CN111293724B - 平衡供电逆变器提供的功率分量的方法，相关网络和车辆 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及平衡供电逆变器提供的功率分量的方法，相关网络和车辆。本发明涉及一种平衡由两个逆变器提供的至少一个功率分量的方法，所述两个逆变器在铁路车辆(10)的供电网络(16)中被并联供电，所述方法包括：测量由第一逆变器(18)提供的电流分量的变化的测量步骤，以便获得所测量的变化，和根据所测量的变化修改第一逆变器(18)的控制定值的修改步骤。

Description

平衡供电逆变器提供的功率分量的方法，相关网络和车辆
技术领域
本发明涉及平衡由两个换流器(尤其是在铁路车辆的供电网络中并联连接的两个逆变器)提供的至少一个功率分量的方法。本发明还涉及相关联的铁路车辆的供电网络以及包括这种网络的铁路车辆。
背景技术
在铁路应用的情况下，期望控制由网络的每个元件提供的功率，尤其是在要改变网络的基础频率的情况下。
为此，已知的是测量每个元件的每个运行值，例如电流、电压和频率运行值，并独立地控制每个值。
尤其已知将供电网络划分为多个子网络，每个子网络由单个换流器供电。但是，该方法不允许优化功率平衡。
另一个已知的方案是具有由多个换流器供电的单个供电网络。但是，在这种情况下，当前方法强制要求固定频率的网络。
因此，需要一种平衡由两个换流器，尤其是并联地为铁路车辆的供电网络供电的两个逆变器提供的至少一个功率分量的易于实施的方法。
发明内容
为此，提出了一种平衡由两个电能换流器提供的至少一个功率分量的方法，所述两个电能换流器在车辆的供电网络中被并联供电，所述方法包括：测量由第一换流器提供的电流分量的变化的测量步骤，以便获得所测量的变化，和根据所测量的变化修改第一换流器的控制定值的修改步骤。
根据各具体实施方式，所述方法具有被单独考虑或根据技术上可能的所有组合而被考虑的以下一个或多个特征：
-所述电能换流器是逆变器。
-所述车辆是铁路车辆。
-所提供的至少一个功率分量是有功功率或无功功率。
-在测量步骤中，所测量的所提供的电流分量是无功电流或有功电流。
-所述控制定值包括频率控制定值。
-频率控制定值是所测量的变化的仿射函数。
-所述控制定值包括电压控制定值。
-电压控制定值是所测量的变化的仿射函数。
-所述仿射函数是所测量的变化的递减函数。
特别地，提出了一种平衡由第一电能换流器和第二电能换流器提供的至少一个功率分量的方法，第一电能换流器和第二电能换流器尤其是逆变器，第一电能换流器和第二电能换流器并联连接在车辆的供电网络中，所述车辆尤其是铁路车辆，所述供电网络能够按基础频率运行，所述方法包括：
-控制改变供电网络的基础频率的步骤，
-使第二换流器的频率定值根据基础频率的改变而变化的步骤，
-测量由第一换流器提供的电流分量的变化的测量步骤，以便获得所测量的变化，和
-根据所测量的变化修改第一换流器的控制定值的修改步骤。
有利地，在控制改变频率的步骤期间，控制器接收将频率尤其是基础频率改变为指定值的命令，在使第二换流器的频率定值变化的步骤期间，控制器使第二逆变器的频率控制定值从当前值线性变化到指定值，在测量步骤期间，测量在第一逆变器的输出端的频率的变化，并且进行对频率改变阶段开始的时刻的电流的测量，以及在控制定值的修改步骤期间，控制器根据在第一逆变器的输出端测量的频率的变化以及频率改变阶段开始的时刻的电流的测量结果来控制第一逆变器的电流定值。
还提出了一种铁路车辆的供电网络，包括：被并联供电的两个能量换流器，测量由第一逆变器提供的电流分量的变化的传感器，以便获得所测量的变化，和适于平衡由两个换流器提供的至少一个功率分量的控制器，所述控制器还适于根据所测量的变化修改第一换流器的控制定值。
还说明了一种由接触线供电并且包括辅助供电网络的铁路车辆，供电网络是如前所述的供电网络。
附图说明
通过阅读下面仅以非限制性示例的方式给出并参考附图的描述，本发明的特征和优点将变得清楚，附图中：
-图1是由接触线(catenary)供电的铁路车辆的示例的示意图，并且
-图2是根据本发明的平衡方法的实施例的流程图。
具体实施方式
在图1上示意性地示出了铁路车辆10。
车辆10例如是配备有应急通风的地铁、火车或有轨电车。
