CN103465794A - 电力机车列车供电控制方法、系统以及列车供电设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电力机车列车供电控制方法、系统以及列车供电设备，该方法包括：判断步骤，判断列车供电设备是否满足设定条件，若满足则执行解析步骤；解析步骤，解析所述列车供电设备当前所处的工作状态；调用步骤，根据所述工作状态调用相应的电压调节器进行供电控制，其中，所述设定条件包括：客车电源信号正常、客车供电申请信号正常、电力机车供电钥匙关闭以及电力机车辅助变流器工作正常。本发明通过针对列车供电设备所处的状态来调用不同的电压调节器，既可以保证列车供电设备在启动过程中对负载突然投入时的冲击进行快速响应，又可以保证列车供电设备在运行过程中的输出电压平稳度，极大地满足了现场运用时的要求。

Description

电力机车列车供电控制方法、系统以及列车供电设备

技术领域

本发明涉及一种列车供电控制技术领域，尤其涉及一种电力机车列车供电控制方法、系统以及列车供电设备。

背景技术

为了促进铁路节能降耗、提高运输效益，已大规模的取消了发电机车，推广电力机车列车供电设备。列车供电设备负责向电客车直供两路直流电压为600V的供电电源，在系统组成上一般由一个或者两个列车供电柜组成，目前已在SS7、SS8、SS9、HXD3C等电力机车上大规模应用。

对于目前的列车供电设备的控制方法，以主流的HXD3C电力机车列车供电设备为例，其结构请参考图1，该电力机车供电系统由两个独立的、完全相同的供电柜组成（1路和2路），每个供电柜均安装主电路和供电控制系统。在进行供电时，如图2所示，供电控制系统需要在确认客车电源工作正常、已发出供电申请信号的情况下，以及机车供电钥匙处于闭合状态且机车辅助变流器工作正常后，机车才向客车发送供电允许信号，同时延时启动DC600V输出。在确定启动DC600V输出后，供电控制系统通过给定延时积分环节的预置值与电压反馈信号比较，经电压调节器运算得出晶闸管的触发角，通过同步处理与功率放大环节控制晶闸管的触发脉冲模块，经隔离处理控制晶闸管的开通。

现有的供电控制系统在进行相控整流调节时，一般采用电压调节器进行调节，即利用输出电压作闭环控制——当输出电压反馈小于DC600V时，控制系统增大整流桥开放角度；当输出电压反馈大于DC600V时，控制系统减小整流桥开放角度。经过多年不断调整，电压调节器的程序和参数设计日趋完善，在输出电压平稳度和响应速度间取得了一个较好的平衡点。

但是，列车供电设备在应用过程中，会遭遇到DC600V输出电压不稳定、振荡等情况，出现这些情况往往是因为：

①每次电力机车列车供电设备重新启动时，客车负载也会重新进行加载，尤其是初次加载时会对列车供电设备造成较大的冲击，造成输出电压大幅度波动，有时甚至会超过客车负载可承受范围（按照铁标规定电压波动范围为DC500V-DC660V）。一旦电压波动超出范围，又会造成客车负载过压或者欠压保护及后续的重复加载，使客车负载（如空调、通风机等）长时间难以启动，缩短了客车负载正常工作时间。

②电力机车存在频繁的过分相行为，平均二三十分钟就有一次，特快列车在某些区段甚至是十几分钟就有一次，这也造成列车供电设备需要频繁重新启动。因此在过分相后如果客车负载不能快速、顺利加载，将大大影响旅客乘车的舒适度，比如说无法保证旅客列车正常的通风量、制冷量或者制热量。

