技术特征：
1.一种共用直流母线的动车组地面电源，其特征在于：包括主电路、采样电路及控制器；所述主电路包括串联电路模块、并联电路模块、旁路开关及输出开关；所述串联电路模块与并联电路模块共用直流母线；所述串联电路模块包括a、b、c三相电路单元，a、b、c三相电路单元的输入端分别连接至交流电网的a、b、c三相输出端；所述并联电路模块包括a、b、c三相桥电路，各相桥电路的输入端分别通过旁路开关与交流电网的a、b、c三相输出端连接；各相桥电路的输入端还分别与串联电路模块中相应的a、b、c三相电路单元的输出端连接；所述串联电路模块与并联电路模块的三相输出端分别与输出开关连接；所述采样电路用于采集主电路相应的电压数据及电流数据；所述控制器用于控制主电路工作时序，并根据采样电路采集的实时电压数据与预设电压值的大小关系，控制串联电路模块的输出电压，补偿输出电压以趋近预设电压值，实现对输出电压的补偿；根据采样电路采集的实时电流数据与预设电流值之间的关系，控制并联电路模块的输出电流，消除负载电流不平衡。2.根据权利要求1所述的一种共用直流母线的动车组地面电源，其特征在于：所述控制器根据流过输出开关的电流和串联电路模块的输出电压计算功率因数和负载谐波，若功率因数或电流谐波超过设定值且并联电路模块的输出电流未超过并联电路模块的额定值，则对流过输出开关的电流进行谐波补偿和无功补偿。3.根据权利要求2所述的一种共用直流母线的动车组地面电源，其特征在于，所述主电路工作时序具体为：先接通旁路开关，启动并联电路模块建立直流母线电压，再启动串联电路模块，切断旁路开关，进入稳定工作状态。4.根据权利要求3所述的一种共用直流母线的动车组地面电源，其特征在于：所述串联电路模块的a、b、c三相电路单元均采用单相半桥电路结构；a相电路单元包括电容c1、电容c2、igbt v1、igbt v2、电感l1及输出滤波电容c3；电容c1与电容c2串联，串联的中点连接交流电网a相作为输入；电容c1与电容c2的另外两端为直流母线的正vdc+和直流母线的负vdc-；vdc+连接igbt v1的集电极，vdc-连接igbt v2的发射极；igbt v1的发射极连接igbt v2的集电极，并连接电感l1的一端；电感l1的另一端连接电容c3的一端作为串联部分的a相输出，电容c3的另一端连接至电网的n；b相电路单元包括电容c4、电容c5、igbt v3、igbt v4、电感l2及输出滤波电容c6；电容c4与电容c5串联，串联的中点连接电网b相作为输入；电容c4另外一端连接直流母线vdc+，电容c5另外一端连接直流母线vdc-；igbt v3的集电极连接vdc+，igbt v4的发射极连接vdc-；igbt v3的发射极连接igbt v4的集电极，并连接电感l2的一端；电感l2的另一端连接电容c6的一端作为串联部分的b相输出，电容c6的另一端连接至电网的n；c相电路单元包括电容c7、电容c8、igbt v5、igbt v6、电感l3及输出滤波电容c9；电容c7与电容c8串联，串联的中点连接电网c相作为输入；电容c7另外一端连接直流母线vdc+，电容c8另外一端连接直流母线vdc-；igbt v5的集电极连接vdc+，igbt v6的发射极连接vdc-；igbt v5的发射极连接igbt v6的集电极，并连接电感l3的一端；电感l3的另一端连接电容c9的一端作为串联部分的c相输出，电容c9的另一端连接至电网的n。
5.根据权利要求3所述的一种共用直流母线的动车组地面电源，其特征在于：并联电路模块包括电感l4、电感l5、电感l6、igbt v7、igbt v8、igbt v9、igbt v10、igbt v11、igbt v12、电容c10、电容c11，电容c12、电容c13及电容c14；igbt v7的发射极连接直流母线vdc-，igbt v8的集电极连接直流母线vdc+，igbt v8的发射极连接igbt v7的集电极，同时连接电感l4的一端，电感l4的另一端连接并联部分的a相输出，并连接电容c12的一端；igbt v9的发射极连接直流母线vdc-，igbt v10的集电极连接直流母线vdc+，igbt v10的发射极连接igbt v9的集电极，同时连接电感l5的一端，电感l5的另一端连接并联部分的b相输出，并连接电容c13的一端；igbt v11的发射极连接直流母线vdc-，igbt v12的集电极连接直流母线vdc+，igbt v12的发射极连接igbt v11的集电极，同时连接电感l6的一端，电感l6的另一端连接并联部分的c相输出，并连接电容c14的一端；电容c10与c11串联后，电容c10的另一端连接直流母线vdc-，电容c11的另一端连接直流母线vdc+；电容c12、c13、c14的另一端相互连接。6.根据权利要求3所述的一种共用直流母线的动车组地面电源，其特征在于：所述电压数据包括：a相电路单元电容c1两端的电压信号u
