1.一种牵引供电系统谐波阻抗测量装置,其特征在于:降压变压器(TP)的原边线圈串联开关(S1)及电流传感器(TA),且并联电压传感器(TV),然后与接触网(T)和钢轨(G)相连,次边线圈与由四个二极管构成的单相不控整流电路(UR)交流侧相连;不控整流电路(UR)直流侧并联稳压电容(C1),开关元器件(IGBT)接选择器开关(S2),并与扰动负载(R1~Rn)相连后同时并联于不控整流电路(UR)直流侧,开关元器件(IGBT)上并联由电阻(R)与电容(C2)串联而成的缓冲电路;开关元器件(IGBT)的驱动信号(SPWM)由信号发生及处理模块(MC)结合驱动与保护电路(Q)产生;电压传感器(TV)和电流传感器(TA)的输出端均与信号调理电路(SC)的输入端相连,信号调理电路(SC)输出端接于信号发生及处理模块(MC)输入端,显示屏(S)接于信号发生及处理模块(MC)的输出端。
2.根据权利要求1所述的一种牵引供电系统谐波阻抗测量装置,所述的信号发生及处理模块(MC)由微处理器实现,微处理器根据电压传感器(TV)和电流传感器(TA)的电压、电流信号,结合谐波阻抗计算公式,在显示屏(S)上显示牵引供电系统的谐波阻抗特性;信号发生及处理模块(MC)输出一定调制比的SPWM调制信号,经过驱动与保护电路(Q)将调制信号进行放大,从而对IGBT进行控制。
3.一种使用权利要求1或2所述测量装置的牵引供电系统谐波阻抗的测量方法,包括如下的主要步骤:
A、装置阈值设定:降压变压器(TP)变比设定为27.5kV/380V;扰动负载(R1~Rn)功率范围为4kW~10kW;当牵引供电系统容量较大如30MVA时,利用开关(S2)选择功率为10kW的扰动负载;当牵引供电系统容量较小如10MVA时,利用开关(S2)选择4kW的扰动负载;信号发生及处理模块(MC)产生的SPWM调制信号的载波频率为500Hz,调制波频率为50Hz;
B、扰动引入:在完成A步骤后,闭合开关(S1),将牵引供电系统谐波阻抗测量装置接入到牵引供电系统之中,降压变压器(TP)将牵引供电系统的27.5kV电压等级降低到380V电压等级,通过单相不控整流电路(UR)将单相交流电转化为直流电,从而供给扰动负载(R1~Rn)使用;负载(R1~Rn)的选择已在A步骤中设定;信号发生及处理模块(MC)根据预先固化的程序,产生的SPWM调制信号达到如A步骤所设指标后输送给驱动与保护电路(Q)进行信号的放大处理,然后输送给IGBT对扰动负载(R1~Rn)进行开关控制,通过此扰动方法在牵引供电系统之中引入的电压电流强谐波分量fd,spwm(k),fd,spwm(k)=fspwm×(1+2k)±50(k=0,
1,2...),其中fspwm为SPWM调制信号频率;
C、扰动后电压电流参数采集:采样由电压传感器(TV)原边所得的电压时域信号u(t)和由电流传感器(TA)所得的电流时域信号i(t),通过信号调理电路(SC)进行信号的处理,然后传送给信号发生及处理模块(MC)进行数据的分析;
D、牵引供电系统谐波阻抗获取:在信号发生及处理模块(MC)之中利用快速傅里叶变换将时域电压电流信号u(t)、i(t)变换到频域,得到频域的电压信号U(jω),U(jω)=[U(jω1),U(jω2),...,U(jωn)]和频域电流信号I(jω),I(jω)=[I(jω1),I(jω2),...,I(jωn)],再结合阻抗计算公式Z(jωn)=U(jωn)/I(jωn)得到牵引供电系统的谐波阻抗特性,最后将得到的牵引供电系统谐波阻抗特性输出到与信号发生及处理模块(MC)相连接的显示屏(S),在显示屏(S)上实时显示所测牵引供电系统的谐波阻抗特性。