在無電區維持城市軌道交通列車不間斷工作的方法及系統的製作方法
2023-11-10 04:37:52 3
專利名稱：在無電區維持城市軌道交通列車不間斷工作的方法及系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及城市軌道交通供電領域，更具體地說，涉及一種在無電區維持城市軌道交通列車不間斷工作的方法及系統。
背景技術：
城市軌道交通列車是指地鐵、城市輕軌等軌道交通車輛。目前，城市軌道交通列車的工作能量大多數來源於供電網，圖I為現有技術中對城市軌道交通列車進行供電的示意圖，參照圖1，一輛城市軌道交通列車包括多個動車，各動車的供電電路外接受流設備，各動車通過外接的受流設備從供電網處取得電能，獲取的電能通過各動車的主電路輸送入各自動車的用電設備上，從而滿足動車的用電需求，以維持城市軌道交通列車的不間斷工作；動車的用電需求包括驅動牽引電機產生動車前進的牽引力和對動車的用電負載進行供電，用電負載指動車中除牽弓I電機外的其他用電設備，如輔助電源系統，車載輔助設備(如空調
坐、坐寸7寸o城市軌道交通列車的能量大部分都是通過供電網獲取，然而由於客觀因素的制約，城市軌道交通列車的運營線路上常會出現長短不一的無電區，尤其是在第三軌供電的列車線路上更加常見，當列車經過這些無電區時，若不採取相應措施對列車進行供電，則會產生諸如牽引系統停機、用電負載停機、變流器故障、主電路故障等諸多負面問題。目前大多數的城市軌道交通列車均是採用貫穿直流母線技術來消除列車經過無電區的影響，從而滿足動車的用電需求，維持城市軌道交通列車在無電區的不間斷工作，圖2為現有城市軌道交通列車採用貫穿直流母線技術的示意圖，參照圖2，該技術的主要技術方案如下由於城市軌道交通列車運營線路上的無電區長度在幾米至幾十米之間，可將列車各動車的供電電路通過一個與供電網相連的直流母線連接起來，並使首尾兩個受流設備間的距離大於無電區長度，這樣列車在通過無電區時便能保證至少有一個動車的受流設備可以從供電網取得電力供給，且整條母線上的每一個車廂都能從這個受流設備上分享到電量。發明人在實現本發明的過程中發現現有貫穿直流母線技術雖然可以消除列車經過無電區的影響，但至少存在如下問題貫穿直流母線技術需要對列車進行改造，在列車上布設直流母線，這佔用了列車的布線空間，使得列車增加了重量，提高了安裝維護成本；直流母線可能會把相鄰兩個電網區間連接起來，如圖2所示，受流設備I連接供電區間A，受流設備4連接供電區間B，如果此時供電區間A、B間的電壓不平衡，則電壓高的一側會有大的電流經過直流母線流向電壓低的一側以達到平衡，這就給直流母線帶來巨大的壓力與風險，使得列車運行存在風險；直流母線很難穿過動車間的車勾，這使得直流母線技術在城市軌道交通列車需要靈活編組時並不適用；貫穿直流母線技術在無電區長度大於所架設的直流母線長度時並不適用。
發明內容
有鑑於此，本發明實施例提供一種在無電區維持城市軌道交通列車不間斷工作的方法及系統，以解決上述提到的問題。為實現上述目的，本發明實施例提供如下技術方案一種在無電區維持城市軌道交通列車不間斷工作的方法，應用於城市軌道交通列車的動車，所述動車包括控制器，電機驅動系統，主電路，牽引逆變器和牽引電機，所述方法包括所述控制器判斷所述動車是否進入微制動模式；在所述控制器判斷所述動車進入微制動模式時，所述控制器根據當前的中間直流電壓採樣值與系統需求的中間直流電壓目標值的偏差，計算微制動請求力矩，將包含所述微制動請求力矩的信息發送給所述電機驅動系統，所述中間為所述主電路上的電抗器和所 