[发明专利]一种牵引供电系统-区域电网并联谐波谐振频率识别方法

说明书

一种牵引供电系统‑区域电网并联谐波谐振频率识别方法，利用电能质量同步监测设备记录牵引变压器高压侧区域电网任一母线A相、B相或C相电压波形以及机车网侧电压波形，来估计由机车发射谐波从机车网侧高压电路到牵引变压器高压侧区域电网该母线A相、B相或C相的放大倍数，进而判断铁路牵引供电系统‑区域电网是否存在并联谐波谐振频率。本发明可以识别铁路牵引供电系统‑区域电网是否存在并联谐波谐振频率，且能定量反映机车发射谐波对区域电力系统的谐波影响大小；可用于定量分析铁路机车发射谐波对牵引变压器高压侧区域电网的谐波影响，相比于仿真分析的方法，不需要建立牵引供电系统‑区域电网谐波模型，更简单且足够精确。

技术领域

本发明涉及铁路牵引供电系统电能质量技术领域，特别是一种牵引供电系统-区域电网并联谐波谐振频率识别方法。

背景技术

截至2020年7月，中国高铁营业里程达到3.6万公里以上，超过世界高铁总里程的三分之二。根据国铁集团日前发布《新时代交通强国铁路先行规划纲要》：未来30年全国铁路网20万公里，其中高铁7万公里，50万人口以上区域高铁通达。总体来看，当前高速铁路已经在区域电网中形成规模化、网络化分布，未来发展越来越迅速，负荷占比逐年显著增加。如此大功率、工况多变(牵引、惰行、再生工况)、高速移动、高行车密度、网络化的牵引供电系统将使得区域电网的供电压力、电能质量问题激增。谐波是一直以来电能质量领域最受关注的方向之一：牵引网的谐波放大、谐波谐振问题在较多的文献中得到了报道，常引发避雷器爆炸、容性设备如电压互感器、电容器组的爆炸；同时，分析铁路机车发射谐波对牵引变压器高压侧区域电网的谐波影响研究也越来越成为谐波研究的热点之一。

现有分析铁路牵引供电系统-区域电网并联谐波谐振频率识别方法主要是基于系统数学模型分析：通过建立“区域电网—牵引供电系统-机车”的完整基波/谐波模型进行分析。分析方法包括谐波传输放大法、频谱分析法、谐振模态分析法、S域或频域传递函数法。然而，这些方法需要获得精确的系统元件及结构参数，建模过程较为复杂，且只能定性判断是否存在谐振频率，无法定量给出铁路机车发射谐波至牵引变压器高压侧放大倍数。

发明内容

本发明的目的是给出一种牵引供电系统-区域电网并联谐波谐振频率识别方法。

实现本发明目的的技术方案如下：

一种牵引供电系统-区域电网并联谐波谐振频率识别方法，包括，

步骤1：选择有且只有一辆机车运行的时间段，获取有效采样率大于r*H*50Hz的牵引变压器高压侧区域电网任意一母线的A相、B相和C相中任意一相的电压波形K，以及机车网侧高压电路的电压波形P；其中，H为要分析的最高谐波次数，r为最高谐波次数的倍数；

步骤2：对电压波形K和电压波形P分别进行快速傅里叶变换，得到：K的基波电压和谐波电压的方均根值时间序列，P的基波电压和谐波电压的方均根值时间序列；进而得到：K的各次谐波电压含有率时间序列P的各次谐波电压含有率时间序列其中，h为谐波次数，h＝2，…，H；

步骤3：对任一h次谐波，采用窗宽为L、滑动步长为L/2的滑动时间窗，将和分别分割为N个子时间段，获取对应的N个谐波电压含有率段；使用二元线性回归方程拟合得到谐波电压含有率段中K与P的h次谐波电压含有率之间的关系Y_i＝λ_iX_i+b_i+ε_i；其中，i为谐波电压含有率段的序号，i＝1，…，N，Y_i为K的谐波，X_i为P的谐波，λ_i为回归直线的斜率即h次谐波从P到K的谐波放大倍数，b_i为截距，ε_i为回归残差；

步骤4：对谐波电压含有率段i中K与P的h次谐波电压含有率进行线性关系显著性检验得到线性度F_i：