因此，亟需一种方案来解决上述问题，使得列车供电设备在应用过程中，输出稳定的供电电压。

发明内容

本发明所要解决的技术问题之一是需要提供一种电力机车列车供电控制方法，该方法使得列车供电设备在应用过程中，输出稳定的供电电压。另外，还提供了电力机车列车供电控制系统以及列车供电设备。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种电力机车列车供电控制方法，包括：判断步骤，判断列车供电设备是否满足设定条件，若满足则执行解析步骤；解析步骤，解析所述列车供电设备当前所处的工作状态；调用步骤，根据所述工作状态调用相应的电压调节器进行供电控制，其中，所述设定条件包括：客车电源信号正常、客车供电申请信号正常、电力机车供电钥匙关闭以及电力机车辅助变流器工作正常。

在一个实施例中，在所述解析步骤中，

在解析得到列车供电设备当前所处的工作状态是启动状态时，则调用第一电压调节器进行相控整流调节，以加快所述列车供电设备在启动状态的响应速度；

在解析得到列车供电设备当前所处的工作状态是运行状态时，则调用第二电压调节器进行相控整流调节，以维持所述列车供电设备在运行状态的输出电压平稳。

在一个实施例中，所述第一电压调节器被配置为比例调节参数取值在百千级，积分调节参数取值为数十的PI调节器；

所述第二电压调节器被配置为比例调节参数取值为数十，积分调节参数取值在百千级的PI调节器。

在一个实施例中，在所述判断步骤中，进一步包括：

采集相关的状态信号，将所述状态信号经光耦隔离后发送；

根据经光耦隔离后的状态信号来判断列车供电设备是否满足设定条件。

根据本发明的另一方面，还提供了一种电力机车列车供电控制系统，包括：

判断模块，其判断列车供电设备是否满足设定条件，若满足则执行解析模块；

解析模块，其解析所述列车供电设备当前所处的工作状态；

调用模块，其根据所述工作状态调用相应的电压调节器进行供电控制，

其中，所述设定条件包括：客车电源信号正常、客车供电申请信号正常、电力机车供电钥匙关闭以及电力机车辅助变流器工作正常。

在一个实施例中，在所述解析模块解析得到列车供电设备当前所处的工作状态是启动状态时，则所述调用模块调用第一电压调节器进行相控整流调节，以加快所述列车供电设备在启动状态的响应速度；

在所述解析模块解析得到列车供电设备当前所处的工作状态是运行状态时，则所述调用模块调用第二电压调节器进行相控整流调节，以维持所述列车供电设备在运行状态的输出电压平稳。

在一个实施例中，所述第一电压调节器被配置为比例调节参数取值在百千级，积分调节参数取值为数十的PI调节器；

所述第二电压调节器被配置为比例调节参数取值为数十，积分调节参数取值在百千级的PI调节器。

根据本发明的另一方面，还提供了一种列车供电设备，包括如上所述的电力机车列车供电控制系统。

与现有技术相比，本发明的一个或多个实施例可以具有如下优点：

本发明通过针对列车供电设备所处的状态来调用不同的电压调节器，既可以保证列车供电设备在启动过程中对负载突然投入时的冲击进行快速响应，又可以保证列车供电设备在运行过程中的输出电压平稳度，极大地满足了现场运用时的要求。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例共同用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是现有主流的HXD3C电力接车列车供电设备的结构示意图；

图2是现有技术中的列车供电设备的控制方法的流程示意图；

图3是根据本发明一实施例的列车供电控制方法的流程示意图；

图4是对状态信号进行处理的处理电路图；

图5是根据本发明一实施例的列车供电控制系统的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，以下结合附图对本发明作进一步地详细说明。

图3是根据本发明一实施例的列车供电控制方法的流程示意图，下面参考图3来详细说明各个步骤。

步骤S310，采集状态信号，根据状态信号判断列车供电设备是否满足设定条件，若满足则执行步骤S320。

具体来说，在列车供电设备启动投入需同时满足以下设定条件：

⑴客车电源信号正常；⑵客车供电申请信号正常；⑶电力机车供电钥匙闭合；⑷电力机车辅助变流器工作正常信号。

因此，在该步骤中，首先要检测出涉及上述条件的四个状态信号(一般电平等级为DC110V)，然后将这些状态信号经光耦隔离后，即直流到直流转换，输出电平为DC5V信号。具体的处理电路的原理图，请参考图4。当CPU初次检测到四个状态信号均保持高电平状态（DC5V）时，即可确定此时的列车供电设备处于启动状态，否则启动状态不能确定。

