CN107264340A - 一种用于选择能量回馈系统变流器的控制策略的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于选择能量回馈系统变流器的控制策略的方法，能量回馈系统中变流器的控制策略包括逆变、整流和非逆变非整流；包括以下步骤：测量牵引网母线电压，存储至第一存储单元，将变流器的初始控制策略设定为非逆变非整流，并将其存储于所述第二存储单元中；每间隔人为设定的第一时间间隔测量牵引网母线电压，在每次测得测量电压值之后执行子流程，子流程的执行期间不超过第一时间间隔。采用该能量回馈系统变流器的控制策略的方法，能够实现及时甚至提前启动或停止馈能，确保牵引网能够及时回馈或及时补给制动能量，有效避免由于过压而损坏轨道交通设施或过度吸收牵引网能量而影响轨道交通设施运作。

Description

一种用于选择能量回馈系统变流器的控制策略的方法

技术领域

本发明涉及能量回馈系统变流器的控制策略领域，具体涉及一种用于选择能量回馈系统变流器的控制策略的方法。

背景技术

目前，轨道交通已日益成为一种人们日常出行普遍使用的交通设施，承担着主要的交通运输角色。轨道交通设施以电力牵引为主，由于轨道交通设施启动制动频繁，容易造成能量的流失，为了提高轨道交通设施的能量利用率，通常采用再生能量回馈系统对轨道交通设施制动产生的能量进行回收利用，以及为轨道交通设施启动瞬间补给所需的能量；为了实现该功能，传统的再生能量回馈系统往往使用实时监测牵引网母线电压的方法来实现，然而这种方法依然具有一定的滞后性，实时性不够，从而造成了再生能量回馈系统在制动过程中制动能量可能无法及时回收，导致牵引网过压而损坏轨道交通设施；或在启动时，因未能及时补给启动所需的能量而造成轨道交通设备无法顺利启动等情况出现。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术中的问题，提供一种能够对牵引网母线电压进行预测的用于选择能量回馈系统变流器的控制策略的方法，从而实现快速响应，对牵引网母线电压的变化进行提前预判，实现及时甚至提前启动或停止馈能，确保牵引网制动能量能及时回馈或牵引网启动能量及时补给，有效避免由于牵引网过压而损坏轨道交通设施或由于过度吸收牵引网能量而造成牵引网低压并影响轨道交通设施运作的现象产生。

为达成上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种用于选择能量回馈系统变流器的控制策略的方法，所述能量回馈系统中变流器的控制策略包括逆变、整流和非逆变非整流；包括以下步骤：步骤1：测量牵引网母线电压，存储至第一存储单元，定义存储电压值为存储于所述第一存储单元的牵引网母线电压值；同时将变流器的初始控制策略设定为非逆变非整流，并将所述变流器的初始控制策略存储于第二存储单元中，存储于第二存储单元中的控制策略定义为存储策略；步骤2：每间隔人为设定的第一时间间隔测量牵引网母线电压，定义测量电压值为每检测时点所测量的牵引网母线电压值，定义电压变化率为所述测量电压值与所述存储电压值之差除以所述第一时间间隔；在每次测得所述测量电压值之后执行以下子流程，所述子流程的执行时长不超过所述第一时间间隔，所述子流程包括以下步骤：步骤2.1：若满足条件一或条件二中任一种，则执行步骤2.3，否则依序执行下一步骤；所述条件一为：所述测量电压值大于所述存储电压值；且所述存储策略不为逆变；且所述测量电压值小于人为设定的第一电压值；且所述电压变化率的绝对值大于等于人为设定的第一电压变化率；且第一电压预测值大于等于所述第一电压值；所述第一电压预测值等于所述测量电压值加上所述电压变化率与人为设定的第二时间间隔的乘积；所述条件二为：所述测量电压值大于所述存储电压值；且所述存储策略不为逆变；且所述测量电压值大于等于所述第一电压值；步骤2.2：将存储电压值更新为测量电压值，该子流程执行完毕；步骤2.3：改变变流器的控制策略为逆变，将存储策略更新为逆变后执行步骤2.2。

