CN107776438A - 城市轨道交通牵引供电防环流方法和*** - Google Patents
城市轨道交通牵引供电防环流方法和*** Download PDFInfo
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Abstract
本发明提供一种城市轨道交通牵引供电防环流方法和***。本实施例的方法应用于城市轨道交通牵引供电***,该***包括多个牵引变电所,每个牵引变电所包括能馈装置和二极管整流机组,该方法包括:获取二极管整流机组的交流侧电压和能馈装置的直流侧电流;根据二极管整流机组的参数和二极管整流机组的交流侧电压,确定二极管整流机组的空载电压;根据预设目标电压和二极管整流机组的空载电压,确定能馈装置的空载电压;根据能馈装置的直流侧电流、能馈装置的等效内阻和能馈装置的空载电压,确定能馈装置的电压给定值,以防止能馈装置与二极管整流机组之间产生环流。本发明能够避免环流的产生,且能够提高***的稳定性。
Description
技术领域
本发明涉及轨道交通牵引技术领域,尤其涉及一种城市轨道交通牵引供电防环流方法和***。
背景技术
随着城市轨道交通规模的不断扩大,城轨在缓解城市交通拥堵和节能减排方面发挥着越来越重要的作用,因此,保证城市轨道交通牵引供电***安全可靠的运行显得越来越重要。
城市轨道交通牵引供电***通常包括交流电网、直流接触网及多个牵引变电所,每个牵引变电所均包括能馈装置和二极管整流机组。由于能馈装置和二极管整流机组的直流侧相连,二者的交流侧在同一段母线上,会使得能馈装置和二极管整流机组能够构成一个回路。
然而,当现有的***受到交流电网波动等因素时,易导致每个牵引变电所中的能馈装置的逆变开启电压低于二极管整流机组的空载电压,使得能馈装置开启逆变,二极管整流机组能够自开通,在能馈装置和二极管整流机组之间将发生环流。且环流的产生均会在引起***电流畸变,能够增加该***额外的损耗,进而严重影响该***的整体性能。
发明内容
本发明提供一种城市轨道交通牵引供电防环流方法和***,以解决现有城市轨道交通牵引供电***由于环流的产生而增加***额外能耗及降低***性能的问题。
本发明提供一种城市轨道交通牵引供电防环流方法,应用于城市轨道交通牵引供电***,所述城市轨道交通牵引供电***包括多个牵引变电所,每个牵引变电所包括能馈装置和二极管整流机组,所述方法包括:
获取所述二极管整流机组的交流侧电压和所述能馈装置的直流侧电流;
根据所述二极管整流机组的参数和所述二极管整流机组的交流侧电压,确定所述二极管整流机组的空载电压;
根据预设目标电压和所述二极管整流机组的空载电压,确定所述能馈装置的空载电压;
根据所述能馈装置的直流侧电流、所述能馈装置的等效内阻和所述能馈装置的空载电压,确定所述能馈装置的电压给定值,以防止所述能馈装置与所述二极管整流机组之间产生环流。
可选地,所述二极管整流机组的参数包括:所述二极管整流机组的变压器变比和所述二极管整流机组的变压系数。
可选地,所述根据所述二极管整流机组的参数和所述二极管整流机组的交流侧电压,确定所述二极管整流机组的空载电压,包括:
通过如下公式(1)得到二极管整流机组的空载电压:
Udo=Uabc×k1×k2 公式(1);
其中,Udo为所述二极管整流机组的空载电压,Uabc为所述二极管整流机组的交流侧电压,k1为所述二极管整流机组的变压器变比,k2为所述二极管整流机组的变压系数。
可选地,所述根据预设目标电压和所述二极管整流机组的空载电压,确定所述能馈装置的空载电压,包括:
通过如下公式(2)得到所述能馈装置的空载电压:
U1k=Udo+ΔU 公式(2);
其中,U1k为所述能馈装置的空载电压,Udo为所述二极管整流机组的空载电压,ΔU为所述预设目标电压。
可选地,所述根据所述能馈装置的直流侧电流、所述能馈装置的等效内阻和所述能馈装置的空载电压,确定所述能馈装置的电压给定值,包括:
通过如下公式(3)得到所述能馈装置的电压给定值:
Uref=U1k-Rdp·Idc 公式(3);
其中,Uref为所述能馈装置的电压给定值,U1k为所述能馈装置的空载电压,Rdp为所述能馈装置的等效内阻,Idc为所述能馈装置的直流侧电流。
本发明还提供一种城市轨道交通牵引供电***,所述***包括多个牵引变电所,每个牵引变电所包括能馈装置和二极管整流机组,所述能馈装置包括:传感器和处理器;
所述传感器用于获取所述二极管整流机组的交流侧电压和所述能馈装置的直流侧电流;
所述处理器用于根据所述二极管整流机组的参数和所述二极管整流机组的交流侧电压,确定所述二极管整流机组的空载电压;
所述处理器还用于根据预设目标电压和所述二极管整流机组的空载电压,确定所述能馈装置的空载电压;
所述处理器还用于根据所述能馈装置的直流侧电流、所述能馈装置的等效内阻和所述能馈装置的空载电压,确定所述能馈装置的电压给定值,以防止所述能馈装置与所述二极管整流机组之间产生环流。
可选地,所述二极管整流机组的参数包括:所述二极管整流机组的变压器变比和所述二极管整流机组的变压系数。
可选地,所述处理器具体用于通过如下公式(1)得到二极管整流机组的空载电压:
Udo=Uabc×k1×k2 公式(1);
其中,Udo为所述二极管整流机组的空载电压,Uabc为所述二极管整流机组的交流侧电压,k1为所述二极管整流机组的变压器变比,k2为所述二极管整流机组的变压系数。
可选地,所述处理器具体用于通过如下公式(2)得到所述能馈装置的空载电压:
U1k=Udo+ΔU 公式(2);
其中,U1k为所述能馈装置的空载电压,Udo为所述二极管整流机组的空载电压,ΔU为所述预设目标电压。
可选地,所述处理器具体用于通过如下公式(3)得到所述能馈装置的电压给定值:
Uref=U1k-Rdp·Idc 公式(3);
其中,Uref为所述能馈装置的电压给定值,U1k为所述能馈装置的空载电压,Rdp为所述能馈装置的等效内阻,Idc为所述能馈装置的直流侧电流。
本发明提供的城市轨道交通牵引供电防环流方法和***,该方法通过根据二极管整流机组的参数和二极管整流机组的交流侧电压,来确定二极管整流机组的空载电压。接着根据预设目标电压和二极管整流机组的空载电压,确定能馈装置的空载电压的大小。然后,根据能馈装置的直流侧电流、能馈装置的等效内阻和能馈装置的空载电压,确定能馈装置的电压给定值,使得能馈装置的空载电压比二极管整流机组的空载电压高预设目标电压,能够防止能馈装置与二极管整流机组之间产生环流。本发明解决了现有的城市轨道交通牵引供电***由于环流的产生而造成***能力损耗、稳定差的问题,实现了能馈装置的空载电压始终比二极管整流机组的空载电压高,自动防止了能馈装置和二极管整流机组之间环流的产生,且实现过程简单易,省时省力,还提高了***的稳定性。
附图说明
图1为本发明提供的城市轨道交通牵引供电防环流方法的场景示意图;
图2为本发明中能馈装置和二极管整流机组的外特性曲线图;
图3为本发明提供的城市轨道交通牵引供电防环流方法的流程图;
图4为本发明中能馈装置采用电流解耦控制的结构示意图;
图5为本发明提供的城市轨道交通牵引供电***的结构示意图。
具体实施方式
图1为本发明提供的城市轨道交通牵引供电防环流方法的场景示意图,图2为本发明中能馈装置和二极管整流机组的外特性曲线图。通常,城市轨道交通牵引供电***包括交流电网、直流接触网及多个牵引变电所,每个牵引变电所均包括二极管整流机组和能馈装置。如图1所示,为了便于说明,以一个牵引变电所为例对本实施例进行详细的说明。
