一種電動車組自動過分相控制系統(tǒng)及控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明主要涉及到軌道交通的控制領(lǐng)域，特指一種適用于電動車組自動過分相控制系統(tǒng)及控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]電氣化鐵路為盡可能平衡供電系統(tǒng)中的三相負(fù)載，接觸網(wǎng)一般采用分段換相供電設(shè)計方式。為防止相間短路，在不同相供電臂之間的連接處使用了絕緣裝置進(jìn)行分割，從而在不同相供電臂之間形成無電的絕緣分相區(qū)(以下簡稱“分相區(qū)”)，且每隔一段距離線路就存在一個分相區(qū)。由于分相區(qū)的存在，電動車組運(yùn)行過程中將頻繁通過分相區(qū)，在此過程中，若電動車組控制不當(dāng)，會導(dǎo)致列車帶載入分相區(qū)，易引發(fā)列車牽引變流器、牽引變壓器、受電弓和線路接觸網(wǎng)燒損等事故，嚴(yán)重危害線路安全、影響列車的正常運(yùn)行。
[0003]目前，國內(nèi)外廣泛使用的列車自動過分相的控制方案可分為以下5種:
[0004]1、司機(jī)手動操作方案。
[0005]電氣化鐵道線路建設(shè)時，各分相區(qū)之前，都設(shè)置有提醒即將進(jìn)入分相區(qū)的“斷”指示牌，用于提醒司機(jī)手動操作斷列車主斷路器過分相，列車惰行通過分相區(qū)后，線路有“合”指示牌，提醒司機(jī)手動操作閉合列車主斷路器使?fàn)恳兞髌髦匦峦度牍ぷ?，使列車恢?fù)正常運(yùn)行。
[0006]2、地面自動開關(guān)自動切換方案。
[0007]此方案主要為日本新干線所采用，另外，西安鐵路局汪亞平于2011年1月在〈〈中國鐵道 >> 發(fā)表“我國自主研發(fā)的地面控制自動過分相技術(shù)創(chuàng)新” 一文，也提出了一套我國自主研發(fā)的地面自動開關(guān)自動切換過分相系統(tǒng)解決方案。
[0008]該方案的主要原理是:在接觸網(wǎng)分相區(qū)設(shè)置一套中性區(qū)間段，兩端分別有兩個絕緣器與兩相接觸網(wǎng)絕緣，并采用錨段關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)，以保證受電弓滑過時能連續(xù)受流。地面自動開關(guān)切換設(shè)備有2臺真空斷路器S1、S2分別跨接在接觸網(wǎng)兩相上，并能夠通過它們向中性區(qū)間段供電。當(dāng)有列車通過時，地面自動開關(guān)切換設(shè)備通過列車位置傳感器檢測列車位置，通過控制S1和S2開關(guān)的通斷，實現(xiàn)中性區(qū)間段的換相供電，使列車能夠在幾乎不失電的情況通過分相區(qū)。
[0009]3、柱上開關(guān)自動斷電方案。
[0010]此方案主要在瑞士等國家采用。該方案的基本原理是:由兩個真空磁控線包、兩個真空斷路器、兩個過壓吸收器及相應(yīng)的接觸網(wǎng)分段組成柱上開關(guān)自動斷電設(shè)備，設(shè)備對稱分布在分相區(qū)兩側(cè)，布置在支柱上的開關(guān)自動斷電設(shè)備在列車通過磁控線包段時使兩個真空磁控線包分別受流，讓兩個真空斷路器產(chǎn)生分閘和真空滅弧動作，切斷列車供電，使列車惰行通過分相區(qū)。
[0011]4、列車自動控制斷電方案。
[0012]該方案充分利用了電氣化線路在進(jìn)出分相區(qū)處地面安裝有磁鋼的特點(diǎn)，在列車上安裝有過分相車載檢測裝置，當(dāng)列車到達(dá)分相區(qū)磁鋼處時，車載檢測裝置接收地面磁鋼信息并送入列車牽引控制系統(tǒng)，牽引控制系統(tǒng)延時斷開列車主斷路器，使列車惰行進(jìn)入分相區(qū)，當(dāng)過分相車載檢測裝置再次檢測到地面磁鋼信息，則表示列車已通過分相區(qū)，列車牽引控制系統(tǒng)將再次閉合主斷路器使?fàn)恳兞髌髦匦峦度牍ぷ?，使列車恢?fù)正常運(yùn)行。
[0013]5、牽引變流器中間直流回路不斷電方案。
[0014]中國專利號CN 102431469 B公開了“一種動車組輔助回路過分相不間斷供電裝置”的發(fā)明專利。該專利中的不間斷供電裝置包括受電弓、主斷路器、變壓器、牽引電機(jī)、四象限整流器、靜態(tài)逆變器、輔助變流器。在過分相時，動車組的輔助負(fù)載從中間直流回路環(huán)節(jié)取電，輔助變流器進(jìn)行逆變，保證了動車組的輔助負(fù)載在過分相時不斷電。該專利雖可保證動車組的輔助負(fù)載在過分相時不斷電，但對于具體的控制設(shè)備和控制方法沒有涉及，也未提及過分相完成后不間斷供電裝置的后續(xù)處理方案。
