[发明专利]一种牵引供电系统低频网压波动检测及保护方法

说明书

本发明公开了一种牵引供电系统低频网压波动检测及保护方法，包含以下步骤：电力机车升弓受电点电压峰值检测；如果峰值超过阈值则触发受电点电压有效值检测；若受电点电压有效值超过阈值，则利用数据采集装置进行录波并由数据处理装置进行低频网压波动特征提取及识别；若检测结果为低频网压波动，则由数据处理装置控制机车按照升弓时序进行模式切换，管理整备机车出站，消除低频网压波动对牵引网网压的影响。

技术领域：

本发明涉及轨道交通牵引供电系统保护领域，尤其是牵引供电系统低频网压波动检测及保护技术。

背景技术：

近些年来，随着我国交直交型机车的大量投运，国内电气化铁路低频网压波动现象频繁发生，造成机车牵引闭锁，车辆无法正常出库，严重干扰运输秩序。根据已有文献报道，国内低频网压波动现象一般发生于多台机车在同一供电区间升弓整备时，振荡频率在3～7Hz。涉及的主要车型包括了动车组CRH1、CRH5，电力机车HXD1B、HXD2B及HXD3B等。而这类牵引供电系统低频网压波动与电力系统低频振荡现象存在着较大不同，首先是频率范围不同，其次是波形的表现形式不同，传统的电力系统低频振荡检查算法往往难以有效检测。

目前，对于此类牵引网低频网压波动现象，已经开展了广泛研究，主要的保护手段是1)改善供电环境，降低牵引网阻抗，例如：增加牵引变电所变压器的容量等；2)由电力机车制造商对电力机车的控制参数进行修改。但是这些方法投资大，且均属于事后处理手段，因此，在牵引供电系统正常运行时，急切需要一种可以检测出低频网压波动现象并且投入行之有效的保护措施，对于牵引供电系统的安全稳定运行有着重要意义。

发明内容：

本发明的目的在于提供一种牵引供电系统低频网压波动检测和保护方法，主要是针对牵引供电系统中出现的低频网压波动现象，当牵引供电系统中发生低频振荡时，往往出来较大幅值的牵引网电压波动，造成牵引封锁，此时网压波动的包络呈现一种低频包络特征，通常为1-10Hz，根据牵引供电系统中低频网压波动的特征，该检测方法不同于已有的低频网压波动检查方法，其主要特征包括以下步骤：

(1)牵引网电压检测：电力机车升弓整备后由车载峰值电压检测电路实时检测受电点电压峰值V_peak，电压峰值不超过40kV，返回执行时峰值电压检测；当电压峰值超过40kV，以此避免瞬时电压尖峰造成保护误动，根据欧洲铁路标准EN50163，若电压有效值Vrms不超过29kV，返回执行时峰值电压检测；若电压有效值Vrms超过29kV，触发车载数据采集装置对牵引电压进行实时录波。

(2)牵引网电压数据采集：数据采集模块采用NI公司数据采集卡，获取的电压数据以文本形式保存在上位机中。为了避免存储器数据溢出，只需存储触发步骤(1)采样后1s的电压实测数据x(t)用于计算。

(3)数据处理：对采集到的电压数据进行截至频率为100Hz的低通滤波，保留有效的低频信息，利用数据处理模块上的本地时钟产生一个参考余弦信号其中f₀表示基波频率50Hz，表示该参考信号与实测信号x(t)的相位差。将(2)步骤所获实测数据与参考信号进行变换：

变换后的结果再通过一个截至频率为10Hz的数字低通滤波器，滤除变换后信号中所含有的高频分量，获得含有低频网压波动信息的信号u_t(t)

再利用数据处理模块装载的Prony算法对该信号进行识别，获得振荡频率f₁以及衰减因子d特征信息。

(4)牵引网低频网压波动保护策略：

4.1)判断检测的振荡频率f₁是否满足处于区间1-10Hz，如果不在频率范围内，认为不是低频网压波动现象，不进行保护，但保持继续检测；