CN114977484A - 贯通同相牵引供电变流站级控制系统 - Google Patents

贯通同相牵引供电变流站级控制系统 Download PDF

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CN114977484A CN202210420448.3A CN202210420448A CN114977484A CN 114977484 A CN114977484 A CN 114977484A CN 202210420448 A CN202210420448 A CN 202210420448A CN 114977484 A CN114977484 A CN 114977484A
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魏应冬
林云志
李笑倩
李增勤
李明睿
郭旭
李子明
李伟瑞
陆超
袁志昌
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Tsinghua University
Third Engineering Co Ltd of China Railway Electrification Engineering Group Co Ltd
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China Railway Electric Industries Co ltd
Tsinghua University
Third Engineering Co Ltd of China Railway Electrification Engineering Group Co Ltd
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Abstract

本申请公开了一种贯通同相牵引供电变流站级控制系统，包括：数据采集与处理模块将变流器的电气数据进行处理得到变流器的电气量；模式判别模块根据系统级控制指令和电气量确定变流器的牵引网侧的目标控制模式；公网侧控制模块根据电气量对变流器的公网侧进行控制，输出变流器的公网侧的第一调制波；牵引网侧控制模块控制变流器的牵引网侧进入目标控制模式后，根据电气量对变流器的牵引网侧进行控制，输出变流器的牵引网侧的第二调制波；顺序控制模块判别变流站的运行状态，根据变流站的启停流程控制变流站运行；调制模块根据两个调制波生成触发脉冲，进而生成阀基控制信号。由此，实现了贯通同相牵引供电变流站级控制。

Description

贯通同相牵引供电变流站级控制系统
技术领域
本申请涉及供电系统控制技术领域，特别涉及一种贯通同相牵引供电变流站级控制系 统。
背景技术
铁路(轨道交通)牵引供电系统是电气化铁路和城市轨道交通系统的能源入 口，对其运行的安全稳定性和经济性至关重要。我国高速、重载铁路以及城际快 速轨道交通的牵引供电系统，均采用“单相50Hz交流+单边供电”制式，每间隔 10～30km须设置“电分相”无电区，现行牵引供电制式的“电分相”始终制约我国电 气化铁路的安全、可靠、高效、高品质运行，解决该问题的核心是同相牵引供电 技术。
同相牵引供电技术可分为准同相牵引供电技术、虚拟同相牵引供电技术和贯通同相牵 引供电技术三大类。贯通同相牵引供电技术是双边牵引供电制式，主要依靠静止功率转换 器(Static Power Converter，SPC)的交交变换，实现三相外部电网与单相牵引电网的功率 转换，其基本特点为：
1)完全取消电分相，实现真正同相供电，机车在接触网运行全过程无需过分相操作， 安全可靠，无速度损失；
2)确保外部电力系统三相系统平衡，无需动态无功补偿，谐波达标；
3)三相电网与牵引系统完全解耦，几乎互不影响、电网故障穿越能力强；
4)牵引变压器容量利用率高，牵引站固定容量和运行费用降低；
5)外部的电源短路容量要求低、降低开关设备造价、电网适应能力强；
6)实现双边供电，供电能力强，有利于增大牵引站间距，稳定接触网电压，有效提高 供电可靠性；
7)牵引系统故障电流限制，接触网短路时电流迅速限制在额定值以内，降低接地及连 接机构造价；
8)制动能量可控地减少回馈至三相系统，充分利用制动能量，可节省牵引能量10％～20％；
北京轨道交通新机场线正构建单相、工频50Hz、标称电压为25kV的交流电气化铁路 全贯通同相牵引供电系统，将外部电力系统与牵引网供电臂通过静止功率转换器全面解耦。
相关技术的技术方案主要针对SPC装置的具体控制方法，只有贯通同相牵引供电系统 的架构与控制方法，或变流器公网侧、牵引网侧具体的控制方法，缺少针对贯通同相牵引 供电变流站级控制系统的技术方案，亟待解决。