在正常情况下,列车牵引时,城市轨道交通牵引供电***中每个牵引变电所中的二极管整流机组工作,且将交流电降压并转化为直流电,能馈装置不工作,故只有如图2中整流区的二极管整流机组的外特征曲线②,其中Udo为二极管整流机组的空载电压;Ulim为能馈装置逆变电压限制值,默认为1750V;A为限功点,AX为限功曲线,沿AX方向电压上升,而功率保持不变,默认限功值为2MW;Uov为直流电压保护值,默认值为2100V。列车制动时,每个牵引变电所中的能馈装置工作,且将接触网制动产生的直流电转化为交流电并传送至交流电网,二极管整流机组不工作,故只有如图2中逆变区的能馈装置的外特性曲线①,其中U1k为能馈装置的逆变开启电压。此处需要说明的是,为了方便说明,图2中将能馈装置和二极管整流机组的外特性曲线分别画在纵坐标的左右侧,便于区分不同的工作状态。图2中,纵坐标Udc为能馈装置的直流侧电压,横坐标Idc为能馈装置的直流侧电流。这样,每个牵引变电所中的二极管整流机组与能馈装置便可协调工作,能够达到特定的控制目标。
通常,现有的城市轨道交通牵引供电***中,能馈装置有固定的逆变开启电压,由于外界因素交流电网电压波动等因素的影响,使得能馈装置的逆变开启电压会低于二极管整流机组的空载电压,能馈装置开启逆变,二极管整流机组处在整流状态,此时在能馈装置和二极管整流机组之间就会产生环流。因此,为了避免环流的产生,本实施例中可通过控制能馈装置的电压给定值的大小,使得能馈装置的空载电压(逆变开启电压)始终大于二极管整流机组的空载电压,从而防止环流的产生,确保整个***能够稳定、可靠的正常运行。
图3为本发明提供的城市轨道交通牵引供电防环流方法的流程图,图4为本发明中能馈装置采用电流解耦控制的结构示意图。本实施例的执行主体可以为图1所示的城市轨道交通牵引供电***,如图3所示,本实施例的城市轨道交通牵引供电防环流方法可以包括:
S101、获取二极管整流机组的交流侧电压和能馈装置的直流侧电流。
具体地,本实施例中二极管整流机组的交流侧电压和能馈装置的直流侧电流与交流侧电网、直流接触网的电压大小以及实际需要密切相关,因此,本实施例中能馈装置可根据实际应用中的经验值获得,本实施例对此不做限定。
S102、根据二极管整流机组的参数和二极管整流机组的交流侧电压,确定二极管整流机组的空载电压。
具体地,为了使得能馈装置的空载电压大于二极管整流机组的空载电压,本实施例中能馈装置需要先获得二极管整流机组的空载电压。本实施例中可采用多种方式根据二极管整流机组的不同类型来确定其空载电压,本实施例对此不做限定。
进一步地,本实施例具体可通过二极管整流机组的参数和交流侧电压得到二极管整流机组的空载电压。可选地,二极管整流机组的参数包括:二极管整流机组的变压器变比和二极管整流机组的变压系数。其中,二极管整流机组的变压器变比和变压系数为二极管整流机组的固有参数,二者的值均为已知值。本实施例能馈装置中可根据二极管整流机组的实际类型进行选择二者,本实施例对此不做限定。
具体地,本实施例能馈装置可通过如下公式(1)表示二极管整流机组的空载电压:
Udo=Uabc×k1×k2 公式(1);
其中,Udo为二极管整流机组的空载电压,Uabc为二极管整流机组的交流侧电压,k1为二极管整流机组的变压器变比,k2为二极管整流机组的变压系数。
进一步地,本实施例中二极管整流机组的交流侧电压、变压器变比和变压系数均可测得,能够看作为已知值,因此,本实施例能馈装置可通过公式(1)便可求解得到二极管整流机组的空载电压。
进一步地,本实施例中由于能馈装置的核心是脉冲宽度调整(Pulse WidthModulation,PWM)整流器,通常会采用基于同步旋转坐标系的电流解耦控制,采用电压外环和电流内环的双闭环控制结构及空间矢量调制(Space Vector Pulse Width Modulation,SVPWM)算法,如图4所示,其中外环为电压环,内环为电流环。其中,Uref为能馈装置的电压给定值(电压环给定值),且能馈装置的电压给定值Uref与空载电压U1k之间存在线性关系,且驱动脉冲可控制能馈装置中的电路确定能馈装置的空载电压U1k的大小。
进一步地,在现有的城市轨道交通牵引供电***中,Uref为定值,且驱动脉冲能够控制产生的能馈装置的空载电压也就为定值,因此,现有的***容易产生环流。为了避免环流的产生,本实施例中需要使得能馈装置的空载电压大于二极管整流机组的空载电压,能馈装置可通过S103的具体过程对其电压给定值的大小进行调整,实现能馈装置的空载电压大于二极管整流机组的空载电压。
