CN111025018A - 基于小信号扰动注入的对牵引网和机车阻抗测试的方法 - Google Patents

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CN111025018A CN201911320376.XA CN201911320376A CN111025018A CN 111025018 A CN111025018 A CN 111025018A CN 201911320376 A CN201911320376 A CN 201911320376A CN 111025018 A CN111025018 A CN 111025018A
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吴命利
李静
杨少兵
叶晶晶
宋可荐
王立天
李力鹏
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Zhuzhou CRRC Times Electric Co Ltd
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Beijing Jiaotong University
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Abstract

本发明提供的基于小信号扰动注入的对牵引网和机车阻抗测试的方法,运用多个H桥变流器通过变换连接方式,将该多个级联的H桥接入牵引网‑机车耦合系统;通过所述级联H桥向牵引网‑机车耦合系统注入扰动信号,获得牵引网‑机车耦合系统的扰动响应;对所述扰动响应进行傅里叶分析,获得牵引网频率‑阻抗曲线或机车变流器频率‑阻抗曲线;本发明提供的方法,能够得到更为准确的频率‑阻抗模型。

Description

基于小信号扰动注入的对牵引网和机车阻抗测试的方法
技术领域
本发明涉及电气化铁道技术领域,尤其涉及一种基于小信号扰动注入的对牵引网和机车阻抗测试的方法。
背景技术
为了满足电气化铁路大容量、高效率的要求,越来越多采用AC-DC-AC牵引传动系统的新型机车,如大功率机车和动车组(以下简称机车),投入使用。牵引网为机车提供电能,这就形成了相互作用的机车-牵引网(L-N)耦合系统。机车的电力电子变流器将非线性引入牵引网,使机车和牵引网之间的相互作用关系更加复杂。当L-N耦合系统中引入小信号扰动时,这种相互作用可能导致L-N系统的不稳定。其中一种不稳定现象是高次谐波谐振。这类不稳定现象不仅危害牵引网,而且对机车的控制系统也有一定的影响。因此,为了保证运行中的机车的安全性,有必要研究不稳定性问题,从而能够预测不稳定问题的发生。
小信号阻抗法是评估稳定性问题的有力工具,广泛应用在源-负载系统中。最初是针对直流电力电子系统中的变流器滤波器和一般源-负载相互作用问题而提出的。后来,应用在三相交流系统,如并网逆变系统,分布式电力系统和变流器-滤波系统。电气化铁路是典型的单相源-负载系统,牵引网是具有分布式参数的复杂网络,机车的牵引传动系统包含多个电力电子电路。因此,小信号阻抗法也可以用来分析车-网耦合系统的稳定性问题。获得机车和牵引网的阻抗模型对于小信号阻抗分析法尤为重要。向机车、牵引网注入小信号扰动,通过电压或电流响应计算小信号阻抗,能够获得机车和牵引网的阻抗-频率特性。
目前针对牵引网的阻抗测试,常见的方法是运用并联电路的方法通过注入小信号电压扰动,通过对电流响应和电压扰动进行傅里叶分析,计算得出阻抗频率特性。当机车运行在铁路线路上时,很难得到准确的牵引网阻抗特性,因为所计算得到的频率阻抗包含了机车的阻抗。针对机车变流器的阻抗测试,常见的方法是运用并联电路注入电流扰动,或者运用串联电路注入电压扰动,然后通过对扰动信号和响应进行傅里叶分析,计算得出机车变流器的阻抗频率特性。但是所计算得到的机车变流器的频率阻抗的准确性受小信号扰动幅值影响,因为电流扰动和电压扰动不能完全作用在机车变流器。
发明内容
本发明的实施例提供了一种基于小信号扰动注入的对牵引网和机车阻抗测试的方法,用于解决现有技术中存在的问题。
为了实现上述目的,本发明采取了如下技术方案。
基于小信号扰动注入的对牵引网和机车阻抗测试的方法,包括:
将多个H桥级联;
将该多个级联的H桥接入牵引网-机车耦合系统的公共连接点;
通过多个H桥向牵引网-机车耦合系统的公共连接点注入扰动信号,获得牵引网-机车耦合系统的扰动响应;
对信号响应进行傅里叶分析,获得牵引网频率-阻抗曲线或机车变流器频率-阻抗曲线。
优选地,
将多个H桥级联包括,将多个H桥相互串联;
将该多个级联的H桥接入牵引网-机车耦合系统的公共连接点包括,将该相互串联的多个H桥与牵引网-机车耦合系统相并联;
通过多个H桥向牵引网-机车耦合系统的公共连接点注入扰动信号,获得牵引网-机车耦合系统的扰动响应包括,通过多个相互串联的H桥向牵引网-机车耦合系统的公共连接点注入并联电流扰动信号iptb,获得牵引网-机车耦合系统的小信号电压响应ur_ptb
对信号响应进行傅里叶分析,获得牵引网频率-阻抗曲线或机车变流器频率-阻抗曲线包括,对小信号电压响应ur_ptb进行傅里叶分析,获得牵引网频率-阻抗曲线。
优选地,对小信号电压响应ur_ptb进行傅里叶分析,获得牵引网频率-阻抗曲线包括,通过如下公式
Figure BDA0002326985540000021
对小信号电压响应ur_ptb进行傅里叶分析,获得牵引网频率-阻抗曲线;式中,f为频率。
优选地,
将多个H桥级联包括,将多个H桥相互并联;
将该多个级联的H桥接入牵引网-机车耦合系统的公共连接点包括,将该相互并联的多个H桥与牵引网-机车耦合系统相串联;
通过多个H桥向牵引网-机车耦合系统的公共连接点注入扰动信号,获得牵引网-机车耦合系统的扰动响应包括,通过多个相互并联H桥向牵引网-机车耦合系统注入串联电压扰动信号uptb,获得牵引网-机车耦合系统的小信号电流响应ir_ptb
