CN102723906B - 在无电区维持城市轨道交通列车不间断工作的方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供一种在无电区维持城市轨道交通列车不间断工作的方法及系统，所述方法包括：控制器自动判断动车是否需要进入微制动模式；在控制器判断动车进入微制动模式时，控制器根据当前的中间直流电压采样值与系统需求的中间直流电压目标值的偏差，计算微制动请求力矩，输出微制动请求力矩至电机驱动系统，电机驱动系统生成与微制动请求力矩对应的PWM信号，PWM信号经牵引逆变器处理后，牵引逆变器输出与微制动请求力矩对应的驱动电流至牵引电机；牵引电机根据微制动请求力矩进行微制动，将列车动能转换为交流电能，通过牵引逆变器回馈至主电路，对用电负载进行供电。本发明提供了更为便捷可靠，适用范围更广，成本更低的无电区供电。

Description

在无电区维持城市轨道交通列车不间断工作的方法及系统

技术领域

本发明涉及城市轨道交通供电领域，更具体地说，涉及一种在无电区维持城市轨道交通列车不间断工作的方法及系统。

背景技术

城市轨道交通列车是指地铁、城市轻轨等轨道交通车辆。目前，城市轨道交通列车的工作能量大多数来源于供电网，图1为现有技术中对城市轨道交通列车进行供电的示意图，参照图1，一辆城市轨道交通列车包括多个动车，各动车的供电电路外接受流设备，各动车通过外接的受流设备从供电网处取得电能，获取的电能通过各动车的主电路输送入各自动车的用电设备上，从而满足动车的用电需求，以维持城市轨道交通列车的不间断工作；动车的用电需求包括：驱动牵引电机产生动车前进的牵引力和对动车的用电负载进行供电，用电负载指动车中除牵引电机外的其他用电设备，如辅助电源系统，车载辅助设备（如空调等）等。

城市轨道交通列车的能量大部分都是通过供电网获取，然而由于客观因素的制约，城市轨道交通列车的运营线路上常会出现长短不一的无电区，尤其是在第三轨供电的列车线路上更加常见，当列车经过这些无电区时，若不采取相应措施对列车进行供电，则会产生诸如牵引系统停机、用电负载停机、变流器故障、主电路故障等诸多负面问题。

目前大多数的城市轨道交通列车均是采用贯穿直流母线技术来消除列车经过无电区的影响，从而满足动车的用电需求，维持城市轨道交通列车在无电区的不间断工作，图2为现有城市轨道交通列车采用贯穿直流母线技术的示意图，参照图2，该技术的主要技术方案如下：由于城市轨道交通列车运营线路上的无电区长度在几米至几十米之间，可将列车各动车的供电电路通过一个与供电网相连的直流母线连接起来，并使首尾两个受流设备间的距离大于无电区长度，这样列车在通过无电区时便能保证至少有一个动车的受流设备可以从供电网取得电力供给，且整条母线上的每一个车厢都能从这个受流设备上分享到电量。

发明人在实现本发明的过程中发现：现有贯穿直流母线技术虽然可以消除列车经过无电区的影响，但至少存在如下问题：

贯穿直流母线技术需要对列车进行改造，在列车上布设直流母线，这占用了列车的布线空间，使得列车增加了重量，提高了安装维护成本；

直流母线可能会把相邻两个电网区间连接起来，如图2所示，受流设备1连接供电区间A，受流设备4连接供电区间B，如果此时供电区间A、B间的电压不平衡，则电压高的一侧会有大的电流经过直流母线流向电压低的一侧以达到平衡，这就给直流母线带来巨大的压力与风险，使得列车运行存在风险；

直流母线很难穿过动车间的车勾，这使得直流母线技术在城市轨道交通列车需要灵活编组时并不适用；

贯穿直流母线技术在无电区长度大于所架设的直流母线长度时并不适用。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供一种在无电区维持城市轨道交通列车不间断工作的方法及系统，以解决上述提到的问题。

为实现上述目的，本发明实施例提供如下技术方案：

一种在无电区维持城市轨道交通列车不间断工作的方法，应用于城市轨道交通列车的动车，所述动车包括：控制器，电机驱动系统，主电路，牵引逆变器和牵引电机，所述方法包括：

所述控制器判断所述动车是否进入微制动模式；

在所述控制器判断所述动车进入微制动模式时，所述控制器根据当前的中间直流电压采样值与系统需求的中间直流电压目标值的偏差，计算微制动请求力矩，将包含所述微制动请求力矩的信息发送给所述电机驱动系统，所述中间为所述主电路上的电抗器和所述牵引逆变器之间；

