CN112436723A - 一种抑制牵引主电路中间电压震荡的方法及牵引主电路 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种抑制牵引主电路中间电压震荡的方法，包括：S01、在列车处于牵引或惰行的工况时，采集中间电容的电压值Uc和牵引供电网的电压值Ud，并得到差值△Ucd，以及Uc的上升率dUc/dt；S02、当△Ucd≥△Ucd1且dUc/dt≥dUc1/dt时，判断发生谐振，断开牵引主电路与牵引供电网之间的连接；S03、当△Ucd≤△Ucd2时，恢复连接。本发明还公开了一种牵引主电路，包括控制单元、中间电容、逆变模块、用于检测牵引供电网的电压值的第一电压检测件，直流电压端与中间电容之间串联有开关单元，中间电容并联有用于检测中间电容电压值的第二电压检测件，控制单元根据所述第一电压检测件和第二电压检测件的检测值控制开关单元的动作以抑制震荡。本发明的方法及牵引主电路均具有有效抑制震荡等优点。

Description

一种抑制牵引主电路中间电压震荡的方法及牵引主电路
技术领域
本发明主要涉及轨道交通技术领域，特指一种抑制牵引主电路中间电压震荡的方法及牵引主电路。
背景技术
如图1为牵引系统的典型主电路，包括高速断路器HB1、充放电单元(KM11、KM21和预充电阻R11)、电抗器L1、中间电容C1、逆变器和牵引电机。图1简化后如图2所示，牵引系统中的电抗器L1和中间电容C1，主要作为滤波器，用于过滤掉高次谐波，使得逆变器的输入电压稳定，从而通过控制逆变器输出控制电机输出力矩。逆变器输入电压的稳定性对逆变器的控制有重要的作用，如果逆变器输入网压不稳定会影响逆变器的输出。由于存在LC电路，所以该电路存在固有震荡频率，一旦最前端网压输入具有同频率的震荡，那么中间电容C1的中间电压就会与网压发生谐振，最终会影响逆变器输出，如图3所示(其中图3中网压波形图位于上方，直流波形图位于下方)，造成过流等故障，影响列车的正常运营。
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，本发明提供一种有效抑制牵引主电路中间电压震荡的方法，并相应提供一种结构简单的牵引主电路。
为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：
一种抑制牵引主电路中间电压震荡的方法，包括以下步骤：
S01、在列车处于牵引或惰行的工况时，实时采集牵引主电路中间电容的中间电压值Uc和牵引供电网的电压值Ud，并得到Uc与Ud之间的差值△Ucd，以及Uc的上升率dUc/dt；预设第一差值△Ucd1、第二差值△Ucd2、第三差值△Ucd3和中间电压上升率dUc1/dt；其中0＜△Ucd2＜△Ucd1＜△Ucd3；
S02、当△Ucd≥△Ucd1且dUc/dt≥dUc1/dt时，判断此时中间电压发生谐振，此时断开牵引主电路与牵引供电网之间的连接，由电抗器续流给牵引电机供电；
S03、当△Ucd≤△Ucd2时，恢复牵引主电路与牵引供电网之间的连接。
作为上述方案的进一步改进，在步骤S02中，当△Ucd≥△Ucd3时，对中间电容的中间电压值进行斩波以降压，并在△Ucd≤△Ucd2时停止斩波。
作为上述方案的进一步改进，通过与所述中间电容并联的斩波电路对中间电容的中间电压进行降压。
本发明还公开了一种牵引主电路，包括控制单元，直流电压端、中间电容和逆变模块，所述中间电容并联在直流电压端与逆变模块之间；所述直流电压端设有用于检测牵引供电网的电压值Ud的第一电压检测件，所述直流电压端与所述中间电容之间串联有开关单元，所述中间电容并联有用于检测中间电容的电压值Uc的第二电压检测件，所述控制单元根据所述第一电压检测件和第二电压检测件的检测值控制所述开关单元的动作以抑制中间电压震荡。
作为上述方案的进一步改进，所述中间电容并联有可通过控制单元进行控制通断的斩波电路，用于在中间电压值Ud大于一定值时进行斩波降压。
作为上述方案的进一步改进，所述斩波电路包括相互串联的斩波电阻和开关，所述控制单元与所述开关相连，用于控制开关以实现斩波回路的通断。
作为上述方案的进一步改进，所述开关为IGBT元件。
作为上述方案的进一步改进，所述开关单元为IGBT元件。
作为上述方案的进一步改进，所述直流电压端设有用于检测直流电压端输入电流的第一电流检测件。
作为上述方案的进一步改进，所述逆变模块的输入端设有用于检测逆变模块输入电流的第二电流检测件。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
