CN108923457B - 一种地铁再生制动能量逆变吸收装置协调控制方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明具体为一种地铁再生制动能量逆变吸收装置协调控制方法及系统,包括线路能馈协调控制装置实时接收各个逆变装置的运行参数,判断是否第N号牵引变电所的牵引网网压超过协调控制系统预设的协同控制启动电压Vct,如超过,则启动对第N号牵引变电所相邻牵引变电所的协调控制。协调控制包括首先判断相邻的N‑1和N+1号两个变电所的逆变装置是否有剩余容量;所述剩余容量为逆变装置的额定功率Pt与逆变装置当时的实际输出功率Po之差,如没有,则再判断第N‑2号和第N+2号变电所的逆变装置是否有剩余容量可利用;通常情况下选择检索相邻的四个变电所进行协调控制。其原因是距离太远的变电所由于线路上的阻抗以及电压降较大,其协调的效果不明显。
Description
技术领域
本发明涉及城市轨道交通再生制动领域,具体为一种地铁再生制动能量逆变吸收装置协调控制方法及系统。
背景技术
城市轨道交通运营中存在列车频繁牵引制动,会引起直流牵引网电压的波动。在列车牵引过程中,列车通过二极管牵引整流机组从牵引网取流会使得牵引网电压下降;当列车进行电制动过程时,列车的电机会工作在发电机状态,这时候列车的动能会转化为电能使得直流牵引网的直流电压上升,如该电能不能及时被吸收将迫使列车退出再生制动,危及列车行车的安全。目前应用的先进的再生制动电能吸收方式是在线路的各个牵引变电所内加装再生制动能量逆变吸收装置(下称逆变装置),该装置一端接直流牵引网,一端接中压环网,通过检测牵引变电所处的直流牵引网电压,判断是否有列车处于再生制动状态,当直流网压超过设定启动吸收电压阈值,则逆变装置启动回馈功能将再生制动电能逆变回馈到中压环网中供给地铁其他用电负荷消纳,稳定牵引网电压保障列车再生制动的同时又实现了再生电能再利用的目的。
城市轨道交通线路的直流牵引网是全线连通的,但由于牵引变电所之间有一定距离存在线路阻抗,且不同牵引变电所附近的车辆所处状态(载客量、速度、地形)不同及距离各牵引变电所距离不一样,这导致不同牵引变电所处的牵引网网压不同,需要吸收的再生电能也不同。传统方案中各逆变装置互不通信也没有协调控制,仅依靠检测本牵引变电所的牵引网网压是否超过启动电压阀值来判断是否进行逆变吸收。逆变装置启动吸收的电压阀值设置有一个范围区间,要大于二极管牵引整流机组的空载电压,小于列车再生制动允许的最高电压,该阈值设置偏低会导致吸收过程电流大、线路损耗高,过低还会引起与二极管整流机组之间的环流,该阈值设置偏高又会导致吸收的效果差,因此传统方案中该值多设定为范围区间的中间值,且多为固定值或该值随着整流机组空载电压波动小范围调整。这会使得在轨道交通运营的动态过程中,出现不同牵引变电所的逆变装置出力不均衡不协调,牵引网网压波动大的情况:如有的牵引变电所再生电能过多,超过逆变装置容量无法全部被吸收,而导致该牵引变电所网压过高,而有的牵引变电所的逆变装置却因为该所处制动能量少,逆变装置启动吸收电压阈值偏高而没有出力或出力不够,从而影响线路列车的安全稳定运行和逆变装置的节能效果。
发明内容
1、所要解决的技术问题:
为了解决上述技术问题,本发明提供一种地铁再生制动能量逆变吸收装置协调控制方法及系统。该方法提供一种能够促使线路多台逆变装置的动态协同配合吸收再生制动能量,减少直流牵引网压过高的情况,从而提高牵引网的网压的稳定性,保障列车再生制动功能的发挥,提升再生制动能量的吸收率和节能效果。并有改善多台逆变装置之间出力不平衡的情况,提升逆变装置使用寿命的作用。