所述电机驱动系统生成与所述微制动请求力矩对应的脉冲宽度调制PWM信号，将所述PWM信号发送给所述牵引逆变器；

所述牵引逆变器根据所述PWM信号生成与所述微制动请求力矩对应的驱动电流，将所述驱动电流传送给所述牵引电机；

所述牵引电机根据所述驱动电流所承载的微制动请求力矩信息进行微制动，将释放的动能转换为交流电能，将转换后的交流电传送给所述牵引逆变器；

所述牵引逆变器将所述交流电整流为直流电，将所述直流电传送给所述主电路；

所述主电路通过所述直流电对所述动车的用电负载进行供电。

本发明实施例还提供一种在无电区维持城市轨道交通列车不间断工作的系统，应用于城市轨道交通列车的动车，所述系统包括：控制器，电机驱动系统，主电路，牵引逆变器和牵引电机，所述控制器包括：第一判断模块，计算模块和第一发送模块；

所述第一判断模块，用于判断所述动车是否进入微制动模式，将判断结果发送给所述计算模块；

所述计算模块，用于接收所述第一判断模块的判断结果，在判断结果为所述动车进入微制动模式时，根据当前的中间直流电压采样值与系统需求的中间直流电压目标值的偏差，计算微制动请求力矩，将包含所述微制动请求力矩的计算结果发送给所述第一发送模块；

所述第一发送模块，用于接收所述计算模块的计算结果，将包含所述微制动请求力矩的信息发送给所述电机驱动系统；

所述电机驱动系统，用于生成与所述微制动请求力矩对应的脉冲宽度调制PWM信号，将所述PWM信号发送给所述牵引逆变器；

所述牵引逆变器，用于根据所述PWM信号生成与所述微制动请求力矩对应的驱动电流，将所述驱动电流传送给所述牵引电机，及将所述牵引电机反馈的交流电整流为直流电，将所述直流电传送给所述主电路；

所述牵引电机，用于根据所述驱动电流所承载的微制动请求力矩信息进行微制动，将释放的动能转换为交流电能，将转换后的交流电传送给所述牵引逆变器；

所述主电路，用于通过所述直流电对所述动车的用电负载进行供电。

基于上述技术方案，本发明实施例提供的在无电区维持城市轨道交通列车不间断工作的方法，在动车进入无电区后，控制器会根据当前的中间直流电压采样值与系统需求的中间直流电压目标值的偏差，计算微制动请求力矩，使得电机驱动系统能够生成与微制动请求力矩对应的PWM信号，从而通过牵引逆变器控制牵引电机根据微制动请求力矩进行微制动，将释放的动能转换为交流电能，转换后的交流电通过牵引逆变器整流成直流电后，可通过主电路对动车的用电负载进行供电，维持了城市轨道交通列车在无电区的不间断工作。本发明实施例提供的一种在无电区维持城市轨道交通列车不间断工作的方法不再依靠现有贯穿直流母线技术进行，仅通过控制现有城市轨道交通列车的硬件设备在无电区内进入微制动模式，执行动能向电能的转换即可实现，本发明解决了现有采用贯穿直流母线技术而造成的占用列车布线空间，使得列车重量增加、安装维护成本较高的问题，同时避免由于直流母线两侧电压不同而带来的列车运行风险，及贯穿直流母线技术在某些情况下不适用的问题；相对现有技术，本发明实现了城市轨道交通列车在无电区更为便捷可靠、适用范围更广，成本更低的供电，维持了城市轨道交通列车在无电区的不间断工作。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有技术中对城市轨道交通列车进行供电的示意图；

图2为现有城市轨道交通列车采用贯穿直流母线技术的示意图；

图3为本发明实施例提供的一种在无电区维持城市轨道交通列车不间断工作的方法的流程图；

图4为本发明实施例提供的城市轨道交通列车的动车的结构示意图；

图5为本发明实施例提供的一种在无电区维持城市轨道交通列车不间断工作的方法的另一流程图；

图6为本发明实施例提供的一种在无电区维持城市轨道交通列车不间断工作的系统的结构示意图；

图7为本发明实施例提供的一种在无电区维持城市轨道交通列车不间断工作的系统的另一结构示意图；

图8为本发明实施例提供的软件原理框图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图3为本发明实施例提供的一种在无电区维持城市轨道交通列车不间断工作的方法的流程图，该方法应用于城市轨道交通列车的动车中，参照图4，图4为本发明实施例提供的城市轨道交通列车的动车的结构示意图，该动车包括：控制器100，电机驱动系统200，主电路300，牵引逆变器400和牵引电机500，当动车处于供电网区域时，主电路300会从供电网中获取电能以满足动车的用电需求，当动车进入无电区域时，图3所示方法的流程开始执行，结合图3和图4所示，该方法可以包括如下步骤：

步骤S100、控制器100判断动车是否进入微制动模式，若是，执行步骤S200、若否，执行步骤S100直至判断结果为是；

现有动车的工作模式主要分为牵引和常规电制动，在牵引时，直流电能从供电网经过受流设备进入动车的主电路300，然后经由牵引逆变器400逆变为交流电（如3相变频变压VVVF的交流电）驱动牵引电机500产生牵引转矩，从而使动车运动；在常规电制动时，牵引电机500变为发电机，将车辆的动能转化为交流电能（如3相交流电），此时牵引逆变器400变为整流器，将牵引电机500反馈的交流电整流为直流电，然后再通过动车的主电路300反馈到电网上去；相对现有动车的工作模式，本发明实施例的动车增添了一个工作模式：微制动模式，微制动是指能够轻微的实时自动地调节大小的电制动。

