CN110091760A - 一种柔性地面过分相电流控制方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种柔性地面过分相电流控制方法及装置，方法包括：当列车由第一臂驶入所述第一臂和第二臂的重叠区时，通过调节过分相装置的输出电流，使得列车在驶出所述重叠区时，通过所述第一臂向列车提供的电流为0，列车通过所述第二臂获取全部电流；所述第一臂为供电臂，所述第二臂为中性臂；或者，所述第一臂为中性臂，所述第二臂为供电臂。具有不需要检测列车的完整电流，根据接触线供电臂的电流就可以实现柔性过分相控制，列车过分相时无电压、电流冲击，无燃弧隐患，提高列车过分相的安全性和可靠性等优点。
Description
技术领域
本发明涉及铁路交通过分相技术领域，尤其涉及一种柔性地面过分相电流控制方法及装置。
背景技术
电气化铁路接触网采用单相工频交流供电方式，为了降低电力系统三相供电网的电压不平衡度以及提高电网利用率，电气化铁路采用分段分相供电，即在电压相位不同的两个供电臂之间嵌入一段无电的中性区，每个供电臂与中性区之间通过锚段关节平滑过渡。在电气化铁路运营中，为了减小接触网电分相区的不利影响，大多采用车载自动过分相或地面自动过分相。
车载自动过分相：当列车得到从地面传输来的过分相预告信号后，首先进行确认，然后封锁牵引变流器的触发脉冲(等同于手动过分相时司机将牵引手柄回零)，延时断开主断路器，使列车惰行通过无电区。在通过无电区后，再按照相反的顺序重新启动列车。
车载自动过分相本质上是一种断电过分相，断电区较长，有一定的速度损失大、牵引力丢失严重，且过电压现象严重，威胁着电气设备的安全运行。
地面自动过分相：根据采用的开关类型，地面自动过分相可分为机械开关地面自动过分相、电子开关地面自动过分相和柔性地面自动过分相。
机械地面自动过分相在列车经过分相区时，通过两套开关的先后切换来达到给中性区供电的目的，这样可以大大减少列车无电的时间，达到了减小速度和牵引力损失的目的。该方法列车速度、牵引力损失。
电子开关地面自动过分相系统基本原理与机械地面自动过分相相同，但采用电子开关实现主电路的接通与分断，响应速度快，可以精确控制合闸相位，抑制合闸和涌流，可以实现过零关断，减少过电压。
柔性地面自动过分相采用全控型功率开关器件，实现对中性区的可控供电，实现列车自动过分相。该方法从牵引供电系统的接触网供电臂取电，经过整流及逆变环节后，向中性段的接触网供电。实时检测列车位置信息和两侧供电臂的牵引网电压，根据检测信号，对过分相装置的输出电压，采用渐进式调节电压幅值相位，将中性段接触网电压从一个供电臂接触网电压经过多个周波的时间，逐步带载移相变换到另一个供电臂接触网电压的幅值和相位，最终可以实现列车无感知的柔性过分相。
现有的过分相列车位置检测方法中，由于接触网各导线的分流作用，很难在接触网实现列车完整电流的检测，仅可以通过接触网的某一个导线得知列车电流的一部分（即检测到的电流与列车电流同相位，幅值小于列车电流）。在常规变流器的电流控制方法中，都需要被控电流为完全的已知量（电流幅值、相位均已知），因此现阶段暂无可以应用于柔性地面自动过分相的电流控制方法。
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，本发明提供一种不需要检测列车的完整电流，根据接触网某导线电流就可以实现柔性过分相控制，列车过分相时无电压、电流冲击，无燃弧隐患，提高列车过分相的安全性和可靠性的柔性地面过分相电流控制方法及装置。
为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：一种柔性地面过分相电流控制方法，当列车由第一臂驶入所述第一臂和第二臂的重叠区时，通过调节过分相装置的输出电流，使得列车在驶出所述重叠区时，通过所述第一臂向列车提供的电流为0，列车通过所述第二臂获取全部电流；所述第一臂为供电臂，所述第二臂为中性臂；或者，所述第一臂为中性臂，所述第二臂为供电臂。
进一步地，按照列车的行车方向，当所述重叠区是由供电臂和中性臂组成的重叠区时，通过设置在供电臂上，位于所述重叠区且靠近列车驶入端点位置的第一电流互感器确定列车的位置，当所述第一电流互感器检测到电流时，判断列车进入所述重叠区。
