牵引供电系统变压器实时动态云容量算法的制作方法

1.本发明属于电气化铁路控制技术领域，涉及牵引供电系统变压器实时动态云容量算法。


背景技术：

2.铁路的发展趋势是实现货运重载化和客运高速化。而重载货运要求增加列车的牵引质量，高速客运要求提高列车的运行速度。对于电气化铁路来说，两种情况都要求增大电力机车或电力动车组的牵引功率，进而迫使牵引供电系统增大牵引变电所变压器的容量。电气化铁路建设完成后，牵引变电所的变压器容量就已经确定了，由于变压器是牵引变电所的核心设备，若要更换容量大的变压器，成本非常高，而且更新施工周期长，会影响铁路正常运输生产。因此，研究牵引变电所变压器绿色高效的扩容方法很有必要。


技术实现要素：

3.本发明的目的是提供牵引供电系统变压器实时动态云容量算法，实时地将左右供电臂负荷功率分别与变压器左右绕组额定功率进行比较，以判断是否需要扩容以及怎样进行扩容。算法利用本变压器左右绕组、邻所变压器右左绕组、储能设备等功率补偿资源，基于这些功率补偿资源优先级别的补偿策略，实时计算出这些功率补偿资源在该时刻各自应该提供的补偿功率值，控制相应的节能设备按照补偿功率值实时输出相应的补偿功率，完成变压器的实时动态扩容。采用本算法，牵引变电所不需要更换容量大的变压器，只需利用既有的大功率电力电子节能设备，通过云端算法实现牵引变电所变压器实时动态扩容。
4.本发明所采用的技术方案是，牵引供电系统变压器实时动态云容量算法，所述牵引供电系统中变压器实时动态扩容倍数具体按下式计算：
[0005][0006]
式中，牵引供电系统变压器左绕组输出额定功率为pa，牵引供电系统变压器右绕组输出额定功率pb，牵引供电系统变压器实时动态云容量为py，牵引供电系统变压器实际额定容量p。
[0007]
本发明的特点还在于：
[0008]
牵引供电系统变压器实时动态云容量算法，具体实施过程如下：
[0009]
实时地将左右供电臂负荷功率分别与左右绕组额定功率进行比较，根据判断情况执行以下步骤：
[0010]
步骤1，判断左右供电臂负荷功率同时不大于左右绕组额定功率时，不需要对变压器进行扩容；
[0011]
步骤2，否则，再次判断左供电臂负荷大于左绕组额定功率，右供电臂负荷小于右绕组额定功率时，只需要对变压器左绕组进行扩容；
[0012]
步骤3，否则，再次判断左供电臂负荷小于左绕组额定功率，右供电臂负荷大于右
绕组额定功率时，只需要对变压器右绕组进行扩容；
[0013]
步骤4，否则，再次判断左右供电臂负荷功率同时大于左右绕组额定功率时，需要同时对变压器左右绕组分别进行扩容；
[0014]
其中步骤1中判断左右供电臂负荷均不超过左右绕组额定功率，即左供电臂电力机车/动车负荷瞬时功率p
al
不超过牵引变电所变压器左绕组输出额定功率pa，p
al
≤pa，同时，右供电臂电力机车/动车负荷瞬时功率p
bl
不超过牵引变电所变压器右绕组输出额定功率pb，p
bl
≤pb，若判断结果为真，则执行子程序(1)；若判断结果为假，则执行步骤2；
[0015]
其中子程序(1)具体为，若判断结果为真，则不需要扩容，左右供电臂负荷由牵引变电系统变压器左右绕组各自输出功率，pa＝p
al
，pb＝p
bl
；
[0016]
其中步骤2中判断左供电臂负荷大于左绕组额定功率，右供电臂负荷小于右绕组额定功率，即左供电臂电力机车/动车负荷瞬时功率p
al
大于牵引变电所变压器左绕组输出额定功率pa，p
al
＞pa，同时，右供电臂电力机车/动车负荷瞬时功率p
bl
小于牵引变电所变压器右绕组输出额定功率pb，p
bl
＜pb，若判断结果为真，则执行子程序(2)；若判断结果为假，则执行步骤3；
[0017]
其中子程序(2)具体为：判断左供电臂负荷大于左绕组额定功率，右供电臂负荷小于右绕组额定功率时，按照变压器右绕组优先、左邻所变压器右绕组其次、右邻所变压器左绕组第三、储能设备第四的策略，对左供电臂负荷进行功率补偿实现牵引变电所变压器实时动态扩容；
[0018]
其中步骤3中，判断左供电臂负荷小于左绕组额定功率，右供电臂负荷大于右绕组额定功率，即左供电臂电力机车/动车负荷瞬时功率p
al
小于牵引变电所变压器左绕组输出额定功率pa，p
al
＜pa，同时，右供电臂电力机车/动车负荷瞬时功率p
bl
