一种列车网侧控制方法、系统及相关组件与流程

本申请涉及轨道交通领域，特别是涉及一种列车网侧控制方法、系统及相关组件。

背景技术：

由于传统的电力电子开关过分相装置的电分相区两端的网压存在相位差，当列车过电分相区时，通常要切断网侧供电，仅靠惯性滑行通过电分相区。对电力电子开关过分相装置的异相网压切换过程进行列车网侧控制时，如果在执行锁相操作过程中，锁相相位与实际网压相位偏差较大，会导致锁相速度减慢，使列车网侧控制异常，从而造成列车停机，停机过程带来的剧烈冲击力，会损害车钩，给乘车人员带来强烈不适。

因此，如何提供一种解决上述技术问题的方案是本领域技术人员目前需要解决的问题。

技术实现要素：

本申请的目的是提供一种列车网侧控制方法、系统、装置及计算机可读存储介质，对第二供电臂的网压相位初始值进行预估，将锁相相位调整至该预估网压相位，进行锁相操作时，可以缩小锁相相位和实际网压相位的偏差，从而缩短锁相时长，进而降低列车网侧控制异常带来的影响。

为解决上述技术问题，本申请提供了一种列车网侧控制方法，应用于电力电子开关过分相装置的异相网压切换过程，该列车网侧控制方法包括：

获取网压空白时长、第一供电臂的网压相位；

获取第二供电臂的网压幅值；

通过所述网压空白时长、所述第一供电臂的网压相位及所述第二供电臂的网压幅值得到所述第二供电臂的预估网压相位；

将锁相相位调整至所述预估网压相位，执行锁相操作，以进行列车网侧控制；

其中，所述第一供电臂和所述第二供电臂沿列车运行方向依次设置。

优选的，所述获取网压空白时长的过程具体为：

通过所述电力电子开关过分相装置中的电力电子开关确定网压空白时长。

优选的，所述通过所述网压空白时长、所述第一供电臂的网压相位及所述第二供电臂的网压幅值得到所述第二供电臂的预估网压相位的过程具体为：

根据预估关系式计算所述第二供电臂的预估网压相位，其中，所述预估关系式为φr＝φl+δt+ur，φr为所述预估网压相位，φl为所述第一供电臂的网压相位，δt为所述网压空白时长，ur为所述第二供电臂的网压幅值。

优选的，所述通过所述网压空白时长、所述第一供电臂的网压相位及所述第二供电臂的网压幅值得到所述第二供电臂的预估网压相位之后，该列车网侧控制方法还包括：

根据所述第二供电臂的预估网压相位及网压幅值调节所述电力电子开关过分相装置中的牵引变压器的原边电压。

优选的，该列车网侧控制方法还包括：

获取中间直流电压的能量损失；

根据所述能量损失对所述电力电子开关过分相装置的网侧整流器中的中间支撑电容进行补偿，以使所述中间支撑电容的电压达到预设值。

优选的，所述根据所述能量损失对所述电力电子开关过分相装置中的中间支撑电容进行补偿，以使所述中间支撑电容的电压达到预设值的过程具体为：

根据所述能量损失计算前馈补偿电流；

根据所述中间直流电压的给定值及实际值计算给定电流；

将所述前馈补偿电流和所述给定电流求和得到输入电流；

根据所述输入电流得到输入电压，根据所述输入电压得到pwm脉冲；

将所述pwm脉冲输入所述网侧整流器，以使所述中间支撑电容的电压达到预设值。

为解决上述技术问题，本申请还提供了一种列车网侧控制系统，应用于电力电子开关过分相装置的异相网压切换过程，该列车网侧控制系统包括：

第一获取模块，用于获取网压空白时长、第一供电臂的网压相位；

第二获取模块，用于获取第二供电臂的网压幅值；

计算模块，用于通过所述网压空白时长、所述第一供电臂的网压相位及所述第二供电臂的网压幅值得到所述第二供电臂的预估网压相位；

控制模块，用于将锁相相位调整至所述预估网压相位，执行锁相操作，以进行列车网侧控制；

其中，所述第一供电臂和所述第二供电臂沿列车运行方向依次设置。

优选的，该列车网侧控制系统还包括：

补偿模块，用于获取中间直流电压的能量损失，根据所述能量损失对所述电力电子开关过分相装置中的中间支撑电容进行补偿，以使所述中间支撑电容的电压达到预设值。

为解决上述技术问题，本申请还提供了一种列车网侧控制装置，包括：

存储器，用于存储计算机程序；

处理器，用于执行所述计算机程序时实现如上文任意一项所述列车网侧控制方法的步骤。

为解决上述技术问题，本申请还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上文任意一项所述列车网侧控制方法的步骤。

