城市轨道交通牵引供电系统分布式仿真系统及仿真方法与流程

1.本发明属于城市轨道交通技术领域，尤其涉及一种城市轨道交通牵引供电系统分布式仿真系统及仿真方法。


背景技术：

2.随着城市轨道交通系统快速发展，载运装备研究与开发、牵引供电系统电能质量分析、能耗能效管控策略研究等诸多领域对城市轨道交通牵引供电系统仿真的要求也越来越高。目前国内外众多机构大多采用仿真的方式对城市轨道交通牵引供电系统进行研究，并由此提出了许多仿真技术方法，如通过matlab/simulink系统等商业软件进行模型搭建、离线仿真，缺点在于不能良好的反映列车运行过程中的位置变化和功率变化，以及因此导致的牵引供电系统网络参数与拓扑的时变性；另一类仿真方法通过自编译仿真程序进行系统仿真，这种以往自编译程序仿真都将牵引供电系统当作一个整体进行集中计算，一些程序仿真时间步长较长，只进行稳态计算，忽略了系统瞬态特性；还有一些程序为保证算法数值稳定性且较为准确的反映系统瞬态变化，仿真步长较短，但导致系统计算量增加，仿真效率低下，因此，现有技术中的仿真方法具有不能反映列车运行工况及牵引供电系统网络参数和拓扑时变性、暂态仿真效率低的缺陷。


技术实现要素：

3.针对相关技术中存在的不足之处，本发明提供了一种城市轨道交通牵引供电系统分布式仿真系统及仿真方法，以简化仿真分析过程，提高仿真结果准确性。
4.本发明提供一种城市轨道交通牵引供电系统分布式仿真系统，包括：
5.计算单元，其包括：
6.电源模型，用于模拟城市轨道交通牵引供电系统中的电源；
7.线路模型，用于模拟城市轨道交通运行路径；
8.大地等效电路，用于模拟陆地回流阻抗；
9.钢轨模型，用于模拟轨道车辆运行的轨道；钢轨模型沿线路模型铺设；
10.车辆模型，用于模拟轨道车辆；车辆模型沿钢轨模型运行；
11.牵引所模型，用于模拟与轨道车辆连接的牵引变电所的数量及排布情况；牵引所模型连接有接触线，牵引所模型通过接触线、钢轨模型与车辆模型连接；牵引所模型、钢轨模型、接触线和大地等效电路构成的供电回路；
12.主控单元，其包括：
13.配置模块，其与电源模型连接，以选取或配置电源模型；配置模块与线路模型连接，以选取或配置线路模型；配置模块与车辆模型连接，以选取或配置车辆模型；
14.数据输入模块，其与牵引所模型连接，用于设定待仿真变量的初始值，待仿真变量至少包括：牵引所模块的电压和电流、接触线与钢轨模型间的电压、接触线的电流、钢轨模型的电流、大地等效电路的电流；
15.数据计算模块，其与电源模型、车辆模型、牵引所模型、接触线、钢轨模型和大地等效电路连接，以获取待仿真变量的计算值。
16.本技术方案通过设置电源模型，利用电源单元与配置模块连接，以使配置模块可以选取所需的电源模型，并且当没有适合的电源模型时，配置模块可以配置并新建电源模型；通过设置线路单元存储线路模型，利用线路单元与配置模块连接，以使配置模块可以选取所需的线路模型，并且当没有适合的线路模型时，配置模块可以配置并新建线路模型；通过设置车辆单元存储车辆模型，利用车辆单元与配置模块连接，以使配置模块可以选取所需的车辆模型，并且当没有适合的车辆模型时，配置模块可以配置并新建车辆模型；通过设置数据计算模块，利用数据计算模块与电源模型、车辆模型、牵引所模型连接，以计算车辆模型运行过程中，牵引所模型的实际电压和实际电流、接触线与钢轨模型间的实际电压、接触线的实际电流、钢轨模型的实际电流、大地等效电路的实际电流。
17.在其中一些实施例中，钢轨模型设有若干车站，若干车站沿钢轨模型排布；车辆模型在相邻两个车站间运行，车辆模型在车站位置处的运行速度为0；并且车辆模型在相邻两个车站间的运行过程包括牵引状态、匀速状态和制动状态三种状态。
