CN110116634B - 用于地面自动过分相的列车控制方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种用于地面自动过分相的列车控制方法及装置，该方法包括在列车过分相过程中，实时检测牵引网的供电状态，按照第一控制模式或第二控制模式控制牵引变流器，第一控制模式为当检测到牵引网失电时控制封锁整流器、以及将牵引逆变器进行卸载，当检测到牵引网恢复供电时恢复启动整流器以及牵引逆变器的牵引力或制动力；第二控制模式为当检测到牵引网失电时控制封锁整流器以及牵引逆变器，当检测到牵引网恢复供电时控制恢复启动整流器以及控制牵引逆变器带剩磁重新启动后恢复牵引力或制动力。本发明能够匹配各种地面过分相装置实现列车过分相控制，且具有列车过分相时失去牵引力时间短、辅助系统不断电、安全可靠性高等优点。

Description

用于地面自动过分相的列车控制方法及装置

技术领域

本发明涉及电气化铁路牵引供电技术及列车控制技术领域，尤其涉及一种用于地面自动过分相的列车控制方法及装置。

背景技术

电力机车及电动车组等列车的牵引供电系统为单相供电，且通常采用分段供电方式，如图1所示，牵引变电所内的牵引变压器将电力系统的三相交流电转换为两个单相交流电，各自负责一定距离路段(通常为10-50km)的供电任务，各供电臂α、β之间均采用绝缘段进行电气隔离，因而存在一个无电区，即为牵引供电系统的电分相区。过分相即是列车通过电分相区，需要采用相应的应对措施以通过过分相，且由于没有供电来源只能靠惯性滑过，会导致牵引力和速度的损失。

地面自动过分相方式是在电分相区地面设置自动转换设备，采用列车位置检测方式，预先为列车切换同相供电分区，当列车完全进入同相分区时，再由地面设备自动切换供电分区，确保列车同相通过电分相区。使用地面自动过分相方式时，接触网无供电死区，自动换相时接触网中性段瞬间失电时间很短，且与行车速度无关，无需司机操作，机车上无需安装切换设备，主断路器无需动作，日常维护检修作业均在地面进行，安全可靠性高。

典型的地面自动过分相装置如图2所示，以列车从A供电臂行驶到B供电臂为例，使用地面自动过分相装置控制列车过分相的流程为：当列车行驶到地面位置检测传感器J1处时，开关K1闭合，中性线带有A相电压，由A相给列车供电；当列车行驶到J2处时，开关K1断开，K2闭合，中性线带有B相电压，由B相给列车供电；当列车行驶到J3处时，开关K2断开，过分相完成，其中开关K1、K2的闭合和分断由控制系统自动完成，当无车通过时始终处于关断状态。由上述流程可知，列车在整个地面过分相过程中，当开关K1断开、K2闭合过程中，即中性段由一个供电臂供电变成另一个供电臂供电的切换过程，会存在切换死区会造成极短的失电时间。

如上述根据开关K1、K2的不同类型，地面自动过分相装置目前可分为以真空断路器为代表的机械开关地面自动过分相装置和以晶闸管阀组为代表的电子开关地面自动过分相装置，机械开关地面自动过分相装置的切换供电死区时间较长，通常在130ms左右；电子开关自动过分相装置切换供电的死区时间短且可控，可短至几个毫秒以内。

使用地面自动过分相装置控制列车过分相时，目前通常都是在检测出列车过分相后，立即封锁牵引变流器所有脉冲，列车失去牵引力处于惰行状态，地面开关经一定时间(约130ms)完成切换恢复供电后，延时(约6s)等待电机剩磁消失后再启动逆变器以避免牵引电机剩磁造成逆变启动过流，而逆变器启动后需一定时间(至少1s)建立励磁电流，然后列车再根据司机牵引手柄恢复牵引力，牵引力恢复的时间较长(至少在5s以上)，使得地面自动过分相过程中列车完全失去牵引力的时间较长(至少在7s以上)，无法体现上述地面自动过分相装置控制牵引网失电时间短的优势，尤其是电子开关自动过分相装置的死区时间仅几个毫秒，上述列车控制方式更无法充分发挥地面自动过分相装置的性能。

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，本发明提供一种实现方法简单、能够匹配各种地面过分相装置实现列车过分相控制，且列车过分相时失去牵引力时间短、安全可靠性高的用于地面自动过分相的列车控制方法及装置。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：

一种用于地面自动过分相的列车控制方法，该方法包括在列车过分相过程中，实时检测牵引网的供电状态，根据检测到的牵引网的供电状态按照第一控制模式或第二控制模式控制牵引变流器以减少列车失去牵引力的时间，所述第一控制模式为当检测到牵引网失电时控制封锁整流器、以及将牵引逆变器进行卸载，当检测到牵引网恢复供电时恢复启动所述整流器以及所述牵引逆变器的牵引力或制动力；所述第二控制模式为当检测到牵引网失电时控制封锁整流器以及牵引逆变器，当检测到牵引网恢复供电时控制恢复启动所述整流器以及控制所述牵引逆变器带剩磁重新启动后恢复牵引力或制动力。