在本发明实施例中，动车的微制动模式是在动车进入无电区时启动，因此控制器100判断动车是否进入微制动模式，即为控制器100判断动车是否进入无电区；

可选的，控制器100可通过当前动车工况、动车速度、中间电流值、中间电压值等动车的当前参数判断动车是否进入无电区；对于动车工况、动车速度、中间电流值、中间电压值等参数的采集可通过现有动车的参数采集系统实现，如动车配置的车身总线等，本发明所指中间为主电路300上的电抗器和牵引逆变器400之间，对于动车是否进入微制动模式的具体判断方法可根据动车实际情况、城市轨道交通列车的编组类型等进行设定，本发明实施例对于判断动车进入微制动模式的具体实现过程并不设限。

步骤S200、控制器100根据当前的中间直流电压采样值与系统需求的中间直流电压目标值的偏差，计算微制动请求力矩，将包含微制动请求力矩的信息发送给电机驱动系统200；

当控制器100判断动车进入微制动模式时，控制器100根据所采样的当前实际的中间直流电压值和系统需求的中间直流电压目标值的偏差，计算一个微制动请求力矩，以使得牵引电机500能够根据该微制动请求力矩进行轻微的大小可调节的电制动，将动车的部分动能转换为电能以对动车的用电负载进行供电。

微制动请求力矩的计算方式可根据动车实际情况、城市轨道交通列车的编组类型等进行设定，本发明实施例对此并不设限，不过作为一种优选方式，可根据如下公式进行微制动请求力矩的计算：

${\mathrm{Tq}}_{\mathrm{AMB}}={\∫}_{t1}^{t2}(\mathrm{Ud}\left(t\right)-{\mathrm{UD}}_{\mathrm{ref}})[K_{\mathrm{Mref}}+\left(\right|\mathrm{Ud}\left(t\right)-{\mathrm{Ud}}_{\mathrm{ref}}|-{\mathrm{DltUd}}_{\mathrm{ref}})K_{\mathrm{MK}}]$

其中，Tq_AMB为需要计算的微制动请求力矩，Ud(t)为当前的中间直流电压采样值，Ud_ref为系统需求的中间直流电压目标值，Ud_ref可为当前车身工况下的预设值，DltUd_ref为电压偏差参考值，K_Mref和K_MK为调节系数，t1为进入微制动模式的时刻，t2为退出微制动模式的时刻。

步骤S300、电机驱动系统200生成与微制动请求力矩对应的PWM（PulseWidth Modulation，脉冲宽度调制）信号，将该PWM信号发送给牵引逆变器400；

可选的，电机驱动系统200可以为包括电机控制器、驱动器在内的驱动装置。

步骤S400、牵引逆变器400根据PWM信号生成与微制动请求力矩对应的驱动电流，将该驱动电流传送给牵引电机500；

牵引逆变器400接收到电机驱动系统200发送的PWM信号后，可根据该PWM信号控制牵引逆变器400内部电路的通断，使得牵引逆变器400生成与微制动请求力矩对应的驱动电流，将该驱动电流输出至牵引电机500；

现有的牵引逆变器包括3相IGBT桥模块，牵引逆变器400在电机驱动系统200所发送的PWM信号的控制下，控制内部IGBT的开关状态，使得牵引逆变器400可按照电机驱动系统200的要求进行IGBT开关状态的控制，从而实现牵引逆变器输出至牵引电机的驱动电流是与微制动请求力矩相对应（即PWM信号对应）的驱动电流。

步骤S500、牵引电机500根据微制动请求力矩进行微制动，将释放的动能转换为交流电能，将转换后的交流电传送给牵引逆变器400；

电机驱动系统200输出的PWM信号经牵引逆变器400后，变为驱动电流，牵引电机500接收该驱动电流，由该驱动电流所承载的微制动请求力矩信息进行微制动，由于微制动请求力矩一般较小，因此牵引电机500可根据微制动请求力矩进行轻微的电制动，实现动能向电能的转化，具体的，牵引电机500在进行微制动时，变为发电机，将释放的动能转换为交流电能。

步骤S600、牵引逆变器400将交流电整流为直流电，将直流电传送给主电路300；

步骤S700、主电路300通过直流电对动车的用电负载进行供电。

本发明实施例提供的在无电区维持城市轨道交通列车不间断工作的方法，在动车进入无电区后，控制器会根据当前的中间直流电压采样值与系统需求的中间直流电压目标值的偏差，计算微制动请求力矩，使得电机驱动系统能够生成与微制动请求力矩对应的PWM信号，从而通过牵引逆变器控制牵引电机根据微制动请求力矩进行微制动，将释放的动能转换为交流电能，转换后的交流电通过牵引逆变器整流成直流电后，可通过主电路对动车的用电负载进行供电，维持了城市轨道交通列车在无电区的不间断工作。

