CN209938376U

CN209938376U - 一种电力列车过分段控制系统

Info

Publication number: CN209938376U
Application number: CN201920533462.8U
Authority: CN
Inventors: 张伟鹏; 李群湛; 李子晗; 吴波
Original assignee: Chengdu Shanghua Electric Co Ltd
Current assignee: Chengdu Shanghua Electric Co Ltd
Priority date: 2019-04-18
Filing date: 2019-04-18
Publication date: 2020-01-14
Anticipated expiration: 2029-04-18

Abstract

本实用新型公开了一种电力列车过分段控制系统，涉及轨道交通三相供电系统的技术领域。该电力列车过分段控制系统包括变频变压设备、定位单元和地面运控系统；所述变频变压设备用于向电力列车提供三相供电；所述定位单元安装靠近于所述供电轨被分段处；所述地面运控系统一端与所述变频变压设备连接，另一端与所述定位单元连接。因此，本实用新型通过采用定位单元、地面运控系统来协调控制变频变压设备供电，结合利用电力列车惯性实现“无感知”的过分段，从而提高了电力列车的承载效率和供电效率，也使经济成本大大降低，同时也为人工智能无人驾驶创造有利条件。

Description

一种电力列车过分段控制系统

技术领域

本实用新型涉及列车电力供电领域，尤其涉及一种电力列车过分段控制系统。

背景技术

现行电力列车由工频单相交流供电系统供电，在电力列车的机车和动车上，电气设备占有重要地位，其中最重要的就是交直交牵引传动系统。交直交牵引传动系统由车载牵引变压器、牵引变流器和牵引电机串联而成，驱动牵引电机并通过调频、调压改变牵引电机转速来达到电力列车驱动和调速运行的目的，这个过程称为电力列车驾驶。通常，现实情况下，电力列车驾驶是由人工操作完成的，少数是自动驾驶的。这里存在一些问题。一是，在干线铁路机车、动车上的电气设备中交直交牵引传动系统占有绝对分量，其重量大，体积大；重量大就增加轴重，轴重越大，线路造价越高，体积大，将更多占有机车和动车的宝贵空间，降低功率密度和效率。二是，智能控制和自动驾驶(ATC)来取代人工驾驶是必由之路，但是，在现行电力列车和供电方式下，驾驶所需的控制设备均安装在电力列车上，电力列车是移动的，甚至是高速移动的，而自动驾驶(ATC)的命令和组织来源于地面控制中心，这两者之间不能直接进行，需要无线系统联系，而无线系统故障或失灵将造成一定的安全风险。

鉴于上述技术问题，发明人研究团队提出了“省去车载电气设备并由地面供电的控制系统”的新的供电方式，该供电方式所体现的技术方案主要包括两个方面：1)省去车载牵引变压器、牵引变流器，减轻车载电气设备重量，降低轴重，实现电力列车轻型化，提高电力列车承载效率，提高机车和动车功率密度，适应更高速度运行；2)通过地面供电直接实现对电力列车运行的自动控制和无人驾驶。

现在要解决的技术问题是：如何通过电力列车分段供电控制使得电力列车平稳的跨越两个相邻分段供电轨。

实用新型内容

鉴于此，本实用新型目的是提供了一种电力列车分段供电控制系统，能使电力列车平稳的跨越行驶在各个分段供电轨之间，还能够控制电力列车的加减速和启停。

为了解决上述技术问题，本实用新型所采用的技术方案具体如下：

一种电力列车过分段控制系统，用于轨道交通三相供电系统，所述轨道交通三相供电系统包括三相供电轨，所述供电轨被分段成区间0、区间1、区间2、区间3、……区间n，其中，所述电力列车过分段控制系统包括：

变频变压设备，具体为区间0变频变压设备、区间1变频变压设备、区间2变频变压设备、区间3变频变压设备、……区间n变频变压设备，且分别与所述区间0、区间1、区间2、区间3、……区间n对应连接，用于向电力列车提供三相电源；

