CN116742660B - 一种考虑高铁再生制动的全周期工况负序分析方法及系统 - Google Patents
一种考虑高铁再生制动的全周期工况负序分析方法及系统 Download PDFInfo
- Publication number
- CN116742660B CN116742660B CN202310726444.2A CN202310726444A CN116742660B CN 116742660 B CN116742660 B CN 116742660B CN 202310726444 A CN202310726444 A CN 202310726444A CN 116742660 B CN116742660 B CN 116742660B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- negative sequence
- regenerative braking
- full
- traction
- condition
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 230000001172 regenerating effect Effects 0.000 title claims abstract description 97
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 49
- 238000012300 Sequence Analysis Methods 0.000 title claims abstract description 39
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 claims abstract description 47
- 238000004088 simulation Methods 0.000 claims abstract description 41
- 230000003137 locomotive effect Effects 0.000 claims abstract description 20
- 230000008859 change Effects 0.000 claims abstract description 11
- 238000004422 calculation algorithm Methods 0.000 claims abstract description 9
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 9
- 238000004590 computer program Methods 0.000 claims description 8
- 238000010276 construction Methods 0.000 claims description 6
- 230000001052 transient effect Effects 0.000 claims description 6
- 230000003111 delayed effect Effects 0.000 claims description 5
- 238000003860 storage Methods 0.000 claims description 5
- 101100346171 Arabidopsis thaliana MORC3 gene Proteins 0.000 claims description 4
- 101100168604 Candida albicans (strain SC5314 / ATCC MYA-2876) CRH12 gene Proteins 0.000 claims description 4
- 101100168607 Saccharomyces cerevisiae (strain ATCC 204508 / S288c) UTR2 gene Proteins 0.000 claims description 4
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 4
- 230000006399 behavior Effects 0.000 claims description 3
- 230000002441 reversible effect Effects 0.000 claims description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 4
- 238000004804 winding Methods 0.000 description 4
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 230000006870 function Effects 0.000 description 3
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 2
- 238000003491 array Methods 0.000 description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 2
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 2
- 238000011160 research Methods 0.000 description 2
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 1
