CN106376220B - 用于轨道交通能馈变流器的风机启停控制方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于轨道交通能馈变流器的风机启停控制方法，步骤S01、在能馈变流器启动时，实时检测变流器模块的温度Tt，并预设风机启动温度Tset1以及风机停止温度Tset2；S02、当Tt≥Tset1时，风机启动，并在能馈变流器的运行期间持续运转；S03、在能馈变流器待机或停止时，当Tt≤Tset2时，风机停止。本发明还相应公开了一种控制装置，包括控制单元和温度检测件，温度检测件用于实时检测能馈变流器中变流器模块的温度Tt并发送至控制单元，控制单元根据温度Tt、Tset1、Tset2和能馈变流器工作状态控制风机的启停。本发明的方法及装置均具有操作简便、降低能量损耗和噪音、以及成本低等优点。

Description

用于轨道交通能馈变流器的风机启停控制方法及装置

技术领域

本发明主要涉及轨道交通技术领域，特指一种用于轨道交通能馈变流器的风机启停控制方法及装置。

背景技术

随着城市轨道交通的迅猛发展，城轨地铁供电系统中对于再生制动能量的回收越来越重视，无论是既有运营的正线，还是在建的线路，对于城轨车辆制动过程产生的再生能量的吸收均正由传统的能量吸收型向能量存储型与能量回馈型转变。无论是能量存储还是能量回馈，其核心部件都是由电力电子器件组成的变流模块。变流模块中电力电子器件在开关过程中都会带来功率损耗，而损失的功率以热量的形式呈现。开关器件功率损耗带来的热量将带来电力电子器件自身温度及周边器件与环境温度升高，因此变流模块散热设计至关重要。

变流模块散热冷却根据冷却的介质主要有风冷、水冷、冷媒冷却等方式。其中冷媒冷却方式因介质的特殊性多在空调变频器中使用最多。水冷多用于大功率变流模块，冷却系统设备繁多、结构复杂，成本投入大。风冷多采用强迫风冷方式，轨道交通上常见的有大功率冷却风机强迫风冷与走行风冷。

对于采用冷却风机进行强迫风冷的电力电子变流器，多数采用上电就启动的方案，此方案对于持续工作的功率模块而言较为实用且控制简单。少数采用冷却风机冷却的大功率变流器其冷却风机也有采用大功率变频调速风机的，风机控制根据变流模块温度进行调频调压等控制，此方案对风机进行调压调频控制能很好的降低冷却风机带来的能量消耗与噪声污染，但其控制较为复杂且风机价格较高。

对于城市轨道交通能馈变流器而言，由于间歇性工况的特殊性，大功率变流器模块只在车辆进站制动的过程中才工作，其他情况下的损耗可以忽略，根据现有线路车辆运营规划，车辆进站周期多为3～5分钟一趟，考虑上行、下行交错，平均2～3分钟有一趟车进站，进站制动的时间不超过40s，因此能馈变流器为周期间歇性工作制，工作周期约为30s/150s，意味着每150s的时间内只有30s的时间是有功率损耗的。一般而言，能馈变流器包含多个大功率模块，变流模块散热器热容较大，为达到很好的散热效果，防止电力电子元器件因高温而失效，冷却风机风量风速也较大，若风机跟随能馈系统投入后即开启，在变流器间歇周期工作的30s/150s内，散热风机真正散热的时间也只有30~40s，且间歇性工作的变流器模块其温升较低，此种。因此，对能馈变流器的强迫风冷散热形式提出一种温度控制方案，有效地解决变流器散热问题并有效降低辅助散热风机带来的噪声与能耗。

发明内容

本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种操作简便、减小风机能量损耗以及降低噪音的用于轨道交通能馈变流器的风机启停控制方法，并相应提供一种结构简单、成本低的风机启停控制装置。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：

