CN112448592A

CN112448592A - 一种牵引变流器的控制方法及其控制装置

Info

Publication number: CN112448592A
Application number: CN201910796094.0A
Authority: CN
Inventors: 蒋奉兵; 徐绍龙; 李学明; 甘韦韦; 袁靖; 谭永光; 梁兴元
Original assignee: Zhuzhou CRRC Times Electric Co Ltd
Current assignee: Zhuzhou CRRC Times Electric Co Ltd
Priority date: 2019-08-27
Filing date: 2019-08-27
Publication date: 2021-03-05
Anticipated expiration: 2039-08-27
Also published as: CN112448592B

Abstract

本发明提供了一种牵引变流器的控制方法及其控制装置。上述牵引变流器用以驱动列车运行，至少包括前端的多个四象限模块和后端的多个逆变模块。上述控制方法具体包括：至少根据列车的牵引需求功率确定四象限模块的工作重数；从多个四象限模块中选出与工作重数数量相等的四象限模块；从多个逆变模块中选出不少于工作重数数量的逆变模块；以及启动被选出的四象限模块和逆变模块。本发明还提供了一种用以实现上述控制方法的控制装置。根据本发明所提供的控制方法及其控制装置，通过分重启动的方法，减少了四象限模块和逆变模块的平均工作时间，从而能够延长牵引变流器的使用寿命，降低列车运行能耗，提高列车运行的可靠性。

Description

一种牵引变流器的控制方法及其控制装置

技术领域

本发明涉及电力电子器件的控制领域，尤其涉及一种牵引变流器的控制方法及其控制装置。

背景技术

随着铁路高速、重载运输的发展，在确保正常工作的提前下对列车产品的安全可靠、节能环保等方面要求也越来越高。牵引变流器作为列车的动力来源，是列车牵引的核心部件，也是整个列车能量发挥的控制者，在列车的安全、节能等方面发挥着至关重要的作用。也就是说，列车是否能够安全可靠的牵引运行，是否能够最优化的节能均取决于牵引变流器。

通常列车牵引变流器至少包括IGBT四象限模块和IGBT逆变模块。其中，IGBT四象限模块的主要作用是将交流侧电源转换为稳定的电压，IGBT逆变模块的作用是将前端的电压变换成频率、电压均可调的三相交流电，向异步牵引电动机供电，从而输出列车需要发挥的牵引力。可以理解为IGBT四象限模块为IGBT逆变模块发挥列车需要的牵引功率提供能量来源，因此单个IGBT四象限模块与逆变模块发挥功率可以近似的认为是相等的。正常情况下，列车运行时，牵引变流器内所有IGBT四象限模块与逆变模块均投入工作，并且IGBT四象限模块的工作数量与IGBT逆变模块的工作数量相同，即当某一重IGBT四象限模块故障后，同时切除对应的逆变器模块。

由于列车IGBT模块长时间工作，处于大功率的开关换流工况，因此列车中IGBT器件更容易出现故障损坏。在列车故障统计数据中，IGBT模块故障率占到了列车牵引系统故障率的50％以上，可以看出IGBT模块故障已成为了影响牵引系统可靠性的关键影响因素，是亟待解决的一大难题。目前关于提高IGBT模块可靠性的方法，一些文献提出了从IGBT本身工艺水平上、IGBT外部散热能力以及振动、EMC等等方面，但是，目前在提升IGBT模块可靠性上还未有相关资料和文献对列车运行时从IGBT模块的启停策略上进行研究。

另外，铁路列车是一个非常大的能源消耗工具，尤其是大功率的高速和重载列车，因此节能也成为了铁路列车发展的重要要求。目前可查阅资料关于铁路列车节能的主要从各部件本身的效率提升，线路优化操作等角度来开展，如采用永磁电机、通过优化控制减少谐波含量、通过优化操作算法实现能量最优利用等等。但是，还没有从列车系统角度对耗能部件的启停策略上面来考虑节能。

根据现有的方法，在列车投入运行后则牵引变流器内IGBT均处于工作状态，而IGBT器件存在工作寿命时长的约束，因此长时间处于工作状态降低了IGBT器件的使用可靠性，不利于列车长期安全可靠运行。另外，根据现有技术，并没有考虑牵引变流器内IGBT模块故障后最大可用性，也就是说，当出现一个IGBT模块故障后，容易造成其他关联部件均受到影响，IGBT模块故障后列车可用性差。同时，由于现有技术中，列车投入运行后则牵引变流器内IGBT均处于工作状态，造成在大多数工况下没必要处于工作状态的牵引设备均投入工作，造成能源浪费。

因此，亟需要一种牵引变流器的控制方法和装置，能够可靠、合理地控制牵引变流器内部IGBT模块的启动和停止，以提高IGBT模块的使用寿命，减少IGBT模块的运行损耗以及IGBT模块对应的电气部件(电机、变压器、风机)等运行时损耗，从而在保证列车能安全运行的同时，达到进一步提高列车的可靠性及节能的效果。

