城市轨道交通电气系统网络负荷建模方法研究

张略

摘 要：城市轨道交通电气系统网络具有分散性、时变性、随机性、多样性和非连续性等多种特点。要对城市轨道交通电气系统进行管理，就需要掌握其具备的特点，有针对性的进行管理。本文采用带有反馈模拟云数据生成器，应用隶属度函数与经典负荷模型相结合理论，提出一种基于窗函数的负荷模型建模方法，以期加强城市轨道交通电气系统的管理。

关键词：城市轨道交通；电气系统；网络负荷

随着我国城市轨道交通的不断发展，城市轨道交通的电气网络系统越来越接近安全极限值运行。在这样的背景下，无论是电气设备的日常监测还是故障定位，都需要进行精确的计算，即需要进行精度更高的城市轨道交通电气网络系统建模。

一、负荷模型结构

（一）静态负荷模型

1、多项式模型。常见的多项式模型为经典的“ZIP”模型：

P=P0[a0（V/U0）+b0+c0] Q=P0[aQ（V/U0）+bQ+cQ]

上式中：P表示有功功率；Q表示无功功率；P0表示初始运行工况有功功率；Q0表示初始运行工况无功功率；U表示电压；U0表示初始运行工况电压。ap，bp，cp，aQ，bQ，cQ是相关多项式的系数，用来表示每个部分所占的比重。一般情况下，这种模型用来表示被研究系统初始运行工况下的某一母线负荷值。电压二次项相当于恒定阻抗负荷，电压一次项相当于恒定电流部分，电压零次项相当于恒定功率部分。

2、指数模型。为了能够反映出负荷静态特征，可用幂系数作为负荷静态特征系数，指数模型的一般形式为：

P=P0（U/U0）nr·（f/f0）fr Q=P0（U/U0）nQ·（f/f0）fQ

上市中f表示母线电压的频率；f0表示母线电压的额定频率；np表示负荷的有功功率/电压特征盾数；fp表示负荷的有功功率/频率特征盾数；nQ表示负荷的有功无协/电压特征盾数；fQ表示负荷的有功无协/频率特征盾数。

（二）输入输出动态负荷模型

1、常微分方程模型。从分析负荷阶跃电压响应的特点出发，结合当前稳定电压的研究需求，可将输入输出动态负荷模型表现为以下形式：TpPd+d=Ps（U）+Kp（U） Ps（U）=CSUap

式子中Tp表示线性时间常数Ps（U）为静态负荷项；kp（U）为动态负荷项。

2、T-S模糊模型。假如有一个给定的广义输入向量（x10，x20，…Xm0），那么由各个规则输出yi（i=1，2，…，n）的加权平均可以求得：

式子中：n为模糊规则的具体个数；yi表示第i条规则的真值；而Gi则由下面的式子确定：

表示的是模糊算子。

T-S模糊模型辨识经过前提结构的辨识、前提参数的辨识、结论参数的辨识、结论结构的辨识、经过对性能指标的计算选出最优模型。从理论上看来，所划分的前提结构越多，得出的结论精度越高，但是随着划分前提结构的增多，最终参数的获得时延也就越大。由于这种模型需要进行多次的辨识来优化参数，因此需要的计算时间也相对长一些。

输入输出式负荷模型和机理式负荷模型相比比较容易确定参数，但是使用過程中物理本质容易被数学公式掩盖。在总体测辨法中这类模型应用较多，用模拟进化类算法计算，虽具有全局寻优特性但计算时间过长。

二、建模研究

若用功率函数p（t0）进行一批电气网络测量的拟合，则p（t0）是由真实数据和误差共同组成的。以正交归一的N次多项式hj（t）为基准，将p（t0）展开可得：

其中si表示的是系数。由于hj（t）是由正交归一的，计算可以得出：

当t=t0时，可以得出：

即为：∫-11[h0（t0）h0（t）+h1（t0）h1（t）+h2（t0）h2（t）+…]p（t）dt

上式可以表示为：∫-11ωt0（t）p（t）dt

其中wt0（t）为：h0（t0）h0（t）++h1（t0）h1（t）+h2（t0）h2（t）+…

通常情况下，再选取固定的窗函数对数据进行加窗。设窗长足够完成建模，wt0（t）可选取最高值，再进行具体的计算。h（t）是固定的正交归一的基，因此t0对应的wt0（t）是确定的一元二次多项式，将a0、a1、a2作为常数项、一次项、二次项的系数，则有：

对数据进行加窗处理，正交归一，化到-1和1之间，选择t0为1的常数C，那么wt0（t）则可以在整个计算过程中作为唯一确定的表达式。若t0=0，那么窗的中间时刻为输出值，对于在线辨识系统来说，结果输出后会有一定的滞后。设窗内每一个时刻输入值对应的权函数为fq（t），在t=t0时，结果为：

将每一个在窗内测量点时刻对应的wt0（t） fq（t）的值，根据实际情况进行离散化处理，p（ts0）可表示为：

综上所述，随着经济的快速发展，人们生活水平不断提高，对城市电气系统网络负荷进行研究，能够保证系统能够更加顺畅的运行，满足人们日益增长的物质需求。通过建模法建立数据模型，可以更加直观的认识到目前网络系统的运行情况，从而采取最优措施。endprint