CN105197023B - 一种列车空调的控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种列车供电系统，按照电流的流动方向依次包括列车电源(1)，变压变流装置(2)、换流装置(3)，用电设备(4)，其中所述变压变流装置(2)的输出端分支成两路，一路与所述换流装置(3)相连，另一路相连设置有直流模块(5)，所述直流模块(5)的输出端连接到列车的控制装置(6)，根据本发明的一种列车供电系统，能够避免电源多次转换，使得线路简单，EMC(Electro Magnetic Compatibility，电磁兼容性)效果好。本发明还提供一种使用该列车供电系统的列车空调系统及其控制方法。

Description

一种列车空调的控制方法

技术领域

本发明属于供电及空调制冷领域，具体涉及一种列车供电系统、使用该系统的列车空调系统及其控制方法。

背景技术

在现有的列车供电系统和使用该系统的列车空调系统中，列车电源(通常是高压电)经牵引变压器降压后输入牵引变流器；经过降压变流后的电流再经过3个换流变压器进行换流作用，最终得到三相换相电压电流，以为列车的各个设备供电；具体系统结构示意图如图1所示。列车空调得电后根据列车内的温度控制机组开关，列车空调的温度控制模式具体如下：当Tc－Ts>Tj时，进入制冷降温子模式：压缩机开启；当-Tj≤Tc－Ts≤Tj时，进入常规冷冻保持子模式：压缩机保持原状态；(如果从其他模式直接进入该区间，则压缩机为开机状态时，运行制冷降温模式，若压缩机为关闭状态时，运行制冷停机模式)；当Tc－Ts<－Tj时，进入制冷停机子模式：压缩机关闭。其中，Tc为列车车厢内温度；Ts为设定目标温度；Tj为温度控制精度。

但是该供电系统中存在以下不足：

1.其控制部分采用交流供电，从而使得线路复杂，EMC效果差；

2.需要经过3次换流作用，即需要经过多次逆变、整流环节，从而导致整个系统设备多、结构复杂、电源转换效率低，可靠性低；

3.空调采用定频压缩机，导致机组能效低，尤其是在部分负荷时；

4.现有的空调控制模式采用空调达到设定温度时压缩机停，室内温度高于设定温度时压缩机启动，从而会由于频繁开关而引起温度的波动，导致温度控制精度低、舒适性差。

因此本发明是基于现有技术中的上述缺陷而研究设计出的一种列车供电系统、使用该系统的列车空调系统及其控制方法。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的列车供电系统线路复杂、EMC效果差的缺陷，从而提供一种新的列车供电系统、使用该系统的列车空调系统及其控制方法。进一步地，该列车供电系统还能够减少设备，使得结构简单，提高电源转换效率、可靠性。更进一步地，该列车供电系统能够提高机组能效以及控制精度。

本发明提供的一种列车供电系统，按照电流的流动方向依次包括列车电源，变压变流装置、换流装置，用电设备，所述变压变流装置的输出端分支成两路，一路与所述换流装置相连，另一路相连设置有直流模块，所述直流模块的输出端连接到列车的控制装置。

所述换流装置包括1个换流器，经过1次换流作用之后，将电流输送至所述用电设备。

所述列车电源为25kV的交流电。

所述直流模块的输入端采用辅助供电系统进行供电。

所述辅助供电系统采用1650V的直流供电电压。

本发明还提供了一种列车空调系统，其使用前述的供电系统对其进行供电。

所述用电设备为列车空调压缩机。

所述变压变流装置的输出端分支成两路，一路与所述换流装置相连，另一路相连设置有直流模块，所述直流模块的输出端连接到列车的控制装置，所述控制装置包括列车的空调控制系统。

所述列车的空调控制系统采用变频机组温度控制。

本发明还提供了一种列车空调的控制方法，其采用前述的列车空调系统，根据列车内的温度对其进行变频控制，具体步骤包括：

根据机组运行时ΔT(ΔT＝列车车厢内温度Tc-设定目标温度Ts)

