CN108398599A - 一种电力机车频率耦合阻抗测量方法 - Google Patents

一种电力机车频率耦合阻抗测量方法 Download PDF

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    • G01R27/02—Measuring real or complex resistance, reactance, impedance, or other two-pole characteristics derived therefrom, e.g. time constant

Abstract

本发明公开了一种电力机车频率耦合阻抗测量方法，根据电力机车电压电流频率耦合关系，采用扰动注入法对电力机车的频率耦合阻抗进行测量。每一轮测量中，两次注入同一频率下线性无关的电压或电流扰动，采集相应的电压、电流响应分量及电压、电流耦合分量，从而求解得到特定频率下的电力机车频率耦合阻抗；逐轮改变注入扰动的角频率，最终得到宽频率下的电力机车频率耦合阻抗。本发明的有益效果在于，经过严格的公式推导获得电力机车的频率耦合阻抗测量方法，测量方法更可靠；充分考虑到电力机车中频率耦合效应的影响，测量结果更精确；采用了控制变量的方法，测量过程更合理。

Description

一种电力机车频率耦合阻抗测量方法
技术领域
本发明涉及电力机车参数测量技术领域，尤其是一种电力机车频率耦合阻抗测量方法。
背景技术
随着我国电气化铁路的快速发展，越来越多动车组和新型电力机车的接入，使得车网间的大功率交换加剧，谐波谐振及稳定性问题时有发生，由此造成牵引网供电中断、电力机车牵引封锁等问题，严重影响电气化铁路的正常运行。现有研究表明，电力机车与牵引网参数不匹配会引起谐波谐振及稳定性问题；此种不匹配可以转化为车网的频域阻抗不匹配来进行研究。故而，在电力机车投入运营前，对其阻抗进行离线测量，根据谐波谐振及稳定性判定依据，分析其接入牵引供电系统后是否能满足相应运行要求，对保障牵引供电系统的安全稳定运行有重要意义。
阻抗测量的相关研究已有较长的历史。最初的一些测量方式为非注入法，即无须向系统注入扰动的被动方式，多为通过数学算法获得，其中包括最小二乘法递归估计、估算逼近法和利用系统固有频率计算。这些方法由于计算量大、假设过于理想化、可行性与精度不高而得不到广泛利用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种电力机车频率耦合阻抗测量方法，以对宽频域下的电力机车频率耦合阻抗进行精确测量，为保障牵引供电系统的安全稳定运行提供技术支持。
本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：
一种电力机车频率耦合阻抗测量方法，根据电力机车电压电流频率耦合关系进行测量，其中为电力机车的频率耦合阻抗，Ut(jω)为角频率ω下的机车端口电压相量，It(jω)为角频率ω下的机车端口电流相量，ej2θUt *(jω)为角频率ω下的机车端口耦合电压相量，ej2θIt *(jω)为角频率ω下的机车端口耦合电流相量；包括，
第一次扰动注入：向电力机车注入角频率为ω的电压或电流扰动，采集该频率下的Ut1(jω)、It1(jω)、ej2θUt1 *(jω)和ej2θIt1 *(jω)，得到第一电力机车电压电流频率耦合关系
第二次扰动注入：向电力机车注入相同角频率ω且与第一次注入的相量线性无关的电压或电流扰动，采集相应频率下的Ut2(jω)、It2(jω)、ej2θUt2 *(jω)和ej2θIt2 *(jω)，得到第二电力机车电压电流频率耦合关系
结合第一、第二电力机车电压电流频率耦合关系，得到则角频率ω下的电力机车频率耦合阻抗为
进一步地，还包括，采用扫频法改变每一轮注入的电压或电流扰动的角频率ω，得到宽频域下的电力机车频率耦合阻抗。
本发明根据电力机车电压电流频率耦合关系，采用扰动注入法对电力机车的频率耦合阻抗进行测量。每一轮测量中，两次注入同一频率下线性无关的电压或电流扰动，采集相应的电压、电流响应分量及电压、电流耦合分量，从而求解得到特定频率下的电力机车频率耦合阻抗；逐轮改变注入扰动的角频率，最终得到宽频率下的电力机车频率耦合阻抗。本发明的有益效果在于：
一、根据电力机车电压电流频率耦合关系，经过严格的公式推导获得电力机车的频率耦合阻抗测量方法，测量方法更可靠。
二、在测量过程中，充分考虑到电力机车中频率耦合效应的影响，并基于扰动注入的主动测量方式，提出注入两次同频率且线性无关的扰动分量的测量方法，测量结果更精确。
三、为得到电力机车的频率耦合阻抗，采用了控制变量的方法，在测量中保证注入扰动分量的频率不变，注入两次线性无关的扰动量，进而求得电力机车频率耦合阻抗，测量过程更合理。
附图说明
图1为扰动注入示意图；其中，图1a为注入电压扰动，图1b为注入电流扰动。
图2为电力机车频率耦合阻抗测量结果；其中，图2a为阻抗幅值，图2b为阻抗相位。
具体实施方式
下面结合附图进一步详细描述本发明的技术方案。
首先，根据电力机车电压电流频率耦合关系其中的为电力机车的频率耦合阻抗，Ut(jω)为角频率ω下的机车端口电压相量，It(jω)为角频率ω下的机车端口电流相量，ej2θUt *(jω)为角频率ω下的机车端口耦合电压相量，ej2θIt *(jω)为角频率ω下的机车端口耦合电流相量。
其次，对电力机车频率耦合阻抗进行测量，具体步骤为：
A、第一次扰动注入：向电力机车注入频率为ω的电压(或电流)扰动，注入方法如图1所示。采集相应频率下的电压响应Ut1(jω)，电流响应It1(jω)，电压耦合分量ej2θUt1 *(jω)，以及电流耦合分量ej2θIt1 *(jω)。可得到如(1)式所示的电力机车电压电流频率耦合关系。
B、第二次扰动注入：向电力机车注入相同频率ω且与第一次注入相量线性无关的电压(或电流)扰动，注入方法如图1所示。采集相应频率下的电压响应Ut2(jω)，电流响应It2(jω)，电压耦合分量ej2θUt2 *(jω)，以及电流耦合分量ej2θIt2 *(jω)。可得到如(2)式所示的电力机车电压电流频率耦合关系。
C、频率ω下的电力机车耦合阻抗求解：结合(1)、(2)两式，可推导得到式(3)。
由此可得到频率ω下的电力机车耦合阻抗，如式(4)所示。
D、宽频域下的电力机车耦合阻抗的测量：逐轮改变注入扰动的角频率ω，本次实施例测量频率范围设定为1Hz-150Hz，重复以上步骤A、B、C可测量得到相应频率范围下的电力机车频率耦合阻抗，测量结果如图2所示。
具体实施时，每一轮两次注入的扰动可以是电压或电流，即第一次注入电压扰动，第二次注入电流扰动；或者第一次注入电流扰动，而第二次注入电压扰动。当然，每一轮两次注入的扰动也可以同为电压扰动或者电流扰动。

