本發(fā)明涉及數(shù)據(jù)處理，尤其涉及一種地鐵直流供電系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)功率因數(shù)校正方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、地鐵直流供電系統(tǒng)是城市軌道交通的關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施，其性能直接影響列車(chē)運(yùn)行的安全性、可靠性和能源效率。傳統(tǒng)的功率因數(shù)校正方法主要依賴(lài)于靜態(tài)補(bǔ)償裝置，如無(wú)功補(bǔ)償器和有源濾波器。這些裝置通過(guò)在固定位置注入無(wú)功功率或?yàn)V除諧波來(lái)改善功率因數(shù)。同時(shí)，一些先進(jìn)的控制策略，如模糊控制和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制，也被應(yīng)用于功率因數(shù)優(yōu)化。這些方法在一定程度上提高了系統(tǒng)的電能質(zhì)量，減少了電能損耗，為地鐵系統(tǒng)的高效運(yùn)行提供了支持。

2、然而，現(xiàn)有技術(shù)存在一些顯著的不足。首先，靜態(tài)補(bǔ)償裝置難以適應(yīng)地鐵系統(tǒng)負(fù)載的快速變化和復(fù)雜性，導(dǎo)致補(bǔ)償效果不穩(wěn)定。其次，傳統(tǒng)控制策略往往只關(guān)注單一設(shè)備或局部系統(tǒng)的優(yōu)化，缺乏對(duì)整個(gè)供電網(wǎng)絡(luò)的全局考慮。再者，現(xiàn)有方法通常采用固定參數(shù)或預(yù)設(shè)模型，無(wú)法有效應(yīng)對(duì)系統(tǒng)參數(shù)的動(dòng)態(tài)變化和不確定性。此外，大多數(shù)功率因數(shù)校正方法未能充分利用實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和高級(jí)數(shù)據(jù)分析技術(shù)，導(dǎo)致優(yōu)化決策的時(shí)效性和準(zhǔn)確性不足。最后，現(xiàn)有技術(shù)在處理諧波污染和功率因數(shù)優(yōu)化之間的權(quán)衡關(guān)系時(shí)，往往難以取得理想的平衡。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、有鑒于此，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種地鐵直流供電系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)功率因數(shù)校正方法及系統(tǒng)，用于提高動(dòng)態(tài)功率因數(shù)校正的準(zhǔn)確率及效率。

2、本發(fā)明提供了一種地鐵直流供電系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)功率因數(shù)校正方法，包括：對(duì)地鐵直流供電系統(tǒng)的關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集，得到原始數(shù)據(jù)集；對(duì)所述原始數(shù)據(jù)集進(jìn)行快速傅里葉變換處理，得到包含電壓電流諧波成分的頻譜數(shù)據(jù)；對(duì)所述頻譜數(shù)據(jù)進(jìn)行動(dòng)態(tài)功率因數(shù)計(jì)算和諧波失真分析，得到實(shí)時(shí)功率因數(shù)值序列和諧波失真度序列；基于所述實(shí)時(shí)功率因數(shù)值序列和諧波失真度序列，進(jìn)行多參數(shù)相關(guān)性分析和趨勢(shì)預(yù)測(cè)，得到功率因數(shù)優(yōu)化的影響因素?cái)?shù)據(jù)和預(yù)期變化趨勢(shì)；根據(jù)所述影響因素?cái)?shù)據(jù)和預(yù)期變化趨勢(shì)，進(jìn)行參數(shù)敏感度計(jì)算和優(yōu)先級(jí)排序，生成變電所整流器觸發(fā)角和車(chē)載逆變器調(diào)制指數(shù)的調(diào)節(jié)策略；基于所述調(diào)節(jié)策略，實(shí)時(shí)調(diào)整變電所整流器觸發(fā)角和車(chē)載逆變器調(diào)制指數(shù)，對(duì)實(shí)時(shí)功率因數(shù)值序列進(jìn)行動(dòng)態(tài)校正，得到校正后的功率因數(shù)值序列。