S103、根据预设目标电压和所述二极管整流机组的空载电压,确定能馈装置的空载电压。
具体地,本实施例能馈装置可通过如下公式(2)表示能馈装置的空载电压:
U1k=Udo+ΔU 公式(2);
其中,U1k为能馈装置的空载电压,Udo为二极管整流机组的空载电压,ΔU为预设目标电压。
进一步地,由于能馈装置的电压给定值能够控制产生驱动脉冲,驱动脉冲可控制能馈装置中的电路产生能馈装置的空载电压,能馈装置的电压给定值对其空载电压的大小起到决定性的作用,因此,本实施例能馈装置可通过公式(2)使其空载电压U1k比二极管整流机组的空载电压Udo的幅值大。其中,预设目标电压的幅值大小可根据经验值进行设定,如30V,本实施例对此不做限定。
进一步地,由于能馈装置能够通过其电压给定值产生的驱动脉冲来调高能馈装置的空载电压,因此,本实施例可执行S104的详细过程实现使得能馈装置的空载电压始终高于二极管整流机组的空载电压。
S104、根据能馈装置的直流侧电流、能馈装置的等效内阻和能馈装置的空载电压,确定能馈装置的电压给定值,以防止能馈装置与二极管整流机组之间产生环流。
具体地,本实施例能馈装置可通过如下公式(3)表示能馈装置的电压给定值:
Uref=U1k-Rdp·Idc 公式(3);
其中,Uref为能馈装置的电压给定值,U1k为能馈装置的空载电压,Rdp为能馈装置的等效内阻,Idc为能馈装置的直流侧电流。
进一步地,在公式(3)中,能馈装置的等效内阻Rdp为图2中能馈装置的外特性曲线的斜率的等效值,且Rdp和能馈装置的直流侧电流Idc均可通过测量得到,能够看作已知值。因此,在能馈装置的空载电压比二极管整流机组的空载电压大预设目标电压时,得到的电压给定值的幅值会变大,经过一系列PI控制器调节和解耦控制算法得到调制波Ud和Uq,再与锁相环环节产生的同步角结合,最终产生驱动脉冲,使得产生的驱动脉动能够根据公式(3)控制生成空载电压U1k会始终高于二极管整流机组的空载电压,还能够防止能馈装置与二极管整流机组之间产生环流。
相比现有的城市轨道交通牵引供电***而言,本实施例中能馈装置能够通过控制其空载电压始终大于二极管整流机组的空载电压,自动防止环流的产生,无需人工操作,且能馈装置能够根据实际情况自动调整其空载电压的大小,实用性大,且保证了***能够正常的运行。
本实施例提供的城市轨道交通牵引供电防环流方法,通过根据二极管整流机组的参数和二极管整流机组的交流侧电压,来确定二极管整流机组的空载电压。接着根据预设目标电压和二极管整流机组的空载电压,确定能馈装置的空载电压的大小。然后,根据能馈装置的直流侧电流、能馈装置的等效内阻和能馈装置的空载电压,确定能馈装置的电压给定值,使得能馈装置的空载电压比二极管整流机组的空载电压高预设目标电压,能够防止能馈装置与二极管整流机组之间产生环流。本实施例解决了现有的城市轨道交通牵引供电***由于环流的产生而造成***能力损耗、稳定差的问题,实现了能馈装置的空载电压始终比二极管整流机组的空载电压高,自动防止了能馈装置和二极管整流机组之间环流的产生,且实现过程简单易,省时省力,还提高了***的稳定性。
图5为本发明提供的城市轨道交通牵引供电***的结构示意图。如图5所示,本实施例中城市轨道交通牵引供电***包括多个牵引变电所,每个牵引变电所均包括二极管整流机组10和能馈装置20,能馈装置20包括:传感器21和处理器22;
所述传感器21用于获取所述二极管整流机组的交流侧电压和所述能馈装置的直流侧电流;
所述处理器22用于根据所述二极管整流机组的参数和所述二极管整流机组的交流侧电压,确定所述二极管整流机组的空载电压;
所述处理器22还用于根据预设目标电压和所述二极管整流机组的空载电压,确定所述能馈装置的空载电压;
