CN111786571B - 轨道交通设备的试验电源及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种轨道交通设备的试验电源及其控制方法，该实验电源包括至少一个供电参数变换设备和每个供电参数变换设备一一对应的控制器；每个供电参数变换设备包括输入变压器、输出变压器和多个并联的变流器；每个变流器包括变流组件和调控组件，输入变压器用于将外部供电电压进行变换，得到变流器的输入电压；控制器根据预设的目标供电频率，生成目标调制信号；每个调控组件用于根据目标调制信号对变流组件进行调控，以使变流组件将变流器的输入电压对应的原始供电频率变换至目标供电频率；输出变压器用于将变流器的输出电压变换至目标电压。这样，可以适应各种变压变频需求。采用本发明的技术方案，能够提高试验电源变频变压的效率。

Description

轨道交通设备的试验电源及其控制方法

技术领域

本发明属于轨道交通技术领域，具体涉及一种轨道交通设备的试验电源及其控制方法。

背景技术

轨道交通设备的试验电源是电力机车或动车等轨道交通设备牵引系统中进行电气系统试验需求的辅助电源，主要辅助完成各种保护动作、特性试验等型式试验项目和例行试验。

通常情况下，试验电源的电压、频率是比较稳定不需要变压、变频的，但是对于国外的轨道交通设备所需的电压、频率而言，与我国的轨道交通设备所需的电压、频率是不一致的，这样，如果引进国外的轨道交通设备往往需要配备与国外电压、频率制式相应的试验电源。现有技术中，大多采用变频发电机组实现，但是采用变频发电机组进行变压、变频时，其容量一般比较小，且建设周期长。

因此，如何高效的对试验电源进行变频变压是本领域技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种轨道交通设备的试验电源及其控制方法，以实现高效的对试验电源进行变频变压。

针对上述问题，本发明提供了一种轨道交通设备的试验电源，包括至少一个供电参数变换设备和每个所述供电参数变换设备一一对应的控制器；

每个所述供电参数变换设备包括输入变压器、输出变压器和多个并联的变流器；

每个所述变流器包括变流组件和调控组件，所述变流组件与所述调控组件相连；

所述输入变压器的输出端分别与每个所述变流器的输入端相连；

每个所述变流器的输出端分别与每个所述输出变压器的输入端相连；

所述输入变压器用于将外部供电电压进行变换，得到所述变流器的输入电压；

所述控制器用于根据预设的目标供电频率，生成目标调制信号；

每个所述调控组件用于根据所述目标调制信号对所述变流组件进行调控，以使所述变流组件将所述变流器的输入电压对应的原始供电频率变换至所述目标供电频率；

所述输出变压器用于将所述变流器的输出电压变换至目标电压。

进一步地，上述所述的轨道交通设备的试验电源中，所述控制器用于接收数据采集与监视控制设备发送的所述输出变压器的实际输出电压，根据所述实际输出电压和预设的参考电压得到误差电压，并对所述误差电压进行比例积分谐振调节，得到反馈调制信号，根据所述反馈调制信号生成所述目标调制信号。

进一步地，上述所述的轨道交通设备的试验电源中，所述控制器还用于根据所述输出变压器的变比系数对所述参考电压进行计算，得到计算结果；利用预设的调制比例修正系数对所述计算结果进行修正，得到前馈调制信号；根据所述前馈调制信号和所述反馈调制信号生成所述目标调制信号。

进一步地，上述所述的轨道交通设备的试验电源中，所述控制器还用于对所述误差电压进行特征次谐波抑制处理，并对处理误差电压进行比列谐振调节，得到第一调节结果，并根据所述第一调节结果和所述反馈调制信号生成所述目标调制信号。