[0015]綜上所述，上述現(xiàn)有電動車組列車過分相控制方案存在的不足有:
[0016](1)在我國電氣化鐵路每隔20?25km就有一段長約30m的無電區(qū)，電動車組高速運(yùn)行時，全程將頻繁通過多個分相區(qū)，由于司機(jī)在列車運(yùn)行時還需進(jìn)行各種必要操作并瞭望各種信號，頻繁的手動操作過分相將導(dǎo)致司機(jī)勞動強(qiáng)度增加，其它操作注意力分散，易導(dǎo)致過分相操作失誤，影響列車的正常運(yùn)行。
[0017](2)地面自動開關(guān)自動切換和柱上開關(guān)自動斷電方案都存在建造和運(yùn)營維護(hù)成本費(fèi)用巨大，列車通過時牽引變流器和變壓器被大電流沖擊的風(fēng)險。
[0018](3)列車自動控制斷電方案在過分相時，因為主斷路器斷開，會導(dǎo)致列車輔助逆變器停機(jī)，造成列車輔助負(fù)載如空調(diào)、車內(nèi)照明系統(tǒng)暫時性停止運(yùn)行。因列車運(yùn)行全程將頻繁通過多個分相區(qū)，這將對乘客乘車舒適性及輔助負(fù)載設(shè)備壽命造成不良影響，輔助負(fù)載頻繁的啟停，也將嚴(yán)重影響這些負(fù)載的使用壽命。
[0019](4)現(xiàn)雖有輔助回路過分相不間斷供電裝置，但輔助回路不斷電過分相完成后如何使列車恢復(fù)正常運(yùn)行工況還沒有提出合理解決方案，且具體的輔助回路不斷電過分相控制過程也不明確。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0020]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題就在于:針對現(xiàn)有技術(shù)存在的技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種集成度高、自動化程度高、可有效緩解自動過分相過程對列車的沖擊、提高列車舒適性的電動車組自動過分相控制系統(tǒng)及控制方法。
[0021]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:
[0022]一種電動車組自動過分相控制系統(tǒng)，包括牽引變流器和傳動控制單元，所述傳動控制單裝載于牽引變流器中并用來控制牽引變流器；所述牽引變流器包括接觸器控制電路、整流模塊、濾波中間直流電路、輔變模塊和逆變模塊；所述濾波中間直流電路與所述接觸器控制電路相連以在傳動控制單元的控制下完成充電；在所述傳動控制單元的控制下所述整流模塊用來將單相工頻電網(wǎng)電壓整流為牽引變流器正常工作所需額定中間直流電壓；所述逆變模塊和輔變模塊分別與所述濾波中間直流電路相連并取電，所述逆變模塊將中間直流電逆變?yōu)槿嚯妷嚎刂齐姍C(jī)，所述輔變模塊將中間直流電逆變?yōu)槿嚯妷汗┹o變負(fù)載正常工作使用。
[0023]作為本發(fā)明控制系統(tǒng)的進(jìn)一步改進(jìn):所述傳動控制單元DCU包括模擬電路處理單元、逆變控制單元、整流控制單元、輔變控制單元、速度信號處理單元、脈沖信號處理單元、數(shù)字量輸入/出控制單元、嵌入式處理單元及并行數(shù)據(jù)總線；所述模擬電路處理單元用來將電機(jī)速度傳感器輸出的速度信號轉(zhuǎn)化為速度信號處理單元能接收的電平信號，并將牽引變流器的電壓傳感器輸入的中間直流電壓信號轉(zhuǎn)化為逆變控制單元、整流控制單元、輔變控制單元能接收的信號；所述逆變控制單元將處理后的速度信號、處理后的中間直流電壓信號通過并行數(shù)據(jù)總線傳送給嵌入式處理單元；嵌入式處理單元通過綜合判斷將過分相發(fā)電信號、逆變模塊啟停指令、整流模塊啟停指令、輔變模塊啟停指令通過并行數(shù)據(jù)總線發(fā)送給逆變控制單元、整流控制單元、輔變控制單元供其輸出控制脈沖信號到脈沖信號處理單元，以分別控制逆變模塊、整流模塊、輔變模塊使用，并將接觸器控制信號發(fā)送給數(shù)字量輸入/出控制單元供其輸出控制接觸器控制電路使用。
[0024]作為本發(fā)明控制系統(tǒng)的進(jìn)一步改進(jìn):所述傳動控制單元與列車網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)通過通信總線進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，所述列車網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)通過列車線接收到過分相