对信号响应进行傅里叶分析,获得牵引网频率-阻抗曲线或机车变流器频率-阻抗曲线包括,对小信号电流响应ir_ptb进行傅里叶分析,获得机车变流器频率-阻抗曲线。
优选地,对小信号电流响应ir_ptb进行傅里叶分析,获得机车变流器频率-阻抗曲线包括,通过如下公式
Figure BDA0002326985540000031
对小信号电流响应ir_ptb进行傅里叶分析,获得机车变流器频率-阻抗曲线。
由上述本发明的实施例提供的技术方案可以看出,本发明提供的基于小信号扰动注入的对牵引网和机车阻抗测试的方法,运用多个H桥变流器通过变换连接方式,既可以注入电压扰动,也可以注入电流扰动,分别进行机车和牵引网的小信号阻抗测试的方法;本发明提供的方法,能够得到更为准确的频率-阻抗模型。
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为本发明提供的基于小信号扰动注入的对牵引网和机车阻抗测试的方法的处理流程图;
图2为本发明提供的基于小信号扰动注入的对牵引网和机车阻抗测试的方法的第一种实施例的H桥连接方式示意图;
图3为本发明提供的基于小信号扰动注入的对牵引网和机车阻抗测试的方法的第一种实施例扰动信号注入方式示意图;
图4为本发明提供的基于小信号扰动注入的对牵引网和机车阻抗测试的方法的第二种实施例的H桥连接方式示意图;
图5为本发明提供的基于小信号扰动注入的对牵引网和机车阻抗测试的方法的第二种实施例扰动信号注入方式示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施方式,所述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”、“所述”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”是指存在所述特征、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。
实施例一:
参见图1,本发明提供的一种基于小信号扰动注入的对牵引网和机车阻抗测试的方法,包括:
将多个H桥级联;
将该多个级联的H桥接入牵引网-机车耦合系统的公共连接点;
通过所述多个H桥向牵引网-机车耦合系统注入扰动信号,获得牵引网-机车耦合系统的扰动响应;
对所述信号响应进行傅里叶分析,获得牵引网频率-阻抗曲线或机车变流器频率-阻抗曲线。
进一步的,在本实施例中,上述第一个步骤具体包括,如图2所示,将多个H桥通过相互串联的方式级联;
上述第二个步骤具体包括,将该相互串联的多个H桥与牵引网-机车耦合系统相并联,即将该多个H桥并联接入到牵引网和机车的公共连接点处;
上述第三个步骤具体包括,如图3所示,通过所述多个相互串联的H桥向牵引网-机车耦合系统的公共连接点注入并联电流扰动信号iptb,获得牵引网-机车耦合系统的小信号电压响应ur_ptb
上述第四个步骤具体包括,对所述小信号电压响应ur_ptb进行傅里叶分析,获得牵引网频率-阻抗曲线。
更进一步的,上述的对所述小信号电压响应ur_ptb进行傅里叶分析,获得牵引网频率-阻抗曲线包括,通过如下公式
Figure BDA0002326985540000051
对所述小信号电压响应ur_ptb进行傅里叶分析,获得牵引网频率-阻抗曲线;式中,f为频率。
实施例二:
参见图1,本发明提供的一种基于小信号扰动注入的对牵引网和机车阻抗测试的方法,包括:
将多个H桥级联;
将该多个级联的H桥接入牵引网-机车耦合系统的公共连接点;
通过所述多个H桥向牵引网-机车耦合系统注入扰动信号,获得牵引网-机车耦合系统的扰动响应;
对所述信号响应进行傅里叶分析,获得牵引网频率-阻抗曲线或机车变流器频率-阻抗曲线。
进一步的,在本实施例中,上述第一个步骤具体包括,如图4所示,将多个H桥通过相互并联的方式级联;
上述第二个步骤具体包括,将该相互并联的多个H桥与牵引网-机车耦合系统相串联,即将该多个H桥串联接入到牵引网和机车的公共连接点处;
上述第三个步骤具体包括,如图5所示,通过所述多个相互并联H桥向牵引网-机车耦合系统的公共连接点注入串联电压扰动信号uptb,获得牵引网-机车耦合系统的小信号电流响应ir_ptb
上述第四个步骤具体包括,对所述小信号电流响应ir_ptb进行傅里叶分析,获得机车变流器频率-阻抗曲线。
更进一步的,上述的对所述小信号电流响应ir_ptb进行傅里叶分析,获得机车变流器频率-阻抗曲线包括,通过如下公式
Figure BDA0002326985540000061
对所述小信号电流响应ir_ptb进行傅里叶分析,获得机车变流器频率-阻抗曲线;式中,f为频率。
上述实施例中,H桥的控制算法在DSP+FPGA架构(主DSP(TMS320C6748))、辅助DSP(TMS320F28335)和主FPGA(XC6SLX45)的主控板中实现,测试方法的计算算法在上位机软件中实现。
综上所述,本发明提供的基于小信号扰动注入的对牵引网和机车阻抗测试的方法,运用多个H桥变流器通过变换连接方式,既可以注入电压扰动,也可以注入电流扰动,分别计算小信号响应,分别获得机车和牵引网的阻抗频率特性,进行机车和牵引网的小信号阻抗测试的方法;本发明提供的方法,能够得到更为准确的频率-阻抗模型。
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所述的方法。
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,其中所述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。
以上所述,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。

