[发明专利]牵引供电系统谐波阻抗测量装置及其试验方法

权利要求书

1.一种牵引供电系统谐波阻抗测量装置，其特征在于：降压变压器TP的原边线圈串联开关S1及电流传感器TA，且并联电压传感器TV，然后与接触网T和钢轨G相连，次边线圈与由四个二极管构成的单相不控整流电路UR交流侧相连；不控整流电路UR直流侧并联稳压电容C1，开关元器件IGBT接选择器开关S2，并与扰动负载R1～Rn相连后同时并联于不控整流电路UR直流侧，开关元器件IGBT上并联由电阻R与电容C2串联而成的缓冲电路；开关元器件IGBT的驱动信号SPWM由信号发生及处理模块MC结合驱动与保护电路Q产生；电压传感器TV和电流传感器TA的输出端均与信号调理电路SC的输入端相连，信号调理电路SC输出端接于信号发生及处理模块MC输入端，显示屏S接于信号发生及处理模块MC的输出端。

2.根据权利要求1所述的一种牵引供电系统谐波阻抗测量装置，所述的信号发生及处理模块MC由微处理器实现，微处理器根据电压传感器TV和电流传感器TA的电压、电流信号，结合谐波阻抗计算公式，在显示屏S上显示牵引供电系统的谐波阻抗特性；信号发生及处理模块MC输出一定调制比的SPWM调制信号，经过驱动与保护电路Q将调制信号进行放大，从而对IGBT进行控制。

3.一种使用权利要求1或2所述测量装置的牵引供电系统谐波阻抗的测量方法，包括如下的主要步骤：

A、装置阈值设定：降压变压器TP变比设定为27.5kV/380V；扰动负载R1～Rn功率范围为4kW～10kW；根据牵引供电系统容量利用开关S2选择功率匹配的扰动负载；当牵引供电系统容量为30MVA时，利用开关S2选择功率为10kW的扰动负载；当牵引供电系统容量为10MVA时，利用开关S2选择4kW的扰动负载；信号发生及处理模块MC产生的SPWM调制信号的载波频率为500Hz，调制波频率为50Hz；

B、扰动引入：在完成A步骤后，闭合开关S1，将牵引供电系统谐波阻抗测量装置接入到牵引供电系统之中，降压变压器TP将牵引供电系统的27.5kV电压等级降低到380V电压等级，通过单相不控整流电路UR将单相交流电转化为直流电，从而供给扰动负载R1～Rn使用；负载R1～Rn的选择已在A步骤中设定；信号发生及处理模块MC根据预先固化的程序，产生的SPWM调制信号达到如A步骤所设指标后输送给驱动与保护电路Q进行信号的放大处理，然后输送给IGBT对扰动负载R1～Rn进行开关控制，通过此扰动方法在牵引供电系统之中引入的电压电流强谐波分量f_d，spwm(k)，f_d，spwm(k)＝f_spwm×(1+2k)±50，k＝0,1,2...，其中f_spwm为SPWM调制信号频率；

C、扰动后电压电流参数采集：采样由电压传感器TV原边所得的电压时域信号u(t)和由电流传感器TA所得的电流时域信号i(t)，通过信号调理电路SC进行信号的处理，然后传送给信号发生及处理模块MC进行数据的分析；

D、牵引供电系统谐波阻抗获取：在信号发生及处理模块MC之中利用快速傅里叶变换将时域电压电流信号u(t)、i(t)变换到频域，得到频域的电压信号U(jω)，U(jω)＝[U(jω₁),U(jω₂),...,U(jω_n)]和频域电流信号I(jω)，I(jω)＝[I(jω₁),I(jω₂),...,I(jω_n)]，再结合阻抗计算公式Z(jω_n)＝U(jω_n)/I(jω_n)得到牵引供电系统的谐波阻抗特性，最后将得到的牵引供电系统谐波阻抗特性输出到与信号发生及处理模块MC相连接的显示屏S，在显示屏S上实时显示所测牵引供电系统的谐波阻抗特性。