发明内容

以下给出一个或多个方面的简要概述以提供对这些方面的基本理解。此概述不是所有构想到的方面的详尽综览，并且既非旨在指认出所有方面的关键性或决定性要素亦非试图界定任何或所有方面的范围。其唯一的目的是要以简化形式给出一个或多个方面的一些概念以为稍后给出的更加详细的描述之序。

为了解决上述现有技术中存在的问题，本发明提供了一种牵引变流器的控制方法，上述牵引变流器用以驱动列车运行，上述牵引变流器至少包括位于上述牵引变流器前端的多个四象限模块和位于上述牵引变流器后端的多个逆变模块，具体的，上述控制方法包括：

至少根据列车的牵引需求功率确定上述四象限模块的工作重数；

从上述多个四象限模块中选出与上述工作重数数量相等的四象限模块；

从上述多个逆变模块中选出不少于上述工作重数数量的逆变模块；以及

启动被选出的四象限模块和逆变模块。

在上述控制方法的一实施例中，可选的，至少根据列车的牵引需求功率确定上述四象限模块的工作重数进一步包括：至少根据上述牵引需求功率和每个四象限模块的最大可发挥功率确定四象限模块的最小启动数量为上述工作重数。

在上述控制方法的一实施例中，可选的，从上述多个四象限模块中选出与上述工作重数数量相等的四象限模块进一步包括：基于每个四象限模块的启动顺序优先级选出与上述工作重数数量相同的四象限模块，以及

从上述多个逆变模块中选出不少于上述工作重数数量的逆变模块进一步包括：基于每个逆变模块的启动顺序优先级选出不少于上述工作重数数量的逆变模块。

在上述控制方法的一实施例中，可选的，上述控制方法还包括：记录每个四象限模块的启动次数和每个逆变模块启动次数；以及

基于每个四象限模块的启动次数和每个逆变模块启动次数对应地确定每个四象限模块的启动顺序优先级和每个逆变模块的启动顺序优先级。

在上述控制方法的一实施例中，可选的，上述控制方法还包括：预设四象限模块和逆变模块每次启动后保持运行的最小持续时间；其中

确定每个四象限模块的启动顺序优先级和每个逆变模块的启动顺序优先级进一步包括：基于上述最小持续时间以及每个四象限模块的启动次数和每个逆变模块启动次数对应地确定每个四象限模块的启动顺序优先级和每个逆变模块的启动顺序优先级。

在上述控制方法的一实施例中，可选的，上述控制方法还包括：判断未处于物理上无法被启动的隔离状态的四象限模块的数量是否小于上述工作重数；其中

从上述多个四象限模块中选出与上述工作重数数量相等的四象限模块进一步包括：响应于上述未处于隔离状态的四象限模块的数量小于上述工作重数，调整上述工作重数为上述未处于隔离状态的四象限模块的数量。

在上述控制方法的一实施例中，可选的，响应于未处于隔离状态的四象限模块的数量小于调整前的工作重数，上述控制方法还包括：判断牵引上述列车的实时牵引功率是否小于上述未处于隔离状态的四象限模块能够提供的最大可供功率；其中

从上述多个逆变模块中选出不少于上述工作重数数量的逆变模块的步骤进一步包括：响应于上述实时牵引功率小于上述最大可供功率，从上述多个逆变模块中选出所有未处于隔离状态的逆变模块。

在上述控制方法的一实施例中，可选的，响应于所有未处于隔离状态的逆变模块被启动，上述控制方法还包括：判断上述实时牵引功率是否等于上述最大可供功率；其中

从上述多个逆变模块中选出不少于上述工作重数数量的逆变模块的步骤进一步包括：响应于上述实时牵引功率等于上述最大可供功率，从上述多个逆变模块中选出与调整后的工作重数数量相等的逆变模块。

在上述控制方法的一实施例中，可选的，每个四象限模块具有唯一对应的逆变模块，从上述多个逆变模块中选出不少于上述工作重数数量的逆变模块进一步包括：根据所选出的四象限模块对应地选出与上述工作重数数量相等的逆变模块。

在上述控制方法的一实施例中，可选的，上述牵引变流器还包括中间回路，上述多个四象限模块的输出端并联连接至上述中间回路，上述多个逆变模块的输入端并联连接自上述中间回路。

本发明还提供了一种牵引变流器的控制装置，上述牵引变流器用以驱动列车运行，上述牵引变流器至少包括位于上述牵引变流器前端的多个四象限模块和位于上述牵引变流器后端的多个逆变模块，具体的，上述控制装置包括存储器和处理器，上述处理器被配置为：

启动被选出的四象限模块和逆变模块。

在上述控制装置的一实施例中，可选的，至少根据列车的牵引需求功率确定上述四象限模块的工作重数进一步包括：至少根据上述牵引需求功率和每个四象限模块的最大可发挥功率确定四象限模块的最小启动数量为上述工作重数。

在上述控制装置的一实施例中，可选的，从上述多个四象限模块中选出与上述工作重数数量相等的四象限模块进一步包括：基于每个四象限模块的启动顺序优先级选出与上述工作重数数量相同的四象限模块，以及