2、技术方案:
一种地铁再生制动能量逆变吸收装置协调控制方法, 包括以下步骤: 步骤一:系统信息采集与预设:对各个牵引变电所与其包含的逆变装置进行编号;采集所有逆变装置的技术参数;所述技术参数包含额定电压、额定功率Pt、启动吸收电压阀值的初始预设阀值Vth_ini和启动电压阀值的最小值Vth_min;并将编号与采集的逆变装置的技术参数对应地进行存储;预设进行协调控制时,检索相邻逆变装置的数目为4。
步骤二:系统实时采集各个逆变装置的运行参数;所述运行参数包括正在运行的各个逆变装置上传的直流牵引网压、运行状态、输出功率Po以及启动吸收电压阈值Vth。
步骤三:根据编号的顺序依次判断各个逆变装置发送的直流牵引网网压实时值是否超过协调控制系统预设的协同控制启动电压 Vct;即判断第N号牵引变电所的牵引网网压是否超过设定的协同控制启动电压Vct;如果超过,则启动步骤四对第N号牵引变电所相邻牵引变电所的进行协调控制;如果没有超过继续依次判断后面编号的牵引变电所的牵引网网压是否超过设定的协同控制启动电压Vct;直至各个牵引变电所的逆变装置全部判断结束。
步骤四:判断第N号牵引变电所相邻的第N-1号和第N+1号两个变电所的逆变装置是否有剩余容量;所述剩余容量为逆变装置的额定功率Pt与逆变装置当时的实际输出功率Po之差;如果剩余容量大于0,进行步骤五;如果剩余容量等于0,则进行步骤六。
步骤五:判断逆变装置此时的启动吸收电压阀值是否达到其最低值Vth_min;如未达到最低值则将其启动吸收电压阀值减少ΔV ;所述ΔV为调节的电压步进,所述ΔV 小于等于Vth-Vth_min;所述ΔV为(Vth-Vth_min)/Nt,其中Nt为最大的调节次数,取值为2-5之间的整数。
步骤六:判断第N-2号和第N+2号变电所的逆变装置是否有剩余容量可利用;如果有,则进行步骤五进行调节。
步骤七:判断上述调节后的第N号变电所的直流牵引网压是否在预定的阈值以下;如果不是,则进行步骤三至步骤六的继续下调过程;如果是,则不再继续下调,则进行下面的步骤八。
步骤八:等待列车制动过程结束,即当第N号逆变装置的吸收功率下降为零时,延时时间T后,恢复之前步骤五中下调的启动吸收电压阀值至初始预设阀值Vth_ini,完成并退出本次协调控制,再等待下一个协调控制事件的到来。
一种地铁再生制动能量逆变吸收装置协调控制系统,包括:主变电所、至少两个牵引变电所以及线路能馈协调控制装置;所述主变电所输入110kv电压,输出35kv电压至牵引变电所;所述每个牵引变电所包括牵引整流装置与逆变装置。
所述线路能馈协调控制装置包括通信接口转换器、数据采集器、数据库服务器、Web服务器;能够通过地铁专用通信网络与全线路的各个逆变装置之间进行通信,并进行数据接收、存储、处理以及参数下发;所述线路能馈协调控制装置采集的各个牵引变电所的逆变装置的技术参数与实时技术参数,并根据信息进行如权利要求1所述的协调控制。
3、有益效果:
(1)本方法通过协调多台逆变装置的有功吸收出力,提升了地铁再生制动电能的吸收效果,抑制牵引网网压过高的情况,保障列车再生制动功能的发挥,提高列车运行的安全稳定性。
(2)本方法能够减轻了各个牵引所的逆变装置之间吸收出力不均衡的情况,避免某个牵引所的逆变装置长期处于满负荷运行状态,提升逆变装置的使用寿命。
附图说明
图1为地铁再生制动能量吸收装置协调控制系统的结构图;
图2为地铁再生制动能量吸收装置协调控制方法的流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行进一步的说明。