定位单元，安装靠近于所述供电轨相邻区间之间的分段处，用于获取电力列车位置信息和速度信息；

地面运控系统，其一端与所述区间0变频变压设备、区间1变频变压设备、区间2变频变压设备、区间3变频变压设备、……区间n变频变压设备连接，另一端与所述定位单元连接，用于控制电力列车启停和加减速度。

优选地，所述区间0、区间1、区间2、区间3、……区间n的相邻两区间之间的分段处为区间i供电轨绝缘区，且i∈[0，(n-1)]；所述区间i供电轨绝缘区的左侧设有降速缓冲区，其右侧设有增速缓冲区。

优选地，所述定位单元包括区间第一定位单元和区间第二定位单元，所述区间第一定位单元分别安装靠近于所述区间0、区间1、区间2、区间3、……区间n的左端且依次对应为区间0第一定位单元、区间1第一定位单元、区间2第一定位单元、区间3第一定位单元、……区间n第一定位单元，所述区间第二定位单元分别安装靠近于所述区间0、区间1、区间2、区间3、……区间n的右端且依次对应为区间0第二定位单元、区间1第二定位单元、区间2第二定位单元、区间3第二定位单元、……区间n第二定位单元。

优选地，所述地面运控系统包括：

数据采集模块，用于实时采集所述定位单元信号和所述变频变压设备的输出的电流、电压和频率信号；

数据处理模块，与所述数据采集模块连接，用于实时信号转换处理和逻辑算法实现；

存储模块，与所述数据处理模块连接，用于实时储存信息；

通讯模块，与所述数据处理模块连接，用于向所述变频变压设备发送控制指令。

进一步优选地，所述数据采集模块分别与所述定位单元和所述变频变压设备连接；所述通讯模块分别与所述变频变压设备连接。

进一步优选地，所述区间0第一定位单元、区间1第一定位单元、区间2第一定位单元、区间3第一定位单元、……区间n第一定位单元均分别依次安装于所述区间0、区间1、区间2、区间3、……区间n的增速缓冲区距离为L处；所述区间0第二定位单元、区间1第二定位单元、区间2第二定位单元、区间3第二定位单元、……区间n第二定位单元的均分别依次安装于所述区间0、区间1、区间2、区间3、……区间n的降速缓冲区距离为L_d处。

进一步优选地，所述区间0第一定位单元、区间1第一定位单元、区间2第一定位单元、区间3第一定位单元、……区间n第一定位单元和所述区间0第二定位单元、区间1第二定位单元、区间2第二定位单元、区间3第二定位单元、……区间n第二定位单元均分别为位置传感器。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：本实用新型所述上述技术方案通过采用定位单元、地面运控系统来协调控制变频变压设备供电，利用电力列车惯性实现“无感知”的过分段，且经济成本低，也为人工智能无人驾驶创造有利了条件。

附图说明

图1是本实用新型实施例一所述电力列车过分段控制系统的框架结构示意图。

图2是本实用新型实施例一所述电力列车过分段控制系统的具体结构示意图。

图3是图2中I处放大图。

图4是本实用新型实施例一所述电力列车过分段控制系统的内部框架示意图。

具体实施方式

为了更好理解本实用新型创造，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步的描述。

如图1和图2所示，本实用新型实施例提供了一种电力列车过分段控制系统，用于轨道交通三相供电系统，所述轨道交通三相供电系统包括三相供电轨TR，所述供电轨TR被分段成区间0S₀、区间1S₁、区间2S₂、区间3S₃、……区间nS_n，其中，所述电力列车过分段控制系统包括变频变压设备A、定位单元P和地面运控系统EC，所述变频变压设备A具体为区间0变频变压设备A₀、区间1变频变压设备A₁、区间2变频变压设备A₂、区间3变频变压设备A₃、……区间n变频变压设备A_n，且分别与所述区间0S₀、区间1S₁、区间2S₂、区间3S₃、……区间nS_n对应连接，用于向电力列车LC提供三相电源；所述定位单元P安装靠近于所述供电轨TR被分段处，用于获取电力列车LC位置信息和速度信息；所述地面运控系统EC一端与所述区间0变频变压设备A₀、区间1变频变压设备A₁、区间2变频变压设备A₂、区间3变频变压设备A₃、……区间n变频变压设备A_n连接，其另一端与所述定位单元P连接，用于控制电力列车启停和加减速度。在本实用新型实施例中，所述区间0变频变压设备A₀、区间1变频变压设备A₁、区间2变频变压设备A₂、区间3变频变压设备A₃、……区间n变频变压设备A_n均分为同频率同相位同电压等级的交直交变频变压设备。

