基于间谐波暂态能量流的枢纽型牵引供电系统低频振荡源定位

李亚雯; 陶海东; 胡海涛; 朱君; 何祥照; 傅祺; 张颖文

doi:10.7500/AEPS20241122001

您当前的位置：

首页 >

文章列表页 >

基于间谐波暂态能量流的枢纽型牵引供电系统低频振荡源定位

学术研究 | 更新时间：2025-09-25

- 基于间谐波暂态能量流的枢纽型牵引供电系统低频振荡源定位
- Low-frequency Oscillation Source Location of Hub Traction Power Supply System Based on Inter-harmonic Transient Energy Flow
- 电力系统自动化 2025年49卷第18期页码：97-105
- 作者机构：
  
  1.西南交通大学电气工程学院，四川省成都市 611756
  2.中国铁路成都局集团有限公司，四川省成都市 610082
- 作者简介：
  
  李亚雯(2002—)，女，硕士研究生，主要研究方向：牵引供电系统稳定性分析。E-mail：lywswjtu@163.com
  陶海东(1993—)，男，通信作者，副研究员，硕士生导师，主要研究方向：牵引供电系统稳定性与阻抗测量。E-mail：thd@swjtu.edu.cn
  胡海涛(1987—)，男，教授，博士生导师，主要研究方向：牵引供电系统/电力系统电能质量与稳定性。E-mail：hht@swjtu.edu.cn
- 基金信息：
  
  国家自然科学基金资助项目(U24A20150);四川省自然科学基金资助项目(2025ZNSFSC0446);中央高校基本科研业务费专项资金资助项目(2682024CX040)
- DOI：10.7500/AEPS20241122001
  中图分类号：
- 收稿日期：2024-11-22，
  
  修回日期：2025-03-20，
  
  网络出版日期：2025-07-14，
  
  纸质出版日期：2025-09-25
- 稿件说明：
移动端阅览
李亚雯,陶海东,胡海涛等.基于间谐波暂态能量流的枢纽型牵引供电系统低频振荡源定位[J].电力系统自动化,2025,49(18):97-105.

LI Yawen,TAO Haidong,HU Haitao,et al.Low-frequency Oscillation Source Location of Hub Traction Power Supply System Based on Inter-harmonic Transient Energy Flow[J].Automation of Electric Power Systems,2025,49(18):97-105.
李亚雯,陶海东,胡海涛等.基于间谐波暂态能量流的枢纽型牵引供电系统低频振荡源定位[J].电力系统自动化,2025,49(18):97-105. DOI： 10.7500/AEPS20241122001.

LI Yawen,TAO Haidong,HU Haitao,et al.Low-frequency Oscillation Source Location of Hub Traction Power Supply System Based on Inter-harmonic Transient Energy Flow[J].Automation of Electric Power Systems,2025,49(18):97-105. DOI： 10.7500/AEPS20241122001.

摘要

快速准确地实现“多车共网”的振荡源定位对于枢纽型牵引供电系统的振荡防治具有重要意义。文中提出了基于间谐波暂态能量的枢纽型牵引供电系统低频振荡源定位方法。首先，基于机车并网节点划分子系统，并推导了基于端口数据的子系统间谐波暂态能量计算公式，证明了子系统间谐波暂态能量流方向是判断该子系统是否为低频振荡源的重要条件。然后，基于傅里叶分析方法提取端口模态信息，计算间谐波暂态能量，通过监测各子系统的间谐波暂态能量流方向实现振荡源的定位。最后，构造了枢纽型牵引供电系统负阻尼类型的低频振荡场景，结合牵引供电系统机车动态移动及工况时变的特性，分析了机车工况以及位置对振荡源定位结果的影响，并结合现场实测数据，验证了所提方法的有效性。

Abstract

The fast and accurate oscillation source location of “multi-locomotive network” is of great significance for the oscillation prevention and control of the hub traction power supply system. This paper proposes a low-frequency oscillation source location method of hub traction power supply systems based on inter-harmonic transient energy. First

the subsystem is divided based on the locomotive grid-connected node

and the calculation formula for the subsystem inter-harmonic transient energy is derived by using port data. It is proven that the direction of subsystem inter-harmonic transient energy flow is an important condition to judge whether the subsystem is a low-frequency oscillation source. Then

based on the Fourier analysis method

the port modal information is extracted to calculate the inter-harmonic transient energy. The oscillation source is located by monitoring the inter-harmonic transient energy flow direction of each subsystem. Finally

the low-frequency oscillation scenario of the negative damping type of the hub traction power supply system is constructed. Combined with the dynamic movement of the traction power supply system and the time-varying characteristics of the working conditions

the influence of the locomotive working conditions and position on the oscillation source location results is analyzed. Combined with the on-site measured data

the effectiveness of the proposed method is verified.

关键词

Keywords

references

HU H T ， ZHOU Y ， LI X ， et al . Low-frequency oscillation in electric railway depot： a comprehensive review ［J］. IEEE Transactions on Power Electronics ， 2021 ， 36 （ 1 ）： 295 - 314 .

