专利名称：一种电力机车列车供电控制方法、装置和系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及列车供电控制技术领域，更具体地说，涉及一种交直型电力机车列车供电控制方法、装置和系统。
背景技术：
电力机车列车供电系统是由电力机车本身提供列车空调、取暖器和照明所需电能的系统，所述供电系统需由供电控制装置进行集中控制以实现可靠地供电。现有的交直型电力机车列车供电控制装置由一个集中式供电控制设备或系统控制两路独立供电回路，当某一供电控制回路出现故障(供电回路板故障或控制电源中断等)时，由机车工作人员进行手动操作切换转换开关由另一供电回路供电。然而，现有的供电控制装置至少存在如下缺点由于人工干预切换供电回路存在反应能力局限，可能会延误供电系统的恢复时间；且所述转换开关和列车供电柜之间需要布置电源连线，增加了故障点。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种电力机车列车供电控制方法、装置和系统，以实现两套独立且相同的列车供电控制系统在发生故障时进行保护及切换的目的，不仅自动切换节省系统恢复时间，且无需布置连线减少了故障点。—种电力机车列车供电控制方法，用于电力机车列车供电控制装置，所述装置包括结构及功能相同的主供电控制子系统和辅供电控制子系统，上述两个子系统通过转换控制单元连接；所述方法包括所述主供电控制子系统进行当前所述电力机车列车供电系统控制；所述辅供电控制子系统同时上电运行；当所述主供电控制子系统的供电控制单元检测到所述主供电控制子系统故障信息时，所述转换控制单元根据所述故障信息生成供电允许控制转换指令，指示所述辅供电控制子系统进行当前所述电力机车列车供电系统的控制。为了完善上述方案，主供电控制子系统和所述辅供电控制子系统均包括供电控制单元、脉冲分配单元和数字入出IO单元所述供电控制单元采集并处理由所述数字入出IO单元接收并转换后的列车供电柜和客车电压数字量信号及从总线获取的内部逻辑及外围电信号，分别得到对外控制数字开关量及移相电平；所述数字入出IO单元将接收的所述对外控制数字开关量转换为驱动对应继电器的开关量；所述脉冲分配单元根据接收的所述移相电平生成触发脉冲信号列，将所述触发脉冲信号列放大后通过所述转换控制单元驱动所述电力机车列车供电系统供电柜的整流桥。为了完善上述方案，所述内部逻辑及外围电信号包括电压反馈信号、电流反馈信号和网压同步信号。优选地，所述方法还包括所述列车供电控制单元通过总线与设置于所述供电控制装置中的网络通讯模块交换所述供电柜的状态信息及供电允许控制转换状态信息。当出现接地故障和/或集控器故障时，利用所述隔离开关保护。将所述供电控制装置的故障记录存储并下载。一种电力机车列车供电控制装置，包括结构及功能相同的主供电控制子系统和辅供电控制子系统，上述两个子系统通过转换控制单元连接；所述主供电控制子系统进行当前所述电力机车列车供电系统控制；所述辅供电控制子系统同时上电运行；所述转换控制单元用于当所述主供电控制子系统的供电控制单元检测到所述主供电控制子系统故障信息时，生成供电允许控制转换指令指示所述辅供电控制子系统进行当前所述电力机车列车供电系统的控制。为了完善上述方案，所述主供电控制子系统和辅供电控制子系统均包括供电控制单元、脉冲分配单元和数字入出IO单元所述数字入出IO单元用于接收并转换后的列车供电柜和客车电压数字量信号；所述供电控制单元用于采集所述转换后的电压数字量信号，以及从总线获取内部逻辑及外围电信号，将所述转换后的电压数字量信号和所述内部逻辑及外围电信号分别处理后得到对外控制数字开关量及移相电平；由所述数字入出IO单元将接收的所述对外控制数字开关量转换为驱动对应继电器的开关量；所述脉冲分配单元用于根据接收的所述移相电平生成触发脉冲信号列，将所述触发脉冲信号列放大后通过所述转换控制单元驱动所述电力机车列车供电系统供电柜的整流桥。所述供电控制单元包括微处理器DSP、微处理器ARM、可编程的逻辑器件和模数 AD转换芯片；所述DSP用于控制总线及总线插件数据交换、信号处理和故障保护；所述ARM用于人机交互通讯；可编程的逻辑器件用于控制采集及预处理所述转换后的电压数字量信号，以及从总线获取内部逻辑及外围电信号；所述AD转换芯片用于将可编程的逻辑器件处理后的信号进行模数转换，并发送至所述DSP。所述脉冲分配单元包括可编程的逻辑器件及外围电路和脉冲放大电路可编程的逻辑器件及外围电路用于对所述移相电平进行滤波及计算后生成触发脉冲信号列及与总线连接；所述脉冲放大电路将所述脉冲信号列中的脉冲放大后驱动供电系统的供电柜的单相半控整流桥。优选地，所述系统还包括网络通讯模块，所述网络通讯模块与所述列车供电控制装置通过总线交换所述供电柜的状态信息及供电允许控制转换状态信息。
