[發明專利]一種高速鐵路車網系統諧波穩定性分析方法

有效

• 申請號: 202010154067.6
• 申請日: 2020-03-07
• 公開（公告）號: CN111368442B
• 公開（公告）日: 2021-11-05
• 發明（設計）人: 劉志剛;陳潯俊
• 申請（專利權）人: 西南交通大學
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F17/16;H02J3/00
• 代理公司: 成都信博專利代理有限責任公司 51200
• 代理人: 劉凱

1.一種高速鐵路車網系統諧波穩定性分析方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1：建立長距離牽引網的雙端口網絡阻抗模型：

式中：u_in和u_out分別為長距離牽引網的輸入電壓和負載端的輸出電壓；i_in和i_out分別為長距離牽引網的輸入電流和負載端的輸出電流；Y_s和Y_m分別為長距離牽引網雙端口網絡的自導納和互導納；

長距離牽引網的雙端口網絡阻抗模型下的開環導納Y_open和短路導納Y_short：

利用上述公式，計算長距離牽引網的線路傳播系數γ和特征阻抗Z_c：

其中：l為牽引網總長；j為虛數單位；k為任意整數；

根據線路傳播系數γ和特征阻抗Z_c，計算任意距離下的牽引網阻抗，從而建立基于諧波傳遞的長距離牽引網阻抗模型：

其中：Z_s為牽引網阻抗矩陣；Z_spp為牽引網在復頻域下的正序阻抗；Z_snn為牽引網在復頻域下的負序阻抗；

步驟2：建立基于諧波線性化理論的動車組變換器的復頻域下的導納模型：

在牽引網公共耦合點電壓v_s和電流i_s′中存在擾動頻率為f_p的小信號擾動，動車組變換器直流側輸出電壓v_dc存在擾動頻率為f_p的直流紋波擾動，具體表達式如下：

其中，t表示高速鐵路車網系統運行時間；

三種電氣量各自在頻域下的具體相量表達形式分別如下：

其中：V₁為牽引網網側電壓穩態幅值；和分別小信號電壓擾動在正序和負序下的幅值；φ_vp和φ_vn分別為小信號電壓擾動正序和負序分量下的相角；I₁為牽引網網側電流穩態幅值；和分別為小信號電流擾動在穩態、正序和負序下的幅值；φ_ip和φ_in分別為小信號電流擾動正序和負序分量下的相角；V_dc、分別為直流電壓紋波擾動在穩態、正序和負序下的幅值；φ_dv為直流電壓紋波擾動的相角；f₁為工頻，f_p為小信號電壓擾動和小信號電流擾動的擾動頻率；分別為擾動電壓在頻域下正序、負序的相量表示；分別為擾動電流在頻域下正序、負序的相量表示；

根據動車組變換器的控制框圖和動車組變換器的主電路圖，計算得到基于諧波線性化理論的動車組變換器的數學模型，具體表達式如下：

其中：M[f]為動車組變換器調制系數在頻域下的分量；L、L_g和C_f分別為動車組變換器LCL濾波結構的動車組變換器前濾波電感、牽引網網側濾波電感和濾波電容；表示頻域下的卷積運算；f為頻率；

利用基于諧波線性化理論的動車組變換器的數學模型，將其轉換至復頻域下，并寫成導納矩陣形式，具體表達式如下：

其中：Y_pp和Y_nn分別為動車組變換器在復頻域下的正序導納和負序導納；Y_pn和Y_np分別為動車組變換器在復頻域下的耦合導納；s為復頻域算子，ω₁為基頻下的角速度，且ω₁＝2πf₁；步驟3：對長距離牽引網雙端口網絡阻抗模型和基于諧波線性化理論的動車組變換器的頻域下的導納模型進行車網級聯系統穩定性分析：

首先將長距離牽引網阻抗矩陣Z_s與動車組變換器導納矩陣相乘得到廣義阻抗比矩陣L，基于廣義奈奎斯特穩定性判據，判斷廣義阻抗矩陣L的特征值的奈奎斯特曲線在復平面上所圍的區域是否包含點(-1，j0)：若是，判定系統不穩定；若否，判定系統穩定；j為虛數單位。