一種鐵路淨化電源裝置協同控制系統及方法與流程

2023-05-27 21:34:51 1

本發明屬於電力電子系統控制的技術領域，尤其涉及一種鐵路淨化電源裝置的協同控制系統及方法。

背景技術：

鐵路是關係國計民生的重要保障，鐵路的高效、可靠、穩定運行，關係到國家戰略資源、經濟資源以及人力資源的配置，是關乎國民經濟發展的重要大動脈。眾所周知，電力是保證鐵路穩定、可靠運行的重要支撐，而鐵路場站、電力貫通線、自閉線的電力供應等，又是鐵路信號、行車、調度、防災預警、現場人員正常生產生活的保障。通常，鐵路貫通線、自閉線由鐵路沿線公用電網接入，但是鐵路行至西藏、新疆、青海等高寒高海拔地區時，常通過幾百公裡的無人區，該類地區無公用電網建設項目，導致電力貫通線、自閉線等無電源保障。

常規解決措施是從幾十甚至上百公裡外建設一條電力線路，供給鐵路沿線電力貫通、自閉線路，該種方案投資大、成本高、維護難，同時還需要一系列補償措施保證電壓的穩定；從接觸網27.5kv利用繞組變壓器進行降壓使用的方法，由於接觸網電壓質量不理想，存在機車重載和取流造成的電壓波動，導致降壓後電壓不穩定使電力負荷不能可靠運行甚至不運行。鐵路淨化電源裝置能夠實現從接觸網27.5kv隔離變換後提供適合電力貫通線、自閉線使用的10kv或35kv電壓，但是在實際應用過程中尚缺乏與線路繼電保護的協調控制方法。

技術實現要素：

本發明克服現有技術存在的不足，所要解決的技術問題為：提供一種鐵路淨化電源裝置的協同控制系統及方法，使鐵路淨化電源裝置能夠在不改變現有繼電保護規則的前提下，只改變繼電保護的動作時限即可順利、可靠地投入和運行，只在最小範圍內影響現有繼電保護的運行。

為了解決上述技術問題，本發明採用的技術方案為：一種鐵路淨化電源裝置的協同控制系統，所述鐵路淨化電源裝置包括：輸出平波電抗器、電壓支撐及濾波電容、交流接觸器、放電迴路、輸出隔離變壓器、母線連接斷路器、27.5kv降壓型的多抽頭整流變壓器和主要由功率單元組成的多電平級聯變換器，所述的協同控制系統包括：特性斜率控制模塊：用於當鐵路淨化電源裝置啟動或輸出重啟後，使鐵路淨化電源裝置的輸出電壓按照斜率ku，從初始值uo漸變上升到達額定值un；單相接地故障控制模塊：用於當鐵路淨化電源裝置的負荷線路發生單相接地故障時，封鎖多電平級聯變換器的pwm脈衝，禁止輸出一段時間再重啟pwm脈衝，然後使鐵路淨化電源裝置按特性斜率控制輸出電壓，直到重啟次數等於設定值後非人工停機狀態下再輸出運行2小時為止或者單相接地故障消失繼續持續輸出；大電流短路故障控制模塊：用於當鐵路淨化電源裝置的線路發生短路故障時，封鎖多電平級聯變換器三相的pwm脈衝，禁止輸出一段時間再重啟三相pwm脈衝，然後使鐵路淨化電源裝置按特性斜率控制輸出電壓，直到重啟次數大於設定值時停止輸出或者短路故障消失持續輸出；硬關斷防衝擊控制模塊：用於當母線連接斷路器的狀態為硬關斷狀態時，封鎖三相pwm脈衝，禁止輸出，直到母線連接斷路器閉合，使鐵路淨化電源裝置按特性斜率控制輸出電壓。

優選地，所述特性斜率控制模塊包括：設定單元)：用於當鐵路淨化電源裝置啟動或輸出重啟前，設定ku的值，其中，當鐵路淨化電源裝置的輸出電壓低於koun時認定發生低電壓告警；計算單元：用於計算公式使tn＜tl，若tn＞tl，則重新設定ku的值，其中，uo＜0.1un，tn為鐵路淨化電源裝置的輸出電壓從初始值uo輸出到koun的時間，tl為鐵路淨化電源裝置中線路低電壓保護的動作時限，ku為鐵路淨化電源裝置實際輸出電壓的斜率，其取值範圍大於0；輸出單元：用於使鐵路淨化電源裝置的輸出電壓按照斜率ku，從初始值uo漸變上升到達額定值un。