当出现接地故障和/或集控器故障时进行隔离保护的隔离开关。与所述网络通讯模块连接的显示器，所述显示器显示所述供电柜的状态信息及供电允许控制转换状态信息。一种电力机车列车供电控制系统，包括上述控制装置。从上述的技术方案可以看出，本发明实施例的电力机车列车供电控制装置设有结构及功能相同的主供电控制子系统和辅供电控制子系统，采用热备冗余方式，主供电控制子系统和辅供电子系统均上电运行，在主供电控制子系统出现故障时，所述辅供电子系统在转换控制单元的供电允许控制转换指令指示下，执行与所述主供电子系统相同功能的供电系统控制，从而在发生供电控制机构故障时，及时自动地转换控制装置，解决了现有技术中人工切换延误系统恢复时间及由于转换开关和列车供电柜布置连线增加故障点的问题。
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本发明公开的一种现有电力机车列车供电控制装置结构示意图；图2为本发明实施例公开的一种电力机车列车供电控制方法流程图；图3为本发明又一实施例公开的一种电力机车列车供电控制方法流程图；图4为本发明实施例公开的一种电力机车列车供电控制装置结构示意图；图5为本发明又一实施例公开的一种电力机车列车供电控制装置结构示意图；图6为本发明又一实施例公开的一种电力机车列车供电控制装置结构示意图。
具体实施例方式为了引用和清楚起见，下文中使用的技术名词、简写或缩写总结如下DSP =Digital signal processor，一种独特的微处理器，是以数字信号来处理大量信息的器件。它不仅具有可编程性，而且其实时运行速度可达每秒数以千万条复杂指令程序，远远超过通用微处理器，是数字化电子世界中日益重要的电脑芯片。ARM 是一种高性能、廉价、耗能低的RISC处理器，目前应用范围已遍及工业控制、 消费类电子产品、通信系统、网络系统、无线系统等各类产品。FPGA :Feld-programmable gate array，现场可编程门阵列，它是作为专用集成电路领域中的一种半定制电路而出现的，既解决了定制电路的不足，又克服了原有可编程器件门电路数有限的缺点。下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。在进行实施例描述之前，需要说明的是，参见图1 现有的列车供电控制装置设置功能完全相同的A、B两组控制系，在对列车供电系统控制时选择其中一系进行，当操作人员将列车供电控制装置通过转换开关切换到A系时，列车供电控制装置A系控制插件上电运行，B系控制插件失电停止工作，反之亦然。发明人通过对上述列车供电控制技术的研究发现当某一系列车供电控制系出现问题(如主控板不能正常工作、控制电源中断等故障)时，需要由操作人员进行人工干预，由于操作人员从发现故障提示到切换完成，需要一段反应时间，不仅耽误了列车供电系统的正常供电状态的恢复，且影响了旅客列车的正常供电；其次，所述列车供电系统和转换开关之间需设置额外的连线，从系统故障点的角度考虑，无疑增加了维护故障点。故而，发明人现有技术的上述缺陷，取消以往冷备份冗余设计改进为热备份冗余设计的列车供电控制装置，当某一组控制系出现故障时，通过两系供电控制单元的直接通信，立即由另一系接管控制；并取消了转换开关的设置，节省了供电控制装置和转换开关之间的连线和开关插件设置，减少了故障点。下面结合实施例和图示进行详尽说明图2示出了一种电力接车列车供电控制方法，包括 该控制方法用于电力机车列车供电控制装置，所述装置包括结构及功能相同的主供电控制子系统和辅供电控制子系统，上述两个子系统通过转换控制单元连接；步骤21 所述主供电控制子系统进行当前所述电力机车列车供电系统控制；所述辅供电控制子系统同时上电运行；步骤22 判断所述主供电控制子系统的供电控制单元是否检测到该子系统的故障信息，如检测到，则执行步骤23-24 ；否则执行步骤25。