本申请提供了一种列车网侧控制方法，应用于电力电子开关过分相装置的异相网压切换过程，该列车网侧控制方法包括：获取网压空白时长、第一供电臂的网压相位；获取第二供电臂的网压幅值；通过网压空白时长、第一供电臂的网压相位及第二供电臂的网压幅值得到第二供电臂的预估网压相位；将锁相相位调整至预估网压相位，执行锁相操作，以进行列车网侧控制；其中，第一供电臂和第二供电臂沿列车运行方向依次设置。

在实际应用中，采用本申请的方案，通过网压空白时长、第一供电臂的网压相位及第二供电臂的网压幅值预估第二供电臂的网压相位初始值，即预估网压相位，将锁相相位调整至该预估网压相位，进行锁相操作时，可以缩小锁相相位和实际网压相位的偏差，从而缩短锁相时长，进而降低列车网侧控制异常带来的影响。

本申请还提供了一种列车网侧控制系统、装置及计算机可读存储介质，具有和上述列车网侧控制方法相同的有益效果。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对现有技术和实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请所提供的一种列车网侧控制方法的步骤流程图；

图2为本申请所提供的一种电力电子开关地面自动过分相装置拓扑图；

图3为列车过分相区过程的网压示意图；

图4为本申请所提供的一种网压空白期采用虚拟网压控制示意图；

图5为本申请所提供的一种中间支撑电容能量损失精确补偿示意图；

图6为本申请所提供的一种列车网侧控制系统的结构示意图。

具体实施方式

本申请的核心是提供一种列车网侧控制方法、系统、装置及计算机可读存储介质，对第二供电臂的网压相位初始值进行预估，将锁相相位调整至该预估网压相位，进行锁相操作时，可以缩小锁相相位和实际网压相位的偏差，从而缩短锁相时长，进而降低列车网侧控制异常带来的影响。

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

请参照图1，图1为本申请所提供的一种列车网侧控制方法的步骤流程图，应用于电力电子开关过分相装置的异相网压切换过程，该列车网侧控制方法包括：

步骤1：获取网压空白时长、第一供电臂的网压相位；

首先需要说明的是，通过对大多数锁相方法进行相位突变情况下的锁相性能研究可知，相位突变值决定了锁相时长，突变相位越大，锁相时长越长，为大幅缩短相位锁定所需时长，本申请在相位突变后对锁相相位进行预估和校正。

具体的，参照图2所示，图2为本申请所提供的一种电力电子开关地面自动过分相装置拓扑图，第一供电臂(即图2中的左供电臂)和第二供电臂(即图2中的右供电臂)沿列车运行方向设置，下文中，过分相区后的供电臂(图2中的右供电臂)也以下一供电臂表述。假设列车处于上行线，本申请通过锁相获取列车进入分相区前(即k11断开时)的第一供电臂的相位信息。网压空白时长由电力电子开关的特性决定，使用相同电力电子开关的过分相装置，其网压空白时长也相同。可以理解的是，分相区是指电气化铁路的无电区间，用于隔离不同变电所不同相位的电压。

步骤2：获取第二供电臂的网压幅值；

具体的，参照图2所示，假设列车处于上行线，当列车运行至k13右侧的目标位置时，k13闭合，以便第二供电臂为列车供电，当第二供电臂的网压出现后获取第二供电臂的网压幅值，为了保证获取到的网压幅值的准确性，当第二供电臂的网压出现后，可以延迟预设时间再获取第二供电臂的网压幅值，以降低信号噪音的干扰，为提高第二供电臂的预估网压相位的准确性提供了基础。

步骤3：通过网压空白时长、第一供电臂的网压相位及第二供电臂的网压幅值得到第二供电臂的预估网压相位；

具体的，参照图3所示，图3为列车过分相区过程的网压示意图，因此，可以根据预估关系式来计算第二供电臂的预估网压相位，其中，预估关系式为φr＝φl+δt+ur，φr为预估网压相位，φl为第一供电臂的网压相位，δt为网压空白时长，ur为第二供电臂的网压幅值。

进一步的，考虑到由于铁路变电所建好后其分相区两端网压相位差信息固定，则可以通过公里标将此相位差信息固化在列车行车线路信息中，以便列车在左供电臂时刻即可知悉下一供电臂的网压相位信息，从根本上解决了网压异相切换造成的锁相难题。

