本发明涉及铁路电气领域，尤其是涉及一种应用于铁路工程作业车辆的接触网供电电源网络控制方法。
背景技术：
目前，随着我国铁路总里程的不断增长，铁路维护工作量也日益增加，大型养路机械已成为我国铁路养护维修的主要力量，每天都有几十支机械化施工队活跃在万里铁道线上。这些施工队常年在野外作业，战严寒、斗酷暑，为我国铁路事业的发展，特别是为近几年铁路的提速做出了巨大的贡献。为了解决铁路维护车队在野外的生活问题，各路局都为车队配备了具备机械化施工作业功能的宿营列车。这些宿营列车基于旅客列车车型改造而来，设置有卧铺间、厨房和餐厅等设施。在现有技术中，cn205890886u、cn106080625a、cn202389375u、cn101386305b、cn201712613u、cn201283866y、cn101386305a等专利均给出了这种宿营列车的结构。
机械化施工队的宿营列车一般都是从沿途的停靠站上取电，由水电段负责，而宿营列车在每一站停靠的时间都很短，水电段必须频繁到施工队接电。而且这些沿途的停靠站一般都是小站，小站上的变压器容量都比较小，无法向宿营列车提供比较大容量的电能，所以宿营列车都带有自备的柴油发电机组。在很多时候，特别是在夏季和冬季使用空调的时候一般都由柴油发电机组向宿营列车供电。由柴油发电机组发电消耗了大量柴油，同时对环境造成严重污染，发电机组发出的噪音也对施工队员和周围居民造成了干扰。另外，柴油发电机组的容量也不大，车上很多用电设备如电磁灶、电淋浴器、电冰箱等都无法使用。然而，目前我国铁路电气化的里程每年都以很高的速度在增加，各主要干线已基本电气化，今后电气化铁路将越来越多，如果经常在电气化区间作业的机械化施工宿营列车上配备一套能直接从接触网取电的系统，就能使宿营列车不论停在何处，都能从接触网上取得大容量的电能，从而避免水电段频繁接电的麻烦，从根本上解决柴油发电机组的种种弊端。
在现有技术中，目前还没有针对于接触网供电电源进行网络控制的技术方案。因此，研发一种接触网供电电源网络控制方法，以确保铁路工程作业车辆接触网供电系统的安全可靠运行，成为当前亟待解决的技术问题。
技术实现要素：
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种接触网供电电源网络控制方法，以解决现有柴油发电机组供电系统对环境造成严重污染，产生大量噪声，以及机组容量不能满足要求的技术问题。
为了实现上述发明目的，本发明具体提供了一种接触网供电电源网络控制方法的技术实现方案，一种接触网供电电源网络控制方法，用于对接触网供电电源系统进行控制，接触网供电电源系统通过受电弓从接触网接入单相交流，通过主断路器、高压熔断器输入高压变压器，并经所述高压变压器降压，再通过输入开关进入第一整流器，经所述第一整流器整流及滤波器滤波后，输出直流电压供给逆变器，所述逆变器输出pwm三相调制电压，再通过隔离变压器输出三相交流电压。接触网供电电源网络控制系统包括充电系统、主控模块和显示模块。该方法包括以下步骤：
当所述接触网供电电源系统需要供电时，主控模块接收到升弓信号，控制所述受电弓执行升弓操作，显示模块显示受电弓的升降弓状态，并显示接触网的电压、电流；
在接收到所述主断路器的闭合指令后，所述主控模块控制主断路器闭合，所述显示模块显示主断路器的闭合状态；
所述接触网的单相交流电通过高压变压器进行降压，所述主断路器闭合后，主控模块检测接触网的电压、电流，若存在包括交流过压、过流或欠压在内的异常情况时，控制所述主断路器断开，所述受电弓执行降弓操作，并将相应的故障原因发送至所述显示模块进行显示和记录；
当检测所述接触网的电压、电流正常状态持续设定时间后，所述主控模块对接触网的电压进行同步锁相，根据所述第一整流器与逆变器之间的中间直流电压反馈值进行pid运算，调整所述第一整流器中开关器件的开通信号，将所述高压变压器二次侧输出的交流整流成设定幅值的直流电供给所述逆变器，所述显示模块显示中间直流电压、中间直流电流；
所述逆变器通过变频输出三相交流电，所述显示模块同时显示三相输出电压，所述主控模块在检测输出三相交流电正常后闭合所述输出开关，并对外输出三相交流电；
在所述接触网供电电源系统供电过程中，所述接触网供电电源系统有任何异常或故障，所述主控模块发送相应的封锁控制脉冲，断开所述主断路器，执行受电弓降弓操作，所述显示模块进行相应的故障指示和记录。
优选的，所述接触网供电电源网络控制系统还包括充电系统，所述充电系统包括第二整流器、充电模块、蓄电池、过流接触器、过压接触器。所述方法还包括以下步骤：