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 1
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 1
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000012067 mathematical method Methods 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 description 1
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 1
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
- H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
- H02J3/26—Arrangements for eliminating or reducing asymmetry in polyphase networks
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
- H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
- H02J3/01—Arrangements for reducing harmonics or ripples
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
- H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
- H02J3/12—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks for adjusting voltage in ac networks by changing a characteristic of the network load
- H02J3/16—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks for adjusting voltage in ac networks by changing a characteristic of the network load by adjustment of reactive power
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
- H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
- H02J3/24—Arrangements for preventing or reducing oscillations of power in networks
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
- H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
- H02J3/38—Arrangements for parallely feeding a single network by two or more generators, converters or transformers
- H02J3/46—Controlling of the sharing of output between the generators, converters, or transformers
- H02J3/50—Controlling the sharing of the out-of-phase component
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
- H02J2203/00—Indexing scheme relating to details of circuit arrangements for AC mains or AC distribution networks
- H02J2203/20—Simulating, e g planning, reliability check, modelling or computer assisted design [CAD]
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)
Abstract
本发明公开了一种考虑高铁再生制动的全周期工况负序分析方法及系统，涉及高速铁路电力技术领域，包括：参考现有机车参数并利用simulink建立机车模型；参考牵引变电所器件参数，利用simulink建立牵引变电所仿真模型；根据再生制动原理，分析再生制动条件下的负序问题；利用FFT算法分析再生制动条件下的谐波问题；结合谐波问题在仿真中模拟再生制动工况下的负序水平进行分析；模拟多类工况下的全周期负序水平分析。本发明提供的考虑高铁再生制动的全周期工况负序分析方法体现负序电流的变化趋势，将这种趋势用于负序电流的趋势预测，提高负序治理的效率。
Description
技术领域
本发明涉及高速铁路电力技术领域，具体为一种考虑高铁再生制动的全周期工况负序分析方法及系统。
背景技术
牵引供电系统作为高速列车的唯一动力来源，是保障高速铁路安全、可靠、高效运行的关键。随着我国高速铁路的迅速发展，对动车的各个方面要求也不断提高，其中就包括结构和参数优化设计。