一种用于轨道交通能馈变流器的风机启停控制方法，步骤为：

S01、在能馈变流器启动时，实时检测能馈变流器中变流器模块的温度Tt，并预设风机启动温度Tset1以及风机停止温度Tset2，所述Tset1＞Tset2；

S02、当Tt≥Tset1时，风机启动，并在能馈变流器的运行期间，所述风机持续运转；

S03、在能馈变流器待机或停止时，当Tt≤Tset2时，风机停止；

S04、重复步骤S02和S03。

作为上述技术方案的进一步改进：

通过检测能馈变流器的直流侧开关部件和交流侧开关部件的开关来判断所述能馈变流器运行与否；当所述直流侧开关部件和交流侧开关部件均闭合时，所述能馈变流器处于运行状态；当所述交流侧开关部件闭合和直流侧开关部件断开时，所述能馈变流器处于待机状态；当所述交流侧开关部件和直流侧开关部件均断开时，所述能馈变流器处于停止状态。

统计所述能馈变流器运行的时间段，以此时间段判断所述能馈变流器是否处于运行期间。

所述温度Tt为变流器模块中散热器的台面温度。

在牵引接触网停电时，所述风机停止运行。

本发明还相应公开了一种用于轨道交通能馈变流器的风机启停控制装置，包括控制单元和温度检测件，所述温度检测件与所述控制单元相连、用于实时检测能馈变流器中变流器模块的温度Tt并发送至控制单元，所述控制单元内预设有风机启动温度Tset1以及风机停止温度Tset2，所述控制单元根据所述温度Tt、Tset1、Tset2以及能馈变流器工作状态控制所述风机的启停：当Tt≥Tset1时，风机启动，并在能馈变流器的运行期间，所述风机持续运转；在能馈变流器待机或停止时，当Tt≤Tset2时，风机停止。

作为上述技术方案的进一步改进：

所述温度检测件为温度探头，安装于能馈变流器中变流器模块的散热器基板上。

还包括直流电流检测部件和交流电流检测部件，所述直流电流检测部件用于检测能馈变流器中变流器模块直流侧电流，所述交流电流检测部件用于检测能馈变流器中变流器模块交流侧电流，所述直流电流检测部件和交流电流检测部件相互配合以判断所述能馈变流器的工作状态。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

本发明的用于轨道交通能馈变流器的风机启停控制方法，根据能馈变流器间歇工作的特性，结合能馈变流器的工作状态，对风机的启停进行控制，不仅满足能馈变流器的散热要求，同时风机的运行时间减少，减小了能量损耗，降低了噪音；而且此控制方法操作简便、运行可靠、不需要投入变频系统，节省了成本。

本发明的用于轨道交通能馈变流器的风机启停控制装置，不仅具有如上方法所述的优点，而且结构简单、成本低。

附图说明

图1为本发明中能馈变流器的方框结构图。

图2为本发明控制装置的方框结构图。

图中标号表示：1、变流器模块；11、散热器；101、电力电子元件；102、温度检测件；2、直流电流检测部件；3、交流电流检测部件；4、直流侧开关部件；5、交流侧开关部件；6、主控制器；7、风机。

具体实施方式

以下结合说明书附图和具体实施例对本发明作进一步描述。

如图1和图2所示，本实施例的用于轨道交通能馈变流器的风机启停控制方法，步骤为：

S01、在能馈变流器启动时，实时检测能馈变流器中变流器模块1的温度Tt，并预设风机7启动温度Tset1以及风机7停止温度Tset2，Tset1＞Tset2；

S02、当Tt≥Tset1时，风机7启动，并在能馈变流器的运行期间，风机7持续运转；

S03、在能馈变流器待机或停止时，当Tt≤Tset2时，风机7停止；

S04、重复步骤S02和S03。

本发明的用于轨道交通能馈变流器的风机启停控制方法，根据能馈变流器间歇工作的特性，结合能馈变流器的工作状态，对风机7的启停进行控制，不仅满足能馈变流器的散热要求，同时风机7的运行时间减少，减小了能量损耗，降低了噪音；而且此控制方法操作简便、运行可靠、不需要投入变频系统，节省了成本。

