一种铁路牵引供电系统高频谐振抑制方法及系统

本发明涉及高速铁路电力，具体为一种铁路牵引供电系统高频谐振抑制方法及系统。

背景技术：

1、牵引供电系统是高速铁路的重要子系统，其安全、可靠服役是高速铁路安全运行的根本保障。但是当牵引变电所的两侧供电臂处于不同运行条件下时，将会破坏系统平衡，严重的影响着铁路运输安全，所以对高频谐振特性进行深入分析、制定有效的抑制方法具有重要意义。

2、如今国内外对于谐波治理方面有很多研究，虽然对于谐波抑制方便有了一定的改善，但是大都仅限于低次谐波，而高次谐波仍然存在。因此，研究动车组在不同工况下的谐波产生机理和电流谐波特性是解决高速铁路谐波问题的关键。与此同时，c型滤波器在电力系统的应用由来已久，但由于高速列车的自身因素和外在影响繁多，所以普通的c型滤波器无法有效应对。

技术实现思路

1、鉴于上述存在的问题，提出了本发明。

2、因此，本发明解决的技术问题是：如何克服牵引供电系统谐波放大、高频谐振等问题。

3、为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种铁路牵引供电系统高频谐振抑制方法，包括：

4、收集供电系统数据；

5、构建单调谐与c型滤波器并联的组合，建立车网耦合的牵引供电系统仿真模型；

6、在多工况情况下，调节单调谐与c型滤波器组合参数，对牵引供电系统进行多工况谐波特性与负序分析；

7、同工况下，利用单调谐与c型滤波器组合对于不同列车数量的情况进行谐波特性与负序分析。

8、作为本发明所述的铁路牵引供电系统高频谐振抑制方法的一种优选方案，其中：所述构建单调谐与c型滤波器并联的组合包括，分析无源滤波器，采用并联型ppf谐波治理方案；利用将并联的两条单调谐再与c型滤波器并联的方法，将组合滤波器装设于牵引供电系统的牵引变电所中t线与r线以及r线与f线之间进行滤波处理，进行频率扫描分析得出滤波器组合的阻频特性方程，表示为：

9、

10、xl＝jwl

11、x＝xl-xc

12、

13、

14、

15、其中，xl表示c型高通滤波器的电感l；表示c型高通滤波器的电容c1；表示c型高通滤波器的电容c2；r表示并行电阻r的阻抗值；l表示单调谐电感；xc表示单调谐电容；r1表示单调谐电阻；j表示谐波次数；w表示基波角频率。

16、作为本发明所述的铁路牵引供电系统高频谐振抑制方法的一种优选方案，其中：所述建立车网耦合的牵引供电系统仿真模型包括，采用crh2列车电路仿真模型，分别仿真牵引工况与再生制动工况以及无列车过境时的机车网侧电压电流，利用fft谐波分析法测量网侧电流总谐波含量thd；在数据库中提取工况数据，通过随机是生成的方式仿真crh2列车在供电系统中运行时有多种工况，对列车运行时各工况的负序电流与谐波情况进行分析；

17、所述多工况表示在不同的运行条件或场景下对系统和设备进行测试分析；

18、搭建牵引供电系统，考虑到机车运行时牵引网低压侧的线路损耗，将机车供电电压提高用于电压水平的补偿；结合牵引变电所的设备电气参数，对仿真参数进行配置；列车在牵引供电系统中稳定运行通过机车模型以及牵引供电系统，设计七类机车工况来进行电网侧负序与谐波分析。

19、作为本发明所述的铁路牵引供电系统高频谐振抑制方法的一种优选方案，其中：所述利用fft测量网侧电流总谐波含量thd包括，对仿真得到的电流波形使用fft谐波分析法，测量网侧电流的总谐波含量thd；fft谐波分析法通过将时域信号转换为频域信号，分析不同频率下的谐波成分，确定信号中不同频率成分的幅度；对于电力系统中的电压或电流信号，通过fft识别高次谐波的幅度，得到不同谐波的波幅用于计算总谐波失真thd，表示为：

