CN110015214A - 一种双受电靴电力列车不断电过分段控制系统及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双受电靴电力列车不断电过分段控制系统及其方法，涉及轨道交通三相供电系统的技术领域。该控制系统包括变频变压设备、定位单元和地面运控系统；变频变压设备用于向电力列车提供三相供电；定位单元安装靠近于供电轨分段处；地面运控系统一端分别与变频变压设备和定位单元连接，用于采集信号，另一端与变频变压设备连接，用于数据通讯。因此，本发明通过协调控制相邻区间的变频变压设备在电力列车通过分段供电分段器时配合供电，不仅能实现“无感知”的分段供电，也能提高了电力列车的承载和供电效率，也使经济成本大大降低，同时也为人工智能无人驾驶创造有利条件。

Description

一种双受电靴电力列车不断电过分段控制系统及其方法

技术领域

本发明涉及列车电力供电领域，尤其涉及一种双受电靴电力列车不断电过分段控制系统及其方法。

背景技术

现行电力列车由工频单相交流供电系统供电，在电力列车的机车和动车上，电气设备占有重要地位，其中最重要的就是交直交牵引传动系统。交直交牵引传动系统由车载牵引变压器、牵引变流器和牵引电机串联而成，驱动牵引电机并通过调频、调压改变牵引电机转速来达到电力列车驱动和调速运行的目的，这个过程称为电力列车驾驶。通常，现实情况下，电力列车驾驶是由人工操作完成的，少数是自动驾驶的。这里存在一些问题。一是，在干线铁路机车、动车上的电气设备中交直交牵引传动系统占有绝对分量，其重量大，体积大；重量大就增加轴重，轴重越大，线路造价越高，体积大，将更多占有机车和动车的宝贵空间，降低功率密度和效率。二是，智能控制和自动驾驶(ATC)来取代人工驾驶是必由之路，但是，在现行电力列车和供电方式下，驾驶所需的控制设备均安装在电力列车上，电力列车是移动的，甚至是高速移动的，而自动驾驶(ATC)的命令和组织来源于地面控制中心，这两者之间不能直接进行，需要无线系统联系，而无线系统故障或失灵将造成一定的安全风险。

鉴于上述技术问题，发明人团队提出了“省去车载电气设备并由地面供电的控制系统”的新的供电方式，该供电方式所体现的技术方案主要包括两个方面：1)省去车载牵引变压器、牵引变流器，减轻车载电气设备重量，降低轴重，实现电力列车轻型化，提高电力列车承载效率，提高机车和动车功率密度，适应更高速度运行；2)通过地面供电直接实现对电力列车运行的自动控制和无人驾驶。

而现在需解决的技术问题是：如何使电力列车平稳的跨越两个相邻分段供电轨，且保持不断电通过。

发明内容

鉴于此，本发明目的是提供了一种双受电靴电力列车分段供电控制系统及其方法，不仅能使电力列车平稳的跨越两个相邻分段供电轨，而且保持不断电通过。

为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案具体如下：

一种双受电靴电力列车不断电过分段控制系统，用于轨道交通三相供电系统，所述轨道交通三相供电系统包括三相供电轨，所述三相供电轨被分段成区间0、区间1、区间2、区间3、……区间n，其中，所述控制系统包括：

变频变压设备，具体为区间0变频变压设备、区间1变频变压设备、区间2变频变压设备、区间3变频变压设备、……区间n变频变压设备，且分别与所述区间0区、区间1区、区间2、区间3、……区间n对应连接，用于向电力列车提供三相供电；

定位单元，安装靠近于所述三相供电轨相邻区间之间的分段处，用于获取电力列车位置信息和速度信息；

第一受电靴和第二受电靴，分别与所述供电轨接触，用于电力列车从三相供电轨取电；

地面运控系统，其输入端分别与所述变频变压设备和所述定位单元连接，其输出端分别与所述变频变压设备连接，用于控制电力列车启停和加减速度。

优选地，所述区间0、区间1、区间2、区间3、……区间n的相邻两区间之间设置供电轨分段器。

优选地，所述定位单元包括区间0定位单元、区间1定位单元、区间2定位单元、区间3定位单元、……区间n定位单元，所述区间0定位单元、区间1定位单元、区间2定位单元、区间3定位单元、……区间n定位单元分别依次安装靠近于所述区间0区、区间1区、区间2、区间3、……区间n的右端。