步骤S320，解析列车供电设备当前所处的工作状态。

具体地，根据采集到的状态信号和客车负载投入情况，来判断列车供电设备所处的工作状态。

例如，当初次检测到以上所述的四个状态信号均保持高电平状态（DC5V）时，即可确定此时的列车供电设备处于启动状态。在启动状态时一旦检测到客车负载投入，即可确定列车供电设备转入运行状态。

步骤S330，根据工作状态调用相应的电压调节器进行供电控制。

在解析得到列车供电设备当前所处的工作状态是启动状态，则调用第一（快速）电压调节器进行相控整流调节，以加快列车供电设备在启动状态的响应速度；在解析得到列车供电设备当前所处的工作状态是运行状态，则调用第二（稳定）电压调节器进行相控整流调节，以维持列车供电设备在运行状态的输出电压平稳。

目前列车供电设备上使用的电压调节器是工程设计中常用的PI调节器，由比例调节（P）和积分调节（I）两部分构成：

比例调节：按比例反应系统的偏差，系统一旦出现了偏差，比例调节立即产生调节作用用以减少偏差。比例作用大，可以加快调节，减少误差，但是过大的比例，使系统的稳定性下降，甚至造成系统的不稳定。

积分调节：使系统消除稳态误差，提高无差度。因为有误差，积分调节就执行，直至无差，积分调节停止，积分调节输出一常值。积分作用的强弱取决于积分时间常数Ti，Ti越小，积分作用就越强。反之Ti大则积分作用弱，加入积分调节可使系统稳定性下降，动态响应变慢。

根据以上理论，在快速电压调节器中，P参数优选取值数百上千（百千级），I参数优选取值数十，达到快速调节作用。而稳定电压调节器则反其道而行之，P参数优选取值数十，I参数优选取值数百上千（百千级），达到稳定调节作用。

需要说明的是，在本实施例中，通过对列车供电设备的工作过程进行分析，可知该系统在两种情况下会重新启动投入工作：

⑴力机车和客车在车站完成联挂，满足相应的供电条件之后，列车供电设备启动投入工作；

⑵电力机车在过分相前，列车供电设备停止工作，电力机车在过分相后，列车供电设备启动投入工作。

因此，本发明的发明人通过仔细研究分析，针对客车负载启动时对系统冲击大的特性，考虑设置一个快速电压调节器以加快整个系统在启动过程中的响应速度。而且，针对客车负载正常运行时的特性，考虑设置一个稳定电压调节器以维持整个系统在运行过程中的输出电压平稳。

由于启动时设置的电压调节器响应速度快，对客车负载突然投入能够迅速响应，因此能够尽量减小输出电压波动幅度。另外，运行时设置的稳定电压调节器可以在运行过程中输出平稳的电压。

本实施例通过针对启动过程和运行过程设定不同的电压调节器，既可以保证列车供电设备在启动过程中对负载突然投入时的冲击进行快速响应，又可以保证列车供电设备在运行过程中的输出电压平稳度，极大地满足了现场运用时的要求。另外，即使电力机车频繁过分相导致列车供电设备重新启动，设置两种电压调节器后非常有利于客车负载的投入。

总之，改进后的控制方法使列车供电设备运行更加平稳，避免了电压大幅波动、电压振荡等恶劣问题，对客车负载的兼容性更好，保证了客车负载的正常使用，大大提高了旅客乘车的舒适度。

虽然，本实施例对列车供电设备的工作状态定义了两种状态，即启动状态和运行状态，并分别采取相应的处理手段。但是也可以对列车供电设备的工作状态定义多种状态或者其它的名称，并分别采取相应的处理手段。