电气化铁路的牵引供电系统相关研究以电能质量分析为主，其中包含电压波动、谐波含有率以及负序电流等质量指标；其中再生制动情况下的负序与谐波含有率会影响整个供电回路系统。通过结合瞬态直接电流控制技术设计变流器并建立再生制动谐波模型，根据CRH2(CRH380AL)型机车搭建了动车组模型，将其运行于牵引供电系统中联合仿真，结合谐波含有率以及电压水平验证了模型可用性，接着对不同工况下的负序电流分布情况进行详细分析，然后在实际工程中运用，本发明为牵引供电的动态能量分配与电能质量治理提供参考，在高速铁路牵引供电系统有着重大意义。
发明内容
本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。
鉴于上述存在的问题，提出了本发明。
因此，本发明解决的技术问题是：因负序不平衡严重影响系统的电能质量，给电力系统健康运行带来一定的危害。
为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种考虑高铁再生制动的全周期工况负序分析方法，包括：
参考现有机车参数并利用simulink建立机车模型；参考牵引变电所器件参数，利用simulink建立牵引变电所仿真模型；根据再生制动原理，分析再生制动条件下的负序问题；利用FFT算法分析再生制动条件下的谐波问题；结合谐波问题在仿真中模拟再生制动工况下的负序水平进行分析；模拟多类工况下的全周期负序水平分析。
作为本发明所述的考虑高铁再生制动的全周期工况负序分析方法的一种优选方案，其中：所述建立机车模型为参考CRH2电路并将逆变器及其控制作为变流器的负荷，模拟再生制动时，在负荷处串联一个直流电压源；所述牵引变电所仿真模型包括2个基本动力单元，所述基本动力单元包括一台牵引主变压器和两个牵引变流器，再生制动仿真情况下，串联反向直流电压电源。
作为本发明所述的考虑高铁再生制动的全周期工况负序分析方法的一种优选方案，其中：所述再生制动原理包括，列车制动时，牵引电机启动并指令整流电路降压，牵引电机的定子转速因惯性滞后于电压变化，当定子转速低于转子转速时，牵引电机转为发电机模式，将列车的动能回馈至牵引网。
所述分析再生制动条件下的负序问题包括按照对称分量法将不平衡的三相系统的电量分解为零序、正序和负序分量，最终定义不平衡度。
所述不平衡度表示为：
其中，Un(p)表示负序电压，Up(p)表示正序电压，Un(1)表示线电压的负序分量，Up(1)表示线电压的正序分量。
作为本发明所述的考虑高铁再生制动的全周期工况负序分析方法的一种优选方案，其中：所述负序问题包括，当列车进行制动时，将牵引电机启动同时发送指令给整流电路，通过降低整流电路的输出电压，牵引电机的定子转速相应降低，由于交流电机转动速率的改变延时滞后于相关参数的设置，当牵引电机中定子的转动速率比转子的转动速率低时，牵引电机工况转换为发电机的工作模式，吸收列车的机械能，产生电能返回至牵引网。
作为本发明所述的考虑高铁再生制动的全周期工况负序分析方法的一种优选方案，其中：所述FFT算法表示为：
其中，X(k)是输出序列中第k个元素，n是输入序列中第n个元素，N是序列长度，为旋转因子。
作为本发明所述的考虑高铁再生制动的全周期工况负序分析方法的一种优选方案，其中：所述拟再生制动工况下的负序水平进行分析包括，采用瞬态电流直接控制方案，对四象限整流器进行控制，通过调节给定值当/> 时，误差ζ＞0，PI调节输出的IN1将增加，整流器输入电流和功率将增加，得出再生制动工况下1000KW～5000KW不同功率时的谐波畸变率；所述瞬态电流直接控制方案表示为：
其中，表示中间直流回路的电压给定值，Ud表示实际中间直流回路电压，/>表示给定四象限整流器输入电流的有效值，iN(t)表示实际进入四象限整流器的电流，KP表示比例系数，Ti表示积分系数，RN表示电阻值，Id表示中间直流回路的负荷电流，ω表示网侧电压的基波角频率，uab(t)表示开关器件两端的电压，L表示网侧电感，uN(t)表示输出电压。
作为本发明所述的考虑高铁再生制动的全周期工况负序分析方法的一种优选方案，其中：所述模拟多类工况包括，分别对全周期工况进行模拟分析；所述全周期工况包括无列车过境、单列牵引运行、上下行满载牵引运行、单列车制动、双列车制动、单列牵引后制动以及双列牵引后制动。
本发明的另外一个目的是提供一种考虑高铁再生制动的全周期工况负序分析系统，其能通过考虑高铁再生制动的全周期工况负序分析方法，解决了现有对于再生制动工况下负序问题的以及对全周期工况的负序分析不够全面的问题。
作为本发明所述考虑高铁再生制动的全周期工况负序分析系统的一种优选方案，其中：包括，参数输入模块、模型构建模块、制动分析模块、负序谐波分析、负序模拟模块、全周期分析模块；所述参数输入模块用于接收并储存相关仿真所需的机车参数和牵引变电所器件参数；所述模型构建模块依据参数输入模块提供的信息，构建精确的机车模型和牵引变电所仿真模型；所述制动分析模块用于对制动过程进行细致分析，识别再生制动条件下的负序问题，深入探索制动过程中的电力流动与转换规律；所述负序谐波分析用于对再生制动条件下的谐波问题进行定量分析，精确识别谐波频率及其对系统性能的影响；所述负序模拟模块用于整合制动分析与谐波分析的结果，模拟再生制动工况下的负序水平，提供负序情况下的系统行为预测；所述全周期分析模块用于对各种可能工况下的全周期负序水平进行模拟分析，保证系统在任何工况下的稳定性和效率。
一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上所述考虑高铁再生制动的全周期工况负序分析方法的步骤。
一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如上所述考虑高铁再生制动的全周期工况负序分析方法的步骤。
本发明的有益效果：本发明提供的考虑高铁再生制动的全周期工况负序分析方法在负序分析中，列车牵引运行时，多发生尖端负序电流冲击现象，而再生制动时，电流冲击作用减弱，负序波动的幅度却表现为增加趋势，体现负序电流的变化趋势，将这种趋势用于负序电流的趋势预测，提高负序治理的效率。