作为本发明方法的进一步改进，所述第一控制模式控制牵引变流器的步骤包括：

当检测到牵引网失电时，控制封锁所述整流器的脉冲以及控制所述牵引逆变器按指定斜率进行卸载，如果卸载完成，控制所述牵引逆变器转入微制动发电模式或空载模式；

当检测到牵引网恢复供电时，控制启动所述整流器，控制恢复牵引变流器中的中间直流电压至额定值，以及控制所述牵引逆变器退出微制动发电模式或空载模式并恢复牵引力或制动力。

作为本发明方法的进一步改进，具体根据列车速度控制所述牵引逆变器转入微制动发电模式或空载模式，其中当列车速度大于过分相发电运行的速度门槛值时，所述牵引逆变器控制电机转入微制动发电模式，否则控制电机的实际发挥力矩为零，转入空载模式。

作为本发明方法的进一步改进，所述牵引逆变器进行卸载时，如果所述牵引逆变器的实际发挥力矩小于过分相发电允许的力矩门槛值，判定所述牵引逆变器的卸载完成。

作为本发明方法的进一步改进，所述第二控制模式控制牵引变流器的步骤包括：

当检测到牵引网失电时，控制封锁所述整流器、牵引逆变器以及辅助变流器的脉冲；

当检测到牵引网恢复供电时，控制启动所述整流器，控制恢复牵引变流器中的中间直流电压大小，以及控制所述牵引逆变器带剩磁重新启动并启动辅助变流器，控制恢复所述牵引逆变器的牵引力或制动力。

作为本发明方法的进一步改进，所述检测牵引网的供电状态的具体步骤为：分别采集网压信号、牵引变压器的原边电流信号、所述整流器的电流信号、所述牵引变流器的中间直流电压信号以及所述牵引变流器的控制信号中两种以上的信号，综合采集到的信号判断牵引网是否发生失电或失电后是否恢复供电。

作为本发明方法的进一步改进，当检测到牵引网失电前，还包括逆变器卸载控制步骤，具体步骤为：检测牵引变流器中的中间直流电压的大小，当检测到所述中间直流电压超过预设卸载门槛值时，控制将所述牵引逆变器进行卸载。

作为本发明方法的进一步改进，当检测到所述中间直流电压超过预设卸载门槛值时，具体根据检测到的所述中间直流电压与预设卸载门槛值之间的差值大小或按照指定的斜率，控制将所述牵引逆变器进行卸载。

作为本发明方法的进一步改进，所述控制封锁所述整流器的脉冲时，还包括在预设延时时间内检测牵引网是否恢复供电，若超出预设延时时间仍未检测到牵引网恢复供电，判定为网压中断故障，封锁所有牵引变流器及辅助变流器脉冲并分主断。

作为本发明方法的进一步改进，当检测到牵引网失电时，还包括在检测到牵引网失电后的预设延时时间内屏蔽牵引变压器的原边过流保护步骤。

一种用于地面自动过分相的列车控制装置，该控制装置包括：

供电状态检测模块，用于实时检测牵引网的供电状态；

控制模块，用于根据检测到的牵引网的供电状态按照第一控制模式或第二控制模式控制牵引变流器以减少列车失去牵引力的时间，包括第一控制单元，用于按照第一控制模式控制牵引变流器，当检测到牵引网失电时控制封锁整流器、以及将牵引逆变器进行卸载，当检测到牵引网恢复供电时恢复启动所述整流器以及所述牵引逆变器的牵引力或制动力；以及第二控制单元，用于按照第二控制模式控制牵引变流器，当检测到牵引网失电时控制封锁整流器以及牵引逆变器，当检测到牵引网恢复供电时控制恢复启动所述整流器以及控制所述牵引逆变器带剩磁重新启动后恢复牵引力或制动力。

作为本发明装置的进一步改进：所述第一控制单元包括：

第一失电控制子单元，用于当检测到牵引网失电时，控制封锁所述整流器的脉冲以及控制所述牵引逆变器按指定斜率进行卸载，如果卸载完成，控制所述牵引逆变器转入微制动发电模式或空载模式；

第一恢复供电控制子单元，用于当检测到牵引网恢复供电时，控制启动所述整流器，控制恢复牵引变流器中的中间直流电压至额定值，以及控制所述牵引逆变器退出微制动发电模式或空载模式并恢复牵引力或制动力。

作为本发明装置的进一步改进，所述第二控制单元包括：

第二失电控制子单元，当检测到牵引网失电时，控制封锁所述整流器、牵引逆变器以及辅助变流器的脉冲；

第二恢复供电控制子单元，当检测到牵引网恢复供电时，控制启动所述整流器，控制恢复牵引变流器中的中间直流电压大小，以及控制所述牵引逆变器带剩磁重新启动并启动辅助变流器，控制恢复所述牵引逆变器的牵引力或制动力。

作为本发明装置的进一步改进，所述供电状态检测模块具体分别采集网压信号、牵引变压器的原边电流信号、所述整流器的电流信号、中间直流电压信号以及所述牵引变流器的控制信号中两种以上的信号，综合采集到的信号判断牵引网是否发生失电。

作为本发明装置的进一步改进，还包括失电前卸载控制模块，用于当检测到牵引网失电前，检测所述中间直流电压的大小，当检测到所述中间直流电压超过预设卸载门槛值时，控制将所述牵引逆变器按指定斜率进行卸载。

作为本发明装置的进一步改进，还包括过流保护屏蔽模块，用于当检测到牵引网失电时，在检测到牵引网失电后预设延时时间内屏蔽牵引变压器的原边过流保护。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

