CN105730251B - 应用于列车的过压斩波能耗均衡控制系统 - Google Patents
应用于列车的过压斩波能耗均衡控制系统 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种应用于列车的过压斩波能耗均衡控制系统，包括：列车网络控制系统和传动控制单元。列车网络控制系统通过传动控制单元获取每节动车的运行数据，动态调节各节动车的再生制动和电阻制动工况。列车网络控制系统根据各节动车运行过程中的情况发出过压斩波门槛抬高标志，传动控制单元根据过压斩波门槛抬高标志，以及中间直流电流实时调整过压斩波开通/关断门槛，实现过压斩波能耗均衡控制。本发明控制系统实时性高、控制精确，在列车电制动、牵引和惰行工况下均可实现过压斩波能耗均衡控制，既保证了整车级别长时间大范围的斩波能耗均衡控制，又可兼顾调节过程中的实时性、灵活性，保护了斩波管元件和制动电阻的安全。
Description
技术领域
本发明涉及轨道交通电气控制领域，尤其是涉及一种应用于地铁列车、城轨列车、轻轨列车等轨道交通车辆VVVF(Variable Voltage and Variable Frequency，变频调速系统的简称)的过压斩波能耗均衡控制系统。
背景技术
地铁列车具有载客量大、行驶速度快、舒适性高等优点，是解决城市交通问题的重要手段之一。地铁列车由多节车辆编组而成，一般为6节编组，4节动车、2节拖车结构，每节动车均有独立的变频调速系统(以下简称VVVF)。地铁列车在制动过程中优先采用电制动方式，只有当电制动力不足或制动停站阶段才采用空气制动方式。列车电制动过程中VVVF通过再生制动方式将机械能转化为电能供线路电网吸收，若线路电网不能再吸收再生制动产生的电能时，制动能量将使VVVF主电路的中间电压升高。为消耗此部分电能并保护VVVF内的IGBT(即绝缘栅双极晶体管)元件，VVVF采用电阻制动方式，通过开通斩波管元件，将制动电阻接入VVVF主电路，达到消耗过量电能和保护VVVF中IGBT元件的目的。但由于每节动车VVVF内中间电压传感器个体的检测能力和VVVF控制部件传动控制单元(以下简称DCU)采样的差异性，实际相同中间电压情况下采样可能存在不同。这就造成在列车电制动过程中，中间电压采样值最高的动车在再生制动工况转换为电阻制动工况过程中最先开启斩波管元件，实行电阻制动，而其它三节动车仍工作于再生制动工况，从而导致一节动车的斩波管元件和制动电阻需要消耗四节动车电制动能量的情况。若在电阻制动工况下，动车因制动电阻进入超温保护，而使该节动车过压斩波不能进行，此节动车VVVF主电路的中间电压将急剧抬升，造成中间电压过压保护而分断该节动车VVVF的高速断路器(以下简称HSCB)。此时，空气制动若不能及时补充，将导致列车进站停车时冲标，影响乘客上下车，使列车运行发生晚点，对地铁正线运营造成极大的影响。更为严重时，甚至会造成中间电压采样值最高的动车的制动电阻和斩波管元件烧损。
同时，由于城市轨道交通系统站与站之间的间距短，列车在正线运营过程中需要频繁牵引启动加速与制动减速停站，当运行过程中出现较多地铁列车处于电制动工况，而向线路电网反馈能量时，处于牵引或惰行工况的地铁列车VVVF主电路的中间电压基本等于线路电网电压，其值也会随之抬升，因此也会面临因过压斩波能耗不均衡所引发的问题。
在地下铁道电动客车斩波试验运用领域的现有技术中，主要有以下三篇文献与本发明申请相关：
现有技术1为铁道部长春客车工厂于1990年09月03日申请，并于1992年03月18日公开，公开号为CN1059602A的中国发明专利申请《地铁斩波试验台》。该发明专利申请提供了由电力电子主机系统，32位专用计算机系统，专用大规模模拟测试接口系统构成的地铁斩波系统试验台，可全面精确地对斩波调压地下铁道电动客车直流串激电动机电力牵引再生制动大功率逆导通晶闸管斩波电力电子系统进行直接测试和模拟测试的斩波系统试验台。该发明可进行斩波器电压测试，斩波器频率测试，斩波器导通比测试，牵引电流特性测试，再生制动电流时间常数测试，再生制动放大器特性测定等测试项目，具备自动波形参数测量结果分析，并显示打印测试结果的功能。但是，现有斩波试验模拟方案只能进行单台动车的斩波模拟试验，而现场地铁列车实际运用情况复杂，仅依靠斩波模拟试验装置对整列车现场实际运用过程中出现的电制动工况过压斩波能耗不均衡无法做出模拟测试，因此现有试验装置无法解决过压斩波能耗不均衡的问题。
现有技术2为广州地铁运营公司樊嘉峰、陈军华于2000年11月10日发表在《机车电传动》2000年第6期39～40页上的论文《地铁动车组再生与电阻制动时能耗均衡的实现》。该论文针对列车电制动过程中线路电网电压传感器测量差异带来的地铁车辆各动车电阻制动时能耗不均衡的问题，提出了通过检测线路电网电流方向来判断各节动车电阻制动时是否消耗自身VVVF电制动所产生的能量的方法，而各节动车通过对线路电网电流的方向的判断及电流值来进行PI调节，动态地提升或降低各节动车的斩波起始门槛，来达到整列车再生与电阻制动时能耗均衡的目的。但是该论文中的技术方案仅针对列车电制动工况，未考虑列车的牵引和惰行工况也可能出现的过压斩波工况，方案处理仅通过检测每节动车线路电网电压和线路电流，对线路电流的正负进行判读，用PI调节方式调节过压斩波门槛的方式使每节动车过压斩波时能耗均衡。而且现有方案为每节动车自行调节，各动车之间无法知道其他动车运行期间电阻制动的能耗情况，因此其对整车级的列车电气系统过压斩波能耗均衡控制较难实现。
现有技术3为陈新溅、陈中杰等人于2013年01月10日发表在《机车电传动》2013年第1期73～77页上的论文《储能式电力牵引轻轨车电气牵引系统研制》。该论文详细介绍了装载有电容储能式再生电能吸收装置列车的设计方法及技术参数。具有超级储能电容装置的轻轨列车电制动过程中绝大部分电能均被超级电容所吸收，VVVF主电路中间电压波动较小。因此，在列车电制动过程中大部分工况为再生制动，几乎不存在电阻制动工况，列车较难出现过压斩波能耗不均衡问题。但是，该论文中的技术方案采用超级电容储能式吸收装置虽能较好地将再生制动能量吸收，使列车电制动时较少进入电阻制动工况。但超级电容储能式吸收装置的放电电流及能量密度均较小，列车停止运行时能量较难释放，易在检修时造成检修人员触电的安全事故。超级电容储能式吸收装置一般质量较重且体积较大，储能装置的设置会不可避免地占用地铁列车本已有限的空间，增加列车的载荷，造成地铁列车载客量的减少和牵引能耗的增加。相对于成熟运用的制动电阻耗能型能量消耗装置，超级电容储能式吸收装置造价昂贵，地铁列车采用易导致成本过高。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种应用于列车的过压斩波能耗均衡控制系统，能够有效地解决列车电气系统过压斩波能耗均衡控制的技术问题。
为了实现上述发明目的，本发明具体提供了一种应用于列车的过压斩波能耗均衡控制系统的技术实现方案，所述过压斩波能耗均衡控制系统，包括：
两个以上设置在动车上的传动控制单元，所述传动控制单元获取本节动车，以及其它各节动车的运行数据，动态调节本节动车的再生制动和电阻制动工况。所述传动控制单元根据各节动车运行过程中过压斩波能耗的情况调整过压斩波开通/关断门槛，实现过压斩波能耗均衡控制。
优选的，所述传动控制单元通过分别累计各节动车的斩波管元件开通时间计算各节动车运行过程中过压斩波能耗的情况。
本发明还具体提供了另一种应用于列车的过压斩波能耗均衡控制系统的技术实现方案，所述过压斩波能耗均衡控制系统，包括：
两个以上设置在动车上的传动控制单元，所述传动控制单元获取本节动车，以及其它各节动车的运行数据，动态调节本节动车的再生制动和电阻制动工况。所述传动控制单元根据中间直流电流调整过压斩波开通/关断门槛。
本发明还具体提供了第三种应用于列车的过压斩波能耗均衡控制系统的技术实现方案，所述过压斩波能耗均衡控制系统，包括：
两个以上设置在动车上的传动控制单元，所述传动控制单元获取本节动车，以及其它各节动车的运行数据，动态调节本节动车的再生制动和电阻制动工况。所述传动控制单元根据各节动车运行过程中过压斩波能耗的情况，以及中间直流电流调整过压斩波开通/关断门槛。
优选的，所述传动控制单元通过分别累计各节动车的斩波管元件开通时间计算各节动车运行过程中过压斩波能耗的情况。
本发明还具体提供了第四种应用于列车的过压斩波能耗均衡控制系统的技术实现方案，所述过压斩波能耗均衡控制系统，包括：
