張 敏

（國網廣安供電公司，四川 廣安 638000）

一、牽引負荷數學模型

（一）牽引負荷整體結構

牽引負荷模型總功率平衡關系如下，主要包括三部分，牽引電機、感應電動機負荷、靜態(tài)負荷。

其中，Q、P是電網中綜合負荷吸收的無功功率和總有功功率，Ps、Qs是電網中靜態(tài)負荷吸收的有功和無功功率；Qim和Pim是電網中感應電機吸收的無功功率和有功功率；Ptm是電網中牽引電機吸收的有功功率。

（二）數學描述牽引負荷

1 牽引電機數學模型

牽引電機方程式如下：

其中，R、L是牽引回路的電阻和電感；ω和Id是牽引電機轉速以及電流；J是轉動慣量；CT和CM是牽引電機廣義參數；Ud是牽引電機端電壓；TL是機械負載轉矩，可以利用二次函數轉速模型表示：

2 數學描述靜態(tài)負荷和感應電動機

利用三階模式的感應電動機，其中需要忽略電磁暫態(tài)，因此，感應電動機模型相向量參數是[Rs，Xs，Rr ，Xr，Xm，Rm，Tj，n]，靜態(tài)負荷恒阻抗模型如下：

3 系統(tǒng)模型變化關系

系統(tǒng)側和牽引負荷模型基準變換關系如下：

二、分析牽引負荷模型的暫態(tài)穩(wěn)定計算

依據電力機車實際運行情況，牽引負荷可以分為牽引、惰行、停車以及制動四種典型負荷結構，下面把EPRI36結點作為基本案例，分析不同負荷模型對系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定的影響。結點參數模型如下：

（一）不同工況參數

在系統(tǒng)模型中19母線適當接入牽引負荷，并在此處適當設置三相短路，從O s 的時候開始出現故障，經過16個周期后切除故障。利用相應兩種工況參數合理計算，以此得到一定的仿真結果。經過分析可以發(fā)現，在使用第一種工況參數的過程中，能夠穩(wěn)定恢復母線電壓，在使用第二種工況參數的過程中，會很大程度降低母線電壓，并且出現相應震蕩，不能及時恢復，導致失去穩(wěn)定性?？梢姡捎貌煌膮的Ｐ涂梢孕纬刹煌抡娼Y果，第二種參數模型在出現大擾動的情況下很難穩(wěn)定恢復，可以以此類參數模型來分析和研究其他負荷模型與牽引負荷模型之間的差異。

（二）不同負荷模型

在EPRI系統(tǒng)中，19母線的位置上合理設置三相接地短路故障，故障時間在1s～1.28s之內，1.28s的時候切除故障。在母線21上接入牽引符合模型，使用的實際參數見表1。使用不同負荷模型來接入母線21電壓。HZK是恒阻抗模型；QY是牽引負荷模型，35%HZK+IM是感應電動機與35%恒阻抗并聯(lián)，利用三階模型分析感應電機，典型參數錄入PSASP仿真。從圖2可以發(fā)現，在出現故障的時候，不同時段負荷模型母線電壓具有一致的下降幅度，因此，主要區(qū)別方式實際上就是恢復以后的電壓特性，也就是電壓擾動存在的敏感程度。從清除故障曲線可以發(fā)現，恒阻抗模型具有比較快的恢復電壓速度，牽引負荷模型第二，35%HZK+IM模型具有最慢的速度。在大部分牽引負荷模型中，需要利用恒阻抗來合理平衡無功功率，在恒阻抗模型中，牽引負荷無功功率具有很大的作用。因此，牽引負荷模型具有二者之間的電壓恢復特性，在完成故障以后，對于不同模型具有一致平息電壓震蕩曲線時間，能夠恢復到相同水準的電壓值。

圖1 系統(tǒng)結構

表1 不同情況模型參數

（三）不同比例牽引負荷

圖2 恢復特性

在原來潮流基礎作業(yè)上，適當改變其中某部分負荷結點類型，把全網中牽引符合提高到20%、35%、50%，分析不同比例牽引負荷給暫態(tài)穩(wěn)定系統(tǒng)造成的影響。故障一：母線22-23中，在鄰近母線22一側的出口形成短路，切除故障0.2s。經過分析可以發(fā)現，在不斷提高牽引負荷比例的時候，會增加系統(tǒng)功角阻尼比，并且也會適當增加擺動功角曲線的幅度，能夠看出相比較恒阻抗模型來說，牽引符合模型功角阻尼模型在計算暫態(tài)穩(wěn)定的時候具有相對優(yōu)越的特性。并且越高比例的牽引負荷模型，就會擁有更大的阻尼特性。

故障二：母線9-23的位置鄰近母線9時候，設置一定的三相短路故障。因此，可以發(fā)現，在計算系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定的時候，不同牽引符合比例具有不同參數情況，在電網中不斷增加牽引負荷比重，就會降低切除故障極限時間，利用牽引負荷模型的過程中，會在一定程度上增加系統(tǒng)穩(wěn)定性。

總之，可以得出以下結論：（1）在電力機車不同運行工況的過程中計算系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定，需要利用機車多種運行工況實際參數進行穩(wěn)態(tài)仿真，參數的選擇會很大程度影響電網的整體暫態(tài)穩(wěn)定計算結果。（2）在不同引負荷模型中計算系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定的時候，母線電壓恢復的過程中具有很大差異，對于電壓擾動敏感度來說，牽引負荷模型處于感應電動機模型和恒阻抗模型之間。（3）在穩(wěn)定計算的時候，不斷提高電網中牽引負荷端計算比例，最大限度降低切除故障極限的時間，可以在一定程度上增加阻尼比和搖擺功角幅度。但如果僅僅只是少量改變母線負荷類型的過程中，會有限的影響系統(tǒng)穩(wěn)定計算仿真結果。

結語

通過不同參數來分析電力機車牽引負荷模型對電網產生影響的過程時，需要充分考慮動態(tài)負荷差異、負荷比例等因素，選擇合適的計算參數和負荷模型，能夠通過PSASP得出較準確的牽引負荷暫態(tài)穩(wěn)定仿真計算結果，在含有電力牽引負荷的電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定計算分析中有重要意義。

[1]李金鑫，李欣然，張永旺，等.考慮牽引負荷模型的暫態(tài)穩(wěn)定計算[J].電力自動化設備，2013，33（04）：109-113.

[2]徐家俊，王曉茹，王天鈺，等.基于ADPSS 的電力系統(tǒng)和牽引供電系統(tǒng)機電-電磁暫態(tài)混合仿真[J].電網技術，2014，38（07）.