[發(fā)明專利]一種基于同步壓縮小波變換的車網(wǎng)系統(tǒng)諧波時頻分析方法

有效

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• 申請日: 2020-03-02
• 公開（公告）號: CN111368713B
• 公開（公告）日: 2022-06-28
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 劉志剛;孟祥宇
• 申請（專利權(quán)）人: 西南交通大學
• 主分類號: G06K9/00
• 分類號: G06K9/00;G06F30/20;G06F17/14;H02J3/00
• 代理公司: 成都信博專利代理有限責任公司 51200
• 代理人: 舒啟龍;卓仲陽

本發(fā)明公開了一種基于同步壓縮小波變換的車網(wǎng)系統(tǒng)諧波時頻分析方法，在等效牽引網(wǎng)和CRH5型車整流器級聯(lián)運行下，通過設(shè)置不同開關(guān)頻率和牽引網(wǎng)等效參數(shù)，在考慮數(shù)字控制電路所產(chǎn)生的延時下，觀測網(wǎng)側(cè)電流電壓信號，并利用同步壓縮小波變換對該信號進行分析；本發(fā)明分析結(jié)果具有良好的時頻分辨率，可以有效辨識系統(tǒng)發(fā)生諧波不穩(wěn)定問題時，諧波放大的幅值和頻率；本發(fā)明實施方便、適應(yīng)性較高。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于高速鐵路非平穩(wěn)數(shù)據(jù)的時頻分析處理技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于同步壓縮小波變換的車網(wǎng)系統(tǒng)諧波時頻分析方法。

背景技術(shù)

近年來，隨著HXD和CRH系列電力機車的廣泛使用，牽引系統(tǒng)中引入了大量的電力電子設(shè)備。由于電力電子設(shè)備的非線性特性，當機車投入到牽引網(wǎng)后可能會和牽引網(wǎng)發(fā)生交互耦合作用而給牽引系統(tǒng)穩(wěn)定性帶來新的挑戰(zhàn)。此外，不同車型中變流器開關(guān)頻率相差較大，所以采用數(shù)字控制器而產(chǎn)生的延時也不盡相同。

為了研究動車組變流器開關(guān)頻率對車網(wǎng)系統(tǒng)的影響規(guī)律，Assefa H Y等在文獻1中指出了開關(guān)頻率會對車網(wǎng)系統(tǒng)穩(wěn)定性產(chǎn)生的影響。但是該文獻僅僅闡述了該現(xiàn)象，并沒有詳細分析不同開關(guān)頻率下的車網(wǎng)電氣波形的時頻譜特征。文獻2,3指出，延時將會導致變流器等效導納在高頻段產(chǎn)生負阻尼效應(yīng)，進而降低系統(tǒng)穩(wěn)定性。文獻4指出，由于動車組牽引功率較大，所以變流器開關(guān)頻率設(shè)置的較低，這將會產(chǎn)生嚴重的控制延時。文獻5通過對諧波不穩(wěn)定波形進行傅里葉變換，指出該現(xiàn)象是一種特征次諧波放大現(xiàn)象。此外，針對非平穩(wěn)信號，小波變換是一種常用的時頻分析工具，通過構(gòu)造合適的小波基可以有效分析非周期信號和含有奇異性的信號。但是小波分析結(jié)果的分辨率往往十分依賴與小波基的選取，而小波基函數(shù)的選擇也沒有固定規(guī)律，往往全憑經(jīng)驗進行選擇。綜合上述研究方法：

1)研究中對車網(wǎng)系統(tǒng)中所出現(xiàn)的諧波不穩(wěn)定問題采用傅里葉變換和小波變換的分析方法，時頻分辨率受限于窗函數(shù)或者小波基的選取，采用傳統(tǒng)的時頻分析方法無法達到理想的分析效果。

2)車網(wǎng)系統(tǒng)穩(wěn)定性問題是一個強耦合系統(tǒng)，對變流器開關(guān)頻率和牽引網(wǎng)參數(shù)變化較為敏感。

因此，有必要采用高時頻分辨率的方法引入諧波不穩(wěn)定問題的分析中。同步壓縮小波變換不過分依賴于小波基的選擇，可以準確分析非平穩(wěn)信號的幅值和頻率隨時間變換的規(guī)律，有效判斷變流器開關(guān)頻率和牽引網(wǎng)參數(shù)對車網(wǎng)系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響。

參考文獻：

[1]：Assefa H Y,Danielsen S,Molinas M.Impact of PWM switching onmodeling of low frequency power oscillation in electrical rail vehicle[C].13th European Conference on Power Electronics and Applications.IEEE,2009:1-9.

[2]：Harnefors L,Finger R,Wang X,et al.VSC input-admittance modelingand analysis above the Nyquist frequency for passivity-based stabilityassessment[J].IEEE Transactions on Industrial Electronics,2017,64(8):6362-6370.

[3]：Harnefors L,Wang X,Yepes A G,et al.Passivity-based stabilityassessment of grid-connected VSCs—An overview[J].IEEE Journal of emergingand selected topics in Power Electronics,2015,4(1):116-125.