CN114024307A - 一种轨道交通车辆及其多流制转换控制方法与系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种轨道交通车辆及其多流制转换控制方法与系统，通过牵引变流器内部的传感器模块对接触网的电网状态信号进行采集，通过中央控制单元对牵引变压器的绕组状态和接触网供电模式进行实时监控和对比分析、处理，并在不一致时控制切换开关切换，实现牵引变压器绕组状态的改变，从而实现列车供电模式的切换，具有安全可靠、容易实现、推广应用方便的优点；该方法在不改动牵引变流器的情况下，通过增加切换开关和逻辑控制实现，减少了牵引变流器整改及重新开发的成本；另外，本发明在判断牵引变压器的绕组状态与列车供电模式一致后，直接闭合主断路器，减少了切换开关的操作次数和故障发生率，保证了切换开关的可靠性和机械寿命。

Description

一种轨道交通车辆及其多流制转换控制方法与系统

技术领域

本发明属于列车供电技术领域，尤其涉及一种轨道交通车辆及其多流制转换控制方法与系统。

背景技术

随着轨道交通行业的迅猛发展，列车运行速度越来越高，列车跨地区及跨国家运行的需求越来越多。由于不同国家或不同地区的轨道交通线路供电制式不同，为了使列车能够灵活运行于这些不同供电制式的供电区，大多会采用多流制列车，通过切换牵引主电路的供电模式来满足不同供电制式的供电需求。如何对不同供电制式准确识别并安全可靠的切换至对应的主电路模式是要解决的多流制列车关键技术之一。

目前，多流制切换的手段有两种：一种是通过司机人为确认供电制式，然后手动选择开关进行切换，该方法必须依赖操作人员，灵活性不够，对操作人员的要求较高，且存在一定的安全隐患；另一种是外部增加一套供电制式识别装置，该识别装置与供电区域的边界区域标志互相配合，例如以图像识别的方式得到供电制式的切换信号，牵引系统根据切换信号切换供电模式(例如，授权公告号为CN213402469U，名称为一种双流制车辆直流切换标识系统及交直流切换系统的实用新型专利，通过获取转换区域标识来得到切换信号，根据切换信号进行供电制式的切换)，该方法实用性不高，需要在地面增加各种标识以及在车辆上增加识别装置，同时还产生了额外的安装空间和成本。

发明内容

本发明的目的在于提供一种轨道交通车辆及其多流制转换控制方法与系统，以解决现有的人工切换手段灵活性不够，对操作人员的要求较高，存在安全隐患的问题，以及识别切换手段实用性不高，需增加标识和装置，增加空间和成本的问题。

本发明是通过如下的技术方案来解决上述技术问题的：一种轨道交通车辆多流制转换控制方法，在牵引变压器与牵引变流器之间设置切换开关，或在牵引变压器内部设置切换开关；所述控制方法包括以下步骤：

步骤1：通过牵引系统中与接触网连接的传感器模块获取接触网的电网状态信号；

步骤2：每个所述牵引变流器根据对应的电网状态信号确定接触网的供电模式，并将所述供电模式发送给中央控制单元；

步骤3：中央控制单元根据所有牵引变流器发送的供电模式最终确定接触网的供电模式；

步骤4：中央控制单元判断所述牵引变压器的绕组状态与所述步骤3最终确定的接触网供电模式是否一致，如果不一致，则转入步骤5；否则转入步骤9；

步骤5：中央控制单元根据最终确定的接触网供电模式向所述切换开关发出网压转换指令；

步骤6：根据所述网压转换指令控制所述切换开关动作，控制牵引变压器的牵引绕组转换；

步骤7：中央控制单元再次判断所述牵引变压器的绕组状态与所述步骤3最终确定的接触网供电模式是否一致，如果不一致，则转入步骤8；否则转入步骤9；

步骤8：禁止主断路器闭合，并在HMI显示故障；

步骤9：控制主断路器闭合，供电模式转换完成。

本发明中，通过牵引变流器内部的传感器模块对接触网的电网状态信号进行采集，通过中央控制单元对牵引变压器的绕组状态和接触网供电模式进行实时监控和对比分析、处理，并在不一致时控制切换开关切换，实现牵引变压器绕组状态的改变，从而实现列车供电模式的切换，具有安全可靠、容易实现、推广应用方便的优点；该方法在不改动牵引变流器的情况下，通过增加切换开关和逻辑控制实现，减少了牵引变流器整改及重新开发的成本；另外，本发明在判断牵引变压器的绕组状态与列车供电模式(即接触网供电模式)一致后，直接闭合主断路器，减少了切换开关的操作次数，也相应减少了故障发生率，保证了切换开关的可靠性和机械寿命。

