CN108649608A - 用于轨道列车的辅助变流器及其启动控制方法 - Google Patents

用于轨道列车的辅助变流器及其启动控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种用于轨道列车的辅助变流器及其启动控制方法，辅助变流器包括与变流模块连接且用于采集变流模块的电流及电压的采样单元，变流模块包括变流单元、连接在交流母线和变流单元之间的预充电和输出开关控制单元；采样单元、变流单元以及预充电和输出开关控制单元分别与控制器通信连接；预充电和输出开关控制单元中设有连接在交流滤波单元和交流母线之间的输出接触器，预充电和输出开关控制单元在辅助变流器启动后及该辅助变流器接入交流母线前，对变流单元进行预充电并控制输出接触器闭合或断开。本发明能够有效降低辅助变流器启动时的滤波电容的冲击电流，消除并网冲突，简化中央控制装置控制逻辑，实现辅助变流器的安全及顺利并网。

Description

用于轨道列车的辅助变流器及其启动控制方法
技术领域
本发明涉及轨道交通技术领域，具体涉及一种用于轨道列车的辅助变流器及其启动控制方法。
背景技术
用于轨道车辆的牵引辅助变流器能够为各个电动机提供充足电功率，以保证轨道车辆的电气牵引、制动和辅助供应。用于轨道车辆的辅助变流器如图1所示，一个轨道车辆上设有多台辅助变流器，且每个辅助变流器中均包含有变流模块和与该变流模块通信连接的控制器，各辅助变流器通过对应连接的控制器分别与轨道列车上的中央控制装置进行通信，使得轨道列车上的中央控制装置控制各辅助变流器开启。
现有技术中，用于轨道列车的辅助变流器根据对应的轨道车辆的中央控制装置发送的控制信号按照次序逐个投入工作，当第一台辅助变流器启机工作时，在母线电压建立以后，其它辅助变流器首先对交流母线的网压进行追踪，当判断网压和当前辅助变流器的输出电压一致时，则确定当前辅助变流器满足并网条件，且该辅助变流器闭合输出接触器，进而投入运行，参见图2。
然而，由于现有的辅助变流器的结构限制，使得辅助变流器在接到启动信号时直接启动，且在其中首台逆变器启动时，需要闭合输出接触器后进入缓起模式，但由于辅助变流器中的接触器的机械装置特性不一致的原因容易导致并网冲突风险，进而会导致轨道车辆中整列的辅助变流器均无法正常工作，无法保证轨道列车的行车安全。
发明内容
针对现有技术中的问题，本发明提供一种用于轨道列车的辅助变流器及其启动控制方法，能够有效降低辅助变流器启动时的滤波电容的冲击电流，消除并网冲突，简化中央控制装置控制逻辑，实现辅助变流器的安全及顺利并网。
为解决上述技术问题，本发明提供以下技术方案：
第一方面，本发明提供一种用于轨道列车的辅助变流器，所述辅助变流器包括通信连接的控制器和变流模块，所述辅助变流器还包括：与所述变流模块连接且用于采集所述变流模块的电流及电压的采样单元，所述变流模块包括用于将直流电逆变为交流电的变流单元，以及，连接在交流母线和所述变流单元之间的预充电和输出开关控制单元；
所述采样单元、变流单元以及所述预充电和输出开关控制单元分别与所述控制器通信连接；
所述预充电和输出开关控制单元中设有连接在所述交流滤波单元和交流母线之间的输出接触器，且所述预充电和输出开关控制单元用于在所述辅助变流器启动后及该辅助变流器接入所述交流母线前，对所述变流单元进行预充电并控制所述输出接触器闭合或断开。
一实施例中，所述预充电和输出开关控制单元还包括：用于在所述辅助变流器启动后及该辅助变流器接入所述交流母线前对所述变流单元进行预充电的输出预充电子单元；
所述输出预充电子单元与所述输出接触器并联。
一实施例中，所述输出预充电子单元包括与各个所述输出接触器分别并联的预充电支路，且所述预充电支路的数量与所述输出接触器的数量相同；
其中，每个所述预充电支路均包括串联的预充电接触器和预充电电阻。
一实施例中，所述变流单元包括依次连接的前级输入电路、逆变器和交流滤波单元，且所述前级输入电路和逆变器分别与所述控制器通信连接。