压缩机以低频启动运行一定时间后t后，压缩机运转频率F(n)执行以下计算方法：

F(n)＝F(n－1)+Kp*(ΔT_n－ΔT_n－1)+Ki*ΔT_n+Kd(ΔT_n－2ΔT_n－1+ΔT_n－2)，

其中，Kp、Ki、Kd为常数系数；且n是与时间t对应的变量值，n对应t， n+i对应t+iΔt，其中i为整数，Δt可根据实际情况而设定。

列车空调压缩机的最小频率为F(min)、最大频率为F(max)。

若F(min)<F(n)<F(max)，则压缩机频率为：F(n)。

若F(n)≥F(max)时，则压缩机频率赋值为：F(max)。

若F(n)≤F(min)时，则压缩机频率赋值为：F(min)。

本发明提供的一种列车供电系统及及使用该系统的列车空调系统具有如下有益效果：

1.根据本发明的一种列车供电系统，控制装置采用纯直流供电，避免了电源多次转换，使得线路简单，EMC(Electro Magnetic Compatibility，电磁兼容性)效果好。

2.根据本发明的一种列车供电系统，能够使得系统设备减少、结构简单、提高了电源转换效率、提高了系统的可靠性。

3.根据本发明的一种列车空调系统，能有效地提高能效，使得机组更加省电、节能。

4.根据本发明的一种列车空调系统，实现了数字化无极调节，提高了车厢内温度控制精度，同时还提高了旅客的乘坐舒适度。

附图说明

图1是现有技术的列车供电系统与列车空调系统连接的结构示意图；

图2是本发明的一种列车供电系统的结构示意图；

图3是本发明的列车供电系统与列车空调系统连接的结构示意图。

图中附图标记表示为：

1—列车电源，2—变压变流装置，3—换流装置，31—换流器，4—用电设备，41—空调压缩机，42—空调控制系统，5—直流模块，6—控制装置，7—辅助供电系统。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的保护范围。

如图2所示，本发明提供的一种列车供电系统，按照电流的流动方向依次包括列车电源1，变压变流装置2、换流装置3，用电设备4，其中所述变压变流装置2的输出端分支成两路，一路与所述换流装置3相连，另一路相连设置有直流模块5，所述直流模块5的输出端连接到列车的控制装置6。由于现有技术中的控制部分采用交流供电，使得线路复杂，EMC(Electro Magnetic Compatibility，电磁兼容性)效果差，而本发明将控制部分采用纯直流设计，能够使得线路变得更加简单，EMC效果好(交变电路电流电压方向按正弦周期性变化，容易引起电磁干扰，直流电路为数字电路方向一定，因此EMC效果好)。

进一步地，所述换流装置3包括1个换流器31，经过1次换流作用之后，将电流输送至所述用电设备4。本发明的列车供电系统通过只设置一个换流器，能够有效地省去2个换流器(即一般情况下省去作用不大的逆变和整流2个能量变换环节，不会影响功能，同时省去两个变换过程，还可提高能效比，逆变一般是把直流电能(如电池、蓄电瓶等)转变成交流电(一般为220V，50Hz 正弦波)的过程，而整流一般是把交流电转换成直流电的过程)，能够有效地减少系统设备、使得结构简单、提高了电源转换效率、并提高了系统的可靠性。

优选地，选择列车电源为25KV的交流电，即AC25KV。

进一步地，所述直流模块5的输入端采用辅助供电系统7进行供电。采用辅助供电系统对其单独供电的方式能够有效地满足控制装置的直流电的需求。

优选地，所述辅助供电系统7采用1650V的直流供电电压。能够很好地保证控制装置的直流电能。

如图3所示，本发明还提供了一种列车空调系统，其使用前述的供电系统对其进行供电。能够使得系统设备减少、结构简单、提高了电源转换效率、提高了空调系统的可靠性；还由于控制装置采用纯直流供电，使得线路简单，EMC (Electro MagneticCompatibility，电磁兼容性)效果更好。

优选地，所述用电设备4为列车空调压缩机41。能够高效地对空调压缩机进行供电操作，提高电源转换效率，增强可靠性。

进一步地，所述变压变流装置2的输出端分支成两路，一路与所述换流装置3相连，另一路相连设置有直流模块5，所述直流模块5的输出端连接到列车的控制装置6，所述控制装置6包括列车的空调控制系统42。通过将控制装置包括列车的空调控制系统，能够由于采用纯直流供电，从而使得线路简单，EMC 效果获得更好。

进一步地，所述列车的空调控制系统采用变频机组温度控制。将空调控制系统采用变频控制技术进行控制，能够有效地提高能效(实验得出能够有效提高能效30％以上)，从而使得机组更加省电节能。