在上述控制装置的一实施例中，可选的，上述处理器还被配置为：记录每个四象限模块的启动次数和每个逆变模块启动次数；以及

在上述控制装置的一实施例中，可选的，上述处理器还被配置为：预设四象限模块和逆变模块每次启动后保持运行的最小持续时间；其中

在上述控制装置的一实施例中，可选的，上述处理器还被配置为：判断未处于物理上无法被启动的隔离状态的四象限模块的数量是否小于上述工作重数；其中

在上述控制装置的一实施例中，可选的，响应于未处于隔离状态的四象限模块的数量小于调整前的工作重数，上述处理器还被配置为：判断牵引上述列车的实时牵引功率是否小于上述未处于隔离状态的四象限模块能够提供的最大可供功率；其中

在上述控制装置的一实施例中，可选的，响应于所有未处于隔离状态的逆变模块被启动，上述处理器还被配置为：判断上述实时牵引功率是否等于上述最大可供功率；其中

在上述控制装置的一实施例中，可选的，每个四象限模块具有唯一对应的逆变模块，从上述多个逆变模块中选出不少于上述工作重数数量的逆变模块进一步包括：根据所选出的四象限模块对应地选出与上述工作重数数量相等的逆变模块。

在上述控制装置的一实施例中，可选的，上述牵引变流器还包括中间回路，上述多个四象限模块的输出端并联连接至上述中间回路，上述多个逆变模块的输入端并联连接自上述中间回路。

本发明还提供了一种牵引系统，包含如上述的控制装置和牵引变流器。

本发明还提供了一种列车，包含如上述的牵引系统。

本发明还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，上述计算机程序被处理器执行时实现任一项上述控制方法的步骤。

根据本发明所提供的牵引变流器的控制方法和装置，能够可靠、合理地控制牵引变流器内部IGBT模块的启动和停止，以提高IGBT模块的使用寿命，减少IGBT模块的运行损耗以及IGBT模块对应的电气部件(电机、变压器、风机)等运行时损耗，从而在保证列车跟安全运行的同时，达到进一步提高列车的可靠性及节能的效果。

附图说明

在结合以下附图阅读本公开的实施例的详细描述之后，能够更好地理解本发明的上述特征和优点。在附图中，各组件不一定是按比例绘制，并且具有类似的相关特性或特征的组件可能具有相同或相近的附图标记。

图1示出了一种牵引变流器的内部结构示意图。

图2示出了另一种牵引变流器的内部结构示意图。

图3示出了本发明所提供的牵引变流器的控制方法的流程图。

图4示出了不同情况下的牵引力-速度对比图。

图5示出了本发明所提供的牵引变流器的控制装置的示意图。

附图标记

100 牵引变流器

110A-110C IGBT四象限模块

120A-120C IGBT逆变模块

200 牵引变流器

210A-210C IGBT四象限模块

220A-220C IGBT逆变模块

230 中间回路

500 控制装置

501 处理器

502 存储器

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作详细描述。注意，以下结合附图和具体实施例描述的诸方面仅是示例性的，而不应被理解为对本发明的保护范围进行任何限制。

如上所述，为了提高列车的运行可靠性以及出于节能环保的考虑，本发明提供了一种牵引变流器的控制方法，用以控制为列车提供动力来源的牵引变流器。其中，牵引变流器的内部结构可以参见图1和图2。图1和图2分别示出了两种牵引变流器的内部结构，两种牵引变流器均至少包括牵引变流器前端的IGBT四象限模块和牵引变流器后端的IGBT逆变模块。IGBT四象限模块将网侧的交流电转为稳定的直流电，IGBT逆变模块将直流电转化为频率、电压均可调的三相交流电，向异步牵引电动机供电，从而输出列车需要发挥的牵引力。

在图1所示出的实施例中，牵引变流器100为单独轴控的，即每一个IGBT四象限模块的输出端对应地连接至IGBT逆变模块的输入端，如IGBT四象限模块110A的输出端对应地连接至IGBT逆变模块210A的输入端。可以理解的是，虽然仅示出了3组IGBT四象限模块和3组IGBT逆变模块(3轴)，但本发明所提供的控制方法所控制的牵引变流器100可以根据需要包含其他数量的IGBT四象限模块和IGBT逆变模块。

在如图2所示出的实施例中，牵引变流器200还包括中间回路300，所有IGBT四象限模块210A-210C的输出端连接至中间回路300，通过中间回路300输出到IGBT逆变模块220A-220C，在这种结构中，IGBT四象限模块与IGBT逆变模块之间不具有一一对应的关系。可以理解的是，虽然仅示出了3组IGBT四象限模块和3组IGBT逆变模块(3轴)，但本发明所提供的控制方法所控制的牵引变流器200可以根据需要包含其他数量的IGBT四象限模块和IGBT逆变模块。

本领域技术人员可以知道的是，牵引变流器100、200内部还可以包括其他用来实现牵引变流器功能的电子元器件或电路结构，出于描述的精简，未在本发明中提及，但不意味着不能实际存在。