本发明的抑制牵引主电路中间电压震荡的方法，在列车处于牵引或惰行的工况时，实时监控中间电压值Uc与牵引供电网电压值Ud之间的差值△Ucd，以及Uc的上升率dUc/dt，通过△Ucd与dUc/dt与预设值的比较实现中间电压是否发生谐振的判断，从而能够及时且精准的发现谐振现象，并在发生谐振时，断开牵引主电路与牵引供电网之间的连接，打破原有的谐振频率，对谐振进行抑制，此时可由电抗器续流给牵引电机供电，保证牵引电机的正常运行。因此，本发明的抑制牵引主电路中间电压震荡的方法，容易实现，而且不影响逆变器输出控制(即不影响牵引电机的正常供电)。
本发明的抑制牵引主电路中间电压震荡的方法，当△Ucd≥△Ucd3时，即判断中间电压超过一定的限值，对中间电容的中间电压值斩波以进行降压，并在△Ucd≤△Ucd2时停止斩波，从而维持中间电压在一定范围内，进一步提高逆变器工作的稳定性。
本发明的牵引主电路，同样具有如上抑制方法所述的优点，而且结构简单、工作稳定可靠。
附图说明
图1为现有技术中牵引主电路的电路图。
图2为图1的简化图。
图3为谐振时的波形图。
图4为本发明的牵引主电路的电路图。
具体实施方式
以下结合说明书附图和具体实施例对本发明作进一步描述。
如图4所示，本发明的抑制牵引主电路中间电压震荡的方法，包括以下步骤：
S01、在列车处于牵引或惰行的工况时，实时采集牵引主电路中间电容的中间电压值Uc和牵引供电网的电压值Ud，并得到Uc与Ud之间的差值△Ucd，以及Uc的上升率dUc/dt；预设第一差值△Ucd1、第二差值△Ucd2、第三差值△Ucd3和预设中间电压上升率dUc1/dt；其中0＜△Ucd2＜△Ucd1＜△Ucd3；
S02、当△Ucd≥△Ucd1且dUc/dt≥dUc1/dt时，判断此时中间电压发生谐振，断开牵引主电路与牵引供电网之间的连接，由电抗器L1续流给牵引电机供电；
S03、当△Ucd≤△Ucd2时，恢复牵引主电路与牵引供电网之间的连接。
本发明的抑制牵引主电路中间电压震荡的方法，在列车处于牵引或惰行的工况时，实时监控中间电压值Uc与牵引供电网电压值Ud之间的差值△Ucd，以及Uc的上升率dUc/dt，通过△Ucd与dUc/dt与预设值的比较实现中间电压是否发生谐振的判断，从而能够及时且精准的发现谐振现象，并在发生谐振时，断开牵引主电路与牵引供电网之间的连接，打破原有的谐振频率，对谐振进行抑制，此时可由电抗器续流给牵引电机供电，保证牵引电机的正常运行。因此，本发明的抑制牵引主电路中间电压震荡的方法，容易实现，而且不影响逆变器输出控制(即不影响牵引电机的正常供电)。
进一步地，在步骤S02中，当△Ucd≥△Ucd3时，即判断中间电压超过一定的限值，对中间电容的中间电压值斩波以进行降压，并在△Ucd≤△Ucd2时停止斩波，从而维持中间电压在一定范围内，进一步提高逆变器工作的稳定性。具体地，通过与中间电容并联的斩波电路对中间电压进行降压(下文有详细描述)。
如图4所示，本发明还公开了一种牵引主电路，包括控制单元(图中未示出，为牵引主电路本身的控制单元，如单片机)，直流电压端(图4中的电压+与电压-)、中间电容C1和逆变模块(如图4中的逆变器)，中间电容C1并联在直流电压端与逆变模块之间；直流电压端设有用于检测牵引供电网的电压值Ud的第一电压检测件(如图4中的SV1)，直流电压端与中间电容之间串联有开关单元(图4中的IGBT元件G1)，中间电容C1并联有用于检测中间电容的电压值Uc的第二电压检测件(如图4中的SV2)，控制单元根据第一电压检测件和第二电压检测件的检测值控制开关单元的动作以抑制中间电压震荡，具体控制过程参见上述的抑制方法，在此不再赘述。
本实施例中，在断开牵引主电路与牵引供电网之间的连接时(即断开G1)，由于中间电容并联有二极管D1(极性如图4所示)，从而保证电抗器L1的续流。
本实施例中，中间电容并联有可通过控制单元进行控制通断的斩波电路，用于在中间电压值Ud大于一定值时进行斩波降压。具体地，斩波电路包括相互串联的斩波电阻R1和开关(如IGBT元件G2)，控制单元与开关相连，用于控制开关以实现斩波回路的通断。即在△Ucd≥△Ucd3时，即判断中间电压超过一定的限值，开通G2元件，使得斩波电路导通，对中间电容的中间电压值斩波以进行降压；在△Ucd≤△Ucd2时，G2元件截止，使得斩波电路断开而停止斩波，从而维持中间电压在一定范围内，进一步提高逆变器工作的稳定性。另外，在直流电压端设有用于检测直流电压端输入电流的第一电流检测件(如图4中的SC1)，逆变器的输入端设有用于检测逆变器输入电流的第二电流检测件(如图4中的SC2)，通过对各电流的监控，从而实现对牵引主电路工作状态的监控，保障其正常工作。在本实施例中，开关单元和开关不限于本实施例中的IGBT元件，在其它实施例中，也可以采用晶闸管阀组或其它可自动控制的开关元件。
