一种能馈型牵引供电装置的控制方法和系统与流程

本发明涉及电力电子技术领域，尤其涉及一种能馈型牵引供电装置的控制方法和系统。

背景技术：

目前，在城市轨道交通领域，为了解决二极管整流机组供电不能回馈机车再生制动能量的问题，一般采用二极管整流机组与能馈型牵引供电装置组合供电的方式。

现有技术条件下，能馈型牵引供电装置基本采用电压外环电流内环的双闭环控制策略，其外环电压给定值通常为一个定值，而且可以手动设置进行调整，在一次制动回馈运行过程中，该定值保持不变。考虑到牵引接触网的阻抗特性及交流网压波动对牵引网压的影响，当定值设置过低时，一方面不便于相邻线路列车充分吸收制动能量，相对增加了制动能量在线路电阻的损耗；另一方面容易引发二极管整流机组与能馈型牵引供电装置之间的环流。当定值设置过高时，容易引发制动列车牵引变流器母线电压升高到制动电阻动作门限，不便于制动能量传输到相邻牵引供电区间进行回收再利用。

在已安装能馈型牵引供电装置的地铁线路中，各能馈型牵引供电装置的外环电压给定值通常相同，当出现列车高速制动或同一供电区间多车同时制动时，制动能量远大于供电区间能馈型牵引供电装置容量而使接触网电压升高，此时即使相邻区间能馈型牵引供电装置投入运行，也无法充分利用相邻区间能馈型牵引供电装置的容量备用，难以避免制动列车处接触网电压升高到制动电阻动作门限，导致列车制动电阻动作，部分制动能量被制动电阻消耗而不能回收再利用。

技术实现要素：

本发明的主要目的在于提出一种能馈型牵引供电装置的控制方法和系统，旨在解决能馈型牵引供电装置的外环电压给定值的设定以及提高制动能量利用率，降低制动能量在电阻上的消耗。

为实现上述目的，本发明提供的一种能馈型牵引供电装置的控制方法，其特征在于，所述方法包括步骤：

S1：检测接触网的电压值和电流流向；

S2：根据检测到的接触网的电压值和电流流向，判断所述能馈型牵引供电装置的回馈状态；

S3：根据所述能馈型牵引供电装置的回馈状态，调整输出所述能馈型牵引供电装置的母线电压给定值；

S4：根据所述母线电压给定值，输出桥臂驱动信号给所述能馈型牵引供电装置的变换器。

进一步的，所述步骤S2包括：

S21：若所述接触网电压值大于能馈启动门限值、且电流流向为从相邻牵引变电所端口流向安装所述能馈型牵引供电装置的牵引变电所端口时，则所述能馈型牵引供电装置的回馈状态为辅助回馈状态；

S22：若所述接触网电压值大于能馈启动门限值、且电流流向相邻牵引变电所端口和安装所述能馈型牵引供电装置的牵引变电所端口时，则所述能馈型牵引供电装置的回馈状态为主回馈状态。

进一步的，所述步骤S3包括：

S31：若所述能馈型牵引供电装置的回馈状态为辅助回馈状态，输出第一母线电压给定值；

S32：若所述能馈型牵引供电装置的回馈状态为主回馈状态，输出第二母线电压给定值。

进一步的，所述步骤S3还包括：

步骤S30：根据安装所述能馈型牵引供电装的牵引变电所与相邻牵引变电所之间的线路阻抗参数、装置额定容量、接触网允许连续运行最大电压，计算所述第一母线电压给定值的范围或所述第二母线电压给定值的范围。

进一步的，所述第二母线电压给定值大于所述第一母线电压给定值。

此外，为实现上述目的，本发明还提出一种能馈型牵引供电装置的控制系统，其特征在于，所述系统包括：检测模块、判断模块、母线电压给定值调整模块、桥臂驱动信号设定模块；

所述检测模块，用于检测接触网的电压值和电流流向；

所述判断模块，根据所述检测模块检测到的接触网的电压值和电流流向，判断所述能馈型牵引供电装置的回馈状态；

所述母线电压给定值调整模块，用于根据所述能馈型牵引供电装置的回馈状态，调整输出所述能馈型牵引供电装置的母线电压给定值；

所述桥臂驱动信号设定模块，用于根据所述母线电压给定值，输出桥臂驱动信号给所述能馈型牵引供电装置的变换器。

进一步的，所述判断模块包括辅助回馈状态判断模块、主回馈状态判断模块；

所述辅助回馈状态判断模块，用于若所述接触网电压值大于能馈启动门限值、且电流流向为从相邻牵引变电所端口流向安装所述能馈型牵引供电装置的牵引变电所端口时，则所述能馈型牵引供电装置的回馈状态为辅助回馈状态；

所述主回馈状态判断模块，用于若所述接触网电压值大于能馈启动门限值、且电流流向相邻牵引变电所端口和安装所述能馈型牵引供电装置的牵引变电所端口时，则所述能馈型牵引供电装置的回馈状态为主回馈状态。

