JP7588916B1

JP7588916B1 - 中電圧交流給電方式のネットワーク側及び中電圧直流給電方式のネットワーク側への接続が可能な変流器及びその制御方法

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Publication number: JP7588916B1
Application number: JP2024076177A
Authority: JP
Inventors: 路帆李; 逆寒童; 成宝胡; 熙呉
Original assignee: Zhejiang University City College ZUCC
Current assignee: Hangzhou City University
Priority date: 2023-06-27
Filing date: 2024-05-08
Publication date: 2024-11-25
Anticipated expiration: 2044-05-08
Also published as: CN117767774A; JP2025005384A

Abstract

【課題】中電圧直流方式と互換性がある２ストリーム再構築可能なネットワーク側変流器及びその制御方法を提供する。【解決手段】交流グリッド接続制御プログレスを起動するステップと、システムが中電圧交流定常運行状態に入るステップと、交流オフグリッド制御プログレスを起動し、システムが惰行運行状態に入るステップと、直流グリッド接続制御プログレスを起動するステップと、システムが中電圧直流定常運行状態に入るステップと、直流オフグリッド制御プログレスを起動し、システムが惰行運行状態に入るステップと、以上のステップを繰り返して運行することで、少量のスイッチデバイスを用いてネットワーク側変流器の、中電圧交流方式及び中電圧直流方式トラクション給電システムへの互換性を実現し、製造コストと機器体積を抑制する。【選択図】図４

Description

本発明は、変流器の技術分野に関し、より正確には、中電圧直流方式と互換性がある２ストリーム再構築可能なネットワーク側変流器及びその制御方法に関する。

従来の幹線鉄道の多くは、２５ｋＶ／５０Ｈｚの中電圧交流トラクション給電システムを採用して列車に給電する。交流方式で、導体の容量とインダクタ効果のため、比較的高い送電塔の高さとより大きなケーブルサイズが必要となり、建設コストが増加してしまう。中電圧直流配電ネットワークは、従来の中電圧交流配電ネットワークに比べて電気エネルギーの品質が高く、新エネルギーのアクセス能力が強く、フロー制御が簡単であるという特徴がある。近年、電力電子技術の発展に伴い、新エネルギー及びエネルギー貯蔵機器の電力システムにおけるアクセス比例が急速に上昇し、中電圧直流配電ネットワークは、異なる工業分野に広く応用されている。

世界範囲内において、従来の技術路線が軌道交通運営企業の技術規格と異なるため、現在の主なトラクション給電方式は、２５ｋＶ／５０Ｈｚ、１５ｋＶ／１６．７Ｈｚ中電圧交流給電方式及び１．５ｋＶ、３ｋＶ低電圧直流給電方式がある。技術的特性から見ると、中電圧交流給電方式は、給電システムを建設する時にさらなる無効補償、三相パワー平衡と高調波抑制機器を導入する必要がある。低電圧直流給電方式は、給電電圧により制限され、給電区間が比較的短く、給電電流が比較的大きい。

従来のトラクション給電方式の技術的欠陥に対応し、現代社会の軌道交通システムに対するより高い要求に応えるため、電圧レベルが６ｋＶ～２０ｋＶの間の中電圧直流トラクション給電システムは、研究者に提案され、従来の給電方式のすべての利点を組み合わせ、低コスト、高品質、低排出のトラクション配電を実現するとともに、従来の給電方式に代えて、統一的なトラクション給電方式を形成することを目的としている。

しかしながら、現在、中電圧直流方式の車載給電システムに対する研究が比較的少なく、且つ従来の研究には従来の給電方式と中電圧直流給電方式の互換性の問題が考慮されていない。

本発明の目的は、従来の技術の不足に対して、中電圧直流方式と互換性がある２ストリーム再構築可能なネットワーク側変流器及びその制御方法を提案することである。

第一の態様によれば、中電圧直流方式と互換性がある２ストリーム再構築可能なネットワーク側変流器の制御方法を提供し、この中電圧直流方式と互換性がある２ストリーム再構築可能なネットワーク側変流器の制御方法は、
Ｓ１、交直流グリッド接続・オフグリッドステートマシンが交流給電エリア開始信号を識別し、交流グリッド接続制御プログレスを起動するステップと、
Ｓ２、システムが中電圧交流定常運行状態に入るステップと、
Ｓ３、交直流グリッド接続・オフグリッドステートマシンが交流給電エリア終了信号を識別し、交流オフグリッド制御プログレスを起動し、システムが惰行運行状態に入るステップと、
Ｓ４、交直流グリッド接続・オフグリッドステートマシンが直流給電エリア開始信号を識別し、直流グリッド接続制御プログレスを起動するステップと、
Ｓ５、システムが中電圧直流定常運行状態に入るステップと、
Ｓ６、交直流グリッド接続・オフグリッドステートマシンが直流給電エリア終了信号を識別し、直流オフグリッド制御プログレスを起動し、システムが惰行運行状態に入るステップと、
Ｓ７、Ｓ１～Ｓ６を繰り返すステップとを含む。