c1
，电容c2两端的电压信号u
c2
，输出滤波电容c3两端的电压信号u
c3
，b相电路单元电容c4两端的电压信号u
c4
，电容c5两端的电压信号u
c5
，输出滤波电容c6两端的电压信号u
c6
，c相电路单元电容c7两端的电压信号u
c7
，电容c8两端的电压信号u
c8
，输出滤波电容c9两端的电压信号u
c9
，电容c10两端的电压u
c10
，电容c11两端的电压u
c11
；所述电流数据包括：a相输入电流信号i
vsa
，b相输入电流信号i
vsb
，c相输入电流信号i
vsc
，流过电感l1的电流i
l1
，流过电感l2的电流i
l2
，流过电感l3的电流i
l3
，流过电感l4的电流i
l4
，流过电感l5的电流i
l5
，流过电感l6的电流i
l6
。7.根据权利要求1-6任一所述的一种共用直流母线的动车组地面电源，其特征在于：所述控制器包括信号预处理单元、fpga、dsp及fpga/dsp数据交互缓存区；所述信号预处理单元与fpga连接，所述fpga通过控制参数总线及采样数据总线与fpga/dsp数据交互缓冲区连接；dsp通过控制参数总线及采样数据总线与fpga/dsp数据交互缓冲区连接；dsp通过通讯总线与上位机连接；所述信号预处理单元用于接收状态信号、控制信号及主电路相应的电压信号及电流信号，并将信号进行滤波、放大处理后发送至fpga；还用于输出fpga发送的状态指示及状态控制信号；所述fpga/dsp数据交互缓存区用于交换数据；所述fpga用于从信号预处理单元获取并处理主电路状态信号和控制信号通过控制参数总线将状态信号和控制信号放入fpga/dsp数据交互缓冲区；从信号预处理单元获取得到经过处理的主电路相应的电压信号与电流信号，将电压信号与电流信号处理为采样数据后，通过采样数据总线放入fpga/dsp数据交互缓冲区；从fpga/dsp数据交互缓冲区获取并联电路模块控制信号和串联电路模块控制信号，处理后输出并联电路模块驱动信号和串联电路模块驱动信号；从fpga/dsp数据交互缓冲区获取状态指示与状态控制信号，经过处理后输出高低电平信号到信号预处理单元，输出状态指示与状态控制信号；所述dsp用于将从上位机获取的控制参数存储至dsp内部数据暂存区(flash)；通过采样数据总线从fpga/dsp数据交互缓冲区获取采样数据，状态信号和控制信号；按照控制程
序设定，根据控制参数、状态信号、控制信号、采样数据计算串联电路模块控制信号及并联电路模块控制信号，通过控制参数总线向fpga/dsp数据交互缓冲区写入并联电路模块控制信号、串联电路模块控制信号及状态指示与状态控制信号。8.根据权利要求7所述的一种共用直流母线的动车组地面电源，其特征在于：所述信号预处理单元包括隔离电路、隔离驱动电路及调理电路；所述隔离电路用于接收状态信号与控制信号，使用光耦对信号进行隔离，并调理为0v或3v电压；所述隔离驱动电路用于接收fpga发送的状态指示及状态控制信号，控制旁路开关及输出开关动作，以及串联电路模块启动/停机、并联电路模块启动/停机；所述调理电路用于接收主电路相应的电压信号及电流信号，对电压信号进行调理，将其转换为峰峰值电压在0v～3.0v之间的电压信号，对电流数据信号进行调理，将其转换为峰峰值电压在0v～3.0v之间的信号。9.一种权利要求1-8任一所述共用直流母线的动车组地面电源的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、初始化；fpga读取信号预处理单元输出的状态信号和控制信号，处理后存储至fpga/dsp数据交互缓冲单元；fpga读取信号预处理单元输出的主电路相应的电压信号与电流信号，将电压信号与电流信号处理为采样数据后存储至fpga/dsp数据交互缓冲单元；dsp通过采样数据总线从fpga/dsp数据交互缓冲区获取主电路状态信号、控制信号、采样数据，按照控制程序设定，根据控制参数、状态信号、控制信号、采样数据计算生成状态指示、状态控制、串联电路模块控制信号及并联电路模块控制信号，通过控制参数总线向数据交互缓冲区写入状态指示、