本发明实施例提供的一种在无电区维持城市轨道交通列车不间断工作的方法不再依靠现有贯穿直流母线技术进行，仅通过控制现有城市轨道交通列车的硬件设备在无电区内进入微制动模式，执行动能向电能的转换即可实现，本发明解决了现有采用贯穿直流母线技术而造成的占用列车布线空间，使得列车重量增加、安装维护成本较高的问题，同时避免由于直流母线两侧电压不同而带来的列车运行风险，及贯穿直流母线技术在某些情况下不适用的问题；相对现有技术，本发明实现了城市轨道交通列车在无电区更为便捷可靠、适用范围更广，成本更低的供电，维持了城市轨道交通列车在无电区的不间断工作。

前文已述控制器100可通过当前动车工况、动车速度、中间电流值、中间电压值等动车的当前参数判断动车是否进入微制动模式，为使本发明实施例提供的方法更为清楚完整，下面对一种可选的具体判断方式进行描述，值得注意的是，该可选方式仅为使本领域人员更好的实现本发明实施例所提供的技术方案，其不应成为本发明实施例判断动车是否进入微制动模式的唯一方式。

为便于描述，对下文所要涉及的参数进行如下定义：

Speed表示动车的当前速度；

TH_speed表示预定的进入微制动模式的最小速度值，TH_speed为动车由供电区至无电区切换时的速度界限值，其由动车的实际情况决定；

Id_f表示中间直流电流的滤波处理值；

TH_Idf1表示预定的进入微制动模式的第一中间直流电流滤波处理值，TH_Idf1为动车由供电区至无电区切换时的中间直流电流滤波处理值的界限值，其由动车的实际情况（如主电路的实际配置等）决定；

TH_Idf2表示预定的进入微制动模式的第二中间直流电流滤波处理值；

TH_Id1表示预定的进入微制动模式的第一中间直流电流值，TH_Id1为动车由供电区至无电区切换时的中间直流电流值的界限值，其由动车的实际情况决定；

TH_Id2表示预定的进入微制动模式的第二中间直流电流值；

TH_Ud表示预定的进入微制动模式的中间直流电压值，TH_Ud表示动车由供电区至无电区切换时的中间直流电压值的界限值，其由动车的实际情况决定。

可选的，控制器判断动车是否进入微制动模式的具体实现过程可以如下：

判断动车当前是否处于牵引状态且Speed是否不小于TH_speed；

判断Id_f是否不大于TH_Idf1，或，Id_f是否大于TH_Idf2且Id是否不大于TH_Id1，或，Id是否不大于TH_Id2且Ud是否不大于TH_Ud；

在所述动车处于牵引状态且Speed不小于TH_speed的情况下，判断结果为Id_f不大于TH_Idf1，或，Id_f大于TH_Idf2且Id不大于TH_Id1，或，Id不大于TH_Id2且Ud不大于TH_Ud，且该判断结果的维持时间超过第一预设时间Time_IN时，则判断动车进入微制动模式。

可选的，Time_IN为微秒级，可选为200微秒。

为便于理解，可以逻辑式的形式对上文的判断过程进行阐述，定义如下逻辑式：

A:列车当前状态为非制动且逆变器处于启动状态；

B:Speed≥TH_speed；

C:Id_f≤TH_Idf1；

D:Id_f>TH_Idf2；

E:Id≤TH_Id1；

F:Id≤TH_Id2；

G:Ud≤TH_Ud；

如果上述逻辑式中A&B&[C｜(D&E)｜(F&G)]的逻辑结果为真，且逻辑结果为真的维持状态超过第一预设时间Time_IN，则判断动车进入微制动模式。

作为一种优选，TH_speed可由下式计算得到：

${\mathrm{TH}}_{\mathrm{speed}}=\frac{W_{\mathrm{Kout}}+W_{\mathrm{waste}}+W_{\mathrm{aux}}-W_{\mathrm{other}}}{T_{\mathrm{AMB}-\mathrm{MAX}}}\×120\%$

其中，T_AMB-MAX为微制动状态下所允许施加的最大制动转矩，W_other为其它动车的输出能量，其他动车指城市轨道交通列车的动车中，除自身外的其他动车，W_Kout为动车离开无电区时的动能，W_waste为动车在无电区中因阻力、效率等所损耗的能量，W_aux为动车用电负载消耗的能量。

作为一种优选，TH_Idf1和TH_Id1可取中间电流采样零漂最大值的2倍，TH_Idf2和TH_Id2可取牵引最大功率点的中间电流值的10%；

作为一种优选，TH_Ud可由下式决定：

TH_UD=Ud_AMB-Unet×10%

其中，Ud_AMB为微制动状态下的中间电压目标值，一般由动车的系统要求给出，Unet为供电网的额定电压值。

值得注意的是，上述所述描述的参数数值的具体选取方式，仅作为一种能够使本领域技术人员进行优选实施的方式，其不应成为对本发明参数数值选取的限制。

图5为本发明实施例提供的一种在无电区维持城市轨道交通列车不间断工作的方法的另一流程图，结合图3、图4和图5所示，图5所示方法在图3所示方法的基础上还包括：

步骤S800、控制器100判断动车是否退出微制动模式，若是，执行步骤S900，若否，执行步骤S800直至判断结果为是；

步骤S800的执行顺序只要在控制器100判断动车进入微制动模式之后即可，对于步骤S800的具体执行顺序本发明实施例并不设限，其可以在步骤S200、S300、S400、S500、S600、S700之间或之后，图5所示顺序仅为一种可选方式。