发明内容
本申请提供一种贯通同相牵引供电变流站级控制系统，以实现贯通同相牵引供电变流 站级控制。
本申请第一方面实施例提供一种贯通同相牵引供电变流站级控制系统，包括：数据采 集与处理模块，用于实时采集变流器的电气数据，并对所述电气数据进行处理，得到所述 变流器的电气量；模式判别模块，用于根据系统级控制指令和所述电气量确定所述变流器 的牵引网侧的目标控制模式；公网侧控制模块，用于根据所述电气量对所述变流器的公网 侧进行控制，输出所述变流器的公网侧的第一调制波；牵引网侧控制模块，用于控制所述 变流器的牵引网侧进入所述目标控制模式后，根据所述电气量对所述变流器的牵引网侧进 行控制，输出所述变流器的牵引网侧的第二调制波；顺序控制模块，用于判别变流站的运 行状态，根据所述变流站的启停流程启动或停止所述变流站运行；调制模块，用于对所述 变流器的公网侧的第一调制波和所述变流器的牵引网侧的第二调制波进行调制，生成触发 脉冲，并由所述触发脉冲生成阀基控制信号。
可选地，在本申请的一个实施例中，所述牵引网侧控制模块，包括：交流电压和频率 控制单元，用于控制所述变流器的牵引网侧输出设定的交流电压，实现站内多台变流器的 灵活均流；交流电流和频率控制单元，用于控制所述变流器的牵引网侧输出设定的交流电 流；有功/无功功率控制单元，用于控制所述变流器的牵引网侧输出设定的有功、无功功率； 输出单元，用于根据所述模式判别模块确定的所述目标控制模式，选择所述交流电压和频 率控制单元、所述交流电流和频率控制单元和所述有功/无功功率控制单元中的一个，进行 所述变流器的牵引网侧的控制，以输出所述变流器的牵引网侧的第二调制波。
可选地，在本申请的一个实施例中，所述牵引网侧控制模块，还包括：有源滤波功能 单元，用于抑制机车特征次谐波；有源阻尼功能单元，用于防止接触网系统振荡。
可选地，在本申请的一个实施例中，所述模式判别模块进一步用于，根据所述电气量 判断系统发生接触网短路故障时，确定所述变流器的牵引网侧的所述目标控制模式为交流 电流和频率控制模式，在判断所述系统未发生所述接触网短路故障时，确定所述变流器的 牵引网侧的所述目标控制模式为所述系统级控制指令中的控制模式。
可选地，在本申请的一个实施例中，所述模式判别模块进一步用于，在所述变流器的 输出侧电流大于阈值电流，且大于所述阈值电流的持续时间大于第一预设时长，判定所述 系统发生接触网短路故障；在所述变流器的输出电压大于阈值电压，且大于所述阈值电压 的持续时长大于第二预设时长时，判定所述系统的接触网短路故障已切除。
可选地，在本申请的一个实施例中，所述模式判别模块进一步用于，在交流电压和频 率控制模式下变流站功率达到站内设备的总容限时，确定所述变流器的牵引网侧的所述目 标控制模式为有功/无功功率控制模式，在收到所述系统级控制下发的恢复指令后，确定所 述变流器的牵引网侧的所述目标控制模式回到所述交流电压和频率控制模式。
可选地，在本申请的一个实施例中，所述公网侧控制模块，包括：
直流电压控制单元，用于控制变流器阀组保持设定的直流电压；
无功功率控制单元，用于控制变流器公网侧输入设定的无功功率。
可选地，在本申请的一个实施例中，所述顺序控制模块，进一步用于，判别所述变流 站的运行状态，包括全站正常运行，部分变流器退出运行，全站退出运行；根据系统级控制顺控指令以及所述电气量，控制所述变流站的启停流程，生成所述变流站内断路器的动作信号，以及所述变流器的公网侧、所述变流器的牵引网侧功率器件的解闭锁信号。
本申请第二方面实施例提供一种贯通同相牵引供电变流站级控制方法，利用上述的贯 通同相牵引供电变流站级控制系统，该方法包括以下步骤：采集所述变流器的电气数据， 并对所述电气数据进行处理，得到所述变流器的电气量；根据系统级控制指令和所述电气 量确定所述变流器的牵引网侧的目标控制模式；根据系统级控制顺控指令以及所述电气量， 控制所述变流器的启停流程，生成所述变流器内断路器的动作信号，以及所述变流器的公 网侧、所述变流器的牵引网侧功率器件的解闭锁信号；根据所述电气量对所述变流器的公 网侧进行控制，输出所述变流器公网侧的第一调制波；控制所述变流器的牵引网侧进入所 述目标控制模式后，根据所述电气量对所述变流器的牵引网侧进行控制，输出所述变流器 牵引网侧的第二调制波；对所述变流器公网侧的第一调制波和所述变流器牵引网侧的第二 调制波进行调制，生成触发脉冲，并由所述触发脉冲生成阀基控制信号。
可选地，在本申请的一个实施例中，所述根据系统级控制指令和所述电气量确定所述 变流器的牵引网侧的目标控制模式，包括：根据所述电气量判断系统发生接触网短路故障 时，确定所述变流器的牵引网侧的所述目标控制模式为交流电流和频率控制模式，在判断 所述系统未发生所述接触网短路故障时，确定所述变流器的牵引网侧的所述目标控制模式 为所述系统级控制指令中的控制模式。