一实施例中，所述采样单元包括：直流电压传感器、交流电流传感器、第一交流电压传感器和第二交流电压传感器；
所述直流电压传感器连接在所述前级输入电路与逆变器之间；
所述交流电流传感器连接在所述逆变器与交流滤波单元之间；
所述第一交流电压传感器连接在所述交流滤波单元与所述预充电和输出开关控制单元之间；
所述第二交流电压传感器连接在所述预充电和输出开关控制单元与所述交流母线之间。
第二方面，本发明提供一种所述的辅助变流器的启动控制方法，所述辅助变流器的启动控制方法包括：
所述控制器上电后对所述变流模块进行故障诊断，若检测获知所述变流模块未发生故障，且经首次判断获知交流母线电压高于或等于电压阈值，则在收到启机指令后控制所述预充电和输出开关控制单元对所述变流模块进行预充电并在完成预充电后控制所述输出接触器闭合，以及，所述控制器进行随机延时；
所述控制器判断所述交流母线电压是否满足预设的并网条件，若是，则控制所述变流模块运行，进而完成所述辅助变流器的开启。
一实施例中，所述辅助变流器的启动控制方法还包括：
若经首次判断获知所述交流母线电压低于所述电压阈值，则控制所述输出接触器闭合；
所述控制器在收到启机指令后进行随机延时，而后二次判断所述交流母线电压是否低于所述电压阈值，若是，则控制所述变流模块进入预设的软启动模式，而后控制所述变流模块以预设的并联模式运行，进而完成所述辅助变流器的开启。
一实施例中，所述辅助变流器的启动控制方法还包括：
若经二次判断获知所述交流母线电压高于或等于所述电压阈值，进一步判断所述交流母线电压是否满足预设的并网条件，若所述交流母线电压满足预设的并网条件，则控制所述变流模块运行，进而完成所述辅助变流器的开启。
一实施例中，所述控制所述变流模块运行，包括：
控制所述变流模块以预设的电流源模式运行；
以及，在所述变流模块达到预设的稳态状态后，控制所述变流模块以预设的并联模式运行。
一实施例中，所述在所述变流模块达到预设的稳态状态后，控制所述变流模块以预设的并联模式运行，包括：
在所述变流模块中的直流电压和交流电流进入稳态后，控制所述变流模块的输出侧输出的交流电压与所述交流母线电压同步输出，而后控制所述变流模块以预设的并联模式运行。
一实施例中，所述电流源模式为直流电压外环和电流内环的双闭环控制方式。
一实施例中，所述并联模式为功率下垂控制外环和电流内环的双闭环控制方式。
由上述技术方案可知，本发明提供一种用于轨道列车的辅助变流器，包括通信连接的控制器和变流模块、与变流模块连接且用于采集变流模块的电流及电压的采样单元，变流模块包括用于将直流电逆变为交流电的变流单元，以及，连接在交流母线和变流单元之间的预充电和输出开关控制单元；采样单元、变流单元以及预充电和输出开关控制单元分别与控制器通信连接；预充电和输出开关控制单元中设有连接在交流滤波单元和交流母线之间的输出接触器，预充电和输出开关控制单元在辅助变流器启动后及该辅助变流器接入交流母线前，对变流单元进行预充电并控制输出接触器闭合或断开，本发明通过在辅助变流器中设置预充电和输出开关控制单元，能够在辅助变流器启动时完成预充电和输出开关控制单元的工作，使得能够有效降低辅助变流器启动时的滤波电容的冲击电流，避免了辅助变流器中的接触器的机械特性对并网过程的不利影响，消除并网冲突，简化中央控制装置控制逻辑，同时能够实现辅助变流器的安全及顺利并网，保证了轨道车辆中整列的辅助变流器的正常工作，进而保证轨道列车的行车安全，并提高了乘客的用户体验。
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地介绍，显而易见地，下面描述中的附图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附图。
图1是辅助变流器与轨道列车上的中央控制装置之间的连接示意图；
图2是现有技术中辅助变流器的启动方式的流程示意图；
图3是本发明实施例一中的一种用于轨道列车的辅助变流器的结构示意图；
图4是本发明的用于轨道列车的辅助变流器中的预充电和输出开关控制单元的结构示意图；