所述高压变压器输出单相交流，经所述第二整流器整流成直流为所述蓄电池充电，由所述蓄电池向所述升降弓装置和主控系统输出工作电源；
所述充电模块根据所述蓄电池的输出电压反馈值控制所述第二整流器中开关器件的开通信号，以调整所述蓄电池的充电电压和充电电流；
所述充电模块能对设置于所述第二整流器与蓄电池之间的过流接触器、过压接触器进行控制；
所述充电模块对所述蓄电池的输出电压和充电电流进行a/d转换，以供所述主控模块进行控制，并供所述显示模块进行显示；
所述充电模块通过对输入信号进行计算，得出所述蓄电池的过压过流、以及欠压报警信息，并执行相应的保护动作。
优选的，所述方法还包括以下步骤：
当所述接触网供电电源系统采集到接触网的高压后，所述充电模块根据蓄电池的输出电压反馈值控制所述第二整流器中开关器件的开通信号，以调整所述蓄电池的充电电压和充电电流；
所述显示模块显示所述蓄电池的充电电压和充电电流，当所述蓄电池的充电电压高于过压值或充电电流高于过流值时，所述充电模块封锁所述第二整流器中开关器件的控制脉冲，停止对所述蓄电池进行充电；
当所述蓄电池的输出电压处于欠压状态时，所述充电模块限制所述蓄电池对外输出电压，禁止所述升降弓装置运行，所述显示模块上提示充电过压、过流或欠压故障并进行记录。
优选的，所述充电系统、主控模块和显示模块之间采用can总线分布式控制网络进行通讯。
优选的，所述主控模块对输入所述第一整流器的高压交流电压、高压交流电流，所述第一整流器与逆变器之间的中间直流电压、中间直流电流，及所述逆变器交流三相输出中的每相电压、交流三相输出中的每相电流进行a/d转换，以供所述主控模块进行控制，并供所述显示模块进行显示。
优选的，所述主控模块对所述受电弓的升降弓状态、主断路器的合断状态、隔离变压器的交流输出状态、高压变压器的过温状态、高压室门的连锁状态进行监测，以供所述主控模块进行控制，并供所述显示模块进行显示。
优选的，所述主控模块向升降弓装置输出受电弓升弓或降弓驱动信号，所述升降弓装置通过气缸控制所述受电弓进行升弓或降弓操作，所述主控模块输出主断路器通断驱动信号用于控制所述主断路器接通或断开，所述主控模块输出逆变器启停驱动信号用于控制所述逆变器启动或停止。所述隔离变压器通过输出开关输出三相交流电压，所述主控模块还向所述输出开关输出驱动控制信号。
优选的，所述主控模块对接触网的电压进行同步锁相，根据所述第一整流器与逆变器之间的中间直流电压反馈值进行pid运算，调整所述第一整流器中开关器件的开通信号，将所述高压变压器二次侧输出的交流整流成设定幅值的直流电供给逆变器。所述主控模块通过对输入信号进行计算得出包括高压过压过流、直流过压过流、交流三相输出过压过流、高压变压器过温、逆变器故障、网络通信故障在内的报警信息，并执行相应的保护动作。
优选的，所述显示模块对以下数据进行显示，包括但不限于：
a)所述第一整流器的高压交流电压、高压交流电流，所述第一整流器与逆变器之间的中间直流电压、中间直流电流，所述蓄电池的充电电压、充电电流，及所述逆变器交流三相输出中的每相电压、交流三相输出中的每相电流；
b)所述受电弓的升降弓状态、主断路器的合断状态、输出开关的合断状态；输入所述第一整流器的高压交流过压、正常、欠压，高压过流、正常，蓄电池充电过压、正常、欠压、过流，中间直流电压过压、正常、欠压、过流，所述逆变器交流三相输出中每相的过压、正常、欠压、过流；
c)所述高压变压器的过温状态、高压室门的开合状态、受电弓的气压状态、接触网供电电源网络控制系统通讯故障信息。
优选的，通过所述显示模块设置所述接触网供电电源网络控制系统的过压、过流保护值、pid参数。所述显示模块将显示数据发送至通讯模块，所述通讯模块通过无线传输网络将数据发送至地面信息处理及维护系统，以进行远程监控及远程故障诊断。
通过实施上述本发明提供的接触网供电电源网络控制方法的技术方案，具有如下有益效果：
本发明针对接触网供电电源系统，提出了接触网供电电源网络控制方法的技术方案，其采用成熟的can总线技术，利用网络控制系统实现接触网供电电源系统的整流控制、系统保护及故障诊断控制，实时性强，抗干扰能力强，可以实时的检测接触网高压电压电流、直流电压电流、三相输出电压电流。在检测到过压过流、高压门连锁、变压器超温等故障时，能立刻控制受电弓、主断路器等进行相应的逻辑保护，确保高压系统正常工作和人员安全，并可以将故障信息发送给地面信息处理及维护系统从而进行故障诊断与排查。
附图说明
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的介绍。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实施例。