3、在本發(fā)明中，所述對(duì)地鐵直流供電系統(tǒng)的關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集，得到原始數(shù)據(jù)集步驟，包括：在所述地鐵直流供電系統(tǒng)的牽引變電所的輸出端安裝電壓傳感器和電流傳感器，采集初始直流電壓和初始電流數(shù)據(jù)，并將所述初始直流電壓以及所述初始電流數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，得到數(shù)字電壓數(shù)據(jù)以及數(shù)字電流數(shù)據(jù)；采集列車(chē)的實(shí)時(shí)位置坐標(biāo)和運(yùn)行狀態(tài)信息，并將所述實(shí)時(shí)位置坐標(biāo)和運(yùn)行狀態(tài)信息編碼為預(yù)設(shè)的標(biāo)準(zhǔn)格式，得到編碼位置信息以及編碼狀態(tài)信息；對(duì)所述數(shù)字電壓數(shù)據(jù)以及所述數(shù)字電流數(shù)據(jù)進(jìn)行噪聲濾波和異常值檢測(cè)，剔除干擾信號(hào)和離群值，得到清洗電壓數(shù)據(jù)以及清洗電流數(shù)據(jù)；對(duì)所述清洗電壓數(shù)據(jù)以及清洗電流數(shù)據(jù)進(jìn)行時(shí)間戳對(duì)齊和數(shù)據(jù)補(bǔ)全，得到同步電壓數(shù)據(jù)以及同步電流數(shù)據(jù)；對(duì)所述編碼位置信息進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，將物理坐標(biāo)映射到所述地鐵直流供電系統(tǒng)的供電網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，得到列車(chē)位置信息，并對(duì)所述編碼狀態(tài)信息進(jìn)行數(shù)據(jù)解碼，得到列車(chē)狀態(tài)數(shù)據(jù)；將所述同步電壓數(shù)據(jù)、所述同步電流數(shù)據(jù)、所述列車(chē)位置信息以及所述列車(chē)狀態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行時(shí)間序列合并，得到所述原始數(shù)據(jù)集。

4、在本發(fā)明中，所述對(duì)所述原始數(shù)據(jù)集進(jìn)行快速傅里葉變換處理，得到電壓頻譜數(shù)據(jù)以及電流頻譜數(shù)據(jù)步驟，包括：對(duì)所述原始數(shù)據(jù)集中的同步電壓數(shù)據(jù)進(jìn)行分段處理，得到分段電壓數(shù)據(jù)，并對(duì)所述原始數(shù)據(jù)集中的同步電流數(shù)據(jù)進(jìn)行分段處理，得到分段電流數(shù)據(jù)；分別對(duì)所述分段電壓數(shù)據(jù)及所述分段電流數(shù)據(jù)進(jìn)行加窗處理，得到加窗電壓數(shù)據(jù)以及加窗電流數(shù)據(jù)；對(duì)所述加窗電壓數(shù)據(jù)以及所述加窗電流數(shù)據(jù)進(jìn)行零值填充，得到填充電壓數(shù)據(jù)以及填充電流數(shù)據(jù)；對(duì)所述填充電壓數(shù)據(jù)進(jìn)行快速傅里葉變換，得到第一頻譜數(shù)據(jù)，并對(duì)所述填充電流數(shù)據(jù)進(jìn)行快速傅里葉變換，得到第二頻譜數(shù)據(jù)；對(duì)所述第一頻譜數(shù)據(jù)以及所述第二頻譜數(shù)據(jù)進(jìn)行幅值歸一化和相位校正，得到第一校正頻譜數(shù)據(jù)以及第二校正頻譜數(shù)據(jù)；分別對(duì)所述第一校正頻譜數(shù)據(jù)以及所述第二校正頻譜數(shù)據(jù)進(jìn)行頻率分辨率修正，得到包含電壓諧波成分的電壓頻譜數(shù)據(jù)以及包含電流諧波成分的電流頻譜數(shù)據(jù)。

5、在本發(fā)明中，所述對(duì)所述電壓頻譜數(shù)據(jù)以及所述電流頻譜數(shù)據(jù)進(jìn)行動(dòng)態(tài)功率因數(shù)計(jì)算和諧波失真分析，得到實(shí)時(shí)功率因數(shù)值序列和諧波失真度序列步驟，包括：對(duì)所述電壓頻譜數(shù)據(jù)進(jìn)行基頻分量提取，得到電壓基頻幅值數(shù)據(jù)；對(duì)所述電流頻譜數(shù)據(jù)進(jìn)行基頻分量提取，得到電流基頻幅值數(shù)據(jù)；計(jì)算所述電壓基頻幅值數(shù)據(jù)與所述電流基頻幅值數(shù)據(jù)的比值，得到系統(tǒng)阻抗特性數(shù)據(jù)；對(duì)所述電壓頻譜數(shù)據(jù)中的各次諧波分量進(jìn)行幅值提取，得到電壓諧波數(shù)據(jù)；對(duì)所述電流頻譜數(shù)據(jù)中的各次諧波分量進(jìn)行幅值提取，得到電流諧波數(shù)據(jù)；根據(jù)所述電壓諧波數(shù)據(jù)和所述電流諧波數(shù)據(jù)計(jì)算各次諧波的功率貢獻(xiàn)，得到諧波功率數(shù)據(jù)；基于所述系統(tǒng)阻抗特性數(shù)據(jù)和所述諧波功率數(shù)據(jù)，計(jì)算所述地鐵直流供電系統(tǒng)的有功功率和無(wú)功功率，得到動(dòng)態(tài)功率因數(shù)值；對(duì)所述電壓諧波數(shù)據(jù)和所述電流諧波數(shù)據(jù)進(jìn)行頻率加權(quán)處理，計(jì)算總諧波失真度，得到諧波失真度序列；將所述動(dòng)態(tài)功率因數(shù)值按時(shí)間順序組合，得到所述實(shí)時(shí)功率因數(shù)值序列。