进一步地，所述步骤2.1和步骤2.2之间还包括步骤2.11，所述步骤2.3之后还包括步骤2.31；步骤2.11：若满足条件三或条件四中任一种，则执行步骤2.31，否则依序执行下一步骤；所述条件三为：所述测量电压值小于所述存储电压值；且所述存储策略不为整流；且所述测量电压值大于人为设定的第二电压值；且所述电压变化率的绝对值大于等于人为设定的第二电压变化率；且第二电压预测值小于等于所述第二电压值；所述第二电压预测值等于所述测量电压值加上所述电压变化率与人为设定的第三时间间隔的乘积；所述条件四为：所述测量电压值小于所述存储电压值；且所述存储策略不为整流；且所述测量电压值小于等于所述第二电压值；步骤2.31：改变变流器的控制策略为整流，将存储策略更新为整流后执行步骤2.2。

进一步地，所述能量回馈系统中变流器的控制策略还包括小逆变；所述步骤2.11和步骤2.2之间还包括步骤2.12，所述步骤2.31之后还包括步骤2.32；步骤2.12：若满足条件五或条件六中任一种，则执行步骤2.32，否则依序执行下一步骤；所述条件五为：所述测量电压值小于所述存储电压值；且所述存储策略不为小逆变；且所述测量电压值小于等于人为设定的第三电压值；且所述测量电压值大于人为设定的第四电压值；所述条件六为：所述测量电压值大于所述存储电压值；且所述存储策略不为小逆变；且所述存储策略不为逆变；且所述测量电压值大于所述第四电压值；步骤2.32：改变变流器的控制策略为小逆变，将存储策略更新为小逆变后执行步骤2.2。

进一步地，所述能量回馈系统中变流器的控制策略还包括小整流；所述步骤2.12和步骤2.2之间还包括步骤2.13，所述步骤2.32之后还包括步骤2.33；步骤2.13：若满足条件七或条件八中任一种，则执行步骤2.33，否则依序执行下一步骤；所述条件七为：所述测量电压值大于所述存储电压值；且所述存储策略不为小整流；且所述测量电压值大于等于人为设定的第五电压值；且测量电压值小于所述第四电压值；所述条件八为：所述测量电压值小于所述存储电压值；且所述存储策略不为小整流；且所述存储策略不为整流；且所述测量电压值小于所述第四电压值；步骤2.33：改变变流器的控制策略为小整流，将存储策略更新为小整流后执行步骤2.2。

进一步地，所述步骤2.11和步骤2.2之间还包括步骤2.14，所述步骤2.31之后还包括步骤2.34；步骤2.14：若满足条件九或条件十中任一种，则执行步骤2.34，否则依序执行下一步骤；所述条件九为：所述测量电压值小于所述存储电压值；且所述存储策略不为非逆变非整流；且所述测量电压值小于等于人为设定的第六电压值；所述条件十为：所述测量电压值大于所述存储电压值；且所述存储策略不为非逆变非整流；且所述测量电压值大于等于人为设定的第七电压值；步骤2.34：改变变流器的控制策略为非逆变非整流，将存储策略更新为非逆变非整流后执行步骤2.2。

本发明所述的技术方案相对于现有技术，取得的有益效果是：

(1)由于本技术方案采用及时或提前预判的方法，使得能量回馈系统变流器能够及时选择相应的控制策略，从而实现及时甚至提前启动或停止馈能，确保牵引网制动能量能及时回馈或牵引网启动能量及时补给，有效避免牵引网过压而损坏轨道交通设施或过度吸收牵引网能量而导致牵引网低压影响轨道交通设施运作。