图5是本发明的用于轨道列车的辅助变流器中的输出预充电子单元和输出接触器的一种具体实施方式的结构示意图；
图6是本发明的用于轨道列车的辅助变流器中的变流单元的结构示意图；
图7是本发明的用于轨道列车的辅助变流器中的采样单元的结构示意图；
图8是本发明的应用实例中的一种用于轨道列车的辅助变流器的结构示意图；
图9是本发明实施例二中的一种所述用于轨道列车的辅助变流器的启动控制方法的流程示意图；
图10是本发明的所述用于轨道列车的辅助变流器的启动控制方法中的步骤600至步骤800的流程示意图；
图11是本发明的所述用于轨道列车的辅助变流器的启动控制方法中的步骤700之后执行的内容的流程示意图；
图12是本发明的所述用于轨道列车的辅助变流器的启动控制方法中的步骤500的具体实施方式的流程示意图；
图13是本发明的应用实例中的一种所述用于轨道列车的辅助变流器的启动控制方法的流程示意图；
图14是本发明的应用实例中的电流源工作模式控制过程示意图；
图15A是本发明的应用实例中的并联模式中ug_abc和iabc作为输入及经过瞬时功率计算得该时刻有功功率值P和无功功率值Q作为功率下垂控制的控制过程示意图；
图15B是本发明的应用实例中的并联模式中常数0作为给定参考值ud*和ud做差后作为调节器PI的输入的控制过程示意图；
图15C是本发明的应用实例中的并联模式中ug_abc经过abc/dq坐标变换的控制过程示意图；
图15D是本发明的应用实例中的并联模式中iabc经过abc/dq坐标变换的控制过程示意图；
其中，1-变流模块；11-变流单元；112-前级输入电路；113-逆变器；114-交流滤波单元；12-预充电和输出开关控制单元；121-输出预充电子单元；122-输出接触器；2-控制器；3-采样单元；31-直流电压传感器；32-交流电流传感器；33-第一交流电压传感器；34-第二交流电压传感器。
具体实施方式
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，所描述的实施例是本发明一部分实施例，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。
本发明的实施例一提供一种用于轨道列车的辅助变流器，参见图3，所述用于轨道列车的辅助变流器具体包括如下内容：
所述辅助变流器包括：通信连接的控制器2和变流模块1、与所述变流模块1连接且用于采集所述变流模块1的电流及电压的采样单元3，且所述采样单元3与所述控制器2通信连接。可以理解的是，所述控制器2用于接受设置在轨道列车上的中央控制装置发送的控制信息，并根据该控制信息控制所述变流模块1中的对应部件运行；所述变流模块1用于将直流电压转换为交流电压，并将该交流电压输出至交流母线；所述采样单元3可以有传感器组成，且传感器能够用于采集所述变流模块1的电流及电压，并将采集的电流及电压值发送至控制器2，使得所述控制器2根据接收到的电流及电压信息对所述变流模块1进行控制，可以理解的是，所述变流模块1的直流输入不唯一，具体可以为一种直流电源，即所述变流模块1与直流电源连接，该直流电源实现对变流模块1的直流输入。
在所述变流模块1中，所述变流模块1中设有用于将直流电逆变为交流电的变流单元11，以及，连接在交流母线和所述变流单元11之间的预充电和输出开关控制单元12；且所述变流单元11以及所述预充电和输出开关控制单元12分别与所述控制器2通信连接。可以理解的是，所述变流单元11用于将直流电压转换为交流电压，并将该交流电压输出至交流母线，所述预充电和输出开关控制单元12用于在所述辅助变流器启动后及该辅助变流器接入所述交流母线前，对所述变流单元11进行预充电并控制所述输出接触器122闭合或断开，且所述预充电和输出开关控制单元12中设有连接在所述交流滤波单元114和交流母线之间的输出接触器122，所述输出接触器122用于对所述变流单元11进行预充电并控制所述输出接触器122闭合或断开。
