牵引供电系统和飞轮储能装置联用的控制方法及装置与流程

1.本发明涉及牵引网技术领域，尤其涉及一种牵引供电系统和飞轮储能装置联用的控制方法及装置。


背景技术：

2.铁路功率调节器（railway static power conditioner，rpc）为两组背靠背变流器共母线联结，如图1所示，图1示出了一种牵引供电系统和飞轮储能装置联用，其包括牵引供电系统、铁路功率调节器和飞轮储能装置；铁路功率调节器一边变流器pcs1的交流端并接于牵引供电系统的铁路臂馈线，另一边变流器pcs2的交流端并接于牵引供电系统的铁路臂馈线，铁路功率调节器的直流端通过直流母线连接飞轮储能装置。
3.rpc控制单元负责接收直流母线的电压指令和功率指令，rpc控制单元接收指令后，再给其中一边变流器下发电压指令，使其负责直流侧电压调节；给另一边变流器下发功率指令，使其负责进行功率调节。但是采用该控制策略后rpc直流母线存在瞬时过流的问题。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本发明提供了一种牵引供电系统和飞轮储能装置联用的控制方法及装置，能够解决rpc直流母线瞬时过流的问题。
5.第一方面，本发明实施例提供了一种牵引供电系统和飞轮储能装置联用的控制方法，所述牵引供电系统通过铁路功率调节器与所述飞轮储能装置连接，且所述铁路功率调节器的交流端与所述牵引供电系统连接，所述铁路功率调节器的直流端与所述飞轮储能装置连接；所述方法包括：获取所述铁路功率调节器直流端的当前需求电压；获取当前采样时刻所述铁路功率调节器直流端的直流母线电压，并根据当前需求电压和当前采样时刻的直流母线电压计算当前采样时刻的实时电压差；基于当前采样时刻的实时电压差确定需求电压调整值；所述需求电压调整值随着所述实时电压差的增大而增大；根据当前需求电压和当前采样时刻的需求电压调整值，得到当前采样时刻的电压设定值，并采用当前采样时刻的电压设定值调节所述铁路功率调节器的直流母线电压。
6.第二方面，本发明实施例提供了一种牵引供电系统和飞轮储能装置联用的控制装置，所述牵引供电系统通过铁路功率调节器与所述飞轮储能装置连接，且所述铁路功率调节器的交流端与所述牵引供电系统连接，所述铁路功率调节器的直流端与所述飞轮储能装置连接；所述控制装置包括：需求电压获取模块，用于获取所述铁路功率调节器直流端的当前需求电压；实时电压差计算模块，用于获取当前采样时刻所述铁路功率调节器直流端的直流
母线电压，并根据当前需求电压和当前采样时刻的直流母线电压计算当前采样时刻的实时电压差；电压调整值计算模块，用于基于当前采样时刻的实时电压差确定需求电压调整值；所述需求电压调整值随着所述实时电压差的增大而增大；直流电压调节模块，用于根据当前需求电压和当前采样时刻的需求电压调整值，得到当前采样时刻的电压设定值，并采用当前采样时刻的电压设定值调节所述铁路功率调节器的直流母线电压。
7.第三方面，本发明实施例提供了一种终端，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上第一方面任一种可能的实现方式所述牵引供电系统和飞轮储能装置联用的控制方法的步骤。
8.第四方面，本发明实施例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第一方面任一种可能的实现方式所述牵引供电系统和飞轮储能装置联用的控制方法的步骤。
9.本发明实施例与现有技术相比存在的有益效果是：本发明实施例首先获取所述铁路功率调节器直流端的当前需求电压；然后获取当前采样时刻所述铁路功率调节器直流端的直流母线电压，并根据当前需求电压和当前采样时刻的直流母线电压计算当前采样时刻的实时电压差；基于当前采样时刻的实时电压差确定需求电压调整值；所述需求电压调整值随着所述实时电压差的增大而增大；最后根据当前需求电压和当前采样时刻的需求电压调整值，得到当前采样时刻的电压设定值，并采用当前采样时刻的电压设定值调节所述铁路功率调节器的直流母线电压。通过上述方案，本实施例能够基于实时电压差的大小适应性的调整电压设定值，使直流母线电压更加平滑的接近设定值，进而使响应电压策略的飞轮储能装置的输出功率更平滑，避免铁路功率调节器直流母线过流的问题。
附图说明
10.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述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发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
11.图1是本发明实施例提供的牵引供电系统和飞轮储能装置联用的控制方法的应用场景图；图2是本发明实施例提供的牵引供电系统和飞轮储能装置联用的控制方法的实现流程图；图3是本发明实施例提供的牵引供电系统和飞轮储能装置联用的控制装置的结构示意图；图4是本发明实施例提供的终端的示意图。
具体实施方式
12.以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本发明实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本发明。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本发明的描述。
13.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图通过具体实施例来进行说明。