如图1所示为地铁再生制动能量逆变吸收装置协调控制系统结构图。该控制系统应用于城市轨道交通的地铁领域中,由图可知,高压电网(110kV)通过地铁主变电所的110kv/35kV配电变压器得到35kV中压环网,中压环网通过每个牵引变电所的二极管牵引整流装置与逆变装置连接到直流牵引网。在列车牵引工况下,列车通过牵引整流装置和直流牵引网得到能量,在列车再生制动工况下,直流牵引网电压上升,二极管牵引整流机组退出运行,当牵引网电压高于设定逆变装置启动吸收电压阈值Vth时,逆变装置启动逆变回馈功能,将再生电能逆变回馈到中压环网,供给地铁系统的其他用电负荷使用。
线路能馈协调控制装置由通信接口转换器、数据采集器、数据库服务器、Web服务器等组成,能够通过地铁专用通信网络与全线路的各个逆变装置之间进行通信,并进行数据接收、存储、处理以及参数下发。线路能馈协调控制装置与各个逆变装置之间/各个的通信内容包含了各个逆变装置的直流牵引网压、运行状态、输出功率、启动吸收电压阈值等运行参数信息,收集到这些信息后,线路能馈协调控制装置根据各个逆变装置所在直流牵引网压是否超过协调控制系统预设的协同控制启动电压 Vct,来判断是否有逆变装置需要进行协调控制,如没有,则保持各个逆变装置的原设定启动吸收电压阈值Vth不变;如有,则协调控制装置对其相邻站的有剩余吸收容量的逆变装置下调其启动吸收电压阀值,使得该相邻站逆变装置增大吸收功率,协助吸收再生电能,从而降低牵引网网压,当牵引网网压降低到协调控制系统预设的协同控制启动电压 Vct以下后,协调控制装置退出协调控制,恢复各个逆变装置的启动吸收电压阀值为初始设定值Vth。
如图2所示为本发明控制方法的流程图,具体包括如下:
(1)线路能馈协调控制装置实时接收各个逆变装置上传的直流牵引网压、运行状态、输出功率、启动吸收电压阈值等运行参数,遍历各个逆变装置发送的直流牵引网网压实时值,判断是否第N号牵引变电所的牵引网网压超过协调控制系统预设的协同控制启动电压 Vct,如超过,则启动对第N号牵引变电所相邻牵引变电所的协调控制。
所述对第N号牵引变电所相邻牵引变电所的协调控制包括以下步骤:
(2)首先判断相邻的N-1和N+1号两个变电所的逆变装置是否有剩余容量;所述剩余容量为逆变装置的额定功率Pt与逆变装置当时的实际输出功率Po之差,如没有,则再判断第N-2号和第N+2号变电所的逆变装置是否有剩余容量可利用;通常情况下选择检索相邻的四个变电所进行协调控制。其原因是距离太远的变电所由于线路上的阻抗以及电压降较大,其协调的效果不明显。
(3)确定有剩余容量可利用的逆变装置后,判断该逆变装置的启动吸收电压阀值是否达到最低值Vth_min;如未达到最低值则将其启动吸收电压阀值减少ΔV;所述ΔV为调节的电压步进,ΔV的设置为小于等于Vth-Vth_min,通常设置为(Vth-Vth_min)/Nt,其中Nt为最大的调节次数,取值一般可为2-5之间的整数;
(4)每次下调启动吸收电压阀值后,协调控制装置对第N号牵引所的牵引网压进行再判断,判断其是否下降到协同控制启动电压Vct以下,如牵引网电压还未下降到Vct以下则进一步判断是否还可以继续下调启动吸收电压阈值,如还可以继续进行上述的过程进行下调,则进入下一轮调节过程,如不可以继续下调则保持该启动吸收电压阈值;如牵引网电压已下降到Vct以下,则不再继续下调启动吸收电压阀值,等待列车制动过程结束。
