一种提高电力机车电效率的控制方法
【技术领域】
[0001 ]本发明涉及电力机车控制领域，尤其是涉及一种提高电力机车电效率的控制方 法。
【背景技术】
[0002] 目前关于电力机车用电节能的技术方案主要有：1、运用交流电力机车制动回馈技 术将电动机处于发电状态时产生的电能回馈到电网，该技术已在交流电力机车上广泛运 用;2、通过对机车运行速度的研究，寻求机车的运行档位优化控制从而达到节能的目的。我 国现有电力机车主要有韶山、东风、和谐等型号，采用6或8台牵引电机带动轮对运动，由于 我国幅员辽阔，铁路线路路况复杂，因此为满足不同路况铁路运输的要求，电力机车机车额 定功率较大如:和谐号货车为9600KW，客车为7200KW。据公开数据表明：我国单车平均运输 载重约3500吨，机车电力拖动系统负载率长期低于50%，因此，机车运行效率较低、电力损 耗较大。现运行的机车中尚无在不同运输重量、不同运输地形路况、天气等条件下，如何使 机车运行在最佳电效率状态的装置，铁路机车电力传动系统电效率智能优化辅助控制装置 将填补该方面技术的空白。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的在于:针对现有技术存在的问题，提供一种提高电力机车电效率的 控制方法，解决现有机车运行效率较低、电力损耗较大的问题。
[0004] 本发明的发明目的通过以下技术方案来实现:一种提高电力机车电效率的控制方 法，其特征在于，该方法包括步骤：
[0005] (1)获取电力机车的实测机车轮周牵引力Fk^i、实测机车运行速度v^i、实测原边 电流1|_]和实测网压u曝测，然后根据公式
卜算实测机车效率值
[0006] (2)根据实测机车效率值r^i控制投切牵引电机，使得机车速度达到设定速度，且 机车效率值达到设定效率值。
[0007] 作为进一步的技术方案，根据实测机车效率值屯测控制投切牵引电机的方法包括：
[0008] 进行比较判断：
[0009] 1)若，实测机车效率值卿]〈设定效率值，且机车速度达到设定速度时，则只留一组 牵引电机运行，控制切除其余牵引电机，而后，进行步骤：
[0010] a、经过η秒延时，获取机车当前速度；
[0011] b、进行判断:若，机车当前速度〈设定速度，则进行步骤c，否则，进行步骤(1);
[0012] c、投上一组牵引电机，并返回步骤a;
[0013] 2)若，设定效率值《实测机车效率值90%，且速度达到设定值时，切除一组 牵引电机，进行步骤(1)。
[0014] 作为进一步的技术方案，所述设定效率值为50%。
[0015] 作为进一步的技术方案，该方法还包括步骤:获取天气情况信息，若为雨天，则实 测机车运行速度进行1 %速度加成后代入所述公式计算，若为雪天，则实测机车运行速 度进行〇. 5 %速度加成后代入所述公式计算。
[0016] 作为进一步的技术方案，所述电力机车的实测机车轮周牵引力Fk^i、实测机车运 行速度ν3*Ι、实测原边电流1原_||和实测网压11曝*|从列车运行监控记录装置中获取得到。
[0017] 作为进一步的技术方案，在切除牵引电机时，通过将指令传入TCMS系统自动切除 或通过操作人员手动切除。
[0018] 作为进一步的技术方案，一组牵引电机包括两台牵引电机。
[0019] 与现有技术相比，本发明具有以下优点：
[0020] 1、本发明能自动调整机车每台牵引电机的负载率水平，使其工作在最佳区域，在 确保安全运行的前提下，使机车运行电效率最高，达到节能目的；
[0021] 2、从实际跟车收集到的机车运行数据可以看出，在使用本发明方法后，能达到8% 的节能效果，每年将会为路局节省上千万元的电费支出，可见，该车载节能装置能为国家和 社会带来巨大的经济效益，非常具有应用前景。
【附图说明】
[0022]图1为本发明的控制流程示意图；
[0023]图2为执行本发明方法的功能模块图；
[0024]图3为电机功率发挥百分比为66 %时的机车效率曲线；
[0025]图4为电机功率发挥百分比为50 %时的机车效率曲线；
[0026]图5为电机功率发挥百分比为20 %时的机车效率曲线。
【具体实施方式】
[0027]下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
[0028] 实施例
[0029]本发明主要应用于铁路交、直流电力机车电力传动系统，通过机车运行状况进行 实时数据分析计算，自动调整每台电机的负载率水平，使其工作在最佳区域，在确保安全运 行的前提下，使机车运行电效率最高，达到节能目的。在国内铁路系统中，是首个对电气传 动系统负载率进行研究用来改变运行效率的技术。