14.图1为本发明实施例提供的牵引供电系统和飞轮储能装置联用的控制方法的应用场景图。如图1所示，所述牵引供电系统通过铁路功率调节器与所述飞轮储能装置连接，且所述铁路功率调节器的交流端与所述牵引供电系统连接，所述铁路功率调节器的直流端与所述飞轮储能装置连接。
15.具体的，铁路功率调节器包括变流器pcs1和pcs2，牵引所的臂线路与变流器pcs1的交流端连接，牵引所的臂线路与变流器pcs2的交流端连接，变流器的直流端通过直流母线与飞轮储能装置连接。从而实现牵引供电系统与飞轮储能装置的能量互通。
16.参见图2，其示出了本发明实施例提供的牵引供电系统和飞轮储能装置联用的控制方法的实现流程图，详述如下：s101：获取所述铁路功率调节器直流端的当前需求电压。
17.本实施例的执行主体可以为铁路功率调节器的控制单元。
18.具体的，s101的具体实现流程包括：s201：获取所述牵引供电系统在当前周期的负荷数据；s202：基于所述牵引供电系统在当前周期的负荷数据，计算所述铁路功率调节器直流端的当前需求电压。
19.在一个实施例中，s201的具体实现流程包括：获取所述牵引供电系统在当前周期的网侧电压和网侧电流；计算所述牵引供电系统在当前周期的网侧电压和网侧电流的乘积，得到所述牵引供电系统在当前周期的负荷功率。
20.在本实施例中，获取当前周期牵引供电系统臂线路的电压和电流，然后对当前周期牵引供电系统臂线路的电压和电流求乘积，得到当前周期牵引供电系统臂线路的负荷功率。获取当前周期牵引供电系统臂线路的电压和电流，然后对当前周期牵引供电系统臂线路的电压和电流求乘积，得到当前周期牵引供电系统臂线路的负荷功率。
21.在一个实施例中，所述负荷数据包括负荷功率；s202的具体实现流程包括：对所述牵引供电系统在当前周期的臂线路负荷功率和臂线路负荷功率求和，得到所述牵引供电系统在当前周期的负荷功率之和；根据所述牵引供电系统在当前周期的负荷功率之和，计算当前需求电压。
22.在本实施例中，负荷功率的符号为正时表示牵引工况，负荷功率的符号为负时表示制动工况，牵引工况下，牵引供电系统需求能量，制动工况下，牵引供电系统回收制动能量，根据负荷功率之和能够分析出牵引供电系统在当前采样时刻的能量需求情况，因此可以根据负荷功率之和计算当前需求电压。
23.在一个实施例中，步骤“根据所述牵引供电系统在当前周期的负荷功率之和，计算
当前需求电压”的具体实现流程包括：根据当前周期所述牵引供电系统的负荷功率之和确定所述铁路功率调节器在当前周期的工作模式；根据所述铁路功率调节器在当前周期的工作模式及当前周期所述牵引供电系统的负荷功率之和计算当前需求电压。
24.在本实施例中，铁路功率调节器的工作模式包括飞轮充电模式、飞轮放电模式、转移模式和削峰模式。为了确定铁路功率调节器的工作模式，首先可以设置多个预设阈值，预设阈值包括预设充电阈值、预设放电阈值、预设转移阈值和预设削峰阈值，其中，预设充电阈值小于零，预设放电阈值大于零，预设削峰阈值大于预设放电阈值。
25.当负荷功率之和小于预设充电阈值时，可以判定当前周期牵引供电系统处于制动工况，可以向飞轮储能装置充电，因此铁路功率调节器工作于飞轮充电模式。
26.当负荷功率之和小于零但大于预设充电阈值时，则计算臂线路负荷功率和臂线路负荷功率的差值绝对值，若臂线路负荷功率和臂线路负荷功率的差值绝对值大于预设转移阈值，则可以判定铁路功率调节器工作于转移模式。若负荷功率之和小于零但大于预设充电阈值，且臂线路负荷功率和臂线路负荷功率的差值绝对值小于预设转移阈值，则判定铁路功率调节器处于待机模式。
27.当负荷功率之和大于预设放电阈值但小于预设削峰阈值时，则获取飞轮储能装置的当前剩余电量，若飞轮储能装置的当前剩余电量大于零，则判定铁路功率调节器工作于飞轮放电模式。
28.当负荷功率之和大于预设放电阈值但小于预设削峰阈值、且飞轮储能装置的当前剩余电量等于零，则判断臂线路负荷功率和臂线路负荷功率的差值绝对值是否大于预设转移阈值，若是，则判定铁路功率调节器工作于转移模式，否则判定铁路功率调节器工作于待机模式。
29.当负荷功率之和大于预设削峰阈值且飞轮储能装置的当前剩余电量不等于零，则判定铁路功率调节器工作于削峰模式。
30.当负荷功率之和大于预设削峰阈值且飞轮储能装置的当前剩余电量等于零时，则判断臂线路负荷功率和臂线路负荷功率的差值绝对值是否大于预设转移阈值，若是，则判定铁路功率调节器工作于转移模式，否则判定铁路功率调节器工作于待机模式。
31.在确定铁路功率调节器的工作模式后，根据铁路功率调节器的工作模式、负荷功率的方向及大小确定需求电压。
32.s102：获取当前采样时刻所述铁路功率调节器直流端的直流母线电压，并根据当前需求电压和当前采样时刻的直流母线电压计算当前采样时刻的实时电压差。
33.在本实施例中，直流母线电压的采样周期和牵引供电系统的负荷数据的采样周期不同，且牵引供电系统的负荷数据的采样周期长于直流母线电压的采样周期。示例性的，直流母线电压的采样周期为100ms，负荷数据的采样周期为1s。即需求电压的更新周期为1s，而电压设定值的更新周期为100ms。可以采用当前需求电压减去当前采样时刻的直流母线电压得到当前采样时刻的实时电压差。
34.s103：基于当前采样时刻的实时电压差确定需求电压调整值；所述需求电压调整值随着所述实时电压差的增大而增大。
35.在一个实施例中，s103的具体实现流程包括：根据当前需求电压和前一需求电压，确定需求电压差；根据所述需求电压差获取多个等级的电压差阈值；将小于所述实时电压差的电压差阈值作为目标电压差阈值，并选取所述目标电压差阈值中的最大值作为需求电压调整值。