请进一步参考图3，图3示出了本发明所提供的控制方法的流程图。如图3所示出的，控制方法具体包括S110：至少根据列车的牵引需求功率确定四象限模块的工作重数；步骤S120：从多个四象限模块中选出与工作重数数量相等的四象限模块；步骤S130：从多个逆变模块中选出不少于工作重数数量的逆变模块；以及步骤S140：启动被选出的四象限模块和逆变模块。

具体的，在上述步骤S110中，可以通过监测列车当前或将来一段时间内需要发挥功率，以可靠性为导向，基于运行时的功率余量，计算出当前或将来列车运行时最少需要启动的工作重数，为满足列车运行时不同牵引功率的需求，对IGBT模块及对应部件(电机、风机等)进行分重启动。

下面举例说明下：以某6轴7200KW机车为例，单轴能够发挥的最大功率为7200KW/6＝1200KW。考虑到各种损耗，可以设定机车当前发挥功率P与需要启动重数y对应关系为：

如果监测到列车的牵引需求功率为3000KW，根据现有技术，所有6轴均会启动，也就是说会同时启动6组IGBT四象限模块和IGBT逆变模块。而根据本发明所提供的控制方法，在判断到列车的牵引需求功率为3000KW时，可以控制仅仅启动4重IGBT四象限模块和IGBT逆变模块，使2重IGBT四象限模块和IGBT逆变模块处于待机休息状态，能够实现在同样牵引能力的情况下大幅减少牵引变流器内各IGBT模块工作时间，可以节省列车运行时能量损耗，提高IGBT模块的可靠性。

本发明所提出的控制方法，能够根据当前需要发挥的总牵引功率来自适应的决策当前需要启动的IGBT模块，可以有效的减少多余的IGBT模块启动，从而降低因多余IGBT模块启动带来的自身损耗以及IGBT模块对应的部件(变压器或电机)工作带来的能量损耗。

简单分析一下，采用本发明后的节能效果：以某6轴7200KW的电力机车为例，单轴发挥功率1200KW，每轴对应1个IGBT四象限模块和1个IGBT逆变模块，整车共12个IGBT模块。根据资料我们查阅到，一个IGBT模块启动后的功率损耗约为5kw/个，一重模块对应的1个电机满功率发挥的损耗为60kw(按0.95效率计算，功率小情况下效率更低，此处只做粗略估算)，对应的风机损耗为12kw，对应单绕组变压器的损耗约为15kw。假设列车常用功率为3000kw运行，正常情况下所有IGBT模块均启动，对应电机、风机、变压器均运行在工作状态，如果采用本发明的方法，利用当前需要发挥功率自决策只启动4重来实现同样的牵引力发挥，则可以节省2轴牵引电机启动带来的功率损耗，节省损耗约为194KW(IGBT损耗5kw×4＝20kw；电机损耗60kw×2＝120kw，变压器损耗15kw×2＝30kw，风机损耗12kw×2＝24kw)。

根据分重启动的策略，已经能够有效地降低各种功率损耗，有效节能，并且由于部分IGBT模块没有参与工作，能够提高IGBT模块的可靠性。

进一步的，在步骤S120中，需要从多个四象限模块中选出与工作重数数量相等的四象限模块。

在该步骤中，进一步地基于每个四象限模块的启动顺序优先级选出与工作重数数量相同的四象限模块。具体的，上述的启动顺序优先级可以通过记录每个四象限模块的启动次数来对应地确定。较优地，在一实施例中，每一个四象限模块的启动顺序优先级除了通过启动次数来确定，还可以通过设定一个四象限模块每次启动后保持运行的最小持续时间，根据启动次数、最小持续时间来综合确定每一个四象限模块的启动顺序优先级。

例如，根据启动次数，启动5次的四象限模块的优先级高于启动6次的四象限模块的优先级，当需要从多个四象限模块中选出需要启动的四象限模块时，优先选择该启动5次的四象限模块。较优地，设置一个最小持续时间，例如15分钟，那么假使该启动了6次的四象限模块的上一次启动时间距离当前时间小于该最小持续时间，认为该启动6次的四象限模块的优先级高于启动5次的四象限模块的优先级，当需要从多个四象限模块中选出需要启动的四象限模块时，优先选择该启动6次的四象限模块，也就是保持该启动6次的四象限模块继续处于被启动状态。

上一节计算出最优的工作重数后，因为列车运行时需求的牵引功率是随着线路情况不断变化的，所以导致启动的重数也不断的在变化，为了避免出现某一轴长时间工作或者频繁启动，因此需要IGBT模块在分重启动时保证启停次数均衡。通过统计启动时间能够有效避免出现某一轴长时间工作，通过设置最小持续时间，能够有效避免不同的模块频繁启动，从而能够保证所有的IGBT模块启停次数均衡、工作时间均衡，有效提高IGBT模块的工作的寿命。