进一步地，上述所述的轨道交通设备的试验电源中，所述控制器，还用于接收所述数据采集与监视控制设备采集的母线输出电流、滤波电流和每个所述变流器的输出电流；

所述调控组件还用于确定所有变流器的平均电流和每个所述变流器的误差电流，并对所述误差电流进行比例谐振调节，得到第二调节结果，利用预设的调制波修正系数对所述第二调节结果进行修正，得到修正结果，对所述修正结果进行限幅处理，得到均流校正量，并利用所述均流校正量对所述目标调制信号进行调整后，利用调整的目标调制信号对所述变流组件进行调控；

其中，所述所有变流器的平均电流为所述调控组件根据所有所述变流器的输出电流确定，和/或，根据所述母线输出电流和所述滤波电流确定。

进一步地，上述所述的轨道交通设备的试验电源中，所述变流组件包括逆变器。

进一步地，上述所述的轨道交通设备的试验电源中，所述变流组件包括整流器和逆变器。

进一步地，上述所述的轨道交通设备的试验电源中，若所述控制器的数目为多个，相邻两个控制器相连；

相邻两个控制器之间进行数据交互，以对所有所述供电参数变换设备进行同步控制。

进一步地，上述所述的轨道交通设备的试验电源中，每个所述供电参数变换设备还包括与所述输出变压器相连滤波器；

所述滤波器用于对所述目标电压进行滤波处理。

本发明还提供一种应用于如上任一项所述的轨道交通设备的试验电源的供电控制方法，包括：

通过所述输入变压器将外部供电电压进行变换，得到所述变流器的输入电压；

通过所述控制器根据预设的目标供电频率，生成目标调制信号，并向每个所述调控组件发送所述目标调制信号；

通过每个所述调控组件根据所述目标调制信号对所述变流组件进行调控，以使所述变流组件将所述变流器的输入电压对应的原始供电频率变换至所述目标供电频率；

通过所述输出变压器将所述变流器的输出电压变换至目标电压。

与现有技术相比，上述方案中的一个或多个实施例可以具有如下优点或有益效果：

本发明的轨道交通设备的试验电源及其控制方法，通过供电参数变换设备中输入变压器在将外部供电电压得到供电参数变换设备中变流器的输入电压，并输入变流器中，变流器中调控组件响应控制器根据预设的目标供电频率，生成的目标调制信号，对变流组件进行调控，以使变流组件将变流器的输入电压对应的原始供电频率变换至目标供电频率后，再由输出变压器将变流器的输出电压变换至目标电压，这样，在无需额外建设变频发电机组的情况下，即可实现试验电源的变压、变频，适应各种变压变频需求，且可以根据实际需求设置变流器的数量，以实现对试验电源的容量调整。采用本发明的技术方案，能够提高试验电源变频变压的效率。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例共同用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1为本发明的轨道交通设备的试验电源实施例的一种拓扑结构示意图；

图2为本发明的轨道交通设备的试验电源实施例的另一种拓扑结构示意图；

图3为本发明的轨道交通设备的试验电源的一种控制原理图；

图4为本发明的轨道交通设备的试验电源的供电控制方法实施例的流程图。

具体实施方式

以下将结合附图及实施例来详细说明本发明的实施方式，借此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。需要说明的是，只要不构成冲突，本发明中的各个实施例以及各实施例中的各个特征可以相互结合，所形成的技术方案均在本发明的保护范围之内。

实施例一

为解决现有技术中存在的上述技术问题，本发明实施例提供了一种轨道交通设备的试验电源。

图1为本发明的轨道交通设备的试验电源实施例的一种拓扑结构示意图，图2为本发明的轨道交通设备的试验电源实施例的另一种拓扑结构示意图，如图1-2所示，本实施例的轨道交通设备的试验电源包括至少一个供电参数变换设备10和每个供电参数变换设备10一一对应的控制器11。其中，每个供电参数变换设备10包括输入变压器T1、输出变压器T2和多个并联的变流器101；每个变流器101包括变流组件UC和调控组件U，变流组件UC与调控组件U相连；输入变压器T1的输出端分别与每个变流器101的输入端相连；每个变流器101的输出端分别与每个输出变压器T2的输入端相连；控制器11与每个调控组件U可形成星型结构网络、环形结构网络或下垂控制网络。本实施例中，如图1和图2所示，以2个供电参数变换设备10，每个供电参数变换设备10中包括6个并联的变流器101，形成星型网络结构的拓扑图为例对本发明的技术方案进行描述。