进一步地，按照列车的行车方向，当所述重叠区是由中性臂和供电臂组成的重叠区时，通过设置在供电臂上，位于所述重叠区且靠近列车驶出端点位置的第二电流互感器确定列车的位置，当所述第二电流互感器检测到电流时，判断列车进入所述重叠区。
进一步地，根据列车的速度以及所述重叠区的长度计算确定电流调节周期，所述过分相装置在所述电流调节周期内控制使得所述第一臂向列车提供的电流为0。
进一步地，所述通过调节过分相装置的输出电流，使得列车在驶出所述重叠区时，通过所述第一臂向列车提供的电流为0的具体过程包括：以列车进入重叠区时的时刻为初始时刻并记录时间参数，以第一臂的电流为初始电流，根据所述时间参数和所述初始电流计算电流参考值，以过分相装置的输出电流为反馈信号，以供电臂的电流为控制对象，使得供电臂的电流等于电流参考值，从而使得列车在驶出所述重叠区时，通过所述第一臂向列车提供的电流为0。
一种柔性地面过分相电流控制装置，包括过分相装置、控制单元和电流检测模块；
所述过分相装置与牵引网连接，用于调节牵引网的电能特性；
所述电流检测模块用于获取所述供电臂的电流和中性臂的电流；
所述控制单元用于根据列车的位置，控制所述过分相装置，使得当列车驶入由第一臂驶入所述第一臂和第二臂的重叠区时，通过调节过分相装置的输出电流，使得列车在驶出所述重叠区时，通过所述第一臂向列车提供的电流为0，列车通过所述第二臂获取全部电流；
所述第一臂为供电臂，所述第二臂为中性臂；或者，所述第一臂为中性臂，所述第二臂为供电臂。
进一步地，所述电流检测模块包括第一电流互感器和第三电流互感器；按照列车的行车方向，当所述重叠区是由供电臂和中性臂组成的重叠区时，所述第一电流互感器设置所述重叠区且靠近列车驶入端点位置的供电臂上；所述第三电流互感器设置在所述中性臂上；
所述控制单元根据所述第一电流互感器所检测的电流确定列车的位置，当所述第一电流互感器检测到电流时，判断列车进入所述重叠区。
进一步地，所述电流检测模块还包括第二电流互感器；
按照列车的行车方向，当所述重叠区是由中性臂和供电臂组成的重叠区时，所述第二电流互感器设置在供电臂上，位于所述重叠区且靠近列车驶出端点位置；
所述控制单元根据所述第二电流互感器所检测的电流确定列车的位置，当所述第二电流互感器检测到电流时，判断列车进入所述重叠区。
进一步地，所述控制单元根据列车的速度以及所述重叠区的长度计算确定电流调节周期，所述过分相装置在所述电流调节周期内控制使得所述第一臂向列车提供的电流为0。
进一步地，所述控制单元通过调节过分相装置的输出电流，使得列车在驶出所述重叠区时，通过所述第一臂向列车提供的电流为0的具体过程包括：以列车进入重叠区时的时刻为初始时刻并记录时间参数，以第一臂的电流为初始电流，根据所述时间参数和所述初始电流计算电流参考值，以过分相装置的输出电流为反馈信号，以供电臂的电流为控制对象， 使得供电臂的电流等于电流参考值，从而使得列车在驶出所述重叠区时，通过所述第一臂向列车提供的电流为0。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
1、本发明不需要检测列车的完整电流，当列车行驶在分相区重叠区时，可根据接触网某导线电流实现对柔性过分相装置电流的控制。
2、本发明中，列车在进、出分相区的重叠区前后，过分相装置主动控制列车电流在供电臂与过分相装置的分配，使得列车进入重叠区时，列车电流通过过分相装置由第一臂逐渐向第二臂换流，从而使得列车在驶出重叠区时，无电压、电流冲击，无燃弧隐患，使得列车过分相更加安全可靠。
3、本发明通过电流互感器是否检测到有电流信号来确定列车的位置，并通过电流互感器所检测的电流值来作为过分相装置的控制参数，实现过分相装置的换流控制，成本低，实现方便。
附图说明
图1为本发明具体实施例过分相电流控制过程示意图。
图2为现有技术中过分相电流情况示意图。
图3为本发明具体实施例重叠区a过分相电流控制示意图一。
图4为本发明具体实施例重叠区a过分相电流控制示意图二。
图5为本发明具体实施例重叠区b过分相电流控制示意图一。
