一种基于C型滤波器的动车组多类工况谐波治理方法

本发明涉及高速铁路电力，具体为一种基于c型滤波器的动车组多类工况谐波治理方法。

背景技术：

1、动车组是高速铁路的主要牵引负荷，其运行过程中会产生大量的谐波电流，对电网电能质量造成严重的影响。谐波电流不仅会造成能源浪费，而且还会对其他电力设备和通信系统有着不利影响，甚至引发谐波谐振现象，危的安全可靠运行。

2、目前，国内外对谐波和负序电流的研究较多，但仿真系统的完备性不足，即由于许多电气元件的阻抗等效，将列车负载等效为与牵引供电系统相连的阻性负载，体现了负序规律，但缺乏建模的完备。c型滤波器在电力系统的应用由来已久，但高速列车种类多、工况频繁，导致列车的谐波频谱具有随机动态特性。此外，谐波注入位置的快速变化导致系统谐波传输特性的变化。因此，一般谐波治理方法很难完全补偿谐波。

技术实现思路

1、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。在本部分以及本技术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。

2、鉴于上述存在的问题，提出了本发明。

3、因此，本发明解决的技术问题是：通过自建牵引供电系统再生制动模型，得出更丰富的列车运行工况，详细分析多种工况下的机车牵引制动在电网侧造成的谐波以及负序问题，从多工况角度优化c型滤波器参数进行谐波治理，更加符合牵引供电系统的工程实际。

4、为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种基于c型滤波器的动车组多类工况谐波治理方法，包括：分析牵引供电系统的动车组、牵引网、电网谐波问题；运用ppf谐波治理方案构建c型滤波器；对机车谐波源模型进行仿真；对牵引供电系统模型设置参数，并设计六类机车工况；对牵引供电系统进行多工况谐波特性与负序分析；针对多工况的c型滤波器参数进行实验。

5、作为本发明所述的基于c型滤波器的动车组多类工况谐波治理方法的一种优选方案，其中：所述分析牵引供电系统包括当动车组输出的谐波电流中含有谐振点附近的谐波时，产生高次谐波谐振过电压，以单列α制动为例进行分析。

6、作为本发明所述的基于c型滤波器的动车组多类工况谐波治理方法的一种优选方案，其中：所述构建c型滤波器包括采用并联型ppf谐波治理方案，将c型滤波器安装于牵引变电所的t接触导线进行频率扫描分析得出滤波器的阻频特性方程。

7、作为本发明所述的基于c型滤波器的动车组多类工况谐波治理方法的一种优选方案，其中：所述阻频特性方程表示为，

8、

9、xl＝nω1l,

10、xc1＝1/(nω1c1),

11、xc2＝1/(nω1c2)

12、

13、

14、

15、其中，zc表示c型滤波器的阻抗，xl、xc1、xc2和r对应c型高通滤波器的电感l、电容c1、c2和并行电阻r的阻抗值，j是虚数单位，满足j2＝-1，n表示谐波次数，ω1表示基波角频率，zc表示电路复阻抗，x1、x2分别表示电路的第一和第二部分虚部阻抗。

16、作为本发明所述的基于c型滤波器的动车组多类工况谐波治理方法的一种优选方案，其中：所述对机车谐波源模型进行仿真包括采用crh2列车电路仿真模型，验证模型的正确性和适应性；

17、分别仿真牵引工况与再生制动工况下机车网侧电压电流及其相位关系，利用双fft谐波分析法分析网侧电流总谐波含量thd。

18、作为本发明所述的基于c型滤波器的动车组多类工况谐波治理方法的一种优选方案，其中：所述设置参数包括三相系统电压设置为220kv，牵引变电所容量设置为40mw，牵引变电所变压器变比设置为220:27.5，at所容量设置为40mw，仿真时长设置为0.3s，结合机车模型以及牵引供电系统，牵引变电所采用v/x接线，一次侧接ab、bc相，二次侧中性点接地，牵引网为at供电，通过设置断路器开合，模拟列车过境，无列车过境情况下，线路空载，负序电流仅为供电系统产生，确保牵引网网压为27.5kv水平，列车在牵引供电系统中正常运行，再生制动工况下，设定接入时间0.05s，控制电压维持在额定3000v，列车在牵引供电系统中稳定运行，设计六类机车工况来进行电网侧负序与谐波分析；

