城市轨道交通牵引供电环流处理方法和系统与流程

本发明涉及轨道交通牵引供电技术领域，尤其涉及一种城市轨道交通牵引供电环流处理方法和系统。

背景技术：

城市轨道交通牵引供电系统包括交流电网、直流接触网及多个牵引变电所，每个牵引变电所均包括二极管整流机组和能馈装置。由于能馈装置和二极管整流机组的直流侧相连，二者交流侧在同一段交流母线上，会使得能馈装置和二极管整流机组能够构成一个回路。

现有的城市轨道交通牵引供电系统由于各种因素发生故障时，易导致能馈装置的逆变开启电压低于二极管整流机组的空载电压，使得能馈装置开启逆变，二极管整流机组能够自开通。图1为本发明提供的城市轨道交通牵引供电环流处理方法的场景示意图，如图1所示，由于多个牵引变电所的存在，使得各牵引变电所之间中的能馈装置和二极管整流机组会产生站间环流，或者，每个牵引变电所中的能馈装置和二极管整流机组之间会产生站内环流。

然而，站间环流或站内环流的产生均会增加系统损耗，进而严重影响该系统的整体性能。因此，现亟需一种能够实时监测环流并能够消除环流的城市轨道交通牵引供电环流处理方法。

技术实现要素：

本发明提供一种城市轨道交通牵引供电环流处理方法和系统，以解决现有城市轨道交通牵引供电系统中由于产生的站内环流或站间环流而降低系统整体性能的问题。

本发明提供一种城市轨道交通牵引供电环流处理方法，应用于城市轨道交通牵引供电系统，所述城市轨道交通牵引供电系统包括多个牵引变电所，每个牵引变电所均包括二极管整流机组和能馈装置，包括：

确定目标持续时长，其中所述目标持续时长为所述能馈装置与所述二级管整流机组中产生的站间环流或站内环流所持续的时长；

判断所述目标持续时长是否大于制动时长；

若是，则将所述能馈装置的逆变开启电压调高预设电压，以消除所述站间环流或所述站内环流。

可选地，所述确定目标持续时长，包括：

获取所述能馈装置的直流侧电流；

当所述能馈装置的直流侧电流保持定值时，记录第一持续时间；

确定所述第一持续时间为所述目标持续时长。

可选地，所述确定目标持续时长，包括：

获取所述能馈装置的交流侧电流和所述二极管整流机组的交流侧电流；

当所述能馈装置的交流侧电流和所述二极管整流机组的交流侧电流的幅值相等且相位相反时，记录第二持续时间；

确定所述第二持续时间为所述目标持续时长。

可选地，若所述目标持续时长小于所述制动时长，所述方法包括：

所述城市轨道交通牵引供电系统正常工作，并继续确定所述目标持续时长。

可选地，若所述目标持续时长大于所述制动时长，所述方法包括：

实时显示故障消息。

本发明还提供一种城市轨道交通牵引供电系统，所述系统包括多个牵引变电所，每个牵引变电所均包括二极管整流机组和能馈装置，所述系统还包括：处理器；

所述处理器用于确定目标持续时长，其中所述目标持续时长为所述能馈装置与所述二级管整流机组中产生的站间环流或站内环流所持续的时长；

所述处理器还用于判断所述目标持续时长是否大于制动时长；在所述目标持续时长大于所述制动时长时，将所述能馈装置的逆变开启电压调高预设电压，以消除所述站间环流或所述站内环流。