本实施例中，通过检测能馈变流器的直流侧开关部件和交流侧开关部件的开关来判断能馈变流器运行与否；当直流侧开关部件和交流侧开关部件均闭合时，能馈变流器处于运行状态；当交流侧开关部件闭合和直流侧开关部件断开时，能馈变流器处于待机状态；当交流侧开关部件和直流侧开关部件均断开时，能馈变流器处于停止状态。另外由于轨道交通属于间歇式运行且较有规律，因此统计能馈变流器在全天内运行的时间段，以此时间段也可以判断能馈变流器是否处于运行期间。

本实施例中，温度Tt为变流器模块1中散热器11的台面温度，保证控制更精准。

本实施例中，在牵引接触网停电时，风机7停止运行。例如在t0时刻，由于地铁牵引网处于停电状态，变流器处于停机状态，散热器11台面温度低于散热风机7启动温度，风机7不运行。在t_set1（风机7预启动设定时间）时刻之后，牵引网得电，变流器待机，t1时刻，变流器模块1启动工作，随着时间持续，散热器11台面温度上升，t2时刻散热器11台面温度温度上升至风机7启动温度Tset1，风机7启动（在时间到达预启动设定时间后根据温度启动）。在t_set1与t_set2之间的任意时刻t，无论散热器11台面温度Tt与Tset2关系如何，风机7一直运行。在t_set2（风机7预停止设定时间）时刻之后，牵引网断电，变流器停机，若此时散热器11台面温度T＞Tset2，则风机7运行；直到T≤Tset2，风机7停止。

下面结合一实例对本发明的控制方法做进一步的说明：

在系统主回路直流侧开关部件、交流侧开关部件闭合前，变流器处于停机状态，散热器11台面温度低于散热风机7启动温度，风机7停止。在t1时刻，系统主回路上直流侧开关部件、交流侧开关部件闭合，t2时刻，变流器模块1启动工作，随着时间持续，散热器11台面温度上升，t3时刻散热器11台面温度上升至风机7启动温度Tset1，风机7启动（在系统上电状态后根据模块温度启动）。同时风机7停止设定温度为Tset2，在任意时刻t，若系统主回路上直流侧开关部件和交流侧开关部件均未断开，则无论散热器11台面温度Tt与Tset2关系如何，风机7一直保持运行。即此时若Tt≥Tset2，风机7仍运行，而不根据温度Tt停止。在t4时刻，直流侧开关部件或交流侧开关部件断开，或全部断开，若此时散热器11台面温度T＞Tset2，则风机7运行；直到T≤Tset2，风机7停止。

如图1和图2所示，本发明还公开了一种用于轨道交通能馈变流器的风机启停控制装置，其中能馈变流器包括变流器、直流侧开关部件4、交流侧开关部件5、主控制器6、散热风机7和系统时间，其中变流器为系统关键部件，主要实现交直流电能的相互变换、电压电流检测及故障检测与保护等功能。其中变流器的电力电子元件101安装于散热器11基板上。变流器工作时，控制电力电子元件101开通与关断，实现交直流电能变换。电力电子元件101多为IGBT全控型元件，其在开通关断过程中存在功率损耗，损耗的功率在元件中以热量的形式分布于IGBT结，由于IGBT结与壳、壳与散热器11基板之间存在热阻，IGBT结上的热量传导至散热器11的基板上。散热器11由基板与翅片组成，热量最终传导至散热器11的翅片，由翅片间的冷却风将热量带走，达到IGBT元件散热的目的。控制装置则包括控制单元和温度检测件102，温度检测件102与控制单元相连、用于实时检测能馈变流器中变流器模块1的温度Tt并发送至控制单元，控制单元内预设有风机7启动温度Tset1以及风机7停止温度Tset2，控制单元根据温度Tt、Tset1、Tset2以及能馈变流器工作状态控制风机7的启停：当Tt≥Tset1时，风机7启动，并在能馈变流器的运行期间，风机7持续运转；在能馈变流器待机或停止时，当Tt≤Tset2时，风机7停止。