1)本发明在基于地面自动过分相实现列车过分相时，若按照第一控制模式控制牵引变流器，当检测到牵引网失电时，通过控制牵引变流器中整流器封锁，同时将牵引逆变器进行卸载，恢复供电后无需延时启动牵引逆变器来避免剩磁造成的启动过流，在过分相的整个过程中牵引逆变器不会封锁脉冲，避免了牵引网恢复供电后需延时等待牵引电机剩磁消失后再启动逆变器，逆变器启动后也无需建立电机励磁的过程，可以有效缩短地面自动过分相时列车失去牵引力的时间。

2)本发明在基于地面自动过分相实现列车过分相时，若按照第二控制模式控制牵引变流器，当检测到牵引网失电时控制封锁整流器以及牵引逆变器，逆变器通过带剩磁重投可以立即启动对电机的控制而不会出现逆变过流，同时启动辅助变流器及辅助系统，且逆变器控制电机带剩磁重投的时间短，相较于传统的需要等到列车剩磁消失后启动逆变器，可以有效缩短地面自动过分相时列车失去牵引力的时间。

3)本发明通过缩短地面自动过分相时列车失去牵引力的时间，能够充分发挥地面自动过分相的优势，极大程度避免了列车过分相时的速度损失，相当于提升了列车运能运力，可广泛适用于交流传动电力机车或电动车组等列车中。

4)本发明通过第一控制模式控制列车过分相时，牵引网失电后牵引逆变器不会封锁脉冲，而是按照指定斜率进行卸载，当牵引逆变器卸载完成时执行微制动发电模式或空载模式，微制动发电可以维持辅助系统正常运行，在电子开关地面过分相时空载模式或第二控制模式依靠直流电容储能也可以维持辅助系统正常运行，使得地面自动过分相方式下列车辅助系统无需断电，解决地面自动过分相方式下列车辅助系统需要断电的问题，提高列车的可用性和可靠性及乘客的舒适度。

5)本发明进一步通过综合多种输入信号来判断牵引网是否发生失电，可以有效提高检测效率，减少能够检测到失电状态的时间，实现牵引网失电及恢复的快速检测，不但能够适用于机械开关式或电子开关式两种不同类型的地面自动过分相装置，而且进一步发挥电子开关地面自动过分相失电时间更短的优势。

6)本发明进一步通过在检测到牵引网失电前，根据中间直流电压的状态控制牵引逆变器进行卸载，当中间直流电压变化超出一定门槛时，控制牵引逆变器卸载以减小直流电压的变化，避免引起牵引时直流欠压或制动时直流过压等直流回路故障而导致过分相失败。

7)本发明进一步通过在牵引网失电后、在延时时间内屏蔽牵引变压器的原边过流保护，可以避免励磁涌流引发牵引变压器原边过流故障保护而导致列车过分相失败，进一步提高列车对地面自动过分相方式的匹配适应性。

8)本发明进一步当检测到牵引网失电时设置一定的延时时间，在该延时时间段时检测牵引网是否恢复供电，如果延时时间段内仍未检测到牵引网恢复供电，判定为网压中断故障，可以实现地面过分相短暂失电与其它故障导致的真实网压中断的区分，避免了在较长时间网压中断的情况下仍维持逆变器和辅助系统运行的误操作，进一步提高了可用性。

附图说明

图1是电气化铁路牵引供电及过分相的原理示意图。

图2是典型的地面自动过分相装置的结构原理示意图。

图3是本发明实施例1用于地面自动过分相的列车控制方法的实现流程示意图。

图4是本发明实施例1中控制逆变器卸载的具体流程示意图。

图5是本发明实施例1中步骤S2的具体流程示意图。

图6是本发明实施例1采用的电力机车牵引传动系统的主电路结构示意图。

图7是本发明实施例1采用的电动车组牵引系统的主电路结构示意图。

图8是本发明实施例1地面自动过分相时列车控制的实现流程示意图。

图9是本发明实施例2地面自动过分相时列车控制的实现流程示意图。

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。

实施例1：

如图3所示，本实施例用于地面自动过分相的列车控制方法包括在列车过分相过程中，实时检测牵引网的供电状态，根据检测到的牵引网的供电状态按照第一控制模式控制牵引变流器以减少列车失去牵引力的时间，第一控制模式为当检测到牵引网失电时控制封锁整流器、以及将牵引逆变器进行卸载，当检测到牵引网恢复供电时恢复启动整流器以及牵引逆变器的牵引力或制动力。

如电子开关地面自动过分相装置的死区时间相对更短，为适应地面自动过分相装置较短的死区时间，本实施例列车控制方法的控制对象为列车牵引传动系统中的牵引变流器，在基于地面自动过分相实现列车过分相时，当检测到牵引网失电时，通过控制牵引变流器中整流器封锁，同时将牵引逆变器进行卸载，在过分相的整个过程中牵引逆变器不会封锁脉冲，避免了牵引网恢复供电后需延时等待牵引电机剩磁消失后再启动逆变器，逆变器启动后也无需建立电机励磁的过程，可以有效缩短地面自动过分相时列车失去牵引力的时间，极大程度避免了列车过分相时的速度损失，提升了列车运能。

本实施例中检测牵引网的供电状态的具体步骤为：分别采集网压信号、牵引变压器的原边电流信号、整流器的电流信号、中间直流电压信号以及牵引变流器的各种控制信号等，综合采集到的各种信号判断牵引网是否发生失电或失电后是否恢复供电。