另外，本发明还提供了一种列车供电设备，该设备包括电力机车列车供电控制系统，其具体结构如图5所示，下面参考图5来详细说明该控制系统的结构和功能。

如图5所示，该控制系统包括：判断模块51、与判断模块51连接的解析模块52和与解析模块52连接的调用模块53。其中，判断模块51，其判断列车供电设备是否满足设定条件，若满足则执行解析模块52，其中，所述设定条件包括：客车电源信号正常、客车供电申请信号正常、电力机车供电钥匙关闭以及电力机车辅助变流器工作正常。解析模块52，其解析列车供电设备当前所处的工作状态。调用模块53，其根据工作状态调用相应的电压调节器进行供电控制。

更具体地，在解析模块52解析得到列车供电设备当前所处的工作状态是启动状态时，则调用模块53调用第一电压调节器进行相控整流调节，以加快列车供电设备在启动状态的响应速度。在解析模块52解析得到列车供电设备当前所处的工作状态是运行状态时，则调用模块53调用第二电压调节器进行相控整流调节，以维持列车供电设备在运行状态的输出电压平稳。

其中，第一电压调节器被配置为比例调节参数取值在百千级，积分调节参数取值为数十的PI调节器。第二电压调节器被配置为比例调节参数取值在数十，积分调节参数取值在百千级的PI调节器。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉该技术的人员在本发明所揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种电力机车列车供电控制方法，包括：

判断步骤，判断列车供电设备是否满足设定条件，若满足则执行解析步骤；

解析步骤，解析所述列车供电设备当前所处的工作状态；

调用步骤，根据所述工作状态调用相应的电压调节器进行供电控制，

其中，所述设定条件包括：客车电源信号正常、客车供电申请信号正常、电力机车供电钥匙关闭以及电力机车辅助变流器工作正常。

2.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，在所述解析步骤中，

在解析得到列车供电设备当前所处的工作状态是启动状态时，则调用第一电压调节器进行相控整流调节，以加快所述列车供电设备在启动状态的响应速度；

在解析得到列车供电设备当前所处的工作状态是运行状态时，则调用第二电压调节器进行相控整流调节，以维持所述列车供电设备在运行状态的输出电压平稳。

3.根据权利要求2所述的控制方法，其特征在于，

所述第一电压调节器被配置为比例调节参数取值在百千级，积分调节参数取值为数十的PI调节器；

所述第二电压调节器被配置为比例调节参数取值为数十，积分调节参数取值在百千级的PI调节器。

4.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，在所述判断步骤中，进一步包括：

采集相关的状态信号，将所述状态信号经光耦隔离后发送；

根据经光耦隔离后的状态信号来判断列车供电设备是否满足设定条件。

5.一种电力机车列车供电控制系统，包括：

判断模块，其判断列车供电设备是否满足设定条件，若满足则执行解析模块；

解析模块，其解析所述列车供电设备当前所处的工作状态；

调用模块，其根据所述工作状态调用相应的电压调节器进行供电控制，

其中，所述设定条件包括：客车电源信号正常、客车供电申请信号正常、电力机车供电钥匙关闭以及电力机车辅助变流器工作正常。

6.根据权利要求5所述的控制系统，其特征在于，

在所述解析模块解析得到列车供电设备当前所处的工作状态是启动状态时，则所述调用模块调用第一电压调节器进行相控整流调节，以加快所述列车供电设备在启动状态的响应速度；

在所述解析模块解析得到列车供电设备当前所处的工作状态是运行状态时，则所述调用模块调用第二电压调节器进行相控整流调节，以维持所述列车供电设备在运行状态的输出电压平稳。

7.根据权利要求6所述的控制系统，其特征在于，

所述第一电压调节器被配置为比例调节参数取值在百千级，积分调节参数取值为数十的PI调节器；

所述第二电压调节器被配置为比例调节参数取值为数十，积分调节参数取值在百千级的PI调节器。

8.一种列车供电设备，包括如权利要求5至7中任一项所述的电力机车列车供电控制系统。

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