18.在其中一些实施例中，相邻两个车站间设有车辆模型的刹车开始位置s，刹车开始位置s由数据计算模块根据车辆模型的运行速度、加速度以及相邻两个车站间的距离确定。
19.除此，本发明提供一种城市轨道交通牵引供电系统分布式仿真方法，利用上述城市轨道交通牵引供电系统分布式仿真系统进行仿真，其特征在于，分布式仿真方法包括以下步骤：
20.确定仿真分析所需的参数：确定轨道车辆运行路径、运行速度和初始位置、供电系统的输出电压和输出电流、牵引变电所的数量及排布情况；
21.建立等效模型：选取与轨道车辆实际运行等效的线路模型、车辆模型、电源模型以及牵引所模型；
22.设定待仿真变量的初始值：设定牵引所模型电压的初始值和电流的初始值、接触线与钢轨间电压的初始值、接触线电流的初始值、钢轨电流的初始值，大地等效电路电流的初始值；并且设定分布式仿真系统的仿真时间步长；
23.获取车辆模型的通电电流：判断车辆模型的位置及运行状态，以确定车辆模型的通电电流；
24.获取待仿真变量的计算值：以车辆模型的通电电流以及待仿真变量的初始值为已知量，获取待仿真变量的计算值。
25.在其中一些实施例中，还包括核验步骤，若待仿真变量的计算值与待仿真变量的初始值的差值小于收敛系数ε，则待仿真变量的计算值正确；若待仿真变量的计算值与待仿真变量的初始值的差值大于收敛系数ε，则待仿真变量的计算值存在误差，重新计算待仿真变量的计算值。
26.在其中一些实施例中，车辆模型在匀速状态运行速度的最小值为v1；车辆模型运行状态判断方法为：当车辆模型运行速度达到v1，则车辆模型处于匀速状态，车辆模型的通电电流为i1；当车辆模型运行速度未达到v1，则判断车辆模型是否到达刹车开始位置s，若未到达，则车辆模型处于牵引状态，车辆模型的通电电流为i2；若到达，则车辆模型处于制动状态；车辆模型的通电电流为i3。
27.在其中一些实施例中，当待仿真变量在当前仿真过程中求解完成后，若继续进行下一仿真过程的仿真计算，则将待仿真变量在当前仿真过程中求解得到的计算值作为下一仿真过程中待仿真变量的初始值。
28.在其中一些实施例中，车辆模型被配置为多个，多个车辆模型共同形成列车池，并且列车池中车辆模型按照其在钢轨模型的位置分别编号；多个车辆模型分别分布在各自的初始位置，并且按照时间次序沿钢轨模型运行至各自对应的终点位置。
29.在其中一些实施例中，多个车辆模型对应设置于多个计算单元，多个计算单元分别与主控单元连接，并且多个计算单元分别设有各自对应的待仿真变量；各个计算单元内的待仿真变量的计算值的求解过程是并行进行的。
30.在其中一些实施例中，数据输入模块还用于配置列车池中车辆模型的数量及相邻两个车辆模型的运行时间间隔；当列车池中需要增加车辆模型时，数据输入模块将新增的车辆模型位置和运行状态发送至数据计算模块，数据计算模块分析列车池中车辆模型的位置，更新列车池中车辆模型的编号；当列车池中需要减少车辆模型时，数据输入模块将待删除的车辆模型位置和运行状态发送至数据计算模块，数据计算模块分析列车池中车辆模型的位置，更新列车池中车辆模型的编号。
31.基于上述技术方案，本发明实施例中城市轨道交通牵引供电系统分布式仿真系统能够简化仿真分析过程，并且仿真结果准确性高。
附图说明
32.此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本技术的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