列车网络控制系统和传动控制单元，所述列车网络控制系统通过所述传动控制单元获取每节动车的运行数据，动态调节各节动车的再生制动和电阻制动工况。所述列车网络控制系统根据各节动车运行过程中过压斩波能耗的情况发出过压斩波门槛抬高标志，所述传动控制单元根据过压斩波门槛抬高标志调整过压斩波开通/关断门槛，实现过压斩波能耗均衡控制。
优选的，所述列车网络控制系统通过分别累计各节动车的斩波管元件开通时间发出所述过压斩波门槛抬高标志。
本发明还具体提供了第五种应用于列车的过压斩波能耗均衡控制系统的技术实现方案，所述过压斩波能耗均衡控制系统，包括：
列车网络控制系统和传动控制单元，所述列车网络控制系统通过所述传动控制单元获取每节动车的运行数据，动态调节各节动车的再生制动和电阻制动工况。所述传动控制单元根据中间直流电流调整过压斩波开通/关断门槛，实现过压斩波能耗均衡控制。
本发明还具体提供了第六种应用于列车的过压斩波能耗均衡控制系统的技术实现方案，所述过压斩波能耗均衡控制系统，包括：
列车网络控制系统和传动控制单元，所述列车网络控制系统通过所述传动控制单元获取每节动车的运行数据，动态调节各节动车的再生制动和电阻制动工况。所述列车网络控制系统根据各节动车运行过程中过压斩波能耗的情况发出过压斩波门槛抬高标志，所述传动控制单元根据过压斩波门槛抬高标志，以及中间直流电流调整过压斩波开通/关断门槛，实现过压斩波能耗均衡控制。
优选的，所述列车网络控制系统通过分别累计各节动车的斩波管元件开通时间发出所述过压斩波门槛抬高标志。
优选的，当所述过压斩波能耗均衡控制系统包括列车网络控制系统和传动控制单元时，所述列车网络控制系统从所述列车中各动车的传动控制单元分别获取斩波管元件的开通时间，并分两类情况向斩波管元件开通时间最多的动车发出过压斩波门槛抬高标志；
当所述过压斩波能耗均衡控制系统包括两个以上设置在动车上的传动控制单元时，所述传动控制单元从本节动车，以及其它各节动车分别获取斩波管元件的开通时间，并分两类情况调整过压斩波开通/关断门槛；
第一类情况为：判断列车完成一次启动出站到进站停车过程，读取此段站与站之间各节动车的斩波管元件开通时间，并与前一次站与站之间的斩波管元件开通时间相加，得到三站之间各节动车的斩波管元件开通时间；
第二类情况为：分别累计列车运行过程中各节动车的斩波管元件开通总时间。
优选的，所述列车网络控制系统或所述传动控制单元先按照第二类情况的累计数据进行判断：
所述列车在运行过程中斩波管元件开通总时间最长的动车开通时间为T，斩波管元件开通总时间最短的动车开通时间为t，若T/t≥K，1<K≤1.2，K∈R，则认为开通总时间为T的动车在电制动过程中斩波能耗最大，与该斩波管元件相连的制动电阻负担最重。所述列车网络控制系统向斩波管元件开通总时间最长的动车的传动控制单元发出过压斩波门槛抬高标志，或所述传动控制单元中斩波管元件开通总时间最长的动车的传动控制单元抬高过压斩波开通/关断门槛。
优选的，若T/t<K，1<K≤1.2，K∈R，则所述列车网络控制系统或所述传动控制单元按照第一类情况的累计数据进行判断：
所述列车运行过程中最近三站之间斩波管元件开通时间最长的动车开通时间为T1，斩波管元件开通时间最短的动车开通时间为t1，若T1-t1≥M，10<M≤30，M∈Z，则认为开通时间为T1的动车在电制动过程中斩波能耗最大，与该斩波管元件相连的制动电阻负担最重。所述列车网络控制系统向斩波管元件开通总时间最长的动车的传动控制单元发送过压斩波门槛抬高标志，或所述传动控制单元中斩波管元件开通总时间最长的动车的传动控制单元抬高过压斩波开通/关断门槛。若T1-t1<M，10<M≤30，M∈Z，则所述列车网络控制系统认为此时各节动车之间过压斩波能耗基本均衡，将不向任何动车发出过压斩波门槛抬高标志，或所述传动控制单元认为此时各节动车之间过压斩波能耗基本均衡，将不抬高任何动车的过压斩波开通/关断门槛。
优选的，若所述传动控制单元接收到所述网络控制系统发出的过压斩波门槛抬高标志，或当所述传动控制单元需要抬高过压斩波开通/关断门槛，则在原值基础上分别将所述过压斩波开通/关断门槛抬高ΔU，使过压斩波开通门槛抬高为Uchop-on+ΔU，使过压斩波关断门槛抬高为Uchop-off+ΔU，5≤ΔU<Umax-Uchop-on，Umax为变频调速系统中功率开关元件可承受的最高电压值。若所述传动控制单元未接收到所述网络控制系统发出的过压斩波门槛抬高标志，或所述传动控制单元不需要抬高过压斩波开通/关断门槛，则过压斩波开通门槛维持为原值Uchop-on，过压斩波关断门槛维持为原值Uchop-off。
优选的，当所述过压斩波能耗均衡控制系统包括列车网络控制系统和传动控制单元时，所述传动控制单元在接收到过压斩波允许指令的情况下，根据所述列车网络控制系统发出的过压斩波门槛抬高标志实时调整过压斩波开通/关断门槛；当所述过压斩波能耗均衡控制系统包括两个以上设置在动车上的传动控制单元时，所述传动控制单元在接收到过压斩波允许指令的情况下，根据各节动车运行过程中过压斩波能耗的情况调整过压斩波开通/关断门槛。
优选的，若所述传动控制单元检测到中间直流电流Id>0，则通过计算得到的ΔU1值为正值，所述传动控制单元将过压斩波开通门槛在原有Uchop-on的基础上抬高至Uchop-on+ΔU1，将过压斩波关断门槛在原有Uchop-off的基础上抬高至Uchop-off+ΔU1；若中间直流电流Id<0，则通过计算得到的ΔU1值为负值，所述传动控制单元将过压斩波开通门槛降低至Uchop-on-|ΔU1|，将过压斩波关断门槛降低至Uchop-off-|ΔU1|；若中间直流电流Id＝0，则通过计算得到的ΔU1值为0，过压斩波开通/关断门槛不变。其中，-20≤ΔU1≤50，最终变化后的过压斩波开通门槛不低于Uchop-on，过压斩波关断门槛不低于Uchop-off，Uchop-on为过压斩波开通门槛的原始值，Uchop-off为过压斩波关断门槛的原始值。
优选的，所述传动控制单元在接收到过压斩波允许指令的情况下，根据中间直流电流的波动分别对过压斩波开通/关断门槛进行调整。
优选的，当所述传动控制单元接收到所述列车网络控制系统发出的过压斩波门槛抬高指令，或当所述传动控制单元需要抬高过压斩波开通/关断门槛，同时获取了因为过压斩波门槛抬高标志而产生的电压调节值ΔU，以及因为中间直流电流Id变化而计算产生的电压调节值ΔU1后，所述传动控制单元综合两者调节的结果，将过压斩波开通门槛Uchop-on和过压斩波关断门槛Uchop-off在原有基础上，分别抬高(ΔU1+ΔU)后再进行限制，过压斩波开通门槛达到(Uchop-on+(ΔU1+ΔU))，过压斩波关断门槛达到(Uchop-off+(ΔU1+ΔU))。其中，5≤ΔU<Umax-Uchop-on，0≤(ΔU1+ΔU)≤Umax-Uchop-on，Umax为牵引变流器中功率开关元件可承受的最高电压值，0<|Id|<Idmax，Idmax为牵引变流器中功率开关元件可承受的最高电流值。
优选的，当所述过压斩波能耗均衡控制系统包括列车网络控制系统和传动控制单元时，所述传动控制单元在接收到过压斩波允许指令的情况下，根据中间直流电流的波动，以及所述列车网络控制系统发出的过压斩波门槛抬高标志实时调整过压斩波开通/关断门槛；当所述过压斩波能耗均衡控制系统包括两个以上设置在动车上的传动控制单元时，所述传动控制单元在接收到过压斩波允许指令的情况下，根据中间直流电流的波动，以及各节动车运行过程中过压斩波能耗的情况调整过压斩波开通/关断门槛。
优选的，当所述过压斩波能耗均衡控制系统包括列车网络控制系统和传动控制单元时，所述列车网络控制系统从所述列车中各节动车的传动控制单元分别获取斩波管元件的开通时间，并分两类情况向斩波管元件开通时间最多的动车发出斩波门槛抬高标志；
当所述过压斩波能耗均衡控制系统包括两个以上设置在动车上的传动控制单元时，所述传动控制单元从本节动车，以及其它各节动车分别获取斩波管元件的开通时间，并分两类情况调整过压斩波开通/关断门槛；
第一类情况为：判断列车完成一次启动出站到进站停车过程，读取此段站与站之间各节动车的斩波管元件开通时间，并与前一次站与站之间的斩波管元件开通时间相加，得到三站之间各动车的斩波管元件开通时间；
第二类情况为：分别累计列车运行过程中各节动车的斩波管元件开通总时间。
优选的，所述列车网络控制系统或所述传动控制单元先按照第二类情况的累计数据进行判断：
