一种电动车组自动过分相控制系统及控制方法
【技术领域】
[0001]本发明主要涉及到轨道交通的控制领域，特指一种适用于电动车组自动过分相控制系统及控制方法。
【背景技术】
[0002]电气化铁路为尽可能平衡供电系统中的三相负载，接触网一般采用分段换相供电设计方式。为防止相间短路，在不同相供电臂之间的连接处使用了绝缘装置进行分割，从而在不同相供电臂之间形成无电的绝缘分相区(以下简称“分相区”)，且每隔一段距离线路就存在一个分相区。由于分相区的存在，电动车组运行过程中将频繁通过分相区，在此过程中，若电动车组控制不当，会导致列车带载入分相区，易引发列车牵引变流器、牵引变压器、受电弓和线路接触网烧损等事故，严重危害线路安全、影响列车的正常运行。
[0003]目前，国内外广泛使用的列车自动过分相的控制方案可分为以下5种:
[0004]1、司机手动操作方案。
[0005]电气化铁道线路建设时，各分相区之前，都设置有提醒即将进入分相区的“断”指示牌，用于提醒司机手动操作断列车主断路器过分相，列车惰行通过分相区后，线路有“合”指示牌，提醒司机手动操作闭合列车主断路器使牵引变流器重新投入工作，使列车恢复正常运行。
[0006]2、地面自动开关自动切换方案。
[0007]此方案主要为日本新干线所采用，另外，西安铁路局汪亚平于2011年1月在〈〈中国铁道 >> 发表“我国自主研发的地面控制自动过分相技术创新” 一文，也提出了一套我国自主研发的地面自动开关自动切换过分相系统解决方案。
[0008]该方案的主要原理是:在接触网分相区设置一套中性区间段，两端分别有两个绝缘器与两相接触网绝缘，并采用锚段关节结构，以保证受电弓滑过时能连续受流。地面自动开关切换设备有2台真空断路器S1、S2分别跨接在接触网两相上，并能够通过它们向中性区间段供电。当有列车通过时，地面自动开关切换设备通过列车位置传感器检测列车位置，通过控制S1和S2开关的通断，实现中性区间段的换相供电，使列车能够在几乎不失电的情况通过分相区。
[0009]3、柱上开关自动断电方案。
[0010]此方案主要在瑞士等国家采用。该方案的基本原理是:由两个真空磁控线包、两个真空断路器、两个过压吸收器及相应的接触网分段组成柱上开关自动断电设备，设备对称分布在分相区两侧，布置在支柱上的开关自动断电设备在列车通过磁控线包段时使两个真空磁控线包分别受流，让两个真空断路器产生分闸和真空灭弧动作，切断列车供电，使列车惰行通过分相区。
[0011]4、列车自动控制断电方案。
[0012]该方案充分利用了电气化线路在进出分相区处地面安装有磁钢的特点，在列车上安装有过分相车载检测装置，当列车到达分相区磁钢处时，车载检测装置接收地面磁钢信息并送入列车牵引控制系统，牵引控制系统延时断开列车主断路器，使列车惰行进入分相区，当过分相车载检测装置再次检测到地面磁钢信息，则表示列车已通过分相区，列车牵引控制系统将再次闭合主断路器使牵引变流器重新投入工作，使列车恢复正常运行。
[0013]5、牵引变流器中间直流回路不断电方案。
[0014]中国专利号CN 102431469 B公开了“一种动车组辅助回路过分相不间断供电装置”的发明专利。该专利中的不间断供电装置包括受电弓、主断路器、变压器、牵引电机、四象限整流器、静态逆变器、辅助变流器。在过分相时，动车组的辅助负载从中间直流回路环节取电，辅助变流器进行逆变，保证了动车组的辅助负载在过分相时不断电。该专利虽可保证动车组的辅助负载在过分相时不断电，但对于具体的控制设备和控制方法没有涉及，也未提及过分相完成后不间断供电装置的后续处理方案。
[0015]综上所述，上述现有电动车组列车过分相控制方案存在的不足有:
[0016](1)在我国电气化铁路每隔20?25km就有一段长约30m的无电区，电动车组高速运行时，全程将频繁通过多个分相区，由于司机在列车运行时还需进行各种必要操作并瞭望各种信号，频繁的手动操作过分相将导致司机劳动强度增加，其它操作注意力分散，易导致过分相操作失误，影响列车的正常运行。
[0017](2)地面自动开关自动切换和柱上开关自动断电方案都存在建造和运营维护成本费用巨大，列车通过时牵引变流器和变压器被大电流冲击的风险。
[0018](3)列车自动控制断电方案在过分相时，因为主断路器断开，会导致列车辅助逆变器停机，造成列车辅助负载如空调、车内照明系统暂时性停止运行。因列车运行全程将频繁通过多个分相区，这将对乘客乘车舒适性及辅助负载设备寿命造成不良影响，辅助负载频繁的启停，也将严重影响这些负载的使用寿命。
[0019](4)现虽有辅助回路过分相不间断供电装置，但辅助回路不断电过分相完成后如何使列车恢复正常运行工况还没有提出合理解决方案，且具体的辅助回路不断电过分相控制过程也不明确。
【发明内容】
[0020]本发明要解决的技术问题就在于:针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种集成度高、自动化程度高、可有效缓解自动过分相过程对列车的冲击、提高列车舒适性的电动车组自动过分相控制系统及控制方法。
[0021]为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案:
[0022]一种电动车组自动过分相控制系统，包括牵引变流器和传动控制单元，所述传动控制单装载于牵引变流器中并用来控制牵引变流器；所述牵引变流器包括接触器控制电路、整流模块、滤波中间直流电路、辅变模块和逆变模块；所述滤波中间直流电路与所述接触器控制电路相连以在传动控制单元的控制下完成充电；在所述传动控制单元的控制下所述整流模块用来将单相工频电网电压整流为牵引变流器正常工作所需额定中间直流电压；所述逆变模块和辅变模块分别与所述滤波中间直流电路相连并取电，所述逆变模块将中间直流电逆变为三相电压控制电机，所述辅变模块将中间直流电逆变为三相电压供辅变负载正常工作使用。
[0023]作为本发明控制系统的进一步改进:所述传动控制单元DCU包括模拟电路处理单元、逆变控制单元、整流控制单元、辅变控制单元、速度信号处理单元、脉冲信号处理单元、数字量输入/出控制单元、嵌入式处理单元及并行数据总线；所述模拟电路处理单元用来将电机速度传感器输出的速度信号转化为速度信号处理单元能接收的电平信号，并将牵引变流器的电压传感器输入的中间直流电压信号转化为逆变控制单元、整流控制单元、辅变控制单元能接收的信号；所述逆变控制单元将处理后的速度信号、处理后的中间直流电压信号通过并行数据总线传送给嵌入式处理单元；嵌入式处理单元通过综合判断将过分相发电信号、逆变模块启停指令、整流模块启停指令、辅变模块启停指令通过并行数据总线发送给逆变控制单元、整流控制单元、辅变控制单元供其输出控制脉冲信号到脉冲信号处理单元，以分别控制逆变模块、整流模块、辅变模块使用，并将接触器控制信号发送给数字量输入/出控制单元供其输出控制接触器控制电路使用。
[0024]作为本发明控制系统的进一步改进:所述传动控制单元与列车网络控制系统通过通信总线进行数据交互，所述列车网络控制系统通过列车线接收到过分相