20、

21、其中，vn表示第n次谐波的幅度；v1表示基波的幅度；n表示分析中包含的最高次谐波；通过fft识别网侧电流总谐波含量，得到电力系统中的谐波分布情况。

22、作为本发明所述的铁路牵引供电系统高频谐振抑制方法的一种优选方案，其中：所述多工况谐波特性与负序分析包括，通过仿真crh2列车在供电系统中运行时有多种工况，包括不同数量的列车同时运行、不同的牵引和制动模式、不同负载条件；在各工况下，使用fft谐波分析法详细分析供电系统的谐波特性，识别谐波的类型、频率、幅度以及谐波在电网中的分布情况；

23、分析不同工况下的电网中的负序情况，收集供电系统中三相电流电压数据，通过计算三相电流或电压的平均值，并比较每一相与这个平均值的偏差来确定负序情况，负序nsp表示为：

24、

25、其中，va表示a相电压；vb表示b相电压；vc表示c相电压；vavg表示三相电压平均值。

26、作为本发明所述的铁路牵引供电系统高频谐振抑制方法的一种优选方案，其中：所述利用单调谐波与c型滤波器组合进行谐波特性与负序分析包括，

27、分析得出两条单调谐与c型滤波器组合后的谐波效果；获取滤波效果取任意时刻t0时的稳定谐波，将各工况的谐波含量进行横向对比，得到所有工况下，谐波特征均符合机车谐波源的分布，以奇次谐波为主，且在单列制动工况下，高频谐波电流放大现象；

28、使用单调谐波与c型滤波器组合，将单调谐滤波器对谐振的抑制与c型滤波器对高次特征谐波区域的抑制结合，形成滤波器组合进行谐波治理，抑制牵引供电系数谐波和总谐波电压畸变率。

29、作为本发明所述的铁路牵引供电系统高频谐振抑制方法的一种优选方案，其中：所述多工况包括，结合机车模型以及牵引供电系统，设计七类机车工况来进行电网侧负序与谐波分析；工况1，双列牵引，双侧供电臂均为牵引运行；工况2，α牵引-β制动，左侧牵引，右侧制动；工况3，双列制动，双侧供电臂均为制动运行；工况4，α制动-β牵引，左侧制动，右侧牵引；工况5，单列制动，仅有一侧制动，另一侧无车；工况6，单列牵引，仅有一侧牵引，另一侧无车；工况7无列车过境。

30、第二方面，本发明还提供了铁路牵引供电系统高频谐振抑制系统，包括，数据采集模块：负责从供电系统中实时收集电流信号；捕捉高精度的电流波形数据，包括电流传感器、模拟-数字转换器，数据接口，用于将数据传输到处理模块；

31、信号处理与fft分析模块：接收从数据采集模块传来的电流信号数据，并执行fft变换将时域信号转换为频域信号，计算各个谐波的幅值；

32、综合计算模块：计算总谐波失真，使用fft分析得出的各次谐波幅值来计算thd值，同时其他分析计算的处理；

33、电网数据分析模块：分析各工况下的谐波数据，识别谐波的类型、频率、幅度以及谐波在电网中的分布情况。

34、第三方面，本发明还提供了一种计算设备，包括：存储器和处理器；

35、所述存储器用于存储计算机可执行指令，所述处理器用于执行所述计算机可执行指令，该计算机可执行指令被处理器执行时实现所述铁路牵引供电系统高频谐振抑制方法的步骤。

36、第四方面，本发明还提供了一种计算机可读存储介质，其存储有计算机可执行指令，该计算机可执行指令被处理器执行时实现所述铁路牵引供电系统高频谐振抑制方法的步骤。

37、本发明的有益效果：本发明提供的铁路牵引供电系统高频谐振抑制方法，考虑运行列车数量的情况下，无论列车数量多或少，以单调谐与c型滤波器组合的铁路牵引供电系统高频谐振抑制方法都能够在原有基础上有效治理牵引供电系数谐波，降低了总谐波电压畸变率。同时可以得出随着列数数量的增加，谐波变化也越大，符合谐波控制规律。