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性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中：
图1为本发明一个实施例提供的一种考虑高铁再生制动的全周期工况负序分析方法的整体流程图。
图2为本发明第一个实施例提供的一种考虑高铁再生制动的全周期工况负序分析方法的三电平变流器的PWM控制逻辑框图。
图3为本发明第一个实施例提供的一种考虑高铁再生制动的全周期工况负序分析方法的动车组仿真模型。
图4为本发明第二个实施例提供的一种考虑高铁再生制动的全周期工况负序分析系统的整体结构图。
图5为本发明第四个实施例提供的一种考虑高铁再生制动的全周期工况负序分析方法的再生制动不同功率谐波畸变情况。
图6为本发明第四个实施例提供的一种考虑高铁再生制动的全周期工况负序分析方法的全周期工况无列车过境时电网侧负序波形。
图7为本发明第四个实施例提供的一种考虑高铁再生制动的全周期工况负序分析方法的全周期工况时单列车牵引运行电网侧负序波形。
图8为本发明第四个实施例提供的一种考虑高铁再生制动的全周期工况负序分析方法的全周期工况时双列车牵引运行电网侧负序波形。
图9为本发明第四个实施例提供的一种考虑高铁再生制动的全周期工况负序分析方法的全周期工况单列车再生制动时电网侧负序波形。
图10为本发明第四个实施例提供的一种考虑高铁再生制动的全周期工况负序分析方法的全周期工况双列车再生制动时电网侧负序波形。
图11为本发明第四个实施例提供的一种考虑高铁再生制动的全周期工况负序分析方法的全周期工况单列车过境时电网侧负序波形。
图12为本发明第四个实施例提供的一种考虑高铁再生制动的全周期工况负序分析方法的全周期工双列车运行时电网侧负序波形。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合说明书附图对本发明的具体实施方式做详细的说明，显然所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明的保护的范围。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
其次，此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。
本发明结合示意图进行详细描述，在详述本发明实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本发明保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。
同时在本发明的描述中，需要说明的是，术语中的“上、下、内和外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一、第二或第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
本发明中除非另有明确的规定和限定，术语“安装、相连、连接”应做广义理解，例如：可以是固定连接、可拆卸连接或一体式连接；同样可以是机械连接、电连接或直接连接，也可以通过中间媒介间接相连，也可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施例1
参照图1-图3，为本发明的一个实施例，提供了一种考虑高铁再生制动的全周期工况负序分析方法，包括：
参考现有机车参数并利用simulink建立机车模型。
如图2所示，参考CRH2电路建立仿真模型，由于侧重网侧电流电压，对于逆变器及其控制做了简化处理，将其作为变流器的负荷，PWM控制逻辑搭建列车仿真模型，模型包括牵引主变压器、三电平桥路、调制波产生模块、PWM控制模块、中间直流电压环节、二次滤波、逆变器负荷，模拟再生制动时，即在负荷处串联一个直流电压源。
参考牵引变电所器件参数，利用simulink建立牵引变电所仿真模型。
如图3所示，模型中有2个基本动力单元，一个基本动力单元包括一台牵引主变压器(一个一次绕组，两个二次绕组)，两个牵引变流器。接触网受流部分暂用25kV交流电源代替。牵引主变压器：1个一次绕组(25kV，3060kVA)，两个二次绕组(1500V，1285kVA)；牵引变流器：输入1285kVA(单相交流1500V，857A，50Hz)，输出1296kW(3000V，432A)，载波频率1250Hz，网侧电阻电感：RN＝0.22Ω，LN＝1.18mH；中间支撑电容：1245uF；变流器负载用额定电阻load＝6.89Ω；再生制动仿真情况下，串联反向直流电压电源即可。
分析再生制动条件下的负序问题。
当列车进行制动时，将牵引电机启动同时发送指令给整流电路，通过降低整流电路的输出电压，牵引电机的定子转速也相应降低，由于交流电机转动速率的改变延时滞后于相关参数的设置，当牵引电机中定子的转动速率比转子的转动速率低时，这时牵引电机工况转换为发电机的工作模式，吸收列车的机械能，产生电能返回至牵引网，再生制动表示为，
其中，和cosφ2表示为：
其中，转差率s表示为：
其中，φm表示气隙磁通，CT表示电机的转矩系数，I2表示将转子侧电流折算到定子侧，cosφ2表示转子侧的功率因数，E2表示将转子侧电势折算到定子侧，R2表示将转子侧电阻折算到定子侧，X′2表示将转子侧电抗折算到定子侧，n和n1分别表示转子的转动速率和定子侧相应的速率，f1，f2，fr各自表示定子侧、转子侧的工作频率和差频率。
若转化率s<0，电机工作在再生制动工况，并且如果不计s时，cosφ2≈1，由于φm和E2/f1具有正比例关系，牵引电机的转矩系数CT＝1/R2，且满足：
通过改变f1，fr，对制动电流/>和制动转矩Te相应的改变，对再生制动能量控制。
分析再生制动条件下的负序问题中设三相电压为：
其中，Ua、Ub、Uc分别表示三相电压的幅值，分别表示电压的相位角。
按照对称分量法将不平衡的三相系统的电量分解为零序、正序和负序分量，其中正序电压大小Up(p)为：