传统的列车控制方法中在列车过分相时，均是通过实时检测网压过低或过高来判断列车是否进入过分相，检测精度低且能够检测到列车失电的时间长，如列车所有运行工况检测时间一般要在20-100ms左右，无法发挥地面自动过分相死区时间短的优势。与车载过分相方式相比，地面自动过分相由于列车没有过分相信号，各种地面自动过分相装置的死区时间不同，本实施例考虑地面自动过分相的上述特性，通过综合多种输入信号来判断牵引网是否发生失电，可以有效提高提高检测效率，减少能够检测到失电状态的时间，实现引网失电及恢复的快速检测，能够适用于机械开关式或电子开关式两种不同类型的地面自动过分相装置，进一步发挥不同类型地面自动过分相装置的优势，且基于多输入信号判断的方式，通过提高列车功率还可以进一步减少检测所需时间，当列车实际发挥的功率越大时，牵引网失电检测所需时间越短，具体的当列车实际功率超过30％额定功率时，使用上述检测方法可在15ms内快速准确地判断出牵引网失电；当列车实际功率在30％额定功率以内时，使用上述检测方法最多可在50ms内判断出牵引网失电。

如图3所示，本实施例第一控制模式控制牵引变流器的步骤包括：

S1.当检测到牵引网失电时，控制封锁整流器的脉冲以及控制牵引逆变器按指定斜率进行卸载，如果卸载完成，控制牵引逆变器转入微制动发电模式或空载模式；

S2.当检测到牵引网恢复供电时，控制启动整流器，控制恢复牵引变流器中的中间直流电压至额定值，以及控制牵引逆变器退出微制动发电模式或空载模式并恢复牵引力或制动力。

传统的控制方法检测出列车过分相时，由于会立即封锁包括辅助变流器的所有脉冲，引起车上风机、水泵、空调、照明等辅助负载失电，在过分相完成后辅助系统又需重新启动投入，不仅会影响列车的可用性、可靠性以及乘客的舒适度，且频繁过分相时系统反复投切会导致寿命降低、易发故障等问题，尤其是针对全车辅助变流器采用无互连线并联供电方式的动车组，由于并联供电启动逻辑复杂，全车辅助系统启动完成的耗时较长，上述影响更为明显。本实施例在列车过分相时，牵引网失电后牵引逆变器不会封锁脉冲，而是按照指定斜率进行卸载，可以有效缩短地面自动过分相时列车失去牵引力的时间，同时当牵引逆变器卸载完成时执行微制动发电模式或空载模式，微制动发电可以维持辅助系统正常运行，在电子开关地面过分相时空载模式依靠直流支撑电容储能也可以维持辅助系统正常运行，使得地面自动过分相方式下列车辅助系统无需断电。

本实施例中当检测到牵引网失电前，还包括逆变器卸载控制步骤，具体步骤为：检测牵引变流器中的中间直流电压的大小，当检测到中间直流电压超过预设卸载门槛值时，控制将牵引逆变器进行卸载。

在牵引网失电后至失电状态被检测出时存在一定的时间延时，在该时间段内由于列车失去能量来源，牵引工况下中间直流电压会降低，制动工况下中间直流电压会升高，且在牵引网失电检测的过程中，电机负载越大时，虽然失电检测所需时间越短，但中间直流电压变化越剧烈，可能引发牵引时直流欠压或制动时直流过压等故障保护。本实施例通过在检测到牵引网失电前，根据中间直流电压的状态控制牵引逆变器进行卸载，当中间直流电压变化超出一定门槛时，控制牵引逆变器卸载以减小直流电压的变化，避免引起牵引时直流欠压或制动时直流过压等直流回路故障保护而导致过分相失败，为检测牵引网失电赢得了时间。

本实施例中，当检测到中间直流电压超过预设卸载门槛值时，具体根据检测到的中间直流电压与预设卸载门槛值之间的差值大小控制将牵引逆变器卸载，即当差值较大时，按照较大的斜率控制牵引逆变器进行卸载，当差值较小时，按照较小的斜率控制牵引逆变器进行卸载，基于中间直流电压的状态可以实现快速的卸载，也可以根据实际需求的按照一定的斜率卸载，实现检测出牵引网失电前逆变器灵活卸载。

如图4所示，本实施例步骤S1中牵引逆变器进行卸载时，如果牵引逆变器的实际发挥力矩小于过分相发电允许的力矩门槛值，判定牵引逆变器的卸载完成，根据列车速度控制牵引逆变器转入微制动发电模式或空载模式，其中当列车速度大于过分相发电运行的速度门槛值时，牵引逆变器控制电机转入微制动发电模式，否则控制电机的实际发挥力矩为零，转入空载模式，牵引逆变器进行卸载的具体步骤为：