进一步的，所述母线电压给定值调整模块包括第一母线电压给定值调整模块和第二母线电压给定值调整模块；

所述第一母线电压给定值调整模块，用于若所述能馈型牵引供电装置的回馈状态为辅助回馈状态，输出第一母线电压给定值；

所述第二母线电压给定值调整模块，用于若所述能馈型牵引供电装置的回馈状态为主回馈状态，输出第二母线电压给定值。

进一步的，所述母线电压给定值调整模块包括还包括计算模块；

所述计算模块，用于根据安装所述能馈型牵引供电装的牵引变电所与相邻牵引变电所之间的线路阻抗参数、装置额定容量、接触网允许连续运行最大电压，计算所述第一母线电压给定值的范围或所述第二母线电压给定值的范围。

进一步的，所述第二母线电压给定值大于所述第一母线电压给定值。

本发明提出的能馈型牵引供电装置的控制方法和系统，不仅实现对本供电区间列车制动的主回馈作用，而且充分发挥对本供电区间之外列车制动的辅助回馈作用，提高了列车高速制动或同一供电区间多车同时制动时的制动能量利用率，降低了制动能量在电阻上的消耗，提升了能馈型牵引供电装置的性价比。

附图说明

图1为本发明实施例能馈型牵引供电装置的控制方法流程示意图；

图2为本发明实施例能馈型牵引供电装置的控制方法另一流程示意图；

图3为本发明实施例能馈型牵引供电装置的控制系统结构示意图；

图4为本发明实施例能馈型牵引供电装置的控制系统的判断模块的结构示意图；

图5为本发明实施例能馈型牵引供电装置的控制系统的母线电压给定值调整模块的结构示意图；

图6为变换器的电压外环电流内环的双闭环控制策略结构示意图。

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

现在将参考附图描述实现本发明各个实施例。在后续的描述中，使用用于表示元件的诸如“模块”、“部件”或“单元”的后缀仅为了有利于本发明的说明，其本身并没有特定的意义。

为了便于理解本发明，在此之前，以下介绍相关的技术背景。

1)、接触网，接触网为地铁线上架设的向电力机车供电的特殊形式的输电线路。

2)、牵引变电所，将电力系统供应的电能转变为适于电力牵引及其供电方式的电能。

3)、能馈型牵引供电装置，能馈式牵引供电装置可以有效地吸收利用地铁车辆的再生制动能量，降低地铁电能消耗，降低运营成本，达到减少能耗的目的。

4)、能馈启动门限值，能馈启动门限值为能馈型牵引供电装置启动能量回馈工作时的电压值。

5)、电压外环电流内环的双闭环控制策略，如图6所示，外环电压给定值U_dc*输入到双闭环控制的电压控制环节，能馈型牵引供电装置的变换器Q1的直流母线电压检测值U_dc输入到双闭环控制的电压控制环节形成双闭环控制的电压外环；电压外环的输出为有功电流给定值i_d*；变换器Q1的桥臂电流i_a、i_b、i_c与电网电压e_a、e_b、e_c输入到运算环节；有功电流给定值i_d*及预先设定的无功电流给定值i_q*输入到双闭环控制的电流控制环节，同时，运算环节内部坐标变换得到的桥臂电流d轴分量i_d、桥臂电流q轴分量i_q与电网电压d轴分量u_d、电网电压q轴分量u_q输入到双闭环控制的电流控制环节形成双闭环控制的电流内环；电流内环输出的指令电压d轴分量U_d*、指令电压q轴分量U_q*与运算环节内部锁相环得到的电网电压A相相位θ作为SVPWM环节的输入，SVPWM环节根据U_d*、U_q*和θ计算得到变换器Q1的桥臂驱动信号Sa、Sb、Sc；桥臂驱动信号Sa、Sb、Sc控制变换器Q1的开关器件的动作，从而实现能馈型牵引供电装置的回馈运行。

如图1所示，本发明第一实施例提出一种能馈型牵引供电装置的控制方法，方法包括步骤：

S1：检测接触网的电压值和电流流向；

S2：根据检测到的接触网的电压值和电流流向，判断所述能馈型牵引供电装置的回馈状态；

如图2所示，在本实施例中，步骤S2包括：

S21：若所述接触网电压值大于能馈启动门限值、且电流流向为从相邻牵引变电所端口流向安装所述能馈型牵引供电装置的牵引变电所端口时，则所述能馈型牵引供电装置的回馈状态为辅助回馈状态；

S22：若所述接触网电压值大于能馈启动门限值、且电流流向相邻牵引变电所端口和安装所述能馈型牵引供电装置的牵引变电所端口时，则所述能馈型牵引供电装置的回馈状态为主回馈状态。

S3：根据所述能馈型牵引供电装置的回馈状态，调整输出所述能馈型牵引供电装置的母线电压给定值；

如图2所示，在本实施例中，步骤S3包括：

S31：若所述能馈型牵引供电装置的回馈状态为辅助回馈状态，输出第一母线电压给定值；

S32：若所述能馈型牵引供电装置的回馈状态为主回馈状态，输出第二母线电压给定值。

在本实施例中，第一母线电压给定值和第二母线电压给定值可根据不同牵引变电所之间距离及线路阻抗进行计算，然后调整第一母线电压给定值和第二母线电压给定值，两者之间满足以下原则：当两牵引变电所间距离较长，线路阻抗较大时，第二母线电压给定值与第一母线电压给定值的取值差值较大；当两牵引变电所间距离较短，线路阻抗较小时，第二母线电压给定值与第一母线电压给定值的取值差值较小。