结合图3所示，所述轨道交通三相供电系统的三相供电轨TR由第一供电轨TR₁、第二供电轨TR₂和第三供电轨TR₃组成，所述第一供电轨TR₁、第二供电轨TR₂和第三供电轨TR₃分别通过第一集电靴CS₁、第二集电靴CS₂和第三集电靴CS3与所述电力列车LC上的三相驱动绕组(图未示)连接。因此，本实用新型实施例中，在每个区间0S₀、区间1S₁、区间2S₂、区间3S₃、……区间nS_n内安装的相应的所述定位单元P分别为三个且分别安装于述第一供电轨TR₁、第二供电轨TR₂和第三供电轨TR₃上。

继续如图2所示，所述区间0S₀、区间1S₁、区间2S₂、区间3S₃、……区间nS_n的相邻两区间之间的分段处为区间i供电轨绝缘区

，且i∈[0，(n-1)]；所述区间i供电轨绝缘区

的左侧设有降速缓冲区，其右侧设有增速缓冲区。

可以为区间1供电轨绝缘区

、区间2供电轨绝缘区

、区间3供电轨绝缘区、……第n分段供电绝缘区

。在本实用新型实施例中，该供电轨绝缘区是指相邻两区间之间通过供电轨分段器连接且区间之间相互绝缘，但本实用新型思想不限制仅由供电轨分段器一种连接方式，其他能达到与供电轨分段器相同或类似效果均可以。所述降速缓冲区是指列车从某一区间进入供电轨绝缘区之前降低速度的调整区间段；所述增速缓冲区是指列车从供电轨绝缘区进入下一区间之后增加速度的调整区间段。

在本实用新型实施例中，所述定位单元P包括区间第一定位单元P_x和区间第二定位单元P_y，所述区间第一定位单元P_x分别安装靠近于所述区间0S₀、区间1S₁、区间2S₂、区间3S₃、……区间nS_n的左端且依次对应为区间0第一定位单元P_x0、区间1第一定位单元P_x1、区间2第一定位单元P_x2、区间3第一定位单元P_x3、……区间n第一定位单元P_xn，所述区间第二定位单元P_y分别安装靠近于所述区间0S₀、区间1S₁、区间2S₂、区间3S₃、……区间nS_n的右端且依次对应为区间0第二定位单元P_y0、区间1第二定位单元P_y1、区间2第二定位单元P_y2、区间3第二定位单元P_y3、……区间n第二定位单元P_yn。

所述区间0第一定位单元P_x0、区间1第一定位单元P_x1、区间2第一定位单元P_x2、区间3第一定位单元P_x3、……区间n第一定位单元P_xn均分别依次安装于所述区间0S₀、区间1S₁、区间2S₂、区间3S₃、……区间nS_n的增速缓冲区距离为L处；所述区间0第二定位单元P_y0、区间1第二定位单元P_y1、区间2第二定位单元P_y2、区间3第二定位单元P_y3、……区间n第二定位单元P_yn的均分别依次安装于所述区间0S₀、区间1S₁、区间2S₂、区间3S₃、……区间nS_n的降速缓冲区距离为L_d处。

在本实用新型实施例中，所述区间0第一定位单元P_x0、区间1第一定位单元P_x1、区间2第一定位单元P_x2、区间3第一定位单元P_x3、……区间n第一定位单元P_xn和所述区间0第二定位单元P_y0、区间1第二定位单元P_y1、区间2第二定位单元P_y2、区间3第二定位单元P_y3、……区间n第二定位单元P_yn均分别为位置传感器。