可选地，所述系统还包括：传感器；

所述传感器具体用于获取所述能馈装置的直流侧电流；

所述处理器具体用于当所述能馈装置的直流侧电流保持定值时，记录第一持续时间；

所述处理器具体还用于确定所述第一持续时间为所述目标持续时长。

可选地，所述系统还包括：传感器；

所述传感器具体用于获取所述能馈装置的交流侧电流和所述二极管整流机组的交流侧电流；

所述处理器具体用于当所述能馈装置的交流侧电流和所述二极管整流机组的交流侧电流的幅值相等且相位相反时，记录第二持续时间；

所述处理器具体还用于确定所述第二持续时间为所述目标持续时长。

可选地，所述处理器具体还用于在所述目标持续时长小于所述制动时长时，所述城市轨道交通牵引供电系统正常工作，并继续确定所述目标持续时长。

可选地，所述系统还包括显示器；

所述显示器用于在所述目标持续时长大于所述制动时长时，实时显示故障消息。

本发明提供的城市轨道交通牵引供电环流处理方法和系统，该方法通过确定城市轨道交通牵引供电系统在所处状态下能够持续的目标持续时长是否大于制动时长，来判断该系统是否产生站间环流或站内环流。当目标持续时长大于制动时长时，确定城市轨道交通牵引供电系统发生了环流，便将能馈装置的逆变开启电压调高预设电压来消除环流。本实施例的方法和系统能够有效的监测到发生在城市轨道交通牵引供电系统中站间和站内能馈装置和整流机组之间的环流，并通过增加能馈装置的逆变开启电压的方式，实现对站间环流或站内环流的监测及主动消除，减少了系统的额外损耗，且确保了系统能够稳定、正常的运行。

附图说明

图1为本发明提供的城市轨道交通牵引供电环流处理方法的场景示意图；

图2为本发明中能馈装置和二极管整流机组的外特性曲线图；

图3为本发明提供的城市轨道交通牵引供电环流处理方法的流程图一；

图4为本发明中能馈装置采用电流解耦控制的结构示意图；

图5为本发明提供的城市轨道交通牵引供电环流处理方法的流程图二；

图6为本发明提供的城市轨道交通牵引供电环流处理方法的流程图三；

图7为本发明提供的城市轨道交通牵引供电系统的结构示意图一；

图8为本发明提供的城市轨道交通牵引供电系统的结构示意图二。

具体实施方式

图2为本发明中能馈装置和二极管整流机组的外特性曲线图。通常，城市轨道交通牵引供电系统包括交流电网、直流接触网及多个牵引变电所，每个牵引变电所均包括二极管整流机组和能馈装置。在正常情况下，列车牵引时，现有的城市轨道交通牵引供电系统中二极管整流机组工作，且将交流电降压并转化为直流电，能馈装置不工作，故只有如图2中整流区的二极管整流机组的外特征曲线②，其中udo为二极管整流机组的空载电压；ulim为能馈装置逆变电压限制值，默认为1750v；a为限功点，ax为限功曲线，沿ax方向电压上升，而功率保持不变，一般默认限功值为2mw；uov为直流电压保护值，一般默认值为2100v。列车制动时，能馈装置工作，且将接触网制动产生的直流电转化为交流电并传送至交流电网，二极管整流机组不工作，故只有如图2中逆变区的能馈装置的外特性曲线①，其中u1k为能馈装置的逆变开启电压。此处需要说明的是，为了方便说明，图2中将能馈装置和二极管整流机组的外特性曲线分别画在纵坐标的左右侧，便于区分不同的工作状态。图2中，纵坐标udc为能馈装置的直流侧电压，横坐标idc为能馈装置的直流侧电流。这样，二极管整流机组与能馈装置便可协调工作，能够达到特定的控制目标。

进一步地，当系统自身或外界因素发生故障时，能馈装置的逆变开启电压会低于二极管整流机组的空载电压，使得能馈装置开启逆变，二极管整流机组处在整流状态，此时在能馈装置和二极管整流机组之间产生环流。如图1所示，由于多个牵引变电所的存在，各牵引变电所之间中的能馈装置和二极管整流机组之间会产生站间环流，其中站间环流通常由站间交流母线电压差异导致，或者，每个牵引变电所中的能馈装置和二极管整流机组之间均会产生站内环流，其中站内环流通常由站内交流网压波动导致。然而，无论是站间环流还是站内环流产生后，本实施例城市轨道交通牵引供电系统皆可通过提高能馈装置的逆变开启电压的幅值，使得能馈装置的逆变开启电压大于二极管整流机组的空载电压，从而消除站间环流或站内环流，以确保整个系统能够稳定、可靠的正常运行。