好ましくは、Ｓ１において、前記交流グリッド接続制御プログレスは、
Ｓ１０１、交流遮断信号Ｓａｃを１に設定するステップと、
Ｓ１０２、電磁トルクを増加させるステップと、
Ｓ１０３、中性点クランプ３レベル４象限整流回路（ＮｅｕｔｒａｌＰｏｉｎｔＣｌａｍｐｅｄＣｏｎｖｅｒｔｅｒ、ＮＰＣ）制御を起動するステップとを含む。

好ましくは、Ｓ３において、前記交流オフグリッド制御プログレスは、
Ｓ３０１、電磁トルクを低減させるステップと、
Ｓ３０２、ＮＰＣ制御を停止させるステップと、
Ｓ３０３、交流遮断信号Ｓａｃを０に設定するステップとを含む。

好ましくは、Ｓ４において、前記直流グリッド接続制御プログレスは、
Ｓ４０１、直流遮断信号Ｓｄｃを１に設定するステップと、
Ｓ４０２、電磁トルクを増加させるステップと、
Ｓ４０３、カスケード接続Ｂｕｃｋ降圧チョッパ回路制御を起動するステップとを含む。

好ましくは、Ｓ６において、前記直流オフグリッド制御プログレスは、
Ｓ６０１、電磁トルクを低減させるステップと、
Ｓ６０２、カスケード接続Ｂｕｃｋ降圧チョッパ回路制御を停止させるステップと、
Ｓ６０３、直流遮断信号Ｓｄｃを０に設定するステップとを含む。

好ましくは、Ｓ１０３において、前記ＮＰＣ制御は、単一相ｄｑデカップリングのネットワーク側電流直流側電圧二重閉ループ制御アルゴリズムを採用し、Ｓ４０３において、前記カスケード接続Ｂｕｃｋ降圧チョッパ回路制御は、入力電圧平衡付きのネットワーク側電流直流側電圧二重閉ループ制御アルゴリズムを採用する。

第二の態様によれば、第一の態様のいずれか１項に記載の、中電圧直流方式と互換性がある２ストリーム再構築可能なネットワーク側変流器の制御方法を使用する、中電圧直流方式と互換性がある２ストリーム再構築可能なネットワーク側変流器を提供し、この中電圧直流方式と互換性がある２ストリーム再構築可能なネットワーク側変流器は、交流デバイス板、交流遮断板、スイッチデバイス板、直流遮断板及び直流デバイス板を含み、前記交流デバイス板は、交流遮断板を介してスイッチデバイス板に電気的に接続され、前記直流デバイス板は、直流遮断板を介して前記スイッチデバイス板に電気的に接続される。

好ましくは、中電圧交流給電方式で、前記交流遮断板は、交流遮断信号Ｓａｃを受信することで、前記交流デバイス板と前記スイッチデバイス板との間の電気的接続を導通することによって、前記中電圧直流方式と互換性がある２ストリーム再構築可能なネットワーク側変流器を中性点クランプ３レベル４象限整流回路として再構築するために用いられる。

好ましくは、中電圧直流給電方式で、前記直流遮断板は、直流遮断信号Ｓｄｃを受信することで、前記直流デバイス板と前記スイッチデバイス板との間の電気的接続を導通することによって、前記中電圧直流方式と互換性がある２ストリーム再構築可能なネットワーク側変流器をカスケード接続Ｂｕｃｋ降圧チョッパ回路として再構築するために用いられる。

好ましくは、前記中電圧交流給電方式は、２５ｋＶ／５０Ｈｚ方式又は１５ｋＶ／１６．７Ｈｚ方式であり、中電圧直流給電方式は、６～２０ｋＶの間のいずれかの電圧レベルの直流給電方式である。