優選地，所述單相接地故障控制模塊包括：第一檢測單元：用於檢測鐵路淨化電源裝置是否發生單相接地故障；第一封鎖單元：用於當鐵路淨化電源裝置發生單相接地故障時，封鎖多電平級聯變換器的pwm脈衝，禁止輸出；第一延時重啟單元：用於延時δt1時間後，重啟pwm脈衝，然後使鐵路淨化電源裝置按特性斜率控制輸出電壓；第一判斷單元：用於判斷鐵路淨化電源裝置的單相接地故障是否消失，如是，則使鐵路淨化電源裝置輸出電壓到額定值un後正常為線路供電，否則，將鐵路淨化電源裝置的模擬重合閘次數加1；第二判斷單元：用於當將鐵路淨化電源裝置的模擬重合閘次數加1後，判斷鐵路淨化電源裝置的模擬重合閘次數是否小於n,如是，則繼續封鎖多電平級聯變換器的pwm脈衝，禁止輸出後進入第一延時重啟單元，否則，不再封鎖pwm脈衝，使鐵路淨化電源裝置按特性斜率控制輸出電壓到額定值un，其中，n為預先設定的鐵路淨化電源裝置的模擬重合閘次數上限值；計時單元：用於對鐵路淨化電源裝置的單相接地故障時間進行計時；第三判斷單元：用於判斷重啟次數等於n後鐵路淨化電源裝置是否運行2個小時，如是，則使鐵路淨化電源裝置停止輸出，母線連接斷路器跳閘，等待人工重啟，否則，使鐵路淨化電源裝置持續輸出，若遇人工停機則停止輸出。

優選地，所述大電流短路故障控制模塊包括：第二檢測單元：用於檢測鐵路淨化電源裝置的輸出電流，判定鐵路淨化電源裝置的負荷線路是否發生短路故障；第二封鎖單元：用於當鐵路淨化電源裝置發生短路故障時，封鎖多電平級聯變換器三相的pwm脈衝，禁止輸出；第二延時重啟單元：用於延時δt2時間後，重啟三相pwm脈衝，然後使鐵路淨化電源裝置按特性斜率控制輸出電壓；第四判斷單元：用於判斷鐵路淨化電源裝置的短路故障是否消失，如是，則使鐵路淨化電源裝置輸出電壓到額定值un後正常為線路供電，否則，將鐵路淨化電源裝置的模擬重合閘次數加1；第五判斷單元：用於當將鐵路淨化電源裝置的模擬重合閘次數加1後，判斷鐵路淨化電源裝置的模擬重合閘次數是否小於n,如是，則繼續封鎖多電平級聯變換器三相的pwm脈衝，禁止輸出後進入第二延時重啟單元，否則，使鐵路淨化電源裝置封鎖pwm脈衝，母線連接斷路器跳閘，其中，n為預先設定的鐵路淨化電源裝置的模擬重合閘次數上限值；第六判斷單元：用於判斷鐵路淨化電源裝置是否被人工重啟pwm脈衝，如是，則使鐵路淨化電源裝置按特性斜率控制輸出電壓，直至達到額定值un後正常運行，否則，一直等待人工重啟。

優選地，所述硬關斷防衝擊控制模塊包括：第三檢測單元：用於檢測母線連接斷路器的狀態，判定所有非鐵路淨化電源裝置本身控制的母線連接斷路器跳閘均為硬關斷狀態；第三封鎖單元：用於當母線連接斷路器的狀態為硬關斷狀態時，封鎖三相pwm脈衝，禁止輸出；第七判斷單元：用於判斷鐵路淨化電源裝置是否被人工重啟，如是，則給母線連接斷路器發送閉合信號，否則，一直等待人工重啟；第八判斷單元：用於判斷母線連接斷路器是否閉合，如是，則使鐵路淨化電源裝置按特性斜率控制輸出電壓直至達到額定值un，否則，一直等待母線連接斷路器閉合。