优选地，所述地面运控系统包括：

数据采集模块，用于实时采集所述定位单元信号和所述变频变压设备的电流和电压信号；

数据处理模块，与所述数据采集模块连接，用于实时信号转换处理和逻辑算法实现；

存储模块，与所述数据处理模块连接，用于实时储存信息；

通讯模块，与所述数据处理模块连接，用于向所述变频变压设备发送控制指令。

进一步优选地，所述数据采集模块分别与所述定位单元和所述变频变压设备连接；所述通讯模块与所述变频变压设备连接。

优选地，所述区间0定位单元、区间1定位单元、区间2定位单元、区间3定位单元、……区间n定位单元均分别为位置传感器。

为了解决上述技术问题，本发明所采用的又一技术方案具体如下：

一种使用上述技术方案所述的双受电靴电力列车不断电过分段控制系统的控制方法，其中，该控制方法包括如下具体步骤：

步骤一：实时获取电力列车位置和速度信息、区间i变频变压设备的输出电流、输出电压和频率，并实时传递给区间(i+1)变频变压设备，其中i∈[0，(n-1)]；

步骤二：当电力列车从区间i过渡运行到区间(i+1)时，根据实时获取电力列车位置和速度，地面运控系统判断电力列车的第一受电靴是否到达第i供电轨分段器；若是，则地面运控系统启动控制区间(i+1)变频变压设备使其输出电压幅值和相位与区间i变频变压设备的输出电压幅值和相位相同，反之，则返回步骤一；

步骤三：当电力列车的第一受电靴离开供电轨分段器并到达区间(i+1)时，区间i变频变压设备通过第二受电靴和区间(i+1)变频变压设备通过第一受电靴共同向列车供电，此时记区间i变频变压设备的输出电流大小为I_A；同步控制区间(i+1)变频变压设备输出电流I_Ai+1逐渐从零增大到I_A和控制区间i变频变压设备的输出电流I_Ai从电流I_A减小至零；

步骤四：当区间i变频变压设备的输出电流I_Ai减小至零时，电力列车的第二受电靴离开区间i，地面运控系统向区间i变频变压设备发送停机指令，使区间i变频变压设备停机。

优选地，所述区间(i+1)变频变压设备输出电流I_Ai+1增大速度与所述区间i变频变压设备的输出电流I_Ai减小速度相等。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明技术方案通过采用靠近列车首尾两端设置受电靴的受电方式，及结合定位单元和地面运控系统来协调控制相邻区间的变频变压设备，使双受电靴电力列车通过分段供电分段器时保持不断电、平稳通过，实现“无感知”过分段，也为人工智能无人驾驶创造有利条件。

附图说明

图1是本发明实施例一所述控制系统的框架结构示意图。

图2是本发明实施例一所述控制系统的具体结构示意图。

图3是图2中I处放大图。

图4是本发明实施例一所述控制系统的内部框架示意图。

图5是本发明实施例二所述控制方法的基本流程图。

具体实施方式

为了更好理解本发明创造，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的描述。

实施例一

如图1和图2所示，本发明实施例提供了一种双受电靴电力列车不断电过分段控制系统，用于轨道交通三相供电系统，所述轨道交通三相供电系统包括三相供电轨TR，所述三相供电轨TR被分段成区间0区S₀、区间1区S₁、区间2区S₂、区间3区S₃、……区间n区S_n，其中，所述控制系统包括变频变压设备A、定位单元P、第一受电靴T₁、第二受电靴T₂和地面运控系统EC。

所述变频变压设备A具体为区间0变频变压设备A₀、区间1变频变压设备A₁、区间2变频变压设备A₂、区间3变频变压设备A₃、……区间n变频变压设备A_n，且分别与所述区间0区S₀、区间1区S₁、区间2区S₂、区间3区S₃、……区间n区S_n对应连接，用于向电力列车LC提供三相供电；所述定位单元P安装靠近于所述三相供电轨TR相邻区间之间的分段处，用于获取电力列车LC位置信息和速度信息；所述第一受电靴T₁和第二受电靴T₂分别与所述供电轨TR接触，用于电力列车从三相供电轨TR取电；所述地面运控系统EC，其输入端分别与所述变频变压设备A和所述定位单元P连接，其输出端分别与所述变频变压设备A连接，用于控制电力列车LC启停和加减速度。在本发明实施例中，所述区间0区S₀、区间1区S₁、区间2区S₂、区间3区S₃、……区间n区S_n的相邻两区间之间设置供电轨分段器i＝1、2、3、…n。