通过受电弓12向车辆10供电，受电弓12摩擦供电接触线14。接触线线14被高压供电，即通常是额定值大于或等于600Vdc的直流电压。例如，在所示的示例中，接触线14的供电电压等于1500Vdc。
术语“接触线14”是指悬挂在铁轨上、并允许经由沿铁轨延伸的接地的第三条轨道向车辆10供电并且在其上摩擦垫片，以便向车辆10供给电能的架空线铁。
车辆10包括辅助供电网络16。
在通过接触线对车辆10的供电中断的情况下，辅助供电网络16是应急网络16。这种供电中断是诱发或偶然原因的。
辅助网络16是三相网络16。
更具体地，辅助网络16包括三个相线和中性导线。
辅助网络16在车辆10的多个车厢中延伸。在图2中仅可见辅助网络16的一部分。
辅助供电网络16包括第一逆变器18、第二逆变器20、测量传感器22和控制器24。
第一逆变器18是允许从不同电压或频率的电能源生成交变电流和电压的功率电子设备。
第二逆变器20保障与第一逆变器18相同的功能，即将不同电压或频率的电能源转换成交变电流或电压。
并联地对两个逆变器18和20供电。
这意味着每个逆变器18和20连接到相同的总线(未示出)。
例如，总线能够输送400Vdc的电压。
在下文中，注意，逆变器的有功功率PA由以下关系定义：
其中：
·I是逆变器提供的三相电流的有效值，
·U是逆变器提供的三相电压的有效值，并且
·是电流的基础分量和三相电压的基础分量之间的相移值。
类似地，无功功率PR由以下关系定义：
有功电流I有功和I无功分别等于和/>
测量传感器22是能够测量由第一逆变器18提供的电流分量的变化的传感器，用于获得所测量的变化。
所测量的所提供的电流分量是无功电流或有功电流。
根据图1的示例，测量传感器22是同时测量无功电流和有功电流的电流传感器。
控制器24例如是处理器。
控制器24适于平衡由两个逆变器18和20提供的至少一个功率分量。
提供的至少一个功率分量是有功功率或无功功率。
在这种情况下，控制器24适于同时平衡由两个逆变器18和20提供的有功功率和无功功率。
控制器24还适于使第一逆变器18的控制定值根据由测量传感器22测量的变化来变化。
更具体地，控制器24能够为第一逆变器18施加频率控制定值和电压控制定值。
现在参考图2描述辅助供电网络16的操作，并且更具体地是控制器24的操作，图2对应于根据本发明的平衡方法的实施例的流程图。
平衡方法是一种平衡由两个逆变器提供的两个功率分量，即有功功率和无功功率的方法。
如从图2中可以看出，该方法包括测量步骤30和修改步骤32。
在测量步骤30期间，测量由第一逆变器18提供的电流分量的变化。
在所示的情况下，测量传感器22测量由第一逆变器18提供的无功电流，如图2中的方框34示意性所示。测量传感器22还测量由第一逆变器18提供的有功电流。如图2中的方框36示意性所示。
因此获得针对无功电流的所测量的变化和针对有功电流的所测量的变化。
所测量的变化被发送到控制器24。
在修改步骤32期间，控制器24使第一逆变器18的控制定值变化。控制定值的变化是所测量的变化的函数。
更具体地，对于所示的情况并且如由附图标记为38和40的方框示出的，控制定值包括频率控制定值和电压控制定值。
从针对有功电流的所测量的变化来导出频率控制定值。换句话说，频率控制定值是针对有功电流的所测量的变化的函数。
该函数是所测量的变化的仿射函数。
在提出的示例中，仿射函数随着所测量的变化而减小。
这在数学上按如下方式表示：
f定值(consigne)＝f0-a.ΔI有功(actif)
其中：
·f定值是应用于第一逆变器18的频率定值的值，
·f0是第一逆变器18的频率的当前值，
·a是比例系数，例如等于第一逆变器18的最大可能频率变化与额定有功电流之间的计算出的比例，在某些情况下，第一逆变器18的最大可能频率变化可以由网络16的所期望的操作约束来施加，以及
·ΔI有功是第一逆变器18的有功电流的所测量的变化。
从针对无功电流的所测量的变化来导出电压控制定值。换句话说，电压控制定值是针对无功电流的所测量的变化的函数。
该函数是所测量的变化的仿射函数。
在提出的示例中，仿射函数随着所测量的变化而减小。换句话说，该函数是所测量的变化的递减函数，该递减函数也是仿射的。
这在数学上按如下方式表示：
V定值＝V0-b.ΔI无功(réactif)
其中：