33.图1为本发明城市轨道交通牵引供电系统分布式仿真系统一个实施例的结构示意图；
34.图2为本发明城市轨道交通牵引供电系统分布式仿真系统一个实施例在牵引状态、匀速状态和制动状态下的速度变化示意图；
35.图3为本发明城市轨道交通牵引供电系统分布式仿真系统一个实施例中的流程图；
36.图中：
37.1、牵引所模型；2、车辆模型；3、钢轨模型；4、接触线。
具体实施方式
38.下面将结合本发明实施例中的附图，对实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而非全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
39.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“横向”、“纵向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对
本发明的限制。
40.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
41.如附图1所示，在本发明一种城市轨道交通牵引供电系统分布式仿真系统的一个示意性实施例中，该分布式仿真系统包括计算单元和主控单元。
42.上述城市轨道交通牵引供电系统分布式仿真系统中，计算单元包括电源模型、线路模型、钢轨模型3、牵引所模型1和车辆模型2；电源模型用于模拟城市轨道交通牵引供电系统中的电源；主控单元与计算单元连接，以选择所需的电源模型；当计算单元中的电源模型都不满足要求时，主控单元可以配置电源模型的输出电压和输出电流等信息，以新建电源模型，从而选取仿真所需要的电源模型；线路模型用于模拟城市轨道交通运行路径；主控单元与计算单元连接，以选择所需的线路模型；当计算单元中的线路模型都不满足要求时，主控单元可以配置线路模型的路径等信息，以新建线路模型，从而选取仿真所需要的线路模型；在实际应用中，轨道车辆的运行路径既包括运行里程也包括运行方向、运行轨迹等；钢轨模型3用于模拟轨道车辆运行的轨道；钢轨模型3沿线路模型铺设；车辆模型2用于模拟轨道车辆；车辆模型2沿钢轨模型3运行；主控单元与车辆模型2连接，以选择所需的车辆模型2；当计算单元中的车辆模型2都不满足要求时，主控单元可以配置车辆模型2的初始位置和运行速度等信息，以新建车辆模型2，从而选取仿真所需要的车辆模型2；牵引所模型1用于模拟与轨道车辆连接的牵引变电所的数量及排布情况；牵引所模型1连接有接触线4，接触线4与车辆模型2连接；需要说明的是，在实际应用中，轨道车辆运行的轨道铺设于陆地，并且轨道车辆、轨道以及陆地之间形成电路，陆地会产生回流阻抗，因此，计算单元还包括大地等效电路，利用大地等效电路模拟陆地回流阻抗；牵引所模型1、钢轨模型3、接触线4和大地等效电路构成的供电回路。
43.上述城市轨道交通牵引供电系统分布式仿真系统中，如图2所示，钢轨模型3设有若干车站，若干车站沿钢轨模型3排布；车辆模型2在相邻两个车站间运行，车辆模型2在车站位置处的运行速度为0；并且车辆模型2在相邻两个车站间的运行过程包括牵引状态、匀速状态和制动状态三种状态。相邻两个车站间设有车辆模型2的刹车开始位置s，刹车开始位置s由主控单元根据车辆模型2的运行速度、加速度以及相邻两个车站的距离确定。