S11.将牵引逆变器按指定斜率进行卸载；

S12.判断牵引逆变器的实际发挥力矩是否大于过分相发电允许的力矩门槛值，如果为否，判定牵引逆变器的卸载完成，转入执行步骤S13，否则返回执行步骤S11；

S13.根据列车速度控制牵引逆变器转为微制动发电模式或空载模式。

本实施例在列车处于牵引网失电过程中，逆变器卸载完成后，通过启动逆变器微制动发电维持辅变运行，具体如果列车速度大于过分相发电的允许速度门槛值，逆变器立即控制电机处于微制动发电模式稳定中间直流电压，即提供电能来源以维持辅助系统正常运行；否则，由于列车动能不足以维持所需发电能量，逆变器控制电机实际发挥力矩为零(即空载模式)，此时辅变可根据中间直流电压大小来决定是维持运行或是封锁脉冲，解决地面自动过分相方式下列车辅助系统需要断电的问题，在采用地面自动过分相方式过分相时列辅助系统无需断电，提高了列车的可用性和可靠性及乘客的舒适度。

由于列车地面自动过分相过程中的牵引力及速度损失都很小，因此上述控制流程中的过分相发电允许速度门槛值可以设置很低，例如小于5km/h，本实施例上述控制方法，不仅可以实现地面自动过分相方式下辅助系统不断电，且能够大大降低辅助系统不断电的实现条件及门槛；同时由于列车地面过分相(尤其电子开关式)的失电时间相对很短，且辅助系统功率较小，不通过启动电机微制动发电提供电能，在多数工况下辅助系统也能维持运行。

即本实施例列车过分相过程中卸载牵引逆变器包括以下两个过程：①在牵引网失电后而未检测出失电状态之前，检测中间直流电压的大小，当检测到中间直流电压超过预设卸载门槛值时，控制根据中间直流电压与预设卸载门槛值之间的差值或按照一定的斜率将牵引逆变器根据进行卸载；②检测出牵引网失电后，牵引逆变器按指定的斜率快速卸载，即将电机实际发挥力矩减小到过分相微制动发电的允许力矩门槛值，辅助变流器保持正常运行。由上述牵引逆变器的卸载控制过程，可以尽可能的减少列车失去牵引力的时间，同时保证牵引变流器的稳定可靠工作。

本实施例中，封锁整流器的脉冲时，还包括在预设延时时间内检测牵引网是否恢复供电，若超出预设延时时间仍未检测到牵引网恢复供电，判定为网压中断故障，使得可以识别牵引网失电是由于过分相引起的短暂失电还是由其它故障导致的网压中断引起，在识别到网压中断故障时可以及时进行故障处理，避免了在较长时间网压中断的情况下仍维持逆变器和辅助系统运行的误操作。

在具体应用实施例中，当检测到牵引网失电时，封锁整流器的脉冲，同时设置一定的延时时间，在该延时时间段时检测牵引网是否恢复供电，如果延时时间段内仍未检测到牵引网恢复供电，判定为网压中断故障，控制封锁列车内所有牵引变流器、辅助变流器的脉冲，并分主断，直至故障消失。

本实施例中，步骤S1中当检测到牵引网失电时，还包括在检测到牵引网失电后的预设延时时间内屏蔽牵引变压器的原边过流保护步骤，为避免励磁涌流引发牵引变压器原边过流故障保护，具体根据合主断信号来短时间屏蔽原边过流保护。

由于变压器的固有励磁特性，当变压器合闸接入电压或系统电压发生较大突变时，变压器会产生励磁涌流，励磁涌流可能达到额定电流的数倍甚至更高。在地面自动过分相方式下，供电切换过程同样可能导致系统电压突变而产生励磁涌流，但由于列车主断路器无需动作没有分合过程，因此励磁涌流有可能引发原边过流故障保护，导致列车封锁变流器脉冲并分主断，无法完成正常的过分相过程，即列车过分相失败。本实施例通过在牵引网失电后预设延时时间内屏蔽牵引变压器的原边过流保护，可以避免励磁涌流引发牵引变压器原边过流故障保护而导致列车过分相失败，进一步提高与列车对地面自动过分相方式的匹配适应性。

在具体实施例中，根据检测到的牵引网失电信号设置一定的延时时间，在该延时时间内屏蔽掉牵引变压器原边过流保护，以临时屏蔽牵引变压器原边过流保护，避免牵引网恢复供电时的变压器励磁涌流引起故障保护而导致列车过分相失败，延时时间具体可按照地面开关切换死区时间进行设置，在地面开关切换死区时间的基础上留一定裕量，例如同时考虑机械开关和电子开关时可设为200ms，也可根据整流器脉冲由使能变为封锁等其它信号来设置延时。

如图5所示，本实施例中步骤S2的具体步骤为：

S21.当检测到牵引网恢复供电时，控制整流器完成锁相，启动整流器，控制中间直流电压按指定斜率恢复到额定值；

S22.控制牵引逆变器退出微制动或空载模式，并按指定斜率恢复牵引力或制动力。

当地面开关完成切换后，牵引网中性段恢复供电，本实施例牵引网失电过程中先根据网压、牵引变压器的原边电流、控制信号等多种信号，判断出牵引网是否恢复供电；如果检测到恢复供电，控制整流器在快速完成锁相控制后立即启动，控制中间直流电压按照一定斜率恢复到额定值；逆变器在整流器启动后，立即退出微制动发电或空载模式，根据司机手柄级位并按一定斜率恢复牵引力或制动力，可以快速的实现牵引力或制动的力恢复，若在极端情况下辅变若已停止，则在整流器启动后同时启动辅助系统，整个地面自动过分相过程完成。