步骤23 所述转换控制单元根据所述故障信息生成供电允许控制转换指令；在本步骤23中，更为详细地，所述主供电控制子系统和所述辅供电控制子系统均包括供电控制单元、脉冲分配单元和数字入出IO单元所述供电控制单元采集并处理由所述数字入出IO单元接收并转换后的列车供电柜和客车电压数字量信号及从总线获取的内部逻辑及外围电信号，分别得到对外控制数字开关量及移相电平；所述数字入出IO单元将接收的所述对外控制数字开关量转换为驱动对应继电器的开关量；所述脉冲分配单元根据接收的所述移相电平生成触发脉冲信号列，将所述触发脉冲信号列放大后通过所述转换控制单元驱动所述电力机车列车供电系统供电柜的整流桥。需要说明的是所述移相电平是所述供电控制单元对包括电压反馈信号、电流反馈信号和网压同步信号等信号调整及计算后得到的相应的电平序列，所述调整和计算包括将所述电压反馈信号和电流反馈信号及网压同步信号等与给定延时积分环节中预置值比较后，并经调节器运算得出所述供电柜整流桥的触发角，所述触发角通过同步处理和功率放大后控制所述供电柜的整流桥的触发脉冲模块触发整流桥的导通，而所述触发脉冲信号列为与所述移相电平对应的顺序触发脉冲信号序列。步骤M 指示所述辅供电控制子系统进行当前所述电力机车列车供电系统的控制。步骤25:正常运作。
图3示出了一种电力接车列车供电控制方法，包括步骤31 所述主供电控制子系统进行当前所述电力机车列车供电系统控制；所述辅供电控制子系统同时上电运行；步骤32 判断所述主供电控制子系统的供电控制单元是否检测到该子系统的故障信息，如检测到，则执行步骤33-34 ；步骤33 所述转换控制单元根据所述故障信息生成供电允许控制转换指令；步骤34 指示所述辅供电控制子系统进行当前所述电力机车列车供电系统的控制。步骤35 所述列车供电控制单元通过总线与设置于所述供电控制装置中的网络通讯模块交换所述供电柜的状态信息及供电允许控制转换状态信息。步骤36 将所述供电控制装置的故障记录存储并下载。在本实施例中，还包括有当出现接地故障和/或集控器故障时，利用所述隔离开关保护，该过程不再附着图示及进一步赘述说明。图4示出了一种电力机车列车供电控制装置，包括结构及功能相同的主供电控制子系统41和辅供电控制子系统42，上述两个子系统通过转换控制单元43连接；所述主供电控制子系统41进行当前所述电力机车列车供电系统控制；所述辅供电控制子系统42同时上电运行；所述转换控制单元43用于当所述主供电控制子系统的供电控制单元检测到所述主供电控制子系统41故障信息时，生成供电允许控制转换指令指示所述辅供电控制子系统42进行当前所述电力机车列车供电系统的控制。图5示出了又一种电力机车列车供电控制装置，包括如图5所示，并结合图4所述所述主供电控制子系统和辅供电控制子系统均包括供电控制单元51、脉冲分配单元52和数字入出IO单元53 所述数字入出IO单元53用于接收并转换后的列车供电柜和客车电压数字量信号；所述供电控制单元51用于采集所述转换后的电压数字量信号，以及从总线获取内部逻辑及外围电信号，将所述转换后的电压数字量53信号和所述内部逻辑及外围电信号分别处理后得到对外控制数字开关量及移相电平；由所述数字入出IO单元53将接收的所述对外控制数字开关量转换为驱动对应继电器的开关量；所述脉冲分配单元52用于根据接收的所述移相电平生成触发脉冲信号列，将所述触发脉冲信号列放大后通过所述转换控制单元33驱动所述电力机车列车供电系统供电柜的整流桥。所述供电控制单元包括微处理器DSP、微处理器ARM、可编程的逻辑器件和模数AD转换芯片；所述DSP用于控制总线及总线插件数据交换、信号处理和故障保护；所述ARM用于人机交互通讯；