相應地，一種鐵路淨化電源裝置的協同控制方法，所述鐵路淨化電源裝置包括：輸出平波電抗器、電壓支撐及濾波電容、放電迴路、輸出隔離變壓器、母線連接斷路器、27.5kv降壓型的多抽頭整流變壓器和主要由功率單元組成的多電平級聯變換器，所述的協同控制方法包括：當鐵路淨化電源裝置啟動或輸出重啟後，使鐵路淨化電源裝置的輸出電壓按照斜率ku，從初始值uo漸變上升到達額定值un；當鐵路淨化電源裝置發生單相接地故障時，封鎖多電平級聯變換器的pwm脈衝，禁止輸出一段時間再重啟pwm脈衝，然後使鐵路淨化電源裝置按特性斜率控制輸出電壓，直到重啟次數等於設定值後非人工停機狀態下再輸出運行2小時為止或者單相接地故障消失繼續持續輸出；當鐵路淨化電源裝置的線路發生短路故障時，封鎖多電平級聯變換器三相的pwm脈衝，禁止輸出一段時間再重啟三相pwm脈衝，然後使鐵路淨化電源裝置按特性斜率控制輸出電壓，直到重啟次數大於設定值時停止輸出或者短路故障消失持續輸出；當母線連接斷路器的狀態為硬關斷狀態時，封鎖三相pwm脈衝，禁止輸出，直到母線連接斷路器閉合，使鐵路淨化電源裝置按特性斜率控制輸出電壓。

優選地，所述當鐵路淨化電源裝置啟動或輸出重啟後，使鐵路淨化電源裝置的輸出電壓按照斜率ku，從初始值uo漸變上升到達額定值un，具體包括以下步驟：s101、當鐵路淨化電源裝置啟動或輸出重啟前，設定ku、ko的值，其中，當鐵路淨化電源裝置的輸出電壓低於koun時認定發生低電壓告警；s102、計算公式使tn＜tl，若tn＞tl，則返回步驟s101重新設定ku的值，其中，uo＜0.1un，tn為鐵路淨化電源裝置的輸出電壓從初始值uo輸出到koun的時間，tl為鐵路淨化電源裝置中線路低電壓保護的動作時限，ku為鐵路淨化電源裝置實際輸出電壓的斜率，其取值範圍大於0；s103、使鐵路淨化電源裝置的輸出電壓按照斜率ku，從初始值uo漸變上升到達額定值un。

優選地，所述當鐵路淨化電源裝置發生單相接地故障時，封鎖多電平級聯變換器的pwm脈衝，禁止輸出一段時間再重啟pwm脈衝，然後使鐵路淨化電源裝置按特性斜率控制輸出電壓，直到重啟次數等於設定值後非人工停機狀態下再輸出運行2小時為止或者單相接地故障消失繼續持續輸出，具體包括以下步驟：s201、檢測鐵路淨化電源裝置的負荷線路是否發生單相接地故障；s202、當鐵路淨化電源裝置的負荷線路發生單相接地故障時，封鎖多電平級聯變換器的pwm脈衝，禁止輸出；s203、延時δt1時間後，重啟pwm脈衝；s204、使鐵路淨化電源裝置按特性斜率控制輸出電壓；s205、判斷鐵路淨化電源裝置的單相接地故障是否消失，如是，則使鐵路淨化電源裝置輸出電壓到額定值un後正常為線路供電，否則，執行步驟s207；s206、使鐵路淨化電源裝置輸出電壓到額定值un；s207、將鐵路淨化電源裝置的模擬重合閘次數加1；s208、判斷鐵路淨化電源裝置的模擬重合閘次數是否小於n,如是，則返回步驟s202，否則，執行步驟s209，其中，n為預先設定的鐵路淨化電源裝置的模擬重合閘次數上限值；s209、不再封鎖pwm脈衝，使鐵路淨化電源裝置輸出電壓到額定值un；s210、對鐵路淨化電源裝置的單相接地故障時間進行計時；s211、判斷鐵路淨化電源裝置在重啟次數n下是否運行滿2個小時，如是，則停止運行，執行步驟s212，否則持續運行,如遇人工停機則人工停止。s212、使鐵路淨化電源裝置自身封鎖pwm脈衝，不再執行輸出，母線連接斷路器跳閘。

優選地，所述當鐵路淨化電源裝置的線路發生短路故障時，封鎖多電平級聯變換器三相的pwm脈衝，禁止輸出一段時間再重啟三相pwm脈衝，然後使鐵路淨化電源裝置按特性斜率控制輸出電壓，直到重啟次數大於設定值時停止輸出或者短路故障消失持續輸出，具體包括以下步驟：s301、檢測鐵路淨化電源裝置的輸出電流，判定鐵路淨化電源裝置的負荷線路是否發生短路故障；s302、當鐵路淨化電源裝置發生短路故障時，封鎖多電平級聯變換器三相的pwm脈衝，禁止輸出；s303、延時δt2時間後，重啟三相pwm脈衝；s304、使鐵路淨化電源裝置按特性斜率控制輸出電壓；s305、判斷鐵路淨化電源裝置的短路故障是否消失，如是，則使鐵路淨化電源裝置輸出電壓到額定值un後正常為線路供電，否則，執行步驟s307；s306、使鐵路淨化電源裝置輸出電壓到額定值un；s307、將鐵路淨化電源裝置的模擬重合閘次數加1；s308、判斷鐵路淨化電源裝置的模擬重合閘次數是否小於n,如是，則返回步驟s302，否則，執行步驟s309；s309、使鐵路淨化電源裝置封鎖pwm脈衝，母線連接斷路器跳閘，其中，n為預先設定的鐵路淨化電源裝置的模擬重合閘次數上限值；s310、判斷鐵路淨化電源裝置是否被人工重啟pwm脈衝，如是，則使鐵路淨化電源裝置輸出電壓到額定值un後正常運行，否則，一直等待人工重啟。

