一种地铁再生能量回馈装置直流电压检测及控制方法与流程

本发明涉及电力电子技术与自动检测与控制技术领域，具体涉及一种地铁再生能量回馈装置直流电压检测及控制方法。

背景技术

置地式地铁再生制动能量逆变回馈装置(以下简称为能馈装置)安装于地铁站点的牵引降压混合变电所，在地铁车辆进站时，可以实现将地铁刹车时的机械能转化为交流电能，并回馈到电网，供车站负荷使用或者供其他牵引车辆使用，实现了将再生制动能量再次回收利用的目的。当装置工作于整流模式时，可配合牵引整流机组同时给直流侧提供能量，可降低牵引整流机组的出力，提高地铁车辆供电系统的可靠性。

地铁供电系统需要保证高可靠性，能馈装置的直流端连接直流牵引网，交流端连接交流35kv(10kv)的中压电网，其中直流牵引网压是由中压交流电网通过整流机组得到，因此对能馈装置的控制稳定性提出了较高要求。为了提高能馈装置的稳定性和稳态精度，一般采用电压外环结合电流内环的双闭环控制策略。即实时检测直流侧电压，当刹车时能量导致电压超过设备的启动阈值时，即开始启动闭环控制模式，将直流电压控制在目标值，能量双向流动，实现能量回馈或牵引整流功能。

在上述双闭环控制策略中，对直流侧网压的检测与控制方法变得尤为关键。而检测算法的快速性和准确性。检测算法的快慢会影响闭环系统的响应速度，如果仅采用瞬时值检测来作保护，由于地铁供电系统的存在较大的干扰和毛刺，设备会经常误报直流过压或欠压故障而造成装置的误动作；有效值检测可以保证检测的准确性，但是响应速度会变慢，影响装置跟踪的快速性。

对直流侧电压的控制，目前的控制方式基本上都是直接采样直流进线电压，并与能馈装置的启动电压阈值相比较，该阈值一旦设定后，运行时会保持固定不变。超过该值则设备开始逆变回馈(或牵引整流)，刹车(或牵引)能量逐渐降低至零时，再退出逆变回馈(或牵引整流)过程。而交流网压较高或较低时，直流侧网压会跟随相应变化，因此在固定启动电压阈值的情况下，当交流网压过高时，直流侧二极管整流机组的空载电压可能会超过启动电压阈值，造成二极管整流机组与能馈装置之间产生环流，会增加了设备的损耗；当交流网压过低时，启动阈值固定的情况下，则会造成回馈的响应速度过慢的问题。

技术实现要素：

1、所要解决的技术问题：

针对上述技术问题，本方法提供一种地铁再生能量回馈装置直流电压检测及控制方法。本方法通过对能馈装置的直流侧电压进行检测与保护，效排除毛刺、干扰等引起的误判断，保证检测的快速性和准确性；本方法还提供了对能馈装置的直流启动电压阈值进行动态调整并同时确定直流电压参考值，能够解决交流侧电压过高或过低可能产生的环流或响应速度变慢的问题，保证了设备运行的可靠性。

2、技术方案：

一种地铁再生能量回馈装置直流电压检测及控制方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一：对能馈装置的直流侧电压进行检测与保护；具体包括：

1.1直流电压传感器装置对地铁再生能量回馈装置的直流侧以预设的采样频率fn进行采集电压值，采集到的直流电压瞬时值为vdc；并将采集到的直流电压瞬时值vdc通过ad采样单元输入控制器。

1.2控制器将接收到电压瞬时值vdc与预设的过压保护值vov、欠压保护值vlv进行实时比较。如果检测到直流电压瞬时值vdc大于过压保护值vov时，此时地铁再生能量回馈装置的直流侧的电压存在过压的可能；进行步骤1.3。如果检测到直流电压瞬时值vdc小于预设欠压保护值vlv即此时地铁再生能量回馈装置的直流侧的电压存在欠压的可能；进行步骤1.4。