状态控制、串联电路模块控制信号及并联电路模块控制信号；fpga读取fpga/dsp数据交互缓冲区的状态指示、状态控制信号，经过处理后输出高低电平信号到信号预处理单元，输出状态指示与状态控制信号；步骤2、主电路启动工作：根据状态指示与状态控制信号控制接触器km1接通，接触器km2断开，将输入电压vsa、vsb、vsc送入并联电路模块的输入端，并联电路模块启动工作，建立母线电压；并联电路模块稳定运行后，串联电路模块启动工作；串联电路模块稳定工作后，接触器km1断开，km2接通，进入稳定工作状态；fpga读取信号预处理单元输出的主电路状态信号和控制信号，并存储至fpga/dsp数据交互缓冲单元；fpga读取信号预处理单元输出的主电路相应的电压信号与电流信号，将电压信号与电流信号处理为采样数据后存储至fpga/dsp数据交互缓冲单元；dsp通过采样数据总线从fpga/dsp数据交互缓冲区获取主电路状态信号、控制信号、采样数据，按照控制程序设定，根据控制参数、状态信号、控制信号、采样数据计算生成状态指示、状态控制、串联电路模块控制信号及并联电路模块控制信号，通过控制参数总线向fpga/dsp数据交互缓冲区写入状态指示、状态控制、串联电路模块控制信号及并联电路模块控制信号；fpga读取数据交互缓冲区的状态指示、状态控制信号，经过处理后输出高低电平信号到信号预处理单元，输出状态指示与状态控制信号；fpga读取fpga/dsp数据交互缓冲区的串联电路模块控制信号及并联电路模块控制信号，处理后输出串联电路驱动信号与
并联电路驱动信号，控制串联电路模块的输出电压，补偿输出电压以趋近预设电压值，实现对输出电压的补偿；控制并联电路模块的输出电流，消除负载电流不平衡。10.根据权利要求9所述的共用直流母线的动车组地面电源控制方法，其特征在于，步骤2中dsp按照控制程序设定，根据控制参数、状态信号、控制信号、采样数据计算生成并联电路模块控制信号的过程具体为：以a相控制为例：计算流过km2.1的电流i
oa
，流过km2.2的电流i
ob
，流过km2.3的电流i
oc
不平衡度，将其作为预设电压值u
ref.
；将电容c10、c11两端的电压u
c10
与u
c11
作差并通过pi调节器，得到电流信号i1；将电容c10、c11两端的电压u
c10
与u
c11
作和，并和预设电压值u
ref
作差，并通过pi调节器后得到电流信号i2；将电容c3两端的电压u
c3
通过pll锁相环进行锁相后得到电网电压相位将电流信号i2与电网电压相位相乘得到与电网电压同相位的电流信号i3；将电流信号i1与电流信号i3求和，并与电感l4上的电流i
l4
作差，得到电流误差信号i4；将电流误差信号i4，电容c3两端的电压u
c3
分别通过比例控制器k后并求和，得到调制信号，与载波信号经过比较器后得到并联电路模块控制信号。11.根据权利要求10所述的共用直流母线的动车组地面电源控制方法，其特征在于，步骤2中dsp按照控制程序设定，根据控制参数、状态信号、控制信号、采样数据计算生成串联电路模块控制信号的过程具体为：以a相控制为例：将预设电压值u
ref
与电容c3两端的电压作差得到电流信号i1，电网电压v
sa
经过pll锁相环进行锁相后与电流信号i1相乘得到电流信号i2，通过比例环节后与输出电流i
oa
相加得到电流信号i3，经过限幅后与电感l1上的电流作差得到电流信号i4，经过比例环节后与电容c3两端的电压作差得到调制信号，与载波信号经过比较器后得到串联电路模块控制信号。
技术总结
本发明属于电力电子电能变换和控制领域，涉及一种共用直流母线的动车组地面电源及其控制方法，消除单相用电制式的动车组列车在用电时产生的不平衡电流，以及长距离供电在负载电流较大时负载端电压跌落的问题。该动车组地面电源由串联电路模块、并联电路模块、旁路开关(KM1)、输出开关(KM2)，采样电路及控制器等组成。当负载侧出现不平衡电流时，通过控制并联电路模块的输出电流，消除负载电流不平衡，补偿负载无功和滤除负载谐波电流；当电缆压降产生，控制器检测到输出端电压降低时，控制串联电路模块提高输出端电压，通过对输出电压的控制，可以补偿供电电缆上产生的电压降。可以补偿供电电缆上产生的电压降。可以补偿供电电缆上产生的电压降。
技术研发人员：闵建华 俞靖波 唐龙 杨建军 赵琛 王堉屾 伍静松 李育春 詹鹏伟 毕娟娟
受保护的技术使用者：西安爱科赛博电气股份有限公司
技术研发日：2022.01.12
技术公布日：2022/4/15