·V定值是应用于第一逆变器18的电压定值的值，
·V0是第一逆变器18的电压的当前值，
·b是比例系数，例如等于第一逆变器18的最大可能电压变化与额定无功电流之间的计算出的比例，在某些情况下，第一逆变器18的最大可能电压变化可以由网络16的所期望的操作约束来施加，以及
·ΔI无功是第一逆变器18的无功电流的所测量的变化。
有利地，控制器24能够通过使用能够测量由第二逆变器20提供的电流分量的变化的类似于传感器22的传感器来对第二逆变器20施加频率控制定值和电压控制定值，如针对第一逆变器18所述的那样。
该方法因此基于控制电流的发散的能量消耗平衡原理。
更具体地，对于有功电流的调节，对于由固定网络16消耗的有功功率，期望两个逆变器提供相同的有功功率并且是稳定的。
如果由第一逆变器18提供的有功功率大于由第二逆变器20提供的有功功率，则恰当的是：两个逆变器中的每一个的相应的频率定值导致第一逆变器18的负有功电流变化以及第二逆变器20的正有功电流变化。换句话说，恰当的是：第一逆变器18的频率定值经历负变化并且第二逆变器20的频率定值经历正变化。
类似地，如果由第一逆变器18提供的有功功率小于由第二逆变器20提供的有功功率，则恰当的是：两个逆变器中的每一个的相应的频率定值导致第一逆变器18的正有功电流变化以及第二逆变器20的负有功电流变化。换句话说，恰当的是：第一逆变器18的频率定值经历正变化并且第二逆变器20的频率定值经历负变化。
由此得出，频率定值控制是在所提供的有功功率增加时减小并在所提供的有功功率减小时增加的频率定值。
而且，为了调节无功电流，对于固定网络16消耗的无功功率，期望两个逆变器提供相同的无功功率并且是稳定的。
如果由第一逆变器18提供的无功功率大于由第二逆变器20提供的无功功率，则恰当的是：两个逆变器中的每一个的相应的电压定值导致第一逆变器18的负有功电流变化以及第二逆变器20的正有功电流变化。换句话说，恰当的是：第一逆变器18的电压定值经历负变化并且第二逆变器20的电压定值经历正变化。
类似地，如果由第一逆变器18提供的无功功率小于由第二逆变器20提供的无功功率，则恰当的是：两个逆变器中的每一个的相应的电压定值导致第一逆变器18的正无功电流变化以及第二逆变器20的负无功电流变化。换句话说，恰当的是：第一逆变器18的电压定值经历正变化并且第二逆变器20的电压定值经历负变化。
由此得出，电压定值控制是在所提供的无功功率增加时减小并在所提供的无功功率减小时增加的电压定值。
总而言之，该方法允许平衡并联供电的逆变器。
此外，该机制适用于任何额定基础频率和任何额定电压。
该方法还允许在保持逆变器彼此同步的同时改变网络的基础频率，也就是说，无需将逆变器彼此断开电连接。为此，当由算法检测到额定频率定值的改变时，分配了从属角色的(一个或多个)逆变器(诸如第一逆变器)开始通过调节其施加在网络上的电压和频率(以便分别调整无功电流和有功电流)来调节其在网络上提供的有功电流和电流，并且分配了主角色的单个逆变器(诸如第二逆变器)使其额定频率和/或其额定电压变化。
该方法易于实施。
实际上，不要求两个逆变器之间的信息交换来实施该方法。
该方法使得可以限制网络16的线缆中的传导损耗。
而且，该方法允许网络16的每个元件尤其是逆变器和线缆的最佳尺寸。
另外，由于逆变器通常与用于车辆10的牵引的逆变器共享功率，因此该方法使得可以确保牵引逆变器不被供电不足，使得每个牵引电动机被良好地供电。
这种方法对于包括多个逆变器的网络16是通用的，每个逆变器被并联供电。
有利地，第二逆变器20是主逆变器，并且控制器24被配置成接收将频率并且尤其是辅助网络16上的基础频率改变为指定值的命令，并且使第二逆变器20的频率控制定值从当前值线性变化到该指定值。
控制器24因此能够根据在第一逆变器18的输出端的所测量的频率的变化以及在频率改变阶段开始的时刻的电流的测量结果来控制称作从逆变器的第一逆变器18的电流定值。更具体地，控制器24能够在频率改变命令已经被发送到第二逆变器20的时刻，存储/取回由传感器22测量的有功和无功电流值，并通过在这些电流上施加取决于所测量的频率的渐进斜线来计算电流定值。
当网络频率达到指定值时，控制器24检测到频率改变模式的结束。
这样的操作使得可以在保持两个逆变器18、20的同步的同时使网络的基础频率变化。