如图4所示，在实用新型实施例中所述地面运控系统EC包括数据采集模块AD、数据处理模块DP、存储模块ST和通讯模块CM，所述数据采集模块AD用于实时采集所述定位单元P信号和所述变频变压设备A的输出的电流、电压和频率信号；所述数据处理模块DP与所述数据采集模块AD连接，用于实时信号转换处理和逻辑算法实现；所述存储模块ST与所述数据处理模块DP连接，用于实时储存信息；所述通讯模块CM，与所述数据处理模块DP连接，用于向所述变频变压设备A发送控制指令。所述数据采集模块AD分别与所述定位单元P和所述变频变压设备A连接；所述通讯模块CM分别与所述变频变压设备A连接。

为了更好地理解本实用新型实施例，现将本实用新型实施例所述电力列车过分段控制系统的具体控制方法具体说明如下具体说明如下：

首先，地面运控系统EC实时获取电力列车LC位置和速度信息、电力列车与区间i供电轨绝缘区

的相对位置、区间i变频变压设备A_i的输出电流I_Ai；再在电力列车将要进入区间i供电轨绝缘区时，地面运控系统EC根据实时获取电力列车LC位置和速度信息、区间i变频变压设备A_i的输出电流I_Ai，以乘座舒适性为原则，按列车最大加加速度J_max不超过阈值J_d(此值为人体产生不适感的临界值)，地面运控系统EC计算出区间i变频变压设备A_i的输出电流I_Ai逐渐减小到零的时间t，再由地面运控系统EC判断电力列车LC与区间i供电轨绝缘区的相对位置为所述降速缓冲区的距离L_d时，地面运控系统EC向区间i变频变压设备A_i发送减小电流指令；当区间i变频变压设备A_i的输出电流减小到零时，地面运控系统EC发送停机指令，电力列车LC暂时不被供电，由于列车的惯性，列车运行到区间(i+1)S_i+1；当电力列车LC运行进入到区间(i+1)S_i+1时，地面运控系统EC根据实时获取电力列车位置LC和速度信息，以乘座舒适性为原则，按列车最大加加速度J_max不超过阈值J_d，地面运控系统EC向区间(i+1)变频变压设备A_i+1发送启动指令，并逐渐增大电流输出，使电力机车维持在目标速度；当下一列电力列车从某一区间过渡运行到下一个区间时，地面运控系统EC重复上述控制策略，控制某一区间内变频变压设备和下一区间内的变频变压设备，完成对电力列车的过分段控制，从而实现整条运行线路上的列车过分段控制。

由于上述供电轨的每个区间内只允许一辆电力列车通过，地面运控系统EC应根据每个区间的电力列车位置信号，调整每个区间内的变频变压设备的输出频率和电压，使每个区间的电力列车相对位置在一个设定的范围内。

因此，本实用新型所述电力列车过分段控制系统及其方法利用电力列车惯性实现“无感知”的过分段，且经济成本低，也为人工智能无人驾驶创造了有利条件。

Claims

1.一种电力列车过分段控制系统，用于轨道交通三相供电系统，所述轨道交通三相供电系统包括三相供电轨(TR)，所述供电轨(TR)被分段成区间0(S₀)、区间1(S₁)、区间2(S₂)、区间3(S₃)、……区间n(S_n)，其特征在于，该控制系统包括：

变频变压设备(A)，具体为区间0变频变压设备(A₀)、区间1变频变压设备(A₁)、区间2变频变压设备(A₂)、区间3变频变压设备(A₃)、……区间n变频变压设备(A_n)，且分别与所述区间0(S₀)、区间1(S₁)、区间2(S₂)、区间3(S₃)、……区间n(S_n)对应连接，用于向电力列车(LC)提供三相电源；