優選地，所述當母線連接斷路器的狀態為硬關斷狀態時，封鎖三相pwm脈衝，禁止輸出，直到母線連接斷路器閉合，使鐵路淨化電源裝置按特性斜率控制輸出電壓，具體包括以下步驟：s401、檢測母線連接斷路器的狀態，判定所有非鐵路淨化電源裝置本身控制的母線連接斷路器跳閘均為硬關斷狀態；s402、當母線連接斷路器的狀態為硬關斷狀態時，封鎖三相pwm脈衝，禁止輸出；s403、判斷鐵路淨化電源裝置是否被人工重啟，如是，則執行步驟s404，否則，一直等待人工重啟；s404、給母線連接斷路器發送閉合信號；s405、判斷母線連接斷路器是否閉合，如是，則執行步驟s406，否則，一直等待母線連接斷路器閉合；s406、使鐵路淨化電源裝置按特性斜率控制輸出電壓直至達到額定值un。

本發明與現有技術相比具有以下有益效果：

本發明一種鐵路淨化電源裝置的協同控制系統及方法，具有控制難度低，技術方案易於實現的優點。將本發明應用到電氣化鐵道電力供應系統中，可使鐵路淨化電源裝置與線路繼電保護協同配合，但不限定繼電保護的使用。由於igbt的動作速度遠遠快於傳統斷路器的開關速度，因此在線路故障情況下鐵路淨化電源裝置封鎖pwm關斷igbt會先於傳統繼電保護器動作，即使鐵路淨化電源裝置與線路保護同時檢測到故障、同時發出指令，鐵路淨化電源裝置也會先於斷路器完成關斷。通過本發明的成功應用，可以使鐵路淨化電源裝置實現與繼電保護相協同控制，特別是雙電源互為主備為線路供電時，保證鐵路淨化電源裝置投入後不影響現有繼電保護的使用。

附圖說明

下面結合附圖對本發明做進一步詳細的說明。

圖1為本發明實施例一提供的一種鐵路淨化電源裝置的協同控制系統的結構示意圖；

圖2為本發明實施例一提供的一種鐵路淨化電源裝置的協同控制系統中鐵路淨化電源裝置的結構示意圖；

圖3為本發明實施例一提供的一種鐵路淨化電源裝置的協同控制系統中鐵路淨化電源裝置的功率單元的結構示意圖；

圖4為本發明實施例一提供的一種鐵路淨化電源裝置的協同控制方法中特性斜率控制方法的流程示意圖；

圖5為本發明實施例一提供的一種鐵路淨化電源裝置的協同控制方法中特性斜率控制方法的原理圖；

圖6為本發明實施例一提供的一種鐵路淨化電源裝置的協同控制方法中單相接地故障控制方法的流程示意圖；

圖7為本發明實施例一提供的一種鐵路淨化電源裝置的協同控制方法中大電流短路故障控制方法的流程示意圖；

圖8為本發明實施例一提供的一種鐵路淨化電源裝置的協同控制方法中硬關斷防衝擊控制方法的流程示意圖；

圖中：1為輸出平波電抗器，2為電壓支撐及濾波電容，3為交流接觸器，4為放電迴路，5為輸出隔離變壓器，6為母線連接斷路器，7為多抽頭整流變壓器，8為功率單元，81為單相不控h橋，82為多組並聯型儲能平波電容，83為單相全控h橋，101為特性斜率控制模塊，102為單相接地故障控制模塊，103為大電流短路故障控制模塊，104為硬關斷防衝擊控制模塊，1011為設定單元，1012為計算單元，1013為輸出單元，1021為第一檢測單元，1022為第一封鎖單元，1023為第一延時重啟單元，1024為第一判斷單元，1025為第二判斷單元，1026為計時單元，1027為第三判斷單元，1031為第二檢測單元，1032為第二封鎖單元，1033為第二延時重啟單元，1034為第四判斷單元，1035為第五判斷單元，1036為第六判斷單元，1041為第三檢測單元，1042為第三封鎖單元，1043為第七判斷單元，1044為第八判斷單元。

