一种列车再生制动失效抑制装置的制作方法

本实用新型涉及电气化铁路领域，特别涉及电气化铁路电能质量控制技术领域。

背景技术：

保证电气化铁路的电能质量是确保电力机车安全运行的重要条件，而在某些线路供电臂末端电压水平成为制约电能质量的首要问题。

随着电力电子交流传动技术的不断发展，我国基本上已经完成了由交直型电力机车到交直交型电力机车的升级，交直交型电力机车可以采用再生制动，反馈再生制动能量，被相邻机车吸收或者回馈三相电网。但有些线路几乎整个供电臂都处于长大坡道，供电臂上大多数电力机车处于再生制动工况，再生制动能量较多，导致了供电臂末端电压升高，超过了电力机车的最大允许电压，出现再生制动失效，严重影响列车运行安全。另外，过多的再生制动能量反馈电网也会对其造成一定的冲击。

对于一些高速或者重载线路，机车取流大，带电概率高，造成了供电臂末端电压较低，影响了机车的正常取流。

对于变流器，既可以传递有功功率，也可以发出无功功率，所以在储能装置充满电或者电量低的时候，可以利用变流器发出无功功率来稳定供电臂末端电压。

本实用新型提出了一种能够抑制列车再生失效的电气化铁路储能装置，实现稳定供电臂末端电压，并且兼顾吸收再生制动能量。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种列车再生制动失效抑制装置，它能有效解决因供电臂末端电压过高导致的列车再生制动失效，还可以对供电臂末端电压支撑，并兼顾吸收多余的再生制动能量的技术问题。

本实用新型的目的是通过以下技术方案来实现的：一种列车再生制动失效抑制装置，包括储能装置、支撑电容、变流器和测控单元，在牵引变电所供电臂的首端馈线处设有电流互感器，供电臂的末端设有变流器，变流器的交流侧分别与接触网和钢轨连接，其直流侧与储能装置连接，支撑电容并联在变流器与储能装置之间，供电臂末端设有电压互感器；电流互感器的测量端、电压互感器的测量端均与测控单元的输入接口连接，测控单元输出接口与变流器的控制端、储能装置的控制端相连。

所述测控单元通过电压互感器和电流互感器实时获取供电臂末端电压、馈线电流参数，实时控制储能装置和变流器的工作状态。

本实用新型的目的需要通过以下控制方法来实现的：一种列车再生制动失效抑制装置控制方法，具体操作过程如下：

(a)、当接触网末端电压大于接触网最大允许电压，且储能装置具备储存电能条件时，通过测控单元控制变流器处于整流状态，储能装置开始储存电能并降低接触网末端电压；

(b)、当接触网末端电压大于接触网最大允许电压，且储能装置储存的电能已饱和，则通过测控单元控制变流器吸收感性无功，降低接触网末端电压；

(c)、当接触网末端电压处于正常范围、馈线电流大于基准值、牵引负荷吸收为正、且储能装置具备释放电能条件时，则通过测控单元控制变流器处于逆变状态，此时，变流器控制储能装置释放电能；

(d)、当接触网末端电压小于接触网最小允许电压，且储能装置电能已放尽，则通过测控单元控制变流器吸收容性无功，提高接触网末端电压；

(e)、当接触网末端电压小于接触网最小允许电压，且储能装置具备释放电能条件，则通过测控单元控制变流器处于逆变状态，此时，变流器控制储能装置释放电能，提高接触网末端电压；

(f)、当接触网末端电压处于正常范围，且馈线电流小于基准值时，储能装置和变流器处于待机状态。

本实用新型的基本工作原理是：通过测量供电臂末端电压和馈线电流，控制变流器和储能装置的工作状态，来达到抑制列车再生制动失效的作用，使供电臂末端电压处于正常范围，并且兼顾再生制动能量的吸收。