所述处理器22还用于根据所述能馈装置的直流侧电流、所述能馈装置的等效内阻和所述能馈装置的空载电压,确定所述能馈装置的电压给定值,以防止所述能馈装置与所述二极管整流机组之间产生环流。
可选地,所述二极管整流机组的参数包括:所述二极管整流机组的变压器变比和所述二极管整流机组的变压系数。
可选地,所述处理器具体用于通过如下公式(1)得到二极管整流机组的空载电压:
Udo=Uabc×k1×k2 公式(1);
其中,Udo为所述二极管整流机组的空载电压,Uabc为所述二极管整流机组的交流侧电压,k1为所述二极管整流机组的变压器变比,k2为所述二极管整流机组的变压系数。
可选地,所述处理器具体用于通过如下公式(2)得到所述能馈装置的空载电压:
U1k=Udo+ΔU 公式(2);
其中,U1k为所述能馈装置的空载电压,Udo为所述二极管整流机组的空载电压,ΔU为所述预设目标电压。
可选地,所述处理器具体用于通过如下公式(3)得到所述能馈装置的电压给定值:
Uref=U1k-Rdp·Idc 公式(3);
其中,Uref为所述能馈装置的电压给定值,U1k为所述能馈装置的空载电压,Rdp为所述能馈装置的等效内阻,Idc为所述能馈装置的直流侧电流。
本实施例提供的城市轨道交通牵引供电***,可以用于执行本发明上述各方法实施例的技术方案,通过根据二极管整流机组的参数和二极管整流机组的交流侧电压,来确定二极管整流机组的空载电压。接着根据预设目标电压和二极管整流机组的空载电压,确定能馈装置的空载电压的大小。然后,根据能馈装置的直流侧电流、能馈装置的等效内阻和能馈装置的空载电压,确定能馈装置的电压给定值,使得能馈装置的空载电压比二极管整流机组的空载电压高预设目标电压,能够防止能馈装置与二极管整流机组之间产生环流。本实施例解决了现有的城市轨道交通牵引供电***由于环流的产生而造成***能力损耗、稳定差的问题,实现了能馈装置的空载电压始终比二极管整流机组的空载电压高,自动防止了能馈装置和二极管整流机组之间环流的产生,且实现过程简单易,省时省力,还提高了***的稳定性。
本发明还提供一种可读存储介质,可读存储介质中存储有计算机程序,当城市轨道交通牵引供电***的至少一个处理器执行该计算机程序时,唤起城市轨道交通牵引供电***执行城市轨道交通牵引供电防环流方法。
本发明还提供一种程序产品,该程序产品包括计算机程序,该计算机程序存储在可读存储介质中。城市轨道交通牵引供电***的至少一个处理器可以从可读存储介质读取该计算机程序,至少一个处理器执行该计算机程序使得城市轨道交通牵引供电***实施城市轨道交通牵引供电防环流方法。
本领域普通技术人员可以理解:实现上述各方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成。前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中。该程序在执行时,执行包括上述各方法实施例的步骤;而前述的存储介质包括:ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
最后应说明的是:以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案,而非对其限制;尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换;而这些修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (10)
1.一种城市轨道交通牵引供电防环流方法,其特征在于,应用于城市轨道交通牵引供电***,所述城市轨道交通牵引供电***包括多个牵引变电所,每个牵引变电所包括能馈装置和二极管整流机组,所述方法包括:
获取所述二极管整流机组的交流侧电压和所述能馈装置的直流侧电流;
根据所述二极管整流机组的参数和所述二极管整流机组的交流侧电压,确定所述二极管整流机组的空载电压;
根据预设目标电压和所述二极管整流机组的空载电压,确定所述能馈装置的空载电压;
