(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211050334.0 (22)申请日 2022.08.29 (71)申请人 西南交通大 学 地址 610031 四川省成 都市二环路北一段 111号 (72)发明人 钟帆　解绍锋　刘骆川　李群湛　 易东　黄大锐　黄小红　郭锴　 (74)专利代理 机构 成都点睛专利代理事务所 (普通合伙) 51232 专利代理师 葛启函 (51)Int.Cl. G06F 30/20(2020.01) G06F 30/27(2020.01) (54)发明名称 一种电气化铁路同相补偿装置参数优化设 计方法 (57)摘要 本发明公开了一种电气化铁路同相补偿装 置参数优化 设计方法， 涉及电气化铁路谐振分析 领域。 设定同相补偿装置各部分参数范围； 设定 谐波次数的变化范围[h1， h2]； 形成谐波次数h1下 各部分参数变化的系统节点导纳 矩阵； 求得不同 参数对应系统节点导纳 矩阵的特征值； 设定运算 步长； 计算得到不同参数下最大特征值对应谐振 特性； 作出系统谐振特性曲线； 设定机车与同相 补偿装置的特征谐波 频带； 设定同相补偿装置优 化目标； 初始化粒子群参数并随机初始化同相补 偿装置每个参数粒子的位置、 速度； 计算同相补 偿装置中每个参数粒子的目标函数值； 根据目标 函数值更新同相补偿装置参数粒子的取值； 判断 迭代可否 结束； 输出最优解并作出对应系统的谐 振曲线。 权利要求书2页 说明书5页 附图1页 CN 115422736 A 2022.12.02 CN 115422736 A 1.一种电气化铁路同相补偿装置参数优化设计方法， 具体包括以下步骤： (1)根据影响电气化铁路供电系统谐振点的因素， 对铁路供电系统建立模型， 并初始化 模型参数； (2)在基于同相补偿装置中的电力电子设备控制效果及为机车正常供电的前提下， 设 定同相补偿装置中元器件的电气量 参数及控制器的控制参数的范围； (3)设定供电系统谐波次数变化的范围[h1， h2]， 其中， h1为谐波次数变化范围的最小 值， h2为谐波次数变化范围的最大值； (4)在供电系统谐波次数变化范围最小值的情况下， 利用同相补偿装置电感值、 电容值 以及控制器的控制参数， 形成在设定范围内由低到高变化时的系统节点 导纳矩阵； (5)通过计算 求得不同参数对应系统节点 导纳矩阵的特 征值； (6)根据h1＝h1+Δh， Δh为运算步长， 由计算机判断h1是否小于等于h2， 如果是， 则回到 步骤(4)； (7)通过计算得到不同参数 下最大特征值对应谐振点的谐波次数和阻抗幅值； (8)利用所述的谐波次数和阻抗幅值作出关于每 个参数的谐振特性曲线图； (9)通过现场对实际谐波电压与谐波电流的测量， 设定机车与同相补偿装置的特征谐 波频带； (10)采用粒子群优化算法， 求得同相补偿装置中各元器件参数的最优解以设定同相补 偿装置的优化目标； (11)初始化粒子群参数并随机初始化同相补偿装置每 个参数粒子的位置、 速度； (12)计算同相补偿装置各参数中每 个参数粒子的目标函数值； (13)根据目标函数值更新同相补偿装置每 个参数粒子的取值； (14)由计算机判断各参数最优解误差是否小于给定界限或是否满足迭代次数， 如果 否， 则回到步骤(12)； (15)输出最优解并作出 各参数最优解对应同相补偿装置的谐振曲线。 2.根据权利要求1所述的一种电气化铁路同相补偿装置参数优化设计方法， 其特征在 于： 所述对铁路供电系统建立模型， 包括建立同相补偿装置模型、 输电线路模型、 机车模型 以及变压器模型， 其中， 同相补偿装置建模需要考虑的影响因素为电力电子变换器的死区 时间、 开关通断时间、 谐波分布及控制策略； 输电线路建模需要考虑的影响因素为驻波效 应， 建立机车模型需要考虑机车负荷、 等效阻抗及谐波分布； 建立变压器模型需要考虑磁滞 损耗与涡流损耗。 