[0030] 本发明的控制原理依据：电力机车运输主要是靠机车牵引，其牵引力主要是指轮 周牵引力，目前，铁路电力机车主要有6轴和8轴，即靠电动机和传动机构将电能转变为机械 能做功。我国幅员辽阔，经济发展水平不一，铁路运输情况较为复杂，不同区域、不同线路， 甚至同一线路上行、下行，货物载重水平相差很大，因此电机的负载率相差较大，而电机负 载率的大小，又直接影响电力机车电气传动系统的整体效率。一般说来，负载率在60%~ 80%左右，电气传动系统(变压器，整流器，逆变器，电机等)运行效率最高，低于和高于此范 围，由于低功率因数及电流热效应的影响，损耗都会偏大。
[0031] 因此，在保证机车安全、准时的情况下，根据机车运行的重量、线路等条件，采用较 经济的电机运行台数，从而调整每台电机的负载率水平，使其工作在最佳区域，从而损耗最 小，达到节能目的。
[0032] 现在，机车均采用满轴、所有电机工作的方式，在轻载、平路等情况下，负载率较 低，损耗较大，经过理论和现场实际测算，1台电机运行状态时其损耗在70KW左右，若提高每 台电机的负载率，根据负载率与效率特性关系图，可以分别得出损耗降低值。
[0033] 同时，根据能量守恒定律，可知机车运行时总的能耗公式为
[0034] Σ W总=Σ Ws+ Σ Σ %+ Σ W曲 + Σ W空
[0035] 其中XW基为基本阻力能耗，其占总能耗约67%，因此作为主要的研究对象。
[0036] 其表达式为：
[0037] 基o+M2W"o) · g · ds
[0038] 其中，Ml、M2分别为机车和货车重量 [0039]矿o、W〃()分别为机车和货车单位基本阻力 [0040] g:为重力加速度
[0041 ]而：r。= 2 · 25+0 · 019V+0 · 0032V2
[0042] W〃 〇 = 0·92+0·0048V+0·000125V2
[0043] 从公式可以看出，基本阻力只和机车运行速度有关，速度增大，基本阻力增大，能 耗高，为了节能，尽量减小基本阻力做功是必要的，但是减小速度会降低机车总效率，在铁 路大提速的背景下，其运行时间有严格限制，不能随意降速，速度和效率两者需要达到一个 最优平衡点，才能得到最佳运行曲线，以解决目前司乘人员凭经验操作，缺乏指导的问题。
[0044] 其它，如因为线路具有坡度，转弯半径等原因，在确保安全的情况下利用坡度、机 车自身惯性合理操作手柄，减少制动操作，使用惰行方式，都是节约电能的方式。
[0045] 然而，要想自动调整每台电机的负载率水平，使其工作在最佳区域，就必须要解决 两个技术难题：1、如何通过公式来表征机车效率，2、机车效率控制在多少时，才能使得机车 具有较好的节能效果。
[0046] 针对难题1，基于机车必须满足一定速度，因此需建立机车效率随电机功率发挥百 分比以及变流系统功率随机车运行速度变化的机车效率曲线。其定义如式(2-1)所示。
[0047] q = f (v,rP) (2-1)
[0048] 式中:η-机车效率，V-机车运行速度(km/h)，rP-电机功率发挥百分比。
[0049] 通过大量资料分析和现场调研发现，拟合机车效率曲线族需要收集机车运行速 度、机车轮周牵引力、网压、原边电流等实测数据，实测的η由式(2-2)获得。
[0050]
[0051] 式中实测机车效率，实测机车轮周牵引力，v^i_实测机车运行速度， 实测原边电流，U?sr实测网压;实测的V、r p分别为V3a和r p^i，均由直接测量得到。
[0052] 针对难题2,通过采用MATLAB的数据拟合工具箱，对收集及计算得到的一系列 (，rp^i)数据组进行拟合，求得机车效率曲线。
[0053]电机功率发挥百分比为66 %、50 %和20 %时的重车效率曲线分别如图3、图4和图5 所示。其中图中的星形离散点为实测数据点，电机功率发挥百分比为LKJ2000机车运行监控 记录仪数据，曲线为拟合所得的机车效率曲线。图中横轴为机车运行速度，单位为km/h，纵 轴为机车效率。
[0054]电机功率发挥百分比为66 %、50 %和20 %时的机车效率曲线的解析式分别如式 (2-3)、（2-4)和（2-5)所不。
[0055] η = 〇·〇〇15ν+0.7893 (2-3)
[0056] q = -4.01 X 10_5v2+0.0055v+0.6759 (2-4)
[0057] η