从上述描述可知，本发明的实施例提供的用于轨道列车的辅助变流器，通过在辅助变流器中设置预充电和输出开关控制单元12，能够在辅助变流器启动时完成预充电和输出开关控制单元12的工作，使得能够有效降低辅助变流器启动时的滤波电容的冲击电流。
在一种具体实施方式中，本发明还提供所述用于轨道列车的辅助变流器中的所述预充电和输出开关控制单元12，参见图4，所述预充电和输出开关控制单元12具体包括如下内容：
用于在所述辅助变流器启动后及该辅助变流器接入所述交流母线前对所述变流单元11进行预充电的输出预充电子单元121；所述输出预充电子单元121与所述输出接触器122并联。
在上述描述中，参见图5，所述输出预充电子单元121由与各个所述输出接触器122分别并联的预充电支路组成，且所述预充电支路的数量与所述输出接触器122的数量相同；其中，每个所述预充电支路均包括串联的预充电接触器和预充电电阻。
在一种具体举例来说，所述预充电支路为3条，且所述输出接触器122的数量为3个，且每条预充电支路均包括串联的1个预充电接触器和1个预充电电阻。
从上述描述可知，本发明的实施例提供的用于轨道列车的辅助变流器，通过输出预充电子单元121的结构设置，能够有效保证所述输出预充电子单元121为所述变流单元11进行充电，能够在辅助变流器启动时完成预充电和输出开关控制单元12的工作，使得能够有效降低辅助变流器启动时的滤波电容的冲击电流，避免了辅助变流器中的接触器的机械特性对并网过程的不利影响。
在一种具体实施方式中，本发明还提供所述用于轨道列车的辅助变流器中的所述变流单元11，参见图6，所述变流单元11具体包括如下内容：
依次连接的前级输入电路112、逆变器113和交流滤波单元114，且所述前级输入电路112和逆变器113分别与所述控制器2通信连接。
可以理解的是，所述前级输入电路112可以为包括预充电电路、直流滤波电路或其它电能变换装置。
另外，所述交流滤波单元114可以为LC滤波器或者LCL滤波器，其中，LC滤波器是由电容、电感、电阻等元件和电子器件组成的能够产生振荡电流或具有滤波作用的电路，L可以是电感，也可以是隔离变压器的集成漏感。
其中，所述前级输入电路112建立逆变器113直流电压，为逆变器113输出功率；逆变器113实现电能直流交流变换；交流滤波单元114用于对工频交流电流进行滤波；输出接触器122用于控制三相交流电输出给外部负载。
从上述描述可知，本发明的实施例提供的用于轨道列车的辅助变流器，通过变流单元11的结构设置，能够可靠地将直流电压转化为交流电压，进而能够实现辅助变流器的安全及顺利并网，保证了轨道车辆中整列的辅助变流器的正常工作。
在一种具体实施方式中，本发明还提供所述用于轨道列车的辅助变流器中的所述采样单元3，参见图7，所述采样单元3具体包括如下内容：
直流电压传感器31、交流电流传感器32、第一交流电压传感器33和第二交流电压传感器34；所述第一交流电压传感器33、第二交流电压传感器34、直流电压传感器31、交流电流传感器32能够实现电能信号变换。
所述直流电压传感器31连接在所述前级输入电路112与逆变器113之间；
所述交流电流传感器32连接在所述逆变器113与交流滤波单元114之间；
所述第一交流电压传感器33连接在所述交流滤波单元114与所述预充电和输出开关控制单元12之间；
所述第二交流电压传感器34连接在所述预充电和输出开关控制单元12与所述交流母线之间。
从上述描述可知，本发明的实施例提供的用于轨道列车的辅助变流器，通过采集单元的结构设置，能够实现辅助变流器的安全及顺利并网，保证了轨道车辆中整列的辅助变流器的正常工作，进而保证轨道列车的行车安全。
为进一步的说明本方案，本发明还提供一种用于轨道列车的辅助变流器的具体应用实例，参见图8，所述用于轨道列车的辅助变流器具体包括如下内容：
辅助变流器组成包括：控制器2、前级输入电路112(包括预充电电路，直流滤波电路，或其它电能变换装置)、逆变器113、交流滤波单元114(可以是LC，也可以是LCL，其中L可以是电感，也可以是隔离变压器的集成漏感)、交流电压传感器、交流电流传感器32、直流电压传感器31、预充电和输出开关控制单元12。