当确定了四象限模块的启动数量，以及确定了哪些四象限模块被启动后，进一步的，在步骤S130中，还需要确定逆变模块的启动数量，以及确定哪些逆变模块被启动。

通常情况下，逆变模块的启动数量与四象限模块的启动数量是相同的，也就是等于在步骤S110中基于功率确定的工作重数。在如图1所示出的牵引变流器的结构中，由于IGBT四象限模块与IGBT逆变模块具有一一对应的关系，因此，当确定了哪一重的四象限模块被启动后，对应地亦确定了哪一重的IGBT逆变模块被启动。

在如图2所示出的牵引变流器的结构中，由于中间回路230的存在，IGBT四象限模块与IGBT逆变模块并不具有一一对应的关系，当IGBT四象限模块210A工作时，可以选择IGBT逆变模块220C工作，因此，在通常情况下，在确定了IGBT逆变模块的工作数量的情况下，在步骤S130中，进一步地基于每个逆变模块的启动顺序优先级选出与工作重数数量相同的逆变模块。具体的，上述的启动顺序优先级可以通过记录每个逆变模块的启动次数来对应地确定。较优地，在一实施例中，每一个逆变模块的启动顺序优先级除了通过启动次数来确定，还可以通过设定一个逆变模块每次启动后保持运行的最小持续时间，根据启动次数、最小持续时间来综合确定每一个逆变模块的启动顺序优先级。

例如，根据启动次数，启动5次的逆变模块的优先级高于启动6次的逆变模块的优先级，当需要从多个逆变模块中选出需要启动的逆变模块时，优先选择该启动5次的逆变模块。较优地，设置一个最小持续时间，例如15分钟，那么假使该启动了6次的逆变模块的上一次启动时间距离当前时间小于该最小持续时间，认为该启动6次的逆变模块的优先级高于启动5次的逆变模块的优先级，当需要从多个逆变模块中选出需要启动的逆变模块时，优先选择该启动6次的逆变模块，也就是保持该启动6次的逆变模块继续处于被启动状态。

在一优选的实施例中，本发明所提供的控制方法在根据工作重数选择需要被启动的IGBT四象限模块和IGBT逆变模块时还包括：判断未处于隔离状态的四象限模块的数量是否小于根据功率所确定的工作重数。上述的处于隔离状态是指四象限模块出现故障，无法正常启动，或者根据人为将四象限模块断开连接、隔离开无法启动的状态。也就是说，在这种情况下，处于隔离状态的四象限模块无法为列车提供发挥功率。

现有技术中，当出现处于隔离状态的四象限模块时，说明列车出现了故障，即使此时未处于隔离状态的逆变模块的数量大于四象限模块，由于四象限模块出现了故障，只保留与未处于隔离状态的四象限模块相等数量的逆变模块。因此，一旦四象限模块出现故障，列车的可用性较差。

而在本发明所提供的控制方法中，进一步地包括判断未处于隔离状态的四象限模块的数量是否小于根据功率所确定的工作重数，如果大于等于，则说明未处于隔离状态的四象限模块能够满足当前的需求，按正常模式继续。如果未处于隔离状态的四象限模块的数量小于根据功率所确定的工作重数，首先，在步骤S110中将工作重数调整为未处于隔离状态的四象限模块的数量，从而能够保证在步骤S120中能够确定需要被启动的四象限模块。

随后，当未处于隔离状态的四象限模块的数量小于调整前的工作重数，本发明提供的方法进一步包括：判断牵引列车的实时牵引功率是否小于未处于隔离状态的四象限模块能够提供的最大可供功率，如果实时牵引功率小于最大可供功率，那么在步骤S130中，将从多个逆变模块中选出所有未处于隔离状态的逆变模块，随后在步骤S140中使得所有未处于隔离状态的逆变模块和四象限模块均处于工作状态，也就是限功率运行的状态。

请参考图4，图4示出了不同情况下的牵引力-速度对比图。该图以6轴7200KW的列车为示意，在正常情况下，如果列车启动6轴，能够输出560KN的牵引力直到列车达到66KM/h的速度后维持最大功率运行。现有技术中，如果存在2个四象限模块故障，即使所有的逆变模块均能够正常运行，但是仍然仅仅控制4组四象限模块与逆变模块运行，因此，只能够输出373KN的牵引力直到列车达到50KM/h的速度后维持最大功率运行。但实际上，由于所有的逆变模块均是能够正常启动的，也就是说在列车处于低速运行的情况下，4个四象限模块能够支持6个逆变模块的功率发挥，列车在低速状态下能够使列车满牵引力发挥，从而避免了现有技术中当列车处于低速时牵引不动导致列车停车的问题。

如图4所示出的，在列车处于小于50KM/h的低速运行时，通过本发明所提供的方法，能够通过使6组逆变模块均启动的方式控制列车输出牵引力保持在560KN，从而保证在低速段，即使四象限模块出现问题，仍然能够有足够的动力拖动列车运行，直至牵引列车的实时牵引功率达到未处于隔离状态的所有四象限模块能够达到的最大可供功率。