图1是本发明所基于的接触网供电电源系统的电路原理框图；
图2是本发明接触网供电电源网络控制方法一种具体实施例的网络结构框图；
图3是本发明接触网供电电源网络控制方法一种具体实施例的主控模块信号流图一；
图4是本发明接触网供电电源网络控制方法一种具体实施例的主控模块信号流图二；
图5是本发明接触网供电电源网络控制方法一种具体实施例中充电系统的结构组成框图；
图中：1-避雷器，2-受电弓，3-接触网，4-气缸，5-升降弓装置，6-主断路器，7-高压熔断器，8-输入开关，9-高压互感器，10-高压变压器，11-电流互感器，12-电度计量器，13-第一整流器，14-滤波器，15-逆变器，16-正弦滤波器，17-隔离变压器，18-输出开关，19-接触网供电电源网络控制系统，20-主控系统，21-充电系统，22-主控模块，23-显示模块，24-通讯模块，25-地面信息处理及维护系统，26-第二整流器，27-充电模块，28-蓄电池，29-过流接触器，30-过压接触器，31-高压室门，32-接地保护开关。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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、完整的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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它实施例，都属于本发明保护的范围。
如附图1至附图5所示，给出了本发明接触网供电电源网络控制方法的具体实施例，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。
如附图1所示，接触网供电电源系统包括：依次相连的受电弓2、主断路器6、高压熔断器7、高压变压器10、输入开关8、第一整流器13、滤波器14、逆变器15、隔离变压器17。接触网供电电源系统通过受电弓2从接触网1接入单相交流，通过主断路器6、高压熔断器7输入高压变压器10，并经高压变压器10降压，再通过输入开关8进入第一整流器13，经第一整流器13整流及滤波器14滤波后，输出直流电压供给逆变器15，逆变器15输出pwm三相调制电压，再通过隔离变压器17输出三相交流电压。作为本发明一种典型的具体实施例，铁路维护宿营列车的接触网供电电源系统由受电弓2从接触网3接受25kv的单相电压，经高压变压器10降压到800v，经过第一整流器13半控桥整流和电感、电容滤波后，输出600v直流电压供给(三相)逆变器15，逆变器15输出pwm(pulsewidthmodulation，脉宽调制的简称)三相调制电压，再通过隔离变压器17输出频率50hz符合民用标准的三相380v和220v交流电压供给铁路维护宿营列车使用。受电弓2还同时通过避雷器1与地连接。升降弓装置5通过与之相连的气缸4控制受电弓2进行升降弓操作。
为了解决接触网供电电源系统的控制问题，本发明实施例提出一种基于can总线通信的接触网供电电源网络控制方法的技术方案，接触网供电电源系统将接触网3的单相25kv交流电转换成380v/220v三相交流电，作为生活用电供给铁路维护宿营列车使用，确保接触网供电电源系统可以安全可靠的运行，其控制系统维护简单、模块化程度高。接触网供电电源网络控制方法同时能够实现接触网供电电源系统的升弓降弓控制、电压整流、过压过流保护，欠压保护、蓄电池充电、远程监控及故障诊断等功能，能够确保接触网供电电源安全可靠的运行，从而保证接触网安全。
如附图2所示，一种接触网供电电源网络控制系统的实施例，用于对接触网供电电源系统进行控制。接触网供电电源网络控制系统19包括主控系统20和充电系统21，主控系统20进一步包括主控模块22和显示模块23。主控模块22用于完成第一整流器13的整流控制及接触网供电电源系统连锁保护，监测关键器件(包括受电弓2、主断路器6、高压变压器10、第一整流器13、逆变器15)的状态，并与显示模块23进行通讯。充电系统21用于完成蓄电池充电整流控制及充电连锁保护，为升降弓装置5和主控系统20提供工作电源，并与显示模块23进行通讯。显示模块23用于显示和监控来自充电系统21、主控模块22发送的数据，记录故障数据及调整接触网供电电源系统保护值，实现gps(globalpositioningsystem，全球定位系统的简称)定位及远程监控等功能。充电系统21(具体为充电模块27)、主控模块22和显示模块23之间进一步采用can(controllerareanetwork，控制器局域网络的简称)总线分布式控制网络进行通讯。接触网供电电源网络控制系统19采用现场can总线作为数字通信载体，将整个控制系统通过can网络贯穿始终，形成一个完整的控制网络。can总线控制方式具有网络化、数字化、模块化等特点，其网络控制系统不仅适应于先进的网络技术发展，而且产品开发周期短、可靠性高。