根据所述能馈装置的直流侧电流、所述能馈装置的等效内阻和所述能馈装置的空载电压,确定所述能馈装置的电压给定值,以防止所述能馈装置与所述二极管整流机组之间产生环流。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述二极管整流机组的参数包括:所述二极管整流机组的变压器变比和所述二极管整流机组的变压系数。
3.根据权利要求2所述的方法,其特征在于,所述根据所述二极管整流机组的参数和所述二极管整流机组的交流侧电压,确定所述二极管整流机组的空载电压,包括:
通过如下公式(1)得到二极管整流机组的空载电压:
Udo=Uabc×k1×k2 公式(1);
其中,Udo为所述二极管整流机组的空载电压,Uabc为所述二极管整流机组的交流侧电压,k1为所述二极管整流机组的变压器变比,k2为所述二极管整流机组的变压系数。
4.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述根据预设目标电压和所述二极管整流机组的空载电压,确定所述能馈装置的空载电压,包括:
通过如下公式(2)得到所述能馈装置的空载电压:
U1k=Udo+ΔU 公式(2);
其中,U1k为所述能馈装置的空载电压,Udo为所述二极管整流机组的空载电压,ΔU为所述预设目标电压。
5.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述根据所述能馈装置的直流侧电流、所述能馈装置的等效内阻和所述能馈装置的空载电压,确定所述能馈装置的电压给定值,包括:
通过如下公式(3)得到所述能馈装置的电压给定值:
Uref=U1k-Rdp·Idc 公式(3);
其中,Uref为所述能馈装置的电压给定值,U1k为所述能馈装置的空载电压,Rdp为所述能馈装置的等效内阻,Idc为所述能馈装置的直流侧电流。
6.一种城市轨道交通牵引供电***,其特征在于,所述***包括多个牵引变电所,每个牵引变电所包括能馈装置和二极管整流机组,所述能馈装置包括:传感器和处理器;
所述传感器用于获取所述二极管整流机组的交流侧电压和所述能馈装置的直流侧电流;
所述处理器用于根据所述二极管整流机组的参数和所述二极管整流机组的交流侧电压,确定所述二极管整流机组的空载电压;
所述处理器还用于根据预设目标电压和所述二极管整流机组的空载电压,确定所述能馈装置的空载电压;
所述处理器还用于根据所述能馈装置的直流侧电流、所述能馈装置的等效内阻和所述能馈装置的空载电压,确定所述能馈装置的电压给定值,以防止所述能馈装置与所述二极管整流机组之间产生环流。
7.根据权利要求6所述的***,其特征在于,所述二极管整流机组的参数包括:所述二极管整流机组的变压器变比和所述二极管整流机组的变压系数。
8.根据权利要求7所述的***,其特征在于,所述处理器具体用于通过如下公式(1)得到二极管整流机组的空载电压:
Udo=Uabc×k1×k2 公式(1);
其中,Udo为所述二极管整流机组的空载电压,Uabc为所述二极管整流机组的交流侧电压,k1为所述二极管整流机组的变压器变比,k2为所述二极管整流机组的变压系数。
9.根据权利要求6所述的***,其特征在于,所述处理器具体用于通过如下公式(2)得到所述能馈装置的空载电压:
U1k=Udo+ΔU 公式(2);
其中,U1k为所述能馈装置的空载电压,Udo为所述二极管整流机组的空载电压,ΔU为所述预设目标电压。
10.根据权利要求6所述的***,其特征在于,所述处理器具体用于通过如下公式(3)得到所述能馈装置的电压给定值:
Uref=U1k-Rdp·Idc 公式(3);
其中,Uref为所述能馈装置的电压给定值,U1k为所述能馈装置的空载电压,Rdp为所述能馈装置的等效内阻,Idc为所述能馈装置的直流侧电流。
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