具體實施方式

為使本發明實施例的目的、技術方案和優點更加清楚，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，所描述的實施例是本發明的一部分實施例，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作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1為本發明實施例一提供的一種鐵路淨化電源裝置的協同控制系統的結構示意圖，圖2為本發明實施例一提供的一種鐵路淨化電源裝置的協同控制系統中鐵路淨化電源裝置的結構示意圖，如圖1、圖2所示：一種鐵路淨化電源裝置的協同控制系統，所述鐵路淨化電源裝置包括：輸出平波電抗器1、電壓支撐及濾波電容2、交流接觸器3、放電迴路4、輸出隔離變壓器5、母線連接斷路器6、27.5kv降壓型的多抽頭整流變壓器7以及主要由功率單元8組成的多電平級聯變換器，所述的協同控制系統包括：特性斜率控制模塊101、單相接地故障控制模塊102、大電流短路故障控制模塊103和硬關斷防衝擊控制模塊104。

由於變壓器空投或者停電檢修恢復供電時，會產生可高達6～10倍額定電流的勵磁電流，為此，提出採用特性斜率控制抑制勵磁湧流的方法，因此，所述特性斜率控制模塊101用於：當鐵路淨化電源裝置啟動或輸出重啟時，使鐵路淨化電源裝置的輸出電壓按照斜率ku，從初始值uo漸變上升到達額定值un。

具體地，所述特性斜率控制模塊101可包括：

設定單元1011：用於當鐵路淨化電源裝置啟動或輸出重啟前，設定ku、ko的值，其中，當鐵路淨化電源裝置的輸出電壓低於koun時認定發生低電壓告警。

計算單元1012：用於計算公式使tn＜tl，若tn＞tl，則重新設定ku的值，其中，uo＜0.1un，tn為鐵路淨化電源裝置的輸出電壓從初始值uo輸出到koun的時間，tl為鐵路淨化電源裝置中線路低電壓保護的動作時限，ku為鐵路淨化電源裝置實際輸出電壓的斜率，其取值範圍大於0。

輸出單元1013：用於使鐵路淨化電源裝置的輸出電壓按照斜率ku，從初始值uo漸變上升到達額定值un。

10kv或35kv屬於中性點不接地系統或中性點小電流接地系統，當發生單相接地故障時，電力系統允許帶一個接地點持續運行1～2小時，因此，所述單相接地故障控制模塊102用於：當鐵路淨化電源裝置的負荷線路發生單相接地故障時，封鎖多電平級聯變換器的pwm脈衝，禁止輸出一段時間再重啟pwm脈衝，然後使鐵路淨化電源裝置按特性斜率控制輸出電壓，直到重啟次數等於設定值後非人工停機狀態下再輸出運行2小時為止或者單相接地故障消失繼續持續輸出。

具體地，所述單相接地故障控制模塊102可包括：

第一檢測單元1021：用於檢測鐵路淨化電源裝置負荷線路是否發生單相接地故障。

第一封鎖單元1022：用於當鐵路淨化電源裝置負荷線路發生單相接地故障時，封鎖多電平級聯變換器的pwm脈衝，禁止輸出。

第一延時重啟單元1023：用於延時δt1時間後，重啟pwm脈衝，然後使鐵路淨化電源裝置按特性斜率控制輸出電壓。

第一判斷單元1024：用於判斷鐵路淨化電源裝置的單相接地故障是否消失，如是，則使鐵路淨化電源裝置輸出電壓到額定值un後正常為線路供電，否則，將鐵路淨化電源裝置的模擬重合閘次數加1。

第二判斷單元1025：用於當將鐵路淨化電源裝置的模擬重合閘次數加1後，判斷鐵路淨化電源裝置的模擬重合閘次數是否小於n，如是，則繼續封鎖多電平級聯變換器的pwm脈衝，禁止輸出後進入第一延時重啟單元1023，否則，不再封鎖pwm脈衝，使鐵路淨化電源裝置按特性斜率控制輸出電壓到額定值un，其中，n為預先設定的鐵路淨化電源裝置的模擬重合閘次數上限值。

計時單元1026：用於對鐵路淨化電源裝置的單相接地故障時間進行計時。

第三判斷單元1027：用於判斷重啟次數等於n後鐵路淨化電源裝置是否運行2個小時，如是，則使鐵路淨化電源裝置停止輸出，母線連接斷路器跳閘，等待人工重啟，否則，使鐵路淨化電源裝置持續輸出，若遇人工停機則停止輸出。