在牵引列车的实时牵引功率已经达到了最大可供功率的情况下，即使所有的逆变模块均启动，无法发挥大于最大可供功率的功率，因此，此时，可以基于本发明分重启动的主构思，从多个逆变模块中选出根据未处于隔离状态的四象限模块的个数确定的调整后的工作重数相等的逆变模块，从而能够起到节能的效果。

可以理解的是，在上述能够提供限功率运行的较优实施例中，由于控制四象限模块启动的数量与逆变模块启动的数量不相同，因此，该较优实施例架构在上述图2所示出的含有中间回路的牵引变流器200。

更进一步的，在上述包含有中间回路的牵引变流器200中，还可以包括辅助变流器，即主辅一体结构，在此情况下，上述最大可供功率可以根据下述公式确定(以图2中的3轴为例，其他轴数原理类似)。

1)当无IGBT四象限模块启动时，所有逆变器均启动，最大可供功率为：

P_INV＝k×P_Dall；

其中，k为功率系数，P_Dall为正常工作时单个IGBT逆变器可发挥的满功率。在上述四象限模块均不启动的极限情况下时，可以通过二极管不可控整流工况运行，此时逆变模块也是可以允许启动，但是允许发挥功率很小。

2)当仅有一个IGBT四象限启动时，所有逆变器均启动，最大可供功率为：

其中，P_AINV为辅变正常工作时功率，机车正常情况下是由牵引逆变和辅助逆变构成，牵引逆变主要提供电机功率发挥，辅助逆变提供车上辅助负载供电用，辅助负载包括机车正常运行时所必须的设备。辅助逆变架构在本发明中图2中所示的共中间回路且主辅一体结构，如非主辅一体结构，则P_AINV可以认为为0。

3)当有两个IGBT四象限模块启动时，所有逆变器均启动，最大可供功率为：

4)当三个IGBT四象限模块均启动时，IGBT逆变模块允许发挥的总牵引功率为：

P_INV＝3×P_Dall

至此，已经描述了本发明所提供的控制方法，本发明提供的控制方法提出使IGBT模块启停次数均衡的分重启动策略，以实现同样牵引能力的情况下尽量少得减小牵引变流器内各IGBT模块运行时间，从而能够达到：

1、减少了IGBT模块平均工作时间，从而延长牵引变流器IGBT模块的使用寿命，提高列车运行的可靠性；

2、避免了因长时间频繁启动某一重IGBT模块而导致该重IGBT加快老化出现可靠性降低的问题；

3、节省列车运行时能量损耗，提高运行时经济效益；

4、提高牵引变流器IGBT模块发生故障情况下最大可用性。

本发明方法为纯软件实现，无需额外硬件成本，通过控制牵引变流器IGBT模块的分重启动时序可以提高IGBT模块的可靠性及列车的节能效果。本发明方法适用范围广，可适用于轨道交通不同类型产品(机车、动车、城轨)牵引变流器，以及可以推广至其他路外工程车上，并且在IGBT模块故障情况下提高系统可用性。

本发明还提供了一种牵引变流器的控制装置，请参考图5，图5示出了控制装置的示意图。如图5所示，控制装置500包括处理器501和存储器502。上述控制500的处理器501在执行存储器502上存储的计算机程序时能够实现上述所描述的控制方法，具体请参考上述关于控制方法的描述，在此不再赘述。

进一步的，本发明还提供了一种列车的牵引系统，包括如上述的控制装置500和图1所示的牵引变流器100，可以理解的是，上述牵引变流器100为单独轴控的牵引变流器，本发明要求保护的牵引系统中的牵引变流器还可以包括其他用来实现单独轴控牵引变流器功能的部件，出于示意简便，虽未在附图中示出，并不意味着不实际存在。更进一步的，本发明还提供包括装载了上述牵引系统的列车。

在另一实施例中，本发明还提供了一种列车的牵引系统，包括如上述的控制装置500和图2所示的牵引变流器200，可以理解的是，上述牵引变流器200为共中间回路的牵引变流器，本发明要求保护的牵引系统中的牵引变流器还可以包括其他用来实现共中间回路牵引变流器功能的部件，出于示意简便，虽未在附图中示出，并不意味着不实际存在。并且需要注意的是，其他能够实现逆变模块启动数量与四象限模块启动数量不一致的电路结构同样可以适用本发明所提供的控制方法，并非是对电路结构的绝对限定。更进一步的，本发明还提供包括装载了上述牵引系统的列车。

至此，已经描述了本发明提供的控制方法、装置、牵引变流器和列车。本发明还提供了一种计算机存储介质，其上存储有计算机程序，当该计算机程序被处理器执行时实现如上述在线辨识方法的步骤。

本领域技术人员将可理解，信息、信号和数据可使用各种不同技术和技艺中的任何技术和技艺来表示。例如，以上描述通篇引述的数据、指令、命令、信息、信号、位(比特)、码元、和码片可由电压、电流、电磁波、磁场或磁粒子、光场或光学粒子、或其任何组合来表示。