图3为本发明提供的城市轨道交通牵引供电环流处理方法的流程图一，图4为本发明中能馈装置采用电流解耦控制的结构示意图。本实施例的执行主体可以为图1所示的城市轨道交通牵引供电系统，如图3所示，本实施例的城市轨道交通牵引供电处理环流方法可以包括：

s101、确定目标持续时长，其中目标持续时长为能馈装置与二级管整流机组中产生的站间环流或站内环流所持续的时长。

s102、判断目标持续时长是否大于制动时长。

s103、若目标持续时长大于制动时长，则将能馈装置的逆变开启电压调高预设电压，以消除站间环流或站内环流。

具体地，本实施例中可采用多种检测方式来确定城市轨道交通牵引供电系统是否产生站间环流或站内环流，本实施例对此不做限定。由于在能馈装置和二极管整流机组形成的回路中产生了环流，因此，本实施例具体可通过确定目标持续时长判断系统是否产生站间环流或站内环流。又由于站间环流或站内环流产生时列车为制动状态，因此，本实施例可通过判断目标持续时长是否大于制动时长来判定环流是否产生。

进一步地，当目标持续时长大于制动时长时，确定城市轨道交通牵引供电已经产生环流，进而本实施例可将能馈装置的逆变开启电压调高预设电压，使得能馈装置的逆变开启电压能够高于二极管整流机组的空载电压，这样二极管整流机组就无法导通，从而能馈装置和二极管整流机组就无法形成回路，就消除了城市轨道交通牵引供电系统产生的站间环流或站内环流。其中，预设电压的幅值大小可根据经验值进行设定，如10v，本实施例对此不做限定。

例如，本实施例中能馈装置可采用基于同步旋转坐标系的电流解耦控制，如图4所示，其中外环为电压环，内环为电流环。其中，uref为电压环给定值，驱动脉冲可控制其他电路确定能馈装置的逆变开启电压u1k，能馈装置的电压环给定值uref与逆变开启电压u1k之间存在线性关系。具体可通过公式uref＝u1k-rdp·idc能够看出，其中rdp为等效内阻，idc为能馈装置的直流侧电流，rdp和idc均可通过测量得到，能够看作已知值。因此，本实施例中可通过将电压环给定值uref增加预设电压，经过一系列pi控制器调节和解耦控制算法得到调制波ud和uq，再与锁相环环节产生的同步角结合，最终产生驱动脉冲，且使得产生的驱动脉动能够控制生成调高预设电压的逆变开启电压u1k。

本实施例提供的城市轨道交通牵引供电环流处理方法，通过确定城市轨道交通牵引供电系统在所处状态下能够持续的目标持续时长是否大于制动时长，来判断该系统是否产生站间环流或站内环流。当目标持续时长大于制动时长时，确定城市轨道交通牵引供电系统发生了环流，便将能馈装置的逆变开启电压调高预设电压来消除环流。本实施例能够有效的监测到发生在城市轨道交通牵引供电系统中站间和站内能馈装置和整流机组之间的环流，并通过增加能馈装置的逆变开启电压的方式，实现对站间环流或站内环流的监测及主动消除，减少了系统的额外损耗，且确保了系统能够稳定、正常的运行。

图5为本发明提供的城市轨道交通牵引供电环流处理方法的流程图二，图6为本发明提供的城市轨道交通牵引供电环流处理方法的流程图三。本实施例中s101确定目标持续时长的方式有多种，下面采用几个具体的实施例，对图3所示城市轨道交通牵引供电环流处理方法的具体技术方案进行详细说明。

一种可行的实现方式，本实施例中可通过只获取能馈装置的参数来确定目标持续时长。如图5所示，本实施例城市轨道交通牵引供电环流处理方法可以包括：

s201、获取能馈装置的直流侧电流。

s202、当能馈装置的直流侧电流保持定值时，记录第一持续时间。

s203、确定第一持续时间为目标持续时长。

s204、判断第一持续时长是否大于制动时长。

s205、若第一持续时长大于制动时长，则将能馈装置的逆变开启电压调高预设电压，以消除站间环流或站内环流。

具体地，无论产生站间环流后还是产生站内环流后，能馈装置的直流侧皆会持续存在幅值较大的电流，进而使得系统产生额外的能耗，但正常情况下，只有制动时能馈装置才会有短时的直流电流。因此，本实施例可利用此特征通过实时获取各牵引变电所中能馈装置的直流侧电流。若任一能馈装置的直流侧电流保持定值时，记录第一持续时长。其中，定值可根据经验值和实际情况进行确定，本实施例对定值的大小不做限定。而且，第一持续时长为能馈装置的直流侧电流保持定值的实际时长，本实施例可通过各种方式获得第一持续时长，本实施例对此也不做限定。本实施例具体可记录能馈装置的直流侧电流保持定值的初始时间，用当前时间减去初始时间得到第一持续时长。

