一種用於鐵路牽引變電站的控制系統的製作方法

2023-07-03 23:51:41 2

本發明涉及鐵路牽引變電站的控制領域，尤其是涉及一種用於鐵路牽引變電站的控制系統。

背景技術：

由於鐵路牽引變電站供電母線上通常運行有多輛列車，有離鐵路牽引變電站近的列車，也有遠的列車，既有加速列車，也有減速負荷。因此鐵路牽引變電站的有功、無功及諧波含量經常發生變化，需要對其進行調節，不然調節不好會造成鐵路牽引變電站負序嚴重、電能質量惡化。目前通常做法有兩種。一種是集中控制，即在鐵路牽引變電站端加單臺調節裝置進行調節，但這種方法的缺點是鐵路牽引變電站端調節裝置容量非常大，體積也大，而且一旦裝置出現故障，系統補償裝置將有可能癱瘓，且目前由於電力電子器件的電流等級及電壓等級受限，採用單臺大容量的功率調節裝置有技術難度。另一種是分散控制，即採用多臺功率調節裝置並聯運行，達到大容量輸出。這種控制的缺點是各個調節裝置各自為陣，相互之間沒有統一管理及協調控制，一旦協調失控，分布式調節裝置將會解列，最終使得鐵路牽引變電站總的電能質量治理不能達到滿意效果。

技術實現要素：

本發明的目的是針對上述問題提供一種用於鐵路牽引變電站的控制系統。

本發明的目的可以通過以下技術方案來實現：

一種用於鐵路牽引變電站的控制系統，所述鐵路牽引變電站上設有供電母線，所有受控列車均由供電母線供電，所述系統包括：

集中控制裝置，分別與鐵路牽引變電站和供電母線連接，用於採集供電母線的負荷狀態，並發送面向所有受控列車的控制信號；

分布式控制裝置，與受控列車連接，用於接收集中控制裝置發送的控制信號，並控制受控列車進行負荷調節；

通信裝置，分別與集中控制裝置和分布式控制裝置連接，用於實現控制信號的傳輸。

所述負荷調節包括有功功率調節、無功功率調節和諧波調節。

所述集中控制裝置包括鐵路功率調節器rpc，所述鐵路功率調節器rpc通過降壓變壓器與供電母線的兩個供電臂連接。

所述降壓變壓器的數量不少於2個。

所述集裝控制裝置還包括補償結構組件，所述補償結構組件位於鐵路功率調節器rpc的兩側，通過降壓變壓器與供電母線的兩個供電臂連接，用於提供容性無功補償和濾除三次諧波電流。

所述補償結構組件包括晶閘管控制濾波器tcf和晶閘管控制電抗器tcr，所述晶閘管控制濾波器tcf通過降壓變壓器與供電母線的相對相位超前供電臂連接，所述晶閘管控制電抗器tcr通過降壓變壓器與供電母線的相對相位滯後供電臂連接。

所述分布式控制裝置包括混合型有源濾波器hapf，所述混合型有源濾波器hapf分別與受控列車和通信裝置連接。

所述混合型有源濾波器hapf的數量與受控列車的數量相匹配。

所述通信裝置包括信號發送器和信號接收器，所述信號發送器與集中控制裝置連接，所述信號接收器與分布式控制裝置連接，所述信號發送器與信號接收器通過無線網絡連接。

與現有技術相比，本發明具有以下有益效果：

(1)通過集中控制裝置和分布式控制裝置的結合，並通過通信裝置實現二者之間的信號傳輸，使得分布式控制裝置可以根據集中控制裝置對受控列車進行功率的分配與調節，最終實現鐵路牽引變電站各負荷的統一管理和協調控制，既減少了單臺鐵路牽引變電站治理裝置的容量與體積，又能發揮分布式控制裝置並聯運行的大容量輸出能力。

(2)通過對各個受控列車進行有功功率調節、無功功率調節和諧波調節，利用各個受控列車在共用母線上的無功、有功和諧波具有抵消和增強的相互作用，可以使得在共用母線上的負荷較為穩定，從而實現鐵路牽引變電站各負荷的統一管理和協調控制。

(3)利用鐵路功率調節器rpc作為集中控制裝置的核心，可以通過合適的控制方式實現有功功率的轉移，同時能進行無功與諧波補償，從而達到諧波補充的目的。

(4)降壓變壓器的數量不少於2個，保證了鐵路功率調節器rpc可以與供電母線兩個供電臂保持連接，同時如果降壓變壓器的數量多於2個，可以降低鐵路功率調節器rpc的承受電壓，保證其工作的穩定性。

(5)集中控制裝置還包括由tcf和tcr構成的補償結構組件，可以提供容性無功補償和濾除部分三次諧波電流，提高了控制的性能，而且進一步降低了裝置的容量。

(6)通過混合型有源濾波器hapf作為分布式控制裝置，可以補償諧波，而且補償性能不受系統阻抗的影響，可以消弭與系統阻抗發作諧振的風險，也能夠用來抑止供電系統中因諧波惹起的系統諧振，因而可以提高對每個受控列車的控制性能。