(2)由于能量回馈系统通过检测牵引网母线电压并作出相应的判断，使得变流器及时作出逆变状态的控制策略选择，使得能量回馈系统及时或提前启动馈能，从而保证轨道交通设施的牵引网制动能量的及时回收。

(3)由于能量回馈系统通过检测牵引网母线电压并作出相应的判断，使得变流器及时作出整流状态的控制策略选择，使得能量回馈系统及时或提前启动反向整流，从而保证轨道交通设施的牵引网制动能量能够得到及时补给，确保轨道交通设施正常运行。

(4)由于能量回馈系统通过检测牵引网母线电压并作出相应的判断，使得变流器及时作出小逆变或小整流状态的控制策略选择，使得能量回馈系统及时调整功率，减弱能量回馈系统的能量交互(包括馈能和反向整流)作用，从而避免轨道交通设施的牵引网制动能量的浪费。

(5)由于能量回馈系统通过检测牵引网母线电压并作出相应的判断，使得变流器及时作出非逆变非整流状态的控制策略选择，使得能量回馈系统及时停止能量交互(包括停止馈能和停止反向整流)，从而避免轨道交通设施的牵引网制动能量的浪费。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明实施例牵引网母线电压与系统工作状态示意图一；

图2为本发明实施例牵引网母线电压与系统工作状态示意图二；

图3为本发明实施例在图1所示状态下的能量回馈系统变流器的控制策略的选择流程示意图一；

图4为本发明实施例在图2所示状态下的能量回馈系统变流器的控制策略的选择流程示意图二。

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚、明白，以下结合附图和实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1至图4所示，本发明实施例的用于选择能量回馈系统变流器的控制策略的方法中的变流器控制策略包括逆变、整流和非逆变非整流；逆变指的是控制能量回馈系统中的变流器使得牵引网母线向电网大功率输送能量的过程；整流指的是控制能量回馈系统中的变流器使得牵引网母线从电网大功率吸收能量的过程；非逆变非整流指的是牵引网母线与电网之间不存在大功率能量的输送或不存在能量输送的过程，即变流器处于关闭状态。其中，所述变流器实现从牵引网母线直流电到电网交流电或从电网交流电到牵引网母线直流电的转换，可采用T型三电平双向变流电路。应当理解，如图1和图2所示的牵引网母线电压与系统工作状态示意图，为能量回馈系统变流器在不同状态下所对应的牵引网电压变化趋势示意图，由于在实际工作状态下，牵引网母线电压并非呈线性变化，因此，体现本发明实施例的图1和图2应理解为牵引网电压变化的示意图而非牵引网母线电压的实际变化规律。

用于选择能量回馈系统变流器的控制策略的方法具体包括以下步骤：

步骤1：测量牵引网母线电压，存储至第一存储单元，定义存储电压值U_s为存储于第一存储单元的牵引网母线电压值；同时将变流器的初始控制策略设定为非逆变非整流，并将变流器的初始控制策略存储于第二存储单元中，存储于第二存储单元中的控制策略定义为存储策略；

步骤2：每间隔人为设定的第一时间间隔t₁测量牵引网母线电压，定义测量电压值U_k为每检测时点所测量的牵引网母线电压值，定义电压变化率其中，t₁为人为设定的第一时间间隔；在每次测得测量电压值U_k之后执行以下子流程，子流程的执行时长不超过第一时间间隔t₁，子流程包括以下步骤：

步骤2.1：若满足条件一①或条件二②中任一种，则执行步骤2.3，否则依序执行下一步骤；

条件一①为：存储策略不为逆变，且U_k＞U_s，且U_k＜U_inv-start，且第一电压预测值U₁＝U_k+Ku_k*t₂≥U_inv-start，且|Ku_k|≥Ku_k1；其中，Ku_k1≥0，U_inv-start为人为设定的第一电压值，可设定为能量回馈系统的逆变启动电压，Ku_k1为人为设定的第一电压变化率，t₂为人为设定的第二时间间隔，|Ku_k|为电压变化率的绝对值；

