CN114454720A - 列车供电控制装置、***以及方法 - Google Patents

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曹宏发
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Abstract

本申请提供了一种列车供电控制装置、***以及方法，该装置包括：第一控制器、内部中压直流母线、能量单元、非隔离双向DCDC模块、直流输出模块、辅助逆变器和蓄电池充电机；所述第一控制器分别与所述能量单元、非隔离双向DCDC模块、直流输出模块、辅助逆变器和蓄电池充电机连接；所述内部中压直流母线分别与所述能量单元、非隔离双向DCDC模块、直流输出模块、辅助逆变器和蓄电池充电机连接。本申请能够在实现列车经过分相区时牵引供电的基础上，提高储能单元的利用率。

Description

列车供电控制装置、***以及方法
技术领域
本申请涉及列车控制技术领域，尤其涉及一种列车供电控制装置、***以及方法。
背景技术
目前，高速铁路通常采用单相(25kV/50Hz交流电)接触网供电。为了保证电力***的三相平衡，普遍采用分段换相的方式，即在线路上设置若干分相区以实现三相电交替供电。分相区是电气化铁路的无电区间。
由于分相区为无电区，动车组在经过分相区时只能依靠惯性前进，从而造成列车的速度损失，严重时还会导致列车在分相区失电停车。
为了解决因分相区无电导致的列车短暂失去牵引力问题，目前主要有如下解决方案：分相区储能供电：通过在机车牵引直流母线上接入储能单元实现列车经过分相区时的牵引供电，但是由于储能单元直接接入牵引高压直流母线，其绝缘设计要求高，生产制造难度大且利用率低。
发明内容
针对现有技术中的至少一个问题，本申请提出了一种列车供电控制装置、***以及方法，能够在实现列车经过分相区时牵引供电的基础上，提高储能单元的利用率。
为了解决上述技术问题，本申请提供以下技术方案：
第一方面，本申请提供一种列车供电控制装置，包括：第一控制器、内部中压直流母线、能量单元、非隔离双向DCDC模块、直流输出模块、辅助逆变器和蓄电池充电机；
所述第一控制器分别与所述能量单元、非隔离双向DCDC模块、直流输出模块、辅助逆变器和蓄电池充电机连接；
所述内部中压直流母线分别与所述能量单元、非隔离双向DCDC模块、直流输出模块、辅助逆变器和蓄电池充电机连接；
所述第一控制器，用于经由所述直流输出模块、辅助逆变器和蓄电池充电机获得一列车在分相区内的辅助用电功率，经由所述非隔离双向DCDC模块获得所述列车的储能元件的最大充电功率和最大放电功率，以及经由所述列车的牵引变流器中的第二控制器获得所述牵引变流器对应的牵引逆变器功率，并根据所述辅助用电功率、所述储能元件的最大充电功率、最大放电功率以及所述牵引变流器对应的牵引逆变器功率，控制所述能量单元、非隔离双向DCDC模块、直流输出模块、辅助逆变器和蓄电池充电机，完成所述列车在分相区内的供电控制；其中，所述辅助用电功率包括：分别经由所述直流输出模块、辅助逆变器和蓄电池充电机获得的负载功率。
进一步地，所述能量单元包括：依次连接的第一高频模块、高频变压器和第二高频模块；
所述第一高频模块与所述第一控制器连接；
所述第二高频模块分别与所述第一控制器和内部中压直流母线连接。
进一步地，所述直流输出模块包括：依次连接的电感、第一隔离开关、熔断器、电容器和第二隔离开关；
所述电容器的两端分别与所述内部中压直流母线连接。
第二方面，本申请提供一种列车供电控制***，包括：列车的牵引变流器、中压直流母线、中压交流母线、低压直流母线、储能元件以及所述的列车供电控制装置；所述列车供电控制装置分别与所述牵引变流器、中压直流母线、中压交流母线、低压直流母线和储能元件连接。
进一步地，所述能量单元与所述牵引变流器的高压直流母线连接；
所述直流输出模块与所述中压直流母线连接；
所述辅助逆变器与所述中压交流母线连接；
所述蓄电池充电机与所述低压直流母线连接；
所述非隔离双向DCDC模块与所述储能元件连接；
所述第一控制器与所述牵引变流器的第二控制器连接。
进一步地，所述列车供电控制装置为多个；
各个列车供电控制装置经由所述中压直流母线连接。
第三方面，本申请提供一种列车供电控制方法，应用所述的列车供电控制***实现，包括：