步骤S900、控制器100向电机驱动系统200输出过渡力矩；

过渡力矩为微制动请求力矩至正常给定力矩的逼近值，当控制器100判断动车退出微制动模式时，控制器100平滑的将微制动请求力矩过度到正常的给定力矩，并将包含该过渡力矩的信息发送给电机驱动系统200；

正常给定力矩为列车驾驶员输入或自动驾驶系统所要求的力矩，本发明的控制器在动车中的位置为：司机手柄或方向盘或自动驾驶系统→其它一系列环节，如包络线限制、粘着限制等→本发明控制器，可见正常给定力矩为正常驾驶状态下，列车驾驶员输入或自动驾驶系统所要求的力矩；

步骤S1000、电机驱动系统200生成与过渡力矩对应的PWM信号，将该PWM信号传送给牵引逆变器400，以使牵引逆变器400生成与该PWM信号对应的驱动电流，以通过该驱动电流控制牵引电机500结束微制动；

步骤S1100、在牵引电机500结束微制动后，控制器100将包含正常给定力矩的信息发送给电机驱动系统200，以使电机驱动系统200生成与正常给定力矩对应的PWM信号。

电机驱动系统200生成与正常给定力矩对应的PWM信号后，将该PWM信号传送给牵引逆变器400，以使牵引逆变器400生成与该PWM信号对应的驱动电流，通过该驱动电流对牵引电机500进行控制。

在处于微制动模式时，控制器100计算微制动请求力矩，并输出该微制动请求力矩，以使牵引电机500进行微制动；在要结束微制动模式时，控制器100平滑的输出微制动请求力矩至正常给定力矩的逼近值，即过渡力矩，以使牵引电机500结束微制动；在微制动模式结束后，控制器100输出正常给定力矩。这样的设置可以使得牵引电机500通过控制器100输出的不同力矩进行工作模式的转换，实现动车的不同工作模式。

控制器100可通过当前动车工况、动车速度、中间电流值、中间电压值等动车的当前参数判断动车是否退出微制动模式，同样，为使本领域技术人员更好的实现本发明实施例所提供的技术方案，下面提供一种判断动车是否退出微制动模式的可选方式。

定义如下参数：

TH_Ud-quit为预定的退出微制动模式的中间电压值，其由动车的实际情况决定；

TH_Idf-quit为预定的退出微制动模式的中间直流电流滤波处理值，其由动车的实际情况决定；

TH_speed-quit为预定的退出微制动模式的速度最小值；

TH_Time-MAX为预定的单次微制动模式最大持续时间。

可选的，控制器判断动车是否退出微制动模式的具体实现过程可以如下：

判断Ud是否大于TH_Ud-quit，或，Id_f是否大于TH_Idf-quit，或，Speed是否小于TH_speed-quit，或，Time_AMB是否大于TH_Time-MAX；

在判断结果为Ud大于TH_Ud-quit，或Id_f大于TH_Idf-quit，或Speed小于TH_speed-quit，或，Time_AMB大于TH_Time-MAX，且该判断结果的持续时间超过第二预设时间Time_quit时，判断动车退出微制动模式。

为便于理解，可以逻辑式的形式对上文的判断过程进行阐述，定义如下逻辑式：

H:Ud>TH_Ud-quit

I:Idf>TH_Idf-quit

J:Speed<TH_speed-quit

K:Time_AMB>TH_Time-MAX

如果上述中H｜I｜J｜K的逻辑结果为真，且逻辑结果为真的维持状态超过第二预设时间Time_quit，则判断动车进入微制动模式。

作为一种优选，TH_Ud-quit可由下式计算得到：TH_UD-quit=Unet×110%；

作为一种优选，TH_Idf-quit可取中间电流采样零漂最大值的3倍；

作为一种优选，TH_peed-quit可由下式计算得到：

${\mathrm{TH}}_{\mathrm{speed}-\mathrm{quit}}=\frac{W_{\mathrm{Kout}}+W_{\mathrm{waste}}+W_{\mathrm{aux}}-W_{\mathrm{other}}}{T_{\mathrm{AMB}-\mathrm{MAX}}}\&times;100\%;$

作为一种优选，TH_Time-MAX可由下式计算得到：

${\mathrm{TH}}_{\mathrm{Time}-\mathrm{MAX}}=\frac{L_{\mathrm{MAX}}}{{\mathrm{TH}}_{\mathrm{speed}-\mathrm{quit}}}\&times;120\%$