在实际应用中，轨道车辆在匀速状态运行速度的最小值为v1，并且轨道车辆在匀速状态运行速度的最小值为轨道车辆在牵引状态或制动状态运行速度的最大值；轨道车辆到达车站时，轨道车辆经过刹车开始位置s，且运行速度为0；需要说明的是，轨道车辆在不同运行状态、不同运行速度下的通电电流是不同的，轨道车辆在不同运行状态、不同运行速度下的通电电流可通过实际测量获知，由此可知，车辆模型2在钢轨3的相邻车站间运行时也包括牵引状态、匀速状态和制动状态三种状态，并且车辆模型2在不同运行状态、不同运行速度下，车辆模型2的通电电流也是不同的；当车辆模型2处于牵引状态时，车辆模型2的通电电流为i1；车辆模型2处于匀速运动状态时，车辆模型2的通电电流为i2；车辆模型2处于制动状态时，车辆模型2的通电电流为i3；还需要说明的是，轨道车辆实际运行过程中，其在不同运行状态、不同运行速度、不同位置时的通电电流以及加速度均被实际测量并记录在表格中，因
此，车辆模型2的通电电流可以通过查询该表格获知。
44.上述城市轨道交通牵引供电系统分布式仿真系统中，主控单元包括配置模块、数据输入模块和数据计算模块；配置模块与电源模型连接，以选取或配置电源模型；配置模块与线路模型连接，以选取或配置线路模型；配置模块与车辆模型2连接，以选取或配置车辆模型2；数据输入模块与牵引所模型1、大地等效电路和钢轨模型3连接，用于设定待仿真变量的初始值，待仿真变量至少包括牵引所模型1的电压值和电流值、接触线4与钢轨间的电压值、接触线4的电流值、钢轨的电流以及大地等效电路的电流值；当车辆模型2沿钢轨模型3运行时，待仿真变量的数值会发生不同程度的变化；数据计算模块与电源模型、车辆模型2、牵引所模型1、接触线4、钢轨模型3和大地等效电路连接，以获取待仿真变量的计算值，待仿真变量的计算值即车辆模型2沿钢轨模型3运行过程中，车辆模型2在某一时刻或某一位置时，仿真变量的数值。
45.上述城市轨道交通牵引供电系统分布式仿真系统中，计算单元还包括牵引变压整流器模型，牵引变压整流器模型用于将电网电压等级降压，并将交流电转化为直流电；牵引变压整流器模型连接于电源模型与牵引所模型1之间或牵引所模型1与线路模型，以将电源模型输出的电能转化为车辆模型2在线路模型中运行的电能。
46.上述城市轨道交通牵引供电系统分布式仿真系统能够简化仿真分析过程，并且仿真结果准确性高。
47.基于上述的城市轨道交通牵引供电系统分布式仿真系统，本发明还提供一种城市轨道交通牵引供电系统分布式仿真方法，利用上述的分布式仿真系统对城市轨道交通牵引供电系统进行仿真，该分布式仿真方法包括以下步骤：
48.确定仿真分析所需的参数：确定轨道车辆运行路径、运行速度和初始位置、供电系统的输出电压和输出电流、牵引变电所的数量及排布情况；
49.建立等效模型：选取与轨道车辆实际运行等效的线路模型、车辆模型2、电源模型以及牵引所模型1；需要说明的是，线路模型可以是配置模块从计算单元中选取的，也是配置模块临时配置的；车辆模型2可以是配置模块从计算单元中选取的，也是配置模块临时配置的；电源模型可以是配置模块从计算单元中选取的，也是配置模块临时配置的；还需要说明的是，车辆模型2在选取或配置时，主要考虑运行速度、初始位置等参数；电源模型在选取或配置时，主要考虑输出电压和输出电流等参数。
50.设定待仿真变量的初始值：设定牵引所模型1电压的初始值和电流的初始值、接触线4与钢轨间电压的初始值、接触线4电流的初始值、钢轨电流的初始值，大地等效电路电流的初始值；并且设定仿真过程的仿真时间步长。
51.获取车辆模型2的通电电流：判断车辆模型2的位置及运行状态，以确定车辆模型2的通电电流；需要说明的是，车辆模型2运行状态判断方法为：当车辆模型2运行速度达到v1，则车辆模型2处于匀速状态，车辆模型2的通电电流为i1；当车辆模型2运行速度未达到v1，则判断车辆模型2是否到达刹车开始位置s，若未到达，则车辆模型2处于牵引状态，车辆模型2的通电电流为i2；若到达，则车辆模型2处于制动状态，车辆模型2的通电电流为i3。