可编程的逻辑器件用于控制采集及预处理所述转换后的电压数字量信号，以及从总线获取内部逻辑及外围电信号；所述AD转换芯片用于将可编程的逻辑器件处理后的信号进行模数转换，并发送至所述DSP。所述脉冲分配单元包括可编程的逻辑器件及外围电路和脉冲放大电路可编程的逻辑器件及外围电路用于对所述移相电平进行滤波及计算后生成触发脉冲信号列及与总线连接；所述脉冲放大电路将所述脉冲信号列中的脉冲放大后驱动供电系统的供电柜的单相半控整流桥。需要明确的是，所述可编程的逻辑器件具体为现场可编程门阵列FPGA，上述供电控制单元和脉冲分配单元的结构作为所述系统的组成构件进行说明，而实现形式及具体连接关系，并不局限于上述列举内容，且不再在本领域技术人员通过上述说明可实现单元结构及功能的基础上再做详细图示。图6示出了又一种电力机车列车供电控制装置，相同之处参见图4-图5图示及对应说明，现仅就不同之处进行描述图中包括了网络通讯模块61，所述网络通讯模块61与所述列车供电控制装置通过总线交换所述供电柜的状态信息及供电允许控制转换状态信息。与所述网络通讯模块连接的显示器62，所述显示器显示所述供电柜的状态信息及供电允许控制转换状态信息，所述供电柜的状态信息包括输出电压、输出板电压、输出电流，开关器件的状态信息，列车供电故障信息等。另外，当出现接地故障和/或集控器故障时进行隔离保护的隔离开关，该部件不再附着图示及进一步赘述说明。本实施例中，该系统利用显示屏显示的方式通知工作人员，记录并存储发生故障时的相关信息，为后期诊断提供有用且必要的信息，需要说明的是，可通过便携式计算机及存储设备将故障履历下载以备后续分析和保存。需要明确的是，本发明还公开了一种电力机车列车供电控制系统，包括图4-6图示及说明对应所述电力机车列车供电控制装置，相应描述参见装置，此处不再赘述。综上所述本发明实施例的电力机车列车供电控制装置设有结构及功能相同的主供电控制子系统和辅供电控制子系统，采用热备冗余方式，主供电控制子系统和辅供电子系统均上电运行，在主供电控制子系统出现故障时，所述辅供电子系统在转换控制单元的供电允许控制转换指令指示下，执行与所述主供电子系统相同功能的供电系统控制，从而在发生供电控制机构故障时，及时自动地转换控制装置，解决了现有技术中人工切换延误系统恢复时间及由于转换开关和列车供电柜布置连线增加故障点的问题。本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
本领域技术人员可以理解，可以使用许多不同的工艺和技术中的任意一种来表示信息、消息和信号。例如，上述说明中提到过的消息、信息都可以表示为电压、电流、电磁波、 磁场或磁性粒子、光场或以上任意组合。专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(RAM)、内存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。 对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
权利要求
1.一种电力机车列车供电控制方法，其特征在于，用于电力机车列车供电控制装置，所述装置包括结构及功能相同的主供电控制子系统和辅供电控制子系统，上述两个子系统通过转换控制单元连接；所述方法包括所述主供电控制子系统进行当前所述电力机车列车供电系统控制；所述辅供电控制子系统同时上电运行；当所述主供电控制子系统的供电控制单元检测到所述主供电控制子系统故障信息时， 所述转换控制单元根据所述故障信息生成供电允许控制转换指令，指示所述辅供电控制子系统进行当前所述电力机车列车供电系统的控制。
2.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，主供电控制子系统和所述辅供电控制子系统均包括供电控制单元、脉冲分配单元和数字入出IO单元所述供电控制单元采集并处理由所述数字入出IO单元接收并转换后的列车供电柜和客车电压数字量信号及从总线获取的内部逻辑及外围电信号，分别得到对外控制数字开关量及移相电平；所述数字入出IO单元将接收的所述对外控制数字开关量转换为驱动对应继电器的开关量；所述脉冲分配单元根据接收的所述移相电平生成触发脉冲信号列，将所述触发脉冲信号列放大后通过所述转换控制单元驱动所述电力机车列车供电系统供电柜的整流桥。
3.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述内部逻辑及外围电信号包括电压反馈信号、电流反馈信号和网压同步信号。