进一步地，所述切换开关为隔离开关。

进一步地，所述电网状态信号包括电网电压幅值和电网电压频率。

进一步地，所述步骤3中，当所有牵引变流器发送的供电模式均一致时，中央控制单元最终确定该所有牵引变流器所发送的供电模式为接触网的供电模式；

当超过一半以上的牵引变流器发送的供电模式一致时，中央控制单元最终确定该超过一半以上的牵引变流器所发送的供电模式为接触网的供电模式；

当一半的牵引变流器发送的供电模式一致，一半的牵引变流器发送的供电模式不一致时，禁止主断路器闭合，并在HMI显示网压异常故障。

进一步地，所述步骤3中，当某个牵引变流器通信异常或故障切除时，中央控制单元根据正常工作的所有牵引变流器发送的供电模式最终确定接触网的供电模式；

当正常工作的所有牵引变流器发送的供电模式一致时，中央控制单元最终确定该正常工作的所有牵引变流器所发送的供电模式为接触网的供电模式；否则禁止主断路器闭合，并在HMI显示网压异常故障。

进一步地，所述控制方法还包括：当主断路器闭合后，如果中央控制单元实时监测到所述牵引变压器的绕组状态与接触网的供电模式不一致，则控制主断路器断开，并在HMI显示故障。

本发明还提供一种轨道交通车辆多流制转换控制系统，包括：

设于接触网与每个牵引变流器之间的电压互感器，所述电压互感器用于将接触网的高电压转换成低电压；

嵌于所述牵引变流器内部的传感器模块，所述传感器模块用于检测所述低电压的网压同步信号，进而获取接触网的电网状态信号；

所述牵引变流器，用于根据所述电网状态信号确定接触网的供电模式，并将所述供电模式发送给中央控制单元；

所述中央控制单元，用于根据所有牵引变流器发送的供电模式最终确定接触网的供电模式；判断所述牵引变压器的绕组状态与最终确定的接触网供电模式是否一致，如果不一致，则根据最终确定的接触网供电模式向所述切换开关发出网压转换指令，并在牵引绕组转换后再次判断所述牵引变压器的绕组状态与最终确定的接触网供电模式是否一致，当不一致时，禁止主断路器闭合，并在HMI显示故障，当一致时，控制主断路器闭合；

如果一致，则控制主断路器闭合；

设于牵引变压器与所述牵引变流器之间，或设于牵引变压器内部的切换开关，所述切换开关用于根据所述网压转换指令动作，控制牵引变压器的牵引绕组转换；

设于接触网与牵引变压器之间的主断路器，所述主断路器用于在所述中央控制单元的控制下断开或闭合。

本发明还提供一种轨道交通车辆，包括如上所述的多流制转换控制系统。

有益效果

与现有技术相比，本发明的优点在于：

本发明所提供的一种轨道交通车辆及其多流制转换控制方法与系统，通过牵引变流器内部的传感器模块对接触网的电网状态信号进行采集，通过中央控制单元对牵引变压器的绕组状态和接触网供电模式进行实时监控和对比分析、处理，并在不一致时控制切换开关切换，实现牵引变压器绕组状态的改变，从而实现列车供电模式的切换，具有安全可靠、容易实现、推广应用方便的优点；该方法在不改动牵引变流器的情况下，通过增加切换开关和逻辑控制实现，减少了牵引变流器整改及重新开发的成本；另外，本发明在判断牵引变压器的绕组状态与列车供电模式(即接触网供电模式)一致后，直接闭合主断路器，减少了切换开关的操作次数和故障发生率，保证了切换开关的可靠性和机械寿命。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一个实施例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例中常规多流制列车的牵引系统的主电路原理图；

