一種基于級(jí)聯(lián)多電平地面過電分相系統(tǒng)功率控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及交直交電力機(jī)車(動(dòng)車組)、交直電力機(jī)車地面過電分相裝置制造領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]電力機(jī)車(動(dòng)車組)過電分相的方法有多種，早期列車速度較慢，通常采用手動(dòng)過電分相，在分相區(qū)設(shè)有分相標(biāo)志指揮司機(jī)過電分相操作。到中性段前，司機(jī)先將牽引級(jí)位降到0，斷開輔助系統(tǒng)，再將牽引變壓器原邊主斷路器斷開，使機(jī)車不帶電通過中性段。機(jī)車進(jìn)入下一相供電臂的供電區(qū)后，司機(jī)合上主斷路、并啟動(dòng)輔助系統(tǒng)、逐步恢復(fù)牽引級(jí)位。手動(dòng)過電分相司機(jī)勞動(dòng)強(qiáng)度大，在過分相時(shí)必須由司機(jī)斷電，如果沒斷電過電分相，會(huì)在進(jìn)入中性段時(shí)牽引網(wǎng)與受電弓產(chǎn)生過電壓拉弧，燒壞牽引網(wǎng)和受電弓，甚至兩相短路等嚴(yán)重事故，隨著列車運(yùn)行速度的不斷提高這一問題將更為突出。
[0003]目前，電力機(jī)車(動(dòng)車組)通常采用自動(dòng)過電分相方法，主要有二種方法:地面自動(dòng)過分相和車上自動(dòng)過分相。采用地面過電分相時(shí)，電力機(jī)車(動(dòng)車組)不需要任何動(dòng)作，主電路斷電時(shí)間很短，適合坡度較大的和運(yùn)量大的困難地段，日本將這種方法用于高速動(dòng)車組。
[0004]附圖1為傳統(tǒng)地面自動(dòng)過分相裝置的工作原理圖，其工作過程如下:當(dāng)電力機(jī)車(動(dòng)車組)運(yùn)行到CGl時(shí)(列車運(yùn)行方向如圖所示;CGl?CG4為機(jī)車位置傳感器，用于產(chǎn)生開關(guān)切換信號(hào)，列車運(yùn)行到某一位置時(shí)，相應(yīng)的開關(guān)動(dòng)作)，開關(guān)Kl閉合，中性段接觸網(wǎng)由A相供電，待機(jī)車進(jìn)入中性段，到達(dá)第二位置傳感器CG2時(shí)，Kl斷開，K2迅速合上，完成中性段供電的換相變換。由于此時(shí)中性段已由B相供電，電力機(jī)車(動(dòng)車組)可以在不用任何附加操作，負(fù)荷基本不變的情況下通過分相段，待機(jī)車駛離CG4處時(shí)，K2斷開，各個(gè)設(shè)備恢復(fù)原始狀態(tài)。反向行駛時(shí)，由控制系統(tǒng)控制兩個(gè)開關(guān)以相反順序輪流斷開與閉合。地面過電分相時(shí)，電力機(jī)車(動(dòng)車組)在中性段進(jìn)行電壓轉(zhuǎn)換，是帶載斷開分相開關(guān)，會(huì)生產(chǎn)截流過電壓，對(duì)開關(guān)要求較高；同時(shí)是滿載閉合另一個(gè)分相開關(guān)，機(jī)車上有牽引變壓器，因?yàn)閮上嘞辔徊灰粯?，變壓器的穩(wěn)態(tài)磁通有相差，合閘時(shí)會(huì)因?yàn)閯?dòng)態(tài)磁通飽和導(dǎo)致合閘浪涌過電流。對(duì)于旋轉(zhuǎn)電機(jī)并從牽引變壓器取電的機(jī)車，合閘時(shí)還會(huì)導(dǎo)致輔助系統(tǒng)過流。
[0005]針對(duì)傳統(tǒng)地面過電分相裝置的缺點(diǎn)，有研究人員提出了改進(jìn)措施，改進(jìn)后的地面過電分相裝置如附圖2所示，其工作原理如下:當(dāng)電力機(jī)車(動(dòng)車組)運(yùn)行到CGl時(shí)(列車運(yùn)行方向如圖所示;CGl?CG4為機(jī)車位置傳感器，用于產(chǎn)生開關(guān)切換信號(hào)，列車運(yùn)行到某一位置時(shí)，相應(yīng)的開關(guān)動(dòng)作)，控制器發(fā)出控制信號(hào)使晶閘管SCR1、SCR2導(dǎo)通。A相電壓通過降壓變壓器TXI，晶閘管SCRl、SCR2，升壓變壓器TX3到達(dá)中性段。晶閘管SCR1、SCR2的觸發(fā)采用電壓過零觸發(fā)。