本発明の有益な効果は、以下のとおりである。

１．本発明は、機器多重化の思想に基づいて、少量のスイッチデバイスを用いてネットワーク側変流器の、中電圧交流方式及び中電圧直流方式トラクション給電システムへの互換性を実現し、製造コストと機器体積に顕著な優位性がある。

２．本発明では、中電圧直流給電方式で、変流器を入力段が直列接続される２セットのＢｕｃｋチョッパ回路として再構築し、且つ各回路におけるチョッパスイッチとチョッパダイオードがいずれも直列接続形式であり、電力電子デバイスの作動電圧及び電流値を減少させ、比較的に長い耐用年数を有する。

３．本発明が提案した交直流グリッド接続・オフグリッドステートマシンは、このネットワーク側変流器を装備した電力機車が異なる給電方式の間で無停車運行することができ、既存の鉄道施設を最大限に利用することができる。

４．本発明で再構築される回路は、いずれも一般的で成熟した回路であり、制御が容易である。

中電圧直流方式と互換性がある２ストリーム再構築可能なネットワーク側変流器の回路トポロジ概略図である。変流器回路トポロジをＮＰＣとして再構築する回路概略図である。変流器回路トポロジをカスケード接続Ｂｕｃｋ降圧チョッパ回路として再構築する回路概略図である。交直流グリッド接続・オフグリッドステートマシンの概略図である。変流器の運行効果概略図である。

以下、実施例を併せて本発明をさらに記述する。下記実施例の説明は、本発明の理解を支援するためだけのものである。指摘すべきこととして、当業者にとって、本発明原理を逸脱することなく、本発明をいくつか修飾することもでき、これらの改良と修飾も本発明特許請求の保護範囲内に属する。

＜実施例１＞
図１に示すように、本出願の実施例は、中電圧直流方式と互換性がある２ストリーム再構築可能なネットワーク側変流器を提供し、このネットワーク側変流器は、中電圧交流方式又は中電圧直流方式のトラクション給電システムに適応するために、ＮＰＣ又はカスケード接続Ｂｕｃｋ降圧チョッパ回路として再構築することができる。

中電圧直流方式と互換性がある２ストリーム再構築可能なネットワーク側変流器は、交流デバイス板１、交流遮断板２、スイッチデバイス板３、直流遮断板４及び直流デバイス板５を含み、前記交流デバイス板１は、交流遮断板２を介してスイッチデバイス板３に電気的に接続され、前記直流デバイス板５は、直流遮断板４を介して前記スイッチデバイス板３に電気的に接続される。

具体的には、交流デバイス板１は、９つの接線端子（Ｊ１～Ｊ９）、及び４つの電力ダイオードａを含み、交流遮断板２は、９つの交流遮断器ｂ及び若干の接線端子を含み、交流遮断器ｂは、交流遮断信号Ｓａｃにより制御されてオンオフになることができ、スイッチデバイス板３は、１６個の接線端子（Ｋ１～Ｋ１６）、逆並列接続ダイオード付きの８つの完全制御型スイッチデバイスｃ、４つの定電圧容量ｄ及び２つのトラクション逆変器ｅを含み、直流遮断板４は、７つの直流遮断器ｆ及び若干の接線端子を含み、直流遮断器ｆは、直流遮断信号Ｓｄｃにより制御されてオンオフになることができ、直流デバイス板５は、７つの接線端子（Ｌ１～Ｌ７）、２つの均圧容量ｇ、及び２つのチョッパインダクタｈを含み、均圧容量ｇとチョッパインダクタｈは、カスケード接続Ｂｕｃｋ降圧チョッパ回路を構成するために用いられる。

ここで、接線端子は、交流デバイス板１、交流遮断板２、スイッチデバイス板３、直流遮断板４と直流デバイス板５との間の電気的接続を行うために用いられる。電気的接続の方式は、以下のとおりである。交流デバイス板１における接線端子（Ｊ１～Ｊ９）は、交流遮断板２における交流遮断器ｂの接線端子を介してスイッチデバイス板３における接線端子（Ｋ１～Ｋ１６）に接続され、直流デバイス板５における接線端子（Ｌ１～Ｌ７）は、直流遮断板４における直流遮断器ｆの接線端子を介してスイッチデバイス板３における接線端子（Ｋ１～Ｋ１６）に接続される。