图6为本发明具体实施例重叠区b过分相电流控制示意图二。
图7为本发明具体实施例过分相电流情况示意图。
具体实施方式
以下结合说明书附图和具体优选的实施例对本发明作进一步描述，但并不因此而限制本发明的保护范围。
如图1所示，本实施例的柔性地面过分相电流控制方法，当列车由第一臂驶入第一臂和第二臂的重叠区时，通过调节过分相装置的输出电流，使得列车在驶出重叠区时，通过第一臂向列车提供的电流为0，列车通过第二臂获取全部电流；第一臂为供电臂，第二臂为中性臂；或者，第一臂为中性臂，第二臂为供电臂。
在本实施例中，按照列车的行车方向，当重叠区是由供电臂和中性臂组成的重叠区时，通过设置在供电臂上，位于重叠区且靠近列车驶入端点位置的第一电流互感器确定列车的位置，当第一电流互感器检测到电流时，判断列车进入重叠区。按照列车的行车方向，当重叠区是由中性臂和供电臂组成的重叠区时，通过设置在供电臂上，位于重叠区且靠近列车驶出端点位置的第二电流互感器确定列车的位置，当第二电流互感器检测到电流时，判断列车进入重叠区。根据列车的速度以及重叠区的长度计算确定电流调节周期，过分相装置在电流调节周期内控制使得第一臂向列车提供的电流为0。
在本实施例中，通过调节过分相装置的输出电流，使得列车在驶出重叠区时，通过第一臂向列车提供的电流为0的具体过程包括：以列车进入重叠区时的时刻为初始时刻并记录时间参数，以第一臂的电流为初始电流，根据时间参数和初始电流计算电流参考值，以过分相装置的输出电流为反馈信号，以供电臂的电流为控制对象，使得供电臂的电流等于电流参考值，从而使得列车在驶出重叠区时，通过第一臂向列车提供的电流为0。
在本实施例中，以一个分相区为例进行说明，如图1所示，供电臂a和中性线的重叠区为重叠区a，第一电流互感器CTa设置在供电臂a上，且位于重叠区a中靠近列车驶入端。中性线和供电臂b的重叠区为重叠区b，第二电流互感器CTb设置在供电臂b上，且位于重叠区b中靠近列车驶出端。在过分相装置与中性线连接的输出端设置第三电流互感器CTn，用于检测中性线的电流。
在现有技术中，若不进行电流控制，则列车经过重叠区a时，供电臂a与过分相装置的输出电流变化如图2（a）所示，列车经过重叠区b时，供电臂b与过分相装置的输出电流变化如图2（b）所示。由于受到采样精度、变流器控制精度、响应时间等因素影响，列车进入重叠区时（重叠区a或重叠区b），过分相装置的输出电压与供电臂（供电臂a或供电臂b）之间存在明显的电压差，则列车驶出重叠区时，不能实现列车电流全部由过分相装置提供，即过分相装置输出电流与列车电流之间存在差值△I（△I >0或△I<0），该值会增加过电压、过电流、燃弧等隐患。
在本实施例中，如图1所示，过分相电流控制的一个具体实现过程为：列车行驶在1号区域时，即电流互感器CTa的左侧时，电流互感器CTa无电流信号，柔性过分相装置输出电压与供电臂a相同。
当列车行驶至2号区域时（即重叠区a），电流互感器CTa有电流信号，过分相装置通过中央控制器的电流闭环控制，使供电臂a电流（即CTa电流）逐渐减小，即过分相装置的输出电流（即CTn电流）逐渐增大。当列车行驶出2号区域时，使得供电臂a的电流为0，即CTa的电流为0，过分相装置输出至中性线的电流为列车电流。列车无电压、电流冲击驶离重叠区a。
当列车行驶至3号区域时，列车电流全部由过分相装置通过中性线提供，柔性过分相装置输出电压的幅值、相位渐进式调节逐渐达到供电臂b电压。当列车行驶至4号区域时（即重叠区b），电流互感器CTb有电流信号，过分相装置通过中央控制器的电流闭环控制，使供电臂b电流（即CTb电流）逐渐增大，即柔性过分相装置的输出电流（即CTn电流）逐渐减小。并使得列车在驶出4号区域时，过分相装置输出电流为0，供电臂b电流为列车电流，列车无电压、电流冲击驶出重叠区b。
当列车行驶至5号区域时，列车正常行驶，由供电臂b提供列车电流。
在本实施例中，设重叠区长度为L，列车实行速度为V，则列车通过重叠区需要的时间T=L/V，则过分相装置进行电流控制的时间（即电流调节周期）Tc=T-∆T，∆T≥0，为一个预设的常数。若L=50m，V=350km/h，则Tc≤0.145秒。
