铁路列车过分相时辅助绕组不停电的控制方法与流程

本发明属于铁路列车过分相控制技术领域，尤其涉及一种铁路列车过分相时辅助绕组不停电的控制方法。

背景技术：
电气化铁路的接触网使用单相工频交流电。为使三相电力系统的负荷平衡，电气化铁路接触网分段换相供电，每两段接触网之间有一段无电的区域，叫做分相区(或称中性区)。现有的交流电力机车或动车组列车辅助系统有两种供电方式。第一种供电方式是从牵引回路的中间直流电压供电。该方式将牵引系统的直流电压经过逆变和降压(或先降压后逆变)，得到三相交流电，供给通风机、空气压缩机等辅助负载。第二种供电方式是从主变压器的辅助绕组取电，经过四象限变流器(或相控整流器)、直流支撑电容、三相逆变器的变换得到三相交流电源，供给通风机、空气压缩机等辅助负载。进入分相区之前，机车主断路器断开，离开分相区之后，机车主断路器重新闭合。在主断路器处于断开状态时，主变压器辅助绕组没有电。因此，第二种供电方式的机车或动车组列车在分相区时辅助系统失电，通风机、空气压缩机等负载不能工作。

技术实现要素：
本发明的目的在于，针对从主变压器的辅助绕组取电为辅助负载供电的列车，在不改变辅助系统供电电源结构的基础上,提供一种铁路列车过分相时辅助绕组不停电的控制方法，用于保证辅助系统不间断供电，同时避免辅助系统频繁断电和重启带来的潜在问题。为了实现上述目的，本发明提出的技术方案是，一种铁路列车过分相时辅助绕组不停电的控制方法，其特征是所述方法包括：在列车经过分相区时，将牵引变流器的工况调整为过分相工况，使牵引变流器产生的能量经由主变压器提供给辅助绕组。所述方法包括：在列车经过分相区之前，收到过分相预告信号后，将列车的运行工况从正常工况转换为过分相供电工况。所述方法包括：在列车离开分相区时，对牵引系统和辅助系统进行调节，并将列车的运行工况从过分相供电工况转换为正常工况。所述将牵引变流器的工况调整为过分相工况包括如下步骤：步骤1：列车在第一供电臂，收到过分相预告信号进入分相区之前，使牵引变流器工作在逆变状态，且折算以后牵引变流器的逆变电流等于辅助系统的输入电流与主变压器的励磁电流之和；折算是指对牵引变流器的交流侧电流或辅助系统的输入电流等效到主变压器同一绕组侧电流的运算；步骤2：列车控制器发出主断路器断开使能信号；步骤3：判断主断路器是否断开，如果主断路器断开，则执行步骤4；否则，继续执行步骤3；步骤4：调节牵引变流器和辅助变流器的控制，维持折算以后牵引变流器的逆变电流等于辅助系统的输入电流与主变压器的励磁电流之和；同时，使牵引控制单元和辅助控制单元的电压相位与主断路器断开之前的接触网电压相位同步；步骤5：列车离开分相区收到进入第二供电臂的电压信号后，逐步调节，使牵引控制单元和辅助控制单元的电压相位与第二供电臂电压相位同步；同时逐步调节牵引变流器的交流侧电压相位和幅值，使牵引变流器的交流侧电压通过主变压器牵引绕组感应到主变压器原边绕组的电压接近于第二供电臂的电压；步骤6：列车控制器发出主断路器闭合使能信号；步骤7：判断主断路器是否闭合，如果主断路器闭合，则执行步骤8；否则，继续执行步骤7；步骤8：调节牵引变流器的控制，逐步增加变压器原边绕组电流，平稳过渡到正常工况。所述判断主断路器是否断开，是将监测到的主变压器牵引绕组或辅助绕组的电流波形与列车控制器发出主断路器断开使能信号之前的主变压器牵引绕组或辅助绕组的电流波形进行对比，如果电流波形发生异常变化，则主断路器处于断开状态。所述判断主断路器是否闭合，是将监测到的主变压器牵引绕组或辅助绕组的电流波形与列车控制器发出主断路器闭合使能信号之前的主变压器牵引绕组或辅助绕组的电流波形进行对比，如果电流波形发生异常变化，则主断路器处于闭合状态。本发明应用于从主变压器的辅助绕组取电为辅助负载供电的列车，其有益效果是：当列车过分相时，辅助变流器一直工作在整流状态，确保辅助负载的供电不间断。