6、在本發(fā)明中，所述基于所述實(shí)時(shí)功率因數(shù)值序列和諧波失真度序列，進(jìn)行多參數(shù)相關(guān)性分析和趨勢(shì)預(yù)測(cè)，得到功率因數(shù)優(yōu)化的影響因素?cái)?shù)據(jù)和預(yù)期變化趨勢(shì)步驟，包括：對(duì)所述實(shí)時(shí)功率因數(shù)值序列進(jìn)行時(shí)間序列分解，得到功率因數(shù)分解數(shù)據(jù)；對(duì)所述諧波失真度序列進(jìn)行時(shí)間序列分解，得到諧波失真度分解數(shù)據(jù)；對(duì)所述功率因數(shù)分解數(shù)據(jù)和所述諧波失真度分解數(shù)據(jù)進(jìn)行交叉相關(guān)分析，得到相關(guān)性數(shù)據(jù)；對(duì)所述功率因數(shù)分解數(shù)據(jù)和所述諧波失真度分解數(shù)據(jù)進(jìn)行頻譜分析，得到頻率特征數(shù)據(jù)；對(duì)所述相關(guān)性數(shù)據(jù)和所述頻率特征數(shù)據(jù)進(jìn)行組合分析，得到多尺度相關(guān)性指標(biāo)；對(duì)所述多尺度相關(guān)性指標(biāo)進(jìn)行主成分分析，得到所述功率因數(shù)優(yōu)化的影響因素?cái)?shù)據(jù)；對(duì)所述功率因數(shù)分解數(shù)據(jù)和所述諧波失真度分解數(shù)據(jù)進(jìn)行時(shí)間序列預(yù)測(cè)，得到所述預(yù)期變化趨勢(shì)。

7、在本發(fā)明中，所述根據(jù)所述影響因素?cái)?shù)據(jù)和預(yù)期變化趨勢(shì)，進(jìn)行參數(shù)敏感度計(jì)算和優(yōu)先級(jí)排序，生成變電所整流器觸發(fā)角和車(chē)載逆變器調(diào)制指數(shù)的調(diào)節(jié)策略步驟，包括：對(duì)所述影響因素?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行歸一化處理，得到標(biāo)準(zhǔn)化影響因素?cái)?shù)據(jù)；對(duì)所述標(biāo)準(zhǔn)化影響因素?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行主成分分析，得到降維特征數(shù)據(jù)；對(duì)所述降維特征數(shù)據(jù)和所述預(yù)期變化趨勢(shì)進(jìn)行相關(guān)性分析，得到參數(shù)敏感度指標(biāo)；對(duì)所述參數(shù)敏感度指標(biāo)進(jìn)行排序，得到優(yōu)先調(diào)節(jié)參數(shù)集；對(duì)所述優(yōu)先調(diào)節(jié)參數(shù)集進(jìn)行約束條件分析，得到參數(shù)調(diào)節(jié)范圍；對(duì)所述參數(shù)調(diào)節(jié)范圍進(jìn)行映射轉(zhuǎn)換，得到變電所整流器觸發(fā)角調(diào)節(jié)區(qū)間以及車(chē)載逆變器調(diào)制指數(shù)調(diào)節(jié)區(qū)間；基于所述觸發(fā)角調(diào)節(jié)區(qū)間和所述調(diào)制指數(shù)調(diào)節(jié)區(qū)間，得到所述變電所整流器觸發(fā)角和車(chē)載逆變器調(diào)制指數(shù)的調(diào)節(jié)策略。