在本实施例中，对于重叠区a，电流的控制过程有两种方式。方式一：如图3所示，列车驶入重叠区a时，将电流互感器CTa电流作为控制对象，将其反馈值与参考值相减，差值通过电流调节器进行控制，经过一定的调节时间后，如Tc，使得电流传感器CTa电流与参考值相等。其中，参考值为0，调节时间一般为10~25ms。该方式控制响应快，但可能出现暂态冲击电流，其大小与主电路结构、控制策略、控制参数等因素有关。
方式二：如图4所示，列车驶入重叠区a的时刻记为t=0，CTa电流为I0，电流参考值为Iref=I0-t×I0/Tc（Iref≥0），t为时间参数，Tc为电流调节周期，则电流参考值在时间Tc内由I0逐渐变为0。该方法可以实现列车进入重叠区a后，CTa电流逐渐减小为0，可避免暂态冲击电流。
在本实施例中，对于重叠区b，电流的控制过程有两种方式。方式一：如图5所示，列车驶入重叠区b时，将电流互感器CTb电流作为控制对象，将其反馈值与参考值相减，差值通过电流调节器进行控制，经过一定的调节时间后，如Tc，使得电流传感器CTb电流与参考值相等。
方式二：如图6所示，列车驶入重叠区b的时刻记为t=0，CTb电流为I0，电流参考值为Iref=t×I0/Tc（Iref≥0），t为时间参数，Tc为电流调节周期，则电流参考值在时间Tc内由0逐渐变为I0。该方法可以实现列车进入重叠区b后，CTb电流逐渐增大为I0，可避免暂态冲击电流。
在本实施例中，通过上述控制方法，如图7（a）所示，列车在重叠区a的末端时，列车电流全部由过分相装置输出到中性线的电流提供；如图7（b）所示，在重叠区b末端时，列车电流全部由供电臂b提供。其中，时间∆T≥0。即使在过分相装置输出电压与供电臂电压存在差值时，该方法可保证列车在重叠区即可完成电流转换过程，可以有效解决由于电流差值∆I而造成的截断电流问题，减小由截断电流引起的过电压、过电流、燃弧等隐患。
本实施例的柔性地面过分相电流控制装置，包括过分相装置、控制单元和电流检测模块；过分相装置与牵引网连接，用于调节牵引网的电能特性；电流检测模块用于获取供电臂的电流和中性臂的电流；控制单元用于根据列车的位置，控制过分相装置，使得当列车驶入由第一臂驶入第一臂和第二臂的重叠区时，通过调节过分相装置的输出电流，使得列车在驶出重叠区时，通过第一臂向列车提供的电流为0，列车通过第二臂获取全部电流；第一臂为供电臂，第二臂为中性臂；或者，第一臂为中性臂，第二臂为供电臂。
在本实施例中，电流检测模块包括第一电流互感器和第三电流互感器；按照列车的行车方向，当重叠区是由供电臂和中性臂组成的重叠区时，第一电流互感器设置重叠区且靠近列车驶入端点位置的供电臂上；第三电流互感器设置在中性臂上；控制单元根据第一电流互感器所检测的电流确定列车的位置，当第一电流互感器检测到电流时，判断列车进入重叠区。
在本实施例中，电流检测模块还包括第二电流互感器；按照列车的行车方向，当重叠区是由中性臂和供电臂组成的重叠区时，第二电流互感器设置在供电臂上，位于重叠区且靠近列车驶出端点位置；控制单元根据第二电流互感器所检测的电流确定列车的位置，当第二电流互感器检测到电流时，判断列车进入重叠区。控制单元根据列车的速度以及重叠区的长度计算确定电流调节周期，过分相装置在电流调节周期内控制使得第一臂向列车提供的电流为0。控制单元通过调节过分相装置的输出电流，使得列车在驶出重叠区时，通过第一臂向列车提供的电流为0的具体过程包括：以列车进入重叠区时的时刻为初始时刻并记录时间参数，以第一臂的电流为初始电流，根据时间参数和初始电流计算电流参考值，以过分相装置的输出电流为反馈信号，以供电臂的电流为控制对象，使得供电臂的电流等于电流参考值，从而使得列车在驶出重叠区时，通过第一臂向列车提供的电流为0。
本实施例的柔性地面过分相电流控制装置，可以在列车通过过分相区时，实现上述电流控制方法，从而使得列车在驶出重叠区时，无电压、电流冲击，无燃弧隐患，使得列车过分相更加安全可靠。
上述只是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本发明技术方案保护的范围内。
Claims (10)