一种接触网供电电源网络控制方法的具体实施例，接触网供电电源系统通过受电弓2从接触网1接入单相交流，通过主断路器6、高压熔断器7输入高压变压器10，并经高压变压器10降压，再通过输入开关8进入第一整流器13，经第一整流器13整流及滤波器14滤波后，输出直流电压供给逆变器15，逆变器15输出pwm三相调制电压，再通过隔离变压器17输出三相交流电压。接触网供电电源网络控制系统19包括充电系统21、主控模块22和显示模块23。该方法包括以下步骤：
当接触网供电电源系统需要供电时，主控模块22接收到升弓信号，控制受电弓2执行升弓操作，显示模块23显示受电弓2的升降弓状态，并显示接触网3的电压、电流。在接收到主断路器6的闭合指令后，主控模块22控制主断路器6闭合，显示模块23显示主断路器6的闭合状态。接触网3的(25kv)单相交流电压通过高压变压器10进行降压(变压为800v)，主断路器6闭合后，主控模块22检测接触网3的电压、电流，若存在包括交流过压、过流或欠压在内的异常情况时，控制主断路器6断开，受电弓2执行降弓操作，并将相应的故障原因发送至显示模块23进行显示和记录。在检测接触网3的电压、电流正常状态持续设定时间(如15s)后，主控模块22对接触网3的电压进行同步锁相，根据第一整流器13与逆变器15之间的中间直流电压反馈值进行pid(proportional-integrating-differentiation的简称)运算，调整第一整流器13中开关器件的开通信号，将高压变压器10二次侧输出的(800v)交流整流成设定幅值的(600v)直流电供给逆变器15，显示模块23显示中间直流电压、中间直流电流。逆变器15通过变频输出(220v)三相交流电，显示模块23同时显示三相输出电压，主控模块22在检测输出三相交流电正常后闭合输出开关18，并对外输出(220v)三相交流电作为生活用电供给铁路维护宿营列车使用。在接触网供电电源系统供电过程中，接触网供电电源系统有任何异常或故障，主控模块22发送相应的封锁控制脉冲，断开主断路器6，执行受电弓2降弓操作，显示模块23进行相应的故障指示和记录。
如附图5所示，充电系统21进一步包括第二整流器26、充电模块27、蓄电池28、过流接触器29、过压接触器30。充电系统21具有a/d转换功能，能够对蓄电池28的充电电压和充电电流进行a/d转换，供系统进行控制和显示。接触网供电电源网络控制方法还包括：高压变压器10输出单相交流，经第二整流器26整流成直流为蓄电池28充电，由蓄电池28向升降弓装置5和主控系统20输出工作电源。充电模块27根据蓄电池28的输出电压反馈值控制第二整流器26中开关器件的开通信号，以调整蓄电池28的充电电压和充电电流，控制充电电压在110v-125v之间，充电电流在0a-10a之间。充电系统21还具有数字量输出驱动功能，充电模块27能对设置于第二整流器26与蓄电池28之间的过流接触器29、过压接触器30进行控制。充电模块27同时对蓄电池28的输出电压和充电电流进行a/d转换，以供主控模块22进行控制，并供显示模块23进行显示。充电模块27通过设定的逻辑保护算法对相关输入信号进行计算，得出蓄电池28的过压过流、以及欠压报警信息，并执行相应的保护动作。在输出开关18的三相输出端与地之间连接有接地保护开关32，充电模块27采集接地保护开关32的数字开关量信号。
接触网供电电源网络控制方法还包括：当接触网供电电源系统采集到接触网3的高压后，充电模块27根据蓄电池28的输出电压反馈值控制第二整流器26中开关器件的开通信号，以调整蓄电池28的充电电压(在110v-125v之间)和充电电流(在0a-10a之间)。显示模块23显示蓄电池28的充电电压和充电电流，当蓄电池28的充电电压高于过压值或充电电流高于过流值时，充电模块27封锁第二整流器26中开关器件的控制脉冲，停止对蓄电池28进行充电。当蓄电池28的输出电压处于欠压状态时，充电模块27限制蓄电池28对外输出电压，禁止升降弓装置5的空压机运行，显示模块23上提示充电过压、过流或欠压故障并进行记录。
