城市軌道交通電氣系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷建模方法研究

張略

摘 要：城市軌道交通電氣系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)具有分散性、時(shí)變性、隨機(jī)性、多樣性和非連續(xù)性等多種特點(diǎn)。要對(duì)城市軌道交通電氣系統(tǒng)進(jìn)行管理，就需要掌握其具備的特點(diǎn)，有針對(duì)性的進(jìn)行管理。本文采用帶有反饋模擬云數(shù)據(jù)生成器，應(yīng)用隸屬度函數(shù)與經(jīng)典負(fù)荷模型相結(jié)合理論，提出一種基于窗函數(shù)的負(fù)荷模型建模方法，以期加強(qiáng)城市軌道交通電氣系統(tǒng)的管理。

關(guān)鍵詞：城市軌道交通；電氣系統(tǒng)；網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷

隨著我國(guó)城市軌道交通的不斷發(fā)展，城市軌道交通的電氣網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)越來(lái)越接近安全極限值運(yùn)行。在這樣的背景下，無(wú)論是電氣設(shè)備的日常監(jiān)測(cè)還是故障定位，都需要進(jìn)行精確的計(jì)算，即需要進(jìn)行精度更高的城市軌道交通電氣網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)建模。

一、負(fù)荷模型結(jié)構(gòu)

（一）靜態(tài)負(fù)荷模型

1、多項(xiàng)式模型。常見(jiàn)的多項(xiàng)式模型為經(jīng)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表示無(wú)功功率；P0表示初始運(yùn)行工況有功功率；Q0表示初始運(yùn)行工況無(wú)功功率；U表示電壓；U0表示初始運(yùn)行工況電壓。ap，bp，cp，aQ，bQ，cQ是相關(guān)多項(xiàng)式的系數(shù)，用來(lái)表示每個(gè)部分所占的比重。一般情況下，這種模型用來(lái)表示被研究系統(tǒng)初始運(yùn)行工況下的某一母線負(fù)荷值。電壓二次項(xiàng)相當(dāng)于恒定阻抗負(fù)荷，電壓一次項(xiàng)相當(dāng)于恒定電流部分，電壓零次項(xiàng)相當(dāng)于恒定功率部分。

2、指數(shù)模型。為了能夠反映出負(fù)荷靜態(tài)特征，可用冪系數(shù)作為負(fù)荷靜態(tài)特征系數(shù)，指數(shù)模型的一般形式為：

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

上市中f表示母線電壓的頻率；f0表示母線電壓的額定頻率；np表示負(fù)荷的有功功率/電壓特征盾數(shù)；fp表示負(fù)荷的有功功率/頻率特征盾數(shù)；nQ表示負(fù)荷的有功無(wú)協(xié)/電壓特征盾數(shù)；fQ表示負(fù)荷的有功無(wú)協(xié)/頻率特征盾數(shù)。

（二）輸入輸出動(dòng)態(tài)負(fù)荷模型

1、常微分方程模型。從分析負(fù)荷階躍電壓響應(yīng)的特點(diǎn)出發(fā)，結(jié)合當(dāng)前穩(wěn)定電壓的研究需求，可將輸入輸出動(dòng)態(tài)負(fù)荷模型表現(xiàn)為以下形式：TpPd+d=Ps（U）+Kp（U） Ps（U）=CSUap

式子中Tp表示線性時(shí)間常數(shù)Ps（U）為靜態(tài)負(fù)荷項(xiàng)；kp（U）為動(dòng)態(tài)負(fù)荷項(xiàng)。

2、T-S模糊模型。假如有一個(gè)給定的廣義輸入向量（x10，x20，…Xm0），那么由各個(gè)規(guī)則輸出yi（i=1，2，…，n）的加權(quán)平均可以求得：

式子中：n為模糊規(guī)則的具體個(gè)數(shù)；yi表示第i條規(guī)則的真值；而Gi則由下面的式子確定：

表示的是模糊算子。

T-S模糊模型辨識(shí)經(jīng)過(guò)前提結(jié)構(gòu)的辨識(shí)、前提參數(shù)的辨識(shí)、結(jié)論參數(shù)的辨識(shí)、結(jié)論結(jié)構(gòu)的辨識(shí)、經(jīng)過(guò)對(duì)性能指標(biāo)的計(jì)算選出最優(yōu)模型。從理論上看來(lái)，所劃分的前提結(jié)構(gòu)越多，得出的結(jié)論精度越高，但是隨著劃分前提結(jié)構(gòu)的增多，最終參數(shù)的獲得時(shí)延也就越大。由于這種模型需要進(jìn)行多次的辨識(shí)來(lái)優(yōu)化參數(shù)，因此需要的計(jì)算時(shí)間也相對(duì)長(zhǎng)一些。

輸入輸出式負(fù)荷模型和機(jī)理式負(fù)荷模型相比比較容易確定參數(shù)，但是使用過(guò)程中物理本質(zhì)容易被數(shù)學(xué)公式掩蓋。在總體測(cè)辨法中這類模型應(yīng)用較多，用模擬進(jìn)化類算法計(jì)算，雖具有全局尋優(yōu)特性但計(jì)算時(shí)間過(guò)長(zhǎng)。

二、建模研究

若用功率函數(shù)p（t0）進(jìn)行一批電氣網(wǎng)絡(luò)測(cè)量的擬合，則p（t0）是由真實(shí)數(shù)據(jù)和誤差共同組成的。以正交歸一的N次多項(xiàng)式hj（t）為基準(zhǔn)，將p（t0）展開(kāi)可得：

其中si表示的是系數(shù)。由于hj（t）是由正交歸一的，計(jì)算可以得出：

當(dāng)t=t0時(shí)，可以得出：

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

上式可以表示為：∫-11ωt0（t）p（t）dt

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

通常情況下，再選取固定的窗函數(shù)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行加窗。設(shè)窗長(zhǎng)足夠完成建模，wt0（t）可選取最高值，再進(jìn)行具體的計(jì)算。h（t）是固定的正交歸一的基，因此t0對(duì)應(yīng)的wt0（t）是確定的一元二次多項(xiàng)式，將a0、a1、a2作為常數(shù)項(xiàng)、一次項(xiàng)、二次項(xiàng)的系數(shù)，則有：

對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行加窗處理，正交歸一，化到-1和1之間，選擇t0為1的常數(shù)C，那么wt0（t）則可以在整個(gè)計(jì)算過(guò)程中作為唯一確定的表達(dá)式。若t0=0，那么窗的中間時(shí)刻為輸出值，對(duì)于在線辨識(shí)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，結(jié)果輸出后會(huì)有一定的滯后。設(shè)窗內(nèi)每一個(gè)時(shí)刻輸入值對(duì)應(yīng)的權(quán)函數(shù)為fq（t），在t=t0時(shí)，結(jié)果為：

將每一個(gè)在窗內(nèi)測(cè)量點(diǎn)時(shí)刻對(duì)應(yīng)的wt0（t） fq（t）的值，根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行離散化處理，p（ts0）可表示為：

綜上所述，隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，人們生活水平不斷提高，對(duì)城市電氣系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷進(jìn)行研究，能夠保證系統(tǒng)能夠更加順暢的運(yùn)行，滿足人們?nèi)找嬖鲩L(zhǎng)的物質(zhì)需求。通過(guò)建模法建立數(shù)據(jù)模型，可以更加直觀的認(rèn)識(shí)到目前網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的運(yùn)行情況，從而采取最優(yōu)措施。endprint