本申请的实施例通过实时采集变流器的电气数据，并对电气数据进行处理，得到变流 器的电气量，根据系统级控制指令和电气量确定变流器的牵引网侧的目标控制模式，根据 电气量对变流器的公网侧进行控制，输出变流器的公网侧的第一调制波，控制变流器的牵 引网侧进入目标控制模式后，根据电气量对变流器的牵引网侧进行控制，输出变流器的牵 引网侧的第二调制波，对变流器的公网侧的第一调制波和变流器的牵引网侧的第二调制波 进行调制，生成触发脉冲，并由触发脉冲生成阀基控制信号。由此，实现了贯通同相牵引 供电变流站级控制。
本申请附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明 显，或通过本申请的实践了解到。
附图说明
本申请上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和 容易理解，其中：
图1为贯通同相牵引供电变流站结构示意图；
图2为根据本申请实施例提供的贯通同相牵引供电变流站级控制系统结构示意图；
图3为根据本申请实施例提供的贯通同相牵引供电变流站级控制系统框架示意图；
图4为根据本申请实施例提供的贯通同相牵引供电变流站级控制系统牵引网侧控制模 式及切换条件示意图；
图5为根据本申请实施例提供的变流器公网侧控制框图；
图6为根据本申请实施例提供的变流器牵引网侧交流电压和频率控制框图；
图7为根据本申请实施例提供的变流器牵引网侧交流电流和频率控制框图；
图8为根据本申请实施例提供的变流器牵引网侧有功/无功功率控制框图；
图9为根据本申请实施例提供的一种贯通同相牵引供电变流站的启停流程图；
图10为根据本申请实施例提供的一种贯通同相牵引供电变流站级控制方法的流程图。
附图标记：数据采集与处理模块-100、模式判别模块-200、公网侧控制模块-300、牵引 网侧控制模块-400、交流电压和频率控制单元-401、交流电流和频率控制单元-402、有功/ 无功功率控制单元-403、输出单元-404、顺序控制模块-500、调制模块-600。
具体实施方式
下面详细描述本申请的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同 或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描 述的实施例是示例性的，旨在用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。
相关技术中，只有贯通同相牵引供电系统的架构与控制方法，或变流器公网侧、牵引 网侧具体的控制方法，缺少针对贯通同相牵引供电变流站级控制系统的技术方案，本申请 的技术方案针对贯通同相牵引供电变流站级控制系统，如图1所示，展示了一种贯通同相 牵引供电变流站结构。在图1中，贯通同相牵引供电变流站，包括一个三相常规接线第一牵引变压器T1，一个三相常规接线第二牵引变压器T2，一个或多个并联的变流器和若干 开关。采用A、B、C表示公共交流电网三相中各相序，其中A相超前于B相120°、A相 滞后于C相120°。贯通同相牵引供电变电站内各元件的连接关系为：牵引变压器T1、T2 的原边端口经三相断路器106、107分别接入同步公共交流电网A、B、C三相，副边端口 分别通过三相断路器60GT、70GT接入站内交流母线Ac、Bc、Cc；各变流器的输入端口 分别接入Ac、Bc、Cc，一个输出端口接入牵引母线T-bus，另一个输出端口接入牵引站内 集中接地端；牵引母线T-bus经单相断路器60G接入接触网T，铁轨经回流线接入集中接 地端，集中接地端接入大地地网。
下面根据贯通同相牵引供电变流站结构介绍实施例的贯通同相牵引供电变流站级控制 系统。
具体而言，图2为根据本申请实施例提供的贯通同相牵引供电变流站级控制系统结构 示意图。图3为根据本申请实施例提供的贯通同相牵引供电变流站级控制系统框架示意图。
如图2和图3所示，该贯通同相牵引供电变流站级控制系统包括：数据采集与处理模 块100、模式判别模块200、公网侧控制模块300、牵引网侧控制模块400、顺序控制模块500和调制模块600。
可选地，站级变流器控制介于系统级控制与阀基控制之间，与其进行数据交换。
可选地，在本申请的实施例中，数据采集与处理模块100用于实时采集变流器的电气 数据，并对电气数据进行处理，得到变流器的电气量。
具体地，数据采集与处理模块100采集的电气量包括变流器输入电压uG1，输出电压uG3，输出变副边电流iHE1，滤波器电流iHE2，阀组直流电压uD等；对以上数据进行处理， 包括输入侧、输出侧单相电压锁相，输出侧瞬时功率计算和阀组电压平均值计算，得到输 入电压相位ωtrec，输出电压相位ωtinv，输出电流iT，输出有功功率Pinv，输出无功功率Qinv， 阀组电压平均值uDavr，其中Pinv、Qinv、iT上传到系统级控制。