進一步地，對鐵路淨化電源裝置的單相接地故障時間進行計時後，系統等待人工將鐵路淨化電源裝置停機，人工停機後，斷路器跳閘，根據線路保護的告警，線路維護人員到達接地故障現場進行處理，處理完成後再進行人工重啟pwm脈衝。

為保護鐵路淨化電源裝置的安全以及實現與線路保護的配合，假設鐵路淨化電源裝置的模擬重合閘次數設定為n，當線路發生兩相相間短路、兩相接地短路或三相短路時，大電流短路故障控制模塊103用於：當鐵路淨化電源裝置的負荷線路發生短路故障時，封鎖多電平級聯變換器三相的pwm脈衝，禁止輸出一段時間再重啟三相pwm脈衝，然後使鐵路淨化電源裝置按特性斜率控制輸出電壓，直到重啟次數大於設定值時停止輸出或者短路故障消失持續輸出。

具體地，所述大電流短路故障控制模塊103可包括：

第二檢測單元1031：用於檢測鐵路淨化電源裝置的輸出電流，判定鐵路淨化電源裝置負荷線路是否發生短路故障。

第二封鎖單元1032：用於當鐵路淨化電源裝置負荷線路發生短路故障時，封鎖多電平級聯變換器三相的pwm脈衝，禁止輸出。

第二延時重啟單元1033：用於延時δt2時間後，重啟三相pwm脈衝，然後使鐵路淨化電源裝置按特性斜率控制輸出電壓。

第四判斷單元1034：用於判斷鐵路淨化電源裝置負荷線路的短路故障是否消失，如是，則使鐵路淨化電源裝置輸出電壓到額定值un後正常為線路供電，否則，將鐵路淨化電源裝置的模擬重合閘次數加1。

第五判斷單元1035：用於當將鐵路淨化電源裝置的模擬重合閘次數加1後，判斷鐵路淨化電源裝置的模擬重合閘次數是否小於n,如是，則繼續封鎖多電平級聯變換器三相的pwm脈衝，禁止輸出後進入第二延時重啟單元1033，否則，使鐵路淨化電源裝置封鎖pwm脈衝，母線連接斷路器跳閘，其中，n為預先設定的鐵路淨化電源裝置的模擬重合閘次數上限值。

第六判斷單元1036：用於判斷鐵路淨化電源裝置是否被人工重啟pwm脈衝，如是，則使鐵路淨化電源裝置按特性斜率控制輸出電壓，直至達到額定值un後正常運行，否則，一直等待人工重啟。

定義淨化電源裝置帶負荷拉閘、線路繼電保護誤跳閘、線路繼電保護誤重合閘等非淨化電源裝置控制的母線連接斷路器分閘情況為硬關斷狀態。因此，硬關斷防衝擊控制模塊104用於：當母線連接斷路器的狀態為硬關斷狀態時，封鎖三相pwm脈衝，禁止輸出，直到母線連接斷路器閉合，使鐵路淨化電源裝置按特性斜率控制輸出電壓。

具體地，所述硬關斷防衝擊控制模塊104可包括：

第三檢測單元(1041)：用於檢測母線連接斷路器的狀態，判定所有非鐵路淨化電源裝置本身控制的母線連接斷路器跳閘均為硬關斷狀態；

第三封鎖單元1042：用於當母線連接斷路器的狀態為硬關斷狀態時，封鎖三相pwm脈衝，禁止輸出；

第七判斷單元1043：用於判斷鐵路淨化電源裝置是否被人工重啟，如是，則給母線連接斷路器發送閉合信號，否則，一直等待人工重啟；

第八判斷單元1044：用於判斷母線連接斷路器是否閉合，如是，則使鐵路淨化電源裝置按特性斜率控制輸出電壓直至達到額定值un，否則，一直等待母線連接斷路器閉合。

由於本實施例利用電力電子器件將接觸網27.5kv電壓隔離變換為穩定的適用於站內、電力貫通線、自閉線等高壓電力線路使用的10kv或35kv電壓，通過特性斜率控制、單相接地故障控制、大電流短路故障控制、硬關斷防衝擊控制實現與繼電保護的協調配合為電力線路提供完整、可靠的配置方法，解決了鐵路淨化電源裝置在實際投運過程中與繼電保護配合問題。本實施例從控制實現的難易程度、邏輯動作方式的合理性等方面具有明顯的優勢。

圖3為本發明實施例一提供的一種鐵路淨化電源裝置的協同控制系統中鐵路淨化電源裝置的功率單元的結構示意圖，具體地，所述功率單元8主要由單相不控h橋81、多組並聯型儲能平波電容82、單相全控h橋83組成。