下面结合本发明的牵引主电路与抑制方法进行说明：
当列车在牵引/惰行工况时，判断△Ucd≥△Ucd1且dUc/dt≥dUc1/dt时，控制单元判断电路发生了谐振，判断成功后，关闭G1管。关断后，由于电抗器L1具有续流作用，同时逆变器仍旧给电机供电，所以电压会继续上升一部分随后下降，当△Ucd≤△Ucd2后，开通G1管，开通G1管后按上述方法持续判断。
当列车在牵引/惰行工况时，判断△Ucd≥△Ucd3，开通G2管，当△Ucd≤△Ucd2后关闭G2管。
当列车在牵引/惰行工况时，当Uc≥Uc1，开通G2管，进行斩波；当Uc≤Uc2时，关闭G2管，停止斩波；其中Uc1和Uc2为预设斩波电压门槛值且Uc1≥Uc2。
本发明的牵引主电路及方法可以通过调节牵引主电路G1和斩波电路中G2这两个IGBT的开通及关断来打破原有的谐振频，使得谐振得到一定的抑制，可以保证中间电压限制在一定区域内，从而不影响逆变器输出控制。
以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种抑制牵引主电路中间电压震荡的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S01、在列车处于牵引或惰行的工况时，实时采集牵引主电路中间电容的中间电压值Uc和牵引供电网的电压值Ud，并得到Uc与Ud之间的差值△Ucd，以及Uc的上升率dUc/dt；预设第一差值△Ucd1、第二差值△Ucd2、第三差值△Ucd3和中间电压上升率dUc1/dt；其中0＜△Ucd2＜△Ucd1＜△Ucd3；
S02、当△Ucd≥△Ucd1且dUc/dt≥dUc1/dt时，判断此时中间电压发生谐振，此时断开牵引主电路与牵引供电网之间的连接，由电抗器续流给牵引电机供电；
S03、当△Ucd≤△Ucd2时，恢复牵引主电路与牵引供电网之间的连接。
2.根据权利要求1所述的抑制牵引主电路中间电压震荡的方法，其特征在于，在步骤S02中，当△Ucd≥△Ucd3时，对中间电容的中间电压值进行斩波以降压，并在△Ucd≤△Ucd2时停止斩波。
3.根据权利要求2所述的抑制牵引主电路中间电压震荡的方法，其特征在于，通过与所述中间电容并联的斩波电路对中间电容的中间电压进行降压。
4.一种牵引主电路，包括控制单元，直流电压端、中间电容和逆变模块，所述中间电容并联在直流电压端与逆变模块之间；其特征在于，所述直流电压端设有用于检测牵引供电网的电压值Ud的第一电压检测件，所述直流电压端与所述中间电容之间串联有开关单元，所述中间电容并联有用于检测中间电容的电压值Uc的第二电压检测件，所述控制单元根据所述第一电压检测件和第二电压检测件的检测值控制所述开关单元的动作以抑制中间电压震荡。
5.根据权利要求4所述的牵引主电路，其特征在于，所述中间电容并联有可通过控制单元进行通断控制的斩波电路，用于在中间电压值Ud大于一定值时进行斩波降压。
6.根据权利要求5所述的牵引主电路，其特征在于，所述斩波电路包括相互串联的斩波电阻和开关，所述控制单元与所述开关相连，用于控制开关以实现斩波回路的通断控制。
7.根据权利要求6所述的牵引主电路，其特征在于，所述开关为IGBT元件。
8.根据权利要求4至7中任意一项所述的牵引主电路，其特征在于，所述开关单元为IGBT元件。
9.根据权利要求4至7中任意一项所述的牵引主电路，其特征在于，所述直流电压端设有用于检测直流电压端输入电流的第一电流检测件。
10.根据权利要求4至7中任意一项所述的牵引主电路，其特征在于，所述逆变模块的输入端设有用于检测逆变模块输入电流的第二电流检测件。
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SE01 Entry into force of request for substantive examination
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GR01 Patent grant
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