19、所述六类机车工况包括工况1为双列牵引，双侧供电臂均为牵引运行，工况2为α牵引-β制动，左侧牵引，右侧制动，工况3为双列制动，双侧供电臂均为制动运行，工况4为α制动-β牵引，左侧制动，右侧牵引，工况5为单列制动，仅有一侧制动，另一侧无车，工况6为单列牵引，仅有一侧牵引，另一侧无车。

20、作为本发明所述的基于c型滤波器的动车组多类工况谐波治理方法的一种优选方案，其中：所述多工况谐波特性与负序分析包括通过控制机车运行状态仿真进行分析，取0.22s时刻的稳定谐波，将各工况的谐波含量进行横向对比，对所述谐波数据进行分析，提取负序水平和谐波含有率作为特征参数，根据所述特征参数，对不同工况下的谐波进行特征识别；

21、采用c型滤波器参数方法进行滤波处理，参数设置为普通型参数，c1＝1.014uf，c2＝540uf，l1＝18.4mh，r＝100ω，根据多工况的特点，在工况1和工况3中，列车双侧供电臂均为牵引或制动运行，信号干扰小，选择c2＝800～1000uf和r＝100～150ω，使滤波器的通带宽度较大，保证信号的传输效率；

22、在工况2和工况4中，列车一侧牵引一侧制动，信号干扰大，选择c2＝540～600uf和r＝250～300ω，使滤波器的通带宽度较小，提高信号的抗干扰能力；

23、在工况5和工况6中，列车单侧供电臂为牵引或制动运行，另一侧无车，信号干扰中，选择c2＝600～800uf和r＝150～250ω，使滤波器的通带宽度和选择性适中，平衡信号的传输效率和抗干扰能力。

24、本发明的另外一个目的是提供一种基于c型滤波器的动车组多类工况谐波治理系统，其能有效治理谐波问题，减少公用电网和列车的安全稳定运行中的隐患。

25、为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种基于c型滤波器的动车组多类工况谐波治理系统，包括：供电模块、滤波器模块、模拟模块、设计模块、分析模块以及实验模块；所述供电模块用于生成和传输电力，决定工作状态；所述滤波器模块用于基于供电模块产生的电力，使用并联型ppf谐波治理方案制造c型滤波器，提供更优质的电力输入；所述模拟模块用于接收滤波器模块处理后的电力，并运用列车电路仿真模型，进行牵引工况与再生制动工况下的模拟，预测各种条件下的电力需求和谐波产生情况；所述设计模块根据模拟模块的预测结果，设定电力系统参数，并根据牵引变电所的设备电气参数，设计出适应各种机车工况的参数；所述分析模块通过模拟和设计模块设定的各种工况，进行谐波特性和负序分析，为优化电力传输提供数据支持，同时也为后续实验模块的参数设置提供参考；所述实验模块根据分析模块的结果，进行c型滤波器参数优化实验，以达到最优化电力传输效果的目标。

26、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基于c型滤波器的动车组多类工况谐波治理方法的步骤。

27、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基于c型滤波器的动车组多类工况谐波治理方法的步骤。

28、本发明的有益效果：本发明提供的基于c型滤波器的动车组多类工况谐波治理方法能够有效地分析和治理高铁运行中产生的负序电流和谐波问题，能够减少负序电流对牵引供电系统和动车组设备的危害，延长设备的使用寿命，降低维护成本；降低谐波对公用电网和列车电气设备的影响，减少电能损耗，提高电能利用率，节约能源；提高牵引供电系统的供电品质和可靠性，减少供电故障，保证高铁的正常运行。