具有很高的实时性。

技术实现思路

1、鉴于现有技术的不足，本发明提供了一种针对城轨直流供电系统动态节点导纳矩阵的计算方法，该方法科学合理，能够在动态的供电拓扑中，实现快速与精准的得到节点导纳矩阵。

2、本发明通过以下技术方案实现：

3、一种针对城轨直流供电系统动态节点导纳矩阵的计算方法，包括以下步骤：

4、s1:对城市轨道交通直流牵引供电系统的牵引变电所、各牵引变电所内的开关与线路中的运营机车进行编号，结合各所的在线路中的位置，列写输入信息矩阵[input]；

5、s2:根据开关信息列写开关信息矩阵[switch]；

6、s3:运营过程中，存在某些牵引变电所退出的情况，通过[switch]矩阵的信息，确定越区节点，删除运营过程中存在未投入的牵引变电所，得到新的输入信息矩阵[input_new]；

7、s4:运营过程中，存在某段线路发生故障的情况，通过[switch]矩阵的信息，确定故障线路两端的牵引变电所节点，得到故障矩阵[fault]；

8、s5:将运营机车作为节点加入上述已经得到的[input_new]矩阵中，得到全线位置信息矩阵[location]，跟据位置信息矩阵计算得到线路矩阵[line]，对全线节点与线路进行排序得到位置矩阵；

9、s6:根据故障矩阵[fault]信息，删除相应的故障线路与运营机车节点，得到新的线路矩阵[line_new]，列写关联矩阵a与支路导纳矩阵y_branch；

10、s7:设节点导纳矩阵为y，关联矩阵a的逆矩阵为b，采用公式y=a×y_branch×b，得到节点导纳矩阵。

11、进一步，所述步骤s1中对牵引变电所、所内各开关与线路中机车进行编号规则为：设有n个牵引变电所，分别标号为1、2、…、n；同时增加两个虚拟牵引变电所，编号设置为0与n+1,牵引变电所序号编写结果为：0、1、2、…、n、n+1；运营机车每个所的直流母线具有4条馈线，每条馈线设有一个断路器；每个牵引变电所针对上下行接触网设有两个分段隔开；从牵引变电所1开始对各个开关进行编号，编号规则为：左侧上行馈线断路器、右侧上行馈线断路器，上行接触网隔开，左侧下行馈线断路器、右侧下行馈线断路器，下行接触网隔开分别设为1、2、3、4、5、6；牵引变电所1至牵引变电所n总的开关编写结果为：1、2、3、4、5、6、…、6n-5、6n-4、6n-3、6n-2、6n-1、6n；设线路中有m辆运营机车，以虚拟牵引变电所0上行～虚拟牵引变电所n+1～虚拟牵引变电所0下行的顺序，从n+2为起始序号进行编号，运营机车编号结果为：n+2、n+3、…、n+1+m。

12、进一步，所述步骤s1中输入信息矩阵[input](n+2)×2为（n+2）行2列，n+2维是所亭与虚拟所数量之和，第1列为所亭序号，第2列为个各所在线路中的具体位置。

13、进一步，所述步骤s2中列写开关信息矩阵[switch]n×10为n行10列，n维指的是牵引变电所的个数，1～6列分别为所内的开关位置，第7、8列分别为上行两个断路器状态和与下行两个断路器状态和，第9、10列分别为上行与下行的故障情况。

14、更进一步，所述开关信息矩阵1～6列中，开关位置为遥信信息，若本开关在合位，则数据为1，若本开关在分位，则数据为0；第7、8列分别为上行两个断路器状态和与下行两个断路器状态和，若所亭两侧上行或两侧下行均为合位，则开关信息矩阵中该所亭的数据为2；若所亭两侧上行或两侧下行均为分位，则开关信息矩阵中该所亭的数据为0；若所亭两侧上行或两侧下行为一个分位一个合位，则开关信息矩阵中该所亭的数据为1；第9、10列分别为上行与下行的故障情况，0为无故障，1为左侧故障，2为右侧故障，3为两侧均故障。

15、进一步，所述步骤s3中通过[switch]n×10矩阵信息确定越区节点指的是，通过开关信息矩阵的第3列与第6列开关位置状态确定越区所位置，所属得到新的线路矩阵[input_new](n+2-f)×2为（n+2-f）行2列的矩阵，其中n+2是所亭与虚拟所数量之和，f为越区所的数量，第1列为所亭序号，第2列为个各所在线路中的具体位置。

16、进一步，所述步骤s4中通过[switch]n×10矩阵信息处理故障线路指的是通过矩阵第9列与第10列，确定线路的故障信息，得到故障矩阵[fault]x×3是一个x行3列的矩阵，其中x为故障的线路的个数，第1列为故障线路的首节点序号，第2列为故障线路的尾节点序号，第3列为上下行信息，1为上行，2为下行。

17、进一步，所述步骤s5中位置信息矩阵[location](n+2-f+m)×2是一个(n+2-f+m)行2列的矩阵，维度相比于新的输入信息矩阵[input_new]增加了线路中的运营机车，第1列为序号，第2列为各节点相对线路的位置；计算得到的线路矩阵[line](n+1-f+m)×3是一个(n+1-f+m)行3列的矩阵，第1列为线路首节点的序号，第2列为线路尾节点序号，第3列为两节点之间的距离。

18、进一步，所述步骤s5中根据故障矩阵[fault]x×3信息，删除相应的故障线路与运营机车节点指的是[fault]矩阵中存有故障线路两端节点的编号，故障后节点之间的线路与节点会退出，需在线路矩阵[line]中删除两节点之间的所有节点与线路，得到新的线路矩阵[line_new](n+1-f+m-p)×3，新的线路矩阵是一个(n+1-f+m-p)行3列的矩阵，p为应删除的线路条数，第1列为线路首节点的序号，第2列为线路尾节点序号，第3列为两节点之间的距离。

19、进一步，所述步骤s6中关联矩阵a与支路导纳矩阵y_branch均基于[line_new]矩阵列写，其中关联矩阵a行为投入节点的个数，列为支路数,所述支路数等于[line_new]的行数；所述[line_new]第1列为线路首节点的序号，第2列为线路尾节点序号，序号对应关联矩阵a中的行号；遍历所有支路数，相应的首节点序号所在行设置为1，尾节点序号所在行设置为-1；支路导纳矩阵是以支路数为维度的方阵，其计算公式为y_branch=1/（r×line_new（:,3）），其中r为单位长度电阻，line_new（:,3）为新的线路矩阵第3列的信息。

20、与现有技术相比，本发明的有益效果为：

21、1、本方法能够针对动态的拓扑线路，完成节点导纳矩阵的计算；

22、2、本方法考虑到线路故障，越区供电的情况；

23、3、本方法在分析过程中，采用矩阵编组的方法，具有较高的准确性与快速性。

24、总的来说，本发明提供的一种针对城轨直流供电系统动态节点导纳矩阵的计算方法科学合理，能够完成城市轨道交通直流供电系统动态拓扑节点导纳矩阵的计算，该方法以城市轨道交通直流牵引供电系统为研究对象，采集所内断路器的位置机车与所亭的位置信息，可对系统开关变位，列车行驶的动态拓扑实时计算节点导纳矩阵。此过程中不仅考虑了越区供电情况，还考虑到线路故障的情况，在分析过程中，采用矩阵编组的方法，具有较高的准确性与快速性。此方法还适用于各种工况与动态拓扑，判据简单可靠具有一定的工程适用性，为今后城轨直流供电系统动态节点导纳矩阵的计算方法提供了思路。