CN113156207A - 一种牵引供电系统实时动态谐波检测方法 - Google Patents

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Southwest Jiaotong University
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Abstract

本发明公开了一种牵引供电系统实时动态谐波检测方法。包括步骤：实时采集牵引供电系统电压u(t)；将系统实时角频率ω与时间t相乘后，再与2π进行取模运算得到整数k；以k值对时间t进行划分，k值相同的时间t被划分为一个时间段，记为动态时间窗Td(k)；以动态时间窗Td(k)作为u(t)的度量标准，将动态时间窗Td(k)内的牵引供电系统电压u(t)划分为一个片段，得到k个u(t)片段；将k个u(t)片段，分别使用快速傅里叶变换进行频谱提取，得到实时动态谐波。本发明的有益效果在于，能够应用于牵引供电系统运行频率偏差下的谐波检测，同时也适用于恒定基频运行下的谐波检测，应用面广。在检测过程中，还能够通过调整快速傅里叶变换FFT分析的片段数，调节谐波检测的频率分辨率。

Description

一种牵引供电系统实时动态谐波检测方法
技术领域
本发明涉及牵引供电系统谐波检测技术领域，特别是一种牵引供电系统实时动态谐波检测方法。
背景技术
电气化铁路承担着我国绝大部分的交通负荷，保障其安全稳定运行意义重大。随着越来越多的大功率动车组及新型电力机车的接入，使得牵引供电系统谐波特性愈发复杂，其诱导的谐波谐振问题愈加突出，严重时将造成牵引闭锁、列车晚点、旅客滞留等问题。而解决系统谐波谐振问题极为重要的一步是精确识别牵引供电系统的谐波成分，从而掌握其谐波分布特性。然而实际的牵引供电系统运行频率难以维持在恒定的基频处，其运行频率偏差将导致传统的固定时间窗的FFT分析出现频谱泄露现象，使得检测出的谐波成分不准确。
发明内容
本发明的目的是提供一种牵引供电系统实时动态谐波检测方法，精确检测出牵引供电系统谐波特性。
实现本发明目的的技术方案如下：
一种牵引供电系统实时动态谐波检测方法，包括：
步骤1：实时采集牵引供电系统电压u(t)；
步骤2：将系统实时角频率ω与时间t相乘后，再与2π进行取模运算得到整数 k；其中，系统实时角频率ω为：使用二阶广义积分器将u(t)转化为静止坐标系下的两个正交分量uα(t)及uβ(t)；使用dq变换公式
Figure BDA0003034492280000011
计算得到旋转坐标系下的d轴分量ud(t)与q轴分量uq(t)，使用基于控制q轴分量uq(t)为0 的锁相技术得到系统实时角频率ω；
步骤3：以k值对时间t进行划分，k值相同的时间t被划分为一个时间段，记为动态时间窗Td(k)；
步骤4：以动态时间窗Td(k)作为u(t)的度量标准，将动态时间窗Td(k)内的牵引供电系统电压u(t)划分为一个片段，得到k个u(t)片段；
步骤5：将k个u(t)片段，分别使用快速傅里叶变换进行频谱提取，得到实时动态谐波。
进一步的，所述步骤5替换为：将k个u(t)片段，按前后顺序依次组合得到 N个组合片段，分别对每个组合片段使用快速傅里叶变换进行频谱提取，得到实时动态谐波；其中，N的取值方法为：根据谐波检测要求的最低频谱分辨率fres，求解对应的最小牵引供电系统电压u(t)的采集时间Tmin，Tmin＝1/fres；N取u(t)总时间大于Tmin的最小整数值。
本发明的有益效果在于，
一、能够应用于牵引供电系统运行频率偏差下的谐波检测，同时也适用于恒定基频运行下的谐波检测，应用面广。
二、在检测过程中，还能够通过调整快速傅里叶变换FFT分析的组合片段数，调节谐波检测的频率分辨率。
附图说明
图1为划分动态时间窗Td(k)示意图。
图2为牵引供电系统电压u(t)划分示意图。
具体实施方式
下面结合附图详细描述本发明的技术方案。
首先，利用电压传感器实时采集牵引供电系统电压u(t)。其次，使用二阶广义积分器(SOGI)将u(t)转化为静止坐标系下的两个正交分量uα(t)及uβ(t)。然后，利用dq变换公式
Figure BDA0003034492280000031
计算得到旋转坐标系下的d轴分量ud(t) 与q轴分量uq(t)。其中ω为基于控制q轴分量uq(t)为0的锁相技术提供的系统实时角频率。继而，根据系统实时角频率ω实时划分动态时间窗Td(k)，结合动态时间窗Td(k)将牵引供电系统电压u(t)划分为k个片段。最后，以这些片段为基本单元，利用快速傅里叶变换FFT对其进行频谱提取，能够避免牵引供电系统运行频率偏差导致的频谱泄露现象，实时动态地检测出其谐波成分。
根据系统实时角频率ω实时划分动态时间窗Td(k)，其具体实现方法如图1 所示：将系统实时角频率ω与时间t相乘；然后将所得结果与2π进行取模运算得到整数部分k；以k值对时间t进行划分，其中k值相同的时间t被划分为一个片段，记为动态时间窗Td(k)。
结合动态时间窗Td(k)将牵引供电系统电压u(t)划分为k个片段，其具体实现方法如图2所示：用动态时间窗Td(k)作为牵引供电系统电压u(t)的度量标准，将处于同一动态时间窗Td(k)的牵引供电系统电压u(t)划分到同一片段里。
进一步的技术方案，将k个片段，按前后顺序依次组合得到N个组合片段，分别对每个组合片段使用快速傅里叶变换进行频谱提取，得到实时动态谐波。这里，快速傅里叶变换FFT分析的组合片段数选取方法是：
根据谐波检测要求的最低频谱分辨率fres，求解对应的最小牵引供电系统电压u(t)的采集时间Tmin，Tmin＝1/fres；快速傅里叶变换FFT分析的组合片段数取u(t) 总时间大于最小牵引供电系统电压u(t)的采集时间Tmin的最小整数值。