所述列车在运行过程中斩波管元件开通总时间最长的动车开通时间为T，斩波管元件开通总时间最短的动车开通时间为t，若T/t≥K，1<K≤1.2，K∈R，则认为开通总时间为T的动车在电制动过程中斩波能耗最大，与该斩波管元件相连的制动电阻负担最重。所述列车网络控制系统向斩波管元件开通总时间最长的动车的传动控制单元发送过压斩波门槛抬高标志，或所述传动控制单元中斩波管元件开通总时间最长的动车的传动控制单元抬高过压斩波开通/关断门槛。
优选的，若T/t<K，1<K≤1.2，K∈R，则所述列车网络控制系统或所述传动控制单元按照第一类情况的累计数据进行判断：
所述列车运行过程中最近三站之间斩波管元件开通时间最长的动车开通时间为T1，斩波管元件开通时间最短的动车开通时间为t1，若T1-t1≥M，10<M≤30，M∈Z，则认为开通时间为T1的动车在电制动过程中斩波能耗最大，与该斩波管元件相连的制动电阻负担最重。所述列车网络控制系统向斩波管元件开通总时间最长的动车的传动控制单元发送过压斩波门槛抬高标志，或所述传动控制单元中斩波管元件开通总时间最长的动车的传动控制单元抬高过压斩波开通/关断门槛。若T1-t1<M，10<M≤30，M∈Z，则所述列车网络控制系统认为此时各节动车之间过压斩波能耗基本均衡，将不向任何动车发出过压斩波门槛抬高标志，或所述传动控制单元认为此时各节动车之间过压斩波能耗基本均衡，将不抬高任何动车的过压斩波开通/关断门槛。
优选的，当所述过压斩波能耗均衡控制系统包括列车网络控制系统和传动控制单元时，所述列车中各节动车的传动控制单元均通过MVB总线与所述列车网络控制系统进行数据交换；当所述过压斩波能耗均衡控制系统包括两个以上设置在动车上的传动控制单元时，所述列车中各节动车的传动控制单元之间通过MVB总线进行数据交换。
优选的，所述列车在电制动、牵引和惰行工况下，均能实现过压斩波能耗均衡控制。
通过实施上述本发明提供的应用于列车的过压斩波能耗均衡控制系统，具有如下技术效果：
(1)本发明控制系统在列车电制动、牵引和惰行的工况下，均可实现过压斩波能耗均衡控制，控制方法实时性高、控制精确。
(2)本发明控制系统还进一步综合使用了列车网络控制系统调节和单个传动控制单元中间直流电流反馈调节的方式，既保证了整车级别的长时间大范围的斩波能耗均衡控制，同时可以兼顾调节过程中的实时性、灵活性，因此可以充分保证斩波能耗的均衡效果。
(3)本发明控制系统可充分保证列车VVVF设备斩波管元件和制动电阻的安全，延长其使用寿命。针对不同的列车和线路具体情况，只需对控制参数进行适当调整即能满足使用制动电阻进行过量电能消耗地铁列车的过压斩波能耗均衡需求，控制系统适用范围广，在其它配备传动控制单元，以及类似列车网络控制系统的列车上也易于移植。
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的介绍。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实施例。
图1是本发明一种列车网络控制系统与各动车DCU数据交互的拓扑结构示意图；
图2是本发明应用于列车的过压斩波能耗均衡控制系统中DCU接收到过压斩波门槛抬高标志后的控制原理波形图；
图3是本发明应用于列车的过压斩波能耗均衡控制系统中DCU接收到中间直流电流反馈值后的控制原理波形图；
图4是本发明应用于列车的过压斩波能耗均衡控制系统中DCU根据中间直流电流反馈调节过压斩波门槛控制原理图；
图5是本发明另一种列车网络控制系统与各动车DCU数据交互的拓扑结构示意图；
图6是本发明应用于列车的过压斩波能耗均衡控制系统一种具体实施方式的系统结构框图；
图中：1-列车网络控制系统，2-传动控制单元(DCU)，3-MVB总线，4-牵引变流器，5-制动电阻，6-中间直流回路，7-斩波管元件。
具体实施方式
为了引用和清楚起见，将下文中使用的技术名词、简写或缩写记载如下：
PI：比例(Proportion)-积分(Integral)控制的简称；
PID：比例(Proportion)-积分(Integral)-微分(Derivative)控制的简称；
HSCB：即高速断路器(High-Speed Circuit Breaker)，列车高速断路器作用于主电路VVVF的保护，当列车启动，升起受电弓或受电靴后，闭合高速断路器，向主电路提供高压，当主电路VVVF出现过电压、过电流等故障时高速断路器可快速断开主电路的高压，从而实现对主电路VVVF的保护；
IGBT：即绝缘栅双极晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor)，由BJT(双极型三极管)和MOS(绝缘栅型场效应管)组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件，兼具有高输入阻抗和低导通压降两方面的优点，被广泛应用于牵引传动等领域；
MVB：即多功能车辆总线(Multifunction Vehicle Bus)，是一种主要用于对有互操作性和互换性要求的互连设备之间的串行数据通信总线；
VVVF：即变频调速系统(Variable Voltage and Variable Frequency)，是一种可通过同时改变频率和电压达到磁通恒定和控制电机转速的设备；
DCU：即传动控制单元(Drive Control Unit)，是一种用于控制VVVF的设备；
车控方式：每台牵引变流器控制一节动车的一台动力转向架的四台电机的方式；
架控方式：每台牵引变流器控制一节动车的一台动力转向架上的两台电机的方式；
轴控方式：每台牵引逆变器控制一节动车的一根动轴上的一台电机的方式。
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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、完整的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，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作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。
如附图1至附图6所示，给出了本发明应用于列车的过压斩波能耗均衡控制系统的具体实施例，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。
本发明具体实施例充分利用列车网络控制系统1与牵引变流器4(VVVF)的控制设备-传动控制单元2(DCU)的数据交换功能，根据各节动车运行过程中过压斩波能耗(实际是通过累计各节动车斩波管元件7的开通时间，开通的时间越长，消耗的过量电能越大)的实际情况，利用列车网络控制系统1对其进行干预或由传动控制单元2进行自主调节，从而动态调节各节动车的再生制动和电阻制动工况。传动控制单元2则根据过压斩波门槛抬高标志和/或中间直流电流实时调整过压斩波开通/关断门槛，实现过压斩波能耗均衡的控制。同时，本发明具体实施例还能够实现在牵引和惰行工况下过压斩波能耗均衡的控制，使各节动车的斩波管元件7和制动电阻5能均衡利用，并使它们得到有效的保护。
本发明具体实施例列车网络控制系统1与各节动车的传动控制单元2，以及传动控制单元2相互之间的数据交换拓扑结构分别如附图1和附图5所示，其中n为传动控制单元2的个数，2≤n≤16。作为本发明一种典型的具体实施例，如附图1所示，该具体实施例描述的过压斩波能耗均衡控制方法基于集中式控制系统。列车各节动车VVVF的DCU均通过MVB总线3与列车网络控制系统1进行数据交换。因此，列车网络控制系统1可通过MVB总线3实时得知所有动车的运行数据，并根据实际情况，发出过压斩波门槛抬高标志，DCU再根据过压斩波门槛抬高标志和/或每个DCU采集到的中间直流电流的实际值实时调整过压斩波开通/关断门槛，实现过压斩波能耗均衡的控制。作为本发明中另一种典型的具体实施例，如附图5所示的具体实施例描述的过压斩波能耗均衡控制方法基于分布式控制系统。在附图5中，列车各节动车VVVF的DCU均通过MVB总线3进行相互之间的运行数据交换。