在一个具体实现过程中，将外部供电电源与输入变压器T1的原端相连后，输入变压器T1用于将外部供电电源的外部供电电压进行变换，将变换后的电压作为变流器101的输入电压，输给变流器101。通常情况下，输入变压器T1优选为降压变压器。本实施例中，外部供电电源的电压等级、单三相、电压的交直流类型等不进行限定。

为了能够使轨道交通设备的试验电源到达所需的输出频率，可以利用控制器11对输入变流器101的输入电压对应的原始供电频率进行调节。具体地，控制器11可以根据预设的目标供电频率，生成目标调制信号，并向每个调控组件U发送目标调制信号，这样，每个调控组件U能够根据对应的目标调制信号对变流组件UC进行调控，以使变流组件UC将变流器101的输入电压对应的原始供电频率变换至目标供电频率，并进一步由输出变压器T2将变流器101的输出电压变换至目标电压，从而可以根据实际需求使轨道交通设备的试验电源输出所需的电压和频率。例如，外部供电电压为25kV/50Hz制式的单相交流电，通过电力变换成15kV/16.67Hz的目标电压，以供需要该制式电压的交通轨道设备进行所需的电气试验。

在一个具体实现过程中，控制器11对输入变流器101的输入电压对应的原始供电频率进行调节的原理可以参见图3。图3为本发明的轨道交通设备的试验电源的一种控制原理图。如图3所示，本实施例中，可以利用电压反馈的方式对试验电源进线控制。具体地，数据采集与监视控制设备(Supervisory Control And DataAcquisition，SCADA)能够实施采集输出变压器T2的实际输出电压u1，并将输出变压器T2的实际输出电压u1进行反馈被控制接收后，控制器11能够根据实际输出电压和预设的参考电压u2得到误差电压Δu，例如，将参考电压u2与实际输出电压u1的差值作为误差电压Δu。在得到误差电压Δu后，可以利用比例积分谐振器(Proportional Integral Resonator，PIR)对误差电压Δu进行比例积分谐振调节，得到反馈调制信号(调制波的调制比)，从而可以根据得到的反馈调制信号生成目标调制信号u3(调制波)。

在一个具体实现过程中，还可以由电压反馈和电压前馈结合的方式对试验电源进线控制。具体地，控制器11还用于根据输出变压器T2的变比系数K对参考电压u2进行计算，得到计算结果；利用预设的调制比例修正系数对得到的计算结果进行修正，得到前馈调制信号；根据得到的前馈调制信号和得到的反馈调制信号生成目标调制信号，以提高目标调制信号的精准度。

进一步地，还可以在电压反馈回路增加特征次谐波抑制回路。具体地，控制器11还用于利用特征次谐波抑制PR调节器对误差电压进行特征次谐波抑制处理，并对处理误差电压Δu进行比列谐振调节，得到第一调节结果，并根据第一调节结果和反馈调制信号生成目标调制信号u3，以保证输出变压器T2能输出品质较优的电压。

在实际应用中，还可以在调控组件U中增加一个均流回路。具体地，SCADA12还用于采集母线输出电流、滤波电流和每个变流器101的输出电流，并发送给控制器11后，由主控器将母线输出电流、滤波电流和每个变流器101的输出电流发送给调控组件U。这样，调控组件U可以根据所有变流器101的输出电流确定出所有变流器101的平均电流i1，例如，可以将每个变流器101的输出电流i2相加，并将相加值除以总数目，即可得到所有变流器101的平均电流i1。另外，调控组件U还可以根据母线输出电流和滤波电流确定出所有变流器101的平均电流i1。例如，将母线输出电流和滤波电流相加，并将相加值除以总数目，即可得到所有变流器101的平均电流i1。