可选地，在本申请的实施例中，模式判别模块200用于根据系统级控制指令和电气量 确定变流器的牵引网侧的目标控制模式。
具体地，模式判别模块200与数据采集与处理模块100相连接，可以判断牵引网侧控 制采用何种控制模式，可选的控制模式包括交流电压和频率控制模式(VF模式)、交流电流和频率控制模式(FCL模式)和有功/无功功率控制模式(PQ模式)。图4为根据本申请 实施例提供的贯通同相牵引供电变流站级控制系统牵引网侧控制模式及切换条件示意图。
可选地，在本申请的实施例中，模式判别模块200进一步用于，根据电气量判断系统 发生接触网短路故障时，确定变流器的牵引网侧的目标控制模式为交流电流和频率控制模 式，在判断系统未发生接触网短路故障时，确定变流器的牵引网侧的目标控制模式为系统 级控制指令中的控制模式。
作为一种可能实现的方式，在本申请的实施例中，在变流器的输出侧电流大于阈值电 流，且大于阈值电流的持续时间大于第一预设时长，判定系统发生接触网短路故障；在变 流器的输出电压大于阈值电压，且大于阈值电压的持续时长大于第二预设时长时，判定系 统的接触网短路故障已切除。
具体地，模式判别功能模块200从系统级控制接收模式指令，并根据输出侧电流iG9， 输出电压uG3判断系统是否发生接触网短路故障；若iG9大于阈值电流Iset，持续时间超过 Tset1，则判定系统发生了接触网短路故障，若uG3大于阈值电压Uset，持续时间超过Tset2，则判定接触网短路故障已切除；在系统接触网短路故障期间，牵引网侧控制模式固定为FCL控制，否则与系统级控制下发的模式指令相同。
可选地，在本申请的实施例中，模式判别模块200进一步用于，在交流电压和频率控 制模式下变流站功率达到站内设备的总容限时，确定变流器的牵引网侧的目标控制模式为 有功/无功功率控制模式，在收到系统级控制下发的恢复指令后，确定变流器的牵引网侧的 目标控制模式回到交流电压和频率控制模式。
可选地，在本申请的实施例中，公网侧控制模块300，用于根据电气量对变流器的公网 侧进行控制，输出变流器的公网侧的第一调制波。
具体地，公网侧控制模块300与数据采集与处理模块100相连接，可以实现变流器公 网侧的定直流电压/无功功率控制(UdcQ控制)，无功功率控制也可替换为功率因数校正、 交流电压控制等功能。
可选地，在本申请的实施例中，公网侧控制模块300，包括：
直流电压控制单元301，用于控制变流器阀组保持设定的直流电压；无功功率控制单元 302，用于控制变流器公网侧输入设定的无功功率。公网侧控制模块输入量包括输入电压 uG1，输入电压相位ωtrec，输出有功功率Pinv，阀组电流iHE，阀组直流电压uD，以及系统级控保下发的阀组直流电压参考值UD*和无功电流参考值Iqrec*，输出量为阀组公网侧调制波urec*。
在本申请的实施例中，公网侧控制采用双闭环控制结构，外环为直流电压与无功功率 控制，内环为静止坐标系下的阀组电流控制，控制结构如图5所示。外环直流电压控制方 面，阀组直流电压参考值UD*减去阀组直流电压uDx的滑动平均值，作为PI控制器的输入量，输出量经过限幅后与前馈电流Ip_fd相加，再限幅后得到有功电流参考值Iprec*；有功电流参考值Iprec*和无功电流参考值Iqrec*分别与输入电压uG1的正弦值sinωtrec、余弦值cosωtrec相乘，相加后减去阀组电流iHEx，得到内环PR控制器的输入；有功电流参考值Iprec*和无 功电流参考值Iqrec*分别与输入电压uG1的余弦值cosωtrec、正弦值sinωtrec相乘，再乘以公 网侧阻抗ωLrec，前者减去后者后得到电抗上的补偿电压uL；阀组公网侧电压电压uRec2减 去uL和PR控制器的输出，再除以阀组直流电压uDx，经限幅后得到阀组x公网侧调制波urecx*。闭锁信号BlkRec为0时公网侧闭锁，并将积分与PR环节清零。内环PR控制器包 含基频环节以消除电流控制的稳态误差，也可再加入其他频次的谐振环节以减小阀组电流 中的谐波含量。
前馈电流Ip_fd的计算公式如(1)所示，式中U2N_rec为阀组公网侧额定电压。
Figure BDA0003606598370000071
在实际执行过程中，本申请实施例的公网侧控制模块300还可加入其他控制功能，如 有源滤波功能，用于抑制公网侧谐波；有源阻尼功能，用于防止公网系统振荡，提高系统稳定性；低压穿越功能，用于在公网侧故障导致电压跌落时维持变流器运行等。
可选地，在本申请的实施例中，牵引网侧控制模块400，用于控制变流器的牵引网侧进 入目标控制模式后，根据电气量对变流器的牵引网侧进行控制，输出变流器的牵引网侧的 第二调制波。