进一步地，本实施例通过判断第一持续时长是否大于制动时长来确定城市轨道交通牵引供电系统是否产生站间环流或站内环流。当第一持续时长大于制动时长时，确定城市轨道交通牵引供电系统产生站间环流或站内环流。接着，本实施例便可将能馈装置的逆变开启电压调高预设电压，来消除站间环流或站内环流。具体实施方式与图3实施例中的s103等实现方式类似，本实施例此处不再赘述。

本实施例提供的城市轨道交通牵引供电环流处理方法，通过实时获取能馈装置的直流侧电流，记录能馈装置的直流侧电流在保持定值时的第一持续时长，并确定城市轨道交通牵引供电在所处状态下能够持续的第一持续时长是否大于制动时长。当第一持续时长大于制动时长时，确定城市轨道交通牵引供电发生了环流，便通过将能馈装置的逆变开启电压调高预设电压的方式来消除环流。本实施例能够有效的监测到发生在城市轨道交通牵引供电系统中站间或站内能馈装置和整流机组之间的环流，并通过增加能馈装置的逆变开启电压的方式，实现对站间环流或站内环流的监测及主动消除，减少了系统的额外损耗，且确保了系统能够稳定、正常的运行。

另一种可行的实现方式，本实施例中可通过获取能馈装置和二极管整流机组的参数来确定目标持续时长。如图6所示，本实施例城市轨道交通牵引供电环流处理方法可以包括：

s301、获取能馈装置的交流侧电流和二极管整流机组的交流侧电流。

s302、当能馈装置的交流侧电流和二极管整流机组的交流侧电流的幅值相等且相位相反时，记录第二持续时间。

s303、确定第二持续时间为目标持续时长。

s304、判断第二持续时长是否大于制动时长。

s305、若第二持续时长大于制动时长，则将能馈装置的逆变开启电压调高预设电压，以消除站间环流或站内环流。

具体地，无论是产生站间环流后还是产生站内环流后，能馈装置与二极管整流机组均会形成一个回路，使得能馈装置的交流侧电流与二极管整流机组的交流侧电流会持续出现幅值相等且相位相反的特征，这样该系统就会产生额外的能耗。但正常情况下，制动时能馈装置和二极管整流机组不会出现此情况。因此，本实施例可利用此特征通过实时获取各牵引变电所中能馈装置的交流侧电流和二极管整流机组的交流侧电流。若在任一能馈装置的交流侧电流和站间任一二极管整流机组的交流侧电流的幅值相等且相位相反时，记录第二持续时长。而且，第二持续时间为能馈装置的交流侧电流与二极管整流机组的交流侧电流的幅值相等且相位相反的实际时长，本实施例可通过各种方式获得第二持续时长，本实施例对此不做限定。本实施例具体可记录二极管整流机组的交流侧电流和能馈装置的交流侧电流的幅值相等且相位相反的初始时间，用当前时间减去初始时间得到第二持续时长。

进一步地，本实施例通过判断第二持续时长是否大于制动时长来确定城市轨道交通牵引供电系统是否产生站间环流或站内环流。当第二持续时长大于制动时长时，确定城市轨道交通牵引供电系统产生站间环流或站内环流。接着，本实施例便可将能馈装置的逆变开启电压调高预设电压，来消除站间环流或站内环流。具体实施方式与图3实施例中的s103等实现方式类似，本实施例此处不再赘述。

本实施例提供的城市轨道交通牵引供电环流处理方法，通过实时获取能馈装置的交流侧电流和二极管整流机组的交流侧电流是否幅值相等且相位相反，记录能馈装置的交流侧电流和二极管整流机组的交流侧电流保持幅值相等且相位相反所持续的第二持续时长，并确定城市轨道牵引供电系统在所处状态下能够持续的第二持续时长是否大于制动时长。当第二持续时长大于制动时长时，确定城市轨道交通牵引供电发生了环流，便通过将能馈装置的逆变开启电压调高预设电压的方式来消除环流。本实施例能够有效的监测到发生在城市轨道交通牵引供电系统中站间或站内能馈机组和整流机组之间的环流，并通过增加能馈装置的逆变开启电压的方式，实现对站间环流或站内环流的监测及主动消除，减少了系统的额外损耗，且确保了系统能够稳定、正常的运行。