条件二②为：存储策略不为逆变，且U_k＞U_s，且U_k≥U_inv-start；

步骤2.2：将存储电压值U_s更新为测量电压值U_k，该子流程执行完毕；

步骤2.3：改变变流器的控制策略为逆变，将存储策略更新为逆变后执行步骤2.2。

具体地，在步骤2.1和步骤2.2之间还包括步骤2.11，步骤2.3之后还包括步骤2.31；其中，步骤2.11：若满足条件三③或条件四④中任一种，则执行步骤2.31，否则依序执行下一步骤；

条件三③为：存储策略不为整流，且U_k＜U_s，且U_k＞U_rec-start，且第二电压预测值U₂＝U_k+Ku_k*t₃≤U_rec-start，且|Ku_k|≥Ku_k2；其中，Ku_k2≥0，U_rec-start为人为设定的第二电压值，可设定为能量回馈系统的整流启动电压，Ku_k2为人为设定的第二电压变化率，t₃为人为设定的第三时间间隔；

条件四④为：存储策略不为整流，且U_k＜U_s，且U_k≤U_rec-start；

步骤2.31：改变变流器的控制策略为整流，将存储策略更新为整流后执行步骤2.2。

具体地，在步骤2.11和步骤2.2之间还设有步骤2.14，步骤2.31之后还包括2.34；其中，步骤2.14：若满足条件九⑨或条件十⑩中任一种，则执行步骤2.34，否则依序执行下一步骤；

条件九⑨为：存储策略不为非逆变非整流，且U_k＜U_s，且U_k≤U＇_inv-stop；其中，U＇_inv-stop为人为设定的第六电压值，第六电压值U＇_inv-stop设定为能量回馈系统的逆变停止电压；

条件十⑩为：存储策略不为非逆变非整流，且U_k＞U_s；且U_k≥U＇_rec-stop；其中，U＇_rec-stop为人为设定的第七电压值，第七电压值U＇_rec-stop设定为能量回馈系统的整流停止电压；

步骤2.34：改变变流器的控制策略为非逆变非整流，将存储策略更新为非逆变非整流后执行步骤2.2。

具体地，能量回馈系统中变流器的控制策略还包括小逆变和小整流，所述小逆变指的是通过控制能量回馈系统中的变流器使得牵引网母线向电网小功率输送能量的过程；所述小整流指的是控制能量回馈系统中的变流器使得牵引网母线从电网小功率吸收能量的过程。需要说明的是，本发明中所述大功率吸收能量、小功率吸收能量是相对而言，对应到变流器的占空比，大功率吸收能量时的变流器的驱动占空比应大于小功率吸收能量时的变流器的驱动占空比；大功率输送能量时的变流器的驱动占空比也大于小功率输送能量时的变流器的驱动占空比。

因此，本发明还存在以下实施方式，在步骤2.11和步骤2.2之间还包括步骤2.12，步骤2.31之后还包括步骤2.32；

其中，步骤2.12：若满足条件五⑤或条件六⑥中任一种，则执行步骤2.32，否则依序执行下一步骤；

条件五⑤为：存储策略不为小逆变，且U_k＜U_s，且U_ref＜U_k≤U_inv-stop；其中，U_inv-stop为人为设定的第三电压值，可设定为能量回馈系统的逆变停止电压；U_ref为人为设定的第四电压值，可设定为能量回馈系统的工作电压；

条件六⑥为：存储策略不为小逆变，且存储策略不为逆变，且U_k＞U_s，且U_k＞U_ref；

步骤2.32：改变变流器的控制策略为小逆变，将存储策略更新为小逆变后执行步骤2.2。

具体地，能量回馈系统中变流器的控制策略还包括小整流；

在步骤2.12和步骤2.2之间还包括步骤2.13，步骤2.32之后还包括步骤2.33；

其中，步骤2.13：若满足条件七⑦或条件八⑧中任一种，则执行步骤2.33，否则依序执行下一步骤；

条件七⑦为：存储策略不为小整流，且U_k＞U_s，且U_rec-stop≤U_k＜U_ref；其中，U_rec-stop为人为设定的第五电压值，可设定为能量回馈系统的整流停止电压；