如附图6所示，为本发明应用于列车的过压斩波能耗均衡控制系统一种具体实施例的系统结构框图。过压斩波能耗均衡控制系统包括列车网络控制系统1和分别设置在4节动车上的传动控制单元2(DCU)。列车网络控制系统1与传动控制单元2之间通过MVB总线3进行数据交换。牵引变流器4中进一步包括中间直流回路6和斩波管元件7，传动控制单元2采集中间直流回路6的中间直流电流Id。斩波管元件7与制动电阻5相连，通过开启斩波管元件7接入制动电阻5以实行电阻制动，通过制动电阻5消耗本节动车的制动能量。传动控制单元2与斩波管元件7相连，获取斩波管元件7的开通时间，并调整斩波管元件7的过压斩波开通/关断门槛。
实施例1：
如附图1所示，一种应用于列车的过压斩波能耗均衡控制系统的具体实施例，该系统包括：列车网络控制系统1和传动控制单元2。在各节动车DCU与列车网络控制系统1通信正常的情况下，列车网络控制系统1通过传动控制单元2获取每节动车的运行数据，动态调节各节动车的再生制动和电阻制动工况。作为本发明一种较佳的具体实施例，列车网络控制系统1通过MVB总线3从列车的各节动车分别获取DCU的斩波管元件7的开通时间。列车网络控制系统1根据各节动车运行过程中过压斩波能耗的情况发出过压斩波门槛抬高标志，传动控制单元2根据过压斩波门槛抬高标志调整过压斩波开通/关断门槛，实现系统的过压斩波能耗均衡控制。列车控制网络系统1向斩波管元件7开通时间最多的动车发出过压斩波门槛抬高标志，使斩波管元件7开通时间最多的动车过压斩波门槛抬高，达到使其它动车过压斩波开启，并使制动电阻5消耗能量，开通时间最多的动车的斩波管元件7和制动电阻5暂停工作的目的。作为本发明一种典型的具体实施例，斩波管元件7采用IGBT器件，斩波管元件7还可以采用其他大功率半导体开关器件。
作为本发明一种较佳的具体实施例，传动控制单元2在接收到过压斩波允许指令的情况下，根据列车网络控制系统1给出的过压斩波门槛抬高标志实时调整过压斩波开通/关断门槛。
列车网络控制系统1通过分别累计各节动车的斩波管元件7的开通时间发出过压斩波门槛抬高标志。列车网络控制系统1从列车中各动车的传动控制单元2分别获取斩波管元件7的开通时间，并分两类情况向斩波管元件7开通时间最多的动车发出过压斩波门槛抬高标志：
第一类情况为：若列车网络控制系统1判断列车完成一次启动出站到进站停车过程(即列车的速度从静止到高速，再由电制动到非电制动，并完全退出速度点的过程)，读取此段站与站之间各节动车的斩波管元件7的开通时间，并与前一次站与站之间的斩波管元件7的开通时间相加，得到三站之间各节动车的斩波管元件7的开通时间。
第二类情况为：分别累计列车运行过程中各节动车的斩波管元件7的开通总时间。
过压斩波门槛抬高标志发送控制算法如下：
条件1：列车网络控制系统1先按照第二类情况的累计数据进行判断：
列车在运行过程中斩波管元件7开通总时间最长的动车开通时间为T，斩波管元件7开通总时间最短的动车开通时间为t，若T/t≥K，1<K≤1.2，K∈R，K值可根据实际情况调整，R为正实数，则认为开通总时间为T的动车在电制动过程中斩波能耗最大，与该斩波管元件7相连的制动电阻5负担最重。列车网络控制系统1向斩波管元件7开通总时间最长的动车的传动控制单元2发送过压斩波门槛抬高标志，对其它动车则不发送此标志。
条件2：若T/t<K，1<K≤1.2，K∈R，K值可根据实际情况调整，R为正实数，则列车网络控制系统1按照第一类情况的累计数据进行判断：
列车运行过程中最近三站之间斩波管元件7的开通时间最长的动车开通时间为T1，斩波管元件7开通时间最短的动车开通时间为t1，若T1-t1≥M，10<M≤30，M∈Z，M值可根据实际情况调整，Z为正整数，则认为开通时间为T1的动车在电制动过程中斩波能耗最大，与该斩波管元件7相连的制动电阻5负担最重。列车网络控制系统1向斩波管元件7开通总时间最长的动车的传动控制单元2发送过压斩波门槛抬高标志。若T1-t1<M，10<M≤30，M∈Z，M值可根据实际情况调整，Z为正整数，则列车网络控制系统1认为此时各节动车之间过压斩波能耗基本均衡，将不向任何动车发出过压斩波门槛抬高标志。
通过这种判断方式，各节动车运行过程中，过压斩波能耗的最大与最小差值一定在100(K-1)％之内(即0～20％之内)。若过压斩波的能耗最大与最小差值在100(K-1)％之内，通过最近两个站与站之间的过压斩波门槛调节控制，各节动车之间的过压斩波能耗也将更加均衡。
如附图2所示，若传动控制单元2接收到网络控制系统1发出的过压斩波门槛抬高标志，则在原值基础上分别将过压斩波开通/关断门槛抬高ΔU，使过压斩波开通门槛抬高为Uchop-on+ΔU，使过压斩波关断门槛抬高为Uchop-off+ΔU，5≤ΔU<Umax-Uchop-on，Umax为牵引变流器4(变频调速系统)中功率开关元件可承受的最高电压值。若传动控制单元2未接收到网络控制系统1发出的过压斩波门槛抬高标志，或传动控制单元2不需要抬高过压斩波开通/关断门槛，则过压斩波开通门槛维持为原值Uchop-on，过压斩波关断门槛维持为原值Uchop-off。其中，ΔU为一个设定的值。每当传动控制单元2接收到过压斩波允许指令，并接收到过压斩波门槛抬高标志，则在原值基础上分别将过压斩波开通/关断门槛抬高ΔU。
作为本发明一种较佳的具体实施例，列车中各节动车的传动控制单元2均通过MVB总线3与列车网络控制系统1进行数据交换。
在本实施例中，列车在电制动、牵引和惰行工况下，均能实现过压斩波能耗均衡控制。
本具体实施例描述的技术方案使用在西南某城市的一条地铁线上，在未实施本实施例的技术方案之前，因为个体差异，引起过一段时间就有一列车中的某一节动车报出制动电阻5超温故障，导致对标不准等情况的发生，而后采用本具体实施例描述的控制系统，随即很好地解决了此问题。
实施例2：
对于地铁列车的每个车来说，若在理想情况下，或者斩波能耗均衡，并处于制动工况时，每个动车都应该是由自身的制动电阻5去消耗本节动车牵引电机所反馈的能量。只有当处于斩波能耗不均衡的情况下，本节动车反馈的能量被其他的车的制动电阻5消耗掉，或者是本节动车的制动电阻5去消耗其他动车反馈的能量，这样就会导致一些车的制动电阻5工作很少甚至是不工作，而另外一些动车的制动电阻5工作频繁。在更加极端的情况下，一些动车的制动电阻5甚至一直持续工作，而导致该制动电阻5因发热迅速而超温。对于能量的流向来说，其直接的表象就是中间直流电流的方向，对于主电路来说，电流传感器的接线方式定义为电流流向牵引变流器4的一端为正向，否则为反向。那么，通过判断该中间直流电流值的大小和方向，就能判断出本节动车是斩波过多还是过少，从而能够通过快速调节过压斩波门槛来实现斩波能耗均衡。具体调节方式如附图3所示，从图中可以看出，当电流值为正时，将过压斩波门槛值抬高，当电流值为负值时，将过压斩波门槛值降低，通过这种方式，能够及时快速地实现斩波能耗均衡。如附图4所示，当经过比例和积分环节(PI)调节后，得到了过压斩波门槛的变化值ΔU1，同时为了避免电流传感器偏差过大而导致过调节的情况发生，还将对输出值进行限制。
一种应用于列车的过压斩波能耗均衡控制系统的具体实施例，该系统包括：列车网络控制系统1和传动控制单元2，列车网络控制系统1通过传动控制单元2获取每节动车的运行数据，动态调节各节动车的再生制动和电阻制动工况。传动控制单元2根据中间直流电流调整过压斩波开通/关断门槛，实现系统的过压斩波能耗均衡控制。
作为本发明一种较佳的具体实施例，传动控制单元2在接收到过压斩波允许指令的情况下，根据中间直流电流的波动分别对过压斩波开通/关断门槛进行调整。
如附图3所示，若传动控制单元2检测到中间直流电流Id>0，则通过计算得到的ΔU1值为正值，传动控制单元2将过压斩波开通门槛在原有Uchop-on的基础上抬高至Uchop-on+ΔU1，将过压斩波关断门槛在原有Uchop-off的基础上抬高至Uchop-off+ΔU1；
若中间直流电流Id<0，则通过计算得到的ΔU1值为负值，传动控制单元2将过压斩波开通门槛降低至Uchop-on-|ΔU1|，将过压斩波关断门槛降低至Uchop-off-|ΔU1|；
若中间直流电流Id＝0，则通过计算得到的ΔU1值为0，过压斩波开通/关断门槛不变。
其中，-20≤ΔU1≤50，最终变化后的过压斩波开通门槛不低于Uchop-on，过压斩波关断门槛不低于Uchop-off，Ucxop-on为过压斩波开通门槛的原始值，Uchop-off为过压斩波关断门槛的原始值。
如附图4所示，ΔU1的PID计算公式进一步如下所示：
ΔU1＝Idi*Kt+Kp∑Idi