1.3从检测到可能过压的时刻开始，对地铁再生能量回馈装置的直流侧的电压进行n次采样，并将每次采样的结果与过压保护值vov进行比较；如果采样值出现大于过压保护值vov，则判断装置真正出现过压故障；如果没有采样值大于过压保护值vov，则判断不存在过压故障，将计数值清零，并判定为干扰发生，设备继续正常运行。

1.4从检测到可能欠压的时刻开始，对地铁再生能量回馈装置的直流侧的电压进行n次采样，并将每次采样的结果与欠压保护值vlv进行比较；如果采样值出现小于预设欠压保护值vlv，则判断装置真正出现欠压故障；如果没有采样值小于预设欠压保护值vlv，则判断不存在欠压故障，将计数值清零，并判定为干扰发生，设备继续正常运行。其中上述n值的选取与采样频率fn相关，满足关系：

步骤二：对直流启动电压阈值进行动态调整并确定直流电压参考值；其具体过程为：

2.1对能馈装置的直流侧电压进行采集，并根据采集的结果预设启动电压阈值的初始值vth0，此时对应交流侧电网电压额定值usn。

2.2利用电压传感器实时采集地铁再生能量回馈装置的交流端三相电压usa、usb、usc，三相电压usa、usb、usc经过ad转换输入控制器；控制器计算出三相交流电网电压的有效值uarms、ubrms、ucrms，并计算出三相交流电网电压的有效值的平均值：usav＝(uarms+ubrms+ucrms)/3。

2.3定义直流电压调整系数kus＝usav/usn。

2.4定义启动电压阈值的实时值vth：vth＝vtho*kus，则直流电压控制的参考值：vref＝vth-δv；其中，δv为超调量，大小为几十伏电压，在逆变回馈模式下为正值，在整流模式下为负值。

3、有益效果：

(1)本方法针对直流牵引网中存在的扰动问题，提出了一种电压检测及保护方法。由于地铁供电系统中，叠加在直流电网系统的扰动时间一般为微秒级，当干扰出现时，采用本发明后，可对叠加在直流电网中的干扰进行有效滤除，防止设备的误保护；当直流电网出现真实的过压或欠压故障时，由于保护时间也不超过1ms，完全满足系统的响应时间要求，保证了装置的稳定运行。

(2)本方法针对交流电压波动带来的环流或响应速度较慢的问题，提出了一种直流电压启动阈值和控制自适应的控制方法。该方法实现简单，可将直流启动电压阈值和参考值实时动态调整，从而有效避免交流网压波动带来的环流或响应速度过慢的问题。

附图说明

图1为本发明中的直流侧电压检测及保护流程图；

图2为本发明中的直流启动电压阈值动态调整和确定直流电压参考值的控制流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本方法进行详细的说明。

如附图1所示为本发明中的直流侧电压检测及保护流程图，如图所示对能馈装置的直流侧电压进行检测与保护；具体包括：1.1直流电压传感器装置对地铁再生能量回馈装置的直流侧以预设的采样频率fn进行采集电压值，采集到的直流电压瞬时值为vdc；并将采集到的直流电压瞬时值vdc通过ad采样单元输入控制器。1.2控制器将接收到电压瞬时值vdc与预设的过压保护值vov、欠压保护值vlv进行实时比较。如果检测到直流电压瞬时值vdc大于过压保护值vov时，此时地铁再生能量回馈装置的直流侧的电压存在过压的可能；进行步骤1.3。如果检测到直流电压瞬时值vdc小于预设欠压保护值vlv即此时地铁再生能量回馈装置的直流侧的电压存在欠压的可能；进行步骤1.4。1.3从检测到可能过压的时刻开始，对地铁再生能量回馈装置的直流侧的电压进行n次采样，并将每次采样的结果与过压保护值vov进行比较；如果采样值出现大于过压保护值vov，则判断装置真正出现过压故障；如果没有采样值大于过压保护值vov，则判断不存在过压故障，将计数值清零，并判定为干扰发生，设备继续正常运行。1.4从检测到可能欠压的时刻开始，对地铁再生能量回馈装置的直流侧的电压进行n次采样，并将每次采样的结果与欠压保护值vlv进行比较；如果采样值出现小于预设欠压保护值vlv，则判断装置真正出现欠压故障；如果没有采样值小于预设欠压保护值vlv，则判断不存在欠压故障，将计数值清零，并判定为干扰发生，设备继续正常运行；其中上述n值的选取与采样频率fn相关，满足关系：