4.根据权利要求2所述的控制方法，其特征在于，还包括所述列车供电控制单元通过总线与设置于所述供电控制装置中的网络通讯模块交换所述供电柜的状态信息及供电允许控制转换状态信息。
5.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，还包括当出现接地故障和/或集控器故障时，利用所述隔离开关保护。
6.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，将所述供电控制装置的故障记录存储并下载。
7.一种电力机车列车供电控制装置，其特征在于，包括结构及功能相同的主供电控制子系统和辅供电控制子系统，上述两个子系统通过转换控制单元连接；所述主供电控制子系统进行当前所述电力机车列车供电系统控制；所述辅供电控制子系统同时上电运行；所述转换控制单元用于当所述主供电控制子系统的供电控制单元检测到所述主供电控制子系统故障信息时，生成供电允许控制转换指令指示所述辅供电控制子系统进行当前所述电力机车列车供电系统的控制。
8.根据权利要求7的控制装置，其特征在于，所述主供电控制子系统和辅供电控制子系统均包括供电控制单元、脉冲分配单元和数字入出IO单元所述数字入出IO单元用于接收并转换后的列车供电柜和客车电压数字量信号；所述供电控制单元用于采集所述转换后的电压数字量信号，以及从总线获取内部逻辑及外围电信号，将所述转换后的电压数字量信号和所述内部逻辑及外围电信号分别处理后得到对外控制数字开关量及移相电平；由所述数字入出IO单元将接收的所述对外控制数字开关量转换为驱动对应继电器的开关量；所述脉冲分配单元用于根据接收的所述移相电平生成触发脉冲信号列，将所述触发脉冲信号列放大后通过所述转换控制单元驱动所述电力机车列车供电系统供电柜的整流桥。
9.根据权利要求8的控制装置，其特征在于，所述供电控制单元包括微处理器DSP、微处理器ARM、可编程的逻辑器件和模数AD转换芯片；所述DSP用于控制总线及总线插件数据交换、信号处理和故障保护；所述ARM用于人机交互通讯；可编程的逻辑器件用于控制采集及预处理所述转换后的电压数字量信号，以及从总线获取内部逻辑及外围电信号；所述AD转换芯片用于将可编程的逻辑器件处理后的信号进行模数转换，并发送至所述 DSP。
10.根据权利要求8的控制装置，其特征在于，所述脉冲分配单元包括可编程的逻辑器件及外围电路和脉冲放大电路可编程的逻辑器件及外围电路用于对所述移相电平进行滤波及计算后生成触发脉冲信号列及与总线连接；所述脉冲放大电路将所述脉冲信号列中的脉冲放大后驱动供电系统的供电柜的单相半控整流桥。
11.根据权利要求9或10的控制装置，其特征在于，所述可编程的逻辑器件具体为现场可编程门阵列FPGA。
12.根据权利要求7的控制装置，其特征在于，还包括网络通讯模块，所述网络通讯模块与所述列车供电控制装置通过总线交换所述供电柜的状态信息及供电允许控制转换状态fe息。
13.根据权利要求7的控制装置，其特征在于，还包括当出现接地故障和/或集控器故障时进行隔离保护的隔离开关。
14.根据权利要求10的控制装置，其特征在于，还包括与所述网络通讯模块连接的显示器，所述显示器显示所述供电柜的状态信息及供电允许控制转换状态信息。
15.一种电力机车列车供电控制系统，其特征在于，包括权利要求7-14任一项权利要求中的控制装置。
全文摘要
本发明实施例公开了一种电力机车列车供电控制方法、装置和系统，所述装置包括结构及功能相同的主供电控制子系统和辅供电控制子系统，上述两个子系统通过转换控制单元连接；所述方法包括所述主供电控制子系统进行当前所述电力机车列车供电系统控制；所述辅供电控制子系统同时上电运行；当所述主供电控制子系统的供电控制单元检测到所述主供电控制子系统故障信息时，所述转换控制单元根据所述故障信息生成供电允许控制转换指令，指示所述辅供电控制子系统进行当前所述电力机车列车供电系统的控制。解决了现有技术中人工切换延误系统恢复时间及由于转换开关和列车供电柜布置连线增加故障点的问题。
文档编号B60L1/02GK102555811SQ201110366418
公开日2012年7月11日 申请日期2011年11月17日 优先权日2011年11月17日
发明者李小平, 李英华, 欧阳天添, 蔡杰 申请人:株洲南车时代电气股份有限公司