述牽引逆變器之間；所述電機驅動系統生成與所述微制動請求力矩對應的脈衝寬度調製PWM信號，將所述PWM信號發送給所述牽引逆變器；所述牽引逆變器根據所述PWM信號生成與所述微制動請求力矩對應的驅動電流，將所述驅動電流傳送給所述牽引電機；所述牽引電機根據所述驅動電流所承載的微制動請求力矩信息進行微制動，將釋放的動能轉換為交流電能，將轉換後的交流電傳送給所述牽引逆變器；所述牽弓I逆變器將所述交流電整流為直流電，將所述直流電傳送給所述主電路；所述主電路通過所述直流電對所述動車的用電負載進行供電。本發明實施例還提供一種在無電區維持城市軌道交通列車不間斷工作的系統，應用於城市軌道交通列車的動車，所述系統包括控制器，電機驅動系統，主電路，牽引逆變器和牽引電機，所述控制器包括第一判斷模塊，計算模塊和第一發送模塊；所述第一判斷模塊，用於判斷所述動車是否進入微制動模式，將判斷結果發送給所述計算模塊；所述計算模塊，用於接收所述第一判斷模塊的判斷結果，在判斷結果為所述動車進入微制動模式時，根據當前的中間直流電壓採樣值與系統需求的中間直流電壓目標值的偏差，計算微制動請求力矩，將包含所述微制動請求力矩的計算結果發送給所述第一發送模塊；所述第一發送模塊，用於接收所述計算模塊的計算結果，將包含所述微制動請求力矩的信息發送給所述電機驅動系統；所述電機驅動系統，用於生成與所述微制動請求力矩對應的脈衝寬度調製PWM信號，將所述PWM信號發送給所述牽引逆變器；所述牽引逆變器，用於根據所述PWM信號生成與所述微制動請求力矩對應的驅動電流，將所述驅動電流傳送給所述牽引電機，及將所述牽引電機反饋的交流電整流為直流電，將所述直流電傳送給所述主電路；所述牽引電機，用於根據所述驅動電流所承載的微制動請求力矩信息進行微制動，將釋放的動能轉換為交流電能，將轉換後的交流電傳送給所述牽引逆變器；
所述主電路，用於通過所述直流電對所述動車的用電負載進行供電。基於上述技術方案，本發明實施例提供的在無電區維持城市軌道交通列車不間斷工作的方法，在動車進入無電區後，控制器會根據當前的中間直流電壓採樣值與系統需求的中間直流電壓目標值的偏差，計算微制動請求力矩，使得電機驅動系統能夠生成與微制動請求力矩對應的PWM信號，從而通過牽引逆變器控制牽引電機根據微制動請求力矩進行微制動，將釋放的動能轉換為交流電能，轉換後的交流電通過牽引逆變器整流成直流電後，可通過主電路對動車的用電負載進行供電，維持了城市軌道交通列車在無電區的不間斷工作。本發明實施例提供的一種在無電區維持城市軌道交通列車不間斷工作的方法不再依靠現有貫穿直流母線技術進行，僅通過控制現有城市軌道交通列車的硬體設備在無電區內進入微制動模式，執行動能向電能的轉換即可實現，本發明解決了現有採用貫穿直流母線技術而造成的佔用列車布線空間，使得列車重量增加、安裝維護成本較高的問題，同時避免由於直流母線兩側電壓不同而帶來的列車運行風險，及貫穿直流母線技術在某些情況下不適用的問題；相對現有技術，本發明實現了城市軌道交通列車在無電區更為便捷可靠、適用範圍更廣，成本更低的供電，維持了城市軌道交通列車在無電區的不間斷工作。
為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。圖I為現有技術中對城市軌道交通列車進行供電的示意圖；圖2為現有城市軌道交通列車採用貫穿直流母線技術的示意圖；圖3為本發明實施例提供的一種在無電區維持城市軌道交通列車不間斷工作的方法的流程圖；圖4為本發明實施例提供的城市軌道交通列車的動車的結構示意圖；圖5為本發明實施例提供的一種在無電區維持城市軌道交通列車不間斷工作的方法的另一流程圖；圖6為本發明實施例提供的一種在無電區維持城市軌道交通列車不間斷工作的系統的結構示意圖；圖7為本發明實施例提供的一種在無電區維持城市軌道交通列車不間斷工作的系統的另一結構示意圖；圖8為本發明實施例提供的軟體原理框圖。