定位单元(P)，安装靠近于所述供电轨(TR)相邻区间之间的分段处，用于获取电力列车(LC)位置信息和速度信息；

地面运控系统(EC)，其一端与所述区间0变频变压设备(A₀)、区间1变频变压设备(A₁)、区间2变频变压设备(A₂)、区间3变频变压设备(A₃)、……区间n变频变压设备(A_n)控制端连接，另一端与所述定位单元(P)连接，用于控制电力列车启停和加减速度。

2.根据权利要求1所述的一种电力列车过分段控制系统，其特征在于，所述区间0(S₀)、区间1(S₁)、区间2(S₂)、区间3(S₃)、……区间n(S_n)的相邻两区间之间的分段处为区间i供电轨绝缘区且i∈[0，(n-1)]；所述区间i供电轨绝缘区

的左侧设有降速缓冲区，其右侧设有增速缓冲区。

3.根据权利要求1所述的一种电力列车过分段控制系统，其特征在于，所述定位单元(P)包括区间第一定位单元(P_x)和区间第二定位单元(P_y)，所述区间第一定位单元(P_x)分别安装靠近于所述区间0(S₀)、区间1(S₁)、区间2(S₂)、区间3(S₃)、……区间n(S_n)的左端且依次对应为区间0第一定位单元(P_x0)、区间1第一定位单元(P_x1)、区间2第一定位单元(P_x2)、区间3第一定位单元(P_x3)、……区间n第一定位单元(P_xn)，所述区间第二定位单元(P_y)分别安装靠近于所述区间0(S₀)、区间1(S₁)、区间2(S₂)、区间3(S₃)、……区间n(S_n)的右端且依次对应为区间0第二定位单元(P_y0)、区间1第二定位单元(P_y1)、区间2第二定位单元(P_y2)、区间3第二定位单元(P_y3)、……区间n第二定位单元(P_yn)。

4.根据权利要求1所述的一种电力列车过分段控制系统，其特征在于，所述地面运控系统(EC)包括：

数据采集模块(AD)，用于实时采集所述定位单元(P)信号和所述变频变压设备(A)的输出的电流、电压和频率信号；

数据处理模块(DP)，与所述数据采集模块(AD)连接，用于实时信号转换处理和逻辑算法实现；

存储模块(ST)，与所述数据处理模块(DP)连接，用于实时储存信息；

通讯模块(CM)，与所述数据处理模块(DP)连接，用于向所述变频变压设备(A)发送控制指令。

5.根据权利要求4所述的一种电力列车过分段控制系统，其特征在于，所述数据采集模块(AD)分别与所述定位单元(P)和所述变频变压设备(A)连接；所述通讯模块(CM)分别与所述变频变压设备(A)连接。

6.根据权利要求3所述的一种电力列车过分段控制系统，其特征在于，所述区间0第一定位单元(P_x0)、区间1第一定位单元(P_x1)、区间2第一定位单元(P_x2)、区间3第一定位单元(P_x3)、……区间n第一定位单元(P_xn)均分别依次安装于所述区间0(S₀)、区间1(S₁)、区间2(S₂)、区间3(S₃)、……区间n(S_n)的增速缓冲区距离为L处；所述区间0第二定位单元(P_y0)、区间1第二定位单元(P_y1)、区间2第二定位单元(P_y2)、区间3第二定位单元(P_y3)、……区间n第二定位单元(P_yn)的均分别依次安装于所述区间0(S₀)、区间1(S₁)、区间2(S₂)、区间3(S₃)、……区间n(S_n)的降速缓冲区距离为L_d处。

7.根据权利要求1所述的一种电力列车过分段控制系统，其特征在于，所述区间0第一定位单元(P_x0)、区间1第一定位单元(P_x1)、区间2第一定位单元(P_x2)、区间3第一定位单元(P_x3)、……区间n第一定位单元(P_xn)和所述区间0第二定位单元(P_y0)、区间1第二定位单元(P_y1)、区间2第二定位单元(P_y2)、区间3第二定位单元(P_y3)、……区间n第二定位单元(P_yn)均分别为位置传感器。