在得到所有变流器101的平均电流i1后，可以将平均电流i1与每个变流器101的输出电流i2做差，得到每个变流器101的误差电流Δi，并利用PR调节器对得到的误差电流Δi进行比例谐振调节，得到第二调节结果，利用预设的调制波修正系数对第二调节结果进行修正，得到修正结果，对修正结果进行限幅处理，得到均流校正量，并利用均流校正量对目标调制信号进行调整后，利用调整的目标调制信号对变流组件UC进行调控。

本实施例的轨道交通设备的试验电源，通过供电参数变换设备10中输入变压器T1在将外部供电电压得到供电参数变换设备10中变流器101的输入电压，并输入变流器101中，变流器101中调控组件U响应控制器11根据预设的目标供电频率，生成的目标调制信号，对变流组件UC进行调控，以使变流组件UC将变流器101的输入电压对应的原始供电频率变换至目标供电频率后，再由输出变压器T2将变流器101的输出电压变换至目标电压，这样，在无需额外建设变频发电机组的情况下，即可实现试验电源的变压、变频，适应各种变压变频需求，且可以根据实际需求设置变流器101的数量，以实现对试验电源的容量调整。采用本发明的技术方案，能够提高试验电源变频变压的效率。

在一个具体实现过程中，变流器101的结构可以根据供电电源的类型进行选择，例如，供电电源为交流电源，变流组件UC可以包括整流器和逆变器，整流器对输入变压器T1输出的电压进行整流、稳压后，再由逆变器进行逆变，得到所需的电压。

例如，供电电源为直流电源，变流组件UC只需要一个逆变器即可得到所需的电压。

在实际应用中，若控制器11的数目为多个，相邻两个控制器11相连；这样，相邻两个控制器11之间能进行数据交互，以保持所有控制器11的数据同步，进而对所有供电参数变换设备10进行同步控制。

进一步地，如图2所示，本实施例的每个供电参数变换设备10还包括与输出变压器T2相连滤波器102；滤波器102用于对目标电压进行滤波处理，以得到稳定的目标电压。

实施例二

为解决现有技术中存在的上述技术问题，本发明实施例还提供了一种轨道交通设备的试验电源的供电控制方法，该轨道交通设备的试验电源的供电控制方法可以应用于上述实施例的轨道交通设备的试验电源。

图4为本发明的轨道交通设备的试验电源的供电控制方法实施例的流程图，如图4所示，本实施例的轨道交通设备的试验电源的供电控制方法具体可以包括如下步骤：

400、通过输入变压器将外部供电电压进行变换，得到变流器的输入电压；

401、通过控制器根据预设的目标供电频率，生成目标调制信号，并向每个调控组件发送目标调制信号；

402、通过每个调控组件根据目标调制信号对变流组件进行调控，以使变流组件将变流器的输入电压对应的原始供电频率变换至目标供电频率；

403、通过输出变压器用于将变流器的输出电压变换至目标电压。

需要说明的是，上述实施例的方法用于实现前述实施例中相应的试验电源中，并且具有相应的方法实施例的有益效果，在此不再赘述。

可以理解的是，上述各实施例中相同或相似部分可以相互参考，在一些实施例中未详细说明的内容可以参见其他实施例中相同或相似的内容。

需要说明的是，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是指至少两个。

流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本发明的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本发明的实施例所属技术领域的技术人员所理解。

应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。

本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。

此外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。

上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

虽然本发明所公开的实施方式如上，但所述的内容只是为了便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属技术领域内的技术人员，在不脱离本发明所公开的精神和范围的前提下，可以在实施的形式上及细节上作任何的修改与变化，但本发明的保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。

Claims (8)