具体的には、Ｊ１は、Ｋ３に接続され、Ｊ２は、Ｋ２に接続され、Ｊ３は、Ｋ４に接続され、Ｊ４は、Ｋ８に接続され、Ｊ５は、Ｋ１、Ｋ６、Ｋ１０、Ｋ１３、Ｋ１５に接続され、Ｊ６は、Ｋ７に接続され、Ｊ７は、Ｋ１１、Ｋ１２に接続され、Ｊ８は、Ｋ９に接続され、Ｊ９は、Ｋ５、Ｋ１４、Ｋ１６に接続され、Ｌ１は、Ｋ１に接続され、Ｌ２は、Ｋ５、Ｋ６、Ｋ１１、Ｋ１４に接続され、Ｌ３は、Ｋ１６に接続され、Ｌ４は、Ｋ３に接続され、Ｌ５は、Ｋ１０、Ｋ１３に接続され、Ｌ６は、Ｋ８に接続され、Ｌ７は、Ｋ１２、Ｋ１５に接続される。

交流デバイス板１の作用は、ＮＰＣのために必要な素子を提供することである。

交流遮断板２の作用は、以下のとおりである。中電圧交流給電方式で、交流遮断板２は、交流遮断信号Ｓａｃを受信することで、前記交流デバイス板１と前記スイッチデバイス板３との間の電気的接続を導通することによって、前記中電圧直流方式と互換性がある２ストリーム再構築可能なネットワーク側変流器をＮＰＣとして再構築するために用いられる。具体的には、中電圧交流給電方式で、トラクションネットワーク側電気エネルギーは、車載トラクション変圧器により降圧された後に接線端子Ｊ１とＪ４により前記中電圧直流方式と互換性がある２ストリーム再構築可能なネットワーク側変流器に導入される。

スイッチデバイス板３において、逆並列接続ダイオード付きの完全制御型スイッチデバイスｃは、ＩＧＢＴ／Ｄｉｏｄｅ、ＭＯＳＦＥＴ／Ｄｉｏｄｅ又はＩＧＣＴ／Ｄｉｏｄｅであってもよく、定電圧容量ｄの作用は、容量器の特性を利用し、前記中電圧直流方式と互換性がある２ストリーム再構築可能なネットワーク側変流器の出力電圧、即ち前記トラクション逆変器（ｅ）の入力電圧、電圧幅値を安定化させることであり、トラクション逆変器ｅの作用は、制御方法の制御信号を受信することで、トラクションモータ、トラクション電力機車の運行を駆動することである。

直流遮断板４の作用は、以下のとおりである。中電圧直流給電方式で、直流遮断板４は、直流遮断信号Ｓｄｃを受信することで、前記直流デバイス板５と前記スイッチデバイス板３との間の電気的接続を導通することによって、前記中電圧直流方式と互換性がある２ストリーム再構築可能なネットワーク側変流器をカスケード接続Ｂｕｃｋ降圧チョッパ回路として再構築する。具体的には、中電圧直流給電方式で、トラクションネットワーク側電気エネルギーは、直流パンタグラフと継電保護装置を通過した後に接線端子Ｌ１とＬ３により前記中電圧直流方式と互換性がある２ストリーム再構築可能なネットワーク側変流器に導入される。