有利地，网络16在第一逆变器18和第二逆变器20之间没有通信/数据交换的部件。更一般地，能够独立于与第二逆变器20有关的电值来控制第一逆变器18，反之亦然。
还应注意，该方法可以针对两个电能换流器实施，逆变器仅是特定示例。
类似地，该方法可以应用于任何类型的车辆，并且尤其是铁路车辆。

Claims (11)

1.一种平衡由两个电能换流器提供的至少一个功率分量的方法，所述两个电能换流器并联连接在车辆(10)的供电网络(16)中，所述方法包括：
-测量由第一换流器(18)提供的电流分量的变化的测量步骤，以便获得所测量的变化，和
-根据所测量的变化修改第一换流器(18)的控制定值的修改步骤，
其中，所述供电网络(16)能够按基础频率运行，并且其中，
所述方法还包括：
-控制改变所述供电网络(16)的基础频率的步骤，和
-使第二换流器(20)的频率定值根据基础频率的改变而变化的步骤，
其中，所述供电网络(16)包括控制器(24)，并且其中：
-在控制改变频率的步骤期间，所述控制器(24)接收将基础频率改变为指定值的改变控制，
-在使第二换流器(20)的频率定值变化的步骤期间，所述控制器(24)使第二换流器的频率控制定值从当前值线性变化到指定值，
-在测量步骤期间，测量在第一换流器(18)的输出端处的频率的变化，并且进行对频率改变阶段开始的时刻的电流的测量，以及
-在控制定值的修改步骤期间，控制器(24)根据在第一换流器(18)的输出端处测量的频率的变化以及频率改变阶段开始的时刻的电流的测量结果来控制第一换流器(18)的电流定值。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所提供的至少一个功率分量是有功功率或无功功率。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，在测量步骤中，所测量的所提供的电流分量是无功电流或有功电流。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述控制定值包括频率控制定值。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，频率控制定值是所测量的变化的仿射函数。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述控制定值包括电压控制定值。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，电压控制定值是所测量的变化的仿射函数。
8.根据权利要求5或7所述的方法，其中，所述仿射函数是所测量的变化的递减函数。
9.根据权利要求1所述的方法，其中，所述车辆是铁路车辆。
10.一种车辆(10)的供电网络(16)，包括：
-被并联供电的两个电能换流器，
-测量由第一换流器(18)提供的电流分量的变化的传感器(22)，以便获得所测量的变化，和
-适于平衡由两个换流器(18、20)提供的至少一个功率分量的控制器(24)，所述控制器(24)还适于根据所测量的变化修改第一换流器(18)的控制定值，
其中，所述供电网络(16)能够按基础频率运行，并且其中，
所述控制器(24)还适于:
-控制改变所述供电网络(16)的基础频率，和
-使第二换流器(20)的频率定值根据基础频率的改变而变化，
其中，所述供电网络(16)包括控制器(24)，并且其中：
-在控制改变频率期间，所述控制器(24)接收将基础频率改变为指定值的改变控制，
-在使第二换流器(20)的频率定值变化期间，所述控制器(24)使第二换流器的频率控制定值从当前值线性变化到指定值，
-在测量期间，测量在第一换流器(18)的输出端处的频率的变化，并且进行对频率改变阶段开始的时刻的电流的测量，以及
-在控制定值的修改期间，控制器(24)根据在第一换流器(18)的输出端处测量的频率的变化以及频率改变阶段开始的时刻的电流的测量结果来控制第一换流器(18)的电流定值。
11.一种由接触线(14)供电并且包括辅助供电网络(16)的铁路车辆(10)，辅助供电网络(16)是根据权利要求10所述的供电网络(16)。
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