1.一种轨道交通设备的试验电源，其特征在于，包括至少一个供电参数变换设备和每个所述供电参数变换设备一一对应的控制器；

每个所述供电参数变换设备包括输入变压器、输出变压器和多个并联的变流器；

每个所述变流器包括变流组件和调控组件，所述变流组件与所述调控组件相连；

所述输入变压器的输出端分别与每个所述变流器的输入端相连；

每个所述变流器的输出端分别与每个所述输出变压器的输入端相连；

所述输入变压器用于将外部供电电压进行变换，得到所述变流器的输入电压；

所述控制器用于根据预设的目标供电频率，生成目标调制信号；

每个所述调控组件用于根据所述目标调制信号对所述变流组件进行调控，以使所述变流组件将所述变流器的输入电压对应的原始供电频率变换至所述目标供电频率；

所述输出变压器用于将所述变流器的输出电压变换至目标电压；

所述控制器用于接收数据采集与监视控制设备发送的所述输出变压器的实际输出电压，根据所述实际输出电压和预设的参考电压得到误差电压，并对所述误差电压进行比例积分谐振调节，得到反馈调制信号；根据所述输出变压器的变比系数对所述参考电压进行计算，得到计算结果；利用预设的调制比例修正系数对所述计算结果进行修正，得到前馈调制信号；根据所述前馈调制信号和所述反馈调制信号生成所述目标调制信号。

2.根据权利要求1所述的轨道交通设备的试验电源，其特征在于，所述控制器还用于对所述误差电压进行特征次谐波抑制处理，并对处理误差电压进行比列谐振调节，得到第一调节结果，并根据所述第一调节结果和所述反馈调制信号生成所述目标调制信号。

3.根据权利要求1所述的轨道交通设备的试验电源，其特征在于，所述控制器，还用于接收所述数据采集与监视控制设备采集的母线输出电流、滤波电流和每个所述变流器的输出电流；

所述调控组件还用于确定所有变流器的平均电流和每个所述变流器的误差电流，并对所述误差电流进行比例谐振调节，得到第二调节结果，利用预设的调制波修正系数对所述第二调节结果进行修正，得到修正结果，对所述修正结果进行限幅处理，得到均流校正量，并利用所述均流校正量对所述目标调制信号进行调整后，利用调整的目标调制信号对所述变流组件进行调控；

其中，所述所有变流器的平均电流为所述调控组件根据所有所述变流器的输出电流确定，和/或，根据所述母线输出电流和所述滤波电流确定。

4.根据权利要求1所述的轨道交通设备的试验电源，其特征在于，所述变流组件包括逆变器。

5.根据权利要求1所述的轨道交通设备的试验电源，其特征在于，所述变流组件包括整流器和逆变器。

6.根据权利要求1所述的轨道交通设备的试验电源，其特征在于，若所述控制器的数目为多个，相邻两个控制器相连；

相邻两个控制器之间进行数据交互，以对所有所述供电参数变换设备进行同步控制。

7.根据权利要求1所述的轨道交通设备的试验电源，其特征在于，每个所述供电参数变换设备还包括与所述输出变压器相连滤波器；

所述滤波器用于对所述目标电压进行滤波处理。

8.一种应用于如权利要求1-7任一项所述的轨道交通设备的试验电源的供电控制方法，其特征在于，包括：

通过所述输入变压器将外部供电电压进行变换，得到所述变流器的输入电压；

通过所述控制器根据预设的目标供电频率，生成目标调制信号，并向每个所述调控组件发送所述目标调制信号；接收数据采集与监视控制设备发送的所述输出变压器的实际输出电压，根据所述实际输出电压和预设的参考电压得到误差电压，并对所述误差电压进行比例积分谐振调节，得到反馈调制信号，根据所述输出变压器的变比系数对所述参考电压进行计算，得到计算结果；利用预设的调制比例修正系数对所述计算结果进行修正，得到前馈调制信号；根据所述前馈调制信号和所述反馈调制信号生成所述目标调制信号；

通过每个所述调控组件根据所述目标调制信号对所述变流组件进行调控，以使所述变流组件将所述变流器的输入电压对应的原始供电频率变换至所述目标供电频率；

通过所述输出变压器将所述变流器的输出电压变换至目标电压。