附图说明图1是分相区、接触网以及列车内部的结构图；图2是列车收到过分相预告信号之后且断开主断路器之前的控制逻辑流程图；图3是判断主断路器是否断开的控制逻辑流程图；图4是列车驶出分相区回到接触网之后的控制逻辑流程图；图5是判断主断路器是否闭合的控制逻辑流程图；图中，1-进入分相区之前的接触网第一供电臂，2-离开分相区之后的接触网第二供电臂，3-分相区，4-列车受电弓，5-列车车体，6-牵引系统，7-辅助系统，8-列车车顶的电压互感器，9-列车主断路器，10-列车主变压器，11-主变压器原边绕组，12-主变压器牵引绕组，13-主变压器辅助绕组。具体实施方式下面结合附图，对优选实施例作详细说明。应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本发明的范围及其应用。本发明在列车过分相时，通过对牵引变流器的工况进行控制来实现辅助系统的不间断供电，根据列车主断路器9的状态变化来调整牵引变流器的控制模式。图1是分相区、接触网以及列车内部的结构图。图1中，C1是牵引系统直流支撑电容，C2是辅助系统直流支撑电容。需要说明的是，列车的主变压器可能包括一个或多个牵引绕组(相应的，牵引系统可能包括一台或多台牵引变流器)，一个或多个辅助绕组(相应的，辅助系统可能包括一台或多台辅助变流器)。为了便于对本发明提供的控制方法进行描述，图1中仅采用一个牵引绕组和一台牵引变流器以及一个辅助绕组和一台辅助变流器来示意机车内部结构。当列车有多个牵引绕组(多台牵引变流器)和多个辅助绕组(多台辅助变流器)时，控制方法与本发明所述的实施方式一致。现有的从主变压器的辅助绕组取电的供电方式中，在列车经过分相区时，主断路器处于断开状态时，主变压器辅助绕组没有电。在本发明中，可以将牵引变流器的工况调整为逆变工况，使牵引变流器产生的能量经由主变压器提供给辅助绕组。列车通过分相区的过程为：列车运行在第一供电臂1且进入分相区3之前，收到过分相预告信号后，调整列车的运行工况，使列车从正常工况转换为过分相供电工况。列车在过分相供电工况下运行，经过分相区3并进入到第二供电臂2，当第二供电臂2给列车供电以后，调整列车的运行工况，使列车从过分相供电工况转换为正常工况。其中，正常工况包括牵引工况、惰行工况和制动工况。在列车经过分相区之前，收到过分相预告信号后，将列车的运行工况从正常工况转换为过分相供电工况。图2是列车收到过分相预告信号之后且断开主断路器之前的控制逻辑流程图。如图2所示，在列车经过分相区时，列车处于过分相供电工况，牵引变流器的工作状态为逆变状态。如果牵引变流器的工作状态不是逆变状态，比如牵引变流器的工作状态为整流状态或其他工作状态，则可将牵引变流器的工作状态调整为逆变状态。为了使牵引变流器产生的能量经由主变压器提供给辅助绕组，需要调节牵引变流器的逆变电流。为叙述方便，以下各不同绕组的电流指牵引变流器的交流侧电流或辅助系统的输入电流折算到主变压器同一绕组的电流。调节主变压器一个或多个牵引绕组12的电流，使主变压器牵引绕组12的电流等于辅助系统7的输入电流与主变压器10的励磁电流之和。其中，辅助系统7的输入电流为主变压器的所有辅助绕组13的总电流之和。由于主变压器10的励磁和辅助系统7的负载都不由原边绕组11供电，因此原边绕组11中的电流降为接近于零，这样能够确保断开主断路器9时不会出现过电压冲击。辅助系统7的输入电流信号需要传输给牵引系统，可由电流传感器采集辅助系统7的输入电流后，直接传输给牵引控制单元或牵引系统控制器；也可由电流传感器采集辅助系统7的输入电流后，先传输给辅助控制单元或辅助系统控制器，再由辅助控制单元或辅助系统控制器通过列车通信网络传输给牵引控制单元或牵引系统控制器。