在上述描述中，前级输入电路112建立逆变器113直流电压，为逆变器113输出功率；逆变器113实现电能直流交流变换；交流滤波单元114用于对工频交流电流进行滤波；输出接触器122用于控制三相交流电输出给外部负载。交流电压传感器、交流电流传感器32和直流电压传感器31实现电能信号变换。预充电和输出开关控制单元12对交流滤波单元114进行预充电控制及和母线的接通和断开控制。辅助变流器的机器启动控制涉及列车中央控制器(CCU)的逻辑控制，辅助变流器的机器启动逻辑控制和闭环控制策略三部分。CCU的辅助机器启动控制根据一定的逻辑和时序向列车上的多台辅助变流器发出机器启动指令。辅助变流器的机器启动逻辑控制是指根据实际工况和运行状态，辅助变流器接受CCU的控制指令，正常机器启动、工作模式切换和停机。辅助变流器的闭环控制策略指辅助变流器的实时控制算法，实现特定电压、电流或功率的控制目标。
辅助变流器启动时，需要首先完成预充电和输出开关控制单元12的工作，将辅助变流器接入交流母线；在辅助变流器的三相输出接入交流母线后，按照电流源控制模式进行闭环控制，辅助变流器不对外发出功率；在电流源控制模式进入稳态后，切换到并联控制模式，辅助变流器根据自身特性，承担负载功率。
从上述描述可知，本发明的应用实例提供的用于轨道列车的辅助变流器，通过在辅助变流器中设置预充电和输出开关控制单元12，能够在辅助变流器启动时完成预充电和输出开关控制单元12的工作，使得能够有效降低辅助变流器启动时的滤波电容的冲击电流，增强了辅助供电系统可靠性，进而保证轨道列车的行车安全，并提高了乘客的用户体验。
本发明的实施例二提供一种所述用于轨道列车的辅助变流器的启动控制方法，参见图9，所述用于轨道列车的辅助变流器的启动控制方法具体包括如下内容：
步骤100：所述控制器2上电后对所述变流模块1进行故障诊断，若检测获知所述变流模块1未发生故障，且执行步骤200；否则，进行停机处理。
步骤200：首次判断获知交流母线电压是否低于电压阈值；
若否，则执行步骤300；
步骤300：在收到启机指令后控制所述预充电和输出开关控制单元12对所述变流单元11进行预充电并在完成预充电后控制所述输出接触器122闭合，以及，所述控制器2进行随机延时；
步骤400：所述控制器2判断所述交流母线电压是否满足预设的并网条件，若是，则执行步骤500；
步骤500：控制所述变流模块1运行，进而完成所述辅助变流器的开启。
在一种具体实施方式中，参见图10，本发明还提供所述辅助变流器的启动控制方法中步骤200之后执行的下述内容：
若在步骤200之后经首次判断获知所述交流母线电压低于所述电压阈值，若是，则执行步骤600；
步骤600：控制所述输出接触器122闭合；
步骤700：所述控制器2在收到启机指令后进行随机延时，而后二次判断所述交流母线电压是否低于所述电压阈值，若是，则执行步骤800；
步骤800：控制所述变流模块1进入预设的软启动模式，而后控制所述变流模块1以预设的并联模式运行，进而完成所述辅助变流器的开启。
在一种具体实施方式中，参见图11，本发明还提供所述辅助变流器的启动控制方法中步骤700之后执行的下述内容：
若在步骤700中经二次判断获知所述交流母线电压高于或等于所述电压阈值，则执行步骤400和步骤500；
步骤400：所述控制器2判断所述交流母线电压是否满足预设的并网条件，若是，则执行步骤500；
步骤500：控制所述变流模块1运行，进而完成所述辅助变流器的开启。
在上述描述中，所述并联模式为功率下垂控制外环和电流内环的双闭环控制方式。
在一种具体实施方式中，参见图12，本发明还提供所述辅助变流器的启动控制方法中步骤500的具体实施方式，具体包括如下内容：
步骤501：控制所述变流模块1以预设的电流源模式运行。
在上述描述中，所述电流源模式为直流电压外环和电流内环的双闭环控制方式。
步骤502：在所述变流模块1达到预设的稳态状态后，控制所述变流模块1以预设的并联模式运行。