根据第N号逆变装置的吸收功率下降为零来判断列车制动过程是否结束。如果列车制动过程结束后,并延时T(T根据发车进站的间隔时间来给定,一般为10秒以内)后协调控制装置恢复之前下调的启动吸收电压阀值至初始预设阀值Vth_ini,完成并退出协调控制,再等待下一个协调控制事件的到来。
虽然本发明已以较佳实施例公开如上,但它们并不是用来限定本发明的,任何熟习此技艺者,在不脱离本发明之精神和范围内,自当可作各种变化或润饰,因此本发明的保护范围应当以本申请的权利要求保护范围所界定的为准。
Claims (2)
1.一种地铁再生制动能量逆变吸收装置协调控制方法,其特征在于:
包括以下步骤: 步骤一:系统信息采集与预设:对各个牵引变电所与其包含的逆变装置进行编号;采集所有逆变装置的技术参数;所述技术参数包含额定电压、额定功率Pt、启动吸收电压阀值的初始预设阀值Vth_ini和启动电压阀值的最小值Vth_min;并将编号与采集的逆变装置的技术参数对应地进行存储; 预设进行协调控制时,检索相邻逆变装置的数目为4;
步骤二:系统实时采集各个逆变装置的运行参数;所述运行参数包括正在运行的各个逆变装置上传的直流牵引网压、运行状态、输出功率Po以及启动吸收电压阈值Vth;
步骤三:根据编号的顺序依次判断各个逆变装置发送的直流牵引网网压实时值是否超过协调控制系统预设的协同控制启动电压 Vct;即判断第N号牵引变电所的牵引网网压是否超过设定的协同控制启动电压Vct;如果超过,则启动步骤四对第N号牵引变电所相邻牵引变电所的进行协调控制;如果没有超过继续依次判断后面编号的牵引变电所的牵引网网压是否超过设定的协同控制启动电压Vct;直至各个牵引变电所的逆变装置全部判断结束;
步骤四:判断第N号牵引变电所相邻的第N-1号和第N+1号两个变电所的逆变装置是否有剩余容量;所述剩余容量为逆变装置的额定功率Pt与逆变装置当时的实际输出功率Po之差;如果剩余容量大于0,进行步骤五;如果剩余容量等于0,则进行步骤六;
步骤五:判断逆变装置此时的启动吸收电压阀值是否达到其最低值Vth_min;如未达到最低值则将其启动吸收电压阀值减少ΔV ;所述ΔV为调节的电压步进;所述ΔV为(Vth-Vth_min)/Nt,其中Nt为最大的调节次数,取值为2-5之间的整数;
步骤六:判断第N-2号和第N+2号变电所的逆变装置是否有剩余容量可利用;如果有,则进行步骤五进行调节;
步骤七:判断上述调节后的第N号变电所的直流牵引网压是否在预设的协同控制启动电压 Vct以下;如果不是,则进行步骤三至步骤六的继续下调过程;如果是,则不再继续下调,则进行下面的步骤八;
步骤八:等待列车制动过程结束,即当第N号逆变装置的吸收功率下降为零时,延时时间T后,恢复之前步骤五中下调的启动吸收电压阀值至初始预设阀值Vth_ini,完成并退出本次协调控制,再等待下一个协调控制事件的到来。
2.一种地铁再生制动能量逆变吸收装置协调控制系统,利用如权利要求1所述的控制方法,包括:主变电所、至少两个牵引变电所以及线路能馈协调控制装置;所述主变电所输入110kv电压,输出35kv电压至牵引变电所;所述每个牵引变电所包括牵引整流装置与逆变装置;
所述线路能馈协调控制装置包括通信接口转换器、数据采集器、数据库服务器、Web服务器;能够通过地铁专用通信网络与全线路的各个逆变装置之间进行通信,并进行数据接收、存储、处理以及参数下发;所述线路能馈协调控制装置采集的各个牵引变电所的逆变装置的技术参数与实时技术参数,并根据信息进行如权利要求1所述的协调控制。
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