i随着程序运行周期从1开始不停累加，每当传动控制单元2接收到过压斩波允许指令，则i加1。其中，Idi为第i次检测到的中间直流电流值Id，Kt为比例调节系数，0<Kt≤0.1，Kp为积分调节系数，0<Kp≤0.001。从公式中可以看出，除非中间直流电流在某一时刻为0，否则将一直在调节过程中。
作为本发明一种较佳的具体实施例，列车中各节动车的传动控制单元2均通过MVB总线3与列车网络控制系统1进行数据交换。
在本实施例中，列车在电制动和惰行工况下，均能实现过压斩波能耗均衡控制。本具体实施例描述的技术方案使用在华东某市的一条地铁线路上，在未实施本实施例的技术方案前，出现了每一次制动都有部分动车报出制动电阻5超温故障的情况。因为制动电阻5的大小按照相应的体积设计，当出现斩波不均衡时，容易在第一次制动时，就报出制动电阻超温故障，出现影响对标等情况。而后采用本具体实施例描述的控制系统，随即解决了此问题，不再有制动电阻5报超温故障的情况发生。
实施例3：
在上述实施例1中，通过基于列车网络控制系统1的过压斩波能耗均衡控制系统可以实现整车大范围的控制，但是实时性较差，在本次制动过程中，无法进行调节。而在上述实施例2中，过压斩波能耗均衡控制系统通过中间直流电流进行调节的方式，可以在本次制动过程中实现灵活调整，弥补了这个缺点，但是实施例2也有调节范围小的弱点。所以为更好地实现过压斩波能耗均衡控制，DCU(传动控制单元2)将根据列车网络控制系统1给出的过压斩波门槛抬高标志，以及中间直流电流同时进行调节的方式，对斩波管元件7的开通/关断门槛进行实时调整。
一种应用于列车的过压斩波能耗均衡控制系统的具体实施例，该系统包括：列车网络控制系统1和传动控制单元2，列车网络控制系统1通过传动控制单元2获取每节动车的运行数据，动态调节各节动车的再生制动和电阻制动工况。列车网络控制系统1根据各节动车运行过程中过压斩波能耗的情况发出过压斩波门槛抬高标志，传动控制单元2根据过压斩波门槛抬高标志，以及中间直流电流调整过压斩波开通/关断门槛，实现系统的过压斩波能耗均衡控制。列车网络控制系统1通过分别累计各节动车的斩波管元件7开通时间发出过压斩波门槛抬高标志。
作为本发明一种较佳的具体实施例，传动控制单元2在接收到过压斩波允许指令的情况下，根据中间直流电流的波动，以及列车网络控制系统1给出的过压斩波门槛抬高标志实时调整过压斩波开通/关断门槛。
当传动控制单元2接收到列车网络控制系统1发出的过压斩波门槛抬高指令，同时获取了因为过压斩波门槛抬高标志而产生的电压调节值ΔU，以及因为中间直流电流Id变化而计算产生的电压调节值ΔU1后，传动控制单元2综合两者调节的结果，将过压斩波开通门槛Uchop-on和过压斩波关断门槛Uchop-off在原有基础上，分别抬高(ΔU1+ΔU)后再进行限制，过压斩波开通门槛达到(Uchop-on+(ΔU1+ΔU))，过压斩波关断门槛达到(Uchop-off+(ΔU1+ΔU))，以避免过调节现象的发生。
其中，5≤ΔU<Umax-Uchop-on，0≤(ΔU1+ΔU)≤Umax-Uchop-on，Umax为牵引变流器4(变频调速系统)中功率开关元件可承受的最高电压值(Umax根据网压等级和实际情况，会设定不同的值，但一般都是在-20V与+50V之间)，0<|Id|<Idmax，Idmax为牵引变流器4(变频调速系统)中功率开关元件可承受的最高电流值。
其中，ΔU根据实施例1中的方法进行计算，而ΔU1则根据实施例2中的方法和公式进行计算。
列车网络控制系统1通过分别累计各节动车斩波管元件7的开通时间发出过压斩波门槛抬高标志。
列车网络控制系统1从列车中各动车的传动控制单元2分别获取斩波管元件7的开通时间，并分两类情况向斩波管元件7开通时间最多的动车发出过压斩波门槛抬高标志：
第一类情况为：若列车网络控制系统1判断列车完成一次启动出站到进站停车过程，读取此段站与站之间各节动车斩波管元件7的开通时间，并与前一次站与站之间斩波管元件7的开通时间相加，得到三站之间各节动车斩波管元件7的开通时间。
第二类情况为：分别累计列车运行过程中各节动车斩波管元件7的开通总时间。
过压斩波门槛抬高标志发送控制算法如下：
条件1：列车网络控制系统1先按照第二类情况的累计数据进行判断：
列车在运行过程中斩波管元件7开通总时间最长的动车开通时间为T，斩波管元件7开通总时间最短的动车开通时间为t，若T/t≥K，1<K≤1.2，K∈R，K值可根据实际情况调整，R为正实数，则认为开通总时间为T的动车在电制动过程中斩波能耗最大，与该斩波管元件7相连的制动电阻5负担最重。列车网络控制系统1向斩波管元件7开通总时间最长的动车的传动控制单元2发送过压斩波门槛抬高标志，对其它动车则不发送此标志。
条件2：若T/t<K，1<K≤1.2，K∈R，K值可根据实际情况调整，R为正实数，则列车网络控制系统1按照第一类情况的累计数据进行判断：
列车运行过程中最近三站之间斩波管元件7开通时间最长的动车开通时间为T1，斩波管元件7开通时间最短的动车开通时间为t1，若T1-t1≥M，10<M≤30，M∈Z，M值可根据实际情况调整，Z为正整数，则认为开通时间为T1的动车在电制动过程中斩波能耗最大，与该斩波管元件7相连的制动电阻5负担最重。列车网络控制系统1向斩波管元件7开通总时间最长的动车的传动控制单元2发送过压斩波门槛抬高标志。若T1-t1<M，10<M≤30，M∈Z，M值可根据实际情况调整，Z为正整数，则列车网络控制系统1认为此时各节动车之间过压斩波能耗基本均衡，将不向任何动车发出过压斩波门槛抬高标志。
作为本发明一种较佳的具体实施例，列车中各节动车的传动控制单元2均通过MVB总线3与列车网络控制系统1进行数据交换。
在该实施例中，列车在电制动、牵引和惰行工况下，均能实现过压斩波能耗均衡控制。
本具体实施例描述的技术方案使用在华中某市的一条地铁线路上，在未实施本发明的技术方案前，经常出现因为斩波能耗不均衡而导致的相关问题。而后采用本具体实施例描述的控制系统，随即解决了此问题，线路未再出现过因为斩波能耗不均衡而导致的相关问题。
实施例4：
如附图5所示，一种应用于列车的过压斩波能耗均衡控制系统的具体实施例，该系统包括：两个以上设置在动车上的传动控制单元2。在各节动车DCU之间通信正常的情况下，传动控制单元2获取本节动车，以及其它各节动车的运行数据，动态调节本节动车的再生制动和电阻制动工况。作为本发明一种较佳的具体实施例，传动控制单元2通过MVB总线3从各节动车分别获取其它DCU斩波管元件7的开通时间。传动控制单元2根据各节动车运行过程中过压斩波能耗的情况调整过压斩波开通/关断门槛，实现系统的过压斩波能耗均衡控制。斩波管元件7开通时间最多的DCU所在的动车过压斩波门槛抬高，达到使其它动车过压斩波开启，并使制动电阻5消耗能量，开通时间最多的动车的斩波管元件7和制动电阻5暂停工作的目的。
作为本发明一种较佳的具体实施例，传动控制单元2在接收到过压斩波允许指令的情况下，根据各节动车运行过程中过压斩波能耗的情况调整过压斩波开通/关断门槛。
传动控制单元2通过分别累计各节动车斩波管元件7的开通时间计算各节动车运行过程中过压斩波能耗的情况，根据各节动车运行过程中过压斩波能耗的情况调整过压斩波开通/关断门槛。
传动控制单元2从本节动车，以及其它各节动车分别获取斩波管元件7的开通时间，并分两类情况调整过压斩波开通/关断门槛：
第一类情况为：若传动控制单元2判断列车完成一次启动出站到进站停车过程，读取此段站与站之间各节动车斩波管元件7的开通时间，并与前一次站与站之间斩波管元件7的开通时间相加，得到三站之间各节动车斩波管元件7的开通时间。
第二类情况为：分别累计列车运行过程中各节动车的斩波管元件7的开通总时间。
过压斩波门槛抬高标志发送控制算法如下：
条件1：传动控制单元2先按照第二类情况的累计数据进行判断：
列车在运行过程中斩波管元件7开通总时间最长的动车开通时间为T，斩波管元件7开通总时间最短的动车开通时间为t，若T/t≥K，1<K≤1.2，K∈R，K值可根据实际情况调整，R为正实数，则认为开通总时间为T的动车在电制动过程中斩波能耗最大，与该斩波管元件7相连的制动电阻5负担最重。传动控制单元2中斩波管元件7开通总时间最长的动车的传动控制单元2抬高过压斩波开通/关断门槛，其它动车的过压斩波开通/关断门槛则无需抬高。
条件2：若T/t<K，1<K≤1.2，K∈R，K值可根据实际情况调整，R为正实数，则传动控制单元2按照第一类情况的累计数据进行判断：