LIAO Y C ， LIU Z G ， ZHANG H ， et al . Low-frequency stability analysis of single-phase system with dq -frame impedance approach： Part Ⅰ impedance modeling and verification ［J］. IEEE Transactions on Industry Applications ， 2018 ， 54 （ 5 ）： 4999 - 5011 .

周毅，胡海涛，杨孝伟，等 . 电气化铁路车网耦合系统低频振荡分析［J］. 中国电机工程学报， 2017 ， 37 （增刊1 ）： 72 - 80 .

ZHOU Yi ， HU Haitao ， YANG Xiaowei ， et al . Analysis of low-frequency oscillation in train-traction network coupling system of electrified railway ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2017 ， 37 （ S1 ）： 72 - 80 .

陈磊，王文婕，王茂海，等 . 利用暂态能量流的次同步强迫振荡扰动源定位及阻尼评估［J］. 电力系统自动化， 2016 ， 40 （ 19 ）： 1 - 8 .

CHEN Lei ， WANG Wenjie ， WANG Maohai ， et al . Disturbance source location of subsynchronous forced oscillation and damping evaluation using transient energy flow ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2016 ， 40 （ 19 ）： 1 - 8 .

CHEN L ， MIN Y ， HU W . An energy-based method for location of power system oscillation source ［J］. IEEE Transactions on Power Systems ， 2013 ， 28 （ 2 ）： 828 - 836 .

陈磊，陈亦平，闵勇，等 . 基于振荡能量的低频振荡分析与振荡源定位：（二）振荡源定位方法与算例［J］. 电力系统自动化， 2012 ， 36 （ 4 ）： 1 - 5 .

CHEN Lei ， CHEN Yiping ， MIN Yong ， et al . Low frequency oscillation analysis and oscillation source location based on oscillation energy： Part two method for oscillation source location and case studies ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2012 ， 36 （ 4 ）： 1 - 5 .

谢小荣，刘华坤，贺静波，等 . 电力系统新型振荡问题浅析［J］. 中国电机工程学报， 2018 ， 38 （ 10 ）： 2821 - 2828 .

XIE Xiaorong ， LIU Huakun ， HE Jingbo ， et al . On new oscillation issues of power systems ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2018 ， 38 （ 10 ）： 2821 - 2828 .

陈曦，吴熙，顾文，等 . 基于次同步模态能量的双馈风机并网系统次同步振荡能量分析与溯源方法研究［J］. 中国电机工程学报， 2023 ， 43 （ 15 ）： 5863 - 5877 .

CHEN Xi ， WU Xi ， GU Wen ， et al . Research on energy analysis and SSO source location method for power grids with DFIGs based on the sub-synchronous modal energy ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2023 ， 43 （ 15 ）： 5863 - 5877 .

MA J ， ZHANG Y X ， SHEN Y Q ， et al . Equipment-level locating of low frequency oscillating source in power system with DFIG integration based on dynamic energy flow ［J］. IEEE Transactions on Power Systems ， 2020 ， 35 （ 5 ）： 3433 - 3447 .

沈雅琦 . 动态能量在双馈风电并网系统宽频振荡中的应用［D］. 北京：华北电力大学， 2022 .

SHEN Yaqi . Application of dynamic energy in broadband oscillation of DFIG wind power connected system ［D］. Beijing ： North China Electric Power University ， 2022 .

沈雅琦，马静 . 含虚拟惯量的双馈风电机组动态能量模型及振荡稳定性研究［J］. 中国电机工程学报， 2022 ， 42 （ 15 ）： 5506 - 5523 .

SHEN Yaqi ， MA Jing . Study on dynamic energy model of DFIG with virtual inertia control and oscillation stability analysis ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2022 ， 42 （ 15 ）： 5506 - 5523 .

姜涛，李孟豪，李雪，等 . 电力系统强迫振荡源的时频域定位方法［J］. 电力系统自动化， 2021 ， 45 （ 9 ）： 98 - 106 .

JIANG Tao ， LI Menghao ， LI Xue ， et al . Time-frequency domain location method for forced oscillation source in power system ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2021 ， 45 （ 9 ）： 98 - 106 .

姜涛，高浛，李筱静，等 . 基于小波耗散能量谱的电力系统强迫振荡源定位［J］. 电工技术学报， 2023 ， 38 （ 7 ）： 1737 - 1750 .

JIANG Tao ， GAO Han ， LI Xiaojing ， et al . Forced oscillation source location in power system using wavelet dissipation energy spectrum ［J］. Transactions of China Electrotechnical Society ， 2023 ， 38 （ 7 ）： 1737 - 1750 .

姜涛，叶楠，李国庆 . 电力系统强迫振荡源定位的时-频域耗散能量流方法［J］. 电力系统自动化， 2024 ， 48 （ 19 ）： 120 - 128 .

JIANG Tao ， YE Nan ， LI Guoqing . Time-frequency domain dissipation energy flow method for forced oscillation source location in power system ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2024 ， 48 （ 19 ）： 120 - 128 .

