應(yīng)用于列車的過壓斬波能耗均衡控制系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及軌道交通電氣控制領(lǐng)域，尤其是涉及一種應(yīng)用于地鐵列車、城軌列車、輕軌列車等軌道交通車輛VVVF (Variable Voltage and Variable Frequency，變頻調(diào)速系統(tǒng)的簡稱)的過壓斬波能耗均衡控制系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]地鐵列車具有載客量大、行駛速度快、舒適性高等優(yōu)點(diǎn)，是解決城市交通問題的重要手段之一。地鐵列車由多節(jié)車輛編組而成，一般為6節(jié)編組，4節(jié)動車、2節(jié)拖車結(jié)構(gòu)，每節(jié)動車均有獨(dú)立的變頻調(diào)速系統(tǒng)(以下簡稱VVVF)。地鐵列車在制動過程中優(yōu)先采用電制動方式，只有當(dāng)電制動力不足或制動停站階段才采用空氣制動方式。列車電制動過程中VVVF通過再生制動方式將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能供線路電網(wǎng)吸收，若線路電網(wǎng)不能再吸收再生制動產(chǎn)生的電能時(shí)，制動能量將使VVVF主電路的中間電壓升高。為消耗此部分電能并保護(hù)VVVF內(nèi)的IGBT (即絕緣柵雙極晶體管)元件，VVVF采用電阻制動方式，通過開通斬波管元件，將制動電阻接入VVVF主電路，達(dá)到消耗過量電能和保護(hù)VVVF中IGBT元件的目的。但由于每節(jié)動車VVVF內(nèi)中間電壓傳感器個(gè)體的檢測能力和VVVF控制部件傳動控制單元(以下簡稱DCU)采樣的差異性，實(shí)際相同中間電壓情況下采樣可能存在不同。這就造成在列車電制動過程中，中間電壓采樣值最高的動車在再生制動工況轉(zhuǎn)換為電阻制動工況過程中最先開啟斬波管元件，實(shí)行電阻制動，而其它三節(jié)動車仍工作于再生制動工況，從而導(dǎo)致一節(jié)動車的斬波管元件和制動電阻需要消耗四節(jié)動車電制動能量的情況。若在電阻制動工況下，動車因制動電阻進(jìn)入超溫保護(hù)，而使該節(jié)動車過壓斬波不能進(jìn)行，此節(jié)動車VVVF主電路的中間電壓將急劇抬升，造成中間電壓過壓保護(hù)而分?jǐn)嘣摴?jié)動車VVVF的高速斷路器(以下簡稱HSCB)。此時(shí)，空氣制動若不能及時(shí)補(bǔ)充，將導(dǎo)致列車進(jìn)站停車時(shí)沖標(biāo)，影響乘客上下車，使列車運(yùn)行發(fā)生晚點(diǎn)，對地鐵正線運(yùn)營造成極大的影響。更為嚴(yán)重時(shí)，甚至?xí)斐芍虚g電壓采樣值最高的動車的制動電阻和斬波管元件燒損。
[0003]同時(shí)，由于城市軌道交通系統(tǒng)站與站之間的間距短，列車在正線運(yùn)營過程中需要頻繁牽引啟動加速與制動減速停站，當(dāng)運(yùn)行過程中出現(xiàn)較多地鐵列車處于電制動工況，而向線路電網(wǎng)反饋能量時(shí)，處于牽引或惰行工況的地鐵列車VVVF主電路的中間電壓基本等于線路電網(wǎng)電壓，其值也會隨之抬升，因此也會面臨因過壓斬波能耗不均衡所引發(fā)的問題。
[0004]在地下鐵道電動客車斬波試驗(yàn)運(yùn)用領(lǐng)域的現(xiàn)有技術(shù)中，主要有以下三篇文獻(xiàn)與本發(fā)明申請相關(guān):
[0005]現(xiàn)有技術(shù)I為鐵道部長春客車工廠于1990年09月03日申請，并于1992年03月18日公開，公開號為CN1059602A的中國發(fā)明專利申請《地鐵斬波試驗(yàn)臺》。該發(fā)明專利申請?zhí)峁┝擞呻娏﹄娮又鳈C(jī)系統(tǒng)，32位專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，專用大規(guī)模模擬測試接口系統(tǒng)構(gòu)成的地鐵斬波系統(tǒng)試驗(yàn)臺，可全面精確地對斬波調(diào)壓地下鐵道電動客車直流串激電動機(jī)電力牽引再生制動大功率逆導(dǎo)通晶閘管斬波電力電子系統(tǒng)進(jìn)行直接測試和模擬測試的斬波系統(tǒng)試驗(yàn)臺。該發(fā)明可進(jìn)行斬波器電壓測試，斬波器頻率測試，斬波器導(dǎo)通比測試，牽引電流特性測試，再生制動電流時(shí)間常數(shù)測試，再生制動放大器特性測定等測試項(xiàng)目，具備自動波形參數(shù)測量結(jié)果分析，并顯示打印測試結(jié)果的功能。但是，現(xiàn)有斬波試驗(yàn)?zāi)M方案只能進(jìn)行單臺動車的斬波模擬試驗(yàn)，而現(xiàn)場地鐵列車實(shí)際運(yùn)用情況復(fù)雜，僅依靠斬波模擬試驗(yàn)裝置對整列車現(xiàn)場實(shí)際運(yùn)用過程中出現(xiàn)的電制動工況過壓斬波能耗不均衡無法做出模擬測試，因此現(xiàn)有試驗(yàn)裝置無法解決過壓斬波能耗不均衡的問題。