大于牵引变电所变压器右绕组输出额定功率pb，p
bl
＞pb，若判断结果为真，则执行子程序(3)；若判断结果为假，则执行步骤4；
[0019]
其中子程序(3)具体为：判断左供电臂负荷小于左绕组额定功率，右供电臂负荷大于右绕组额定功率时，按照变压器左绕组优先、右邻所变压器左绕组其次、左邻所变压器右绕组第三、储能设备第四的策略，对右供电臂负荷进行功率补偿实现牵引变电所变压器实时动态扩容；
[0020]
其中步骤4中，判定左右供电臂负荷都超过左右绕组额定功率的情况，即左供电臂电力机车/动车负荷瞬时功率p
al
超过牵引变电所变压器左绕组输出额定功率pa，p
al
≥pa，同时，右供电臂电力机车/动车负荷瞬时功率p
bl
超过牵引变电所变压器右绕组输出额定功率pb，p
bl
≥pb，执行子程序(4)；
[0021]
其中子程序(4)具体为：左右供电臂负荷都超过左右绕组额定功率时，按照邻所变压器右左绕组优先、储能设备其次的策略，同时分别对左右供电臂负荷进行功率补偿实现牵引变电所变压器实时动态扩容。
[0022]
本发明的有益效果是：
[0023]
本发明的牵引供电系统变压器实时动态云容量算法，在硬件上通过利用既有安装于铁路牵引变电所和分区所的再生电能节能设备，在软件上利用再生电能系统既有云平台系统软件，增加牵引变电所变压器实时动态云容量应用软件功能模块，实现铁路牵引变电所变压器等效容量的实时动态提升，适应铁路高速重载的发展需要，具有较好的经济价值
和实用价值。
附图说明
[0024]
图1是本发明的牵引供电系统变压器实时动态云容量算法中设备构成及计算电路示意图；
[0025]
图2是本发明的牵引供电系统变压器实时动态云容量算法步骤流程图；
[0026]
图3是本发明的牵引供电系统变压器实时动态云容量算法中子程序1流程图；
[0027]
图4是本发明的牵引供电系统变压器实时动态云容量算法中子程序2流程图；
[0028]
图5是本发明的牵引供电系统变压器实时动态云容量算法中子程序3流程图；
[0029]
图6是本发明的牵引供电系统变压器实时动态云容量算法中子程序4流程图。
具体实施方式
[0030]
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
[0031]
本发明提供了牵引供电系统变压器实时动态云容量算法，基于下列条件：
[0032]
条件1、交流传动机车/动车组作为牵引负荷，其功率因数高，接近于1，因此本算法忽略无功功率部分，只需计算有功功率部分；
[0033]
条件2、本算法未计入各设备的效率及裕量等因素。实际计算时，可根据各设备的具体情况计入其效率及裕量；
[0034]
定义牵引变电所变压器实时动态扩容倍数为：
[0035][0036]
如图1所示，按照牵引供电系统的既有典型设备构成及计算电路，如图2所示，具体计算按照以下步骤实施：
[0037]
步骤1，判断左右供电臂负荷都不超过左右绕组额定功率的情况，即左供电臂电力机车/动车负荷瞬时功率p
al
不超过牵引变电所变压器左绕组输出额定功率pa，p
al
≤pa，同时，右供电臂电力机车/动车负荷瞬时功率p
bl
不超过牵引变电所变压器右绕组输出额定功率pb，p
bl
≤pb，若判断结果为真，则执行子程序1；若判断结果为假，则执行步骤2；
[0038]
子程序1：如图3所示，在此情况下不需要扩容，所有的再生电能节能设备都不需输出功率，p
a1
＝0，p
a2
＝0，p
b1
＝0，p
b2
＝0，ps＝0，左右供电臂负荷由牵引变电所变压器左右绕组各自输出功率，pa＝p
al
，pb＝p
bl
；
[0039]
步骤2，判断左供电臂负荷大于左绕组额定功率，右供电臂负荷小于右绕组额定功率的情况，即左供电臂电力机车/动车负荷瞬时功率p
al
大于牵引变电所变压器左绕组输出额定功率pa，p
al
＞pa，同时，右供电臂电力机车/动车负荷瞬时功率p
bl
小于牵引变电所变压器右绕组输出额定功率pb，p
bl
＜pb，若判断结果为真，则执行子程序2；若判断结果为假，则执行步骤3；
[0040]
子程序2：如图4所示，步骤2判断左供电臂负荷大于左绕组额定功率，右供电臂负荷小于右绕组额定功率时，按照变压器右绕组优先、左邻所变压器右绕组其次、右邻所变压器左绕组第三、储能设备第四的策略，对左供电臂负荷进行功率补偿实现牵引变电所变压器实时动态扩容；