直流デバイス板５の作用は、以下のとおりである。カスケード接続Ｂｕｃｋ降圧チョッパ回路のために必要な素子を提供する。

ここで、交流遮断信号Ｓａｃが１、直流遮断信号Ｓｄｃが０である場合に、交流デバイス板とスイッチデバイス板との間の接続は、Ｊ１がＫ３に接続され、Ｊ２がＫ２に接続され、Ｊ３がＫ４に接続され、Ｊ４がＫ８に接続され、Ｊ５がＫ１、Ｋ６、Ｋ１０、Ｋ１３、Ｋ１５に接続され、Ｊ６がＫ７に接続され、Ｊ７がＫ１１、Ｋ１２に接続され、Ｊ８がＫ９に接続され、Ｊ９がＫ５、Ｋ１４、Ｋ１６に接続されるとみなすことができる。
交流遮断信号Ｓａｃが０、直流遮断信号Ｓｄｃが１である場合に、直流デバイス板とスイッチデバイス板との間の接続は、Ｌ１がＫ１に接続され、Ｌ２がＫ５、Ｋ６、Ｋ１１、Ｋ１４に接続され、Ｌ３がＫ１６に接続され、Ｌ４がＫ３に接続され、Ｌ５がＫ１０、Ｋ１３に接続され、Ｌ６がＫ８に接続され、Ｌ７がＫ１２、Ｋ１５に接続されるとみなすことができる。この時、このネットワーク側変流器は、図３に示すカスケード接続Ｂｕｃｋ降圧チョッパ回路として再構築され、接線端子Ｌ１とＬ３との間の電圧は、カスケード接続Ｂｕｃｋ降圧チョッパ回路の直流入力電圧に対応する。ここで、二つの均圧容量は、入力直流電圧をｕ_ｉ１とｕ_ｉ２の２つの部分に分圧する。Ｑ_１ａ、Ｑ_２ａのスイッチデバイス部分とＱ_３ａ、Ｑ_４ａの逆並列接続ダイオード部分は、一つのＢｕｃｋチョッパ装置を構成し、入力電圧は、ｕ_i１であり、出力電圧は、ｕ_ｏ１であり、Ｑ_１ｂ、Ｑ_２ｂのスイッチデバイス部分とＱ_３ｂ、Ｑ_４ｂの逆並列接続ダイオード部分は、別のＢｕｃｋチョッパ装置を構成し、入力電圧は、出力電圧は、ｕ_ｏ２である。このような接続方式を採用すると、逆並列接続ダイオードつきの各完全制御型スイッチデバイスの受ける最大電圧は、ネットワーク側直流電圧の１／８だけである。

なお、前記中電圧交流給電方式は、２５ｋＶ／５０Ｈｚ方式又は１５ｋＶ／１６．７Ｈｚ方式であり、前記中電圧直流給電方式は、６～２０ｋＶの間のいずれかの電圧レベルの直流給電方式である。そして、任意のトラクション給電方式で、変流器の直流出力ポートは、いずれも接線端子Ｋ１３、Ｋ１４とＫ１５、Ｋ１６である。

＜実施例２＞
実施例１に基づいて、本出願の実施例２は、中電圧直流方式と互換性がある２ストリーム再構築可能なネットワーク側変流器の制御方法を提供し、この方法は、交直流グリッド接続・オフグリッドステートマシンにより実現され、以下を含む。

Ｓ１、交直流グリッド接続・オフグリッドステートマシンは、交流給電エリア開始信号を識別し、交流グリッド接続制御プログレスを起動する。

Ｓ１において、前記交流グリッド接続制御プログレスは、
Ｓ１０１、交流遮断信号Ｓａｃを１に設定するステップと、
Ｓ１０２、電磁トルクを増加させるステップと、
Ｓ１０３、ＮＰＣ制御を起動するステップとを含む。

Ｓ２、システムは、中電圧交流定常運行状態に入る。

Ｓ３、交直流グリッド接続・オフグリッドステートマシンは、交流給電エリア終了信号を識別し、交流オフグリッド制御プログレスを起動し、システムは、惰行運行状態に入る。

Ｓ３において、前記交流オフグリッド制御プログレスは、
Ｓ３０１、電磁トルクを低減させるステップと、
Ｓ３０２、ＮＰＣ制御を停止させるステップと、
Ｓ３０３、交流遮断信号Ｓａｃを０に設定するステップとを含む。

Ｓ４、交直流グリッド接続・オフグリッドステートマシンは、直流給電エリア開始信号を識別し、直流グリッド接続制御プログレスを起動する。

Ｓ４において、前記直流グリッド接続制御プログレスは、
Ｓ４０１、直流遮断信号Ｓｄｃを１に設定するステップと、
Ｓ４０２、電磁トルクを増加させるステップと、
Ｓ４０３、カスケード接続Ｂｕｃｋ降圧チョッパ回路制御を起動するステップとを含む。

Ｓ５、システムは、中電圧直流定常運行状態に入る。

Ｓ６、交直流グリッド接続・オフグリッドステートマシンは、直流給電エリア終了信号を識別し、直流オフグリッド制御プログレスを起動し、システムは、惰行運行状態に入る。

Ｓ６において、前記直流オフグリッド制御プログレスは、
Ｓ６０１、電磁トルクを低減させるステップと、
Ｓ６０２、カスケード接続Ｂｕｃｋ降圧チョッパ回路制御を停止させるステップと、
Ｓ６０３、直流遮断信号Ｓｄｃを０に設定するステップとを含む。