其中，步骤501的具体实施方式为：在所述变流模块1中的直流电压和交流电流进入稳态后，控制所述变流模块1的输出侧输出的交流电压与所述交流母线电压同步输出，而后控制所述变流模块1以预设的并联模式运行。
从上述描述可知，本发明的实施例提供的用于轨道列车的辅助变流器的启动控制方法，通过对预充电和输出开关控制单元12进行控制，能够在辅助变流器启动时完成预充电和输出开关控制单元12的工作，使得能够有效降低辅助变流器启动时的滤波电容的冲击电流，避免了辅助变流器中的接触器的机械特性对并网过程的不利影响，通过优化机器启动控制方法，简化列车中央控制器CCU控制逻辑，合理设计机器启动时序，控制PWM脉冲下发时机，避免接触器机械特性带来的潜在并网冲突，加快辅助机器启动速度，提高辅助变流器的系统稳定性。
为进一步的说明本方案，本发明还提供一种用于轨道列车的辅助变流器的启动控制方法的具体应用实例，参见图13，所述用于轨道列车的辅助变流器的启动控制方法具体包括如下内容：
所述用于轨道列车的辅助变流器的启动控制方法分为：
1.母线未建立工况机器启动控制。
2.母线已建立工况机器启动控制。
母线未建立工况机器启动控制过程具体如下：
1)控制器2上电，故障诊断。如果有故障，则系统停机。如果无故障，则进一步判断母线电压是否低于限值，低于限值则闭合输出接触器122，等待机器启动指令。
2)控制器2收到机器启动指令后，随机延时。
3)随机延时结束，判断母线电压是否低于限值，如果低于限值则进入软启模式，软起结束后进入并联模式。如果高于限值则进一步判断母线电压是否达到并网条件。如果未达到并网条件则等待，如果达到并网条件则进入电流源模式。电流环达到稳态后，进入并网模式，机器启动完成。
母线已建立工况机器启动控制过程具体如下：
1)控制器2上电，故障诊断。如果有故障，则系统停机。如果无故障，则进一步判断母线电压是否高于限值，高于限值则等待机器启动指令。
2)控制器2收到机器启动指令后，对预充电单元进行操作。闭合预充电接触器，电容预充电完成后闭合输出接触器122，断开预充电接触器。
3)预充电操作结束，进入随机延时。随机延时结束，判断母线电压是否达到并网条件。如果未达到并网条件则等待，如果达到并网条件则进入电流源模式。电流环达到稳态后，进入并网模式，机器启动完成。
另外，辅助变流器的闭环控制策略如下：
辅助变流器闭环控制策略根据机器启动工况不同而不同，本文所述辅助变流器的闭环控制策略包括电流源模式和并联模式。通过合理的模式切换，能够保证辅助变流器快速可靠机器启动，为车上负载提供高品质电源。
电流源控制模式采用直流电压外环，电流内环的双闭环控制方式，使得直流电压和交流电流进入稳态时，辅助变流器输出侧以电流源模式工作，输出的三相交流电压基波量与交流母线电压同步，辅助变流器不对外发出功率。电流源控制模式向并联控制模式切换。电流源控制模式电流内环达到稳态时，辅助变流器输出的交流电压实现同交流母线电压同步，保证了电流源模式和并联模式平滑的过渡。
并联控制模式采用功率下垂控制外环控制和电流内环的双闭环控制方式，在控制器2间无通信线情况下实现辅助变流器的间的功率平均分配。
用于轨道列车的辅助变流器的启动控制方法主要包括以下步骤：
步骤1：控制器2上电，结束执行步骤2；
步骤2：控制进入故障诊断模式，判断是否存在故障，存在故障则执行步骤3，否则执行步骤4；
步骤3：辅助变流器存在故障，停机；
步骤4：判断母线电压是否低于限值，低于限值执行步骤5，否则执行步骤10；
步骤5：闭合输出接触器122，完成后执行步骤6；
步骤6：接受CCU下发机器启动指令；
步骤7：随机延时等待，保证当四台辅助同时收到机器启动指令后，错时机器启动。延时结束后执行步骤8；
步骤8：随机延时结束，判断母线电压是否低于缓起电压限值；如果低于限值则执行步骤9，如果高于缓起最低电压限值，则执行步骤13；
步骤9：进入交流输出电压软起模式，建立交流母线电压。当输出电压达到额定值得90％时，执行步骤16；
步骤10：接受CCU下发机器启动指令，然后执行步骤11；
