[发明专利]动车组列车能耗计量系统及方法

权利要求书

1.动车组列车能耗计量系统，其特征在于，包括电压互感器、电流互感器、电压传感器、电流传感器以及能量计量模块；

所述电压互感器安装于牵引变压器高压侧，用于测量牵引变压器从供电网获取的交流电的第一电压值，并将测量的第一电压值发送至能量计量模块；

所述电流互感器安装于牵引变压器高压侧，用于测量牵引变压器从供电网获取的交流电的第一电流值，并将测量的第一电流值发送至能量计量模块；

所述电流传感器设置在牵引变压器和辅助供电系统的连线上，用于测量牵引变压器输出到辅助供电系统的直流电的第二电流值，并将测量的第二电流值发送至能量计量模块；

所述电压传感器设置在牵引变压器和辅助供电系统的回路上，用于测量牵引变压器输出到辅助供电系统的直流电的第二电压值，并将测量的第二电压值发送至能量计量模块；

所述能量计量模块，用于将获取的第一电压值、第一电流值、第二电压值以及第二电流值结合预设频谱分析算法，获取当前动车组列车的牵引输入的有功能耗、牵引输入的视在能耗、牵引输入的基波的有功能耗、牵引输入的谐波的有功能耗以及辅助能耗。

2.根据权利要求1所述的动车组列车能耗计量系统，其特征在于，能量计量模块包括一个能量计量装置主机和多个能量计量装置从机，所述能量计量装置主机和多个能量计量装置从机均和动车组列车网络连接。

3.根据权利要求2所述的动车组列车能耗计量系统，其特征在于，能量计量装置包括采样电路、放大电路、ADC转换电路、CPU、通信单元、实时时钟单元以及数据存储单元；

所述采样电路接收电流互感器、电压互感器、电压传感器以及电流传感器的第一电流值、第一电压值、第二电压值以及第二电流值，并将接收的电压值和电流值发送至放大电路；

所述放大电路，用于将放大后的电压值和电流值传输至ADC转换电路，所述ADC转换电路，用于将放大后的电压值和电流值转换为对应的数字信号，并将转换后的数字信号发送至CPU；

所述CPU，用于对电压值和电流值进行数据校准、频谱分析以及能耗计算，获取初始能耗数据；

所述实时时钟单元，用于结合初始能耗数据，获取当前动车组列车最终能耗数据；

所述数据储存单元，用于储存最终能耗数据；

所述通信单元，用于将最终能耗数据传输给动车组列车网络。

4.根据权利要求1所述的动车组列车能耗计量系统，其特征在于，CPU包括频谱分析单元和能耗计量单元；

所述频谱分析单元，用于通过FFT运算和频谱分析获取基波和预设共h项谐波的频率、幅值和初相位；

所述能耗计量单元，用于根据频谱分析单元获取的基波和预设共h项谐波的频率、幅值和初相位、电压互感器的原边电压、电流互感器的原边电压、电压传感器的原边电压以及电流传感器的原边电压获取牵引输入的有功能耗、牵引输入的视在能耗、牵引输入的基波的有功能耗、牵引输入的谐波的有功能耗以及辅助能耗。

5.根据权利要求4所述的动车组列车能耗计量系统，其特征在于，所述频谱分析单元中频谱分析的预设第h项谐波的频率修正公式为：

fh＝khΔf＝(α+kh1+0.5)Δf

其中，α的取值范围为[-0.5，0.5]，Kh1是第h项谐波峰值点Kh附近幅值最大的谱线，Δf为离散抽样间隔，Δf＝f/N，N是数据截断长度；

所述频谱分析单元中频谱分析的预设第h项谐波的幅值修正公式为：

Ah＝N^-1(y1+y2)v(α)

其中，y1是第h项谐波峰值点Kh附近幅值最大的谱线Kh1的幅值y₁＝|X(k_h1Δf)|，y2是第h项谐波峰值点Kh附近幅值次最大的谱线Kh2的幅值y₂＝|X(k_h2Δf)|；

所述频谱分析单元中频谱分析的预设第h项谐波的初相位修正公式为：

其中是w(n)的连续频谱，w(n)是Nuttal的窗函数，rh＝h。