RU2725649C2

RU2725649C2 - Control method of recuperative braking of railway rolling stock with input single-phase width-pulse voltage converter

Info

Publication number: RU2725649C2
Application number: RU2018127216A
Authority: RU
Inventors: Егор Викторович Аулов; Алексей Александрович Каретников; Владислав Алексеевич Кучумов; Иван Николаевич Никончук; Сергей Николаевич Прокофьев; Александр Владимирович Стельмашенко
Original assignee: Акционерное общество "Научно-исследовательский институт железнодорожного транспорта"
Priority date: 2018-07-25
Filing date: 2018-07-25
Publication date: 2020-07-03
Also published as: RU2018127216A; RU2018127216A3

Abstract

FIELD: electrodynamic braking systems for vehicles.SUBSTANCE: method of control of regenerative braking of railway rolling stock with input single-phase pulse-width voltage converter consists in the fact that delay angle of the main harmonic of the regenerative current from the main harmonic of voltage on the current collector is set and maintained equal to 180 electric degrees. At that, after voltage increase on current collector to maximum permissible value angle of delay of main harmonic of regenerative current from main voltage harmonic on current collector of electric rolling stock is changed to value, ruling out excess of voltage on current collector of maximum permissible value, and stabilizing at preset level. At that, angle of delay of main harmonic of regenerative current from main harmonic on current collector is regulated in range from 180 to 270 electric degrees.EFFECT: technical result of the invention consists in increasing the duration of recuperative braking, as well as in reducing the value of reactive current in the overhead system.1 cl

Description

Изобретение относится к железнодорожной технике, в частности, к управлению рекуперативным торможением электроподвижного состава (ЭПС), получающего питание от сети однофазного переменного тока и использующего для преобразования параметров электрической энергии однофазные преобразователи напряжения с широтно-импульсной модуляцией.The invention relates to railway equipment, in particular, to the management of regenerative braking of electric rolling stock (EPS), which is powered by a single-phase alternating current network and uses single-phase pulse-width modulated voltage converters to convert electric energy parameters.

Известен способ управления рекуперативным торможением ЭПС с тяговыми электродвигателями переменного тока, в частности асинхронными, получающих питание от контактной сети переменного тока и использующих для преобразования питающего напряжения однофазные преобразователи с широтно-импульсной модуляцией (4-х квадрантные преобразователи), заключающийся в том, что угол запаздывания основной гармоники рекуперативного тока от основной гармоники напряжения на токоприемнике поддерживается постоянным и равным 180 электрических градусов (Литовченко В.В. 4q-S-четырехквадрантный преобразователь электровозов переменного тока (принцип работы, анализ и экспериментальные исследования), Известия ВУЗов, Электромеханика, 2000 г., №3, с. 70-71, рис. 10а) - прототип.A known method of controlling the regenerative braking of EPS with traction electric motors of alternating current, in particular asynchronous, powered by a contact AC network and using single-phase converters with pulse-width modulation (4 quadrant converters) to convert the supply voltage, namely, that the angle the lag of the main harmonic of the regenerative current from the main harmonic of the voltage at the current collector is kept constant and equal to 180 electrical degrees (Litovchenko V.V. 4q-S four-quadrant converter of AC electric locomotives (principle of operation, analysis and experimental studies), Izvestiya VUZov, Electromechanics, 2000 ., No. 3, pp. 70-71, Fig. 10a) - prototype.

Известное решение позволяет осуществлять непрерывное поддержание заданной тормозной силы при наличии на токоприемнике напряжения, величина которого находится внутри пределов по ГОСТ 6962-75 - «Транспорт электрифицированный с питанием от контактной сети. Ряд напряжений», и близкого к единице коэффициента мощности в широком диапазоне изменения нагрузки. В этом же стандарте определено наибольшее допускаемое значение напряжения 29 кВ на токоприемниках ЭПС при любых эксплуатационных условиях, за исключением коммутационных режимов.The known solution allows for continuous maintenance of a given braking force in the presence of voltage on the current collector, the value of which is within the limits according to GOST 6962-75 - "Electrified vehicles powered by a contact network. A series of voltages, ”and a power factor close to unity in a wide range of load changes. The same standard defines the maximum permissible voltage value of 29 kV at the current collectors of EPS under any operating conditions, with the exception of switching modes.

Устройство для реализации указанного известного способа представлено, например, в источнике информации - Широченко Ю.Н. Совершенствование системы управления входным преобразователем двухсистемного электровоза с асинхронными тяговыми двигателями. Автореферат диссертации на соискание ученой степени канд. техн. наук, МГУПС, 2010 г., с. 14-16.A device for implementing this known method is presented, for example, in the source of information - Shirochenko Yu.N. Improving the control system of the input converter of a two-system electric locomotive with asynchronous traction motors. Abstract of dissertation for the degree of Cand. tech. sciences, MGUPS, 2010, p. 14-16.