52.获取待仿真变量的计算值：以车辆模型2的通电电流以及待仿真变量的初始值为已知量，获取待仿真变量的计算值。
53.上述城市轨道交通牵引供电系统分布式仿真方法中，还包括核验步骤，若待仿真
变量的计算值与待仿真变量的初始值的差值小于收敛系数ε，则待仿真变量的计算值正确；若待仿真变量的计算值与待仿真变量的初始值的差值大于收敛系数ε，则待仿真变量的计算值存在误差，需要重新计算待仿真变量的计算值。需要说明的是，在重新计算仿真变量的计算值时，可以将前面存在误差的待仿真变量的计算值设定为新的待仿真变量的初始值。
54.需要说明的是，一个仿真时间步长内对车辆模型2进行仿真计算的过程为一个仿真过程，而在实际仿真时，仿真分析会包括多个仿真过程，多个仿真过程是按照序时进行的，在上述城市轨道交通牵引供电系统分布式仿真方法中，待仿真变量在当前仿真过程中求解完成后，如果仿真系统需要继续进行下一仿真过程的仿真计算时，将待仿真变量在当前仿真过程中求解得到的计算值作为下一仿真过程中待仿真变量的初始值，依次迭代，直至仿真分析结束。
55.还需要说明的是，车辆模型2被配置为多个，多个车辆模型2共同形成列车池，并且列车池中车辆模型2按照其在钢轨模型3的位置分别编号；多个车辆模型2分别分布在各自的初始位置，并且按照时间次序沿钢轨模型3运行至各自对应的终点位置；多个车辆模型2对应设置于多个计算单元，多个计算单元分别与主控单元连接，多个计算单元分别设有对应的待仿真变量，并且各个计算单元中选取的待仿真变量是相同的；各个计算单元内的待仿真变量的计算值的求解过程是并列进行的；各个计算单元的钢轨模型3是相互连接，各个计算单元的牵引所模型1通过接触线4相互连接，这就导致各个计算单元之间待仿真变量的数值是相互影响的；多个计算单元之间需相互引用的接触线4与钢轨模型3之间电压的初始值、接触线4电流的初始值、钢轨模型3电流的初始值，大地等效电路电流的初始值，在求解之前通过主控单元进行传输通信；还需要说明的是，数据输入模块还用于配置列车池中车辆模型2的数量及相邻两个车辆模型2的运行时间间隔；当列车池中需要增加车辆模型2时，数据输入模块将新增的车辆模型2位置和运行状态发送至数据计算模块，数据计算模块分析列车池中车辆模型2的位置，更新列车池中车辆模型2的编号；当列车池中需要减少车辆模型2时，数据输入模块将待删除的车辆模型2位置和运行状态发送至数据计算模块，数据计算模块分析列车池中车辆模型2的位置，更新列车池中车辆模型2的编号。
56.此外，还需要说明的是，在实际仿真分析时，是将列车池中全部车辆模型2进行多个仿真过程的仿真计算；当多个车辆模型2进行多个仿真过程的仿真计算时，可能会存在有些计算单元内的待仿真变量的计算值未计算完成的情况，因此，主控单元需要判断是否全部计算单元内的待仿真变量的计算值都计算完成，当全部计算单元内的待仿真变量的计算值都计算完成且计算结果正确时，结束车辆模型在当前仿真时间步长的仿真过程，如果有计算单元内的待仿真变量的计算值未计算完成，则主控单元传递待仿真变量的计算值至对应的计算单元作为新的待仿真变量的初始值，进行下一时间周期的计算。
57.下面以仿真分析包括两个仿真过程且对一个车辆模型2进行仿真为例，详细介绍上述城市轨道交通牵引供电系统分布式仿真方法，两个仿真过程分别为第一仿真过程和第二仿真过程并且第二仿真过程是在第一仿真过程结束后进行的；该分布式仿真方法包括以下步骤：
58.确定仿真分析所需的参数：确定轨道车辆运行路径、运行速度和初始位置、供电系统的输出电压和输出电流、牵引变电所的数量及排布情况；