當(dāng)機(jī)車行駛到CG3時(shí)，控制器發(fā)出控制信號(hào)使晶閘管SCRl、SCR2關(guān)斷，同時(shí)控制器發(fā)出控制信號(hào)使SCR3、SCR4導(dǎo)通。這樣中性段就由A相供電轉(zhuǎn)變?yōu)锽相供電』相電壓通過降壓變壓器TX2，晶閘管SCR3、SCR4，升壓變壓器TX3到達(dá)中性段。當(dāng)機(jī)車行駛到CG4處時(shí)，控制器發(fā)出控制信號(hào)使晶閘管SCRl、SCR2、SCR3、SCR4關(guān)斷。系統(tǒng)恢復(fù)到原始狀態(tài)?？梢姡倪M(jìn)后的方案仍然不能完全解決傳統(tǒng)地面過電分相裝置的缺點(diǎn)，由于需要采用升降壓變壓器，增加了系統(tǒng)的復(fù)雜程度和成本。
[0006]綜上所述，現(xiàn)有技術(shù)的地面過電分相裝置存在的以下問題:I)由于在整個(gè)過程中是滿載分?jǐn)嚅_關(guān)，對(duì)開關(guān)要求較高；2)中性段電壓轉(zhuǎn)換時(shí)，是帶載斷開分相開關(guān)，會(huì)生產(chǎn)截流過電壓;3)在中性段進(jìn)行電壓切換時(shí)，切換前后電壓相位不一致，機(jī)車上牽引變壓器的穩(wěn)態(tài)磁通就會(huì)有相差，合閘時(shí)會(huì)因?yàn)閯?dòng)態(tài)磁通飽和導(dǎo)致合閘浪涌過電流。對(duì)于旋轉(zhuǎn)電機(jī)并從牽引變壓器取電的機(jī)車，合閘時(shí)還會(huì)導(dǎo)致輔助系統(tǒng)過流。
[0007]鑒于現(xiàn)有裝置的問題，已有發(fā)明專利CN201010597237.4，公開了一種電力機(jī)車無斷電過分相-電能質(zhì)量綜合補(bǔ)償裝置及其方法；本發(fā)明人已經(jīng)申請(qǐng)了發(fā)明專利CN201410036222.9，公開了采用級(jí)聯(lián)多電平變流器的地面過電分相裝置的結(jié)構(gòu)；申請(qǐng)了發(fā)明專利CN201410036720.3、CN201510133802.4等用于解決列車運(yùn)行于新型地面過電分相系統(tǒng)下的中性段時(shí)，實(shí)現(xiàn)兩相鄰橋臂供電電壓的相位幅值調(diào)整。但還沒有涉及列車所需功率如何在牽引網(wǎng)供電臂與中性段之間的可控切換。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]鑒于現(xiàn)有技術(shù)的如上不足，本發(fā)明的目的是提供一種基于級(jí)聯(lián)多電平地面過電分相系統(tǒng)功率控制方法，使相關(guān)系統(tǒng)在電力機(jī)車帶載通過電分相時(shí)，能夠?qū)崿F(xiàn)電力機(jī)車所需功率在牽引供電臂和中性段之間的可控切換，從而實(shí)現(xiàn)受電弓與目標(biāo)導(dǎo)線的無流分?jǐn)嗷驘o流閉合。
[0009]本發(fā)明的目的是通過如下的手段實(shí)現(xiàn)的。
[0010]—種基于級(jí)聯(lián)多電平地面過電分相系統(tǒng)功率控制方法，在存在電分相的接觸網(wǎng)上實(shí)現(xiàn)貫通式供電，使電力機(jī)車通過電分相時(shí)，實(shí)現(xiàn)電力機(jī)車受電弓與相應(yīng)的接觸網(wǎng)導(dǎo)線或中性段無流分?jǐn)嗷驘o流閉合，其特征在于，采用級(jí)聯(lián)多電平的地面過電分相系統(tǒng)，系統(tǒng)中設(shè)置有用于確定機(jī)車位置的第一位置傳感器CG1、第二位置傳感器CG2、第三位置傳感器CG3、第四位置傳感器CG4、在接觸網(wǎng)供電臂A和B與過電分相裝置之間用于測(cè)量接觸網(wǎng)電壓相位的接觸網(wǎng)電壓相位檢測(cè)模塊PTa和PTb，電力機(jī)車具有功率實(shí)時(shí)發(fā)射裝置，地面過電分相系統(tǒng)亦具有相應(yīng)的功率實(shí)時(shí)接收裝置;根據(jù)地面的列車位置信號(hào)傳感器傳遞的信號(hào)實(shí)現(xiàn)控制功率調(diào)整，包括如下具體過程:
[0011]電力機(jī)車正向行駛至由第一位置傳感器CGl位置時(shí)，第一位置傳感器CGl信號(hào)啟動(dòng)進(jìn)行功率的一次調(diào)整:此時(shí)，列車實(shí)時(shí)功率發(fā)射裝置發(fā)送有功功率P*、無功功率Q*信號(hào)，地面過電分相系統(tǒng)功率實(shí)時(shí)接收裝置接受后采用直接功率控制方法控制地面過電分相系統(tǒng)中變流器輸出電壓幅值和相位，使電力機(jī)車所需功率由接觸網(wǎng)供電臂A轉(zhuǎn)移至中性段;列車?yán)^續(xù)運(yùn)行至第三位置傳感器CG3時(shí)，進(jìn)行功率二次調(diào)整，使電力機(jī)車所需功率由中性段轉(zhuǎn)移至接觸網(wǎng)供電臂B;反向行駛時(shí)，其執(zhí)行步驟與上對(duì)稱變換，由第四位置傳感器CG4、第二位置傳感器CG2執(zhí)行上述對(duì)應(yīng)的功能。
[0012]顯然，本發(fā)明的過程敘述雖然是對(duì)級(jí)聯(lián)多電平地面過電分相系統(tǒng)展開的，那是為了敘述的方便，將之可替換為不斷電過電分相系統(tǒng)應(yīng)無實(shí)質(zhì)上的困難。
[0013]所述的基于級(jí)聯(lián)多電平的地面過電分相系統(tǒng)功率控制方法，是通過對(duì)所述系統(tǒng)中的變流器采用直接功率控制實(shí)現(xiàn)的，通過直接控制級(jí)聯(lián)多電平變流器輸出的有功功率、無功功率，從而實(shí)現(xiàn)列車功率在牽引供電臂和中性段之間的可控流動(dòng)；系統(tǒng)采用的直接功率控制可以采用傳統(tǒng)的開關(guān)表直接功率控制、功率前饋直接功率控制、預(yù)測(cè)直接功率控制等等。
[0014]這樣，根據(jù)設(shè)于軌道上的機(jī)車位置傳感器061、062、063、064對(duì)機(jī)車位置的確定，列車實(shí)時(shí)功率測(cè)量裝置及發(fā)送裝置發(fā)送有功功率P*、無功功率Q*，以及采用直接功率控制的變流器，就能實(shí)現(xiàn)以下功能(以列車從接觸網(wǎng)供電臂A向接觸網(wǎng)供電臂B運(yùn)行為例):
[0015]I)電力機(jī)車(或電動(dòng)車組)未進(jìn)入分相區(qū)時(shí)，變流器處于預(yù)并網(wǎng)狀態(tài)，功率參考均為零，中性段電壓與電分相入口區(qū)供電臂A的電壓一致，因此當(dāng)受電弓同時(shí)與供電臂A與中性段接觸時(shí)，供電臂A與中性段不會(huì)產(chǎn)生環(huán)流；
[0016]2)當(dāng)電力機(jī)車進(jìn)入分相區(qū)，受電弓同時(shí)與接觸網(wǎng)供電臂A及中性段接觸，并且到達(dá)CGl時(shí)，控制變流器的參考有功功率、無功功率逐漸升高至并達(dá)到列車的實(shí)際功率需求，這樣，當(dāng)功率切換完畢時(shí)，列車所需功率將完全由中性段提供，列車?yán)^續(xù)前進(jìn)，受電弓與接觸網(wǎng)供電臂A脫離時(shí)，不存在暫態(tài)過程；
[0017]3)列車運(yùn)行于中性段時(shí)，按照已申請(qǐng)的發(fā)明專利的方法CN2 01410 O 3 6 7 2 0.3、CN201510133802.4，實(shí)現(xiàn)中性段網(wǎng)壓與牽引供電臂B電壓幅值相位一致，當(dāng)列車受電弓同時(shí)中性段及接觸網(wǎng)供電臂B接觸時(shí)，控制變流器的參考給定有功功率、無功功率，使其從P*、Q*按照一定的速率下降至零，這樣當(dāng)功率切換完成后，列車所需功率完全由牽引供電臂B提供，因此當(dāng)列車?yán)^續(xù)運(yùn)行受電弓與中性段脫離時(shí)，也不存在暫態(tài)沖擊。
[0018]本發(fā)明公開的方法，通過對(duì)相應(yīng)系統(tǒng)中的變流器采用直接功率控制，可以實(shí)現(xiàn)電力機(jī)車所需功率在牽引供電臂與中性段的可控切換，從而實(shí)現(xiàn)列車帶載無沖擊的通過電分相，徹底避免傳統(tǒng)過電分相方式存在的暫態(tài)過程，提高了裝置的適應(yīng)性。
【附圖說明】
[0019]圖1是傳統(tǒng)地面過電分相裝置的工作原理圖
[0020]圖2是一種改進(jìn)的地面過電分相