在本发明实施例中，所述定位单元P包括区间0定位单元P₀、区间1定位单元P₁、区间2定位单元P₂、区间3定位单元P₃、……区间n定位单元P_n，所述区间0定位单元P₀、区间1定位单元P₁、区间2定位单元P₂、区间3定位单元P₃、……区间n定位单元P_n分别依次安装靠近于所述区间0区S₀、区间1区S₁、区间2区S₂、区间3区S₃、……区间n区S_n的右端。在本发明具体实施例中，所述区间0定位单元P₀、区间1定位单元P₁、区间2定位单元P₂、区间3定位单元P₃、……区间n定位单元P_n均分别可为位置传感器。

结合图3所示，所述轨道交通三相供电系统的三相供电轨TR由第一供电轨TR₁、第二供电轨TR₂和第三供电轨TR₃组成，所述第一受电靴T₁具体包括第一集电靴ⅠT₁₁、第一集电靴ⅡT₁₂和第一集电靴ⅢT₁₃，所述第二受电靴T₂具体包括第二集电靴ⅠT₂₁、第二集电靴ⅡT₂₂和第二集电靴ⅢT₂₃。所述第一集电靴ⅠT₁₁、第一集电靴ⅡT₁₂和第一集电靴ⅢT₁₃分别与所述列车LC的前部的三相驱动绕组(图未示)连接，所述第二集电靴ⅠT₂₁、第二集电靴ⅡT₂₂和第二集电靴ⅢT₂₃分别与所述列车LC的后部的三相驱动绕组(图未示)连接。所述第一集电靴ⅠT₁₁、第一集电靴ⅡT₁₂、第一集电靴ⅢT₁₃、第二集电靴ⅠT₂₁、第二集电靴ⅡT₂₂和第二集电靴ⅢT₂₃分别与所述第一供电轨TR₁、第二供电轨TR₂和第三供电轨TR₃连接。所述定位单元P分别为三个且分别安装于所述第一供电轨TR₁、第二供电轨TR₂和第三供电轨TR₃上。

如图4所示，在本发明实施例中，所述地面运控系统EC包括数据采集模块AD、数据处理模块DP、存储模块ST和通讯模块CM，所述数据采集模块AD用于实时采集所述定位单元P信号和所述变频变压设备A_i的电流和电压信号；所述数据处理模块DP与所述数据采集模块AD连接，用于实时信号转换处理和逻辑算法实现；所述存储模块ST与所述数据处理模块DP连接，用于实时储存信息；所述通讯模块CM与所述数据处理模块DP连接，用于向所述变频变压设备A发送控制指令。

在本发明实施例中，所述数据采集模块AD分别与所述定位单元P和所述变频变压设备A连接；所述通讯模块CM与所述变频变压设备A连接。

因此，本发明实施例通过采用定位单元和地面运控系统来协调控制相邻区间的变频变压设备，使双受电靴电力列车通过分段供电分段器时配合供电，不仅能使电力列车平稳的跨越行驶在各个分段供电轨之间，而且还能够控制电力列车的加减速和启停。

实施例二

如图5所示，本发明实施例提供了一种使用上述本发明实施例的双受电靴电力列车不断电过分段控制系统的控制方法，其中，该控制方法包括如下具体步骤：

步骤一：实时获取电力列车LC位置和速度信息、区间i变频变压设备A_i的输出电流、输出电压和频率，并实时传递给区间(i+1)变频变压设备A_i+1，其中i∈[0，(n-1)]；

步骤二：当电力列车LC从区间i区S_i过渡运行到区间(i+1)区S_i+1时，根据实时获取电力列车LC位置和速度，地面运控系统EC判断电力列车LC的第一受电靴T₁是否到达第i供电轨分段器若是，则地面运控系统EC启动控制区间(i+1)变频变压设备A_i+1使其输出电压幅值和相位与区间i变频变压设备A_i的输出电压幅值和相位相同，反之，则返回步骤一；