[0006]現(xiàn)有技術(shù)2為廣州地鐵運(yùn)營公司樊嘉峰、陳軍華于2000年11月10日發(fā)表在《機(jī)車電傳動》2000年第6期39?40頁上的論文《地鐵動車組再生與電阻制動時(shí)能耗均衡的實(shí)現(xiàn)》。該論文針對列車電制動過程中線路電網(wǎng)電壓傳感器測量差異帶來的地鐵車輛各動車電阻制動時(shí)能耗不均衡的問題，提出了通過檢測線路電網(wǎng)電流方向來判斷各節(jié)動車電阻制動時(shí)是否消耗自身VVVF電制動所產(chǎn)生的能量的方法，而各節(jié)動車通過對線路電網(wǎng)電流的方向的判斷及電流值來進(jìn)行PI調(diào)節(jié)，動態(tài)地提升或降低各節(jié)動車的斬波起始門濫，來達(dá)到整列車再生與電阻制動時(shí)能耗均衡的目的。但是該論文中的技術(shù)方案僅針對列車電制動工況，未考慮列車的牽引和惰行工況也可能出現(xiàn)的過壓斬波工況，方案處理僅通過檢測每節(jié)動車線路電網(wǎng)電壓和線路電流，對線路電流的正負(fù)進(jìn)行判讀，用PI調(diào)節(jié)方式調(diào)節(jié)過壓斬波門檻的方式使每節(jié)動車過壓斬波時(shí)能耗均衡。而且現(xiàn)有方案為每節(jié)動車自行調(diào)節(jié)，各動車之間無法知道其他動車運(yùn)行期間電阻制動的能耗情況，因此其對整車級的列車電氣系統(tǒng)過壓斬波能耗均衡控制較難實(shí)現(xiàn)。
[0007]現(xiàn)有技術(shù)3為陳新濺、陳中杰等人于2013年01月10日發(fā)表在《機(jī)車電傳動》2013年第I期73?77頁上的論文《儲能式電力牽引輕軌車電氣牽引系統(tǒng)研制》。該論文詳細(xì)介紹了裝載有電容儲能式再生電能吸收裝置列車的設(shè)計(jì)方法及技術(shù)參數(shù)。具有超級儲能電容裝置的輕軌列車電制動過程中絕大部分電能均被超級電容所吸收，VVVF主電路中間電壓波動較小。因此，在列車電制動過程中大部分工況為再生制動，幾乎不存在電阻制動工況，列車較難出現(xiàn)過壓斬波能耗不均衡問題。但是，該論文中的技術(shù)方案采用超級電容儲能式吸收裝置雖能較好地將再生制動能量吸收，使列車電制動時(shí)較少進(jìn)入電阻制動工況。但超級電容儲能式吸收裝置的放電電流及能量密度均較小，列車停止運(yùn)行時(shí)能量較難釋放，易在檢修時(shí)造成檢修人員觸電的安全事故。超級電容儲能式吸收裝置一般質(zhì)量較重且體積較大，儲能裝置的設(shè)置會不可避免地占用地鐵列車本已有限的空間，增加列車的載荷，造成地鐵列車載客量的減少和牽引能耗的增加。相對于成熟運(yùn)用的制動電阻耗能型能量消耗裝置，超級電容儲能式吸收裝置造價(jià)昂貴，地鐵列車采用易導(dǎo)致成本過高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種應(yīng)用于列車的過壓斬波能耗均衡控制系統(tǒng)，能夠有效地解決列車電氣系統(tǒng)過壓斬波能耗均衡控制的技術(shù)問題。
[0009]為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明具體提供了一種應(yīng)用于列車的過壓斬波能耗均衡控制系統(tǒng)的技術(shù)實(shí)現(xiàn)方案，所述過壓斬波能耗均衡控制系統(tǒng)，包括:
[0010]兩個(gè)以上設(shè)置在動車上的傳動控制單元，所述傳動控制單元獲取本節(jié)動車，以及其它各節(jié)動車的運(yùn)行數(shù)據(jù)，動態(tài)調(diào)節(jié)本節(jié)動車的再生制動和電阻制動工況。所述傳動控制單元根據(jù)各節(jié)動車運(yùn)行過程中過壓斬波能耗的情況調(diào)整過壓斬波開通/關(guān)斷門檻，實(shí)現(xiàn)過壓斬波能耗均衡控制。