(7)對每個受控列車均配備一個混合型有源濾波器hapf進行控制，保證了控制的穩定性。

(8)通過無線網絡、信號發送器和信號接收器實現集中控制裝置和分布式控制裝置的信號交流，與有線通信相比，減少了空間的限制，使得信號傳輸更為靈活。

附圖說明

圖1為用於鐵路牽引變電站的控制系統的結構示意圖；

圖2為集中控制裝置的結構圖；

圖3為用於鐵路牽引變電站的控制系統的功率分配圖；

其中，1為集中控制裝置，2為鐵路牽引變電站，3為受控列車，4為分布式控制裝置，5為通信裝置，11為鐵路功率調節器rpc，12為晶閘管控制電抗器tcr，13為晶閘管控制濾波器tcf。

具體實施方式

下面結合附圖和具體實施例對本發明進行詳細說明。本實施例以本發明技術方案為前提進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發明的保護範圍不限於下述的實施例。

本實施例中提供的一種用於鐵路牽引變電站的控制系統，鐵路牽引變電站2上設有供電母線，所有受控列車3均由供電母線供電，該系統包括：集中控制裝置1，分別與鐵路牽引變電站2和供電母線連接，用於採集供電母線的負荷狀態，並發送面向所有受控列車3的控制信號；分布式控制裝置4，與受控列車3連接，用於接收集中控制裝置1發送的控制信號，並控制受控列車3進行負荷調節(包括有功功率調節、無功功率調節和諧波調節)；通信裝置5，分別與集中控制裝置1和分布式控制裝置4連接，用於實現控制信號的傳輸。

其中，集中控制裝置1包括鐵路功率調節器rpc11，鐵路功率調節器rpc11通過降壓變壓器與供電母線的兩個供電臂連接。降壓變壓器的數量不少於2個。集中控制裝置1還包括補償結構組件，補償結構組件位於鐵路功率調節器rpc11的兩側，通過降壓變壓器與供電母線的兩個供電臂連接，用於提供容性無功補償和濾除三次諧波電流。補償結構組件包括晶閘管控制濾波器tcf13和晶閘管控制電抗器tcr12，晶閘管控制濾波器tcf13通過降壓變壓器與供電母線的相對相位超前供電臂連接，晶閘管控制電抗器tcr12通過降壓變壓器與供電母線的相對相位滯後供電臂連接。分布式控制裝置4包括混合型有源濾波器hapf，混合型有源濾波器hapf分別與受控列車3和通信裝置5連接。混合型有源濾波器hapf的數量與受控列車3的數量相匹配。通信裝置5包括信號發送器和信號接收器，信號發送器與集中控制裝置1連接，信號接收器與分布式控制裝置4連接，信號發送器與信號接收器通過無線網絡連接。

根據上述結構實現的用於鐵路牽引變電站的控制系統如圖1所示，從圖1中可以看出，用於鐵路牽引變電站的控制系統的構成分為兩部分，其中一部分是集中控制，其治理裝置主要是功率調節器rpc，安裝在鐵路牽引變電站2的出口端；另外一部分是分布式集中控制，安裝在各運行列車端，其治理裝置是hapf。多列車運行在牽引變電站的共用母線上，不同列車的啟動、停止、運行供電由共用母線提供，相互之間的無功、有功及諧波有抵消、增強作用。其控制原理是由鐵路牽引變電站2的控制器進行協調和優化控制，形成集中控制與分布式控制相結合的方式。其原理就是集中控制裝置1先通過無線網絡把相應的控制命令傳送到相對應的分布式控制裝置4，分布式控制裝置4根據無線網絡接收器接收到信號進行解碼，控制本地的電能調節器進行有功、無功及諧波的治理，最終實現鐵路牽引變電站2各負荷的統一管理和協調控制。這樣既能夠達到大容量補償與調節的要求，又可以降低單臺功率調節裝置的容量。因而該系統的功率分配如圖3所示，假設牽引變壓器總輸出功率為p，分布式電能質量調節器hapf治理功率分別是p1,p2…..pn，集中式治理裝置rpc的功率是deltaq，則它們之間的關係滿足p＝p1+p2+…..+pn+deltaq。

圖2為集中控制裝置1的結構圖，從圖2中可以看出，集中控制裝置1由鐵路功率調節器(rpc)、兩組晶閘管控制濾波器(tcf)和兩組晶閘管控制電抗器(tcr)構成。為了降低rpc、tcf和tcr的承受電壓，採用了兩個多繞組降壓變壓器。兩個降壓變壓器的原邊連接兩供電臂電壓，副邊分別接變流器的輸出端、tcf和tcr。降壓變壓器變壓比為k。由多個共用直流側電容形成背靠背結構形式的兩變流器並聯而成，兩變流器的交流輸出端均通過輸出電抗和單相多繞組降壓變壓器連接至兩供電臂。兩個單相多繞組變壓器副邊的一個繞組還分別安裝了tcf和tcr，與rpc並聯連接。tcf和tcr分別安裝在相位相對超前、相位相對滯後的兩供電臂。設置的作用是提供容性無功補償、濾除部分三次諧波電流。為了不給牽引網引入額外諧波，tcr不進行調壓控制，晶間管相當於開關進行投切。該結構利用無源設備tcf和tcr提供補償負序所需要的無功功率，從而降低了有源裝置的容量。

從上述結構中可以看出，採用主控制方式及分布式結構相結合，鐵路牽引變電站2與各列車之間均採用功率調節裝置，裝置之間採用無線網絡進行數據交換，使得分布式功率調節裝置能夠根據控制命令進行功率的分配與調節，最終實現鐵路牽引變電站各負荷的統一管理和協調控制，既減少了單臺鐵路牽引變電站治理裝置的容量與體積，又能發揮分布式調節裝置並聯運行的大容量輸出能力。