步骤三：当电力列车LC的第一受电靴T₁离开供电轨分段器并到达区间(i+1)区时，区间i变频变压设备A_i通过第二受电靴T₂和区间(i+1)变频变压设备A_i+1通过第一受电靴T₁共同向列车供电，此时记区间i变频变压设备A_i的输出电流大小为I_A；同步控制区间(i+1)变频变压设备A_i+1输出电流I_Ai+1逐渐从零增大到I_A和控制区间i变频变压设备A_i的输出电流I_Ai从电流I_A减小至零；

步骤四：当区间i变频变压设备A_i的输出电流I_Ai减小至零时，电力列车LC的第二受电靴T₂离开区间i区，地面运控系统EC向区间i变频变压设备A_i发送停机指令，使区间i变频变压设备A_i停机。

在本发明实施例中，所述区间(i+1)变频变压设备A_i+1输出电流I_Ai+1增大速度与所述区间i变频变压设备A_i的输出电流I_Ai减小速度相等。

为了更好地理解本发明实施例，现具体说明如下：

当电力列车LC从区间i区S_i过渡运行到区间(i+1)区S_i+1时，地面运控系统EC根据实时获取电力列车LC的位置和速度信息，判断电力列车LC的第一受电靴T₁是否进入第i分段供电过渡区若是，则地面运控系统EC启动控制区间(i+1)变频变压设备A_i+1使其输出电压幅值和相位与区间i变频变压设备A_i的输出电压幅值和相位相同；反之，则返回。当电力列车LC的第一受电靴T₁离开供电轨分段器并到达区间(i+1)区时，区间i变频变压设备A_i通过第二受电靴T₂和区间(i+1)变频变压设备A_i+1通过第一受电靴T₁共同向列车LC供电；记此时区间i变频变压设备A_i的输出电流大小为I_A，控制区间i变频变压设备A_i的输出电流逐渐减小到零，同时控制区间(i+1)变频变压设备A_i+1的输出电流I_Ai+1逐渐从零增大至I_A，且I_Ai+1的增大速度和I_Ai的减小速度相等。之后地面运控系统EC向区间i变频变压设备A_i发送停机指令，区间i变频变压设备A_i停机，电力机车LC由区间(i+1)变频变压设备A_i+1单独供电。

当下一列电力列车从某一区间过渡运行到下一个区间时，地面运控系统EC对某一区间的变频变压装置、下一个区间的变频变压装置重复上述控制策略，完成对电力列车的控制，从而实现整条运行线路上的列车不断电过分段控制。

由于上述供电轨的每个区间内只允许一辆电力列车通过，地面运控系统EC应根据每个区间的电力列车位置信号，调整每个区间内的变频变压设备的输出频率和电压，使每个区间的电力列车相对位置在一个设定的范围内。

因此，本发明所述电力列车不断电过分段控制系统及其方法不仅能实现“无感知”的分段供电，提高了电力列车的承载效率，并提高供电效率，能大大降低经济成本，为人工智能无人驾驶创造有利条件。

Claims (8)

1.一种双受电靴电力列车不断电过分段控制系统，用于轨道交通三相供电系统，所述轨道交通三相供电系统包括三相供电轨(TR)，所述三相供电轨(TR)被分段成区间0区(S₀)、区间1区(S₁)、区间2区(S₂)、区间3区(S₃)、……区间n区(S_n)，其特征在于，所述控制系统包括：

变频变压设备(A)，具体为区间0变频变压设备(A₀)、区间1变频变压设备(A₁)、区间2变频变压设备(A₂)、区间3变频变压设备(A₃)、……区间n变频变压设备(A_n)，且分别与所述区间0区(S₀)、区间1区(S₁)、区间2区(S₂)、区间3区(S₃)、……区间n区(S_n)对应连接，用于向电力列车(LC)提供三相供电；

定位单元(P)，安装靠近于所述三相供电轨(TR)相邻区间之间的分段处，用于获取电力列车(LC)位置信息和速度信息；

第一受电靴(T₁)和第二受电靴(T₂)，分别与所述供电轨(TR)接触，用于电力列车从三相供电轨(TR)取电；

地面运控系统(EC)，其输入端分别与所述变频变压设备(A)的一端和所述定位单元(P)连接，其输出端分别与所述变频变压设备(A)的另一端连接，用于控制电力列车(LC)启停和加减速度。