具体地，牵引网侧控制模块400与数据采集与处理模块100和模式判别模块200相连 接，可以生成牵引网侧的调制波。
可选地，在本申请的实施例中，牵引网侧控制模块，包括：
交流电压和频率控制单元401，用于控制变流器的牵引网侧输出设定的交流电压，并且 实现站内多台变流器的灵活均流。交流电流和频率控制单元402，用于控制变流器的牵引 网侧输出设定的交流电流。有功/无功功率控制单元403，用于控制变流器的牵引网侧输出 设定的有功、无功功率。输出单元404，用于根据模式判别模块200确定的目标控制模式， 选择交流电压和频率控制单元、交流电流和频率控制单元和有功/无功功率控制单元中的一 个，进行变流器的牵引网侧的控制，以输出变流器的牵引网侧的第二调制波。
具体地，牵引网侧控制模块400包括交流电压和频率控制(VF控制)、交流电流和频率控制(FCL控制)、有功/无功功率控制(PQ控制)。VF控制可以控制变流器牵引网侧输 出指定的交流电压，其输入量包括输出电流iT，滤波器电流iHE2，输出电压uG3，以及系统 级控保下发的输出电压幅值指令值U*，输出电压相位指令值ωt*+θu*(相位基准来自GPS 或北斗卫星定位系统)，输出量为VF模式调制电压uvf’。VF模式下的站内灵活均流控制可 以控制牵引站内多台变流器按照其容限比例分配输出电流，其输入量为变流站内各台变流 器的输出电流iT，输出量为变流器灵活均流控制电压uavr，与uvf’相加得到最终的VF模式 调制电压uvf。FCL控制可以控制变流器牵引网侧输出指定的交流电流，其输入量包括输出 电流iT，滤波器电流iHE2，以及系统级控保下发的输出电流幅值指令值I*，输出电流相位 指令值ωt*+θi*(相位基准来自GPS或北斗卫星定位系统)，输出量为FCL模式调制电压 ufcl；PQ控制可以控制变流器牵引网侧输出指定的有功、无功功率，其输入量包括输出电 流iT，输出电压uG3，输出电压相位ωtinv，输出有功功率Pinv，输出无功功率Qinv，以及系 统级控保下发的输出有功功率指令值P*，输出无功功率指令值Q*，输出量为PQ模式调制 电压upq。根据模式判别功能模块200输出的目标控制模式，选择uvf、ufcl、upq中与之对应 的一个，得到变流器牵引网侧调制波uinv*。
在本申请的实施例中，VF控制采用双闭环控制结构，外环为交流电压控制，内环为电 流超前校正，控制结构如图6所示。外环交流电压控制方面，参考电压uTref＝U*sin(ωt*+θu*)， uTref减去实际值uG3得到电压误差uerr，经过限幅后作为基频和谐波抑制PR控制器的输入 量，基频PR控制器的输出量减去滤波器电流iHE2后作为内环PR控制器的输入。灵活均流 控制中，将变流器的输出电流参考值iavr*减去输出电流iT，再乘以比例系数kp，得到灵活均流控制电压uavr。将参考电压uTref作为前馈电压，其与内环PR控制器输出量，谐波抑制 PR控制器输出量，动态均流控制电压uavr之和作为VF模式的调制电压uvf。VF模式使能 信号Mode1Active为0时将PR环节清零。
在本申请的实施例中，FCL模式控制结构如图7所示。参考电流iFCL*＝I*sin(ωt*+θi*)， iFCL*减去实际输出电流iT，作为PR控制器的输入量。加入虚拟阻抗环节，滤波器电流经过 比例环节，与PR控制器输出量作差后经过限幅得到FCL模式的调制电压ufcl。FCL模式使 能信号Mode3Active为0时将PR环节清零。
在本申请的实施例中，PQ控制采用双闭环控制结构，外环为有功/无功功率控制，内 环为交流电流控制，控制结构如图8所示。外环有功功率控制方面，牵引网侧有功功率参考值P*减去实际值Pinv，作为有功PI控制器的输入量；P*乘以
Figure BDA0003606598370000081
再除以额定输出电压Ubase，作为有功功率控制的前馈量，与有功PI控制器的输出相加后，经限幅得到有功电流参考值ip_ref。类似的，外环无功功率控制方面，牵引网侧无功功率参考值Q*减去实际值Qinv，作 为无功PI控制器的输入量；Q*乘以
Figure BDA0003606598370000082
再除以额定输出电压Ubase，作为无功功率控制的前 馈量，与无功PI控制器的输出相加后，经限幅后乘以-1得到无功电流参考值iq_ref。将ip_ref，iq_ref作为x、y坐标，转换至极坐标后对其幅值进行限幅，再转换回x、y坐标后得到实际 的有功、无功电流参考值ipref、iqref。ipref、iqref分别乘以输出电压的正弦值、余弦值，相加 后得到输出电流参考值iTref，减去实际输出电流iT后作为内环电流PR控制器的输入量；ipref、iqref分别乘以输出电压的余弦值、正弦值，再乘以逆变侧阻抗ωLinv，得到补偿电压，加上PR控制器的输出和前馈电压uG3，得到PQ模式的调制电压upq。PQ模式使能信号Mode2Active为0时将PR环节清零。