其中，L_MAX为实际列车运行线路上的最长无电区的长度。

值得注意的是，上述所述描述的参数数值的具体选取方式，仅作为一种能够使本领域技术人员进行优选实施的方式，其不应成为对本发明参数数值的选取的限制。

下面对本发明实施例提供的在无电区维持城市轨道交通列车不间断工作的系统进行介绍，下文所描述的系统与本发明所提供的在无电区维持城市轨道交通列车不间断工作的方法相对应。

图6为本发明实施例提供的一种在无电区维持城市轨道交通列车不间断工作的系统的结构示意图，该系统应用于城市轨道交通列车的动车，该系统包括：控制器100，电机驱动系统200，主电路300，牵引逆变器400和牵引电机500，其中控制器100包括：第一判断模块110，与第一判断模块110相连的计算模块120，和与计算模块120相连的第一发送模块130；

第一判断模块110，用于判断动车是否进入微制动模式，将判断结果发送给所述计算模块；

在本发明实施例中，动车的微制动模式是在动车进入无电区时启动，因此第一判断模块110判断动车进入微制动模式，即为第一判断模块110判断动车是否进入无电区；

判断动车是否进入微制动模式的可选与优选实现方式可参照本发明方法部分的描述，此处不再赘述。

计算模块120，用于接收第一判断模块110的判断结果，在判断结果为动车进入微制动模式时，根据当前的中间直流电压采样值与系统需求的中间直流电压目标值的偏差，计算微制动请求力矩，将包含微制动请求力矩的计算结果发送给第一发送模块130；

可选的，可根据如下公式进行微制动请求力矩的计算：

${\mathrm{Tq}}_{\mathrm{AMB}}={\&Integral;}_{t1}^{t2}(\mathrm{Ud}\left(t\right)-{\mathrm{UD}}_{\mathrm{ref}})[K_{\mathrm{Mref}}+\left(\right|\mathrm{Ud}\left(t\right)-{\mathrm{Ud}}_{\mathrm{ref}}|-{\mathrm{DltUd}}_{\mathrm{ref}})K_{\mathrm{MK}}].$

第一发送模块130，用于接收计算模块120的计算结果，将包含微制动请求力矩的信息发送给电机驱动系统200；

电机驱动系统200，用于生成与微制动请求力矩对应的PWM信号，将包该PWM信号发送给牵引逆变器400；

牵引逆变器400，用于根据该PWM信号生成与微制动请求力矩对应的驱动电流，将该驱动电流传送给牵引电机500，及将牵引电机500反馈的交流电整流为直流电，将直流电传送给主电路300；

牵引电机500，用于根据微制动请求力矩进行微制动，将释放的动能转换为交流电能，将转换后的交流电传送给牵引逆变器400；

电机驱动系统200输出的PWM信号经牵引逆变器400后，变为驱动电流，牵引电机500接收该驱动电流，由该驱动电流所承载的微制动请求力矩信息进行微制动。

主电路300，用于通过直流电对动车的用电负载进行供电。

牵引逆变器400在接收到PWM信号后，会生成对应的驱动电流，并将该驱动电流传送给牵引电机500，牵引电机500接收该驱动电流后，根据驱动电流中所承载的微制动请求力矩信息进行微制动，将释放的动能转换为交流电能，将转换后的交流电传送给牵引逆变器400，牵引逆变器400将交流电整流为直流电，将直流电传送给主电路300，实现主电路300对用电负载的供电。

图7为本发明实施例提供的一种在无电区维持城市轨道交通列车不间断工作的系统的另一结构示意图，结合图6和图7所示，图7所示控制器还包括：

第二判断模块140，与第二判断模块140相连的第二发送模块150，和第三发送模块160

第二判断模块140，用于判断动车是否退出微制动模式，将判断结果发送给第二发送模块150；

第二判断模块140可在第一判断模块110判断进入微制动模式后开始工作；

第二判断模块140可通过当前动车工况、动车速度、中间电流值、中间电压值等动车的当前参数判断动车是否退出微制动模式；

判断动车是否退出微制动模式的可选实现方式可参照本发明方法部分的描述，此处不再赘述。

第二发送模块150，用于接收第二判断模块140的判断结果，在判断结果为动车退出微制动模式时，向电机驱动系统200输出过渡力矩；

过渡力矩为所述微制动请求力矩至正常给定力矩的逼近值，所述正常给定力矩为列车驾驶员输入或自动驾驶系统所要求的力矩；

第二发送模块150向电机驱动系统200输出过渡力矩，可以使得电机驱动系统200生成与过渡力矩对应的PWM信号，该PWM信号经牵引逆变器400处理后，输出对应的驱动电流至牵引电机500，以控制牵引电机500结束微制动。

第三发送模块160，用于在牵引电机500结束微制动后，将包含正常给定力矩的信息发送给电机驱动系统200。

第三发送模块160向电机驱动系统200输出正常给定力矩，可以使得电机驱动系统200生成与正常给定力矩对应的PWM信号，该PWM信号经牵引逆变器400处理后，输出对应的驱动电流至牵引电机500，以控制牵引电机500正常工作；