步骤11：闭合预充电电阻，电容电压达到额定值后闭合输出接触器122，断开预充电电阻，结束后执行步骤12；
步骤12：随机延时等待，当四台辅助同时收到机器启动指令后，随机延时，延时结束后执行步骤13；
步骤13：判断电压是否达到并网条件。如果达到并网条件则执行步骤14，如果未达到并网条件则监视母线电压，等待；
步骤14：进入电流源工作模式。采用电压外环和电流内环双闭环控制参见图14，电流源工作模式控制过程为：
由电压传感器测得三相交流电压uabc,电流传感器测得三相交流电流iabc，直流电压传感器31测得直流电压udc。uabc作为锁相环的输入，锁相环输出角度uabc的相位角度θ*。相位角度θ*输入给abc/dq坐标变换和PWM发生器。
iabc经过abc/dq坐标变换得到id、iq。常数0作为电流内环参考值id*，id*和id做差后经PI调节器后，输出经过限制幅值后输入PWM发生器。给定参考值uq*为直流电压的额定值的1.05倍，uq*和uq做差后作为调节器的输入，此处调节器为PI(比例积分控制器2)也可以是其它调节器，调节器的输出经限制幅值后作为电流内环给点参考值iq*，iq*和iq做差后输入PI调节器，PI输出经过限制幅值后输入PWM发生器。PWM发生器产生6路脉冲输入给逆变器113。
步骤15：判断电流内环是否达到稳态。如果达到稳态则执行步骤16，否则执行步骤14；
步骤16：并联模式参见图15A至图15D。功率下垂控制和电流内环控制双闭环控制，实现各辅助变流器的功率均衡控制，机器启动完成。并联控制模式控制过程为：
由电压传感器测得三相母线电压ug_abc,电流传感器测得三相电流iabc。
参见图15A，ug_abc和iabc作为输入，经过瞬时功率计算得该时刻有功值功率值P和无功功率值Q作为功率下垂控制的输入；经功率下垂控制算法得到角度θ和幅值|u*|，其中相位角度θ作为PWM发生器的输入和abc/dq坐标变换的输入，|u*|作为电流源控制模式电压外环的输入。
参见图15C，ug_abc经过abc/dq坐标变换得到ud、uq；参见图15D，iabc经过abc/dq坐标变换得到id、iq；参见图15B，常数0作为给定参考值ud*和ud做差后作为调节器的输入，此处调节器为PI(比例积分控制器2)也可以是其它调节器，调节器的输出经限制幅值后作为电流内环参考值id*，id*和id做差后经PI调节器后，输出经过限制幅值后输入PWM发生器。|u*|作为给定参考值uq*和uq做差后作为调节器的输入，此处调节器为PI(比例积分控制器2)也可以是其它调节器，调节器的输出经限制幅值后作为电流内环给点参考值iq*，iq*和iq做差后输入PI调节器，PI输出经过限制幅值后输入PWM发生器。PWM发生器产生6路脉冲输入给逆变器113。
从上述描述可知，本发明的应用实例提供的用于轨道列车的辅助变流器的启动控制方法，通过对预充电和输出开关控制单元12进行控制，能够在辅助变流器启动时完成预充电和输出开关控制单元12的工作，使得能够有效降低辅助变流器启动时的滤波电容的冲击电流，避免了辅助变流器中的接触器的机械特性对并网过程的不利影响，通过优化机器启动控制方法，简化列车中央控制器CCU控制逻辑，合理设计机器启动时序，控制PWM脉冲下发时机，避免接触器机械特性带来的潜在并网冲突，加快辅助机器启动速度，提高辅助变流器的系统稳定性。
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
本发明中应用了具体实施例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (12)

1.一种用于轨道列车的辅助变流器，所述辅助变流器包括通信连接的控制器和变流模块，其特征在于，所述辅助变流器还包括：与所述变流模块连接且用于采集所述变流模块的电流及电压的采样单元，所述变流模块包括用于将直流电逆变为交流电的变流单元，以及，连接在交流母线和所述变流单元之间的预充电和输出开关控制单元；
