CN102582465A - 一种保持再生过电分相中间直流电压稳定的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种交流传动系统再生过电分相保持中间直流电压稳定的方法。交流传动系统进入电分相区，控制系统接收到进入电分相预告信号并将牵引电机切换到再生状态，牵引电机的再生转矩是由中间直流电压参考值与实际值之差经过PI控制器得到的，该PI控制器的参数需要根据实际的系统进行调节。采用本发明的方法，可以实现交流传动系统在再生过电分相期间根据辅助供电系统的需要，动态调节牵引电机再生转矩的大小，实现中间直流环节输入输出功率的平衡，避免中间直流电压的大幅波动，提高整个系统的性能。

Description

一种保持再生过电分相中间直流电压稳定的方法

技术领域

本发明涉及交流传动的电力机车或动车组控制，尤其是采用交流传动系统的电力机车或动车组再生过电分相控制检索领域。

背景技术

电力机车(动车组)过电分相的方法有多种，早期列车速度较慢，通常采用手动过电分相，在分相区设有分相标志指挥司机过电分相操作。到中性段前，司机先将牵引级位降到0，断开辅助系统，再将牵引变压器的原边的主断路器断开，使机车不带电通过中性段。机车进入下一相供电臂的供电区后，司机合上主断路器、并启动辅助系统、逐步恢复牵引级位。手动过电分相司机劳动强度大，在过分相时必须由司机断电，如果没断电过电分相，在进入中性段时牵引网与受电弓会产生过电压拉弧，烧坏牵引网和受电弓，甚至两相短路等严重事故，随着列车运行速度的不断提高这一问题将更为突出。

目前，电力机车(动车组)通常采用自动过电分相方法，主要有二种方法：地面自动过分相和车上自动过分相。车上过电分相是一种常见的过电分相方式，其中再生过电分相又是车上过电分相经常采用的一种方式。图1给出了一种过电分相地感应器埋设示意图，在离分相区两端约60m处的线路上左、右各埋1块磁铁，一个分相区只需要4块磁铁，列车运行时，只有一侧的预告信号起作用。列车头部靠近铁轨处左右各设1个感应器，当列车头部通过磁铁时，感应器接收到信号，再由感应器向列车微机控制系统发送110V电平的预告信号。列车微机控制系统在收到该预告信号后延迟一定时间，向感应器发出一个20ms宽、110V电平的复位信号，使感应器复位，预告信号随之消失。所延迟的时间用于完成对预告信号的确认，并留有一定裕量。图2是过分相信号的时序图。

图3给出了交流传动系统的结构示意图，电力机车或动车组通过受电弓从25kV的交流接触网取流，通过主断路器等相关设备后由牵引变压器1降压，经脉冲整流器2整流后在中间直流环节3变成直流电压，直流电压再由牵引逆变器4逆变为三相交流电供牵引电机M3使用。牵引变流器(图3中脉冲整流器2、中间直流环节3、牵引逆变器4合称牵引变流器)的控制单元负责信号的采集、计算，并根据控制策略计算发出相应的驱动脉冲驱动变流器的开关器件。辅助供电系统从中间直流环节取流：再生工况时，能量由牵引电机反馈至中间直流环节供给辅助供电系统使用；其他工况则是由脉冲整流器将牵引接触网的电压整成直流，供给辅助供电系统使用。再生过电分相期间，脉冲整流器封锁脉冲，牵引电机向中间直流环节反馈能量，维持其稳定。由于牵引电机将列车的动能转化成电能的过程中存在机械损耗、铜耗、铁耗、开关器件的损耗、二极管的导通损耗等，中间直流环节存在放电电阻，列车过电分相期间速度变化，更为重要的是辅助供电系统所需能量也是动态变化的，这些原因使得维持再生过电分相期间中间直流电压稳定成为一个难题。