36.在本实施例中，将当前周期的需求电压减去前一周期的需求电压，得到需求电压差。在获取到当前周期的需求电压差后，可以从0%至100%之间选取多个预设百分比值，然后将需求电压差分别乘以各个预设百分比值，得到多个等级的电压差阈值。
37.在获取到多个电压差阈值后，将电压差阈值从大到小排序，依次判断实时电压差是否大于序列中的电压差阈值，若大于，则停止向下判断，并将该电压差阈值作为需求电压调整值，否则，继续判断实时电压差是否大于下一顺位的电压差阈值，重复上述过程，直至得到需求电压调整值。
38.例如，需求电压差为，选取的预设百分比值为25%、50%和75%，则相应的电压差阈值为、和。
39.s104：根据当前需求电压和当前采样时刻的需求电压调整值，得到当前采样时刻的电压设定值，并采用当前采样时刻的电压设定值调节所述铁路功率调节器的直流母线电压。
40.在一个实施例中，s104的具体实现流程包括：将当前需求电压减去当前采样时刻的需求电压调整值，得到当前采样时刻的电压设定值。
41.在本实施例中，在得到当前采样时刻的电压设定值后，将携带该电压设定值的电压指令发送至一侧变流器，以使铁路功率调节器的直流母线电压逐步的逼近需求电压。
42.在当前周期中，通过上述算法，能够在每个采样时刻确定一个电压设定值，使电压设定值慢慢的调整至当前需求电压，从而能够使直流母线电压逐渐的逼近当前需求电压，避免铁路功率调节器匹配飞轮储能值过程中产生过流现象。
43.通过上述方案，本实施例能够快速准确的判断当前工况，采用斜坡控制策略下发电压指令，系统级别的能量调动紧密的与飞轮储能的能量保持相结合，使飞轮储能装置的输出功率达到斜坡响应效果，避免rpc匹配飞轮储能值时产生过流现象。
44.应理解，上述实施例中各步骤的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本发明实施例的实施过程构成任何限定。
45.以下为本发明的装置实施例，对于其中未详尽描述的细节，可以参考上述对应的方法实施例。
46.图3示出了本发明实施例提供的牵引供电系统和飞轮储能装置联用的控制装置的结构示意图，为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分，详述如下：如图3所示，牵引供电系统和飞轮储能装置联用的控制装置100包括：需求电压获取模块110，用于获取所述铁路功率调节器直流端的当前需求电压；实时电压差计算模块120，用于获取当前采样时刻所述铁路功率调节器直流端的直流母线电压，并根据当前需求电压和当前采样时刻的直流母线电压计算当前采样时刻的
实时电压差；电压调整值计算模块130，用于基于当前采样时刻的实时电压差确定需求电压调整值；所述需求电压调整值随着所述实时电压差的增大而增大；直流电压调节模块140，用于根据当前需求电压和当前采样时刻的需求电压调整值，得到当前采样时刻的电压设定值，并采用当前采样时刻的电压设定值调节所述铁路功率调节器的直流母线电压。
47.在一个实施例中，所述电压调整值计算模块130包括：需求电压差计算单元，用于根据当前需求电压和前一需求电压，确定需求电压差；电压差阈值设置单元，用于根据所述需求电压差获取多个等级的电压差阈值；电压调整值计算单元，用于将小于所述实时电压差的电压差阈值作为目标电压差阈值，并选取所述目标电压差阈值中的最大值作为需求电压调整值。
48.在一个实施例中，直流电压调节模块140包括：将当前需求电压减去当前采样时刻的需求电压调整值，得到当前采样时刻的电压设定值。
49.在一个实施例中，需求电压获取模块110包括：负荷数据获取单元，用于获取所述牵引供电系统在当前周期的负荷数据；当前需求电压获取单元，用于基于所述牵引供电系统在当前周期的负荷数据，计算所述铁路功率调节器直流端的当前需求电压。
50.在一个实施例中，所述负荷数据包括负荷功率；当前需求电压获取单元包括：对所述牵引供电系统在当前周期的臂线路负荷功率和臂线路负荷功率求和，得到所述牵引供电系统在当前周期的负荷功率之和；根据所述牵引供电系统在当前周期的负荷功率之和，计算当前需求电压。
51.在一个实施例中，所述负荷数据包括负荷功率；负荷数据获取单元包括：获取所述牵引供电系统在当前周期的网侧电压和网侧电流；计算所述牵引供电系统在当前周期的网侧电压和网侧电流的乘积，得到所述牵引供电系统在当前周期的负荷功率。
52.图4是本发明一实施例提供的终端的示意图。如图4所示，该实施例的终端4包括：处理器40、存储器41以及存储在所述存储器41中并可在所述处理器40上运行的计算机程序42。所述处理器40执行所述计算机程序42时实现上述各个牵引供电系统和飞轮储能装置联用的控制方法实施例中的步骤，例如图2所示的步骤101至步骤104。或者，所述处理器40执行所述计算机程序42时实现上述各装置实施例中各模块/单元的功能，例如图3所示模块110至140的功能。
53.示例性的，所述计算机程序42可以被分割成一个或多个模块/单元，所述一个或者多个模块/单元被存储在所述存储器41中，并由所述处理器40执行，以完成本发明。所述一个或多个模块/单元可以是能够完成特定功能的一系列计算机程序指令段，该指令段用于描述所述计算机程序42在所述终端4中的执行过程。