具體實施例方式下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。圖3為本發明實施例提供的一種在無電區維持城市軌道交通列車不間斷工作的方法的流程圖，該方法應用於城市軌道交通列車的動車中，參照圖4，圖4為本發明實施例提供的城市軌道交通列車的動車的結構示意圖，該動車包括控制器100，電機驅動系統200，主電路300，牽引逆變器400和牽引電機500，當動車處於供電網區域時，主電路300會從供電網中獲取電能以滿足動車的用電需求，當動車進入無電區域時，圖3所示方法的流程開始執行，結合圖3和圖4所示，該方法可以包括如下步驟步驟S100、控制器100判斷動車是否進入微制動模式，若是，執行步驟S200、若否，執行步驟Sioo直至判斷結果為是；現有動車的工作模式主要分為牽引和常規電制動，在牽引時，直流電能從供電網經過受流設備進入動車的主電路300，然後經由牽引逆變器400逆變為交流電(如3相變頻變壓VVVF的交流電)驅動牽引電機500產生牽引轉矩，從而使動車運動；在常規電制動時，牽引電機500變為發電機，將車輛的動能轉化為交流電能(如3相交流電)，此時牽引逆變器400變為整流器，將牽引電機500反饋的交流電整流為直流電，然後再通過動車的主電路300反饋到電網上去；相對現有動車的工作模式，本發明實施例的動車增添了一個工作模 式微制動模式，微制動是指能夠輕微的實時自動地調節大小的電制動。在本發明實施例中，動車的微制動模式是在動車進入無電區時啟動，因此控制器100判斷動車是否進入微制動模式，即為控制器100判斷動車是否進入無電區；可選的，控制器100可通過當前動車工況、動車速度、中間電流值、中間電壓值等動車的當前參數判斷動車是否進入無電區；對於動車工況、動車速度、中間電流值、中間電壓值等參數的採集可通過現有動車的參數採集系統實現，如動車配置的車身總線等，本發明所指中間為主電路300上的電抗器和牽引逆變器400之間，對於動車是否進入微制動模式的具體判斷方法可根據動車實際情況、城市軌道交通列車的編組類型等進行設定，本發明實施例對於判斷動車進入微制動模式的具體實現過程並不設限。步驟S200、控制器100根據當前的中間直流電壓採樣值與系統需求的中間直流電壓目標值的偏差，計算微制動請求力矩，將包含微制動請求力矩的信息發送給電機驅動系統 200 ；當控制器100判斷動車進入微制動模式時，控制器100根據所採樣的當前實際的中間直流電壓值和系統需求的中間直流電壓目標值的偏差，計算一個微制動請求力矩，以使得牽引電機500能夠根據該微制動請求力矩進行輕微的大小可調節的電制動，將動車的部分動能轉換為電能以對動車的用電負載進行供電。微制動請求力矩的計算方式可根據動車實際情況、城市軌道交通列車的編組類型等進行設定，本發明實施例對此並不設限，不過作為一種優選方式，可根據如下公式進行微制動請求力矩的計算
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權利要求