2.根据权利要求1所述的一种双受电靴电力列车过分段控制系统，其特征在于，所述区间0(S₀)、区间1(S₁)、区间2(S₂)、区间3(S₃)、……区间n(S_n)的相邻两区间之间设置供电轨分段器

3.根据权利要求1所述的一种双受电靴电力列车不断电过分段控制系统，其特征在于，所述定位单元(P)包括区间0定位单元(P₀)、区间1定位单元(P₁)、区间2定位单元(P₂)、区间3定位单元(P₃)、……区间n定位单元(P_n)，所述区间0定位单元(P₀)、区间1定位单元(P₁)、区间2定位单元(P₂)、区间3定位单元(P₃)、……区间n定位单元(P_n)分别依次安装靠近于所述区间0(S₀)、区间1(S₁)、区间2(S₂)、区间3(S₃)、……区间n(S_n)的右端。

4.根据权利要求1所述的一种双受电靴电力列车不断电过分段控制系统，其特征在于，所述地面运控系统(EC)包括：

数据采集模块(AD)，用于实时采集所述定位单元(P)信号和所述变频变压设备(A_i)的电流和电压信号；

数据处理模块(DP)，与所述数据采集模块(AD)连接，用于实时信号转换处理和逻辑算法实现；

存储模块(ST)，与所述数据处理模块(DP)连接，用于实时储存信息；

通讯模块(CM)，与所述数据处理模块(DP)连接，用于向所述变频变压设备(A)发送控制指令。

5.根据权利要求4所述的一种双受电靴电力列车不断电过分段控制系统，其特征在于，所述数据采集模块(AD)分别与所述定位单元(P)和所述变频变压设备(A)连接；所述通讯模块(CM)与所述变频变压设备(A)连接。

6.根据权利要求1所述的一种双受电靴电力列车不断电过分段控制系统，其特征在于，所述区间0定位单元(P₀)、区间1定位单元(P₁)、区间2定位单元(P₂)、区间3定位单元(P₃)、……区间n定位单元(P_n)均分别为位置传感器。

7.一种使用上述权利要求1至6中任意一项所述的双受电靴电力列车不断电过分段控制系统的控制方法，其特征在于，该控制方法包括如下具体步骤：

步骤一：实时获取电力列车(LC)位置和速度信息、区间i变频变压设备(A_i)的输出电流、输出电压和频率，并实时传递给区间(i+1)变频变压设备(A_i+1)，其中i∈[0，(n-1)]；

步骤二：当电力列车(LC)从区间i(S_i)过渡运行到区间(i+1)区(S_i+1)时，根据实时获取电力列车(LC)位置和速度，地面运控系统(EC)判断电力列车(LC)的第一受电靴(T₁)是否到达供电轨分段器若是，则地面运控系统(EC)启动控制区间(i+1)变频变压设备(A_i+1)使其输出电压幅值和相位与区间i变频变压设备(A_i)的输出电压幅值和相位相同，反之，则返回步骤一；

步骤三：当电力列车(LC)的第一受电靴(T₁)离开第i供电轨分段器并到达区间(i+1)区时，区间i变频变压设备(A_i)通过第二受电靴(T₂)和区间(i+1)变频变压设备(A_i+1)通过第一受电靴(T₁)共同向列车供电，此时记区间i变频变压设备(A_i)的输出电流大小为I_A；同步控制区间(i+1)变频变压设备(A_i+1)输出电流I_Ai+1逐渐从零增大到I_A和控制区间i变频变压设备(A_i)的输出电流I_Ai从电流I_A减小至零；

步骤四：当区间i变频变压设备(A_i)的输出电流I_Ai减小至零时，电力列车(LC)的第二受电靴(T₂)离开区间i区，地面运控系统(EC)向区间i变频变压设备(A_i)发送停机指令，使区间i变频变压设备(A_i)停机。

8.根据权利要求7所述的一种双受电靴电力列车不断电过分段控制方法，其特征在于，所述区间(i+1)变频变压设备(A_i+1)输出电流I_Ai+1增大速度与所述区间i变频变压设备(A_i)的输出电流I_Ai减小速度相等。