通过使用上述列车控制方法，从供电恢复到中间直流电压稳定至额定值的时间可在200ms以内，分别以电子开关切换死区50ms、机械开关切换死区130ms为例，则本实施例上述控制方法列车过分相时完全失去牵引力的时间分别不超过0.25s、0.33s，能够极大的减少列车过分相时失去牵引力的时间，极大程度避免了列车过分相时的速度损失，从而大大提升了列车运能。

在具体应用实施例中，电力机车的牵引传动系统如图6所示，牵引传动系统为主辅一体化设计且采用多重化结构，每重主要由牵引变压器、牵引变流器及牵引电机三部分组成，牵引变流器由四象限整流器、中间直流回路(主要包括直流母线及直流支撑电容)、牵引逆变器等组成，单重四象限整流器、直流回路及单重牵引逆变器构成一重交直交回路。单台牵引变流器可以包含2-4重交直交回路，全车牵引系统包含多台牵引变流器，单台牵引变流器内多重交直交回路的直流回路可以相互独立，也可以相互并联。牵引变流器的每重四象限整流器连接牵引变压器的一个次边绕组，每个牵引逆变器连接一个或多个牵引电机；辅助系统主要包括辅助变流器和辅助负载，在主辅一体化设计中，辅助变流器即为辅助逆变器，其输入连接到牵引变流器的直流回路，输出独立连接不同的辅助负载。

电动车组的牵引传动系统如图7所示，牵引传动系统为主辅一体化结构且为多重化结构，与电力机车相比，动车组多为动力分散式，一般全车牵引变流器、变压器及电机的数量较多；且辅助系统一般采用无互连并联供电模式，即全车辅助变流器与辅助负载都连接到同一交流供电母线上，且各辅助变流器之间没有直接的互连信号。

本发明具体实施例中基于上述牵引传动系统的列车过分相时控制流程如图8所示，其中包括：

a)快速检测失电：列车正常运行直接进入带电中性段，当地面开关切换时，牵引网中性段失电，四象限整流器控制中的网压检测算法根据采集的网压、原边电流、四象限电流以及各控制量等信息进行综合运算，并判断是否牵引网失电。

b)逆变器卸载：在牵引网失电后而四象限整流器未检测出来之前，由于列车失去能量来源，牵引工况下中间直流电压会降低，制动工况下中间直流电压会升高，如果中间直流电压变化超出一定门槛，逆变器将根据超出门槛的多少或者一定的斜率灵活、快速卸载以减小直流电压的变化；四象限整流器检测出牵引网失电后，立即封锁四象限整流器脉冲，逆变器按一定的斜率快速卸载，即将电机实际发挥力矩减小到过分相微制动发电的允许力矩门槛值，辅助变流器保持正常运行。

c)微制动发电维持辅变运行：逆变器卸载完成后，如果列车速度大于过分相发电的允许速度门槛值，逆变器立即控制电机处于微制动发电模式稳定中间直流电压，即提供电能来源以维持辅助系统正常运行；否则，由于列车动能不足以维持所需发电能量，逆变器控制电机实际发挥力矩为零(即空载模式)，此时辅变可根据中间直流电压大小来决定是维持运行或是封锁脉冲。

d)避免励磁涌流保护：当牵引网失电时，首先根据牵引网失电信号设置一定的延时，在延时时间内屏蔽掉牵引变压器原边过流保护，以避免牵引网恢复供电时的变压器励磁涌流引起故障保护导致列车过分相失败。

e)检测恢复供电：地面开关完成切换后，牵引网中性段恢复供电，四象限整流器根据网压、原边电流等信号判断牵引网是否恢复供电，如果超过一定延时时间仍未检测到牵引网恢复供电，则认为是真正的外部网压中断故障而并非地面过分相时的短暂失电，此时将封锁所有牵引和辅助变流器的控制脉冲，并分主断，等待故障消失后司机合主断，列车重新运行。

f)牵引变流器恢复正常运行：如果在延时时间内检测出牵引网恢复供电，四象限整流器在快速完成锁相控制后立即启动，控制中间直流电压按照一定斜率恢复到额定值；逆变器在四象限启动后，立即退出微制动发电或空载模式，根据司机手柄级位并按一定斜率恢复牵引力或制动力；极端情况下辅变若已停止，则在四象限启动后同时启动辅助系统，整个地面自动过分相完成。

实施例2：

本实施例与实施例1基本相同，不同之处在于本实施例根据检测到的牵引网的供电状态按照第二控制模式控制牵引变流器，第二控制模式为当检测到牵引网失电时控制封锁整流器以及牵引逆变器，当检测到牵引网恢复供电时控制恢复启动所述整流器以及控制牵引逆变器带剩磁重新启动后恢复牵引力或制动力。

本实施例第二控制模式控制牵引变流器的步骤包括：

当检测到牵引网失电时，控制封锁整流器、牵引逆变器以及辅助变流器的脉冲；

当检测到牵引网恢复供电时，控制启动所述整流器，控制恢复牵引变流器中的中间直流电压大小，以及控制牵引逆变器剩余磁重新启动并启动辅助变流器，控制恢复牵引逆变器的牵引力或制动力。

本实施例与实施例1不同的是，在检测到牵引网失电后立即封锁牵引逆变器和辅助变流器，在牵引网恢复供电后，逆变器带剩磁重投立即启动对电机的控制，同时启动辅助变流器及辅助系统，控制逻辑简单，通过逆变器带剩磁重投算法使得不会出现逆变过流，且逆变器控制电机带剩磁重投的时间短，相较于传统的需要等到列车剩磁消失后启动逆变器，可以有效缩短地面自动过分相时列车失去牵引力的时间，逆变器控制电机带剩磁重投的时间仅需约0.5s左右，列车完全失去牵引力的时间仅为约0.8s左右。