在实际执行过程中，本申请实施例的牵引网侧控制模块400，还包括：
有源滤波功能单元，用于抑制机车特征次谐波；
有源阻尼功能单元，用于防止接触网系统振荡。
具体地，牵引网侧控制模块还可加入其他控制功能，如有源滤波功能，用于抑制机车 特征次谐波；有源阻尼功能，用于防止接触网系统振荡，提高系统稳定性等。
如站内变流器采用模块化多电平变流器(MMC)拓扑结构，公网侧控制模块300与牵引网侧控制模块400还应加入模块电压均衡、相间能量均衡、上下桥臂能量均衡、环流抑 制等控制功能。
可选地，在本申请的实施例中，顺序控制模块500，用于判别变流站的运行状态，根据 变流站的启停流程启动或停止变流站运行。
进一步地，顺序控制模块500，具体用于，判别变流站的运行状态，包括全站正常运行， 部分变流器退出运行，全站退出运行；根据系统级控制顺控指令以及电气量，控制变流站 的启停流程，生成变流站内断路器的动作信号，以及变流器的公网侧、变流器的牵引网侧 功率器件的解闭锁信号。
具体地，顺序控制模块500与数据采集与处理模块100相连接，用于控制变流站的启 停流程。图9为根据本申请实施例提供的一种贯通同相牵引供电变流站的启停流程图。如 图9所示，接触网不带电时的启动流程包括：下发启动指令，根据断路器106/107状态投切开关柜，操作三工位开关，断路器60GT/70GT合闸，变流器公网侧脉冲解锁，断路器60G 合闸，变流器牵引网侧脉冲解锁，并网运行。在接触网带电时，则先牵引网侧脉冲解锁建 立电压，再控制断路器60G同期合闸。停机流程包括：下发停机指令，变流器牵引网侧、 公网侧脉冲闭锁，分断当前的公网侧断路器60GT/70GT，分断断路器60G，操作三工位开 关，停机完成。变流站中部分变流器启动或停机时，只需进行对应变流器脉冲解闭锁和变 流器内部断路器合闸或分断，不需完成全部启停流程。顺序控制模块500输入量包括阀组 电压平均值uDavr，以及系统级控制下发的顺控指令，输出量包括变流器解闭锁信号，以及 下发给阀基控制的I/O指令。
可选地，在本申请的实施例中，调制模块600，用于对变流器的公网侧的第一调制波和 变流器的牵引网侧的第二调制波进行调制，生成触发脉冲，并由触发脉冲生成阀基控制信 号。
具体地，调制模块600与公网侧控制模块300、牵引网侧控制模块400和顺序控制模块 500相连接，用于对公网侧、牵引网侧的调制波进行调制，输入量包括变流器解闭锁信号， 公网侧调制波urec*，牵引网侧调制波uinv*，输出量为触发脉冲，下发给阀基控制。
根据本申请实施例提出的贯通同相牵引供电变流站级控制系统，给出了适用于贯通同 相牵引供电变流站级控制系统的完整技术方案，包括数据采集与处理、顺序控制、模式判 别、公网侧与牵引网侧控制、调制的完整流程，在实现三相外部电网与单相牵引电网的功 率转换的基础上，可根据系统不同的运行工况切换适合的运行模式，还可实现无功补偿、 有源滤波、有源阻尼等多种附加功能，充分发挥贯通同相牵引供电系统的安全稳定性和经 济性优势。
其次参照附图描述根据本申请实施例提出的贯通同相牵引供电变流站级控制方法。
图10为根据本申请实施例提供的一种贯通同相牵引供电变流站级控制方法的流程图。
如图10所示，贯通同相牵引供电变流站级控制方法利用上述实施例的贯通同相牵引供 电变流站级控制系统，该方法包括以下步骤：
步骤S101，采集变流器的电气数据，并对电气数据进行处理，得到变流器的电气量。
步骤S102，根据系统级控制指令和电气量确定变流器的牵引网侧的目标控制模式。
可选地，在本申请的实施例中，根据系统级控制指令和电气量确定变流器的牵引网侧 的目标控制模式，包括：根据电气量判断系统发生接触网短路故障时，确定变流器的牵引 网侧的目标控制模式为交流电流和频率控制模式，在判断系统未发生接触网短路故障时， 确定变流器的牵引网侧的目标控制模式为系统级控制指令中的控制模式。
可选地，在本申请的实施例中，根据电气量判断系统是否发生接触网短路故障，包括： 在变流器的输出侧电流大于阈值电流，且大于阈值电流的持续时间大于第一预设时长，判 定系统发生接触网短路故障；在变流器的输出电压大于阈值电压，且大于阈值电压的持续 时长大于第二预设时长时，判定系统的接触网短路故障已切除。
步骤S103，根据系统级控制顺控指令以及电气量，控制变流站的启停流程，生成变流 站内断路器的动作信号，以及变流器的公网侧、变流器的牵引网侧功率器件的解闭锁信号。
步骤S104，根据电气量对变流器的公网侧进行控制，输出变流器公网侧的第一调制波。
步骤S105，控制变流器的牵引网侧进入目标控制模式后，根据电气量对变流器的牵引 网侧进行控制，输出变流器牵引网侧的第二调制波。