1.一种柔性地面过分相电流控制方法，其特征在于：当列车由第一臂驶入所述第一臂和第二臂的重叠区时，通过调节过分相装置的输出电流，使得列车在驶出所述重叠区时，通过所述第一臂向列车提供的电流为0，列车通过所述第二臂获取全部电流；所述第一臂为供电臂，所述第二臂为中性臂；或者，所述第一臂为中性臂，所述第二臂为供电臂。
2.根据权利要求1所述的柔性地面过分相电流控制方法，其特征在于：按照列车的行车方向，当所述重叠区是由供电臂和中性臂组成的重叠区时，通过设置在供电臂上，位于所述重叠区且靠近列车驶入端点位置的第一电流互感器确定列车的位置，当所述第一电流互感器检测到电流时，判断列车进入所述重叠区。
3.根据权利要求2所述的柔性地面过分相电流控制方法，其特征在于：按照列车的行车方向，当所述重叠区是由中性臂和供电臂组成的重叠区时，通过设置在供电臂上，位于所述重叠区且靠近列车驶出端点位置的第二电流互感器确定列车的位置，当所述第二电流互感器检测到电流时，判断列车进入所述重叠区。
4.根据权利要求3所述的柔性地面过分相电流控制方法，其特征在于：根据列车的速度以及所述重叠区的长度计算确定电流调节周期，所述过分相装置在所述电流调节周期内控制使得所述第一臂向列车提供的电流为0。
5.根据权利要求4所述的柔性地面过分相电流控制方法，其特征在于：所述通过调节过分相装置的输出电流，使得列车在驶出所述重叠区时，通过所述第一臂向列车提供的电流为0的具体过程包括：以列车进入重叠区时的时刻为初始时刻并记录时间参数，以第一臂的电流为初始电流，根据所述时间参数和所述初始电流计算电流参考值，以过分相装置的输出电流为反馈信号，以供电臂的电流为控制对象，使得供电臂的电流等于电流参考值，从而使得列车在驶出所述重叠区时，通过所述第一臂向列车提供的电流为0。
6.一种柔性地面过分相电流控制装置，其特征在于：包括过分相装置、控制单元和电流检测模块；
所述过分相装置与牵引网连接，用于调节牵引网的电能特性；
所述电流检测模块用于获取所述供电臂的电流和中性臂的电流；
所述控制单元用于根据列车的位置，控制所述过分相装置，使得当列车驶入由第一臂驶入所述第一臂和第二臂的重叠区时，通过调节过分相装置的输出电流，使得列车在驶出所述重叠区时，通过所述第一臂向列车提供的电流为0，列车通过所述第二臂获取全部电流；
所述第一臂为供电臂，所述第二臂为中性臂；或者，所述第一臂为中性臂，所述第二臂为供电臂。
7.根据权利要求6所述的柔性地面过分相电流控制装置，其特征在于：所述电流检测模块包括第一电流互感器和第三电流互感器；按照列车的行车方向，当所述重叠区是由供电臂和中性臂组成的重叠区时，所述第一电流互感器设置所述重叠区且靠近列车驶入端点位置的供电臂上；所述第三电流互感器设置在所述中性臂上；
所述控制单元根据所述第一电流互感器所检测的电流确定列车的位置，当所述第一电流互感器检测到电流时，判断列车进入所述重叠区。
8.根据权利要求7所述的柔性地面过分相电流控制装置，其特征在于：所述电流检测模块还包括第二电流互感器；
按照列车的行车方向，当所述重叠区是由中性臂和供电臂组成的重叠区时，所述第二电流互感器设置在供电臂上，位于所述重叠区且靠近列车驶出端点位置；
所述控制单元根据所述第二电流互感器所检测的电流确定列车的位置，当所述第二电流互感器检测到电流时，判断列车进入所述重叠区。
9.根据权利要求8所述的柔性地面过分相电流控制装置，其特征在于：所述控制单元根据列车的速度以及所述重叠区的长度计算确定电流调节周期，所述过分相装置在所述电流调节周期内控制使得所述第一臂向列车提供的电流为0。
10.根据权利要求9所述的柔性地面过分相电流控制装置，其特征在于：所述控制单元通过调节过分相装置的输出电流，使得列车在驶出所述重叠区时，通过所述第一臂向列车提供的电流为0的具体过程包括：以列车进入重叠区时的时刻为初始时刻并记录时间参数，以第一臂的电流为初始电流，根据所述时间参数和所述初始电流计算电流参考值，以过分相装置的输出电流为反馈信号，以供电臂的电流为控制对象，使得供电臂的电流等于电流参考值，从而使得列车在驶出所述重叠区时，通过所述第一臂向列车提供的电流为0。
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