步骤4：将锁相相位调整至预估网压相位，执行锁相操作，以进行列车网侧控制。

具体的，考虑到基于电力电子开关的地面过分相装置要实现列车无感知过分相区，在尽可能缩短由于异相网压切换造成的空白网压时长后，如果锁相相位与实际网压相位偏差较大，相位信息无法准确反应网压实际相位，列车会出现停机并造成剧烈冲击力，因此相位锁定速度直接关系到列车是否能无感知过分相区。

具体的，本申请通过步骤1～步骤3对第二供电臂的初始网压相位进行预估，得到第二供电臂的预估网压相位，通过预估网压相位对锁相输出进行校正，将锁相相位调整至预估网压相位，以缩小锁相相位和实际网压相位之间的差值，从而缩短锁相时长，以便进行后续的列车网侧控制，降低列车停机的可能性。

进一步的，考虑到锁相操作的快速性与锁相性能之间需要平衡，如果单方面的追求锁相快速性，理论上可以通过坐标变换技术将相对标准的正弦网压锁相时间控制在1ms以内，但考虑到现场网压存在谐波因素，可以将锁相时长放宽至2ms，通过步骤1～步骤3获取到下一供电臂的预估网压相位后，快速锁相时长可以保证在2ms以内。考虑到在列车运行过程中，锁相操作持续进行，锁相快速性决定了其选取滤波的方式，最快速的情况下，进行锁相操作时不进行滤波处理，因此相位信息中会引入谐波信息，在列车处于异相网压切换的过程中，为追求对网压基波锁相的快速性可忽略谐波影响，而在列车处于长时间稳定运行的过程中需要更加干净的相位信息，便需要选择适量滤波的锁相方式。

本申请提供了一种列车网侧控制方法，应用于电力电子开关过分相装置的异相网压切换过程，该列车网侧控制方法包括：获取网压空白时长、第一供电臂的网压相位；获取第二供电臂的网压幅值；通过网压空白时长、第一供电臂的网压相位及第二供电臂的网压幅值得到第二供电臂的预估网压相位；将锁相相位调整至预估网压相位，执行锁相操作，以进行列车网侧控制；其中，第一供电臂和第二供电臂沿列车运行方向依次设置。

在实际应用中，采用本申请的方案，通过网压空白时长、第一供电臂的网压相位及第二供电臂的网压幅值预估第二供电臂的网压相位初始值，即预估网压相位，将锁相相位调整至该预估网压相位，进行锁相操作时，可以缩小锁相相位和实际网压相位的偏差，从而缩短锁相时长，进而降低列车网侧控制异常带来的影响。

在上述实施例的基础上：

作为一种优选的实施例，通过网压空白时长、第一供电臂的网压相位及第二供电臂的网压幅值得到第二供电臂的预估网压相位之后，该列车网侧控制方法还包括：

根据第二供电臂的预估网压相位及网压幅值调节电力电子开关过分相装置中的牵引变压器的原边电压。

具体的，在电力电子开关过分相装置异相网压切换造成的网压空白期内，由于牵引变压器失去原边电压，为避免牵引变压器在下一供电臂网压接入时刻出现励磁涌流现象，参照图4所示，本申请还提出虚拟网压控制技术，即在网压空白期间列车检测出网压中断后，根据预估的下一供电臂相位与幅值进行虚拟网压构造，并将虚拟网压信息引入列车网侧控制策略，以便将牵引变压器原边电压与下一供电臂网压的相位与幅值调节的基本一致，从而避免由于牵引变压器失磁状态下重投带来的励磁涌流影响，同时也减小了牵引变压器原边与下一供电臂网压差值过大引起的器件过压和过流风险。

作为一种优选的实施例，该列车网侧控制方法还包括：

获取中间直流电压的能量损失；

根据能量损失对电力电子开关过分相装置的网侧整流器中的中间支撑电容进行补偿，以使中间支撑电容的电压达到预设值。

作为一种优选的实施例，根据能量损失对电力电子开关过分相装置中的中间支撑电容进行补偿，以使中间支撑电容的电压达到预设值的过程具体为：

根据能量损失计算前馈补偿电流；

根据中间直流电压的给定值及实际值计算给定电流；

将前馈补偿电流和给定电流求和得到输入电流；

根据输入电流得到输入电压，根据输入电压得到pwm脉冲；

将pwm脉冲输入网侧整流器，以使中间支撑电容的电压达到预设值。

具体的，电力电子开关过分相装置进行异相网压切换的网压空白期，列车网侧无法提供电能，列车牵引力由中间支撑电容提供，因此，列车牵引系统的中间直流电压会在此时间段内持续降低，为了在下一供电臂网压恢复后快速实现中间支撑电容电压的恢复，本申请还提出了一种通过中间支撑电容能量损失结合现有列车牵引力进行网侧控制的前馈补偿方案。

