CN210062724U - 一种电力列车不断电过分段控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种电力列车不断电过分段控制系统，涉及轨道交通三相供电系统的技术领域。该控制系统包括变频变压设备、定位单元、电子开关和地面运控系统；变频变压设备用于向电力列车提供三相供电；定位单元安装靠近于供电轨被分段处；电子开关与供电轨的分段处并联，地面运控系统一端与变频变压设备和定位单元连接，另一端与变频变压设备和所述电子开关连接。因此，本实用新型通过协调控制相邻区间的变频变压设备在电力列车通过分段供电过渡区时配合供电，不仅能实现“无感知”且不断电过分段，也能提高了电力列车的承载和供电效率，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

一种电力列车不断电过分段控制系统

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不断电过分段控制系统。

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，实现不断电过分段。

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，不仅能使电力列车平稳的跨越行驶在各个分段供电轨之间，实现不断电过分段，而且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：

一种电力列车不断电过分段控制系统，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被分段处，用于获取电力列车位置和速度信息、电力列车与第i供电轨绝缘区的相对位置；

电子开关，与所述供电轨的分段处并联，用于所述供电轨的分段处的导通和断开；

地面运控系统，其输入端分别与所述变频变压设备和所述定位单元连接，其输出端分别与所述变频变压设备和所述电子开关连接，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第i供电轨绝缘区，且i∈[0，(n-1)]；所述第i供电轨绝缘区可以为第一供电轨绝缘区、第二供电轨绝缘区、第三供电轨绝缘区、第四供电轨绝缘区、……或第n供电轨绝缘区。

优选地，所述定位单元包括区间0定位单元、区间1定位单元、区间2定位单元、区间3定位单元、……区间n定位单元，所述区间0定位单元、区间1定位单元、区间2定位单元、区间3定位单元、……区间n定位单元分别依次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。

进一步优选地，电子开关包括第一供电轨绝缘区的电子开关、第二供电轨绝缘区的电子开关、第三供电轨绝缘区的电子开关、第四供电轨绝缘区的电子开关、……第n供电轨绝缘区的电子开关，第一供电轨绝缘区的电子开关、第二供电轨绝缘区的电子开关、第三供电轨绝缘区的电子开关、第四供电轨绝缘区的电子开关、……第n供电轨绝缘区的电子开关，分别与对应的所述第一供电轨绝缘区、所述第二供电轨绝缘区、所述第三供电轨绝缘区、所述第四供电轨绝缘区、……所述第n供电轨绝缘区并联。

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电流信号；

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和所述电子开关发送控制指令。

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电子开关和所述变频变压设备连接。

优选地，所述区间0定位单元、区间1定位单元、区间2定位单元、区间3定位单元、……区间n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电子开关、定位单元以及地面运控系统来协调控制相邻区间的变频变压设备在电力列车通过分段供电过渡区时配合供电，能实现“无感知”且不断电的过分段，且经济成本大大降低，也为人工智能无人驾驶创造了有利条件。

附图说明

图1是本实用新型实施例一所述电力列车不断电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不断电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不断电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，一种电力列车不断电过分段控制系统，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，所述控制系统包括变频变压设备A、定位单元P、电子开关K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位置和速度信息以及电力列车LC与第i供电轨绝缘区

的相对位置；所述电子开关K与所述供电轨TR的分段处并联，用于所述供电轨TR的分段处的导通和断开；所述地面运控系统EC的输入端分别与所述变频变压设备A和所述定位单元P连接，其输出端分别与所述变频变压设备A和所述电子开关K连接，用于控制电力列车LC启停和加减速度。

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电子开关K和所述定位单元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。

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第i供电轨绝缘区

且i∈[0，(n-1)]；所述第i供电轨绝缘区

可以为第一供电轨绝缘区

第二供电轨绝缘区

第三供电轨绝缘区

第四供电轨绝缘区……或第n供电轨绝缘区

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。

所述定位单元P包括区间0定位单元P₀、区间1定位单元P₁、区间2定位单元P₂、区间3定位单元P₃、……区间n定位单元P_n，所述区间0定位单元P₀、区间1定位单元P₁、区间2定位单元P₂、区间3定位单元P₃、……区间n定位单元P_n分别依次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。在本实用新型实施例中，所述区间0定位单元P₀、区间1定位单元P₁、区间2定位单元P₂、区间3定位单元P₃、……区间n定位单元P_n均分别为位置传感器。

所述电子开关K包括第一供电轨绝缘区的电子开关K₁、第二供电轨绝缘区的电子开关K₂、第三供电轨绝缘区的电子开关K₃、第四供电轨绝缘区的电子开关K₄、……第n供电轨绝缘区的电子开关K_n，第一供电轨绝缘区的电子开关K₁、第二供电轨绝缘区的电子开关K₂、第三供电轨绝缘区的电子开关K₃、第四供电轨绝缘区的电子开关K₄、……第n供电轨绝缘区的电子开关K_n，分别与对应的所述第一供电轨绝缘区