1.一種在無電區維持城市軌道交通列車不間斷工作的方法，其特徵在於，應用於城市軌道交通列車的動車，所述動車包括控制器，電機驅動系統，主電路，牽引逆變器和牽引電機，所述方法包括 所述控制器判斷所述動車是否進入微制動模式； 在所述控制器判斷所述動車進入微制動模式時，所述控制器根據當前的中間直流電壓採樣值與系統需求的中間直流電壓目標值的偏差，計算微制動請求力矩，將包含所述微制動請求力矩的信息發送給所述電機驅動系統，所述中間為所述主電路上的電抗器和所述牽引逆變器之間； 所述電機驅動系統生成與所述微制動請求力矩對應的脈衝寬度調製PWM信號，將所述PWM信號發送給所述牽引逆變器； 所述牽引逆變器根據所述PWM信號生成與所述微制動請求力矩對應的驅動電流，將所述驅動電流傳送給所述牽弓I電機； 所述牽引電機根據所述驅動電流所承載的微制動請求力矩信息進行微制動，將釋放的動能轉換為交流電能，將轉換後的交流電傳送給所述牽引逆變器； 所述牽弓I逆變器將所述交流電整流為直流電，將所述直流電傳送給所述主電路； 所述主電路通過所述直流電對所述動車的用電負載進行供電。
2.根據權利要求I所述的方法，其特徵在於，根據下式
3.根據權利要求I所述的方法，其特徵在於，所述控制器判斷所述動車是否進入微制動模式包括 判斷所述動車當前是否處於牽引狀態、且所述動車的當前速度Speed是否不小於預定的進入微制動模式的最小速度值THsprad ； 判斷中間直流電流的濾波處理值Idf是否不大於預定的進入微制動模式的第一中間直流電流濾波處理值THldfl，或 判斷中間直流電流的濾波處理值Idf是否大於預定的進入微制動模式的第二中間直流電流濾波處理值THldf2、且中間直流電流值Id是否不大於預定的進入微制動模式的第一中間直流電流值THldl，或 判斷中間直流電流值Id是否不大於預定的進入微制動模式的第二中間直流電流值THld2、且中間直流電壓值Ud是否不大於預定的進入微制動模式的中間直流電壓值THud。
4.根據權利要求3所述的方法，其特徵在於，所述控制器判斷所述動車進入微制動模式包括 如果在所述動車處於牽引狀態且Speed不小於THspMd的情況下，判斷結果為Idf不大於THldfl，或，Idf大於THldf2且Id不大於THldl,或，Id不大於THld2且Ud不大於THud,且該判斷結果的維持時間超過第一預設時間Timera時，則所述控制器判斷所述動車進入微制動模式。
5.根據權利要求I所述的方法，其特徵在於，還包括 所述控制器判斷所述動車是否退出微制動模式； 在所述控制器判斷所述動車退出微制動模式時，所述控制器向所述電機驅動系統輸出過渡力矩，所述過渡力矩為所述微制動請求力矩至正常給定力矩的逼近值，所述正常給定力矩為列車駕駛員輸入或自動駕駛系統所要求的力矩； 所述電機驅動系統生成與所述過渡力矩對應的PWM信號，將該PWM信號傳送給所述牽引逆變器，以使所述牽引逆變器生成與該PWM信號對應的驅動電流，通過該驅動電流控制所述牽引電機結束微制動。
6.根據權利要求5所述的方法，其特徵在於，還包括 在所述牽引電機結束微制動後，所述控制器將包含所述正常給定力矩的信息發送給電機驅動系統； 所述電機驅動系統生成與所述正常給定力矩對應的PWM信號，將該PWM信號傳送給所述牽引逆變器，以使所述牽引逆變器生成與該PWM信號對應的驅動電流，通過該驅動電流對所述牽引電機進行控制。
7.根據權利要求5所述的方法，其特徵在於，所述控制器判斷所述動車是否退出微制動模式包括 判斷中間直流電壓值Ud是否大於預定的退出微制動模式的中間電壓值THud__，或，判斷中間直流電流的濾波處理值Idf是否大於預定的退出微制動模式的中間直流電流濾波處理值THIdf__t，或，判斷所述動車的當前速度Speed是否小於預定的退出微制動模式的速度最小值THspMd_quit，或，判斷微制動模式的持續時間TimeAMB是否大於預定的單次微制動模式最大持續時間 THTime—臟。