所述采样单元、变流单元以及所述预充电和输出开关控制单元分别与所述控制器通信连接；
所述预充电和输出开关控制单元中设有连接在所述交流滤波单元和交流母线之间的输出接触器，且所述预充电和输出开关控制单元用于在所述辅助变流器启动后及该辅助变流器接入所述交流母线前，对所述变流单元进行预充电并控制所述输出接触器闭合或断开。
2.根据权利要求1所述的辅助变流器，其特征在于，所述预充电和输出开关控制单元还包括：用于在所述辅助变流器启动后及该辅助变流器接入所述交流母线前对所述变流单元进行预充电的输出预充电子单元；
所述输出预充电子单元与所述输出接触器并联。
3.根据权利要求2所述的辅助变流器，其特征在于，所述输出预充电子单元包括与各个所述输出接触器分别并联的预充电支路，且所述预充电支路的数量与所述输出接触器的数量相同；
其中，每个所述预充电支路均包括串联的预充电接触器和预充电电阻。
4.根据权利要求1所述的辅助变流器，其特征在于，所述变流单元包括依次连接的前级输入电路、逆变器和交流滤波单元，且所述前级输入电路和逆变器分别与所述控制器通信连接。
5.根据权利要求4所述的辅助变流器，其特征在于，所述采样单元包括：直流电压传感器、交流电流传感器、第一交流电压传感器和第二交流电压传感器；
所述直流电压传感器连接在所述前级输入电路与逆变器之间；
所述交流电流传感器连接在所述逆变器与交流滤波单元之间；
所述第一交流电压传感器连接在所述交流滤波单元与所述预充电和输出开关控制单元之间；
所述第二交流电压传感器连接在所述预充电和输出开关控制单元与所述交流母线之间。
6.一种权利要求1至5任一项所述的辅助变流器的启动控制方法，其特征在于，所述辅助变流器的启动控制方法包括：
所述控制器上电后对所述变流模块进行故障诊断，若检测获知所述变流模块未发生故障，且经首次判断获知交流母线电压高于或等于电压阈值，则在收到启机指令后控制所述预充电和输出开关控制单元对所述变流模块进行预充电并在完成预充电后控制所述输出接触器闭合，以及，所述控制器进行随机延时；
所述控制器判断所述交流母线电压是否满足预设的并网条件，若是，则控制所述变流模块运行，进而完成所述辅助变流器的开启。
7.根据权利要求6所述的辅助变流器的启动控制方法，其特征在于，所述辅助变流器的启动控制方法还包括：
若经首次判断获知所述交流母线电压低于所述电压阈值，则控制所述输出接触器闭合；
所述控制器在收到启机指令后进行随机延时，而后二次判断所述交流母线电压是否低于所述电压阈值，若是，则控制所述变流模块进入预设的软启动模式，而后控制所述变流模块以预设的并联模式运行，进而完成所述辅助变流器的开启。
8.根据权利要求7所述的辅助变流器的启动控制方法，其特征在于，所述辅助变流器的启动控制方法还包括：
若经二次判断获知所述交流母线电压高于或等于所述电压阈值，则进一步判断所述交流母线电压是否满足预设的并网条件，若所述交流母线电压满足预设的并网条件，则控制所述变流模块运行，进而完成所述辅助变流器的开启。
9.根据权利要求6所述的辅助变流器的启动控制方法，其特征在于，所述控制所述变流模块运行，包括：
控制所述变流模块以预设的电流源模式运行；
以及，在所述变流模块达到预设的稳态状态后，控制所述变流模块以预设的并联模式运行。
10.根据权利要求9所述的辅助变流器的启动控制方法，其特征在于，所述在所述变流模块达到预设的稳态状态后，控制所述变流模块以预设的并联模式运行，包括：
在所述变流模块中的直流电压和交流电流进入稳态后，控制所述变流模块的输出侧输出的交流电压与所述交流母线电压同步输出，而后控制所述变流模块以预设的并联模式运行。
11.根据权利要求9所述的辅助变流器的启动控制方法，其特征在于，所述电流源模式为直流电压外环和电流内环的双闭环控制方式。
12.根据权利要求7至10任一项所述的辅助变流器的启动控制方法，其特征在于，所述并联模式为功率下垂控制外环和电流内环的双闭环控制方式。
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