Claims (2)

1.一种牵引供电系统实时动态谐波检测方法，其特征在于，包括：
步骤1：实时采集牵引供电系统电压u(t)；
步骤2：将系统实时角频率ω与时间t相乘后，再与2π进行取模运算得到整数k；其中，系统实时角频率ω为：使用二阶广义积分器将u(t)转化为静止坐标系下的两个正交分量uα(t)及uβ(t)；使用dq变换公式
Figure FDA0003034492270000011
计算得到旋转坐标系下的d轴分量ud(t)与q轴分量uq(t)，使用基于控制q轴分量uq(t)为0的锁相技术得到系统实时角频率ω；
步骤3：以k值对时间t进行划分，k值相同的时间t被划分为一个时间段，记为动态时间窗Td(k)；
步骤4：以动态时间窗Td(k)作为u(t)的度量标准，将动态时间窗Td(k)内的牵引供电系统电压u(t)划分为一个片段，得到k个u(t)片段；
步骤5：将k个u(t)片段，分别使用快速傅里叶变换进行频谱提取，得到实时动态谐波。
2.如权利要求1所述的一种牵引供电系统实时动态谐波检测方法，其特征在于，所述步骤5替换为：将k个u(t)片段，按前后顺序依次组合得到N个组合片段，分别对每个组合片段使用快速傅里叶变换进行频谱提取，得到实时动态谐波；其中，N的取值方法为：根据谐波检测要求的最低频谱分辨率fres，求解对应的最小牵引供电系统电压u(t)的采集时间Tmin，Tmin＝1/fres；N取u(t)总时间大于Tmin的最小整数值。
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