Ｓ７、Ｓ１～Ｓ６を繰り返す。

図４に示すように、本出願の実施例ではグリッド接続・オフグリッドステートマシンに対して定義される運行状態は、オフグリッド動的状態、定常運行状態及びグリッド接続動的状態を含み、交流オフグリッド制御プログレス又は直流オフグリッド制御プログレスを実行する時、グリッド接続・オフグリッドステートマシンの運行状態は、オフグリッド動的状態であり、定常運行状態は、中電圧交流定常運行状態、惰行運行状態及び中電圧直流定常運行状態を含み、交流グリッド接続制御プログレス、交流オフグリッド制御、直流グリッド接続制御プログレス又は直流オフグリッド制御プログレスを実行した後、グリッド接続・オフグリッドステートマシンの運行状態は、定常運行状態であり、交流グリッド接続制御プログレス又は直流グリッド接続制御プログレスを実行する時、グリッド接続・オフグリッドステートマシンの運行状態は、グリッド接続動的状態である。

なお、各状態の間の切り替えは、鉄道地面ビーコンの検出と制御システムの遅延リンクにより切り替えられる。ここで、鉄道地面ビーコンは、軌道交通において電力機車の前方の線路タイプを予告するための地面装置であり、制御システムの遅延リンクは、状態切り替えプロセスを人為的に制限する最短時間であり、システム故障を防止する。

オフグリッド動的状態とグリッド接続動的状態において、該当する制御プロセスに従って交流遮断信号Ｓａｃと直流遮断信号Ｓｄｃ及び該当する変流回路を制御すれば、列車の異なる給電区間の無停車運行を実現することができる。

そして、Ｓ１０３において、前記ＮＰＣ制御は、単一相ｄｑデカップリングのネットワーク側電流直流側電圧二重閉ループ制御アルゴリズムを採用し、Ｓ４０３において、前記カスケード接続Ｂｕｃｋ降圧チョッパ回路制御は、入力電圧平衡付きのネットワーク側電流直流側電圧二重閉ループ制御アルゴリズムを採用する。

＜実施例３＞
実施例２に基づいて、本出願の実施例３は、より具体的な中電圧直流方式と互換性がある２ストリーム再構築可能なネットワーク側変流器の制御方法を提供し、この方法は、ＦＰＧＡリアルタイムシミュレーション回路とＤＳＰ制御回路で実現され、図５は、それぞれトラクションネットワーク状態、再構築可能なネットワーク側変流器電気量及びトラクションモータ電気量の三つの部分の情報を示す。

ここで、トラクションネットワーク状態は、システムオフ状態、２５ｋＶ／５０Ｈｚ中電圧交流給電方式状態、惰行（無電エリア）状態及び９ｋＶ中電圧直流給電方式状態を含み、再構築可能なネットワーク側変流器電気量は、変流器入力電圧、ネットワーク側電流及び２つの直流出力電圧を収集し、トラクションモータ電気量は、電磁トルク、モータ回転数及びモータａ相固定子電流を収集する。

この方法は、
Ｓ１、交直流グリッド接続・オフグリッドステートマシンが交流給電エリア開始信号を識別し、交流グリッド接続制御プログレスを起動するステップと、
Ｓ２、システムが中電圧交流定常運行状態に入るステップと、
Ｓ３、交直流グリッド接続・オフグリッドステートマシンが交流給電エリア終了信号を識別し、交流オフグリッド制御プログレスを起動し、システムが惰行運行状態に入るステップと、
Ｓ４、交直流グリッド接続・オフグリッドステートマシンが直流給電エリア開始信号を識別し、直流グリッド接続制御プログレスを起動するステップと、
Ｓ５、システムが中電圧直流定常運行状態に入るステップと、
Ｓ６、交直流グリッド接続・オフグリッドステートマシンが直流給電エリア終了信号を識別し、直流オフグリッド制御プログレスを起動し、システムが惰行運行状態に入るステップと、
Ｓ７、Ｓ１～Ｓ６を繰り返すステップとを含む。