进一步的，所述第一母线电压给定值的范围或所述第二母线电压给定值的范围可根据安装所述能馈型牵引供电装的牵引变电所与相邻牵引变电所之间的线路阻抗参数、装置额定容量、接触网允许连续运行最大电压计算得出。在本实施例中，所述第二母线电压给定值大于所述第一母线电压给定值。通过上述步骤计算得出所述第一母线电压给定值的范围或所述第二母线电压给定值的范围时，第二母线电压给定值可取该范围的上限值，第一母线电压给定值可取该范围的下限值。

S4：根据所述母线电压给定值，输出桥臂驱动信号给所述能馈型牵引供电装置的变换器。

在本实施例中，当确定母线电压给定值U_dc*时，通过电压外环电流内环的双闭环控制策略，可输出桥臂驱动信号给所述能馈型牵引供电装置的变换器。

本实施例提出的能馈型牵引供电装置的控制方法，不仅实现对本供电区间列车制动的主回馈作用，而且充分发挥对本供电区间之外列车制动的辅助回馈作用，提高了列车高速制动或同一供电区间多车同时制动时的制动能量利用率，降低了制动能量在电阻上的消耗，提升了能馈型牵引供电装置的性价比。

本发明进一步提供一种系统。

参照图3，图3为本实施例提供的一种能馈型牵引供电装置的控制系统，该控制系统包括：检测模块10、判断模块11、母线电压给定值调整模块12、桥臂驱动信号设定模块13；

检测模块10，用于检测接触网的电压值和电流流向；

判断模块11，根据检测模块10检测到的接触网的电压值和电流流向，判断所述能馈型牵引供电装置的回馈状态；

如图4所示，在本实施例中，判断模块11包括辅助回馈状态判断模块110、主回馈状态判断模块111；

辅助回馈状态判断模块110，用于若所述接触网电压值大于能馈启动门限值、且电流流向为从相邻牵引变电所端口流向安装所述能馈型牵引供电装置的牵引变电所端口时，则所述能馈型牵引供电装置的回馈状态为辅助回馈状态；

主回馈状态判断模块111，用于若所述接触网电压值大于能馈启动门限值、且电流流向相邻牵引变电所端口和安装所述能馈型牵引供电装置的牵引变电所端口时，则所述能馈型牵引供电装置的回馈状态为主回馈状态。

母线电压给定值调整模块12，用于根据所述能馈型牵引供电装置的回馈状态，调整输出所述能馈型牵引供电装置的母线电压给定值；

如图5所示，在本实施例中，母线电压给定值调整模块包括第一母线电压给定值调整模块111和第二母线电压给定值调整模块112；

第一母线电压给定值调整模块111，用于若所述能馈型牵引供电装置的回馈状态为辅助回馈状态，输出第一母线电压给定值；

第二母线电压给定值调整模块112，用于若所述能馈型牵引供电装置的回馈状态为主回馈状态，输出第二母线电压给定值。

在本实施例中，第一母线电压给定值和第二母线电压给定值可根据不同牵引变电所之间距离及线路阻抗进行计算，然后调整第一母线电压给定值和第二母线电压给定值，两者之间满足以下原则：当两牵引变电所间距离较长，线路阻抗较大时，第二母线电压给定值与第一母线电压给定值的取值差值较大；当两牵引变电所间距离较短，线路阻抗较小时，第二母线电压给定值与第一母线电压给定值的取值差值较小。

进一步的，母线电压给定值调整模块包括还包括计算模块110，计算模块110用于根据安装所述能馈型牵引供电装的牵引变电所与相邻牵引变电所之间的线路阻抗参数、装置额定容量、接触网允许连续运行最大电压，计算所述第一母线电压给定值的范围或所述第二母线电压给定值的范围。

在本实施例中，所述第二母线电压给定值大于所述第一母线电压给定值。通过计算模块110计算得出所述第一母线电压给定值的范围或所述第二母线电压给定值的范围时，第二母线电压给定值可取该范围的上限值，第一母线电压给定值可取该范围的下限值。

桥臂驱动信号设定模块13，用于根据所述母线电压给定值，输出桥臂驱动信号给所述能馈型牵引供电装置的变换器。

在本实施例中，当确定母线电压给定值U_dc*时，通过电压外环电流内环的双闭环控制策略，可输出桥臂驱动信号给所述能馈型牵引供电装置的变换器。

本实施例提出的能馈型牵引供电装置的控制系统，不仅实现对本供电区间列车制动的主回馈作用，而且充分发挥对本供电区间之外列车制动的辅助回馈作用，提高了列车高速制动或同一供电区间多车同时制动时的制动能量利用率，降低了制动能量在电阻上的消耗，提升了能馈型牵引供电装置的性价比。

需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。

以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。