可选的，第一判断模块110和第二判断模块140可集成为一个模块，第一发送模块130，第二发送模块150和第三发送模块160可集成为一个模块。

本发明实施例所提供的在无电区维持城市轨道交通列车不间断工作的方法及系统，只需在控制器内加载相应的软件，使得现有城轨道交通列车的动车在进入无电区后，控制器能够通过控制该动车的硬件设备进入微制动模式即可，为使本领域人员更易实施本发明实施例提供的方法，下面对本发明加载在控制器上的软件原理进行说明，值得注意的是，下文给出的软件原理框图仅为一种可选方式。

图8为本发明实施例提供的软件原理框图，参照图8，该软件可包括“判断部分”，“计算部分”和“力矩输出部分”；“判断部分”为本发明判断进入和退出微制动模式的部分，可通过实时获取的“中间电流”、“列车工况”、“列车速度”、“中间电压”以及“微制动持续的时间”对动车的情况进行监控，从而给出赋值信号“①微制动标志”，“①微制动标志”包括进入微制动模式和退出微制动模式的标识；“计算部分”为本发明进行微制动请求力矩计算的部分，具体的，可将实际采样的中间直流电压值与系统需求的中间直流电压目标值的偏差，系统需求的中间直流电压目标值可为预设值，按照预定的公式转换为待定的微制动请求力矩，待定的微制动请求力矩通过“微制动最大力矩限制”和“滤波”处理后输出微制动请求力矩，此处，当待定的微制动请求力矩小于或等于所限制的微制动最大力矩时，微制动请求力矩为该待定的微制动请求力矩，当待定的微制动请求力矩大于所限制的微制动最大力矩时，微制动请求力矩为所限制的微制动最大力矩；显然，“微制动最大力矩限制”也可从“计算部分”删去，直接将待定的微制动请求力矩作为微制动请求力矩输出；“力矩输出部分”根据信号“①微制动标志”来决定最终本控制器的输出信号“④输出力矩”，在微制动模式下，“④输出力矩”=“③待输出力矩”=“②微制动请求力矩”，在微制动退出阶段，“④输出力矩”=“③待输出力矩”=过渡力矩(“②微制动请求力矩”向“正常给定力矩”的逼近值)，在非微制动模式下，“④输出力矩”=“正常给定力矩”。

该软件可由C语言完成工程化设计，但是也可以使用汇编等其它计算机语言实现。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器（RAM）、内存、只读存储器（ROM）、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (9)

1.一种在无电区维持城市轨道交通列车不间断工作的方法，其特征在于，应用于城市轨道交通列车的动车，所述动车包括：控制器，电机驱动系统，主电路，牵引逆变器和牵引电机，所述方法包括：

所述控制器判断所述动车是否进入微制动模式；

在所述控制器判断所述动车进入微制动模式时，所述控制器根据当前的中间直流电压采样值与系统需求的中间直流电压目标值的偏差，计算微制动请求力矩，将包含所述微制动请求力矩的信息发送给所述电机驱动系统，所述中间为所述主电路上的电抗器和所述牵引逆变器之间，

其中，根据下式：

${\mathrm{Tq}}_{\mathrm{AMB}}={\&Integral;}_{t1}^{t2}(\mathrm{Ud}\left(t\right)-{\mathrm{Ud}}_{\mathrm{ref}})[K_{\mathrm{Mref}}+\left(\right|\mathrm{Ud}\left(t\right)-{\mathrm{Ud}}_{\mathrm{ref}}|-\mathrm{Dlt}{\mathrm{Ud}}_{\mathrm{ref}})K_{\mathrm{MK}}]$ 计算所述微制动请求力矩，

Tq_AMB为所述微制动请求力矩，Ud(t)为所述当前的中间直流电压采样值，Ud_ref为所述系统需求的中间直流电压目标值，DltUd_ref为电压偏差参考值，K_Mref和K_MK为调节系数，t1为进入微制动模式的时刻，t2为退出微制动模式的时刻；

所述电机驱动系统生成与所述微制动请求力矩对应的脉冲宽度调制PWM信号，将所述PWM信号发送给所述牵引逆变器；

所述牵引逆变器根据所述PWM信号生成与所述微制动请求力矩对应的驱动电流，将所述驱动电流传送给所述牵引电机；

所述牵引电机根据所述驱动电流所承载的微制动请求力矩信息进行微制动，将释放的动能转换为交流电能，将转换后的交流电传送给所述牵引逆变器；

所述牵引逆变器将所述交流电整流为直流电，将所述直流电传送给所述主电路；

所述主电路通过所述直流电对所述动车的用电负载进行供电。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述控制器判断所述动车是否进入微制动模式包括：

判断所述动车当前是否处于牵引状态、且所述动车的当前速度Speed是否不小于预定的进入微制动模式的最小速度值TH_speed；

判断中间直流电流的滤波处理值Id_f是否不大于预定的进入微制动模式的第一中间直流电流滤波处理值TH_Idf1，或

判断中间直流电流的滤波处理值Id_f是否大于预定的进入微制动模式的第二中间直流电流滤波处理值TH_Idf2、且中间直流电流值Id是否不大于预定的进入微制动模式的第一中间直流电流值TH_Id1，或