[0011]優(yōu)選的，所述傳動控制單元通過分別累計(jì)各節(jié)動車的斬波管元件開通時(shí)間計(jì)算各節(jié)動車運(yùn)行過程中過壓斬波能耗的情況。
[0012]本發(fā)明還具體提供了另一種應(yīng)用于列車的過壓斬波能耗均衡控制系統(tǒng)的技術(shù)實(shí)現(xiàn)方案，所述過壓斬波能耗均衡控制系統(tǒng)，包括:
[0013]兩個(gè)以上設(shè)置在動車上的傳動控制單元，所述傳動控制單元獲取本節(jié)動車，以及其它各節(jié)動車的運(yùn)行數(shù)據(jù)，動態(tài)調(diào)節(jié)本節(jié)動車的再生制動和電阻制動工況。所述傳動控制單元根據(jù)中間直流電流調(diào)整過壓斬波開通/關(guān)斷門檻。
[0014]本發(fā)明還具體提供了第三種應(yīng)用于列車的過壓斬波能耗均衡控制系統(tǒng)的技術(shù)實(shí)現(xiàn)方案，所述過壓斬波能耗均衡控制系統(tǒng)，包括:
[0015]兩個(gè)以上設(shè)置在動車上的傳動控制單元，所述傳動控制單元獲取本節(jié)動車，以及其它各節(jié)動車的運(yùn)行數(shù)據(jù)，動態(tài)調(diào)節(jié)本節(jié)動車的再生制動和電阻制動工況。所述傳動控制單元根據(jù)各節(jié)動車運(yùn)行過程中過壓斬波能耗的情況，以及中間直流電流調(diào)整過壓斬波開通/關(guān)斷門檻。
[0016]優(yōu)選的，所述傳動控制單元通過分別累計(jì)各節(jié)動車的斬波管元件開通時(shí)間計(jì)算各節(jié)動車運(yùn)行過程中過壓斬波能耗的情況。
[0017]本發(fā)明還具體提供了第四種應(yīng)用于列車的過壓斬波能耗均衡控制系統(tǒng)的技術(shù)實(shí)現(xiàn)方案，所述過壓斬波能耗均衡控制系統(tǒng)，包括:
[0018]列車網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)和傳動控制單元，所述列車網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)通過所述傳動控制單元獲取每節(jié)動車的運(yùn)行數(shù)據(jù)，動態(tài)調(diào)節(jié)各節(jié)動車的再生制動和電阻制動工況。所述列車網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)根據(jù)各節(jié)動車運(yùn)行過程中過壓斬波能耗的情況發(fā)出過壓斬波門檻抬高標(biāo)志，所述傳動控制單元根據(jù)過壓斬波門檻抬高標(biāo)志調(diào)整過壓斬波開通/關(guān)斷門檻，實(shí)現(xiàn)過壓斬波能耗均衡控制。
[0019]優(yōu)選的，所述列車網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)通過分別累計(jì)各節(jié)動車的斬波管元件開通時(shí)間發(fā)出所述過壓斬波門檻抬高標(biāo)志。
[0020]本發(fā)明還具體提供了第五種應(yīng)用于列車的過壓斬波能耗均衡控制系統(tǒng)的技術(shù)實(shí)現(xiàn)方案，所述過壓斬波能耗均衡控制系統(tǒng)，包括:
[0021]列車網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)和傳動控制單元，所述列車網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)通過所述傳動控制單元獲取每節(jié)動車的運(yùn)行數(shù)據(jù)，動態(tài)調(diào)節(jié)各節(jié)動車的再生制動和電阻制動工況。所述傳動控制單元根據(jù)中間直流電流調(diào)整過壓斬波開通/關(guān)斷門檻，實(shí)現(xiàn)過壓斬波能耗均衡控制。
[0022]本發(fā)明還具體提供了第六種應(yīng)用于列車的過壓斬波能耗均衡控制系統(tǒng)的技術(shù)實(shí)現(xiàn)方案，所述過壓斬波能耗均衡控制系統(tǒng)，包括:
[0023]列車網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)和傳動控制單元，所述列車網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)通過所述傳動控制單元獲取每節(jié)動車的運(yùn)行數(shù)據(jù)，動態(tài)調(diào)節(jié)各節(jié)動車的再生制動和電阻制動工況。所述列車網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)根據(jù)各節(jié)動車運(yùn)行過程中過壓斬波能耗的情況發(fā)出過壓斬波門檻抬高標(biāo)志，所述傳動控制單元根據(jù)過壓斬波門檻抬高標(biāo)志，以及中間直流電流調(diào)整過壓斬波開通/關(guān)斷門檻，實(shí)現(xiàn)過壓斬波能耗均衡控制。
[0024]優(yōu)選的，所述列車網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)通過分別累計(jì)各節(jié)動車的斬波管元件開通時(shí)間發(fā)出所述過壓斬波門檻抬高標(biāo)志。
[0025]優(yōu)選的，當(dāng)所述過壓斬波能耗均衡控制系統(tǒng)包括列車網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)和傳動控制單元時(shí)，所述列車網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)從所述列車中各動車的傳動控制單元分別獲取斬波管元件的開通時(shí)間，并分兩類情況向斬波管元件開通時(shí)間最多的動車發(fā)出過壓斬波門檻抬高標(biāo)志；
[0026]當(dāng)所述過壓斬波能耗均衡控制系統(tǒng)包括兩個(gè)以上設(shè)置在動車上的傳動控制單元時(shí)，所述傳動控制單元從本節(jié)動車，以及其它各節(jié)動車分別獲取斬波管元件的開通時(shí)間，并分兩類情況調(diào)整過壓斬波開通/關(guān)斷門檻；
[0027]第一類情況為:判斷列車完成一次啟動出站到進(jìn)站停車過程，讀取此段站與站之間各節(jié)動車的斬波管元件開通時(shí)間，并與前一次站與站之間的斬波管元件開通時(shí)間相加，得到三站之間各節(jié)動車的斬波管元件開通時(shí)間；
[0028]第二類情況為:分別累計(jì)列車運(yùn)行過程中各節(jié)動車的斬波管元件開通總時(shí)間。
[0029]優(yōu)選的，所述列車網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)或所述傳動控制單元先按照第二類情況的累計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行判斷:
[0030]所述列車在運(yùn)行過程中斬波管元件開通總時(shí)間最長的動車開通時(shí)間為T，斬波管元件開通總時(shí)間最短的動車開通時(shí)間為t，若T/t彡K，KK < 1.2，K e R，則認(rèn)為開通總時(shí)間為T的動車在電制動過程中斬波能耗最大，與該斬波管元件相連的制動電阻負(fù)擔(dān)最重。所述列車網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)向斬波管元件開通總時(shí)間最長的動車的傳動控制單元發(fā)出過壓斬波門檻抬高標(biāo)志，或所述傳動控制單元中斬波管元件開通總時(shí)間最長的動車的傳動控制單元抬高過壓斬波開通/關(guān)斷門檻。
[0031]優(yōu)選的，若T/t〈K，KK彡1.2,K e R，則所述列車網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)或所述傳動控制單元按照第一類情況的累計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行判斷:
[0032]所述列車運(yùn)行過程中最近三站之間斬波管元件開通時(shí)間最長的動車開通時(shí)間為Tl，斬波管元件開通時(shí)間最短的動車開通時(shí)間為tl，若Tl-tl彡M，10〈M彡30，M e Z，則認(rèn)為開通時(shí)間為Tl的動車在電制動過程中斬波能耗最大，與該斬波管元件相連的制動電阻負(fù)擔(dān)最重。所述列車網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)向斬波管元件開通總時(shí)間最長的動車的傳動控制單元發(fā)送過壓斬波門檻抬高