列车运行过程中最近三站之间斩波管元件7开通时间最长的动车开通时间为T1，斩波管元件7开通时间最短的动车开通时间为t1，若T1-t1≥M，10<M≤30，M∈Z，则认为开通时间为T1的动车在电制动过程中斩波能耗最大，与该斩波管元件7相连的制动电阻5负担最重。传动控制单元2中斩波管元件7开通总时间最长的动车的传动控制单元2抬高过压斩波开通/关断门槛。若T1-t1<M，10<M≤30，M∈Z，则传动控制单元2认为此时各节动车之间过压斩波能耗基本均衡，将不抬高任何动车的过压斩波开通/关断门槛。
通过这种判断方式，各节动车运行过程中，过压斩波能耗的最大与最小差值一定在100(K-1)％之内(即0～20％之内)。若过压斩波的能耗最大与最小差值在100(K-1)％之内，通过最近两个站与站之间的过压斩波门槛调节控制，各动车之间过压斩波能耗也将更加均衡。
如附图2所示，若传动控制单元2经过计算确定需要抬高过压斩波开通/关断门槛，则在原值基础上分别将过压斩波开通/关断门槛抬高ΔU，使过压斩波开通门槛抬高为Uchop-on+ΔU，使过压斩波关断门槛抬高为Uchop-off+ΔU，5≤ΔU<Umax-Uchop-on，Umax为牵引变流器4中功率开关元件可承受的最高电压值。若传动控制单元2不需要抬高过压斩波开通/关断门槛，则过压斩波开通门槛维持为原值Uchop-on，过压斩波关断门槛维持为原值Uchop-off。其中，ΔU为一个设定的值。每当传动控制单元2接收到过压斩波允许指令的同时，经过计算确定需要抬高过压斩波开通/关断门槛，则在原值基础上分别将过压斩波开通/关断门槛抬高ΔU。
其中，ΔU可以根据实施例1中的方法进行计算。
作为本发明一种较佳的具体实施例，列车中各节动车的传动控制单元2之间通过MVB总线3进行数据交换。
在该实施例中，列车在电制动、牵引和惰行工况下，均能实现过压斩波能耗均衡控制。实施例5：
一种应用于列车的过压斩波能耗均衡控制系统的具体实施例，该系统包括：列车网络控制系统1和传动控制单元2，列车网络控制系统1通过传动控制单元2获取每节动车的运行数据，动态调节各节动车的再生制动和电阻制动工况。传动控制单元2根据中间直流电流调整过压斩波开通/关断门槛，实现系统的过压斩波能耗均衡控制。
作为本发明一种较佳的具体实施例，传动控制单元2在接收到过压斩波允许指令的情况下，根据中间直流电流的波动分别对过压斩波开通/关断门槛进行调整。
如附图3所示，若传动控制单元2检测到中间直流电流Id>0，则通过计算得到的ΔU1值为正值，传动控制单元2将过压斩波开通门槛在原有Uchop-on的基础上抬高至Uchop-on+ΔU1，将过压斩波关断门槛在原有Uchop-off的基础上抬高至Uchop-off+ΔU1；
若中间直流电流Id<0，则通过计算得到的ΔU1值为负值，传动控制单元2将过压斩波开通门槛降低至Uchop-on-|ΔU1|，将过压斩波关断门槛降低至Uchop-off-|ΔU1|；
若中间直流电流Id＝0，则通过计算得到的ΔU1值为0，过压斩波开通/关断门槛不变。
其中，-20≤ΔU1≤50，最终变化后的过压斩波开通门槛不低于Uchop-on，过压斩波关断门槛不低于Uchop-off，Uchop-on为过压斩波开通门槛的原始值，Uchop-off为过压斩波关断门槛的原始值。
其中，ΔU1可以根据实施例2中的方法和公式进行计算。
作为本发明一种较佳的具体实施例，列车中各节动车的传动控制单元2之间通过MVB总线3进行数据交换。
在该实施例中，列车在电制动和惰行工况下，均能实现过压斩波能耗均衡控制。
实施例6：
一种应用于列车的过压斩波能耗均衡控制系统的具体实施例，该系统包括：列车网络控制系统1和传动控制单元2，列车网络控制系统1通过传动控制单元2获取每节动车的运行数据，动态调节各节动车的再生制动和电阻制动工况。传动控制单元2根据各节动车运行过程中过压斩波能耗的情况，以及中间直流电流调整过压斩波开通/关断门槛，实现系统的过压斩波能耗均衡控制。
作为本发明一种较佳的具体实施例，传动控制单元2在接收到过压斩波允许指令的情况下，根据中间直流电流的波动，以及各节动车运行过程中过压斩波能耗的情况调整过压斩波开通/关断门槛。
传动控制单元2通过分别累计各节动车斩波管元件7的开通时间计算各节动车运行过程中过压斩波能耗的情况，根据各节动车运行过程中过压斩波能耗的情况，以及中间直流电流调整过压斩波开通/关断门槛。
当传动控制单元2需要抬高过压斩波开通/关断门槛，同时获取了因为过压斩波门槛抬高标志而产生的电压调节值ΔU，以及因为中间直流电流Id变化而计算产生的电压调节值ΔU1后，传动控制单元2综合两者调节的结果，将过压斩波开通门槛Uchop-on和过压斩波关断门槛Uchop-off在原有基础上，分别抬高(ΔU1+ΔU)后再进行限制，过压斩波开通门槛达到(Uchop-on+(ΔU1+ΔU))，过压斩波关断门槛达到(Uchop-off+(ΔU1+ΔU))，以避免过调节现象的发生。
其中，5≤ΔU<Umax-Uchop-on，0≤(ΔU1+ΔU)≤Umax-Uchop-on，Umax为牵引变流器4中功率开关元件可承受的最高电压值(Umax根据网压等级和实际情况，会设定不同的值，但一般都是在-20V与+50V之间)，0<|Id|<Idmax，Idmax为牵引变流器4中功率开关元件可承受的最高电流值。
其中，ΔU根据实施例1中的方法进行计算，而ΔU1则根据实施例2中的方法和公式进行计算。
传动控制单元2从本节动车，以及其它各节动车分别获取斩波管元件7的开通时间，并分两类情况调整过压斩波开通/关断门槛：
第一类情况为：若传动控制单元2判断列车完成一次启动出站到进站停车过程，读取此段站与站之间各节动车斩波管元件7的开通时间，并与前一次站与站之间斩波管元件7的开通时间相加，得到三站之间各节动车斩波管元件7的开通时间。
第二类情况为：分别累计列车运行过程中各节动车斩波管元件7的开通总时间。
过压斩波门槛抬高标志发送控制算法如下：
条件1：传动控制单元2先按照第二类情况的累计数据进行判断：
列车在运行过程中斩波管元件7开通总时间最长的动车开通时间为T，斩波管元件7开通总时间最短的动车开通时间为t，若T/t≥K，1<K≤1.2，K∈R，K值可根据实际情况调整，R为正实数，则认为开通总时间为T的动车在电制动过程中斩波能耗最大，与该斩波管元件7相连的制动电阻5负担最重。传动控制单元2中斩波管元件7开通总时间最长的动车的传动控制单元2抬高过压斩波开通/关断门槛，其它动车的过压斩波开通/关断门槛则无需抬高。
条件2：若T/t<K，1<K≤1.2，K∈R，K值可根据实际情况调整，R为正实数，则传动控制单元2按照第一类情况的累计数据进行判断：
列车运行过程中最近三站之间斩波管元件7开通时间最长的动车开通时间为T1，斩波管元件7开通时间最短的动车开通时间为t1，若T1-t1≥M，10<M≤30，M∈Z，M值可根据实际情况调整，Z为正整数，则认为开通时间为T1的动车在电制动过程中斩波能耗最大，与该斩波管元件7相连的制动电阻5负担最重。传动控制单元2中斩波管元件7开通总时间最长的动车的传动控制单元2抬高过压斩波开通/关断门槛。若T1-t1<M，10<M≤30，M∈Z，M值可根据实际情况调整，Z为正整数，则传动控制单元2认为此时各节动车之间过压斩波能耗基本均衡，将不抬高任何动车的过压斩波开通/关断门槛。
作为本发明一种较佳的具体实施例，列车中各节动车的传动控制单元2之间通过MVB总线3进行数据交换。
在该具体实施例中，列车在电制动、牵引和惰行工况下，均能实现过压斩波能耗均衡控制。
本发明具体实施例描述的技术方案适用于n+m编组，即n(n≥2)节动车m(m≥0)节拖车结构的列车编组。另外，需要特别说明的是，上述本发明具体实施例描述的过压斩波能耗均衡控制系统可以应用于车控方式或架控方式或不共用中间直流回路的轴控方式的地铁列车，也可以应用于其它配备DCU及类似列车网络控制系统1的列车。通过列车网络控制系统1发出过压斩波门槛抬高标志，以及中间直流电流反馈单独或同时调整以实现对整列车进行过压斩波能耗均衡控制的系统；利用列车网络控制系统1进行集中式控制，以及利用各节动车的传动控制单元2进行分布式控制的方式均属于本发明请求保护的范围。
通过实施本发明具体实施例描述的应用于列车的过压斩波能耗均衡控制系统，能够达到以下技术效果：
(1)本发明具体实施例描述的控制系统对地铁列车的电制动、牵引和惰行工况均可实现过压斩波能耗均衡控制，本发明的DCU和列车网络控制系统可以采用实时操作系统做逻辑判断及系统调度，因此整个系统控制算法实时性高、控制精确；