具体的には、時間が０～１０ｓの間にあると、システム全体は、オフになり、各電気量は、いずれもゼロであり、
時間が１０～４５ｓの間にあると、Ｓ１とＳ２を実行し、前記交直流グリッド接続・オフグリッドステートマシンは、まず交流給電エリア開始信号を識別し、前記変流器Ｓａｃを１に設定し、Ｓｄｃを０に設定し、ＮＰＣとして再構築し、車載トラクション変圧器により降圧された後のネットワーク側交流電気を２つの安定した３ｋＶ直流電圧に整流し、二つの直流出力ポートＫ１３、Ｋ１４とＫ１５、Ｋ１６に出力し、電磁トルクを制御する、モータ回転数を定速作動状態まで絶えず上昇させ、
時間が４５ｓ～５１ｓの間にあると、Ｓ３を実行し、前記交直流グリッド接続・オフグリッドステートマシンは、まず交流給電エリア終了信号を識別し、前記変流器Ｓａｃを０に設定し、Ｓｄｃを０に設定し、モータ回転数が低減し、慣性とトラクション逆変器のフィードバック作用により変流器の出力直流電圧を安定化させ、
時間が５１ｓ～７３ｓの間にあると、Ｓ４とＳ５を実行し、前記交直流グリッド接続・オフグリッドステートマシンは、まず直流給電エリア開始信号を識別し、前記変流器Ｓａｃを０に設定し、Ｓｄｃを１に設定し、カスケード接続Ｂｕｃｋチョッパ回路として再構築し、直流パンタグラフを通過したネットワーク側９ｋＶ直流電気降圧チョッパを２つの安定した３ｋＶ直流電圧に整流し、二つの直流出力ポートＫ１３、Ｋ１４とＫ１５、Ｋ１６に出力し、電磁トルクを制御してモータ回転数を定速作動状態まで絶えず上昇させ、
時間が７３ｓ～８１ｓの間にあると、Ｓ６を実行し、前記交直流グリッド接続・オフグリッドステートマシンは、まず直流給電エリア終了信号を識別し、前記変流器Ｓａｃを０に設定し、Ｓｄｃを０に設定し、モータ回転数が低減し、慣性とトラクション逆変器のフィードバック作用により変流器の出力直流電圧を安定させ、
時間が８１～１００ｓの間にあると、Ｓ１とＳ２を再実行し、前記交直流グリッド接続・オフグリッドステートマシンは、まず交流給電エリア開始信号を識別し、前記変流器Ｓａｃを１に設定し、Ｓｄｃを０に設定し、ＮＰＣとして再構築し、車載トラクション変圧器により降圧された後のネットワーク側交流電気を２つの安定した３ｋＶ直流電圧に整流し、二つの直流出力ポートＫ１３、Ｋ１４とＫ１５、Ｋ１６に出力し、電磁トルクを制御してモータ回転数を定速作動状態まで絶えず上昇させる。

説明すべきこととして、本実施例における実施例２と同一または類似の部分は、相互に参照すればよく、本出願ではこれ以上説明しない。

以上をまとめると、本発明は、中電圧直流方式と互換性がある２ストリーム再構築可能なネットワーク側変流器及びその制御方法を提供し、中電圧交流給電方式及び前記中電圧直流給電方式の両方と互換性がある。本発明が提案した技術案は、既存のトラクション給電設施を最大限に利用することができ、電力機車が中電圧交流給電方式及び前記中電圧直流給電方式で同時に運行し、該当する制御アルゴリズムにより電力機車の無停車で異なる区間の運行を実現することができる。本発明は、機器多重化の思想に基づいて、ネットワーク側変流器のスイッチデバイスを多重化し、機器体積及び製造コストを顕著に減少させ、広い応用の将来性がある。

１交流デバイス板
２交流遮断板
３スイッチデバイス板
４直流遮断板
５直流デバイス板
Ｊ、Ｋ、Ｌ接線端子
ａ電力ダイオード
ｂ交流遮断器
ｃ逆並列接続ダイオード付きの完全制御型スイッチデバイス
ｄ定電圧容量
ｅトラクション逆変器
ｆ直流遮断器
ｇ均圧容量
ｈチョッパインダクタ