负序电压大小Un(p)为：
用线电压表示为：
Uab＝Ua-Ub
Ubc＝Ub-Uc
Uca＝Uc-Ua
线电压的正序分量大小Up(1)和负序分量大小Un(1)表示为：
其中，a＝1∠120°、a2＝1∠240°。
不平衡度表示为：
其中，Un(p)表示负序电压，Up(p)表示正序电压，Un(1)表示线电压的负序分量，Up(1)表示线电压的正序分量。
利用FFT算法分析再生制动条件下的谐波问题；在再生制动条件基础上，对离散信号进行FFT；FFT是一种计算离散傅里叶变换(DFT)或其逆变换(IDFT)的高效算法，傅里叶变换是一种将信号从原始域转换到频域或反之的数学方法，DFT是通过将一个序列分解成不同频率的分量来实现这种转换，但是直接按照定义计算DFT通常太慢而不切实际，FFT通过将DFT矩阵分解成稀疏的因子的乘积来快速计算这种转换，因此，它将计算DFT的复杂度从O(N^2)降低到O(NlogN)，其中N是数据大小，速度上的差异可能非常大，尤其是对于长数据集，其中N可能是千或百万级别，在有舍入误差的情况下FFT算法比直接或间接地计算DFT定义更加精确，FFT算法利用DFT的一些对称性质和周期性质，通过分治法将大问题分解为多个小问题，从而降低计算复杂度。
FFT算法表示为：
其中，X(k)是输出序列中第k个元素，n是输入序列中第n个元素，N是序列长度，为旋转因子。
结合谐波问题在仿真中模拟再生制动工况下的负序水平进行分析；
采用瞬态电流直接控制方案，对四象限整流器进行控制，通过调节给定值当时，误差ζ＞0，PI调节输出的IN1将增加，整流器输入电流和功率将增加，得出再生制动工况下1000KW～5000KW不同功率时的谐波畸变率；所述瞬态电流直接控制方案表示为：
其中，表示中间直流回路的电压给定值，Ud表示实际中间直流回路电压，/>表示给定四象限整流器输入电流的有效值，iN(t)表示实际进入四象限整流器的电流，KP表示比例系数，Ti表示积分系数，RN表示电阻值，Id表示中间直流回路的负荷电流，ω表示网侧电压的基波角频率，uab(t)表示开关器件两端的电压，L表示网侧电感，uN(t)表示输出电压。
模拟多类工况下的全周期负序水平分析，模拟多类工况包括，分别对全周期工况进行模拟分析；全周期工况包括无列车过境、单列牵引运行、上下行满载牵引运行、单列车制动、双列车制动、单列牵引后制动以及双列牵引后制动。
实施例2
参照图4，为本发明的一个实施例，提供了一种考虑高铁再生制动的全周期工况负序分析系统，包括：
参数输入模块、模型构建模块、制动分析模块、负序谐波分析、负序模拟模块、全周期分析模块。
参数输入模块用于接收并储存相关仿真所需的机车参数和牵引变电所器件参数。
模型构建模块依据参数输入模块提供的信息，构建精确的机车模型和牵引变电所仿真模型。
制动分析模块用于对制动过程进行细致分析，识别再生制动条件下的负序问题，深入探索制动过程中的电力流动与转换规律。
负序谐波分析用于对再生制动条件下的谐波问题进行定量分析，精确识别谐波频率及其对系统性能的影响。
负序模拟模块用于整合制动分析与谐波分析的结果，模拟再生制动工况下的负序水平，提供负序情况下的系统行为预测。
全周期分析模块用于对各种可能工况下的全周期负序水平进行模拟分析，保证系统在任何工况下的稳定性和效率。
实施例3
本发明的一个实施例，其不同于前两个实施例的是：
所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。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或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，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所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质中，以供指令执行系统、装置或设备(如基于计算机的系统、包括处理器的系统或其他可以从指令执行系统、装置或设备取指令并执行指令的系统)使用，或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用。就本说明书而言，“计算机可读介质”可以是任何可以包含、存储、通信、传播或传输程序以供指令执行系统、装置或设备或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用的装置。
计算机可读介质的更具体的示例(非穷尽性列表)包括以下：具有一个或多个布线的电连接部(电子装置)、便携式计算机盘盒(磁装置)、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦除可编辑只读存储器(EPROM或闪速存储器)、光纤装置以及便携式光盘只读存储器(CDROM)。另外，计算机可读介质甚至可以是可在其上打印所述程序的纸或其他合适的介质，因为可以例如通过对纸或其他介质进行光学扫描，接着进行编辑、解译或必要时以其他合适方式进行处理来以电子方式获得所述程序，然后将其存储在计算机存储器中。
应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。
实施例4
参照图5-图12，为本发明的一个实施例，提供了一种考虑高铁再生制动的全周期工况负序分析方法，为了验证本发明的有益效果，通过经济效益计算和仿真实验进行科学论证。
再生制动技术广泛应用于动车组制动，若有多机车处于不同运行工况时，再生制动所产生的能量将会被牵引下的机车利用，这些不良的电能对高速列车的受流以及变流过程会产生极其不利的影响。负序分析中，列车牵引运行时，多发生尖端负序电流冲击现象，而再生制动时，电流冲击作用减弱，负序波动的幅度却表现为增加趋势，从本发明所展现的多种工况的波形结论可体现负序电流的变化趋势，将这种趋势用于负序电流的趋势预测，可在一定程度上提高负序治理的效率。