[0041]
步骤3，判断左供电臂负荷小于左绕组额定功率，右供电臂负荷大于右绕组额定功率的情况，即左供电臂电力机车/动车负荷瞬时功率p
al
小于牵引变电所变压器左绕组输出额定功率pa，p
al
＜pa，同时，右供电臂电力机车/动车负荷瞬时功率p
bl
大于牵引变电所变压器右绕组输出额定功率pb，p
bl
＞pb，若判断结果为真，则执行子程序3；若判断结果为假，则执行步骤4；
[0042]
子程序3：如图5所示，步骤3判断左供电臂负荷小于左绕组额定功率，右供电臂负荷大于右绕组额定功率时，按照变压器左绕组优先、右邻所变压器左绕组其次、左邻所变压器右绕组第三、储能设备第四的策略，对右供电臂负荷进行功率补偿实现牵引变电所变压器实时动态扩容；
[0043]
步骤4，经过前三个步骤来到此步骤，即表明是左右供电臂负荷都超过左右绕组额定功率的情况，即左供电臂电力机车/动车负荷瞬时功率p
al
超过牵引变电所变压器左绕组输出额定功率pa，p
al
≥pa，同时，右供电臂电力机车/动车负荷瞬时功率p
bl
超过牵引变电所变压器右绕组输出额定功率pb，p
bl
≥pb，此判断结果必然为真，直接执行子程序4；
[0044]
子程序4：如图6所示，步骤4左右供电臂负荷都超过左右绕组额定功率时，按照邻所变压器右左绕组优先、储能设备其次的策略，同时分别对左右供电臂负荷进行功率补偿实现牵引变电所变压器实时动态扩容；
[0045]
实施例1
[0046]
设某一时刻牵引变电所左右两个供电臂，以及左右相邻变电所两个供电臂，共四个供电臂，电力机车/动车负荷瞬时功率分别为：
[0047]
p
al
＝26.8mw；p
bl
＝18.3mw；p
al1
＝17.4mw；p
bl1
＝19.1mw
[0048]
按照步骤2可知：p
al
＝26.8mw＞pa＝20mw；p
bl
＝18.3mw＜pb＝20mw，则执行子程序2，按照变压器右绕组优先、左邻所变压器右绕组其次、右邻所变压器左绕组第三、储能设备第四的策略进行判断并计算如下：
[0049]
变电所左供电臂所需的总补偿功率为：
[0050]
p
al-pa＝26.8-20＝6.8(mw)
[0051]
变压器右绕组可提供的补偿功率为：
[0052]
p
b-p
bl
＝20-18.3＝1.7(mw)
[0053]
左邻所变压器右绕组可提供的补偿功率为：
[0054]
p
1-p
al1
＝20-17.4＝2.6(mw)
[0055]
右邻所变压器左绕组可提供的补偿功率为：
[0056]
p
2-p
bl1
＝20-19.1＝0.8(mw)
[0057]
储能设备需提供的补偿功率为：
[0058]
ps＝6.8-(1.7+2.6+0.9)＝1.6(mw)
[0059]
因此，各个再生电能节能设备融通瞬时功率分别为：
[0060]
p
a1
＝1.7+0.9+1.6＝4.2(mw)
[0061]
p
a2
＝2.6mw
[0062]
p
b1
＝-(1.7+0.9)＝-2.6(mw)
[0063]
p
b2
＝0.9mw
[0064]
牵引变电所变压器实时动态云容量为：
[0065]
py＝p
al
+p
bl
＝26.8+18.3＝45.1(mw)
[0066]
变压器实时动态扩容倍数为：
[0067][0068]
表1为本发明方法中设备代号及名称
[0069][0070][0071]
表2为本发明的设备额定容量或额定功率及实施例
[0072][0073]
表3为本发明的实时动态云容量或瞬时功率
[0074]
序号代号名称1py牵引变电所变压器实时动态云容量2pa牵引变电所变压器左绕组输出瞬时功率3pb牵引变电所变压器右绕组输出瞬时功率4p
a1
左供电臂节能设备融通瞬时功率5p
b1
右供电臂节能设备融通瞬时功率6p
a2
左供电臂分区所节能设备融通瞬时功率7p
b2
右供电臂分区所节能设备融通瞬时功率8ps储能设备输出瞬时功率9p
al
左供电臂电力机车/动车负荷瞬时功率10p
bl
右供电臂电力机车/动车负荷瞬时功率11p
1a
左邻牵引变电所变压器右绕组输出瞬时功率12p
al1
左邻供电臂电力机车/动车负荷瞬时功率13p
1a
右邻牵引变电所变压器左绕组输出瞬时功率14p
bl1
右邻供电臂电力机车/动车负荷瞬时功率