59.建立等效模型：选取与轨道车辆实际运行等效的线路模型、车辆模型2、电源模型
以及牵引所模型1；
60.设定第一仿真过程中待仿真变量的初始值：设定各个计算单元中牵引所模型1电压的初始值和电流的初始值、接触线4与钢轨间电压的初始值、接触线4电流的初始值、钢轨电流的初始值，大地等效电路电流的初始值；并且设定第一仿真过程的仿真时间步长；
61.获取第一仿真过程中车辆模型2的通电电流：判断车辆模型2的位置及运行状态，以确定车辆模型2的通电电流；
62.获取第一仿真过程中待仿真变量的计算值：以车辆模型2的通电电流以及待仿真变量的初始值为已知量，获取待仿真变量的计算值；
63.将第一仿真过程中待仿真变量的计算值与待仿真变量的初始值之间的差值与收敛系数ε进行比较；如果待仿真变量的计算值与待仿真变量的初始值的差值大于收敛系数ε，则待仿真变量的计算值存在误差，需要重新计算第一仿真过程中待仿真变量的计算值，在重新计算第一仿真过程中待仿真变量的计算值时，将存在误差的待仿真变量的计算值设定为新的待仿真变量的初始值重新计算。如果待仿真变量的计算值与待仿真变量的初始值的差值小于收敛系数ε，则待仿真变量的计算值正确，则继续进行第二仿真过程。
64.设定第二仿真过程中待仿真变量的初始值：将第一仿真过程中待仿真变量的计算值设定为第二仿真过程中待仿真变量的初始值；并且设定第二仿真过程的仿真时间步长；
65.获取第二仿真过程中车辆模型2的通电电流：判断第二仿真过程中车辆模型2的位置及运行状态，以确定第二仿真过程中车辆模型2的通电电流；
66.获取第二仿真过程中待仿真变量的计算值：以车辆模型2的通电电流以及待仿真变量的初始值为已知量，获取待仿真变量的计算值；
67.将第二仿真过程中待仿真变量的计算值与待仿真变量的初始值之间的差值与收敛系数ε进行比较；如果待仿真变量的计算值与待仿真变量的初始值的差值大于收敛系数ε，则待仿真变量的计算值存在误差，需要重新计算第二仿真过程中待仿真变量的计算值，在重新计算第二仿真过程中待仿真变量的计算值时，将存在误差的待仿真变量的计算值设定为新的待仿真变量的初始值重新计算。如果待仿真变量的计算值与待仿真变量的初始值的差值小于收敛系数ε，则待仿真变量的计算值正确。
68.下面以列车池中全部车辆模型2进行仿真为例，详细介绍上述城市轨道交通牵引供电系统分布式仿真方法，该分布式仿真方法包括以下步骤：
69.确定仿真分析所需的参数：确定轨道车辆运行路径、运行速度和初始位置、供电系统的输出电压和输出电流、牵引变电所的数量及排布情况。
70.建立等效模型：选取与轨道车辆实际运行等效的线路模型、车辆模型2、电源模型以及牵引所模型1。
71.设定各个计算单元中待仿真变量的初始值：设定各个计算单元中牵引所模型1电压的初始值和电流的初始值、接触线4与钢轨间电压的初始值、接触线4电流的初始值、钢轨电流的初始值，大地等效电路电流的初始值；并且设定仿真系统的仿真时间步长。
72.获取各个车辆模型2的通电电流：判断各个车辆模型2的位置及运行状态，以确定车辆模型2的通电电流。
73.获取各个计算单元待仿真变量的计算值：以各个车辆模型2的通电电流以及待仿真变量的初始值为已知量，获取仿真分析过程中，各个计算单元待仿真变量的计算值。
74.将各个计算单元的待仿真变量的计算值与待仿真变量的初始值的差值与收敛系数ε进行比较，若待大于收敛系数ε，则待仿真变量的计算值存在误差，需要重新计算各个计算单元中待仿真变量的计算值，在重新计算仿真变量的计算值时，将存在误差的待仿真变量的计算值设定为新的待仿真变量的初始值，重新进行计算；如果小于收敛系数ε，则待仿真变量的计算值正确；