上述过程中，直流电压传感器实时采集直流电压瞬时值vdc，送入控制器的ad采样单元，对该直流电压以采样频率fn实时采样，并与过压保护值vov、欠压保护值vlv实时比较，如果一直不存在过压或欠压故障，则装置正常运行；当检测到某一时刻发生直流过压或欠压故障时，从该时刻开始计时，连续进行n次采样，每次采样均进行是否过压或欠压的比较判断。如果在此判断后，仍存在过压或欠压信号，则判断故障真实发生，装置会立即封锁脉冲，并进行停机动作。如果在此判断后发现故障信号消失，则计数值清零，装置维持正常运行不受影响。

如附图2所示为直流启动电压阈值动态调整和确定直流电压参考值的控制流程图，包括以下步骤：2.1对能馈装置的直流侧电压进行采集，并根据采集的结果预设启动电压阈值的初始值vth0，此时对应交流侧电网电压额定值usn。

2.2利用电压传感器实时采集地铁再生能量回馈装置的交流端三相电压usa、usb、usc，三相电压usa、usb、usc经过ad转换输入控制器；控制器计算出三相交流电网电压的有效值uarms、ubrms、ucrms，并计算出三相交流电网电压的有效值的平均值：usav＝(uarms+ubrms+ucrms)/3。

2.3定义直流电压调整系数kus＝usav/usn。

2.4定义启动电压阈值的实时值vth：vth＝vtho*kus，则直流电压控制的参考值：vref＝vth-δv；其中，δv为超调量，大小为几十伏电压，在逆变回馈模式下为正值，在整流模式下为负值。

在上述过程中，根据直流电压采样值，设定启动电压阈值的初始值vth0，根据实时采样得到的交流电网的瞬时值usa、usb、usc，将三相电压经ad转换后，送入控制器单元，并计算三相交流电网电压的有效值uarms、ubrms、ucrms并计算出三相交流电网电压有效值的平均值usav＝(uarms+ubrms+ucrms)/3。对应交流侧电网电压额定值usn，计算出直流电压调整系数kus＝usav/usn。该调整系数与启动电压阈值的初始值vth0两者相乘，得到启动电压阈值的实时值：vth＝vtho*kus。直流电压环采用比例积分控制(pi控制)，控制时具有一定的超调，超调量记为δv。则直流电压的参考值为vref＝vth-δv，其中，δv取值一般为几十伏(逆变回馈模式时，超调量为正值；整流模式时，超调量为负值)。

经过以上检测控制方法，能馈装置在正常运行过程中，可有效避免直流侧电网上的脉冲干扰，同时又能及时响应真实的电压故障的发生，保持装置运行的可靠性。同时，通过监测交流侧网压的实时波动情况，得出一直流电压调整系数kus，该调整系数加入到直流电压启动阈值和参考值中，可有效避免交流侧网压波动对直流环控制带来的负面影响，保证了能馈系统长期并可靠稳定的运行。

虽然本发明已以较佳实施例公开如上，但它们并不是用来限定本发明的，任何熟习此技艺者，在不脱离本发明之精神和范围内，自当可作各种变化或润饰，因此本发明的保护范围应当以本申请的权利要求保护范围所界定的为准。