而后，列车控制器发出主断路器断开使能信号，系统判断主断路器9是否断开。图3是判断主断路器是否断开的控制逻辑流程图。判断主断路器是否断开可以采用两种方式。一种方式是：实时监测主变压器牵引绕组12的电流，将监测到的主变压器牵引绕组12的电流波形与列车控制器发出主断路器断开使能信号之前的主变压器牵引绕组12的电流波形进行对比，如果电流波形发生异常变化，比如列车控制器发出主断路器断开使能信号前后主变压器牵引绕组12的电流波形明显不一致，则表明电流波形发生异常变化，此时主断路器处于断开状态。另一种方式是，用主变压器辅助绕组13的电流替换第一种方式中的主变压器牵引绕组12的电流，采用与第一种方式相同的判断方法，判断主断路器是否断开。列车主断路器9处于断开状态时，维持折算以后牵引变流器的逆变电流等于辅助系统的输入电流与主变压器的励磁电流之和，且令辅助变流器保持之前控制模式不变；同时，使牵引控制单元和辅助控制单元的电压相位与主断路器断开之前的接触网电压相位同步。列车主断路器9处于闭合状态时，使牵引控制单元和辅助控制单元的电压相位与第二供电臂2的电压相位同步；同时，逐步调节牵引变流器的交流侧电压的相位和幅值，使牵引变流器的交流侧电压通过主变压器牵引绕组感应到主变压器原边绕组的电压接近于第二供电臂2的电压，增加变压器原边绕组电流，平稳过渡到正常工况。同时，由于主断路器9断开之后，列车驶入分相区，而分相区此时没有电压信号，所以牵引系统和辅助系统的控制单元要同步主断路器9断开前的第一供电臂1的电压信号。也就是，使牵引控制单元和辅助控制单元的电压相位与主断路器断开之前的接触网电压相位同步，即牵引控制单元和辅助控制单元的同步信号仍然采用第一供电臂1的电压信号。列车使用车顶的电压互感器8实时检测接触网电压，当车顶的电压互感器8检测到接触网电压信号相位突变且电压信号值从一个值突变为另一个值时，则说明列车已经驶离分相区并进入第二供电臂2。在列车离开分相区时，应当对牵引系统和辅助系统进行调节。图4是列车驶出分相区回到接触网之后的控制逻辑流程图。主断路器9处于断开状态时，列车车顶的电压互感器8仍然可以检测到接触网电压信号。根据列车车顶的电压互感器8采集到的第二供电臂2的电压，调节牵引变流器的逆变侧交流电压，逐步改变电压相位和幅值使牵引变流器的逆变侧交流电压通过主变压器牵引绕组12感应到原边绕组11的电压接近第二供电臂2的电压，从而使处于断开状态的主断路器9两端的电压接近相等，确保在闭合主断路器9时不会受到较大电压的冲击。同时，由于列车离开分相区之前，牵引变流器的电压信号是与第一供电臂1的电压信号同步的，因此当离开分相区后，应当使牵引变流器的电压信号与第二供电臂2的电压信号同步。为此，应当使牵引控制单元和辅助控制单元的电压相位与接触网的电压相位同步。列车控制器发出主断路器闭合使能信号，系统判断主断路器是否闭合。图5是判断主断路器是否闭合的控制逻辑流程图。判断主断路器是否闭合可以采用两种方式。一种方式是：实时监测主变压器牵引绕组12的电流，将监测到的主变压器牵引绕组12的电流波形与列车控制器发出主断路器断开使能信号之前的主变压器牵引绕组12的电流波形进行对比，如果电流波形发生异常变化，比如列车控制器发出主断路器断开使能信号前后主变压器牵引绕组12的电流波形明显不一致，则表明电流波形发生异常变化，此时主断路器处于闭合状态。另一种方式是，用主变压器辅助绕组13的电流替换第一种方式中的主变压器牵引绕组12的电流，采用与第一种方式相同的判断方法，判断主断路器是否闭合。如果主断路器闭合，则将牵引变流器由开环PWM控制模式调整为闭环PWM控制模式。最后，调整列车的运行工况，使列车从过分相供电工况转换为正常工况。以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。