75.若主控单元判断全部计算单元内的待仿真变量的计算值都计算完成且计算结果正确，则结束当前仿真时间步长的仿真过程，若有计算单元内的待仿真变量的计算值未计算完成，则主控单元传递已经计算完成的待仿真变量的计算值至对应的计算单元作为新的待仿真变量的初始值，进行相同仿真时间步长的仿真过程的计算，直至全部计算单元内的待仿真变量的计算值都计算完成。
76.最后应当说明的是：本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
77.以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。

技术特征：
1.一种城市轨道交通牵引供电系统分布式仿真系统，其特征在于，包括：计算单元，其包括：电源模型，用于模拟城市轨道交通牵引供电系统中的电源；线路模型，用于模拟城市轨道交通运行路径；大地等效电路，用于模拟陆地回流阻抗；钢轨模型，用于模拟轨道车辆运行的轨道；所述钢轨模型沿所述线路模型铺设；车辆模型，用于模拟轨道车辆；所述车辆模型沿所述钢轨模型运行；牵引所模型，用于模拟与轨道车辆连接的牵引变电所的数量及排布情况；所述牵引所模型连接有接触线，所述牵引所模型通过所述接触线、所述钢轨模型与所述车辆模型连接；所述牵引所模型、所述钢轨模型、所述接触线和所述大地等效电路构成的供电回路；主控单元，其包括：配置模块，其与所述电源模型连接，以选取或配置所述电源模型；所述配置模块与所述线路模型连接，以选取或配置所述线路模型；所述配置模块与所述车辆模型连接，以选取或配置所述车辆模型；数据输入模块，其与所述牵引所模型、所述大地等效电路和所述钢轨模型连接，用于设定待仿真变量的初始值，所述待仿真变量至少包括：所述牵引所模块的电压和电流、所述接触线与所述钢轨模型间的电压、所述接触线的电流、所述钢轨模型的电流、所述大地等效电路的电流；数据计算模块，其与所述电源模型、所述车辆模型、所述牵引所模型、所述接触线、所述钢轨模型和所述大地等效电路连接，以获取所述待仿真变量的计算值。2.根据权利要求1所述的城市轨道交通牵引供电系统分布式仿真系统，其特征在于，所述钢轨模型设有若干车站，若干所述车站沿所述钢轨模型排布；所述车辆模型在相邻两个所述车站间运行，所述车辆模型在所述车站位置处的运行速度为0；并且所述车辆模型在相邻两个所述车站间的运行过程包括牵引状态、匀速状态和制动状态三种状态。3.根据权利要求2所述的城市轨道交通牵引供电系统分布式仿真系统，其特征在于，相邻两个所述车站间设有所述车辆模型的刹车开始位置s，所述刹车开始位置s由所述数据计算模块根据所述车辆模型的运行速度、加速度以及相邻两个车站间的距离确定。4.一种城市轨道交通牵引供电系统分布式仿真方法，利用如权利要求3所述的城市轨道交通牵引供电系统分布式仿真系统进行仿真，其特征在于，所述分布式仿真方法包括以下步骤：确定仿真分析所需的参数：确定轨道车辆运行路径、运行速度和初始位置、供电系统的输出电压和输出电流、所述牵引变电所的数量及排布情况；建立等效模型：选取与轨道车辆实际运行等效的所述线路模型、所述车辆模型、所述电源模型以及所述牵引所模型；设定待仿真变量的初始值：设定所述牵引所模型电压的初始值和电流的初始值、所述接触线与所述钢轨间电压的初始值、所述接触线电流的初始值、所述钢轨电流的初始值，所述大地等效电路电流的初始值；并且设定仿真过程的仿真时间步长；获取车辆模型的通电电流：判断所述车辆模型的位置及运行状态，以确定所述车辆模型的通电电流；