Недостатком известного решения является то, что напряжение на токоприемнике при рекуперации может быстро достигать наибольшего допускаемого значения. В этом случае происходит либо переход на реостатное торможение, либо отключение рекуперации и переход в режим выбега с последующим восстановлением режима рекуперации при снижении напряжения.A disadvantage of the known solution is that the voltage at the current collector during recovery can quickly reach the highest permissible value. In this case, there is either a transition to rheostatic braking, or the recovery is turned off and the transition to the coast mode with the subsequent restoration of the recovery mode when the voltage is reduced.

Переход на реостатное торможение сопряжен с большими потерями электроэнергии в тормозных резисторах. Временное отключение режима рекуперации снижает эффективность торможения.The transition to rheostatic braking is associated with large losses of electricity in the braking resistors. Temporarily disabling the recovery mode reduces the braking performance.

Техническим результатом, на достижение которого направлено заявляемое решение, является повышение продолжительности рекуперативного торможения, а также уменьшение величины реактивного тока в контактной сети.The technical result, the achievement of which the claimed solution is directed, is to increase the duration of regenerative braking, as well as to reduce the magnitude of the reactive current in the contact network.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе управления рекуперативным торможением электроподвижного железнодорожного состава с входным однофазным широтно-импульсным преобразователем напряжения, при котором угол запаздывания основной гармоники рекуперативного тока от основной гармоники напряжения на токоприемнике устанавливают и поддерживают равным 180 электрических градусов, после увеличения напряжения на токоприемнике до наибольшего допускаемого значения, угол запаздывания основной гармоники рекуперативного тока от основной гармоники напряжения на токоприемнике ЭПС изменяют до значения, исключающего превышение напряжения на токоприемнике наибольшего допускаемого значения, и стабилизируют на установленном уровне, например, автоматически.The specified technical result is achieved by the fact that in the method for controlling the regenerative braking of an electrically rolling stock with an input single-phase pulse-width pulse converter, at which the delay angle of the main harmonic of the regenerative current from the main harmonic of the voltage at the current collector is set and maintained equal to 180 electrical degrees, after increasing the voltage by the current collector to the maximum permissible value, the delay angle of the main harmonic of the regenerative current from the main harmonic of the voltage at the ESR current collector is changed to a value that excludes the excess voltage at the current collector of the highest permissible value, and stabilize at a set level, for example, automatically.

Способ, характеризующийся тем, что угол запаздывания основной гармоники рекуперативного тока от основной гармоники напряжения на токоприемнике ЭПС регулируют в диапазоне от 180 до 270 электрических градусов.A method characterized in that the delay angle of the fundamental harmonic of the regenerative current from the fundamental harmonic of the voltage at the EPS current collector is controlled in the range from 180 to 270 electrical degrees.

Рекуперативное торможение железнодорожного подвижного состава (электровозов и электропоездов) - это торможение, осуществляемое посредством электродинамического тормоза, при котором высвобождаемая при переводе тяговых электродвигателей в генераторный режим электрическая энергия передается в контактную сеть.Regenerative braking of railway rolling stock (electric locomotives and electric trains) is braking by means of an electrodynamic brake, in which the electric energy released when the traction motors are in generator mode is transferred to the contact network.

При изменении угла запаздывания основной гармоники тока ЭПС от основной гармоники напряжения на токоприемнике в пределах от нуля до 90 электрических градусов и от 270 до 360 электрических градусов ЭПС работает в тяговом режиме; при изменении этого угла запаздывания в пределах от 90 до 180 электрических градусов и от 180 до 270 электрических градусов ЭПС работает в режиме электродинамического, в частности рекуперативного, торможения.When the lag angle of the main harmonic of the EPS current from the main harmonic of the voltage at the current collector changes from zero to 90 electrical degrees and from 270 to 360 electrical degrees, the EPS runs in traction mode; when this lag angle changes in the range from 90 to 180 electrical degrees and from 180 to 270 electrical degrees, the EMF operates in the electrodynamic, in particular regenerative, braking mode.

