【技术实现步骤摘要】
一种高速铁路车网系统谐波稳定性分析方法
本专利技术涉及轨道交通车网电气关系
，具体为一种高速铁路车网系统谐波稳定性分析方法。
技术介绍
近年来，随着电气化铁路的高速发展，大量交直交动车组和电力机车的投入运营，牵引供电系统的非线性负荷不断增多，这就使得高速铁路车网系产生谐波稳定性问题，例如车网低频振荡和谐波谐振等谐波不稳定现象。对于高速铁路车网耦合系统，牵引供电系统是传统电力系统，采用单相交流供电制式，为线性系统；和谐号动车组大量使用电力电子变换器，为典型的非线性系统，并且不同车型变换器的控制策略也不尽相同，这就导致高速铁路车网级联系统是一个十分复杂的非线性电力电子化的电力系统。对于车网这一单相系统，由于其具有的明显非对称性，构建dq坐标系分量也相对三相系统更为复杂。谐波线性化的方法是将时域小信号分量变换到频域，研究一种频谱系数关系的方法。Cespedes等人采用谐波线性化的方法，将dq控制下的三相逆变器的阻抗模型转化成正序、负序两个阻抗模型，最后对导纳给出了较为准确的测量结果。尽管对于逆变器的阻抗建模研...
【技术保护点】
1.一种高速铁路车网系统谐波稳定性分析方法，其特征在于，包括以下步骤：/n步骤1：建立长距离牵引网的双端口网络阻抗模型：/n
【技术特征摘要】
1.一种高速铁路车网系统谐波稳定性分析方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：建立长距离牵引网的双端口网络阻抗模型：
式中：uin和uout分别为长距离牵引网的输入电压和负载端的输出电压；iin和iout分别为长距离牵引网的输入电流和负载端的输出电流；Ys和Ym分别为长距离牵引网双端口网络的自导纳和互导纳；
长距离牵引网的双端口网络阻抗模型下的开环导纳Yopen和短路导纳Yshort：
利用上述公式，计算长距离牵引网的线路传播系数γ和特征阻抗Zc：
其中：l为牵引网总长；j为虚数单位；k为任意整数；
根据线路传播系数γ和特征阻抗Zc，计算任意距离下的牵引网阻抗，从而建立基于谐波传递的长距离牵引网阻抗模型：
其中：Zs为牵引网阻抗矩阵；Zspp为牵引网在复频域下的正序阻抗；Zsnn为牵引网在复频域下的负序阻抗；
步骤2：建立基于谐波线性化理论的动车组变换器的复频域下的导纳模型：
在牵引网公共耦合点电压vs和电流is中存在扰动频率为fp的小信号扰动，动车组变换器直流侧输出电压vdc存在扰动频率为fp的直流纹波扰动，具体表达式如下：
三种电气量各自在频域下的具体相量表达形式分别如下：
其中：V1为牵引网网侧电压稳态幅值；和分别小信号电压扰动在正序和负序下的幅值；φvp和φvn分别为小信号电压扰动正序和负序分量下的相角；I1为牵引网网侧电流稳态幅值；和分别为小信号电流扰动在稳态、正序和负序下的幅值；φip和φin分别为小信号电流扰动正序和负序分量下的相角；Vdc、分别为直流电压纹波扰动在稳态、正序和负序下的幅值；φdv为直流电压纹波扰动的相角；f1为工频，fp为小信号电压扰动和小信号电流扰动的扰动频率；分别为扰动电压在频域下正序、负序的相量表示；分别为扰动电流在频域下正序、负序的相量表示；
根据动车组变换器的控制框图和动车组变换器的主电路图，计算得到基于谐波线性化理论的动车组变换器的数学模型，具体表达式如下：
其中：M[f]为动车组变换器调制系数在频域下的分量；L、Lg和Cf分别为动车组变换器LCL滤波结构的动车组变换器前滤波电感、牵引网网侧滤波电感和滤波电容；表示频域下的卷积运算；f为频率；
利用基于谐波线性化理论的动车组变换器的数学模型，将其转换至复频域下，并写成导纳矩阵形式，具体表达式如下：
其中：Ypp和Ynn分别为动车组变换器在复频域下的正序导纳和负序导纳；Ypn和Ynp分别为动车组变换器在复频域下的耦合导纳；s为复频域算子，ω1为基频下的角速度，且ω1＝2πf1；
步骤3：对长距离牵引网双端口网络阻抗模型和基于谐波线性化理论的动车组变换器的频域下的导纳模型进行车网级联系统稳定性分析：
首先将长距离牵引网阻抗矩阵Zs与动车组变换器导纳矩阵相乘得到广义阻抗比矩阵L，基于广义奈奎斯特稳定性判据，判断广义阻抗矩阵L的特征值的奈奎斯特曲线在复平面上所围的区域是否包含点(-1，j0)：若是，判定系统不稳定；若否，判定系统稳定；j为虚数单位。
2.根据权利要求1的高速铁路车网系统谐波稳定性分析方法，其特征在于：所述步骤2中首先根据车网系统结构与控制框图，确定系统的稳态工作点，在此稳态工作点上针对系统的输入信号，即牵引网公共耦合点电压、电流以及变换器直流电压的稳定分量上叠加小信号扰动，从而建立描述该谐...
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