(2)本发明具体实施例描述的控制系统综合使用了网络控制系统调节和单个DCU中间直流电流反馈调节的方式，既保证了整车级别的长时间大范围的斩波能耗均衡控制，同时可以兼顾调节过程中的实时性、灵活性，因此可以充分保证斩波能耗的均衡效果；
(3)本发明具体实施例描述的控制系统可以充分保证地铁列车VVVF设备斩波管元件和制动电阻的安全，延长其使用寿命。针对不同的列车和线路具体情况，只需对控制参数进行适当调整即能满足使用制动电阻进行过量电能消耗地铁列车的过压斩波能耗均衡需求，因此此套控制方法适用性广，程序代码在其它配备DCU及类似列车网络控制系统的地铁列车上也易于移植。
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。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明的精神实质和技术方案的情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同替换、等效变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。
Claims (22)
1.一种应用于列车的过压斩波能耗均衡控制系统，其特征在于，包括：两个以上设置在动车上的传动控制单元(2)，所述传动控制单元(2)获取本节动车，以及其它各节动车的运行数据，动态调节本节动车的再生制动和电阻制动工况；所述传动控制单元(2)根据各节动车运行过程中过压斩波能耗的情况调整过压斩波开通/关断门槛，实现过压斩波能耗均衡控制；所述传动控制单元(2)在接收到过压斩波允许指令的情况下，根据各节动车运行过程中过压斩波能耗的情况调整过压斩波开通/关断门槛。
2.根据权利要求1所述的一种应用于列车的过压斩波能耗均衡控制系统，其特征在于：所述传动控制单元(2)通过分别累计各节动车的斩波管元件(7)开通时间计算各节动车运行过程中过压斩波能耗的情况。
3.一种应用于列车的过压斩波能耗均衡控制系统，其特征在于，包括：两个以上设置在动车上的传动控制单元(2)，所述传动控制单元(2)获取本节动车，以及其它各节动车的运行数据，动态调节本节动车的再生制动和电阻制动工况；所述传动控制单元(2)根据中间直流电流调整过压斩波开通/关断门槛；
若所述传动控制单元(2)检测到中间直流电流Id＞0，则通过计算得到的ΔU1值为正值，所述传动控制单元(2)将过压斩波开通门槛在原有Uchop-on的基础上抬高至Uchop-on+ΔU1，将过压斩波关断门槛在原有Uchop-off的基础上抬高至Uchop-off+ΔU1；
若中间直流电流Id＜0，则通过计算得到的ΔU1值为负值，所述传动控制单元(2)将过压斩波开通门槛降低至Uchop-on-|ΔU1|，将过压斩波关断门槛降低至Uchop-off-|ΔU1|；
若中间直流电流Id＝0，则通过计算得到的ΔU1值为0，过压斩波开通/关断门槛不变；
其中，-20≤ΔU1≤50，最终变化后的过压斩波开通门槛不低于Uchop-on，过压斩波关断门槛不低于Uchop-off，Uchop-on为过压斩波开通门槛的原始值，Uchop-off为过压斩波关断门槛的原始值。
4.一种应用于列车的过压斩波能耗均衡控制系统，其特征在于，包括：两个以上设置在动车上的传动控制单元(2)，所述传动控制单元(2)获取本节动车，以及其它各节动车的运行数据，动态调节本节动车的再生制动和电阻制动工况；所述传动控制单元(2)根据各节动车运行过程中过压斩波能耗的情况，以及中间直流电流调整过压斩波开通/关断门槛；所述传动控制单元(2)在接收到过压斩波允许指令的情况下，根据各节动车运行过程中过压斩波能耗的情况调整过压斩波开通/关断门槛。
5.根据权利要求4所述的一种应用于列车的过压斩波能耗均衡控制系统，其特征在于：所述传动控制单元(2)通过分别累计各节动车的斩波管元件(7)开通时间计算各节动车运行过程中过压斩波能耗的情况。
6.一种应用于列车的过压斩波能耗均衡控制系统，其特征在于，包括：列车网络控制系统(1)和传动控制单元(2)，所述列车网络控制系统(1)通过所述传动控制单元(2)获取每节动车的运行数据，动态调节各节动车的再生制动和电阻制动工况；所述列车网络控制系统(1)根据各节动车运行过程中过压斩波能耗的情况发出过压斩波门槛抬高标志，所述传动控制单元(2)根据过压斩波门槛抬高标志调整过压斩波开通/关断门槛，实现过压斩波能耗均衡控制；所述传动控制单元(2)在接收到过压斩波允许指令的情况下，根据所述列车网络控制系统(1)发出的过压斩波门槛抬高标志实时调整过压斩波开通/关断门槛。
7.根据权利要求6所述的一种应用于列车的过压斩波能耗均衡控制系统，其特征在于：所述列车网络控制系统(1)通过分别累计各节动车的斩波管元件(7)开通时间发出所述过压斩波门槛抬高标志。
8.一种应用于列车的过压斩波能耗均衡控制系统，其特征在于，包括：列车网络控制系统(1)和传动控制单元(2)，所述列车网络控制系统(1)通过所述传动控制单元(2)获取每节动车的运行数据，动态调节各节动车的再生制动和电阻制动工况；所述传动控制单元(2)根据中间直流电流调整过压斩波开通/关断门槛，实现过压斩波能耗均衡控制；
若所述传动控制单元(2)检测到中间直流电流Id＞0，则通过计算得到的ΔU1值为正值，所述传动控制单元(2)将过压斩波开通门槛在原有Uchop-on的基础上抬高至Uchop-on+ΔU1，将过压斩波关断门槛在原有Uchop-off的基础上抬高至Uchop-off+ΔU1；
若中间直流电流Id＜0，则通过计算得到的ΔU1值为负值，所述传动控制单元(2)将过压斩波开通门槛降低至Uchop-on-|ΔU1|，将过压斩波关断门槛降低至Uchop-off-|ΔU1|；
若中间直流电流Id＝0，则通过计算得到的ΔU1值为0，过压斩波开通/关断门槛不变；
其中，-20≤ΔU1≤50，最终变化后的过压斩波开通门槛不低于Uchop-on，过压斩波关断门槛不低于Uchop-off，Uchop-on为过压斩波开通门槛的原始值，Uchop-off为过压斩波关断门槛的原始值。
9.一种应用于列车的过压斩波能耗均衡控制系统，其特征在于，包括：列车网络控制系统(1)和传动控制单元(2)，所述列车网络控制系统(1)通过所述传动控制单元(2)获取每节动车的运行数据，动态调节各节动车的再生制动和电阻制动工况；所述列车网络控制系统(1)根据各节动车运行过程中过压斩波能耗的情况发出过压斩波门槛抬高标志，所述传动控制单元(2)根据过压斩波门槛抬高标志，以及中间直流电流调整过压斩波开通/关断门槛，实现过压斩波能耗均衡控制；所述传动控制单元(2)在接收到过压斩波允许指令的情况下，根据所述列车网络控制系统(1)发出的过压斩波门槛抬高标志实时调整过压斩波开通/关断门槛。
10.根据权利要求9所述的一种应用于列车的过压斩波能耗均衡控制系统，其特征在于：所述列车网络控制系统(1)通过分别累计各节动车的斩波管元件(7)开通时间发出所述过压斩波门槛抬高标志。
11.根据权利要求1、2、4、5、6、7、9、10中任一项所述的一种应用于列车的过压斩波能耗均衡控制系统，其特征在于：
当所述过压斩波能耗均衡控制系统包括列车网络控制系统(1)和传动控制单元(2)时，所述列车网络控制系统(1)从所述列车中各动车的传动控制单元(2)分别获取斩波管元件(7)的开通时间，并分两类情况向斩波管元件(7)开通时间最多的动车发出过压斩波门槛抬高标志；
当所述过压斩波能耗均衡控制系统包括两个以上设置在动车上的传动控制单元(2)时，所述传动控制单元(2)从本节动车，以及其它各节动车分别获取斩波管元件(7)的开通时间，并分两类情况调整过压斩波开通/关断门槛；
第一类情况为：判断列车完成一次启动出站到进站停车过程，读取此段站与站之间各节动车的斩波管元件(7)开通时间，并与前一次站与站之间的斩波管元件(7)开通时间相加，得到三站之间各节动车的斩波管元件(7)开通时间；
第二类情况为：分别累计列车运行过程中各节动车的斩波管元件(7)的开通总时间。
12.根据权利要求11所述的一种应用于列车的过压斩波能耗均衡控制系统，其特征在于，所述列车网络控制系统(1)或所述传动控制单元(2)先按照第二类情况的累计数据进行判断：