当接触网末端电压大于接触网最大允许电压，且储能装置还可以储存电能，测控单元控制变流器整流，再生制动能量经变流器流向储能装置，储能装置储存电能，降低供电臂末端电压；当接触网末端电压大于接触网最大允许电压，且储能装置不能再储存电能，测控单元控制变流器吸收感性无功，降低供电臂末端电压；取历史正常工况下馈线电流的平均值为基准值，牵引为正，再生制动为负，供电臂末端电压处于正常水平，且馈线电流大于基准值时，测控单元控制变流器逆变，变流器控制储能装置释放电能；当接触网末端电压小于接触网最小允许电压，且储能装置具备释放电能条件，测控单元控制变流器逆变，储能装置释放电能，提高供电臂末端电压；当接触网末端电压小于接触网最小允许电压，且储能装置不具备释放电能条件，测控单元控制变流器吸收容性无功，提高供电臂末端电压。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

一、列车再生制动失效抑制装置处于供电臂末端，有效吸收列车再生制动能量，对列车处于供电臂末端再生制动时抬高供电臂电压可能造成再生失效起到有效抑制作用，改善和提高列车运行安全性，降低对电网造成的冲击。

二、可以吸收部分列车再生制动能量，电压处于正常范围内时释放这些能量，提高列车再生制动能量利用率。

三、在供电臂末端电压过低时，可令储能装置释放部分电能，或者控制变流器吸收容性无功，对供电臂末端电压起到一定支撑作用。

四、本实用新型控制方法简单可靠，易于实施。

附图说明

图1是本实用新型实施例的结构示意图。

图2是本实用新型实施例的测控单元连接关系示意图。

图3是本实用新型实施例的控制流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型做进一步的描述。

图1示出，本实用新型的一种具体实施方式为：一种列车再生制动失效抑制装置，包括储能装置1、支撑电容2、变流器3；在牵引变电所供电臂的首端设有电流互感器5，变流器3交流侧连接于接触网4末端和钢轨7，直流侧与储能装置1和支撑电容2并联；电流互感器5测量馈线6电流；电压互感器8测量接触网4末端电压。

图2是本实用新型实施例的测控单元连接关系示意图。测控单元9的两个输入接口分别与电压互感器8和电流互感器5的测量端相连，测控单元9的两个输出接口分别与变流器3和储能装置1的控制端相连。测控单元9通过电压互感器8和电流互感器5实时获取供电臂末端电压和馈线电流，来实时控制储能装置1和变流器3的工作状态。

电气化铁路供电系统及其电能质量控制技术中的标准，“对牵引变压器27.5kv侧母线电压，认定其母线电压大于29kv或者小于20kv为不合格的电压”，因此，接触网最大允许电压为29kv，接触网最小允许电压为20kv。

取往日正常工况下馈线电流的平均值为基准值，其中牵引电流为正，再生制动电流为负。

图3是本实用新型实施例的控制流程示意图，测控单元通过电压互感器8和电流互感器5实时获取供电臂末端电压、馈线电流；取时间步长为δt，以控制抑制列车再生制动失效为目标：

(a)当接触网末端电压大于接触网最大允许电压29kv，且储能装置1还可以储存电能，测控单元9控制变流器3整流，储能装置1储存电能，降低供电臂末端电压；

(b)当接触网末端电压大于接触网最大允许电压29kv，且储能装置1不能再储存电能，测控单元9控制变流器3吸收感性无功，降低供电臂末端电压；

(c)当供电臂末端电压处于正常范围、馈线电流大于基准值(牵引负荷吸收为正)、且储能装置1具备释放电能条件时，测控单元9控制变流器3逆变，变流器3控制储能装置1释放电能；

(d)当接触网末端电压小于接触网最小允许电压20kv，且储能装置1不能再释放电能，测控单元9控制变流器3吸收容性无功，提高供电臂末端电压；

(e)当接触网末端电压小于接触网最小允许电压20kv，且储能装置1具备释放电能条件，测控单元9控制变流器3逆变，储能装置1释放电能，提高供电臂末端电压。当接触网4末端电压处于正常范围，且馈线电流小于基准值，储能装置1和变流器3待机。