8、在本發(fā)明中，所述基于所述調(diào)節(jié)策略，實(shí)時(shí)調(diào)整變電所整流器觸發(fā)角和車(chē)載逆變器調(diào)制指數(shù)，對(duì)實(shí)時(shí)功率因數(shù)值序列進(jìn)行動(dòng)態(tài)校正，得到校正后的功率因數(shù)值序列步驟，包括：對(duì)所述調(diào)節(jié)策略進(jìn)行時(shí)序分解，得到離散調(diào)節(jié)序列，對(duì)所述離散調(diào)節(jié)序列進(jìn)行插值處理，得到連續(xù)調(diào)節(jié)函數(shù)；根據(jù)所述連續(xù)調(diào)節(jié)函數(shù)計(jì)算變電所整流器的觸發(fā)角調(diào)整量，得到更新觸發(fā)角值；根據(jù)所述連續(xù)調(diào)節(jié)函數(shù)計(jì)算車(chē)載逆變器的調(diào)制指數(shù)變化量，得到更新調(diào)制指數(shù)值；對(duì)所述更新觸發(fā)角值和所述更新調(diào)制指數(shù)值進(jìn)行諧波分析，得到目標(biāo)功率因數(shù)值；對(duì)所述目標(biāo)功率因數(shù)值與實(shí)時(shí)功率因數(shù)值序列進(jìn)行比較，得到功率因數(shù)改善量；基于所述功率因數(shù)改善量，對(duì)所述實(shí)時(shí)功率因數(shù)值序列進(jìn)行更新，得到所述校正后的功率因數(shù)值序列。

9、本發(fā)明還提供了一種地鐵直流供電系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)功率因數(shù)校正系統(tǒng)，包括：

10、采集模塊，用于對(duì)地鐵直流供電系統(tǒng)的關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集，得到原始數(shù)據(jù)集；

11、處理模塊，用于對(duì)所述原始數(shù)據(jù)集進(jìn)行快速傅里葉變換處理，得到電壓頻譜數(shù)據(jù)以及電流頻譜數(shù)據(jù)；

12、分析模塊，用于對(duì)所述電壓頻譜數(shù)據(jù)以及所述電流頻譜數(shù)據(jù)進(jìn)行動(dòng)態(tài)功率因數(shù)計(jì)算和諧波失真分析，得到實(shí)時(shí)功率因數(shù)值序列和諧波失真度序列；

13、預(yù)測(cè)模塊，用于基于所述實(shí)時(shí)功率因數(shù)值序列和諧波失真度序列，進(jìn)行多參數(shù)相關(guān)性分析和趨勢(shì)預(yù)測(cè)，得到功率因數(shù)優(yōu)化的影響因素?cái)?shù)據(jù)和預(yù)期變化趨勢(shì)；

14、排序模塊，用于根據(jù)所述影響因素?cái)?shù)據(jù)和預(yù)期變化趨勢(shì)，進(jìn)行參數(shù)敏感度計(jì)算和優(yōu)先級(jí)排序，生成變電所整流器觸發(fā)角和車(chē)載逆變器調(diào)制指數(shù)的調(diào)節(jié)策略；

15、校正模塊，用于基于所述調(diào)節(jié)策略，實(shí)時(shí)調(diào)整變電所整流器觸發(fā)角和車(chē)載逆變器調(diào)制指數(shù)，對(duì)實(shí)時(shí)功率因數(shù)值序列進(jìn)行動(dòng)態(tài)校正，得到校正后的功率因數(shù)值序列。

16、本發(fā)明提供的技術(shù)方案中，實(shí)時(shí)采集系統(tǒng)關(guān)鍵參數(shù)并進(jìn)行快速傅里葉變換處理，為功率因數(shù)計(jì)算提供了高精度的頻譜數(shù)據(jù)，大幅提升了校正的準(zhǔn)確性。動(dòng)態(tài)功率因數(shù)計(jì)算和諧波失真分析能夠?qū)崟r(shí)反映系統(tǒng)狀態(tài)變化，使校正過(guò)程更加及時(shí)和精準(zhǔn)。多參數(shù)相關(guān)性分析和趨勢(shì)預(yù)測(cè)技術(shù)深入挖掘了數(shù)據(jù)之間的內(nèi)在關(guān)聯(lián)，有效識(shí)別了影響功率因數(shù)的關(guān)鍵因素，提高了校正的針對(duì)性和效率。參數(shù)敏感度計(jì)算和優(yōu)先級(jí)排序確保了資源被合理分配到最關(guān)鍵的參數(shù)上，優(yōu)化了校正過(guò)程的資源利用效率。變電所整流器觸發(fā)角和車(chē)載逆變器調(diào)制指數(shù)的實(shí)時(shí)調(diào)整策略，考慮了系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性和設(shè)備限制，實(shí)現(xiàn)了快速、平穩(wěn)的功率因數(shù)校正。此外，本方法的自適應(yīng)性使其能夠快速響應(yīng)負(fù)載變化，不斷優(yōu)化校正策略，保持系統(tǒng)在最佳功率因數(shù)狀態(tài)下運(yùn)行，不僅顯著提高了功率因數(shù)校正的準(zhǔn)確率，還大幅提升了校正效率。