所述列车在运行过程中斩波管元件(7)开通总时间最长的动车开通时间为T，斩波管元件(7)开通总时间最短的动车开通时间为t，若T/t≥K，1＜K≤1.2，K∈R，则认为开通总时间为T的动车在电制动过程中斩波能耗最大，与该斩波管元件(7)相连的制动电阻(5)负担最重；所述列车网络控制系统(1)向斩波管元件(7)开通总时间最长的动车的传动控制单元(2)发出过压斩波门槛抬高标志，或所述传动控制单元(2)中斩波管元件(7)开通总时间最长的动车的传动控制单元(2)抬高过压斩波开通/关断门槛。
13.根据权利要求12所述的一种应用于列车的过压斩波能耗均衡控制系统，其特征在于，若T/t＜K，1＜K≤1.2，K∈R，则所述列车网络控制系统(1)或所述传动控制单元(2)按照第一类情况的累计数据进行判断：
所述列车运行过程中最近三站之间斩波管元件(7)开通时间最长的动车开通时间为T1，斩波管元件(7)开通时间最短的动车开通时间为t1，若T1-t1≥M，10＜M≤30，M∈Z，则认为开通时间为T1的动车在电制动过程中斩波能耗最大，与该斩波管元件(7)相连的制动电阻(5)的负担最重；所述列车网络控制系统(1)向斩波管元件(7)开通总时间最长的动车的传动控制单元(2)发送过压斩波门槛抬高标志，或所述传动控制单元(2)中斩波管元件(7)开通总时间最长的动车的传动控制单元(2)抬高过压斩波开通/关断门槛；若T1-t1＜M，10＜M≤30，M∈Z，则所述列车网络控制系统(1)认为此时各节动车之间过压斩波能耗基本均衡，将不向任何动车发出过压斩波门槛抬高标志，或所述传动控制单元(2)认为此时各节动车之间过压斩波能耗基本均衡，将不抬高任何动车的过压斩波开通/关断门槛。
14.根据权利要求12或13所述的一种应用于列车的过压斩波能耗均衡控制系统，其特征在于：若所述传动控制单元(2)接收到所述网络控制系统(1)发出的过压斩波门槛抬高标志，或当所述传动控制单元(2)需要抬高过压斩波开通/关断门槛，则在原值基础上分别将所述过压斩波开通/关断门槛抬高ΔU，使过压斩波开通门槛抬高为Uchop-on+ΔU，使过压斩波关断门槛抬高为Uchop-off+ΔU，5≤ΔU＜Umax-Uchop-on，Umax为牵引变流器(4)中功率开关元件可承受的最高电压值；若所述传动控制单元(2)未接收到所述网络控制系统(1)发出的过压斩波门槛抬高标志，或所述传动控制单元(2)不需要抬高过压斩波开通/关断门槛，则过压斩波开通门槛维持为原值Uchop-on，过压斩波关断门槛维持为原值Uchop-off。
15.根据权利要求3或8所述的一种应用于列车的过压斩波能耗均衡控制系统，其特征在于：
所述传动控制单元(2)在接收到过压斩波允许指令的情况下，根据中间直流电流的波动分别对过压斩波开通/关断门槛进行调整。
16.根据权利要求5或10所述的一种应用于列车的过压斩波能耗均衡控制系统，其特征在于：当所述传动控制单元(2)接收到所述列车网络控制系统(1)发出的过压斩波门槛抬高指令，或当所述传动控制单元(2)需要抬高过压斩波开通/关断门槛，同时获取了因为过压斩波门槛抬高标志而产生的电压调节值ΔU，以及因为中间直流电流Id变化而计算产生的电压调节值ΔU1后，所述传动控制单元(2)综合两者调节的结果，将过压斩波开通门槛Uchop-on和过压斩波关断门槛Uchop-off在原有基础上，分别抬高(ΔU1+ΔU)后再进行限制，过压斩波开通门槛达到(Uchop-on+(ΔU1+ΔU))，过压斩波关断门槛达到(Uchop-off+(ΔU1+ΔU))；其中，5≤ΔU＜Umax-Uchop-on，0≤(ΔU1+ΔU)≤Umax-Uchop-on，Umax为牵引变流器(4)中功率开关元件可承受的最高电压值，0＜|Id|＜Idmax，Idmax为牵引变流器(4)中功率开关元件可承受的最高电流值。
17.根据权利要求16所述的一种应用于列车的过压斩波能耗均衡控制系统，其特征在于：
当所述过压斩波能耗均衡控制系统包括列车网络控制系统(1)和传动控制单元(2)时，所述传动控制单元(2)在接收到过压斩波允许指令的情况下，根据中间直流电流的波动，以及所述列车网络控制系统(1)给出的过压斩波门槛抬高标志实时调整过压斩波开通/关断门槛；
当所述过压斩波能耗均衡控制系统包括两个以上设置在动车上的传动控制单元(2)时，所述传动控制单元(2)在接收到过压斩波允许指令的情况下，根据中间直流电流的波动，以及各节动车运行过程中过压斩波能耗的情况调整过压斩波开通/关断门槛。
18.根据权利要求17所述的一种应用于列车的过压斩波能耗均衡控制系统，其特征在于：
当所述过压斩波能耗均衡控制系统包括列车网络控制系统(1)和传动控制单元(2)时，所述列车网络控制系统(1)从所述列车中各节动车的传动控制单元(2)分别获取斩波管元件(7)的开通时间，并分两类情况向斩波管元件(7)开通时间最多的动车发出过压斩波门槛抬高标志；
当所述过压斩波能耗均衡控制系统包括两个以上设置在动车上的传动控制单元(2)时，所述传动控制单元(2)从本节动车，以及其它各节动车分别获取斩波管元件(7)的开通时间，并分两类情况调整过压斩波开通/关断门槛；
第一类情况为：判断列车完成一次启动出站到进站停车过程，读取此段站与站之间各节动车的斩波管元件(7)开通时间，并与前一次站与站之间的斩波管元件(7)开通时间相加，得到三站之间各节动车的斩波管元件(7)开通时间；
第二类情况为：分别累计列车运行过程中各节动车的斩波管元件(7)的开通总时间。
19.根据权利要求18所述的一种应用于列车的过压斩波能耗均衡控制系统，其特征在于，所述列车网络控制系统(1)或所述传动控制单元(2)先按照第二类情况的累计数据进行判断：
所述列车在运行过程中斩波管元件(7)开通总时间最长的动车开通时间为T，斩波管元件(7)开通总时间最短的动车开通时间为t，若T/t≥K，1＜K≤1.2，K∈R，则认为开通总时间为T的动车在电制动过程中斩波能耗最大，与该斩波管元件(7)相连的制动电阻(5)负担最重；所述列车网络控制系统(1)向斩波管元件(7)开通总时间最长的动车的传动控制单元(2)发送过压斩波门槛抬高标志，或所述传动控制单元(2)中斩波管元件(7)开通总时间最长的动车的传动控制单元(2)抬高过压斩波开通/关断门槛。
20.根据权利要求19所述的一种应用于列车的过压斩波能耗均衡控制系统，其特征在于，若T/t＜K，1＜K≤1.2，K∈R，则所述列车网络控制系统(1)或所述传动控制单元(2)按照第一类情况的累计数据进行判断：
所述列车运行过程中最近三站之间斩波管元件(7)开通时间最长的动车开通时间为T1，开通时间最短的动车开通时间为t1，若T1-t1≥M，10＜M≤30，M∈Z，则认为开通时间为T1的动车在电制动过程中斩波能耗最大，与该斩波管元件(7)相连的制动电阻(5)负担最重；所述列车网络控制系统(1)向斩波管元件(7)开通总时间最长的动车的传动控制单元(2)发送过压斩波门槛抬高标志，或所述传动控制单元(2)中斩波管元件(7)开通总时间最长的动车的传动控制单元(2)抬高过压斩波开通/关断门槛；若T1-t1＜M，10＜M≤30，M∈Z，则所述列车网络控制系统(1)认为此时各节动车之间过压斩波能耗基本均衡，将不向任何动车发出过压斩波门槛抬高标志，或所述传动控制单元(2)认为此时各节动车之间过压斩波能耗基本均衡，将不抬高任何动车的过压斩波开通/关断门槛。
21.根据权利要求1至10，12、13、17-20任一项所述的一种应用于列车的过压斩波能耗均衡控制系统，其特征在于：
当所述过压斩波能耗均衡控制系统包括列车网络控制系统(1)和传动控制单元(2)时，所述列车中各节动车的传动控制单元(2)均通过MVB总线(3)与所述列车网络控制系统(1)进行数据交换；
当所述过压斩波能耗均衡控制系统包括两个以上设置在动车上的传动控制单元(2)时，所述列车中各节动车的传动控制单元(2)之间通过MVB总线(3)进行数据交换。
22.根据权利要求1、2、4、5、6、7、9、10、12、13、17-20任一项所述的一种应用于列车的过压斩波能耗均衡控制系统，其特征在于：所述列车在电制动、牵引和惰行工况下，均能实现过压斩波能耗均衡控制。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
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| CP01 | Change in the name or title of a patent holder |