图2是本发明实施例中一种轨道交通车辆多流制转换控制方法流程图。

其中，1-牵引变流器，2-牵引变压器，3-主断路器，4-电压互感器，5-牵引电机。

具体实施方式

下面结合本发明实施例中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

下面以具体地实施例对本申请的技术方案进行详细说明。下面这几个具体的实施例可以相互结合，对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例不再赘述。

本申请通过每个牵引变流器1自带的传感器模块检测电网电压来判断接触网的供电模式，并通过中央控制单元对牵引变压器2的绕组状态与接触网的供电模式进行一致性判断，进而进行切换开关S1～S4的保持或切换操作。

常规多流制列车的牵引系统的主电路原理图如图1所示，主要特点有：牵引变压器2在牵引绕组输出侧设置分抽头方式，保证在不同网压供电模式下牵引绕组输出电压幅值一致。本发明主要针对牵引变压器2牵引绕组进行相应的转换控制，保证在不同供电模式工况下，牵引变压器2输出电压一致。不同供电模式对应的牵引变压器2的切换开关S1～S4的状态如下：

25kV供电模式：S2、S4闭合，S2.1、S4.1断开；

15kV供电模式：S2.1、S4.1闭合，S2、S4断开。

如图2所示，本实施例所提供的一种轨道交通车辆多流制转换控制方法，在牵引变压器2与牵引变流器1之间设置切换开关S1～S4，或在牵引变压器2内部设置切换开关S1～S4(如图1所示)。该控制方法包括以下步骤：

步骤1：通过牵引系统中与接触网连接的传感器模块获取接触网的电网状态信号。

在列车升弓后，牵引系统中牵引变流器1内部的传感器模块实时获取接触网的电网状态信息，获取电网状态信号的动作持续执行，不会因为执行后续操作步骤而停止。

本实施例中，电网状态信号包括电网电压幅值和电网电压频率，根据电网电压频率

步骤2：每个所述牵引变流器1根据对应的电网状态信号确定接触网的供电模式，并将所述供电模式发送给中央控制单元。

本实施例中，电网状态信号包括电网电压幅值和电网电压频率，根据电网电压频率即可判断当前接触网的供电模式，例如电网电压频率为50Hz时，当前接触网的电网电压为25kV，电网电压频率为16.7Hz时，当前接触网的电网电压为15kV。

步骤3：中央控制单元根据所有牵引变流器1发送的供电模式最终确定接触网的供电模式。

中央控制单元接收到所有牵引变流器1发送的供电模式，并根据这些供电模式最终确定当前接触网的供电模式，具体判断为：

当所有牵引变流器1发送的供电模式均一致时，中央控制单元最终确定该所有牵引变流器1所发送的供电模式为接触网的供电模式；

当超过一半以上的牵引变流器1发送的供电模式一致时，中央控制单元最终确定该超过一半以上的牵引变流器1所发送的供电模式为接触网的供电模式；

当一半的牵引变流器1发送的供电模式一致，一半的牵引变流器1发送的供电模式不一致时，禁止主断路器3闭合，并在HMI显示网压异常故障。

本实施例中，当某个牵引变流器1通信异常或故障切除时，中央控制单元根据剩余的正常工作的所有牵引变流器1发送的供电模式最终确定接触网的供电模式；当正常工作的所有牵引变流器1发送的供电模式一致时，中央控制单元最终确定该正常工作的所有牵引变流器1所发送的供电模式为接触网的供电模式；否则禁止主断路器3闭合，并在HMI显示网压异常故障。

步骤4：中央控制单元判断牵引变压器2的绕组状态与步骤3最终确定的接触网供电模式是否一致，如果不一致，则转入步骤5；否则转入步骤9。

牵引变压器2的绕组状态与当前接触网供电模式一致，则无需进行供电模式的切换，即切换开关S1～S4保持；否则切换开关S1～S4切换，改变供电模式。

步骤5：中央控制单元根据最终确定的接触网供电模式向切换开关S1～S4发出网压转换指令。

步骤6：根据网压转换指令控制切换开关S1～S4动作，控制牵引变压器2的牵引绕组转换。

切换牵引系统的接触网供电模式，主要是切换牵引变压器2内部的切换开关S1～S4，这种切换并不会直接导通接触网和牵引系统，是否导通由主断路器3决定，即图1中的HVB，直至步骤8完成前，主断路器3始终保持断开，只有步骤8完成后，列车才可考虑闭合主断路器3，由接触网向牵引系统供电。