发明内容

鉴于再生过电分相有上述问题需要解决，本发明的目的就是要提供一套解决方案，以克服现有技术的以上缺点。

本发明的目的通过如下手段来实现。

一种保持再生过电分相中间直流电压稳定的方法，在由脉冲整流器、中间直流环节、控制单元、牵引逆变器组成的牵引变流器中，电力机车通过受电弓从25kV的交流接触网经脉冲整流器整流后变成直流电压，再由牵引逆变器逆变为三相交流电供牵引电机使用，控制单元负责信号的采集、计算，并根据控制策略计算发出相应的驱动脉冲驱动变流器的开关器件；辅助供电系统从中间直流环节取流，再生工况时，能量由牵引电机反馈至中间直流环节供给辅助供电系统使用；其他工况时则是由脉冲整流器将牵引接触网的电压整成直流，供给辅助供电系统使用；其特征在于，在列车控制系统接收到地面过电分相进入电分相预告信号并确认信号列车进行降级相关操作后，控制系统控制牵引电机转入再生状态时，牵引电机的再生转矩由主控制器切换至辅助PI控制器给定；所述辅助PI控制器的输入是中间直流电压的参考值与给定值之差，其输出是牵引电机的给定转矩。

交流传动系统再生通过电分相后，在列车控制系统接收到地面过电分相出电分相信号并确认信号后，进行相关操作随后解除牵引变流器的脉冲封锁时，控制系统将牵引电机的转矩给定从本发明采用的PI控制切换至主控制器，随后转入正常工况。

采用本发明的方法，可以实现再生过电分相时中间直流电压的稳定，降低再投入时的冲击，提高牵引传动系统的性能。

附图说明：

附图1是一种过电分相地感应器埋设示意图

附图2是预告信号与复位信号时序图

附图3是牵引变流器结构示意图

附图4是本发明提出的稳定中间直流电压的方法

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施作进一步的描述。

在附图4中，交流传动系统再生过电分相，在列车控制系统接收到地面过电分相进入电分相预告信号并确认信号后，列车进行降级等相关操作后，控制系统控制牵引电机转入再生状态，牵引电机的给定转矩由传统的给定方式切换至本发明新增的辅助PI控制器给定。

设中间直流环节的参考电压为

实际值为u_dc，则

$e_{\mathrm{dc}}=u_{\mathrm{dc}}^{*}-u_{\mathrm{dc}}$

$T^{*}=-[k_P{e}_{\mathrm{dc}}+k_I{\∫}_0^t{e}_{\mathrm{dc}}\mathrm{dt}+k_D\frac{{\mathrm{de}}_{\mathrm{dc}}}{\mathrm{dt}}]$

式中，T^*为交流传动系统的参考转矩；

k_P、k_I、k_D为控制器的参数。

这样，利用本发明提出的方法，就能将再生过电分相时的中间直流电压和牵引电机的再生转矩改造成闭环控制，避免该电压在过电分相期间的波动，提高系统的性能。

交流传动系统再生通过电分相后，在列车控制系统接收到地面过电分相出电分相信号并确认信号后，进行相关操作随后解除牵引变流器的脉冲封锁时，控制系统将牵引电机的转矩给定从本发明采用的辅助PI控制切换至主控制器，随后转入正常工况。

采用本发明的方法，可以实现再生过电分相时中间直流电压的稳定，降低再投入时的冲击，提高牵引传动系统的性能。

在不脱离本发明的精神和范围的情况下，本领域技术人员在不偏离本发明的范围和精神的情况下，对其进行的关于形式和细节的种种显而易见的修改或变化均应落在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种保持再生过电分相中间直流电压稳定的方法，在由脉冲整流器、中间直流环节、控制单元、牵引逆变器组成的牵引变流器中，电力机车通过受电弓从25kV的交流接触网经脉冲整流器整流后变成直流电压，再由牵引逆变器逆变为三相交流电供牵引电机使用，控制单元负责信号的采集、计算，并根据控制策略计算发出相应的驱动脉冲驱动变流器的开关器件；辅助供电系统从中间直流环节取流，再生工况时，能量由牵引电机反馈至中间直流环节供给辅助供电系统使用；其他工况时则是由脉冲整流器将牵引接触网的电压整成直流，供给辅助供电系统使用；其特征在于，在列车控制系统接收到地面过电分相进入电分相预告信号并确认信号列车进行降级相关操作后，控制系统控制牵引电机转入再生状态时，牵引电机的再生转矩由主控制器切换至辅助PI控制器给定；所述辅助PI控制器的输入是中间直流电压的参考值与给定值之差，其输出是牵引电机的给定转矩。

2.根据权利要求1所述的保持再生过电分相中间直流电压稳定的方法，所述辅助PI控制器参数需要根据实际的系统进行调节。

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