54.所述终端4可包括，但不仅限于，处理器40、存储器41。本领域技术人员可以理解，图4仅仅是终端4的示例，并不构成对终端4的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件，例如所述终端还可以包括输入输出设备、网络接入设
备、总线等。
55.所称处理器40可以是中央处理单元(central processing unit，cpu)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器 (digital signal processor，dsp)、专用集成电路 (application specific integrated circuit，asic)、现场可编程门阵列 (field-programmable gate array，fpga) 或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。
56.所述存储器41可以是所述终端4的内部存储单元，例如终端4的硬盘或内存。所述存储器41也可以是所述终端4的外部存储设备，例如所述终端4上配备的插接式硬盘，智能存储卡（smart media card，smc），安全数字（secure digital，sd）卡，闪存卡（flash card）等。进一步地，所述存储器41还可以既包括所述终端4的内部存储单元也包括外部存储设备。所述存储器41用于存储所述计算机程序以及所述终端所需的其他程序和数据。所述存储器41还可以用于暂时地存储已经输出或者将要输出的数据。
57.所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，仅以上述各功能单元、模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能单元、模块完成，即将所述装置的内部结构划分成不同的功能单元或模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。实施例中的各功能单元、模块可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中，上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。另外，各功能单元、模块的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本技术的保护范围。上述系统中单元、模块的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
58.在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述或记载的部分，可以参见其它实施例的相关描述。
59.本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
60.在本发明所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的装置/终端和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置/终端实施例仅仅是示意性的，例如，所述模块或单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通讯连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通讯连接，可以是电性，机械或其它的形式。
61.所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
62.另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以
是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
63.所述集成的模块/单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明实现上述实施例方法中的全部或部分流程，也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述各个牵引供电系统和飞轮储能装置联用的控制方法实施例的步骤。其中，所述计算机程序包括计算机程序代码，所述计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。所述计算机可读介质可以包括：能够携带所述计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、u盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器（rom，read-only memory）、随机存取存储器（ram，random access memory）、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。需要说明的是，所述计算机可读介质包含的内容可以根据司法管辖区内立法和专利实践的要求进行适当的增减，例如在某些司法管辖区，根据立法和专利实践，计算机可读介质不包括是电载波信号和电信信号。
64.以上所述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精神和范围，均应包含在本发明的保护范围之内。