本领域技术人员将进一步领会，结合本文中所公开的实施例来描述的各种解说性逻辑板块、模块、电路、和算法步骤可实现为电子硬件、计算机软件、或这两者的组合。为清楚地解说硬件与软件的这一可互换性，各种解说性组件、框、模块、电路、和步骤在上面是以其功能性的形式作一般化描述的。此类功能性是被实现为硬件还是软件取决于具体应用和施加于整体系统的设计约束。技术人员对于每种特定应用可用不同的方式来实现所描述的功能性，但这样的实现决策不应被解读成导致脱离了本发明的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“耦接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

结合本文所公开的实施例描述的各种解说性逻辑模块和电路可用通用处理器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)或其它可编程逻辑器件、分立的门或晶体管逻辑、分立的硬件组件、或其设计成执行本文所描述功能的任何组合来实现或执行。通用处理器可以是微处理器，但在替换方案中，该处理器可以是任何常规的处理器、控制器、微控制器、或状态机。处理器还可以被实现为计算设备的组合，例如DSP与微处理器的组合、多个微处理器、与DSP核心协作的一个或多个微处理器、或任何其他此类配置。

结合本文中公开的实施例描述的方法或算法的步骤可直接在硬件中、在由处理器执行的软件模块中、或在这两者的组合中体现。软件模块可驻留在RAM存储器、闪存、ROM存储器、EPROM存储器、EEPROM存储器、寄存器、硬盘、可移动盘、CD-ROM、或本领域中所知的任何其他形式的存储介质中。示例性存储介质耦合到处理器以使得该处理器能从/向该存储介质读取和写入信息。在替换方案中，存储介质可以被整合到处理器。处理器和存储介质可驻留在ASIC中。ASIC可驻留在用户终端中。在替换方案中，处理器和存储介质可作为分立组件驻留在用户终端中。

在一个或多个示例性实施例中，所描述的功能可在硬件、软件、固件或其任何组合中实现。如果在软件中实现为计算机程序产品，则各功能可以作为一条或更多条指令或代码存储在计算机可读介质上或藉其进行传送。计算机可读介质包括计算机存储介质和通信介质两者，其包括促成计算机程序从一地向另一地转移的任何介质。存储介质可以是能被计算机访问的任何可用介质。作为示例而非限定，这样的计算机可读介质可包括RAM、ROM、EEPROM、CD-ROM或其它光盘存储、磁盘存储或其它磁存储设备、或能被用来携带或存储指令或数据结构形式的合意程序代码且能被计算机访问的任何其它介质。任何连接也被正当地称为计算机可读介质。例如，如果软件是使用同轴电缆、光纤电缆、双绞线、数字订户线(DSL)、或诸如红外、无线电、以及微波之类的无线技术从web网站、服务器、或其它远程源传送而来，则该同轴电缆、光纤电缆、双绞线、DSL、或诸如红外、无线电、以及微波之类的无线技术就被包括在介质的定义之中。如本文中所使用的盘(disk)和碟(disc)包括压缩碟(CD)、激光碟、光碟、数字多用碟(DVD)、软盘和蓝光碟，其中盘(disk)往往以磁的方式再现数据，而碟(disc)用激光以光学方式再现数据。上述的组合也应被包括在计算机可读介质的范围内。

提供对本公开的先前描述是为使得本领域任何技术人员皆能够制作或使用本公开。对本公开的各种修改对本领域技术人员来说都将是显而易见的，且本文中所定义的普适原理可被应用到其他变体而不会脱离本公开的精神或范围。由此，本公开并非旨在被限定于本文中所描述的示例和设计，而是应被授予与本文中所公开的原理和新颖性特征相一致的最广范围。

Claims

1.一种牵引变流器的控制方法，所述牵引变流器用以驱动列车运行，所述牵引变流器至少包括位于所述牵引变流器前端的多个四象限模块和位于所述牵引变流器后端的多个逆变模块，其特征在于，所述控制方法包括：

至少根据列车的牵引需求功率确定所述四象限模块的工作重数；

从所述多个四象限模块中选出与所述工作重数数量相等的四象限模块；

从所述多个逆变模块中选出不少于所述工作重数数量的逆变模块；以及

启动被选出的四象限模块和逆变模块。

2.如权利要求1所述的控制方法，其特征在于，至少根据列车的牵引需求功率确定所述四象限模块的工作重数进一步包括：至少根据所述牵引需求功率和每个四象限模块的最大可发挥功率确定四象限模块的最小启动数量为所述工作重数。

3.如权利要求1所述的控制方法，其特征在于，从所述多个四象限模块中选出与所述工作重数数量相等的四象限模块进一步包括：基于每个四象限模块的启动顺序优先级选出与所述工作重数数量相同的四象限模块，以及

从所述多个逆变模块中选出不少于所述工作重数数量的逆变模块进一步包括：基于每个逆变模块的启动顺序优先级选出不少于所述工作重数数量的逆变模块。

4.如权利要求3所述的控制方法，其特征在于，所述控制方法还包括：记录每个四象限模块的启动次数和每个逆变模块启动次数；以及

5.如权利要求4所述的控制方法，其特征在于，所述控制方法还包括：预设四象限模块和逆变模块每次启动后保持运行的最小持续时间；其中

确定每个四象限模块的启动顺序优先级和每个逆变模块的启动顺序优先级进一步包括：基于所述最小持续时间以及每个四象限模块的启动次数和每个逆变模块启动次数对应地确定每个四象限模块的启动顺序优先级和每个逆变模块的启动顺序优先级。