条件八⑧为：存储策略不为小整流，且存储策略不为整流，且U_k＜U_s，且U_k＜U_ref；

步骤2.33：改变变流器的控制策略为小整流，将存储策略更新为小整流后执行步骤2.2。

通过上述变流器的控制策略的改变，使牵引网母线电压值不超过过压保护点电压值U_P1和欠压保护点电压值U_P2之间的电压值范围。

采用上述实施例，由于采用及时或提前预判的方法，使得能量回馈系统变流器能够及时选择相应的控制策略，从而实现及时甚至提前启动或停止馈能，确保牵引网制动能量能及时回馈或牵引网启动能量及时补给，有效避免牵引网过压而损坏轨道交通设施或过度吸收牵引网能量而导致牵引网低压影响轨道交通设施运作。

由于能量回馈系统通过检测牵引网母线电压并作出相应的判断，使得变流器及时作出逆变状态的控制策略选择，使得能量回馈系统及时或提前启动馈能，从而保证轨道交通设施的牵引网制动能量的及时回收。

由于能量回馈系统通过检测牵引网母线电压并作出相应的判断，使得变流器及时作出整流状态的控制策略选择，使得能量回馈系统及时或提前启动反向整流，从而保证轨道交通设施的牵引网制动能量能够得到及时补给，确保轨道交通设施正常运行。

由于能量回馈系统通过检测牵引网母线电压并作出相应的判断，使得变流器及时作出小逆变或小整流状态的控制策略选择，使得能量回馈系统及时调整，减弱能量回馈系统的能量交互(包括馈能和反向整流)作用，从而避免轨道交通设施的牵引网制动能量的浪费。

由于能量回馈系统通过检测牵引网母线电压并作出相应的判断，使得变流器及时作出非逆变非整流状态的控制策略选择，使得能量回馈系统及时停止能量交互(包括停止馈能和停止反向整流)，从而避免轨道交通设施的牵引网制动能量的浪费。

上述说明描述了本发明的优选实施例，但应当理解本发明并非局限于上述实施例，且不应看作对其他实施例的排除。通过本发明的启示，本领域技术人员结合公知或现有技术、知识所进行的改动也应视为在本发明的保护范围内。

Claims (5)

1.一种用于选择能量回馈系统变流器的控制策略的方法，所述能量回馈系统中变流器的控制策略包括逆变、整流和非逆变非整流；

其特征是：包括以下步骤：

步骤1：测量牵引网母线电压，存储至第一存储单元，定义存储电压值为存储于所述第一存储单元的牵引网母线电压值；同时将变流器的初始控制策略设定为非逆变非整流，并将所述变流器的初始控制策略存储于第二存储单元中，存储于第二存储单元中的控制策略定义为存储策略；

步骤2：每间隔人为设定的第一时间间隔测量牵引网母线电压，定义测量电压值为每检测时点所测量的牵引网母线电压值，定义电压变化率为所述测量电压值与所述存储电压值之差除以所述第一时间间隔；在每次测得所述测量电压值之后执行以下子流程，所述子流程的执行时长不超过所述第一时间间隔，所述子流程包括以下步骤：

步骤2.1：若满足条件一或条件二中任一种，则执行步骤2.3，否则依序执行下一步骤；

所述条件一为：所述测量电压值大于所述存储电压值；且所述存储策略不为逆变；且所述测量电压值小于人为设定的第一电压值；且所述电压变化率的绝对值大于等于人为设定的第一电压变化率；且第一电压预测值大于等于所述第一电压值；