在上述实施例的基础上，对本实施例城市轨道交通牵引供电环流处理方法的具体实现过程进行详细描述。

一方面，在确定城市轨道交通牵引供电系统没有产生站间环流或站内环流时，确定城市轨道交通牵引供电系统正常工作，并继续实时获取目标持续时长，以实时监测城市轨道交通牵引供电系统是否产生站间环流或站内环流，且当列车仍在制动状态时，若确定目标持续时长仍大于制动时长，则继续将能馈装置的逆变开启电压调高预设电压，且直到能馈装置的直流侧电流都是短时存在而不是长时间维持在定值，或者能馈装置的交流侧电流和二极管整流机组的交流侧电流不再幅值相等且相位相反，便可确定城市轨道交通牵引供电系统产生的站间环流或站内环流已经消除。

另一方面，在确定城市轨道交通牵引供电系统产生站间环流或站内环流时，除了将能馈装置的逆变开启电压调高预设电压来消除站间环流或站内环流以外，本实施例还可实时显示故障信息，直观明了的向操作人员发出警报，提醒操作人员城市轨道交通牵引供电系统发生了故障。且故障信息中还可包括能馈装置和二极管整流机组的交流侧和直流侧的信号等信息，以便操作人员记录和后续工作。本实施例可通过城市轨道交通牵引供电系统的串口通信等传输方式将故障信息传到工业平板电脑，以显示给操作人员。

本实施例提供的城市轨道交通牵引供电环流处理方法，不仅能够有效实时的监测到发生在城市轨道交通牵引供电系统中站间或站内能馈机组和整流机组之间的环流，通过逐渐增大能馈装置的逆变开启电压的方式，实现对站间环流或站内环流的监测和主动消除，且还能够实时显示故障信息，以便向操作人员发出告警，做出消除环流的措施，省时省力，减少了系统的额外损耗，且确保了系统能够稳定、正常的运行。

图7为本发明提供的城市轨道交通牵引供电系统的结构示意图一，图8为本发明提供的城市轨道交通牵引供电系统的结构示意图二。本实施例中城市轨道交通牵引供电系统包括多个牵引变电所，每个牵引变电所均包括二极管整流机组和能馈装置。如图7所示，本实施例城市轨道交通牵引供电系统还包括：处理器10；

所述处理器10用于确定目标持续时长，其中所述目标持续时长为所述能馈装置与所述二级管整流机组中产生的站间环流或站内环流所持续的时长；

所述处理器10还用于判断所述目标持续时长是否大于制动时长；在所述目标持续时长大于所述制动时长时，将所述能馈装置的逆变开启电压调高预设电压，以消除所述城站间环流或所述站内环流。

可选地，所述系统还包括：传感器20；

所述传感器20具体用于获取所述能馈装置的直流侧电流；

所述处理器10具体用于当所述能馈装置的直流侧电流保持定值时，记录第一持续时间；

所述处理器10具体还用于确定所述第一持续时间为所述目标持续时长。

可选地，所述系统还包括：传感器20；

所述传感器20具体用于获取所述能馈装置的交流侧电流和所述二极管整流机组的交流侧电流；

所述处理器10具体用于当所述能馈装置的交流侧电流和所述二极管整流机组的交流侧电流的幅值相等且相位相反时，记录第二持续时间；

所述处理器10具体还用于确定所述第二持续时间为所述目标持续时长。

可选地，所述处理器10具体还用于在所述目标持续时长小于所述制动时长时，所述城市轨道交通牵引供电系统正常工作，并继续确定所述目标持续时长。

如图8所示，可选地，所述系统还包括显示器30；

所述显示器30用于在所述目标持续时长大于所述制动时长时，实时显示故障消息。

本实施例提供的城市轨道交通牵引供电系统，可执行上述的城市轨道交通牵引供电环流处理方法的具体实现过程，其实现原理和技术效果类似，本实施例此处不再赘述。

本领域普通技术人员可以理解：实现上述各方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成。前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中。该程序在执行时，执行包括上述各方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：rom、ram、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。