3.根据权利要求1所述的一种电气化铁路同相补偿装置参数优化设计方法， 其特征在 于： 所述的设定同相补偿装置中元器件的电气量参数及控制 器的控制参数 的范围， 包括电 感A的取值范围[LA1， LA2]， LA1为电感A取值范围中的最小值， LA2为电感A取值范围中的最大 值； 电感B的取值范围[LB1， LB2]， LB1为电感B取值范围中的最小值， LB2为电感B取值范围中的 最大值； 电容的取值范围[C1， C2]， C1为电容取值范围中的最小值， C2为电容取值范围中的最 大值； 设定比例积分控制器的比例、 积分参数范围， 比例参数范围[KP1， KP2]， KP1为比例参数 取值范围中的最小值， KP2为比例参数取值 范围中的最 大值； 积分参 数范围[KI1， KI2]， KI1为积 分参数取值范围中的最小值， KI2为积分参数 取值范围中的最大值。 4.根据权利要求1所述的一种电气化铁路同相补偿装置参数优化设计方法， 其特征在权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115422736 A 2于： 所述的系统节点 导纳矩阵为以下 形式的方阵： 其中， 节点导纳矩阵中所有元素的下标表示系统的节点号， Y11表示系统第1个节点的自 导纳， Y22表示系统第2个节点的自导纳， Ynn表示系统第n个节点的自导纳， Y12、 Y21表示第1个 节点与第2个节点之间的互导纳， Y1n、 Yn1表示第1个节点与第n个节点之间的互导纳， Y2n、 Yn2 表示第2个节点与第n个节点之间的互导纳。 5.根据权利要求1所述的一种电气化铁路同相补偿装置参数优化设计方法， 其特征在 于： 所述同相补偿装置的优化 目标是以供电系统谐振点避开机车特征谐波频带， 并在满足 补偿要求、 为机车正常供电及波形控制效果良好的前提下， 得到成本最低的同相补偿装置 。 6.根据权利要求1所述的一种电气化铁路同相补偿装置参数优化设计方法， 其特征在 于： 所述的初始 化粒子群参数包括粒子群规模N、 粒子维度即同相补偿装置参数个数D、 总迭 代次数M、 惯性权重ω、 学习因子c1、 c2； 所述随机初始化粒子的位置、 速度包括随机初始化第 i个粒子的位置Xid、 第i个粒子的速度Vid， 第i个粒子的最优位置Pid、 群体最优位置Pd， d＝1， 2， ...D； i＝1， 2， ...， N， 其中位置表示各 元器件参数的取值， 速度表示 参数取值的变化 值。 7.根据权利要求1所述的一种电气化铁路同相补偿装置参数优化设计方法， 其特征在 于： 所述的计 算同相补 偿装置各参数中粒子的目标函数值， 包括第i个粒子的最优目标fid和 群体最优目标fd， d＝1， 2， ...D； i＝1， 2， ...， N， 即系统谐振点的谐波次数是否偏离机车与 同相补偿装置的特征谐波频带[T1， T2]， 其中T1表示特征谐波频带的最小谐波次数， T2表示 特征谐波频 带的最大谐波次数。 8.根据权利要求1所述的一种电气化铁路同相补偿装置参数优化设计方法， 其特征在 于： 所述的更新同相补偿装置每个参数粒子的取值， 包括更新每个参数粒子的速度、 位置， 其中速度更新公式为 位置更新公式为 d＝1， 2， ...， D； i＝1， 2， ...， N； 各符号右上角的m代表第m次迭代的值， m≤ M， rand1()， rand2()代表区间[0， 1]内的随机数。 9.根据权利要求1所述的一种电气化铁路同相补偿装置参数优化设计方法， 其特征在 于： 所述的给定界限的判断式为 ε为小于等于10‑2的小数。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115422736 A 3