步骤S106，对变流器公网侧的第一调制波和变流器牵引网侧的第二调制波进行调制， 生成触发脉冲，并由触发脉冲生成阀基控制信号。
下面通过一个具体实施例介绍本申请实施例的贯通同相牵引供电变流站级控制方法。
1)采集变流器内的电压电流信号，并进行处理与计算得到各控制模块所需的信号。
2)根据系统级控制下发的控制模式指令，以及采集到的电压电流信号，确定变流器的 运行模式，正常工况下牵引网侧的控制模式跟随系统级控制下发的控制模式指令，对采集 到的电压电流信号进行模式判别，确定变流器是否进入FCL模式。
3)根据系统级控制下发的顺控指令，以及采集到的电压电流信号，控制变流器的启停 流程，生成变流器内断路器的动作信号，以及公网侧、牵引网侧功率器件的解闭锁信号。
4)根据采集与处理得到的信号和牵引网侧的控制模式指令给入公网侧、牵引网侧控制 模块，得到公网侧、牵引网侧的调制信号。
5)在功率器件解锁的条件下，对公网侧、牵引网侧的调制信号进行调制，得到功率器 件触发脉冲，以此驱动变流器中所包含的功率器件通断。
需要说明的是，前述对贯通同相牵引供电变流站级控制系统实施例的解释说明也适用 于该实施例的贯通同相牵引供电变流站级控制方法，此处不再赘述。
根据本申请实施例提出的贯通同相牵引供电变流站级控制方法，通过实时采集变流器 的电气数据，并对电气数据进行处理，得到变流器的电气量，根据系统级控制指令和电气 量确定变流器的牵引网侧的目标控制模式，根据电气量对变流器的公网侧进行控制，输出 变流器的公网侧的第一调制波，控制变流器的牵引网侧进入目标控制模式后，根据电气量 对变流器的牵引网侧进行控制，输出变流器的牵引网侧的第二调制波，对变流器的公网侧 的第一调制波和变流器的牵引网侧的第二调制波进行调制，生成触发脉冲，并由触发脉冲 生成阀基控制信号。由此，实现了贯通同相牵引供电变流站级控制。
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 含于本申请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必须 针对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一 个或N个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合 和组合。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者 隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐 含地包括至少一个该特征。在本申请的描述中，“N个”的含义是至少两个，例如两个，三 个等，除非另有明确具体的限定。
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N个用于实现定制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， 并且本申请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，这应被本申请的 实施例所属技术领域的技术人员所理解。
应当理解，本申请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，N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。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。

Claims (10)

1.一种贯通同相牵引供电变流站级控制系统，其特征在于，包括：
数据采集与处理模块，用于实时采集变流器的电气数据，并对所述电气数据进行处理，得到所述变流器的电气量；
模式判别模块，用于根据系统级控制指令和所述电气量确定所述变流器的牵引网侧的目标控制模式；
公网侧控制模块，用于根据所述电气量对所述变流器的公网侧进行控制，输出所述变流器的公网侧的第一调制波；
牵引网侧控制模块，用于控制所述变流器的牵引网侧进入所述目标控制模式后，根据所述电气量对所述变流器的牵引网侧进行控制，输出所述变流器的牵引网侧的第二调制波；
顺序控制模块，用于判别变流站的运行状态，根据所述变流站的启停流程启动或停止所述变流站运行；以及
调制模块，用于对所述变流器的公网侧的第一调制波和所述变流器的牵引网侧的第二调制波进行调制，生成触发脉冲，并由所述触发脉冲生成阀基控制信号。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述牵引网侧控制模块，包括：