所述第一电压预测值等于所述测量电压值加上所述电压变化率与人为设定的第二时间间隔的乘积；

所述条件二为：所述测量电压值大于所述存储电压值；且所述存储策略不为逆变；且所述测量电压值大于等于所述第一电压值；

步骤2.2：将存储电压值更新为测量电压值，该子流程执行完毕；

步骤2.3：改变变流器的控制策略为逆变，将存储策略更新为逆变后执行步骤2.2。

2.如权利要求1所述的一种用于选择能量回馈系统变流器的控制策略的方法，其特征是：

所述步骤2.1和步骤2.2之间还包括步骤2.11，所述步骤2.3之后还包括步骤2.31；

步骤2.11：若满足条件三或条件四中任一种，则执行步骤2.31，否则依序执行下一步骤；

所述条件三为：所述测量电压值小于所述存储电压值；且所述存储策略不为整流；且所述测量电压值大于人为设定的第二电压值；且所述电压变化率的绝对值大于等于人为设定的第二电压变化率；且第二电压预测值小于等于所述第二电压值；

所述第二电压预测值等于所述测量电压值加上所述电压变化率与人为设定的第三时间间隔的乘积；

所述条件四为：所述测量电压值小于所述存储电压值；且所述存储策略不为整流；且所述测量电压值小于等于所述第二电压值；

步骤2.31：改变变流器的控制策略为整流，将存储策略更新为整流后执行步骤2.2。

3.如权利要求2所述的一种用于选择能量回馈系统变流器的控制策略的方法，其特征是：

所述能量回馈系统中变流器的控制策略还包括小逆变；

所述步骤2.11和步骤2.2之间还包括步骤2.12，所述步骤2.31之后还包括步骤2.32；

步骤2.12：若满足条件五或条件六中任一种，则执行步骤2.32，否则依序执行下一步骤；

所述条件五为：所述测量电压值小于所述存储电压值；且所述存储策略不为小逆变；

且所述测量电压值小于等于人为设定的第三电压值；且所述测量电压值大于人为设定的第四电压值；

所述条件六为：所述测量电压值大于所述存储电压值；且所述存储策略不为小逆变；

且所述存储策略不为逆变；且所述测量电压值大于所述第四电压值；

步骤2.32：改变变流器的控制策略为小逆变，将存储策略更新为小逆变后执行步骤2.2。

4.如权利要求3所述的一种用于选择能量回馈系统变流器的控制策略的方法，其特征是：

所述能量回馈系统中变流器的控制策略还包括小整流；

所述步骤2.12和步骤2.2之间还包括步骤2.13，所述步骤2.32之后还包括步骤2.33；

步骤2.13：若满足条件七或条件八中任一种，则执行步骤2.33，否则依序执行下一步骤；

所述条件七为：所述测量电压值大于所述存储电压值；且所述存储策略不为小整流；

且所述测量电压值大于等于人为设定的第五电压值；且测量电压值小于所述第四电压值；

所述条件八为：所述测量电压值小于所述存储电压值；且所述存储策略不为小整流；

且所述存储策略不为整流；且所述测量电压值小于所述第四电压值；

步骤2.33：改变变流器的控制策略为小整流，将存储策略更新为小整流后执行步骤2.2。

5.如权利要求2所述的一种用于选择能量回馈系统变流器的控制策略的方法，其特征是：

所述步骤2.11和步骤2.2之间还包括步骤2.14，所述步骤2.31之后还包括步骤2.34；

步骤2.14：若满足条件九或条件十中任一种，则执行步骤2.34，否则依序执行下一步骤；

所述条件九为：所述测量电压值小于所述存储电压值；且所述存储策略不为非逆变非整流；且所述测量电压值小于等于人为设定的第六电压值；

所述条件十为：所述测量电压值大于所述存储电压值；且所述存储策略不为非逆变非整流；且所述测量电压值大于等于人为设定的第七电压值；

步骤2.34：改变变流器的控制策略为非逆变非整流，将存储策略更新为非逆变非整流后执行步骤2.2。