电气化铁路电能谐波测量方法的研究

作     者：穆宝财 

作者单位：大连交通大学 

学位级别：硕士

导师姓名：金钧;崔泽彬

授予年度：2019年

学科分类：080802[工学-电力系统及其自动化] 0808[工学-电气工程] 08[工学] 082301[工学-道路与铁道工程] 0823[工学-交通运输工程] 

主      题：电气化铁路 谐波测量 虚拟仪器 LabVIEW 谐波测量管理系统 

摘      要：根据原铁道部关于电气化铁路的中长期规划,到2020年,全国电气化铁路总里程要达7.2万公里。电气化铁路发达与否已成为衡量一个国家是否现在化的重要标志。电网谐波作为电能的一种污染。近年来,随着电力电子器件的发展以及铁路机车功率的增大已逐渐发展成为一种主要的谐波污染源,但由于机车负载的非线性、随机性、冲击性等特点使得其与其它的用电设备产生的谐波有很大的不同,故而采用一般传统的谐波测量方法并不能够完全实现对电铁谐波的检测。为寻求适合电铁谐波测量的方法,本文对电气化铁路电能谐波测量方法展开了研究,并利用LabVIEW仿真测试了基于不同测量方法下电铁各次谐波的含量以及谐波畸变率THD,主要开展的研究工作如下:首先,开展了对本课题背景和意义的研究。包括公用电网谐波的发展与现状;谐波测量技术发展的三个阶段和谐波集中研究的方向;详细分析了电铁对电能谐波测量的影响,并在最后对全文的架构进行了合理的安排。其次,对电铁谐波进行了研究。包括谐波定义和分类、电铁谐波的特殊性以及电铁谐波对铁路安全运行带来的危害。然后,对谐波基于不同算法的测量方法进行了详细的理论分析。包括傅里叶算法、瞬时无功功率算法、小波变换算法和TLS-ESPRITS算法,并对每一种算法都进行了详细的理论分析和公式推导,为下文进行基于LabVIEW的不同算法的谐波测量管理系统设计提供了理论指导。最后,利用LabVIEW 工具对谐波测量管理系统进行了设计。包括公共模块设计和测量模块设计,其中公共模块设计了系统登录程序、数据采集程序、数据存储程序、数据显示程序和历史数据查询显示程序,为达到较好的测试效果,在数据采集部分设计了两种采集模式,一种足基于仿真数据的数据采集,一种足基于数据采集主的PCI-6034E数据采集,所有的数据存储后台程序都采用基于数据库SQL的存储方式:测量模块对基玉不同算法的测量程序分别进行了设计,包括FFT算法、瞬时无功功率算法、小波变换算法和TLS-ESPRITS算法。设置具有电铁谐波特点的谐波污染源,对设计的谐波测量管理系统进行仿真测试与分析。测试结果表明基于不同算法的谐波测量对谐波检测的结果存在着细微的差别,FFT算法不能较好地检测出非整周期谐波;瞬时无功功率算法可以捕获到很小的谐波无功电流;小波变换能够进行局部时频分析,并利用时域和频域联合表征信号;TLS-ESPRITS算法通过参数提取和分解能够对含有谐波的电能信号进行准确地辨识。