本发明还提供了一种列车空调的控制方法，其采用前述的列车空调系统，根据列车内的温度对其进行变频控制，具体步骤如下：

根据机组运行时ΔT(ΔT＝列车车厢内温度Tc-设定目标温度Ts)

压缩机以低频启动运行一定时间后t后，压缩机运转频率执行以下计算方法：

F(n)＝F(n－1)+K_p*(ΔT_n－ΔT_n－1)+Ki*ΔT_n+Kd(ΔT_n－2ΔT_n－1+ ΔT_n－2)，

其中，Kp、Ki、Kd为常数系数，可根据实际情况设定；且n是与时间t 对应的变量值，n对应t，n+i对应t+iΔt，其中i为整数，Δt可根据实际情况而设定，可在1-10min内任意取值，优选为5min，举例说明：n-1对应t-Δt，n-2 对应t-2Δt，以此类推；n+1对应t+Δt，n+2对应t+2Δt，以此类推。

采用上述变频机组温度控制方法能够有效地实现了数字化无极调节，使得车厢内每降低一定的温度值，便操作压缩机使其运行频率降低一定程度，减小空调的制冷力度，使得车厢内温度不至于下降得过快，超出人们舒适感的范围；同理，当车厢内每升高一定的温度值，便也操作压缩机使其运行频率上升一定程度，加大制冷力度，使得车厢内温度不至于上升过快，超出人们舒适感的范围。从而有效地提高车厢内温度控制的精度，同时还提高了旅客的舒适度。

优选地，机组设定压缩机最大最小频率范围为：[F(min)，F(max)]，即设定列车空调压缩机的最小频率为F(min)、最大频率为F(max)。

若F(min)<F(n)<F(max)，则压缩机频率为：F(n)；

若F(n)≥F(max)最大，则压缩机频率赋值为：F(max)最高频率；使得压缩机运行频率不至于超过其最高频率，从而影响压缩机的安全性能和使用寿命。

若F(n)≤F(min)最低，则压缩机频率赋值为：F(min)最低频率。使得压缩机运行频率不至于低于其最低频率，从而影响压缩机的使用寿命。

本领域的技术人员容易理解的是，在不冲突的前提下，上述各有利方式可以自由地组合、叠加。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种列车空调的控制方法，其特征在于：所述的列车空调包括列车供电系统，按照电流的流动方向依次包括列车电源(1)，变压变流装置(2)、换流装置(3)，用电设备(4)，所述变压变流装置(2)的输出端分支成两路，一路与所述换流装置(3)相连，另一路相连设置有直流模块(5)，所述直流模块(5)的输出端连接到列车的控制装置(6)；

根据列车内的温度对其进行变频控制，具体步骤包括：

计算机组运行时ΔT，ΔT＝列车车厢内温度Tc-设定目标温度Ts；

压缩机以低频启动运行一定时间后t后，压缩机运转频率F(n)执行以下计算方法：

F(n)＝F(n－1)+Kp*(ΔT_n－ΔT_n－1)+Ki*ΔT_n+Kd(ΔT_n－2ΔT_n－1+ΔT_n－2)，

其中，Kp、Ki、Kd为常数系数；且n是与时间t对应的变量值，n对应t，n+i对应t+iΔt，其中i为整数，Δt可根据实际情况而设定。

2.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于：所述换流装置(3)包括1个换流器(31)，经过1次换流作用之后，将电流输送至所述用电设备(4)。

3.根据权利要求1-2之一所述的控制方法，其特征在于：所述列车电源为25KV的交流电。

4.根据权利要求2所述的控制方法，其特征在于：所述直流模块(5)的输入端采用辅助供电系统(7)进行供电。

5.根据权利要求4所述的控制方法，其特征在于：所述辅助供电系统(7)采用1650V的直流供电电压。

6.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于：所述用电设备(4)为列车空调压缩机(41)。

7.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于：所述控制装置(6)包括列车的空调控制系统(42)。

8.根据权利要求7所述的控制方法，其特征在于：所述列车的空调控制系统采用变频机组温度控制。

9.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于：列车空调压缩机的最小频率为F(min)、最大频率为F(max)，根据F(n)与F(min)和/或F(max)的比较结果调节压缩机频率。

10.根据权利要求9所述的控制方法，其特征在于：若F(min)<F(n)<F(max)，则压缩机频率为：F(n)；

若F(n)≥F(max)时，则压缩机频率赋值为：F(max)；

若F(n)≤F(min)时，则压缩机频率赋值为：F(min)。