获取待仿真变量的计算值：以所述车辆模型的通电电流以及所述待仿真变量的初始值为已知量，获取所述待仿真变量的计算值。5.根据权利要求4所述的城市轨道交通牵引供电系统分布式仿真方法，其特征在于，还包括核验步骤，若所述待仿真变量的计算值与所述待仿真变量的初始值的差值小于收敛系数ε，则所述待仿真变量的计算值正确；若所述待仿真变量的计算值与所述待仿真变量的初始值的差值大于收敛系数ε，则所述待仿真变量的计算值存在误差，重新计算所述待仿真变量的计算值。6.根据权利要求5所述的城市轨道交通牵引供电系统分布式仿真方法，其特征在于，所述车辆模型在匀速状态运行速度的最小值为v1；所述车辆模型运行状态判断方法为：当所述车辆模型运行速度达到v1，则所述车辆模型处于匀速状态，所述车辆模型的通电电流为i1；当所述车辆模型运行速度未达到v1，则判断所述车辆模型是否到达所述刹车开始位置s，若未到达，则所述车辆模型处于牵引状态，所述车辆模型的通电电流为i2；若到达，则所述车辆模型处于制动状态，所述车辆模型的通电电流为i3。7.根据权利要求6所述的城市轨道交通牵引供电系统分布式仿真方法，其特征在于，当所述待仿真变量在当前仿真过程中求解完成后，若继续进行下一仿真过程的仿真计算时，则将所述待仿真变量在当前仿真过程中求解得到的计算值作为下一仿真过程中所述待仿真变量的初始值。8.根据权利要求6所述的城市轨道交通牵引供电系统分布式仿真方法，其特征在于，所述车辆模型被配置为多个，多个所述车辆模型共同形成列车池，并且所述列车池中所述车辆模型按照其在所述钢轨模型的位置分别编号；多个所述车辆模型分别分布在各自的初始位置，并且按照时间次序沿所述钢轨模型运行至各自对应的终点位置。9.根据权利要求8所述的城市轨道交通牵引供电系统分布式仿真方法，其特征在于，多个所述车辆模型对应设置于多个所述计算单元，多个所述计算单元分别与所述主控单元连接，并且多个所述计算单元分别设有各自对应的所述待仿真变量；各个所述计算单元内的所述待仿真变量的计算值的求解过程是并行进行的。10.根据权利要求8所述的城市轨道交通牵引供电系统分布式仿真方法，其特征在于，所述数据输入模块还用于配置所述列车池中所述车辆模型的数量及相邻两个所述车辆模型的运行时间间隔；当所述列车池中需要增加所述车辆模型时，所述数据输入模块将新增的所述车辆模型位置和运行状态发送至所述数据计算模块，所述数据计算模块分析所述列车池中所述车辆模型的位置，更新所述列车池中所述车辆模型的编号；当所述列车池中需要减少所述车辆模型时，所述数据输入模块将待删除的所述车辆模型位置和运行状态发送至所述数据计算模块，所述数据计算模块分析所述列车池中所述车辆模型的位置，更新所述列车池中所述车辆模型的编号。

技术总结
本发明涉及一种城市轨道交通牵引供电系统分布式仿真系统及仿真方法，属于城市轨道交通技术领域；该分布式仿真系统包括电源模型、线路模型、车辆模型、牵引所模型和主控单元；电源模型用于模拟电源；线路模型用于模拟城市轨道交通运行路径；车辆模型用于模拟轨道车辆；大地等效电路用于模拟陆地回流阻抗；钢轨模型用于模拟轨道车辆运行的轨道；牵引所模型通过接触线及钢轨模型与车辆模型连接；主控单元与电源模型、车辆模型连接、牵引所模型、钢轨模型、接触线连接，以计算牵引所模型的实际电压和实际电流、接触线与钢轨模型间的实际电压、接触线的实际电流、钢轨模型的实际电流、大地等效电路的实际电流。该仿真系统仿真方法简单、仿真效果好。仿真效果好。仿真效果好。


技术研发人员：高宝杰 吴晓波 沙栋磊 韩笃硕 付青高
受保护的技术使用者：国家高速列车青岛技术创新中心
技术研发日：2023.06.09
技术公布日：2023/10/15