一种用于电气化铁路低频振荡抑制的装置的制作方法

本发明涉及电气化铁路牵引网低频振荡抑制技术领域，尤其涉及一种用于电气化铁路低频振荡抑制的装置。

背景技术：

随着我国高速铁路的飞速发展以及大量新型交直交传动的大功率机车和动车组的投入，低频振荡现象越来越多的发生在我国电气化铁路中。低频振荡现象一般发生在站场和机务段(当多辆同类型的机车同时整备升弓、牵引出库时)，会出现牵引网网压低频振荡的现象，严重时振荡放大造成电气列车的牵引闭锁和牵引网络的故障动作，这称为电气化铁路低频振荡现象。近年来，高速列车和牵引供电系统之间的电气匹配不当所引起的铁路电气化系统低频振荡现象频繁发生，严重影响枢纽的正常运输。

现有的低频振荡抑制措施主要包括调节机车控制参数和优化整流器控制结构。调节整流器控制参数往往适应能力差，难以达到理想效果；另一方面，机车的详细的控制策略和控制参数通常不对外公开，整流器控制结构的优化难以实现。

现有的facts装置，例如mmc-stacom，是基于电力电子技术改造交流输电的系列技术，它对交流系统中的电压、无功、电抗和相角都可以进行控制,从而有效提高交流系统的安全稳定性。其中，tcsc又称作可控串联补偿，可以大范围调节线路阻抗,且可快速进行连续平滑调节，提高系统稳定性、阻尼系统低频振荡。但是现有的facts装置从无功补偿的角度维持电压稳定，对车网耦合系统整体的稳定性没有改善。

技术实现要素：

本发明的实施例提供了一种用于电气化铁路低频振荡抑制的装置，用于解决现有技术中机车侧四象限变流器的控制器参数与牵引网基波阻抗参数比不匹配时，变流器的控制系统可能进入不稳定状态，从而引起网压、网流和机车直流侧电压的振荡的技术问题；该振荡频率一般在3～7hz，严重时导致机车牵引变流器封锁无法正常运行，对铁路的正常运营造成了重大影响。

为了实现上述目的，本发明采取了如下技术方案。

一种用于电气化铁路低频振荡抑制的装置，包括沿信号流向依次连接的牵引网信号采集器、低频振荡识别器、tcsc触发角计算器和tcsc调节装置；

牵引网信号采集器用于向低频振荡识别器输入牵引网信号；

低频振荡识别器用于根据牵引网信号进行计算获得阻尼比，并输入到tcsc触发角计算器；

tcsc触发角计算器根据阻尼比进行计算tcsc控制信号，并传输到tcsc调节装置；

tcsc调节装置根据接收到的tcsc控制信号，调节牵引网线路阻抗和车网系统阻尼。

优选地，低频振荡识别器包括沿信号流向依次连接的信号预处理模块、样本函数矩阵构造模块、信号阶数获取模块和振荡特征识别模块；

信号预处理模块根据接收到的牵引网信号通过单相dq变换得到牵引网网压振荡的包络线信号；

样本函数矩阵构造模块根据牵引网网压振荡的包络线信号建立样本函数矩阵并传输到信号结束获取模块；

信号结束获取模块通过计算样本函数矩阵确定牵引网信号阶数并传输到振荡特征识别模块；

振荡特征识别模块根据牵引网信号阶数并通过奇异值-总体最小二乘法分别获得自回归参数和prony模型参数，基于该自回归参数和prony模型参数进行计算获得阻尼比。

优选地，tcsc触发角计算器计算tcsc控制信号的过程包括：

通过预设阈值与接收到的阻尼比进行比较，获得比较结果信号，该比较结果信号具有附加控制信号δα；

将该附加控制信号δα与tcsc触发角计算器预设的tcsc基准触发角α相叠加，获得tcsc控制信号。

优选地，通过预设阈值与接收到的阻尼比进行比较，获得比较结果信号包括：

当阻尼比小于预设阈值时，比较结果信号为增加系统阻尼信号；

当阻尼比大于预设阈值时，比较结果信号为系统阻尼维持现状信号。

优选地，tcsc调节装置调节牵引网线路阻抗和车网系统阻尼的方式包括：改变tcsc等效电抗以及产生附加阻尼补偿。

由上述本发明的实施例提供的技术方案可以看出，本发明提供的一种用于电气化铁路低频振荡抑制的装置，是一种基于tcsc(可控串联补偿)附加阻尼控制的电气化铁路低频振荡抑制的装置，包括沿信号流向依次连接的牵引网信号采集器、低频振荡识别器、tcsc触发角计算器和tcsc调节装置；其中，牵引网信号采集器用于向低频振荡识别器输入牵引网信号；低频振荡识别器用于根据牵引网信号进行计算获得阻尼比，并输入到tcsc触发角计算器；tcsc触发角计算器根据阻尼比进行计算tcsc控制信号，并传输到tcsc调节装置；tcsc调节装置根据接收到的tcsc控制信号，调节牵引网线路阻抗和车网系统阻尼。本发明提供的装置，主要利用牵引网信号，不依赖机车的详细的控制策略和控制参数，适应能力强，能够实现整流器控制结构的优化；相对于其它其他facts装置例如mmc-stacom，具有不依赖无功补偿的角度维持电压稳定，通过tcsc的附加阻尼控制调节车网系统附加阻尼，起到抑制牵引网低频振荡的作用，保证电气化铁路安全稳定运行的效果；还具有控制结构相对简单，更易于实现，可以实现对牵引网低频振荡的抑制，系统稳定性高，抑制效果好的优点。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的一种用于电气化铁路低频振荡抑制的装置的结构框架图；