相應地，一種鐵路淨化電源裝置的協同控制方法，所述鐵路淨化電源裝置包括：輸出平波電抗器1、電壓支撐及濾波電容2、交流接觸器3、放電迴路4、輸出隔離變壓器5、母線連接斷路器6、27.5kv降壓型的多抽頭整流變壓器7和主要由功率單元8組成的多電平級聯變換器，所述的協同控制方法包括：

特性斜率控制方法：當鐵路淨化電源裝置啟動或輸出重啟後，使鐵路淨化電源裝置的輸出電壓按照斜率ku，從初始值uo漸變上升到達額定值un。

單相接地故障控制方法：當鐵路淨化電源裝置的負荷線路發生單相接地故障時，封鎖多電平級聯變換器的pwm脈衝，禁止輸出一段時間再重啟pwm脈衝，然後使鐵路淨化電源裝置按特性斜率控制輸出電壓，直到重啟次數等於設定值後非人工停機狀態下再輸出運行2小時為止或者單相接地故障消失繼續持續輸出；

大電流短路故障控制方法：用於當鐵路淨化電源裝置的負荷線路發生短路故障時，封鎖多電平級聯變換器三相的pwm脈衝，禁止輸出一段時間再重啟三相pwm脈衝，然後使鐵路淨化電源裝置按特性斜率控制輸出電壓，直到重啟次數大於設定值時停止輸出或者短路故障消失持續輸出；

硬關斷防衝擊控制方法：當母線連接斷路器的狀態為硬關斷狀態時，封鎖三相pwm脈衝，禁止輸出，直到母線連接斷路器閉合，使鐵路淨化電源裝置按特性斜率控制輸出電壓。

圖4為本發明實施例一提供的一種鐵路淨化電源裝置的協同控制方法中特性斜率控制方法的流程示意圖，圖5為本發明實施例一提供的一種鐵路淨化電源裝置的協同控制方法中特性斜率控制方法的原理圖，如圖4、圖5所示，所述當鐵路淨化電源裝置啟動或輸出重啟後，使鐵路淨化電源裝置的輸出電壓按照斜率ku，從初始值uo漸變上升到達額定值un，具體包括以下步驟：

s101、當鐵路淨化電源裝置啟動或輸出重啟前，設定ku、ko的值，其中，當鐵路淨化電源裝置的輸出電壓低於koun時認定發生低電壓告警。

s102、計算公式使tn＜tl，若tn＞tl，則返回步驟s101重新設定ku的值，其中，uo＜0.1un，tn為鐵路淨化電源裝置的輸出電壓從初始值uo輸出到koun的時間，tl為鐵路淨化電源裝置中線路低電壓保護的動作時限，ku為鐵路淨化電源裝置實際輸出電壓的斜率，其取值範圍大於0。

s103、使鐵路淨化電源裝置的輸出電壓按照斜率ku，從初始值uo漸變上升到達額定值un。

圖6為本發明實施例一提供的一種鐵路淨化電源裝置的協同控制方法中單相接地故障控制方法的流程示意圖，如圖6所示，所述當鐵路淨化電源裝置負荷側發生單相接地故障時，封鎖多電平級聯變換器的pwm脈衝，禁止輸出一段時間再重啟pwm脈衝，然後使鐵路淨化電源裝置按特性斜率控制輸出電壓，直到重啟次數等於設定值後非人工停機狀態下再輸出運行2小時為止或者單相接地故障消失繼續持續輸出，具體包括以下步驟：

s201、檢測鐵路淨化電源裝置負荷線路是否發生單相接地故障。

s202、當鐵路淨化電源裝置負荷線路發生單相接地故障時，封鎖多電平級聯變換器的pwm脈衝，禁止輸出。

s203、延時δt1時間後，重啟pwm脈衝。

s204、使鐵路淨化電源裝置按特性斜率控制輸出電壓。

s205、判斷鐵路淨化電源裝置負荷線路的單相接地故障是否消失，如是，則使鐵路淨化電源裝置輸出電壓到額定值un後正常為線路供電，否則，執行步驟s207。

s206、使鐵路淨化電源裝置輸出電壓到額定值un。

s207、將鐵路淨化電源裝置的模擬重合閘次數加1。

s208、判斷鐵路淨化電源裝置的模擬重合閘次數是否小於n,如是，則返回步驟s202，否則，執行步驟s209，其中，n為預先設定的鐵路淨化電源裝置的模擬重合閘次數上限值。