交流电压和频率控制单元，用于控制所述变流器的牵引网侧输出设定的交流电压，实现站内多台变流器的灵活均流；
交流电流和频率控制单元，用于控制所述变流器的牵引网侧输出设定的交流电流；
有功/无功功率控制单元，用于控制所述变流器的牵引网侧输出设定的有功、无功功率；
输出单元，用于根据所述模式判别模块确定的所述目标控制模式，选择所述交流电压和频率控制单元、所述交流电流和频率控制单元和所述有功/无功功率控制单元中的一个，进行所述变流器的牵引网侧的控制，以输出所述变流器的牵引网侧的第二调制波。
3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述牵引网侧控制模块，还包括：
有源滤波功能单元，用于抑制机车特征次谐波；
有源阻尼功能单元，用于防止接触网系统振荡。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述模式判别模块进一步用于，根据所述电气量判断系统发生接触网短路故障时，确定所述变流器的牵引网侧的所述目标控制模式为交流电流和频率控制模式，在判断所述系统未发生所述接触网短路故障时，确定所述变流器的牵引网侧的所述目标控制模式为所述系统级控制指令中的控制模式。
5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述模式判别模块进一步用于，
在所述变流器的输出侧电流大于阈值电流，且大于所述阈值电流的持续时间大于第一预设时长，判定所述系统发生接触网短路故障；
在所述变流器的输出电压大于阈值电压，且大于所述阈值电压的持续时长大于第二预设时长时，判定所述系统的接触网短路故障已切除。
6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述模式判别模块进一步用于，在交流电压和频率控制模式下变流站功率达到站内设备的总容限时，确定所述变流器的牵引网侧的所述目标控制模式为有功/无功功率控制模式，在收到所述系统级控制下发的恢复指令后，确定所述变流器的牵引网侧的所述目标控制模式回到所述交流电压和频率控制模式。
7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述公网侧控制模块，包括：
直流电压控制单元，用于控制变流器阀组保持设定的直流电压；
无功功率控制单元，用于控制变流器公网侧输入设定的无功功率。
8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述顺序控制模块进一步用于，判别所述变流站的运行状态，包括全站正常运行，部分变流器退出运行，全站退出运行；根据系统级控制顺控指令以及所述电气量，控制所述变流站的启停流程，生成所述变流站内断路器的动作信号，以及所述变流器的公网侧、所述变流器的牵引网侧功率器件的解闭锁信号。
9.一种贯通同相牵引供电变流站级控制方法，其特征在于，利用权利要求1-8任一项所述的贯通同相牵引供电变流站级控制系统，其中，方法包括以下步骤：
采集所述变流器的电气数据，并对所述电气数据进行处理，得到所述变流器的电气量；
根据系统级控制指令和所述电气量确定所述变流器的牵引网侧的目标控制模式；
根据系统级控制顺控指令以及所述电气量，控制所述变流器的启停流程，生成所述变流器内断路器的动作信号，以及所述变流器的公网侧、所述变流器的牵引网侧功率器件的解闭锁信号；
根据所述电气量对所述变流器的公网侧进行控制，输出所述变流器公网侧的第一调制波；
控制所述变流器的牵引网侧进入所述目标控制模式后，根据所述电气量对所述变流器的牵引网侧进行控制，输出所述变流器牵引网侧的第二调制波；以及
对所述变流器公网侧的第一调制波和所述变流器牵引网侧的第二调制波进行调制，生成触发脉冲，并由所述触发脉冲生成阀基控制信号。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述根据系统级控制指令和所述电气量确定所述变流器的牵引网侧的目标控制模式，包括：
根据所述电气量判断系统发生接触网短路故障时，确定所述变流器的牵引网侧的所述目标控制模式为交流电流和频率控制模式，在判断所述系统未发生所述接触网短路故障时，确定所述变流器的牵引网侧的所述目标控制模式为所述系统级控制指令中的控制模式。
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CN115508670A (zh) * 2022-11-04 2022-12-23 清华大学 柔性直流牵引供电系统接触网故障电流计算方法及装置

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