具体的，参照图5所示，图5为本申请所提供的一种中间支撑电容能量损失精确补偿示意图，包括中间电压能量损失计算模块、中间电压闭环控制模块、输入电流闭环控制模块及pwm调制模块，向中间电压能量损失计算模块输入中间电压的能量损失得到补偿前馈电流，中间电压闭环控制模块包括pi控制器，根据中间直流电压的给定值及实际值对给定电流进行调节，将给定电流和前馈补偿电流一同输入到输入电流闭环控制模块得到输入电压，pwm调制模块根据输入电压输出对应的pwm脉冲给网侧整流器，以便对中间支撑电容充电，使其电压达到预设值。

进一步的，考虑到电力电子开关过分相装置进行异相网压切换的网压空白期，列车网侧无法提供电能，列车牵引力由中间支撑电容提供，而现有的列车中间支撑电容的容量较小，因此，可以在中间直流回路通过增大中间电容容量或增加储能系统的方案，来解决解决列车过分相区停机造成的剧烈冲击问题。

综上所述，本申请通过提取下一供电臂网压幅值信息对其初始网压相位进行估计，大幅减少锁相所需时间；同时采用双重锁相技术，兼具异相网压快速切换期间的锁相快速响应与稳态工况下的控制品质；在异相网压切换过程中的空白时间段采用虚拟网压控制，防止过渡到下一供电臂时刻过分相装置和列车出现过压和过流故障；另外，对中间支撑电容能量损失进行精确的前馈补偿，有利于网压恢复后中间支撑电容的电压快速而平稳的恢复至预设值。

请参照图6，图6为本申请所提供的一种列车网侧控制系统的结构示意图，应用于电力电子开关过分相装置的异相网压切换过程，该列车网侧控制系统包括：

第一获取模块1，用于获取网压空白时长、第一供电臂的网压相位；

第二获取模块2，用于获取第二供电臂的网压幅值；

计算模块3，用于通过网压空白时长、第一供电臂的网压相位及第二供电臂的网压幅值得到第二供电臂的预估网压相位；

控制模块4，用于将锁相相位调整至预估网压相位，执行锁相操作，以进行列车网侧控制；

其中，第一供电臂和第二供电臂沿列车运行方向依次设置。

作为一种优选的实施例，该列车网侧控制系统还包括：

补偿模块，用于获取中间直流电压的能量损失，根据能量损失对电力电子开关过分相装置中的中间支撑电容进行补偿，以使中间支撑电容的电压达到预设值。

作为一种优选的实施例，获取网压空白时长的过程具体为：

通过电力电子开关过分相装置中的电力电子开关确定网压空白时长。

作为一种优选的实施例，计算模块3具体用于：

根据预估关系式计算第二供电臂的预估网压相位，其中，预估关系式为φr＝φl+δt+ur，φr为预估网压相位，φl为第一供电臂的网压相位，δt为网压空白时长，ur为第二供电臂的网压幅值。

作为一种优选的实施例，该列车网侧控制系统还包括：

调整模块，用于根据第二供电臂的预估网压相位及网压幅值调节电力电子开关过分相装置中的牵引变压器的原边电压。

作为一种优选的实施例，补偿模块包括：

获取单元，用于获取中间直流电压的能量损失；

第一计算单元，用于根据能量损失计算前馈补偿电流；

第二计算单元，用于根据中间直流电压的给定值及实际值计算给定电流；

第三计算单元，用于将前馈补偿电流和给定电流求和得到输入电流；

调制模块，用于根据输入电流得到输入电压，根据输入电压得到pwm脉冲，将pwm脉冲输入网侧整流器，以使中间支撑电容的电压达到预设值。

对于本申请所提供的一种列车网侧控制系统的介绍请参照上述实施例，本申请在此不再赘述。

本申请所提供的一种列车网侧控制系统，具有和上述列车网侧控制方法相同的有益效果。

相应的，本申请还提供了一种列车网侧控制装置，包括：

存储器，用于存储计算机程序；

处理器，用于执行计算机程序时实现如上文任意一项列车网侧控制方法的步骤。

对于本申请所提供的一种列车网侧控制装置的介绍请参照上述实施例，本申请在此不再赘述。

本申请所提供的一种列车网侧控制装置，具有和上述列车网侧控制方法相同的有益效果。

相应的，本申请还提供了一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现如上文任意一项列车网侧控制方法的步骤。

对于本申请所提供的一种计算机可读存储介质的介绍请参照上述实施例，本申请在此不再赘述。

本申请所提供的一种计算机可读存储介质，具有和上述列车网侧控制方法相同的有益效果。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其他实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。