本發明涉及高速鐵路電力，具體為一種基于hapf的鐵路諧波抑制可視化分析方法及系統。

背景技術：

1、在高速鐵路牽引供電系統中，隨著列車運行速度的不斷提升及電力牽引負載的波動性加劇，牽引供電系統的電能質量問題愈加復雜，尤其是諧波和無功功率問題表現得尤為突出。高速鐵路在日常運行過程中，牽引負載因列車啟動、加速、制動等運行狀態的頻繁變化，導致無功功率在供電區間內波動劇烈，進而影響供電系統的整體穩定性和可靠性。雖然現有技術已引入補償電容和磁控電抗器等無功補償裝置，這些裝置能夠一定程度上進行無功跟蹤補償，減少因電容反復投切所引發的無功波動，但這些技術手段在實際運行中卻存在明顯的不足之處。首先，牽引供電系統的諧波成分復雜，尤其是在牽引電流的大功率驅動下，諧波含量隨列車類型和運行工況的不同而發生顯著變化，而補償電容和磁控電抗器的主要功能是無功功率補償，難以有效應對頻譜較寬、頻率不定的諧波成分。其次，傳統無源濾波器盡管能夠在一定程度上消除固定頻率的諧波，但其針對特定頻率的諧波濾波效果有限，無法滿足復雜多變的牽引供電系統的需求。無源濾波器的濾波性能受系統參數和環境變化的影響較大，導致其難以適應頻繁變化的牽引電流諧波特性。此外，部分無源濾波器還可能與供電系統發生諧振，進一步惡化電能質量。

2、此外，由于牽引供電系統的諧波源復雜，諧波電流的高頻成分容易在系統中形成諧振點，從而引發高次諧波諧振過電壓現象。此類諧振現象不僅會影響設備的正常工作，還會導致系統設備的壽命縮短和故障率增加，甚至引發安全問題。同時，牽引供電系統中存在多種不同的工況，例如雙列牽引、雙列制動以及混合運行工況等，這些工況導致系統內的負序分量和諧波分布不均勻，進一步加劇了諧波治理的難度。由于現有無源濾波器和常規補償設備難以靈活適應不同工況的變化，電能質量問題在高速鐵路系統中日益顯現。因此，在高速鐵路牽引供電系統中，亟需一種能夠適應多種工況的動態諧波治理技術，以滿足系統對于電能質量管理的高標準要求。

技術實現思路

1、鑒于上述存在的問題，提出了本發明。

2、因此，本發明解決的技術問題是：現有的牽引供電方法存在系統設備的壽命短，故障率高，易引發安全問題，以及單靠無源濾波器難以完全消除諧波的問題。

3、為解決上述技術問題，本發明提供如下技術方案：一種基于hapf的鐵路諧波抑制可視化分析及系統，包括分析高速鐵路牽引供電系統諧波；運用ppf諧波治理方法構建hapf混合濾波；結合實際數據構建車網耦合的牽引供電系統仿真模型并設計六種工況進行諧波特性與負序分析。

4、作為本發明所述的一種基于hapf的鐵路諧波抑制可視化分析及系統的一種優選方案，其中：所述分析高速鐵路牽引供電系統諧波包括動車組輸出的諧波電流存在諧振點的諧波時，將誘發諧波諧振，產生高次諧波諧振過電壓。

5、作為本發明所述的一種基于hapf的鐵路諧波抑制可視化分析及系統的一種優選方案，其中：所述運用ppf諧波治理方法構建hapf混合濾波包括hapf中的無源濾波器，采用三條單調諧與二階高通濾波器組合方法進行濾波處理；

6、hapf的阻抗與信號頻率成正比。

7、作為本發明所述的一種基于hapf的鐵路諧波抑制可視化分析及系統的一種優選方案，其中：所述運用ppf諧波治理方法構建hapf混合濾波包括阻抗zh表示為：

8、zh＝za+zb

9、

10、其中，z1、z2、z3表示hapf混合濾波器中串聯支路各復阻抗，za表示z1、z2、z3三條串聯支路的整體部分復阻抗，zb表示hapf混合濾波器分支中并聯支路整體部分復阻抗。

11、作為本發明所述的一種基于hapf的鐵路諧波抑制可視化分析及系統的一種優選方案，其中：所述結合實際數據構建車網耦合的牽引供電系統仿真模型并設計六種工況進行諧波特性與負序分析包括結合國內牽引變電所的設備電氣參數，構建對仿真參數；

12、結合機車模型以及牽引供電系統，設計六類機車工況來進行電網側負序與諧波分析。

13、作為本發明所述的一種基于hapf的鐵路諧波抑制可視化分析及系統的一種優選方案，其中：所述結合實際數據構建車網耦合的牽引供電系統仿真模型并設計六種工況進行諧波特性與負序分析包括通過控制機車運行狀態仿真，對不同速度下的諧波數據進行分析。

14、作為本發明所述的一種基于hapf的鐵路諧波抑制可視化分析及系統的一種優選方案，其中：所述結合實際數據構建車網耦合的牽引供電系統仿真模型并設計六種工況進行諧波特性與負序分析包括使用相關系數來描述緊密程度用r表示，表示為:

15、

16、其中，r表示簡單相關系數；，n表示樣本容量，y表示因變量，x表示自變量；

17、輸出spearman相關系數時，用表示為:

18、

19、選擇線性回歸模型，使用最小二乘法對參數a、b進行估計，估算后速度與諧波之間的線性關系表示為：

20、

21、其中，表示實際應用的線性回歸參數；

22、回歸模型與實際數據點之間的偏差平方和為：

23、

24、表示為：

25、

26、其中，為實際應用的線性回歸參數，n為樣本容量，yi為因變量，xi為自變量；

27、在實際輸出后選擇變換后線性模型的pearson相關系數絕對值最大的模型進行回歸建模。

28、本發明的另外一個目的是提供一種基于hapf的鐵路諧波抑制可視化分析及系統，其能通過運用ppf諧波治理方法構建hapf混合濾波，解決了目前的牽引供電方法含有靠無源濾波器難以完全消除諧波的問題。

29、作為本發明所述的基于hapf的鐵路諧波抑制可視化分析系統的一種優選方案，其中：包括諧波分析模塊，hapf混合濾波構建模塊，牽引供電系統仿真模型構建模塊；所述諧波分析模塊用于分析高速鐵路牽引供電系統諧波問題；所述hapf混合濾波構建模塊用于運用ppf諧波治理方法構建hapf混合濾波；所述牽引供電系統仿真模型構建模塊用于結合實際數據建立車網耦合的牽引供電系統仿真模型，并設計六種工況。

30、一種計算機設備，包括存儲器和處理器，所述存儲器存儲有計算機程序，所述處理器執行所述計算機程序是實現基于hapf的鐵路諧波抑制可視化分析方法的步驟。

31、一種計算機可讀存儲介質，其上存儲有計算機程序，所述計算機程序被處理器執行時實現一種基于hapf的鐵路諧波抑制可視化分析及系統的步驟。

32、本發明的有益效果：本發明提供的一種基于hapf的鐵路諧波抑制可視化分析及系統通過搭建hapf混合濾波器處理系統諧波問題，并采用可視化方案對不同速度下的諧波進行可視化時域相關性分析與回歸分析。hapf模塊中無源濾波器用三條單調諧與二階高通濾波器組合濾波，可跟蹤消除諧波電流，更全面處理高鐵牽引供電系統諧波問題。用labview軟件編寫相關性分析程序，得出各次諧波電流含有量與動車組速度呈線性關系，并算出表達式，為今后高鐵設計和諧波治理工作提供一定參考依據。