图2为本发明提供的一种用于电气化铁路低频振荡抑制的装置的逻辑框架图。

图中：

101、牵引网信号采集器102、低频振荡识别器103、tcsc触发角计算器104、tcsc调节装置；

1021、信号预处理模块1022、样本函数矩阵构造模块1023、信号阶数获取模块1024、振荡特征识别模块。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施方式，实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。

本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解，当我们称元件被“连接”或“耦接”到另一元件时，它可以直接连接或耦接到其他元件，或者也可以存在中间元件。此外，这里使用的“连接”或“耦接”可以包括无线连接或耦接。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的任一单元和全部组合。

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

为便于对本发明实施例的理解，下面将结合附图以几个具体实施例为例做进一步的解释说明，且各个实施例并不构成对本发明实施例的限定。

参见图1和2，本发明提供的一种用于电气化铁路低频振荡抑制的装置，是一种基于tcsc(可控串联补偿)附加阻尼控制的电气化铁路低频振荡抑制的装置，包括沿信号流向依次连接的牵引网信号采集器101、低频振荡识别器102、tcsc触发角计算器103和tcsc调节装置104；

牵引网信号采集器101用于向低频振荡识别器102输入牵引网信号；

低频振荡识别器102用于根据牵引网信号进行计算获得阻尼比，并输入到tcsc触发角计算器103；

tcsc触发角计算器103根据阻尼比进行计算tcsc控制信号，并传输到tcsc调节装置104；

tcsc调节装置104根据接收到的tcsc控制信号，调节牵引网线路阻抗和车网系统阻尼。

本发明提供的装置，应用了tcsc可控串联补偿装置，其是一种串联在输电线路中由反向并联的晶闸管控制的电抗器与一组电容器并联而成的容抗补偿装置，可以快速连续地调节输电线路等值电抗。

在一些优选实施例中，如图2所示，低频振荡识别器102包括沿信号流向依次连接的信号预处理模块1021、样本函数矩阵构造模块1022、信号阶数获取模块1023和振荡特征识别模块1024；

信号预处理模块1021根据接收到的牵引网信号通过单相dq变换得到牵引网网压振荡的包络线信号；

样本函数矩阵构造模块1022根据牵引网网压振荡的包络线信号建立样本函数矩阵并传输到信号结束获取模块；

信号结束获取模块通过计算样本函数矩阵确定牵引网信号阶数并传输到振荡特征识别模块1024；

振荡特征识别模块1024根据牵引网信号阶数并通过奇异值-总体最小二乘法分别获得自回归(ar)参数和prony模型参数，基于该自回归参数和prony模型参数进行计算获得阻尼比。

在一些优选实施例中，tcsc触发角计算器103计算tcsc控制信号的过程包括：

通过预设阈值与接收到的阻尼比进行比较，获得比较结果信号，该比较结果信号具有附加控制信号δα；

将该附加控制信号δα与tcsc触发角计算器103预设的tcsc基准触发角α相叠加，获得tcsc控制信号。

更进一步的，上述通过预设阈值与接收到的阻尼比进行比较，获得比较结果信号的过程具体包括：

当阻尼比小于预设阈值时，比较结果信号为增加系统阻尼信号，系统将采取措施加强阻尼；

当阻尼比大于预设阈值时，说明系统相对稳定，比较结果信号为系统阻尼维持系统现有状态信号，即无需采取措施调整系统阻尼。

在本发明提供的实施例中，tcsc调节装置104调节牵引网线路阻抗和车网系统阻尼的方式包括：改变tcsc等效电抗以及产生附加阻尼补偿。

综上所述，本发明提供的一种用于电气化铁路低频振荡抑制的装置，是一种基于tcsc(可控串联补偿)附加阻尼控制的电气化铁路低频振荡抑制的装置，包括沿信号流向依次连接的牵引网信号采集器、低频振荡识别器、tcsc触发角计算器和tcsc调节装置；其中，牵引网信号采集器用于向低频振荡识别器输入牵引网信号；低频振荡识别器用于根据牵引网信号进行计算获得阻尼比，并输入到tcsc触发角计算器；tcsc触发角计算器根据阻尼比进行计算tcsc控制信号，并传输到tcsc调节装置；tcsc调节装置根据接收到的tcsc控制信号，调节牵引网线路阻抗和车网系统阻尼。本发明提供的装置，具有如下优点：

主要利用牵引网信号，不依赖机车的详细的控制策略和控制参数，适应能力强，能够实现整流器控制结构的优化；

相对于其它其他facts装置例如mmc-stacom，具有不依赖无功补偿的角度维持电压稳定，通过tcsc的附加阻尼控制调节车网系统附加阻尼，起到抑制牵引网低频振荡的作用，保证电气化铁路安全稳定运行的效果；

还具有控制结构相对简单，更易于实现，可以实现对牵引网低频振荡的抑制，系统稳定性高，抑制效果好的优点。

本领域普通技术人员可以理解：附图只是一个实施例的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本发明所必须的。

通过以上的实施方式的描述可知，本领域的技术人员可以清楚地了解到本发明可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在存储介质中，如rom/ram、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例或者实施例的某些部分的方法。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于装置或系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所描述的装置及系统实施例仅仅是示意性的，其中作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。

以上，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。