Авторами проведены исследования по влиянию изменения угла запаздывания основной гармоники рекуперативного тока от основной гармоники напряжения на токоприемнике ЭПС в большую или меньшую сторону от значения 180 электрических градусов, т.е. в диапазоне от 90 до 180 электрических градусов и от 180 до 270 электрических градусов (угол запаздывания увеличивают или уменьшают), при увеличении напряжения на токоприемнике.The authors conducted studies on the effect of a change in the delay angle of the main harmonic of the regenerative current from the main harmonic of the voltage at the EPS current collector to a greater or lesser side from the value of 180 electrical degrees, i.e. in the range from 90 to 180 electrical degrees and from 180 to 270 electrical degrees (the delay angle is increased or decreased), with increasing voltage at the current collector.

При таком изменении угла запаздывания (увеличение или уменьшение), напряжение на токоприемнике уменьшается и, как следствие, исключается возможность превышения оговоренного в ГОСТ 6962-75 уровня допускаемого напряжения и срыва рекуперативного торможения. Однако такое уменьшение напряжения сопряжено с появлением реактивной составляющей основной гармоники рекуперируемого ЭПС тока. При уменьшении угла запаздывания (от 90 до 180 электрических градусов) реактивная составляющая основной гармоники рекуперируемого ЭПС приобретает индуктивный характер, при увеличении (от 180 до 270 электрических градусов) - емкостной. Реактивная составляющая тягового тока сопутствующих единиц ЭПС с коллекторными двигателями и выпрямительно-инверторными преобразователями, находящихся на той же межподстанционной зоне, имеет индуктивный характер. Наличие емкостного тока рекуперирующего ЭПС с однофазными преобразователями напряжения с широтно-импульсной модуляцией частично или даже полностью компенсирует вышеуказанную реактивную составляющую тягового тока и, следовательно, уменьшает потери мощности в контактной сети.With such a change in the delay angle (increase or decrease), the voltage at the current collector decreases and, as a result, the possibility of exceeding the level of permissible voltage specified in GOST 6962-75 and failure of regenerative braking is excluded. However, such a decrease in voltage is associated with the appearance of a reactive component of the fundamental harmonic of the recovered EPS current. With a decrease in the delay angle (from 90 to 180 electrical degrees), the reactive component of the main harmonic of the recovered EPS becomes inductive, with an increase (from 180 to 270 electrical degrees) it becomes capacitive. The reactive component of the traction current of the accompanying EPS units with collector motors and rectifier-inverter converters located on the same inter-substation zone is inductive. The presence of the capacitive current of the recuperating EPS with single-phase voltage converters with pulse-width modulation partially or even completely compensates for the above reactive component of the traction current and, therefore, reduces power losses in the contact network.

Предложенный новый способ управления рекуперативным торможением железнодорожного электроподвижного состава с входным однофазным широтно-импульсным преобразователем напряжения возможно реализовать, например, на базе известной системы автоматического регулирования, поддерживающей заданное значение регулируемой величины, в данном случае напряжения на токоприемнике ЭПС («Проектирование систем управления электроподвижным составом. Под ред. Н.А. Ротанова, М., Транспорт, 1986 г., разделы 6.5 и 6.6).The proposed new method for controlling the regenerative braking of a railway rolling stock with an input single-phase pulse-width pulse voltage converter can be implemented, for example, on the basis of the well-known automatic control system that supports a given value of an adjustable value, in this case, the voltage on the EPS current collector ("Design of control systems for electric rolling stock. Edited by N.A. Rotanov, M., Transport, 1986, sections 6.5 and 6.6).

Таким образом, при увеличении напряжения на токоприемнике рекуперирующего ЭПС, угол запаздывания основной гармоники рекуперативного тока от основной гармоники напряжения плавно увеличивают свыше 180 электрических градусов и автоматически стабилизируют на уровне, исключающем превышение напряжения на токоприемнике наибольшего допустимого напряжения.Thus, when the voltage at the current collector of the recuperative EPS is increased, the delay angle of the main harmonic of the regenerative current from the main harmonic of the voltage smoothly increases above 180 electrical degrees and automatically stabilizes at a level that eliminates the excess voltage at the current collector of the highest allowable voltage.

Claims

1. A method for controlling the regenerative braking of a railway rolling stock with an input single-phase pulse-width pulse voltage converter, in which the delay angle of the fundamental harmonic of the regenerative current from the fundamental harmonic of the voltage at the current collector is set and maintained at 180 electrical degrees, characterized in that after increasing the voltage at the current collector to the maximum allowable value, the delay angle of the main harmonic of the regenerative current from the main harmonic of the voltage at the current collector of the electric rolling stock is changed to a value that excludes the excess voltage at the current collector of the highest allowable value, and stabilize at a set level.

2. The method according to p. 1, characterized in that the delay angle of the main harmonic of the regenerative current from the main harmonic at the current collector is controlled from 180 to 270 electrical degrees.