如附图3所示，主控模块22对输入第一整流器13的高压交流电压、高压交流电流，第一整流器13与逆变器15之间的中间直流电压600v、中间直流600v电流，及逆变器15交流三相输出中的每相电压、交流三相输出中的每相电流进行a/d转换(模拟/数字转换)，以供主控模块22进行控制，并供显示模块23进行显示。主控模块22对受电弓2的升降弓状态、主断路器6的合断状态、隔离变压器17的交流输出状态、高压变压器10的过温状态、高压室门31的连锁状态进行监测，以供主控模块22进行控制，并供显示模块23进行显示。接触网供电电源系统还包括气缸4和升降弓装置5，主控模块22向升降弓装置5输出受电弓升弓或降弓驱动信号，升降弓装置5通过气缸4控制受电弓2进行升弓或降弓操作，主控模块22输出主断路器通断驱动信号用于控制主断路器6接通或断开，主控模块22输出逆变器启停驱动信号用于控制逆变器15启动或停止。隔离变压器17通过输出开关18输出三相交流电压，主控模块22还向输出开关18输出驱动控制信号。主控模块22采集高压变压器10的同步信号对接触网3的电压进行同步锁相，根据第一整流器13与逆变器15之间的中间直流电压反馈值进行pid运算，调整第一整流器13中开关器件的开通信号，将高压变压器10二次侧输出的交流整流成设定幅值的直流电供给逆变器15。主控模块22通过对输入信号进行计算得出包括高压过压过流、直流过压过流、交流三相输出过压过流、高压变压器过温、逆变器故障、网络通信故障在内的报警信息，并执行相应的保护动作。主控模块22采集到升弓开关信号后，通过驱动升弓继电器动作使得升降弓装置5的升弓阀得电或失电。主控模块22采集高压互感器9、电流互感器11的信号，电度计量器12根据采集到的高压互感器9、电流互感器11的数据进行电度计量。
如附图4所示，显示模块23对以下数据进行显示，包括但不限于：
a)第一整流器13的高压交流电压、高压交流电流，第一整流器13与逆变器15之间的中间直流电压、中间直流电流，蓄电池28的充电电压、充电电流，及逆变器15交流三相输出中的每相电压、交流三相(a、b、c三相)输出中的每相电流等模拟量数据。
b)受电弓2的升降弓状态、主断路器6的合断状态、输出开关18的合断状态。输入第一整流器13的高压交流过压、正常、欠压，高压过流、正常，蓄电池28充电过压、正常、欠压、过流，中间直流电压过压、正常、欠压、过流，逆变器15交流三相(a、b、c三相)输出中每相的过压、正常、欠压、过流。
c)高压变压器10的过温状态、高压室门31的开合状态、受电弓2的气压状态、接触网供电电源网络控制系统19通讯故障信息。
显示模块23还用于设置接触网供电电源网络控制系统19的过压、过流保护值、pid参数。接触网供电电源网络控制系统19还包括通讯模块(如采用4g模块)24和地面信息处理及维护系统25，显示模块23将显示数据发送至通讯模块24，通讯模块24通过无线传输网络将数据发送至地面信息处理及维护系统25，以进行远程监控及远程故障诊断。
通过实施本发明具体实施例描述的接触网供电电源网络控制方法的技术方案，能够产生如下技术效果：
本发明具体实施例描述的接触网供电电源网络控制方法针对接触网供电电源系统，提出了接触网供电电源网络控制方法的技术方案，其采用成熟的can总线技术，利用网络控制系统实现接触网供电电源系统的整流控制、系统保护及故障诊断控制，实时性强，抗干扰能力强，可以实时的检测接触网高压电压电流、直流电压电流、三相输出电压电流。在检测到过压过流、高压门连锁、变压器超温等故障时，能立刻控制受电弓、主断路器等进行相应的逻辑保护，确保高压系统正常工作和人员安全，并可以将故障信息发送给地面信息处理及维护系统从而进行故障诊断与排查。
本发明针对接触网供电电源系统，提出接触网供电电源网络控制方法方案，其采用成熟的can总线技术，实时性强，抗干扰能力强，可以实时的检测接触网高压电压电流、直流电压电流、三相输出电压电流，在检测到过压过流、高压门连锁、变压器超温等故障时，能立刻控制受电弓、主断路器等进行相应的逻辑保护，确保高压系统正常工作和人员安全，并可以将故障信息发送给地面信息处理及维护系统从而进行故障诊断与排查。
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。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明的精神实质和技术方案的情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同替换、等效变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围。