Claims (2)

1.一种电力机车频率耦合阻抗测量方法，其特征在于，根据电力机车电压电流频率耦合关系进行测量，其中为电力机车的频率耦合阻抗，Ut(jω)为角频率ω下的机车端口电压相量，It(jω)为角频率ω下的机车端口电流相量，ej2θUt *(jω)为角频率ω下的机车端口耦合电压相量，ej2θIt *(jω)为角频率ω下的机车端口耦合电流相量；
包括，
第一次扰动注入：向电力机车注入角频率为ω的电压或电流扰动，采集该频率下的Ut1(jω)、It1(jω)、ej2θUt1 *(jω)和ej2θIt1 *(jω)，得到第一电力机车电压电流频率耦合关系
第二次扰动注入：向电力机车注入相同角频率ω且与第一次注入的相量线性无关的电压或电流扰动，采集相应频率下的Ut2(jω)、It2(jω)、ej2θUt2 *(jω)和ej2θIt2 *(jω)，得到第二电力机车电压电流频率耦合关系
结合第一、第二电力机车电压电流频率耦合关系，得到则角频率ω下的电力机车频率耦合阻抗为
2.如权利要求1所述的一种电力机车频率耦合阻抗测量方法，其特征在于，还包括，采用扫频法改变每一轮注入的电压或电流扰动的角频率ω，得到宽频域下的电力机车频率耦合阻抗。
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