通过对切换开关S1～S4的控制，可以在不同的弓网供电制式下将牵引变压器2原边的网压转换到副边输出时保持一致，使输入给牵引变流器1的交流电压相同，从而实现同一牵引变流器1可应用不同的电网供电制式，使牵引变流器1控制相对简单。

步骤7：中央控制单元再次判断牵引变压器2的绕组状态与所述步骤3最终确定的接触网供电模式是否一致，如果不一致，则转入步骤8；否则转入步骤9。

步骤8：禁止主断路器3闭合，并在HMI显示故障。

当网压转换指令发出后，牵引变压器2的绕组状态与接触网供电模式还不一致时，说明部分切换开关S1～S4故障，无法匹配接触网供电模式，此时中央控制单元触发逻辑保护，禁止主断路器3闭合，以保护后续的牵引变流器1。

步骤9：控制主断路器3闭合，供电模式转换完成。

在首次判断牵引变压器2牵引绕组状态与接触网的供电模式一致时，直接控制主断路器3闭合，中央控制单元无需再发送网压转换指令给切换开关S1～S4，保证了切换开关S1～S4的可靠性和寿命，减少了故障的发生。

列车已经处于某一电网供电模式下，且列车主断路器3已经闭合，此时中央控制单元对牵引变压器2牵引绕组和接触网电网供电模式进行监控，如果出现接触网电压异常状态，如网压制式已经转换，则需要暂时断开主断路器3进行保护，再在合适的时候闭合，提高安全性。

如图1所示，本实施例还提供一种轨道交通车辆多流制转换控制系统，包括电压互感器4、牵引变流器1、嵌于牵引变流器1内部的传感器模块、牵引变压器2、设于牵引变压器2内部或设于牵引变压器2与牵引变流器1之间的切换开关S1～S4、主断路器3以及中央控制单元。

电压互感器4设于接触网与每个牵引变流器1之间，且用于将接触网的高电压转换成低电压，避免接触网网压过高损坏传感器模块。

传感器模块用于检测低电压的网压同步信号，进而获取接触网的电网状态信号；电网状态信号包括电网电压幅值和电网电压频率。

牵引变流器1，用于根据电网状态信号确定接触网的供电模式，并将供电模式发送给中央控制单元。

中央控制单元，用于根据所有牵引变流器1发送的供电模式最终确定接触网的供电模式；判断所述牵引变压器2的绕组状态与最终确定的接触网供电模式是否一致，如果不一致，则根据最终确定的接触网供电模式向所述切换开关S1～S4发出网压转换指令，并在牵引绕组转换后再次判断所述牵引变压器2的绕组状态与最终确定的接触网供电模式是否一致，当不一致时，禁止主断路器3闭合，并在HMI显示故障，当一致时，控制主断路器3闭合；

如果一致，则控制主断路器3闭合。

切换开关S1～S4用于根据所述网压转换指令动作，控制牵引变压器2的牵引绕组转换。

主断路器3设于接触网与牵引变压器2之间，且用于在所述中央控制单元的控制下断开或闭合。

本实施例中，切换开关S1～S4与变流器串联，且在变流器外部，由中央控制单元进行控制，使得切换开关S1～S4的位置灵活，既可以嵌入牵引变压器2内部，又可以设于牵引变压器2与牵引变流器1之间，且无需对牵引变流器1进行较大的改变。

以上所揭露的仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或变型，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种轨道交通车辆多流制转换控制方法，其特征在于，在牵引变压器与牵引变流器之间设置切换开关，或在牵引变压器内部设置切换开关；所述控制方法包括以下步骤：