本实施例中，温度检测件102为温度探头，安装于能馈变流器中变流器模块1的散热器11基板上，实时监测散热器11温度Tt，实现温度控制与过热保护。

本实施例中，还包括直流电流检测部件2和交流电流检测部件3，直流电流检测部件2用于检测能馈变流器中变流器模块1直流侧电流，交流电流检测部件3用于检测能馈变流器中变流器模块1交流侧电流，直流电流检测部件2和交流电流检测部件3相互配合以判断能馈变流器的工作状态。

以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种用于轨道交通能馈变流器的风机启停控制方法，其特征在于，步骤为：

S01、在能馈变流器启动时，实时检测能馈变流器中变流器模块（1）的温度Tt，并预设风机启动温度Tset1以及风机停止温度Tset2，所述Tset1＞Tset2；

S02、当Tt≥Tset1时，风机（7）启动，并在能馈变流器的运行期间，所述风机（7）持续运转；

S03、在能馈变流器待机或停止时，当Tt≤Tset2时，风机（7）停止；

S04、重复步骤S02和S03；

通过检测能馈变流器的直流侧开关部件（4）和交流侧开关部件（5）的开关来判断所述能馈变流器运行与否；当所述直流侧开关部件（4）和交流侧开关部件（5）均闭合时，所述能馈变流器处于运行状态；当所述交流侧开关部件（5）闭合和直流侧开关部件（4）断开时，所述能馈变流器处于待机状态；当所述交流侧开关部件（5）和直流侧开关部件（4）均断开时，所述能馈变流器处于停止状态；

或者统计所述能馈变流器运行的时间段，以此时间段判断所述能馈变流器是否处于运行期间；所述温度Tt为变流器模块（1）中散热器（11）的台面温度。

2.根据权利要求1所述的用于轨道交通能馈变流器的风机启停控制方法，其特征在于，在牵引接触网停电时，所述风机（7）停止运行。

3.一种用于轨道交通能馈变流器的风机启停控制装置，其特征在于，包括控制单元和温度检测件（102），所述温度检测件（102）与所述控制单元相连、用于实时检测能馈变流器中变流器模块（1）的温度Tt并发送至控制单元，所述控制单元内预设有风机启动温度Tset1以及风机停止温度Tset2，所述控制单元根据所述温度Tt、Tset1、Tset2以及能馈变流器工作状态控制所述风机（7）的启停：当Tt≥Tset1时，风机（7）启动，并在能馈变流器的运行期间，所述风机（7）持续运转；在能馈变流器待机或停止时，当Tt≤Tset2时，风机（7）停止；通过检测能馈变流器的直流侧开关部件（4）和交流侧开关部件（5）的开关来判断所述能馈变流器运行与否；当所述直流侧开关部件（4）和交流侧开关部件（5）均闭合时，所述能馈变流器处于运行状态；当所述交流侧开关部件（5）闭合和直流侧开关部件（4）断开时，所述能馈变流器处于待机状态；当所述交流侧开关部件（5）和直流侧开关部件（4）均断开时，所述能馈变流器处于停止状态。

4.根据权利要求3所述的用于轨道交通能馈变流器的风机启停控制装置，其特征在于，所述温度检测件（102）为温度探头，安装于能馈变流器中变流器模块（1）的散热器（11）基板上。

5.根据权利要求3或4所述的用于轨道交通能馈变流器的风机启停控制装置，其特征在于，还包括直流电流检测部件（2）和交流电流检测部件（3），所述直流电流检测部件（2）用于检测能馈变流器中变流器模块（1）直流侧电流，所述交流电流检测部件（3）用于检测能馈变流器中变流器模块（1）交流侧电流，所述直流电流检测部件（2）和交流电流检测部件（3）相互配合以判断所述能馈变流器的工作状态。