Claims

中電圧交流給電方式のネットワーク側及び中電圧直流給電方式のネットワーク側への接続が可能な変流器の制御方法であって、
前記変流器は、中電圧交流給電方式又は中電圧直流給電方式で電力機車に給電するシステムに用いられ、
前記システムは、中電圧交流給電方式のネットワークに接続される交流グリッド接続状態と、中電圧交流給電方式のネットワークから遮断される交流オフグリッド状態と、中電圧直流給電方式のネットワークに接続される直流グリッド接続状態と、中電圧直流給電方式のネットワークから遮断される直流オフグリッド状態と、を切り替え、
前記システムは、
Ｓ１、交流給電エリア開始信号を識別し、前記交流グリッド接続状態とするための制御を実行するステップと、
Ｓ２、システムが中電圧交流定常運行状態に入るステップと、
Ｓ３、交流給電エリア終了信号を識別し、前記交流オフグリッド状態とするための制御を実行し、システムが惰行運行状態に入るステップと、
Ｓ４、直流給電エリア開始信号を識別し、前記直流グリッド接続状態とするための制御を実行するステップと、
Ｓ５、システムが中電圧直流定常運行状態に入るステップと、
Ｓ６、直流給電エリア終了信号を識別し、前記直流オフグリッド状態とするための制御を実行し、システムが惰行運行状態に入るステップと、
Ｓ７、Ｓ１～Ｓ６を繰り返すステップとを含む、ことを特徴とする制御方法。
Ｓ１において、前記交流グリッド接続状態とするための制御は、
Ｓ１０１、交流遮断信号Ｓａｃを１に設定するステップと、
Ｓ１０２、前記電力機車におけるモータの電磁トルクを増加させるステップと、
Ｓ１０３、中性点クランプ３レベル４象限整流回路制御を起動するステップとを含む、ことを特徴とする請求項１に記載の制御方法。
Ｓ３において、前記交流オフグリッド状態とするための制御は、
Ｓ３０１、前記電力機車におけるモータの電磁トルクを低減させるステップと、
Ｓ３０２、中性点クランプ３レベル４象限整流回路制御を停止させるステップと、
Ｓ３０３、交流遮断信号Ｓａｃを０に設定するステップとを含む、ことを特徴とする請求項２に記載の制御方法。
Ｓ４において、前記直流グリッド接続状態とするための制御は、
Ｓ４０１、直流遮断信号Ｓｄｃを１に設定するステップと、
Ｓ４０２、前記電力機車におけるモータの電磁トルクを増加させるステップと、
Ｓ４０３、カスケード接続Ｂｕｃｋ降圧チョッパ回路制御を起動するステップとを含む、ことを特徴とする請求項３に記載の制御方法。
Ｓ６において、前記直流オフグリッド状態とするための制御は、
Ｓ６０１、前記電力機車におけるモータの電磁トルクを低減させるステップと、
Ｓ６０２、カスケード接続Ｂｕｃｋ降圧チョッパ回路制御を停止させるステップと、
Ｓ６０３、直流遮断信号Ｓｄｃを０に設定するステップとを含む、ことを特徴とする請求項４に制御方法。
前記中電圧交流給電方式は、２５ｋＶ／５０Ｈｚ方式又は１５ｋＶ／１６．７Ｈｚ方式であり、前記中電圧直流給電方式は、６～２０ｋＶの間のいずれかの電圧レベルの直流給電方式である、ことを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の制御方法。
請求項１から５のいずれか１項に記載の制御方法を使用する、中電圧交流給電方式のネットワーク側及び中電圧直流給電方式のネットワーク側への接続が可能な変流器であって、交流デバイス板（１）、交流遮断板（２）、スイッチデバイス板（３）、直流遮断板（４）及び直流デバイス板（５）を含み、前記交流デバイス板（１）は、交流遮断板（２）を介してスイッチデバイス板（３）に電気的に接続され、前記直流デバイス板（５）は、直流遮断板（４）を介して前記スイッチデバイス板（３）に電気的に接続される、ことを特徴とする変流器。
中電圧交流給電方式で、前記交流遮断板（２）は、交流遮断信号Ｓａｃを受信することで、前記交流デバイス板（１）と前記スイッチデバイス板（３）との間の電気的接続を導通することによって、前記変流器を中性点クランプ３レベル４象限整流回路として構築するために用いられる、ことを特徴とする請求項７に記載の変流器。
中電圧直流給電方式で、前記直流遮断板（４）は、直流遮断信号Ｓｄｃを受信することで、前記直流デバイス板（５）と前記スイッチデバイス板（３）との間の電気的接続を導通することによって、前記変流器をカスケード接続Ｂｕｃｋ降圧チョッパ回路として構築するために用いられる、ことを特徴とする請求項７に記載の変流器。
前記中電圧交流給電方式は、２５ｋＶ／５０Ｈｚ方式又は１５ｋＶ／１６．７Ｈｚ方式であり、前記中電圧直流給電方式は、６～２０ｋＶの間のいずれかの電圧レベルの直流給電方式である、ことを特徴とする請求項７に記載の変流器。