面向城市轨道交通的列车-牵引供电系统双向耦合仿真策略研究

《Simulation Modelling Practice and Theory》：A Dual-Circulation Train-TPSS Integrated Simulation Strategy for Urban Rail System

本文针对城市轨道交通系统中列车（Train）与牵引供电系统（TPSS）之间存在的深度双向耦合关系被忽视的问题，提出了一种双循环集成仿真策略。该策略通过分析牵引/制动工况下能流波动及其对列车运行性能的反向影响，构建了集成系统模型，并设计了考虑不同运行阶段耦合特性的仿真流程，有效提升了系统运行状态推演的准确性，为城市轨道交通整体分析与决策提供了关键技术支撑。

　　

亮点 (Highlights)

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  1. 1.
     我们深入分析了各种列车运行工况下的能流波动及其因电压变化产生的 reciprocal effects（ reciprocal effects）。这揭示了列车与牵引供电系统（TPSS）之间的双向耦合特性（bidirectional coupling characteristics），从而开发了一个包含列车-TPSS耦合的集成模型（integrated model）。
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  1. 2.
     考虑到不同运行阶段的列车-TPSS耦合特性，我们设计了一种用于集成仿真的双循环策略（dual-circulation strategy）。这种方法促进了列车与TPSS之间的迭代耦合，而不会给能流计算引入额外的扰动，在保持能流算法收敛性的同时实现了系统推演。

章节摘要 (Section snippets)

列车-TPSS耦合特性 (Coupling characteristics of Train-TPSS)

在城市轨道交通系统中，列车运行驱动系统状态变化，其时空位置和功率需求影响能流。因此，从不同工况下的列车运行角度分析了列车-TPSS的耦合特性。

双循环策略 (Dual-circulation strategy)

在集成模型中，相互作用的变量包括列车模型中的网络电压和TPSS模型中的列车功率。因此，根据各种运行工况下的耦合特性，提出了一种双循环策略，以实现耦合平衡的计算并获得集成系统的运行状态。

仿真验证 (Simulation verification)

仿真参数 (Simulation parameters)

为验证本文提出的双循环策略的有效性，采用MATLAB作为仿真平台，基于呼和浩特1号线的实际运行条件进行分析。线路总长23.406公里，包含21个车站，其中有11个牵引变电站（TSs），如图13所示。详细的线路参数见表I。

结果分析 (Results analysis)

系统中的所有节点可分为两大类：列车节点和牵引变电站（TS）节点。随着列车运行，

结论 (Conclusion)

在城市轨道交通系统的传统建模与仿真中，由于忽视了列车运行状态与TPSS能流状态之间深度的双向耦合关系，难以准确推演和分析整个系统的运行状态。因此，本文探索了双向耦合特性，并提出了一种考虑这种耦合关系的双循环策略进行集成仿真。

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  1. 1.
     分析了牵引和制动条件下的能流变化