因负序不平衡会严重影响系统的电能质量，给电力系统健康运行带来一定的危害。以上多种工况的波形特征可作为后续研究的样本，有利于进一步开展多工况识别相关工作，为牵引供电的动态能量分配与电能质量治理提供参考。
如表1所示，结合谐波问题在仿真中模拟再生制动工况下的负序水平进行分析中，通过调节给定值当/>时，误差ζ＞0，PI调节输出的IN1将增加，整流器输入电流和功率将增加，得出再生制动工况下1000KW～5000KW不同功率时的谐波畸变率。
表1表再生制动不同功率下的谐波畸变率
| 功率KW | 再生制动谐波畸变率％ |
| 1000 | 5.71％ |
| 2000 | 6.76％ |
| 3000 | 8.92％ |
| 4000 | 14.73％ |
| 5000 | 24.73％ |
如图5所示，通过仿真结果可知，再生制动工况下，随着功率的增加，谐波畸变率也随之增加，最低为5％，5000KW功率下再生制动时，可见谐波畸变率高达28％，已经发生了严重的谐波畸变。另一方面，电流谐波畸变较牵引工况下要高出许多，从电压、电流相位分析，再生制动的功率因数也较小。再生制动技术广泛应用于动车组制动，若有多机车处于不同运行工况时，再生制动所产生的能量将会被牵引下的机车利用，这些不良的电能对高速列车的受流以及变流过程会产生极其不利的影响。
模拟多类工况下的全周期负序水平分析中，结合国内某牵引变电站的设备电气参数，对仿真器件进行参数配置。
组合具有选择开关的断路器模块，模拟搭建的CRH2列车模型运行过程，先牵引运行一定时间，再进行再生制动。
如图6-图12所示，分别对全周期工况进行模拟，分别是无列车过境、单列牵引运行、上下行满载牵引运行、单列车制动、双列车制动、单列牵引后制动和双列牵引后制动。
通过仿真结果可知，在无列车运行时，由于系统结构上的三相变两相，系统本身会存在一定水平的负序电流。通过图6、7对比，单列车牵引状态下，初始时刻负序水平迅速升高后回落，形成明显的冲击电流信号，幅度高达空载状态的5倍左右，后稳定在较高水平；双列车牵引状态下运行时，初期会有较大波动，最大冲击电流小于单列车，幅度为3倍左右，后稳定在较高水平。通过图8、9对比，单列车会出现冲击电流，但幅值小于后者，双列车虽然无冲击电流，但整体负序水平较高，且制动后期负序水平减弱，这与列车制动过程的负荷状态变化有关。通过图10、11对比，单列车先牵引后制动时，会出现牵引负序电流大于制动负序电流的现象；如图12可得，双列车先牵引后再生制动状态下，均在状态改变初期发生大幅波动后维持在较高水平。
应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (4)
1.一种考虑高铁再生制动的全周期工况负序分析方法，其特征在于，包括：
参考现有机车参数并利用simulink建立机车模型；
参考牵引变电所器件参数，利用simulink建立牵引变电所仿真模型；
根据再生制动原理，分析再生制动条件下的负序问题；
利用FFT算法分析再生制动条件下的谐波问题；
结合谐波问题在仿真中模拟再生制动工况下的负序水平进行分析；
模拟多类工况下的全周期负序水平分析；
所述建立机车模型为参考CRH2电路并将逆变器及其控制作为变流器的负荷，模拟再生制动时，在负荷处串联一个直流电压源；
所述牵引变电所仿真模型包括2个基本动力单元，所述基本动力单元包括一台牵引主变压器和两个牵引变流器，再生制动仿真情况下，串联反向直流电压电源；
所述再生制动原理包括，列车制动时，牵引电机启动并指令整流电路降压，牵引电机的定子转速因惯性滞后于电压变化，当定子转速低于转子转速时，牵引电机转为发电机模式，将列车的动能回馈至牵引网；
所述分析再生制动条件下的负序问题包括按照对称分量法将不平衡的三相系统的电量分解为零序、正序和负序分量，最终定义不平衡度；
所述不平衡度表示为，
其中，Un(p)表示负序电压，Up(p)表示正序电压，Un(1)表示线电压的负序分量，Up(1)表示线电压的正序分量；
所述负序问题包括，当列车进行制动时，将牵引电机启动同时发送指令给整流电路，通过降低整流电路的输出电压，牵引电机的定子转速相应降低，由于交流电机转动速率的改变延时滞后于相关参数的设置，当牵引电机中定子的转动速率比转子的转动速率低时，牵引电机工况转换为发电机的工作模式，吸收列车的机械能，产生电能返回至牵引网；
所述FFT算法表示为，
其中，X(k)是输出序列中第k个元素，n是输入序列中第n个元素，N是序列长度，为旋转因子；
所述拟再生制动工况下的负序水平进行分析包括，采用瞬态电流直接控制方案，对四象限整流器进行控制，通过调节给定值当/>时，误差ζ＞0，PI调节输出的IN1将增加，整流器输入电流和功率将增加，得出再生制动工况下1000KW～5000KW不同功率时的谐波畸变率；
所述瞬态电流直接控制方案表示为，
其中，表示中间直流回路的电压给定值，Ud表示实际中间直流回路电压，/>表示给定四象限整流器输入电流的有效值，iN(t)表示实际进入四象限整流器的电流，KP表示比例系数，Ti表示积分系数，RN表示电阻值，Id表示中间直流回路的负荷电流，ω表示网侧电压的基波角频率，uab(t)表示开关器件两端的电压，L表示网侧电感，uN(t)表示输出电压；
所述模拟多类工况包括，分别对全周期工况进行模拟分析；
所述全周期工况包括无列车过境、单列牵引运行、上下行满载牵引运行、单列车制动、双列车制动、单列牵引后制动以及双列牵引后制动。
2.一种采用如权利要求1所述的考虑高铁再生制动的全周期工况负序分析方法的系统，其特征在于，包括：
参数输入模块、模型构建模块、制动分析模块、负序谐波分析、负序模拟模块、全周期分析模块；
所述参数输入模块用于接收并储存相关仿真所需的机车参数和牵引变电所器件参数；
所述模型构建模块依据参数输入模块提供的信息，构建精确的机车模型和牵引变电所仿真模型；
所述制动分析模块用于对制动过程进行细致分析，识别再生制动条件下的负序问题，深入探索制动过程中的电力流动与转换规律；