8.根據權利要求7所述的方法，其特徵在於，所述控制器判斷所述動車退出微制動模式包括 在所述控制器判斷Ud大於THud__，或，Idf大於THIdf__，或，Speed小於THsp66d__，或，Time—大於THTime_MX,且該判斷結果的持續時間超過第二預設時間Timequit時,判斷所述動車退出微制動模式。
9.一種在無電區維持城市軌道交通列車不間斷工作的系統，其特徵在於，應用於城市軌道交通列車的動車，所述系統包括控制器，電機驅動系統，主電路，牽引逆變器和牽引電機，所述控制器包括第一判斷模塊，計算模塊和第一發送模塊； 所述第一判斷模塊，用於判斷所述動車是否進入微制動模式，將判斷結果發送給所述計算模塊； 所述計算模塊，用於接收所述第一判斷模塊的判斷結果，在判斷結果為所述動車進入微制動模式時，根據當前的中間直流電壓採樣值與系統需求的中間直流電壓目標值的偏差，計算微制動請求力矩，將包含所述微制動請求力矩的計算結果發送給所述第一發送模塊； 所述第一發送模塊，用於接收所述計算模塊的計算結果，將包含所述微制動請求力矩的信息發送給所述電機驅動系統； 所述電機驅動系統，用於生成與所述微制動請求力矩對應的脈衝寬度調製PWM信號，將所述PWM信號發送給所述牽引逆變器 所述牽引逆變器，用於根據所述PWM信號生成與所述微制動請求力矩對應的驅動電流，將所述驅動電流傳送給所述牽引電機，及將所述牽引電機反饋的交流電整流為直流電，將所述直流電傳送給所述主電路； 所述牽引電機，用於根據所述驅動電流所承載的微制動請求力矩信息進行微制動，將釋放的動能轉換為交流電能，將轉換後的交流電傳送給所述牽引逆變器； 所述主電路，用於通過所述直流電對所述動車的用電負載進行供電。
10.根據權利要求9所述的系統，其特徵在於，所述控制器還包括第二判斷模塊，第二發送模塊和第三發送模塊； 所述第二判斷模塊，用於判斷所述動車是否退出微制動模式，將判斷結果發送給所述第二發送模塊； 所述第二發送模塊，用於接收所述第二判斷模塊的判斷結果，在判斷結果為所述動車退出微制動模式時，向所述電機驅動系統輸出過渡力矩，所述過渡力矩為所述微制動請求力矩至正常給定力矩的逼近值，所述正常給定力矩為列車駕駛員輸入或自動駕駛系統所要求的力矩； 所述第三發送模塊，用於在所述牽引電機結束微制動後，將包含所述正常給定力矩的信息發送給電機驅動系統。
全文摘要
本發明實施例提供一種在無電區維持城市軌道交通列車不間斷工作的方法及系統，所述方法包括控制器自動判斷動車是否需要進入微制動模式；在控制器判斷動車進入微制動模式時，控制器根據當前的中間直流電壓採樣值與系統需求的中間直流電壓目標值的偏差，計算微制動請求力矩，輸出微制動請求力矩至電機驅動系統，電機驅動系統生成與微制動請求力矩對應的PWM信號，PWM信號經牽引逆變器處理後，牽引逆變器輸出與微制動請求力矩對應的驅動電流至牽引電機；牽引電機根據微制動請求力矩進行微制動，將列車動能轉換為交流電能，通過牽引逆變器回饋至主電路，對用電負載進行供電。本發明提供了更為便捷可靠，適用範圍更廣，成本更低的無電區供電。
文檔編號H02P9/00GK102723906SQ20121022792
公開日2012年10月10日 申請日期2012年7月3日 優先權日2012年7月3日
發明者倪大成, 馮江華, 劉可安, 劉良傑, 尚敬, 徐紹龍, 王永通 申請人:南車株洲電力機車研究所有限公司