[发明专利]一种牵引脉冲整流器输入阻抗及牵引网输出阻抗测量方法

说明书

本发明公开一种牵引脉冲整流器输入阻抗及牵引网输出阻抗测量方法，以高速列车单相牵引整流器为测量对象，设计了一种根据整流器稳定性运行情况实时闭环调节扰动谐波幅值的扰动注入装置，该装置可保证整流器稳定运行的前提下，同时准确测量车网dq坐标系下阻抗/导纳。本发明实现在牵引交流传动两电平单相四象限脉冲整流器稳定运行的前提下，对整流器以牵引网阻抗进行准确测量。

技术领域

本发明涉及电力牵引交流传动技术领域，具体为一种牵引脉冲整流器输入阻抗及牵引网输出阻抗测量方法。

背景技术

伴随着我国高速铁路的快速发展，基于交直交牵引传动系统的高速列车得到了越来越广泛的应用，在列车-牵引网耦合系统(以下简称“车-网系统”)中，由于多辆列车与牵引网之间的相互作用，导致了谐波共振、低频振荡和谐波不稳定性等各种不稳定问题的发生，此类不稳定问题不仅仅会在牵引供电系统中造成严重的安全隐患，同时会对高速列车牵引传动系统的稳定运行造成巨大影响。

低频振荡的频率范围通常是从一赫兹到几赫兹，经常发生在多车投入运行时，谐波共振则通常发生的频率范围为几百到几千赫兹，谐波不稳定性则通常在几百赫兹的频率范围内发生

针对于系统稳定性的分析研究，Middlebrook首先提出了基于电源的输出阻抗与负载的输入导纳的系统稳定性阻抗判据，对于电力电子系统基于源阻抗与负载导纳的交流系统稳定性判据研究亦得以发展，基于阻抗的稳定性分析方法被广泛应用于稳定性分析，因此获取电力电子系统端口输出阻抗以及输入导纳的研究成为热门，而通过阻抗测量的方式获取电力电子系统阻抗则是一种直接准确的方式。

电力系统的谐波阻抗测量技术研究较多，阻抗测量就注入扰动方式可分为两类：非干扰被动式与干扰主动式。非干扰式可以在没有任何干扰注入的情况下基于数学分析和数值处理来估计阻抗；然而，获得的阻抗通常不够准确，并且数学计算过程复杂，导致阻抗测量的速度很慢。干扰主动式是在系统正常运行情况下，往系统加入谐波电压或谐波电流扰动，通过对端口采集电压电流进而分析得到阻抗的一类方式。

对于接入电网的变流器阻抗测量技术研究是现在研究的热潮，三相并网变流器一直作为国际上的热点研究对象，在文献中提出了一种单个电流源注入的测量方式，其谐波注入采用单频注入方式，以测得三相变流器在dq坐标系下的输入阻抗。而使用多频注入进行阻抗测量技术的研究，由于变流器为非线性负载，以三相六脉冲全桥整流器为例，同时注入多个频率扰动信号，在交流侧产生的频率响应分量出现重叠，从而导致多频注入的测量结果与单频注入的测量结果有非常大的偏差。

由上述可知，针对于三相电力系统的阻抗测量技术研究较为全面，对于单相整流器阻抗测量技术研究较少，而单相整流器被广泛应用于高速列车牵引传动系统中，因此对其测量技术的研究是有必要的。在单相整流器所采用的控制方式中，dq解耦电流控制较为常见，因此单相整流器阻抗模型可以建立在dq坐标系下进行研究。现有在dq坐标系下单相系统的稳定性判据可用于车网稳定性分析，而测量dq坐标系下阻抗的方法较少，目前主要的测量方式是采用单频注入方式中的正弦扫频测量方式,通常为保证测量的准确性，谐波幅值取值需足够大以保证足够的信噪比，然而谐波注入幅值过大会干扰整流器系统的正常运行，而干扰谐波源幅值通常需要实验经验来进行选用，进行注入谐波测量后需要根据测量结果以及注入全程的整流器运行情况进行分析本次测量谐波幅值是否合适，进而对谐波幅值进行修正后，重新注入待测频率点谐波进行测量计算，如此造成测量准确度无法保证，同时测量效率较低。

因此，设计根据整流器稳定性运行情况实时调节扰动谐波幅值的扰动注入装置，保证整流器稳定运行的前提下，同时准确测量车网dq坐标系下阻抗/导纳的测量方法，并根据测得阻抗/导纳进行稳定性分析的研究具有重要意义。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的在于提供一种电力牵引交流传动两电平单相四象限脉冲整流器输入阻抗及牵引网输出阻抗测量方法，实现在牵引交流传动两电平单相四象限脉冲整流器稳定运行的前提下，对整流器以牵引网阻抗进行准确测量。技术方案如下：