基于matlab和小波变换的电力机车谐波电流分析

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1、万方数据第32卷第l期2012年1月电力自动化设备ElPctri(’PowerAutomationEquipmentVoL32No．1Jan．2012@基于MATLAB和小波变换的电力机车谐波电流分析赵闻蕾1，一，孔莉1，王娟娟1，甄霞1(1．大连交通大学电气信息学院，辽宁大连116028；2．大连理工大学电气工程学院，辽宁大连116024)摘要：介绍了基于小波变换的谐波检测方法．应用小波变换良好的时频局部化特性对电力机车牵引负荷进行谐波检测。以SS。：型电力机车为研究对象，利用最小描述长度准则确定了分析谐波的最佳小波函数，在MAT

2、LAB环境下进行小波算法编程。仿真结果表明：小波变换能快速准确地将信号中的基波和不同频率的谐波信号分解出来．实现谐波检测。关键词：小波变换：谐波检测；电力机车：最小描述长度准则：MATLAB中图分类号：TM714；U224文献标识码：A文章编号：1006—6047(2012)01—0103—040引言电力机车功率大．自身整流电路产生的谐波注入接触网后对牵引供电系统、轨道电路、通信系统以及机车传动系统的部件如主变压器等均将产生较大的影响。低次谐波会对电力系统产生严重影响．而高次谐波则对沿线通信系统产生干扰。对其谐波进行分析并提出必要的

3、防治措施．对于机车的设计和运用均具有一定的现实意义。与传统的傅里叶变换方法相比．小波分析是窗口大小固定、形状不定的时频局部化分析方法，即其时域和频域窗窗口大小可变而又互相制约．它在高频部分具有较低的频率分辨率和较高的时间分辨率，而在低频部分具有较高的频率分辨率和较低的时间分辨率．这种特性使得小波变换具有对信号的自适应性．因此更适合于分析时变的电气化铁路谐波信号【lJ。本文将小波变换方法应用于电力机车的谐波分析．采用最小描述长度(MDL)准则选取了适合于分析谐波电流的最佳小波函数．并确定了合适的分解尺度．利用MATLAB小波工具箱的函

4、数进行编程．实现了较好的谐波分析。1电气化铁道组成电气化铁道由牵引供电系统和电力机车两部分组成，其接线结构如图1所示。牵引变电所是电气化铁路供电系统的核心．主要功能是变压和变相。馈电线、接触网、轨道和回流收稿日期：2010—10一16：修回日期：201l一06一15基金项目：辽宁省大连市信息产业局资助项目(20llJ21DW007)；大连市经委科技基金资助项目(X797461Proiectsupposedby出eScienceTechnologyFoundationofDalian(2011J21DW007)andtheTechno

5、logyFoundationofDalianEconomicCommittee(X79746)ABC图1电气化铁道接线结构图Fig．1Wiringdiagramofelectrifiedrailway线共同构成牵引网．其作用是向电力机车供应电能。电流从牵引变电所流出．经馈电线输送到接触网．然后通过电力机车、轨道和回流线流回牵引变电所。电力机车是电气化铁道的主要负荷．以电能为牵引动力。机车行驶时．通过顶部的受电弓升起与接触网相连接．获取25kV或27．5kV交流电．经机车变压器变为低压交流电．并经机车主电路将交流电整流为直流电．供给牵

6、引电动机。牵引电动机受电工作．带动机车的车轴和车轮转动．从而与轨道间产生摩擦力．驱使机车前行。电力机车运行情况比较复杂．在不同的工作阶段．谐波含量会有较大的差别．导致电气化铁路的谐波具有一定的随机性．因此需要使用一种能适应时变谐波的分析方法来对其进行谐波分析．．2小波变换理论分析小波分析具备局部分析与细化的能力．被认为是信号分析T具和方法上的重大突破。其具有以下特点[2-3]：在高频范围内时间分辨率高．在低频范围内频率分辨率高，既适合分析平稳信号，又适合分析非平稳信号：利用离散小波变换可以将信号分解到各个尺度上。万方数据@电力自动化

7、设备第32卷设沙∈L2nLl且解析函数函(0)=0，则按如下方式生成的函数簇{沙。．6}称为分析小波(analyzingwavelet)或连续小波：儿，6(t)=㈦圳：砂(半)beR，aeR一10}(1)其中，沙称为基本小波或母小波(motherwavelet)；bER称为平移参数；aeR一{0}称为尺度函数[2】。根据小波变换的形式和内容不同．小波变换有连续小波变换和离散小波变换之分．在工程应用中常采用离散小波变换【3]。即连续小波函数弗la,b㈤=杀引譬)0'6ER；DoVIⅡI满足允许性条件(admissibleconditi

8、on)：G：fj雠d∞<∞(2)Ju(cJ把连续小波变换的尺度口和平移参数b离散化。得到：o=a'o，b=Ii}aJobojeZ，ao>1则相应的离散小波函数为砂m(￡)=aj儿沙(耐t-kbo)(3)．而离散化的小波变换系数可表示为