在具体实施例中使用上述方法在列车过分相时进行列车控制流程图9所示，当四象限检测到牵引网失电后立即封锁牵引逆变器和辅助变流器，在牵引网恢复供电四象限启动后，逆变器通过带剩磁重投算法立即启动对电机的控制而不会出现逆变过流，同时启动辅助变流器及辅助系统，可以有效缩短地面自动过分相时列车失去牵引力的时间，能够充分发挥地面自动过分相的优势，极大程度避免了列车过分相时的速度损失，提升列车运能运力。

实施例3：

本实施例用于地面自动过分相的列车控制装置包括：

供电状态检测模块，用于实时检测牵引网的供电状态；

控制模块，用于根据检测到的牵引网的供电状态按照第一控制模式或第二控制模式控制牵引变流器，包括第一控制单元，用于按照第一控制模式控制牵引变流器，当检测到牵引网失电时控制封锁整流器、以及将牵引逆变器进行卸载，当检测到牵引网恢复供电时恢复启动整流器以及牵引逆变器的牵引力或制动力；以及第二控制单元，用于按照第二控制模式控制牵引变流器，当检测到牵引网失电时控制封锁整流器以及牵引逆变器，当检测到牵引网恢复供电时控制恢复启动整流器以及控制牵引逆变器带剩余磁重新启动后恢复牵引力或制动力。

本实施例中，第一控制单元包括：

第一失电控制子单元，用于当检测到牵引网失电时，控制封锁整流器的脉冲以及控制牵引逆变器按指定斜率进行卸载，如果卸载完成，控制牵引逆变器转入微制动发电模式或空载模式；

第一恢复供电控制子单元，用于当检测到牵引网恢复供电时，控制启动整流器，控制恢复牵引变流器中的中间直流电压至额定值，以及控制牵引逆变器退出微制动发电模式或空载模式并恢复牵引力或制动力。

本实施例中，第二控制单元包括：

第二失电控制子单元，当检测到牵引网失电时，控制封锁整流器、牵引逆变器以及辅助变流器的脉冲；

第二恢复供电控制子单元，当检测到牵引网恢复供电时，控制启动整流器，控制恢复牵引变流器中的中间直流电压大小，以及控制牵引逆变器剩余磁重新启动并启动辅助变流器，控制恢复牵引逆变器的牵引力或制动力。

本实施例中，供电状态检测模块具体分别采集网压信号、牵引变压器的原边电流信号、整流器的电流信号、中间直流电压信号以及牵引变流器的控制信号中两种以上的信号，综合采集到的信号判断牵引网是否发生失电。

本实施例中，还包括失电前卸载控制模块，用于当检测到牵引网失电前，检测中间直流电压的大小，当检测到中间直流电压超过预设卸载门槛值时，控制将牵引逆变器按指定斜率进行卸载。

本实施例中，还包括过流保护屏蔽模块，用于当检测到牵引网失电时，在检测到牵引网

失电后预设延时时间内屏蔽牵引变压器的原边过流保护。

本实施例用于地面自动过分相的列车控制装置与上述用于地面自动过分相的列车控制方法原理一致，在此不一一赘述。

本发明上述方法、装置适用于地面自动过分相工况，还可以适用于如弓网离线、闯分相、网压瞬变等其他的车网匹配运行工况中。

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 (13)

1.一种用于地面自动过分相的列车控制方法，其特征在于，该方法包括在列车过分相过程中，实时检测牵引网的供电状态，根据检测到的牵引网的供电状态按照第一控制模式或第二控制模式控制牵引变流器以减少列车失去牵引力的时间，所述第一控制模式为当检测到牵引网失电时控制封锁整流器、以及将牵引逆变器进行卸载，当检测到牵引网恢复供电时恢复启动所述整流器以及所述牵引逆变器的牵引力或制动力；所述第二控制模式为当检测到牵引网失电时控制封锁整流器以及牵引逆变器，当检测到牵引网恢复供电时控制恢复启动所述整流器以及控制所述牵引逆变器带剩磁重新启动后恢复牵引力或制动力；

所述第一控制模式控制牵引变流器的步骤包括：

当检测到牵引网失电时，控制封锁所述整流器的脉冲以及控制所述牵引逆变器按指定斜率进行卸载，如果卸载完成，控制所述牵引逆变器转入微制动发电模式或空载模式；具体根据列车速度控制所述牵引逆变器转入微制动发电模式或空载模式，其中当列车速度大于过分相发电运行的速度门槛值时，所述牵引逆变器控制电机转入微制动发电模式，否则控制电机的实际发挥力矩为零，转入空载模式；

当检测到牵引网恢复供电时，控制启动所述整流器，控制恢复牵引变流器中的中间直流电压至额定值，以及控制所述牵引逆变器退出微制动发电模式或空载模式并恢复牵引力或制动力。

2.根据权利要求1所述的用于地面自动过分相的列车控制方法，其特征在于：所述牵引逆变器进行卸载时，如果所述牵引逆变器的实际发挥力矩小于过分相发电允许的力矩门槛值，判定所述牵引逆变器的卸载完成。