Claims (5)

1.基于小信号扰动注入的对牵引网和机车阻抗测试的方法,其特征在于,包括:
将多个H桥级联;
将该多个级联的H桥接入牵引网-机车耦合系统的公共连接点;
通过所述多个H桥向牵引网-机车耦合系统的公共连接点注入扰动信号,获得牵引网-机车耦合系统的扰动响应;
对所述信号响应进行傅里叶分析,获得牵引网频率-阻抗曲线或机车变流器频率-阻抗曲线。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,
所述的将多个H桥级联包括,将多个H桥相互串联;
所述的将该多个级联的H桥接入牵引网-机车耦合系统的公共连接点包括,将该相互串联的多个H桥与牵引网-机车耦合系统相并联;
所述的通过所述多个H桥向牵引网-机车耦合系统的公共连接点注入扰动信号,获得牵引网-机车耦合系统的扰动响应包括,通过所述多个相互串联的H桥向牵引网-机车耦合系统的公共连接点注入并联电流扰动信号iptb,获得牵引网-机车耦合系统的小信号电压响应ur_ptb
所述的对所述信号响应进行傅里叶分析,获得牵引网频率-阻抗曲线或机车变流器频率-阻抗曲线包括,对所述小信号电压响应ur_ptb进行傅里叶分析,获得牵引网频率-阻抗曲线。
3.根据权利要求2所述的方法,其特征在于,所述的对所述小信号电压响应ur_ptb进行傅里叶分析,获得牵引网频率-阻抗曲线包括,通过如下公式
Figure FDA0002326985530000011
对所述小信号电压响应ur_ptb进行傅里叶分析,获得牵引网频率-阻抗曲线;式中,f为频率。
4.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,
所述的将多个H桥级联包括,将多个H桥相互并联;
所述的将该多个级联的H桥接入牵引网-机车耦合系统的公共连接点包括,将该相互并联的多个H桥与牵引网-机车耦合系统相串联;
所述的通过所述多个H桥向牵引网-机车耦合系统的公共连接点注入扰动信号,获得牵引网-机车耦合系统的扰动响应包括,通过所述多个相互并联H桥向牵引网-机车耦合系统注入串联电压扰动信号uptb,获得牵引网-机车耦合系统的小信号电流响应ir_ptb
所述的对所述信号响应进行傅里叶分析,获得牵引网频率-阻抗曲线或机车变流器频率-阻抗曲线包括,对所述小信号电流响应ir_ptb进行傅里叶分析,获得机车变流器频率-阻抗曲线。
5.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述的对所述小信号电流响应ir_ptb进行傅里叶分析,获得机车变流器频率-阻抗曲线包括,通过如下公式
Figure FDA0002326985530000021
对所述小信号电流响应ir_ptb进行傅里叶分析,获得机车变流器频率-阻抗曲线。
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