所述负序谐波分析用于对再生制动条件下的谐波问题进行定量分析，精确识别谐波频率及其对系统性能的影响；
所述负序模拟模块用于整合制动分析与谐波分析的结果，模拟再生制动工况下的负序水平，提供负序情况下的系统行为预测；
所述全周期分析模块用于对各种可能工况下的全周期负序水平进行模拟分析，保证系统在任何工况下的稳定性和效率。
3.一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1所述的考虑高铁再生制动的全周期工况负序分析方法的步骤。
4.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1所述的考虑高铁再生制动的全周期工况负序分析方法的步骤。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202310726444.2A CN116742660B (zh) | 2023-06-19 | 2023-06-19 | 一种考虑高铁再生制动的全周期工况负序分析方法及系统 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202310726444.2A CN116742660B (zh) | 2023-06-19 | 2023-06-19 | 一种考虑高铁再生制动的全周期工况负序分析方法及系统 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN116742660A CN116742660A (zh) | 2023-09-12 |
| CN116742660B true CN116742660B (zh) | 2024-06-04 |
Family
ID=87909430
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202310726444.2A Active CN116742660B (zh) | 2023-06-19 | 2023-06-19 | 一种考虑高铁再生制动的全周期工况负序分析方法及系统 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN116742660B (zh) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117713088B (zh) * | 2024-02-05 | 2024-05-10 | 云南电网有限责任公司 | 高铁电力机车并网对电网谐波影响的分析方法及系统 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103926476A (zh) * | 2014-04-10 | 2014-07-16 | 宁波恒力达科技有限公司 | 基于fft和对称分量法的三相不平衡检测方法及逆变器 |
| CN114818552A (zh) * | 2022-03-18 | 2022-07-29 | 上海应用技术大学 | 一种高速铁路牵引供电系统的多工况电能质量分析方法 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| NO331295B1 (no) * | 2010-07-06 | 2011-11-21 | Rolls Royce Marine As Power Electric Systems Bergen | Styringsinnretning og fremgangsmåte for styring av en vekselstrømsmotor |
-
2023
- 2023-06-19 CN CN202310726444.2A patent/CN116742660B/zh active Active
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103926476A (zh) * | 2014-04-10 | 2014-07-16 | 宁波恒力达科技有限公司 | 基于fft和对称分量法的三相不平衡检测方法及逆变器 |
| CN114818552A (zh) * | 2022-03-18 | 2022-07-29 | 上海应用技术大学 | 一种高速铁路牵引供电系统的多工况电能质量分析方法 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 基于PSCAD/EMTDC的高铁在线运行工况电能质量分析;张帅;袁晓冬;陈兵;柏晶晶;顾伟;;电工电气;20140315(第03期);第1-7页 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN116742660A (zh) | 2023-09-12 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Hu et al. | Power-quality impact assessment for high-speed railway associated with high-speed trains using train timetable—Part I: Methodology and modeling | |
| CN103986339B (zh) | 电源转换系统的、电压调变装置及其方法 | |
| CN116742660B (zh) | 一种考虑高铁再生制动的全周期工况负序分析方法及系统 | |
| Ke et al. | Capacitor voltage ripple estimation and optimal sizing of modular multi-level converters for variable-speed drives | |