3.根据权利要求1所述的用于地面自动过分相的列车控制方法，其特征在于，所述第二控制模式控制牵引变流器的步骤包括：

当检测到牵引网失电时，控制封锁所述整流器、牵引逆变器以及辅助变流器的脉冲；

当检测到牵引网恢复供电时，控制启动所述整流器，控制恢复牵引变流器中的中间直流电压大小，以及控制所述牵引逆变器带剩磁重新启动并启动辅助变流器，控制恢复所述牵引逆变器的牵引力或制动力。

4.根据权利要求1～3中任意一项所述的用于地面自动过分相的列车控制方法，其特征在于，所述检测牵引网的供电状态的具体步骤为：分别采集网压信号、牵引变压器的原边电流信号、所述整流器的电流信号、所述牵引变流器的中间直流电压信号以及所述牵引变流器的控制信号中两种以上的信号，综合采集到的信号判断牵引网是否发生失电或失电后是否恢复供电。

5.根据权利要求1～3中任意一项所述的用于地面自动过分相的列车控制方法，其特征在于，当检测到牵引网失电前，还包括逆变器卸载控制步骤，具体步骤为：检测牵引变流器中的中间直流电压的大小，当检测到所述中间直流电压超过预设卸载门槛值时，控制将所述牵引逆变器进行卸载。

6.根据权利要求5所述的用于地面自动过分相的列车控制方法，其特征在于，当检测到所述中间直流电压超过预设卸载门槛值时，具体根据检测到的所述中间直流电压与预设卸载门槛值之间的差值大小或按照指定的斜率，控制将所述牵引逆变器进行卸载。

7.根据权利要求1～3中任意一项所述的用于地面自动过分相的列车控制方法，其特征在于，所述控制封锁所述整流器的脉冲时，还包括在预设延时时间内检测牵引网是否恢复供电，若超出预设延时时间仍未检测到牵引网恢复供电，判定为网压中断故障，封锁所有牵引变流器及辅助变流器脉冲并分主断。

8.根据权利要求1～3中任意一项所述的用于地面自动过分相的列车控制方法，其特征在于，当检测到牵引网失电时，还包括在检测到牵引网失电后的预设延时时间内屏蔽牵引变压器的原边过流保护步骤。

9.一种用于地面自动过分相的列车控制装置，其特征在于，该装置包括：

供电状态检测模块，用于实时检测牵引网的供电状态；

控制模块，用于根据检测到的牵引网的供电状态按照第一控制模式或第二控制模式控制牵引变流器，包括第一控制单元，用于按照第一控制模式控制牵引变流器以减少列车失去牵引力的时间，当检测到牵引网失电时控制封锁整流器、以及将牵引逆变器进行卸载，当检测到牵引网恢复供电时恢复启动所述整流器以及所述牵引逆变器的牵引力或制动力；以及第二控制单元，用于按照第二控制模式控制牵引变流器，当检测到牵引网失电时控制封锁整流器以及牵引逆变器，当检测到牵引网恢复供电时控制恢复启动所述整流器以及控制所述牵引逆变器带剩磁重新启动后恢复牵引力或制动力；

所述第一控制单元包括：

第一失电控制子单元，用于当检测到牵引网失电时，控制封锁所述整流器的脉冲以及控制所述牵引逆变器按指定斜率进行卸载，如果卸载完成，控制所述牵引逆变器转入微制动发电模式或空载模式；具体根据列车速度控制所述牵引逆变器转入微制动发电模式或空载模式，其中当列车速度大于过分相发电运行的速度门槛值时，所述牵引逆变器控制电机转入微制动发电模式，否则控制电机的实际发挥力矩为零，转入空载模式；

第一恢复供电控制子单元，用于当检测到牵引网恢复供电时，控制启动所述整流器，控制恢复牵引变流器中的中间直流电压至额定值，以及控制所述牵引逆变器退出微制动发电模式或空载模式并恢复牵引力或制动力。

10.根据权利要求9所述的用于地面自动过分相的列车控制装置，其特征在于，所述第二控制单元包括：

第二失电控制子单元，当检测到牵引网失电时，控制封锁所述整流器、牵引逆变器以及辅助变流器的脉冲；

第二恢复供电控制子单元，当检测到牵引网恢复供电时，控制启动所述整流器，控制恢复牵引变流器中的中间直流电压大小，以及控制所述牵引逆变器带剩磁重新启动并启动辅助变流器，控制恢复所述牵引逆变器的牵引力或制动力。

11.根据权利要求9或10所述的用于地面自动过分相的列车控制装置，其特征在于：所述供电状态检测模块具体分别采集网压信号、牵引变压器的原边电流信号、所述整流器的电流信号、中间直流电压信号以及所述牵引变流器的控制信号中两种以上的信号，综合采集到的信号判断牵引网是否发生失电。

12.根据权利要求9或10所述的用于地面自动过分相的列车控制装置，其特征在于，还包括失电前卸载控制模块，用于当检测到牵引网失电前，检测所述中间直流电压的大小，当检测到所述中间直流电压超过预设卸载门槛值时，控制将所述牵引逆变器按指定斜率进行卸载。

13.根据权利要求9或10所述的用于地面自动过分相的列车控制装置，其特征在于，还包括过流保护屏蔽模块，用于当检测到牵引网失电时，在检测到牵引网失电后预设延时时间内屏蔽牵引变压器的原边过流保护。

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