步骤1：通过牵引系统中与接触网连接的传感器模块获取接触网的电网状态信号；

步骤2：每个所述牵引变流器根据对应的电网状态信号确定接触网的供电模式，并将所述供电模式发送给中央控制单元；

步骤3：中央控制单元根据所有牵引变流器发送的供电模式最终确定接触网的供电模式；

步骤4：中央控制单元判断所述牵引变压器的绕组状态与所述步骤3最终确定的接触网供电模式是否一致，如果不一致，则转入步骤5；否则转入步骤9；

步骤5：中央控制单元根据最终确定的接触网供电模式向所述切换开关发出网压转换指令；

步骤6：根据所述网压转换指令控制所述切换开关动作，控制牵引变压器的牵引绕组转换；

步骤7：中央控制单元再次判断所述牵引变压器的绕组状态与所述步骤3最终确定的接触网供电模式是否一致，如果不一致，则转入步骤8；否则转入步骤9；

步骤8：禁止主断路器闭合，并在HMI显示故障；

步骤9：控制主断路器闭合，供电模式转换完成。

2.如权利要求1所述的轨道交通车辆多流制转换控制方法，其特征在于，所述切换开关为隔离开关。

3.如权利要求1所述的轨道交通车辆多流制转换控制方法，其特征在于，所述电网状态信号包括电网电压幅值和电网电压频率。

4.如权利要求1所述的轨道交通车辆多流制转换控制方法，其特征在于，所述步骤3中，当所有牵引变流器发送的供电模式均一致时，中央控制单元最终确定该所有牵引变流器所发送的供电模式为接触网的供电模式；

当超过一半以上的牵引变流器发送的供电模式一致时，中央控制单元最终确定该超过一半以上的牵引变流器所发送的供电模式为接触网的供电模式；

当一半的牵引变流器发送的供电模式一致，一半的牵引变流器发送的供电模式不一致时，禁止主断路器闭合，并在HMI显示网压异常故障。

5.如权利要求1所述的轨道交通车辆多流制转换控制方法，其特征在于，所述步骤3中，当某个牵引变流器通信异常或故障切除时，中央控制单元根据正常工作的所有牵引变流器发送的供电模式最终确定接触网的供电模式；

当正常工作的所有牵引变流器发送的供电模式一致时，中央控制单元最终确定该正常工作的所有牵引变流器所发送的供电模式为接触网的供电模式；否则禁止主断路器闭合，并在HMI显示网压异常故障。

6.如权利要求1～5中任一项所述的轨道交通车辆多流制转换控制方法，其特征在于，还包括：当主断路器闭合后，如果中央控制单元实时监测到所述牵引变压器的绕组状态与接触网的供电模式不一致，则控制主断路器断开，并在HMI显示故障。

7.一种轨道交通车辆多流制转换控制系统，其特征在于，包括：

设于接触网与每个牵引变流器之间的电压互感器，所述电压互感器用于将接触网的高电压转换成低电压；

嵌于所述牵引变流器内部的传感器模块，所述传感器模块用于检测所述低电压的网压同步信号，进而获取接触网的电网状态信号；

所述牵引变流器，用于根据所述电网状态信号确定接触网的供电模式，并将所述供电模式发送给中央控制单元；

所述中央控制单元，用于根据所有牵引变流器发送的供电模式最终确定接触网的供电模式；判断所述牵引变压器的绕组状态与最终确定的接触网供电模式是否一致，如果不一致，则根据最终确定的接触网供电模式向切换开关发出网压转换指令，并在牵引绕组转换后再次判断所述牵引变压器的绕组状态与最终确定的接触网供电模式是否一致，当不一致时，禁止主断路器闭合，并在HMI显示故障，当一致时，控制主断路器闭合；

如果一致，则控制主断路器闭合；

设于牵引变压器与所述牵引变流器之间，或设于牵引变压器内部的切换开关，所述切换开关用于根据所述网压转换指令动作，控制牵引变压器的牵引绕组转换；

设于接触网与牵引变压器之间的主断路器，所述主断路器用于在所述中央控制单元的控制下断开或闭合。

8.一种轨道交通车辆，其特征在于，包括如权利要求7所述的多流制转换控制系统。

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