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基于FFT变换的动车组电能质量检测分析

发布日期:2022-06-06   来源:变频器世界   作者:王凯,梁競鑫,赵明东,王恒宇   浏览次数:11318
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【摘   要】:摘要:动车组在运行过程中,为保证供电的稳定性,需对其电能质量进行检测。本文介绍了动车组相关原理,并以FFT变换为理论核心,

   要:动车组在运行过程中,为保证供电的稳定性,需对其电能质量进行检测。本文介绍了动车组相关原理,并以FFT变换为理论核心,对电能质量问题进行了分析,将信号进行分解,得到其频谱。结果表明,FFT变换可以很好地检测出电能中的谐波等电能质量问题,这对动车组稳定运行有着重要意义。

关键词:动车组,电能质量,FFT变换

 

Power Quality Detection and Analysis of EMU Based on FFT Transformation

Wang Kai, Liang Jingxin, Zhao Mingdong, Wang Hengyu

(CRRC Qingdao Sifang Co., Ltd., Qingdao 266111, Shandong)

 

Abstract: During the operation of EMU, in order to ensure the stability of power supply, its power quality needs to be tested. This paper introduces the relevant principles of EMU, analyzes the power quality problem with FFT transform as the theoretical core, decomposes the signal and obtains its spectrum. The results show that FFT transform can well detect the power quality problems such as harmonics in power, which is of great significance to the stable operation of EMU.

Key words: EMU; Power quality; FFT transformation

 

1  引言

电能质量问题的提出由来已久。电能质量检测与分析一般基于傅里叶变换、S变换、小波变换等理论。然而,S变换的窗口函数不能是根函数。根据具体工程实际需要进行调整,缺乏通用性,计算量大。小波变换中小波基的选取比较复杂[1-2]。相比之下,傅里叶变换处理过程相对简单,而且也能很好地刻画信号的频率特性,短时傅里叶变换与快速傅里叶变换使得其处理问题更加广泛。因此目前很多工程问题仍使用傅里叶变换进行解决,本文基于快速傅里叶变换对动车组电能质量进行检测分析[3-5]

2  原理分析

傅里叶展开指的是用不同角频率的三角函数叠加来表示一个任意函数,这个函数具有周期性,但凡周期函数都可展开,平时我们所画波形,无论是正弦波,三角波,还是其他不规则波形,都是以时间为横坐标轴,而傅里叶展开波形则不同,它是从时间轴看过去的,所以展开波形每一个频率对应一条竖线。而我们主要运用三角形式的傅里叶展开,一般展开式如下:



3  仿真分析

动车组进行供电时,电压、频率都需要满足一定的要求。网侧电压给受电弓时,需要进行电力变换才能应用,这里我们利用理想的信号进行FFT分析,模拟各种电能质量问题,信号幅值220V,频率50Hz,仿真时间1s50个周期,在0.3s时出现扰动,在0.7s时恢复,这一点也符合电压中断、骤升、骤降持续时间多于半个周期,少于一分钟的特点。

3.1  电压中断、骤降、骤升的仿真分析

对于电压中断,电压骤升,电压骤降电能质量问题,采用理想信号进行检测分析。首先是电压中断的检测,电压中断值电压突然降低到额定电压的10%以下,图2为电压中断信号以及它的频谱图,从得到的频谱图中可以明显看出幅值是降低的,由于在0.3s-0.7s发生电压中断,信号整体能量会降低,幅值明显低于220V

 

电压骤降指电压突然降低到额定值得10%-90%,它与电压中断有相似之处,只不过发生电压骤降时,电压降低的幅度比电压中断小,但在动车组运行过程中,电压骤降发生频率比电压中断高,因此对其进行检测有很大的必要性。图3为电压骤降信号以及它的频谱图,对比图2中的频谱,可以看出电压骤降的幅值明显比电压中断小,信号频率都是50Hz


电压骤升是电压突然增大到额定值得110%以上,同样的通过图4中的频谱图可以看出幅值增大,表明发生了电压骤升,此时信号频率也是50Hz


电压中断、骤降、骤升都有一个共同点,那就是电压突然改变,这类电能质量问题特征明显,检测起来相对容易。然而,还有一些电能质量问题较为复杂,比如电压谐波,由于电力电子器件的应用,谐波成了亟待解决的问题,因此对其进行检测有一定的必要性。

3.2  电压谐波的仿真分析

电压谐波仿真也是采用220V50Hz的正弦波,0.3-0.7s加入谐波,进行傅里叶分析,频谱图5上可以明显看出3579次谐波,且高次谐波的幅值逐渐降低。


4  结论与展望

动车组受电弓电网供电存在电压中断、骤升、骤降、谐波、闪变等问题,本文采用FFT变换对其电能质量分析方法,不仅能够分析出电压中断、骤升、骤降等电能质量问题,也适应于电压谐波的检测,这对于动车组稳定供电有一定的参考意义。

参考文献

[1]徐勇,向运琨,曾麟,何哲. 基于分段加Nuttall窗插值FFT的电压暂降检测方法[J]. 自动化仪表, 2021,42(09):54-60.DOI:10.16086/j.cnki.issn1000-0380.2020120010.

[2]王燕.电能质量扰动检测的研究综述[J].电力系统保护与控制, 2021,49(13): 174-186. DOI:10.19783/j.cnki.pspc.201216.

[3]贺力克,易吉良.采用DSP实现信号高速采集与实时FFT运算[J].电子世界, 2021(05): 43-44. DOI:10.19353/j.cnki.dzsj.2021.05.020.

[4]蔡福天. 基于FFT-WPT理论的充电机谐波检测方法的研究[D].兰州理工大学, 2020. DOI:10.27206/d.cnki.ggsgu.2020.000300.

[5]甘帆. CRH2型动车组谐波分析及谐波建模[D].西安科技大学,2019.

 
 
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