6.如权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述控制方法还包括：判断未处于物理上无法被启动的隔离状态的四象限模块的数量是否小于所述工作重数；其中

从所述多个四象限模块中选出与所述工作重数数量相等的四象限模块进一步包括：响应于所述未处于隔离状态的四象限模块的数量小于所述工作重数，调整所述工作重数为所述未处于隔离状态的四象限模块的数量。

7.如权利要求6所述的控制方法，其特征在于，响应于未处于隔离状态的四象限模块的数量小于调整前的工作重数，所述控制方法还包括：判断牵引所述列车的实时牵引功率是否小于所述未处于隔离状态的四象限模块能够提供的最大可供功率；其中

从所述多个逆变模块中选出不少于所述工作重数数量的逆变模块的步骤进一步包括：响应于所述实时牵引功率小于所述最大可供功率，从所述多个逆变模块中选出所有未处于隔离状态的逆变模块。

8.如权利要求7所述的控制方法，其特征在于，响应于所有未处于隔离状态的逆变模块被启动，所述控制方法还包括：判断所述实时牵引功率是否等于所述最大可供功率；其中

从所述多个逆变模块中选出不少于所述工作重数数量的逆变模块的步骤进一步包括：响应于所述实时牵引功率等于所述最大可供功率，从所述多个逆变模块中选出与调整后的工作重数数量相等的逆变模块。

9.如权利要求1-6中任一项所述的控制方法，其特征在于，每个四象限模块具有唯一对应的逆变模块，从所述多个逆变模块中选出不少于所述工作重数数量的逆变模块进一步包括：根据所选出的四象限模块对应地选出与所述工作重数数量相等的逆变模块。

10.如权利要求1-8中任一项所述的控制方法，其特征在于，所述牵引变流器还包括中间回路，所述多个四象限模块的输出端并联连接至所述中间回路，所述多个逆变模块的输入端并联连接自所述中间回路。

11.一种牵引变流器的控制装置，所述牵引变流器用以驱动列车运行，所述牵引变流器至少包括位于所述牵引变流器前端的多个四象限模块和位于所述牵引变流器后端的多个逆变模块，其特征在于，所述控制装置包括存储器和处理器，所述处理器被配置为：

启动被选出的四象限模块和逆变模块。

12.如权利要求11所述的控制装置，其特征在于，至少根据列车的牵引需求功率确定所述四象限模块的工作重数进一步包括：至少根据所述牵引需求功率和每个四象限模块的最大可发挥功率确定四象限模块的最小启动数量为所述工作重数。

13.如权利要求11所述的控制装置，其特征在于，从所述多个四象限模块中选出与所述工作重数数量相等的四象限模块进一步包括：基于每个四象限模块的启动顺序优先级选出与所述工作重数数量相同的四象限模块，以及

14.如权利要求13所述的控制装置，其特征在于，所述处理器还被配置为：记录每个四象限模块的启动次数和每个逆变模块启动次数；以及

15.如权利要求14所述的控制装置，其特征在于，所述处理器还被配置为：预设四象限模块和逆变模块每次启动后保持运行的最小持续时间；其中

16.如权利要求11所述的控制装置，其特征在于，所述处理器还被配置为：判断未处于物理上无法被启动的隔离状态的四象限模块的数量是否小于所述工作重数；其中

17.如权利要求16所述的控制装置，其特征在于，响应于未处于隔离状态的四象限模块的数量小于调整前的工作重数，所述处理器还被配置为：判断牵引所述列车的实时牵引功率是否小于所述未处于隔离状态的四象限模块能够提供的最大可供功率；其中

18.如权利要求17所述的控制装置，其特征在于，响应于所有未处于隔离状态的逆变模块被启动，所述处理器还被配置为：判断所述实时牵引功率是否等于所述最大可供功率；其中

19.如权利要求11-16中任一项所述的控制装置，其特征在于，每个四象限模块具有唯一对应的逆变模块，从所述多个逆变模块中选出不少于所述工作重数数量的逆变模块进一步包括：根据所选出的四象限模块对应地选出与所述工作重数数量相等的逆变模块。

20.如权利要求11-18中任一项所述的控制装置，其特征在于，所述牵引变流器还包括中间回路，所述多个四象限模块的输出端并联连接至所述中间回路，所述多个逆变模块的输入端并联连接自所述中间回路。

21.一种牵引系统，其特征在于，包括如权利要求19所述的控制装置和牵引变流器。

22.一种列车，其特征在于，包含如权利要求21所述的牵引系统。

23.一种牵引系统，其特征在于，包括如权利要求20所述的控制装置和牵引变流器。

24.一种列车，其特征在于，包含如权利要求23所述的牵引系统。

25.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1-10中任一项所述控制方法的步骤。