ESTEVEZ P G ， MARCHI P ， GALARZA C ， et al . Non-stationary power system forced oscillation analysis using synchrosqueezing transform ［J］. IEEE Transactions on Power Systems ， 2021 ， 36 （ 2 ）： 1583 - 1593 .

郑天悦，焦典，周雨豪，等 . 基于频域贡献因子的混合风电场内振荡源在线定位研究［J］. 电网与清洁能源， 2023 ， 39 （ 4 ）： 118 - 128 .

ZHENG Tianyue ， JIAO Dian ， ZHOU Yuhao ， et al . Online localization of oscillation sources in hybrid wind farms based on frequency domain contribution factors ［J］. Power System and Clean Energy ， 2023 ， 39 （ 4 ）： 118 - 128 .

余一平，闵勇，陈磊，等 . 周期性负荷扰动引发强迫功率振荡分析［J］. 电力系统自动化， 2010 ， 34 （ 6 ）： 7 - 11 .

YU Yiping ， MIN Yong ， CHEN Lei ， et al . Analysis of forced power oscillation caused by continuous cyclical load disturbances ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2010 ， 34 （ 6 ）： 7 - 11 .

王茂海，孙昊 . 强迫功率振荡源的在线定位分析技术［J］. 中国电机工程学报， 2014 ， 34 （ 34 ）： 6209 - 6215 .

WANG Maohai ， SUN Hao . An analysis method for forced power oscillation source detection ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2014 ， 34 （ 34 ）： 6209 - 6215 .

余明，姚伟，赵一帆，等 . 基于短时傅里叶变换和两阶段深度迁移学习的多频段振荡源定位［J］. 电力系统保护与控制， 2025 ， 53 （ 3 ）： 81 - 94 .

YU Ming ， YAO Wei ， ZHAO Yifan ， et al . Multi-frequency band oscillation source location based on STFT and two-stage deep transfer learning ［J］. Power System Protection and Control ， 2025 ， 53 （ 3 ）： 81 - 94 .

冯双，陈佳宁，汤奕，等 . 基于SPWVD图像和深度迁移学习的强迫振荡源定位方法［J］. 电力系统自动化， 2020 ， 44 （ 17 ）： 78 - 87 .

FENG Shuang ， CHEN Jianing ， TANG Yi ， et al . Location method of forced oscillation source based on SPWVD image and deep transfer learning ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2020 ， 44 （ 17 ）： 78 - 87 .

高浛 . 数据驱动的电力系统强迫振荡源定位［D］. 吉林：东北电力大学， 2023 .

GAO Han . Data-driven forced oscillation source location in power system ［D］. Jilin ： Northeast Electric Power University ， 2023 .

LIU C X ， HAN J B . Evaluation of the sub-synchronous control interaction based on the elastic energy equivalent system ［J］. IEEE Transactions on Power Systems ， 2023 ， 38 （ 4 ）： 3897 - 3910 .

吴熙，何琴，陈曦，等 . 基于分布式协同的强迫次同步振荡溯源方法研究［J/OL］. 中国电机工程学报［ 2024-10-11 ］. http：//kns.cnki.net/kcms/detail/11.2107.tm.20240910.1713.008.html http://kns.cnki.net/kcms/detail/11.2107.tm.20240910.1713.008.html .

WU Xi ， HE Qin ， CHEN Xi ， et al . The research on forced sub-synchronous oscillation source tracing method based on distributed collaboration ［J/OL］. Proceedings of the CSEE ［ 2024-10-11 ］. http：//kns.cnki.net/kcms/detail/11.2107.tm.20240910.1713.008.html http://kns.cnki.net/kcms/detail/11.2107.tm.20240910.1713.008.html .

项晓强 . 双馈风机并网次同步振荡机理与控制措施研究［D］. 北京：华北电力大学， 2019 .

XIANG Xiaoqiang . Study on mechanism and control strategy of sub-synchronous oscillation caused by DFIG-based wind turbines connected to grid ［D］. Beijing ： North China Electric Power University ， 2019 .

ZHOU Y ， HU H T ， YANG X W ， et al . Impacts of quadrature signal generation-based PLLs on low-frequency oscillation in an electric railway system ［J］. IEEE Transactions on Transportation Electrification ， 2021 ， 7 （ 4 ）： 3124 - 3136 .

刘承锡，韩江北，尚磊，等 . 能量视角下的新能源外送系统宽频振荡机理建模与量化分析综述［J］. 电网技术， 2023 ， 47 （ 10 ）： 3980 - 3993 .

LIU Chengxi ， HAN Jiangbei ， SHANG Lei ， et al . Review of modeling and evaluation of wide-band oscillation in power systems integrated with renewable energy generation in view of energy ［J］. Power System Technology ， 2023 ， 47 （ 10 ）： 3980 - 3993 .

浏览量

下载量

CSCD

文章被引用时，请邮件提醒。

提交

工具集

关联资源

基于WAMS的负阻尼低频振荡与强迫功率振荡的特征判别

基于多元同步压缩广义S变换的电力系统次同步振荡源定位

基于复转矩系数的无内环构网变流器低频振荡分析与抑制策略

新型电力系统稳定器研究初探