基于PSCADA的城市轨道交通供电系统仿真

摘要

随着城市轨道交通建设的高速发展，我国许多城市的轨道交通初步具备网络化运营的条件。城市轨道交通供电系统的网络化程度加深，供电网络更加坚强健壮。　　供电仿真是供电系统的重要分析手段，供电系统的复杂程度的加深对着供电仿真有着更高的要求，但是现有的城市轨道交通供电仿真工具大多采用图元建模，离线计算的方式，存在对真实供电系统进行大量简化，且系统在Windows平台运行，计算速度较为缓慢等问题。为此，在企业级项目“轨道交通牵引供电计算算法包开发”的支持下，通过与南京南瑞继保电气有限公司合作，开发了城市轨道交通供电计算算法包，该算法包引入CIM，将PSCADA系统中的系统模型及开关量测状态作为输入条件进行潮流计算，改变供电系统断面可调整系统的潮流分布。本文主要工作如下。　　(1)提出从PSCADA系统的图形管理系统提取出供电系统的模型数据，应用图模库一体化技术完成图形到数据的转变，从PSCADA系统的数据库管理系统提取出量测数据，最后对实现基于PSCADA系统的供电仿真基础上能够开发的应用功能进行了设计。　　(2)在明晰CIM各个包的具体含义基础上，确定将Core、Topology和Wires三个包作为主要内容，并借鉴电力系统CIM的拓展原则及方法，对Wires包内的设备进行拓展，并采用CIM/XML格式文档表示，最后通过CIM/XML格式文档的导入导出实现城市轨道交通供电系统CIM建模。　　(3)建立城市轨道交通供电系统CIM模型后，对供电系统进行拓扑分析。首先介绍电力系统常用的拓扑分析方法，然后结合城市轨道交通供电系统的特点，给出供电系统量测文件的表示方法，在此基础上提出一种考虑变电所运行状态的拓扑分析方法。　　(4)根据网络拓扑结果，采用交直流交替迭代的供电算法求解供电系统的潮流分布，采用考虑整流机组多折线外特性的直流稳态短路电流计算算法求解短路电流。　　(5)开发城市轨道交通供电计算算法包，以动态链接库的形式，作为独立的插件嵌入PSCADA系统中，能够实现“即插即用”。

目录

声明

绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 PSCADA 系统高级应用

1.2.2 CIM 建模

1.2.3 拓扑分析

1.2.4 城市轨道交通供电仿真

1.3 本文主要研究内容

第2章城市轨道交通电力监控系统

2.1 城市轨道交通电力监控系统结构

2.2 城市轨道交通电力监控系统功能

1. 控制中心调度主站功能

2. 变电所综合自动化系统功能

2.3 城市轨道交通电力监控系统的高级应用——供电仿真

2.3.1 电力监控系统数据分析

2.3.2 图模库一体化

2.3.3 基于供电仿真的 PSCADA 应用功能设计

2.4 本章小结

第3章城市轨道交通供电系统CIM 建模

3.1 公共信息模型 CIM

3.1.1 CIM 模型包

3.1.2 CIM 类间关系

3.1.3 CIM 的优点

3.2 城市轨道交通供电系统 CIM 拓展

3.2.1 CIM 拓展原则

3.2.2 城市轨道交通供电系统分析

3.2.3 牵引变电所 CIM 拓展

3.2.4 直流输电线路 CIM 拓展

3.3 CIM模型接口信息交换

3.3.1 XML 语言概述

3.3.2 CIM/XML 文档导入导出

3.4 本章小结

第4章城市轨道交通供电系统拓扑分析

4.1 拓扑分析常用方法

4.1.1 节点融合法

4.1.2 矩阵法

4.2 考虑变电所运行状态的拓扑分析

4.2.1 输入数据说明

4.2.2 算法说明及实现

4.2.3 算例分析

4.3 本章小结

第5章基于CIM 的城市轨道交通供电系统仿真

5.1 城市轨道交通供电系统建模

5.1.1 直流侧供电系统建模

5.1.2 交流侧供电系统建模

5.2 供电计算

5.2.1 牵引变电所多状态切换

5.2.2 交直流交替迭代供电计算

5.2.3 算例分析

5.3 直流稳态短路计算

5.3.1 整流机组多折线外特性模型

5.3.2 短路计算求解方法

5.3.3 算例分析

5.4 本章小结

第6章算法包开发及应用

6.1 算法包接口介绍

1. 模型文件解析

2. 牵引计算

3. 运行图生成

4. 拓扑分析

5. 交直流供电计算

6. 短路计算

6.2 应用功能

6.2.1 供电系统性能评估

6.2.2 供电系统调度方案模拟

6.3 本章小结

结论及展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果