所述第二供电轨绝缘区

所述第三供电轨绝缘区

所述第四供电轨绝缘区

……所述第n供电轨绝缘区

并联。

如图4所示，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和所述电子开关K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分别与所述电子开关K和所述变频变压设备A连接。

为了更好地理解本实用新型实施例，现具体说明如下：

当电力列车LC从区间i区S_i过渡运行到区间(i+1)S_i+1时，地面运控系统EC根据实时获取电力列车LC的位置和速度信息，判断电力列车LC是否进入第i供电轨绝缘区

然后控制第i供电轨绝缘区的电子开关K_i触发导通，区间i变频变压设备A_i提供三相电源到区间(i+1)S_i+1。此时，地面运控系统EC将实时获取的区间i变频变压设备A_i的输出电压幅值和相位信息，传递给区间(i+1)变频变压设备A_i+1，并启动控制区间(i+1)变频变压设备A_i+1，使其输出电压幅值和相位与区间i变频变压设备A_i的输出电压幅值和相位相同。

记此时区间i变频变压设备A_i的输出电流大小为I_A，控制区间i变频变压设备A_i的输出电流逐渐减小到零，同时控制区间(i+1)变频变压设备A_i+1的输出电流I_Ai+1逐渐增大至I_A，且I_Ai+1的增大速度和I_Ai的减小速度相等。之后地面运控系统EC向区间i变频变压设备A_i发送停机指令，区间i变频变压设备A_i停机，电力机车LC由区间(i+1)变频变压设备A_i+1单独供电。

当下一列电力列车从某一区间过渡运行到下一区间时，地面运控系统EC对某一区间的变频变压装置、下一区间的变频变压装置和电子开关K重复上述控制策略，完成对电力列车的控制，从而实现整条运行线路上的列车不断电过分段控制。

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不断电过分段控制系统及其方法能实现“无感知”、不断电的过分段，且经济成本低，也为人工智能无人驾驶创造了有利条件。

Claims (7)

1.一种电力列车不断电过分段控制系统，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，所述控制系统包括：

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)位置和速度信息以及电力列车(LC)与第i供电轨绝缘区的相对位置；

电子开关(K)，与所述供电轨(TR)的分段处并联，用于所述供电轨(TR)的分段处的导通和断开；

地面运控系统(EC)，其输入端分别与所述变频变压设备(A)和所述定位单元(P)连接，其输出端分别与所述变频变压设备(A)和所述电子开关(K)连接，用于控制电力列车(LC)启停和加减速度。

2.根据权利要求1所述的一种电力列车不断电过分段控制系统，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第i供电轨绝缘区

且i∈[0，(n-1)]；所述第i供电轨绝缘区

可以为第一供电轨绝缘区

第二供电轨绝缘区第三供电轨绝缘区

第四供电轨绝缘区*

……或第n供电轨绝缘区

3.根据权利要求1所述的一种电力列车不断电过分段控制系统，其特征在于，所述定位单元(P)包括区间0定位单元(P₀)、区间1定位单元(P₁)、区间2定位单元(P₂)、区间3定位单元(P₃)、……区间n定位单元(P_n)，所述区间0定位单元(P₀)、区间1定位单元(P₁)、区间2定位单元(P₂)、区间3定位单元(P₃)、……区间n定位单元(P_n)分别依次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。

4.根据权利要求2所述的一种电力列车不断电过分段控制系统，其特征在于，电子开关(K)包括第一供电轨绝缘区的电子开关(K₁)、第二供电轨绝缘区的电子开关(K₂)、第三供电轨绝缘区的电子开关(K₃)、第四供电轨绝缘区的电子开关(K₄)、……第n供电轨绝缘区的电子开关(K_n)，第一供电轨绝缘区的电子开关(K₁)、第二供电轨绝缘区的电子开关(K₂)、第三供电轨绝缘区的电子开关(K₃)、第四供电轨绝缘区的电子开关(K₄)、……第n供电轨绝缘区的电子开关(K_n)，分别与对应的所述第一供电轨绝缘区

所述第二供电轨绝缘区

所述第三供电轨绝缘区

所述第四供电轨绝缘区……所述第n供电轨绝缘区

并联。

5.根据权利要求1所述的一种电力列车不断电过分段控制系统，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)和所述电子开关(K)发送控制指令。

6.根据权利要求5所述的一种电力列车不断电过分段控制系统，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)分别与所述电子开关(K)和所述变频变压设备(A)连接。

7.根据权利要求1所述的一种电力列车不断电过分段控制系统，其特征在于，所述区间0定位单元(P₀)、区间1定位单元(P₁)、区间2定位单元(P₂)、区间3定位单元(P₃)、……区间n定位单元(P_n)均分别为位置传感器。

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