s209、不再封鎖pwm脈衝，使鐵路淨化電源裝置輸出電壓到額定值un。

s210、對鐵路淨化電源裝置的單相接地故障時間進行計時。

s211、判斷鐵路淨化電源裝置在重啟次數n下是否運行滿2個小時，如是，則停止運行，執行步驟s212，否則持續運行,如遇人工停機則人工停止。

s212、使鐵路淨化電源裝置自身封鎖pwm脈衝，不再執行輸出，母線連接斷路器跳閘。

圖7為本發明實施例一提供的一種鐵路淨化電源裝置的協同控制方法中大電流短路故障控制方法的流程示意圖，如圖7所示，所述當鐵路淨化電源裝置的負荷線路發生短路故障時，封鎖多電平級聯變換器三相的pwm脈衝，禁止輸出一段時間再重啟三相pwm脈衝，然後使鐵路淨化電源裝置按特性斜率控制輸出電壓，直到重啟次數大於設定值時停止輸出或者短路故障消失持續輸出，具體包括以下步驟：

s301、檢測鐵路淨化電源裝置的輸出電流，判定鐵路淨化電源裝置的負荷線路是否發生短路故障。

s302、當鐵路淨化電源裝置的負荷線路發生短路故障時，封鎖多電平級聯變換器三相的pwm脈衝，禁止輸出。

s303、延時δt2時間後，重啟三相pwm脈衝。

s304、使鐵路淨化電源裝置按特性斜率控制輸出電壓。

s305、判斷鐵路淨化電源裝置負荷線路的短路故障是否消失，如是，則使鐵路淨化電源裝置輸出電壓到額定值un後正常為線路供電，否則，執行步驟s307。

s306、使鐵路淨化電源裝置輸出電壓到額定值un。

s307、將鐵路淨化電源裝置的模擬重合閘次數加1。

s308、判斷鐵路淨化電源裝置的模擬重合閘次數是否小於n,如是，則返回步驟s302，否則，執行步驟s309。

s309、使鐵路淨化電源裝置封鎖pwm脈衝，母線連接斷路器跳閘，其中，n為預先設定的鐵路淨化電源裝置的模擬重合閘次數上限值。

s310、判斷鐵路淨化電源裝置是否被人工重啟pwm脈衝，如是，則使鐵路淨化電源裝置輸出電壓到額定值un後正常運行，否則，一直等待人工重啟。

圖8為本發明實施例一提供的一種鐵路淨化電源裝置的協同控制方法中硬關斷防衝擊控制方法的流程示意圖，如圖8所示，所述當母線連接斷路器的狀態為硬關斷狀態時，封鎖三相pwm脈衝，禁止輸出，直到母線連接斷路器閉合，使鐵路淨化電源裝置按特性斜率控制輸出電壓，具體包括以下步驟：

s401、檢測母線連接斷路器的狀態，判定所有非鐵路淨化電源裝置本身控制的母線連接斷路器跳閘均為硬關斷狀態。

s402、當母線連接斷路器的狀態為硬關斷狀態時，封鎖三相pwm脈衝，禁止輸出。

s403、判斷鐵路淨化電源裝置是否被人工重啟，如是，則執行步驟s404，否則，一直等待人工重啟。

s404、給母線連接斷路器發送閉合信號。

s405、判斷母線連接斷路器是否閉合，如是，則執行步驟s406，否則，一直等待母線連接斷路器閉合。

s406、使鐵路淨化電源裝置按特性斜率控制輸出電壓直至達到額定值un。

本發明一種鐵路淨化電源裝置的協同控制系統及方法，具有控制難度低，技術方案易於實現的優點。將本發明應用到電氣化鐵道電力供應系統中，可使鐵路淨化電源裝置與線路繼電保護協同配合，但不限定繼電保護的使用。由於igbt的動作速度遠遠快於傳統斷路器的開關速度，因此在線路故障情況下鐵路淨化電源裝置封鎖pwm關斷igbt會先於傳統繼電保護器動作，即使鐵路淨化電源裝置與線路保護同時檢測到故障、同時發出指令，鐵路淨化電源裝置也會先於斷路器完成關斷。通過本發明的成功應用，可以使鐵路淨化電源裝置實現與繼電保護相協同控制，特別是雙電源互為主備為線路供電時，保證鐵路淨化電源裝置投入後不影響現有繼電保護的使用。

最後應說明的是：以上各實施例僅用以說明本發明的技術方案，而非對其限制；儘管參照前述各實施例對本發明進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解：其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分或者全部技術特徵進行等同替換；而這些修改或者替換，並不使相應技術方案的本質脫離本發明各實施例技術方案的範圍。