| Jung et al. | Minimum torque ripple pulse width modulation with reduced switching frequency for medium-voltage motor drive | |
| Ha et al. | T-type multi-inverter application for traction motor control | |
| CN106777817B (zh) | 城市轨道交通电能质量仿真分析系统的谐波分析建模方法 | |
| CN107526858B (zh) | 基于pscad/emtdc的电铁牵引供电系统仿真平台 | |
| Lu et al. | Influence of electric traction drive system harmonics and interharmonics on the vibration of key locomotive components | |
| KR20150069674A (ko) | 8200호대 전기기관차 객차전원공급장치의 출력전압품질 향상을 위한 pwm 설계방법 | |
| Zhang et al. | Switching harmonics in the DC link current in a PWM AC-DC-AC converter | |
| CN117811100A (zh) | 辅助逆变器的并网控制方法、装置、设备及存储介质 | |
| Sun et al. | Calculation and Spectral Analysis of DC-Link Current for three phase PWM inverter | |
| Fan et al. | Reversible substation modelling with regenerative braking in DC traction power supply systems | |
| Vijayan et al. | High‐performance bi‐directional z‐source inverter for locomotive drive application | |
| Heising et al. | Analysis of single-phase 50-kW 16.7-Hz PI-controlled four-quadrant line-side converter under different grid characteristics | |
| CN212277934U (zh) | 一种高铁电力机车注入电网谐波的仿真装置 | |
| Chin et al. | Design of Single-Tuned Harmonic Passive Filters for DC Electric Railway Traction Power Supply System | |
| Nazirkhonov et al. | Research on the parameters influence of the iron donations traction network of Uzbekistan | |
| Mu et al. | A novel locomotive auxiliary converter control strategy with harmonic suppression for avoiding resonance voltage accidents in an electrified railway | |
| Lu et al. | Simulation software for CRH2 and CRH3 traction driver systems based on SIMULINK and VC | |
| Nikolaev et al. | Development of improved PWM algorithm of active rectifier with function of resonant phenomena adaptation in electrical networks of medium voltage | |
| Mukundan | Calculation of voltage surges on motors fed from PWM drives-a simplified approach | |
| Liu et al. | Modeling and simulation of multi-vehicle DC traction power supply system based on Matlab/Simulink | |
| CN111049160A (zh) | 一种基于smc的车网系统多工况运行下的性能改善方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20240927 Address after: Room 313, 3rd Floor, Building 1, No. 1180 Xingxian Road, Jiading District, Shanghai, 2018 Patentee after: SHANGHAI JIUDAO INFORMATION TECHNOLOGY CO.,LTD. Country or region after: China Address before: No. 100 Hai Quan Road, Fengxian District, Shanghai Patentee before: SHANGHAI INSTITUTE OF TECHNOLOGY Country or region before: China |