判断中间直流电流值Id是否不大于预定的进入微制动模式的第二中间直流电流值TH_Id2、且中间直流电压值Ud是否不大于预定的进入微制动模式的中间直流电压值TH_Ud。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述控制器判断所述动车进入微制动模式包括：

如果在所述动车处于牵引状态且Speed不小于TH_speed的情况下，判断结果为Id_f不大于TH_Idf1，或，Id_f大于TH_Idf2且Id不大于TH_Id1，或，Id不大于TH_Id2且Ud不大于TH_Ud，且该判断结果的维持时间超过第一预设时间Time_IN时，则所述控制器判断所述动车进入微制动模式。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：

所述控制器判断所述动车是否退出微制动模式；

在所述控制器判断所述动车退出微制动模式时，所述控制器向所述电机驱动系统输出过渡力矩，所述过渡力矩为所述微制动请求力矩至正常给定力矩的逼近值，所述正常给定力矩为列车驾驶员输入或自动驾驶系统所要求的力矩；

所述电机驱动系统生成与所述过渡力矩对应的PWM信号，将该PWM信号传送给所述牵引逆变器，以使所述牵引逆变器生成与该PWM信号对应的驱动电流，通过该驱动电流控制所述牵引电机结束微制动。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，还包括：

在所述牵引电机结束微制动后，所述控制器将包含所述正常给定力矩的信息发送给电机驱动系统；

所述电机驱动系统生成与所述正常给定力矩对应的PWM信号，将该PWM信号传送给所述牵引逆变器，以使所述牵引逆变器生成与该PWM信号对应的驱动电流，通过该驱动电流对所述牵引电机进行控制。

6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述控制器判断所述动车是否退出微制动模式包括：

判断中间直流电压值Ud是否大于预定的退出微制动模式的中间电压值TH_Ud-quit，或，判断中间直流电流的滤波处理值Id_f是否大于预定的退出微制动模式的中间直流电流滤波处理值TH_Idf-quit，或，判断所述动车的当前速度Speed是否小于预定的退出微制动模式的速度最小值TH_speed-quit，或，判断微制动模式的持续时间Time_AMB是否大于预定的单次微制动模式最大持续时间TH_Time-MAX。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述控制器判断所述动车退出微制动模式包括：

在所述控制器判断Ud大于TH_Ud-quit，或，Id_f大于TH_Idf-quit，或，Speed小于TH_speed-quit，或，Time_AMB大于TH_Time-MAX，且该判断结果的持续时间超过第二预设时间Time_quit时，判断所述动车退出微制动模式。

8.一种在无电区维持城市轨道交通列车不间断工作的系统，其特征在于，应用于城市轨道交通列车的动车，所述系统包括：控制器，电机驱动系统，主电路，牵引逆变器和牵引电机，所述控制器包括：第一判断模块，计算模块和第一发送模块；

所述第一判断模块，用于判断所述动车是否进入微制动模式，将判断结果发送给所述计算模块；

所述计算模块，用于接收所述第一判断模块的所述判断结果，在所述判断结果为所述动车进入微制动模式时，根据当前的中间直流电压采样值与系统需求的中间直流电压目标值的偏差，计算微制动请求力矩，将包含所述微制动请求力矩的计算结果发送给所述第一发送模块；

所述第一发送模块，用于接收所述计算模块的所述包含所述微制动请求力矩的计算结果，将包含所述微制动请求力矩的信息发送给所述电机驱动系统；

所述电机驱动系统，用于生成与所述微制动请求力矩对应的脉冲宽度调制PWM信号，将所述PWM信号发送给所述牵引逆变器；

所述牵引逆变器，用于根据所述PWM信号生成与所述微制动请求力矩对应的驱动电流，将所述驱动电流传送给所述牵引电机，及将所述牵引电机反馈的交流电整流为直流电，将所述直流电传送给所述主电路；

所述牵引电机，用于根据所述驱动电流所承载的微制动请求力矩信息进行微制动，将释放的动能转换为交流电能，将转换后的交流电传送给所述牵引逆变器；

所述主电路，用于通过所述直流电对所述动车的用电负载进行供电。

9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述控制器还包括：第二判断模块，第二发送模块和第三发送模块；

所述第二判断模块，用于判断所述动车是否退出微制动模式，将第二判断结果发送给所述第二发送模块；

所述第二发送模块，用于接收所述第二判断模块的所述第二判断结果，在所述第二判断结果为所述动车退出微制动模式时，向所述电机驱动系统输出过渡力矩，所述过渡力矩为所述微制动请求力矩至正常给定力矩的逼近值，所述正常给定力矩为列车驾驶员输入或自动驾驶系统所要求的力矩；

所述第三发送模块，用于在所述牵引电机结束微制动后，将包含所述正常给定力矩的信息发送给电机驱动系统。

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