经由所述直流输出模块、辅助逆变器和蓄电池充电机获得一列车在分相区内的辅助用电功率，经由所述非隔离双向DCDC模块获得所述列车的储能元件的最大充电功率和最大放电功率，以及经由所述列车的牵引变流器中的第二控制器获得所述牵引变流器对应的牵引逆变器功率，所述辅助用电功率包括：分别经由所述直流输出模块、辅助逆变器和蓄电池充电机获得的负载功率；
根据所述辅助用电功率、所述储能元件的最大充电功率、最大放电功率以及所述牵引变流器对应的牵引逆变器功率，控制所述能量单元、非隔离双向DCDC模块、直流输出模块、辅助逆变器和蓄电池充电机，完成所述列车在分相区内的供电控制。
进一步地，所述根据所述辅助用电功率、所述储能元件的最大充电功率、最大放电功率以及所述牵引变流器对应的牵引逆变器功率，控制所述能量单元、非隔离双向DCDC模块、直流输出模块、辅助逆变器和蓄电池充电机，完成所述列车在分相区内的供电控制，包括：
当所述牵引逆变器功率大于零，并且所述牵引逆变器功率与辅助用电功率之和大于所述储能元件的最大放电功率时，经由所述非隔离双向DCDC模块控制所述储能元件提供电能；根据储能单元提供的电能，经由所述能量单元、直流输出模块、辅助逆变器和蓄电池充电机控制所述牵引逆变器功率与辅助用电功率之和等于所述储能元件的最大放电功率；
当所述牵引逆变器功率大于零，并且所述牵引逆变器功率与辅助用电功率之和小于或等于储能元件最大放电功率时，经由所述非隔离双向DCDC模块控制所述储能元件提供电能；根据储能单元提供的电能，经由所述能量单元、直流输出模块、辅助逆变器和蓄电池充电机控制所述牵引逆变器功率与辅助用电功率之和等于所述储能元件的最大放电功率；
当所述牵引逆变器功率小于零，并且所述牵引逆变器功率的绝对值小于辅助用电功率时，经由所述非隔离双向DCDC模块控制所述储能元件提供电能；根据储能单元提供的电能，经由所述能量单元、直流输出模块、辅助逆变器和蓄电池充电机控制所述牵引逆变器功率的绝对值与所述储能元件的放电功率之和等于所述辅助用电功率；
当所述牵引逆变器功率小于零，所述牵引逆变器功率的绝对值大于辅助用电功率，并且所述牵引逆变器功率的绝对值小于所述辅助用电功率和储能元件的最大充电功率之和时，经由所述非隔离双向DCDC模块控制所述储能元件接收电能；根据储能单元接收的电能，经由所述能量单元、直流输出模块、辅助逆变器和蓄电池充电机控制所述牵引逆变器功率的绝对值等于所述辅助用电功率和所述储能元件的充电功率之和；
当所述牵引逆变器功率小于零，并且所述牵引逆变器功率绝对值大于辅助用电功率和储能元件最大充电功率之和时，经由所述非隔离双向DCDC模块控制所述储能元件接收电能；根据储能单元接收的电能，经由所述能量单元、直流输出模块、辅助逆变器和蓄电池充电机控制所述牵引逆变器功率的绝对值大于所述辅助用电功率和所述储能元件的充电功率之和。
进一步地，当所述牵引逆变器功率大于零，并且所述牵引逆变器功率与辅助用电功率之和大于所述储能元件的最大放电功率时，所述储能元件提供的电能为所述储能元件的最大放电功率。
进一步地，所述的列车供电控制方法，还包括：
若确定所述储能元件发生故障或处于满电状态，则封锁所述非隔离双向DCDC模块脉冲，断开所述储能元件与非隔离双向DCDC模块脉冲的连接；
应用所述直流输出模块和中压直流母线接入另一储能元件。
由上述技术方案可知，本申请提供一种列车供电控制装置、***以及方法。其中，该列车供电控制装置包括：第一控制器、内部中压直流母线、能量单元、非隔离双向DCDC模块、直流输出模块、辅助逆变器和蓄电池充电机；所述第一控制器分别与所述能量单元、非隔离双向DCDC模块、直流输出模块、辅助逆变器和蓄电池充电机连接；所述内部中压直流母线分别与所述能量单元、非隔离双向DCDC模块、直流输出模块、辅助逆变器和蓄电池充电机连接；所述第一控制器，用于经由所述直流输出模块、辅助逆变器和蓄电池充电机获得一列车在分相区内的辅助用电功率，经由所述非隔离双向DCDC模块获得所述列车的储能元件的最大充电功率和最大放电功率，以及经由所述列车的牵引变流器中的第二控制器获得所述牵引变流器对应的牵引逆变器功率，并根据所述辅助用电功率、所述储能元件的最大充电功率、最大放电功率以及所述牵引变流器对应的牵引逆变器功率，控制所述能量单元、非隔离双向DCDC模块、直流输出模块、辅助逆变器和蓄电池充电机，完成所述列车在分相区内的供电控制；其中，所述辅助用电功率包括：分别经由所述直流输出模块、辅助逆变器和蓄电池充电机获得的负载功率，能够在实现列车经过分相区时牵引供电的基础上，提高储能单元的利用率；具体地，储能单元能够在对列车的牵引变流器提供电能的同时，还能够为列车的辅助负载提供电能，进而能够提高储能单元的利用率；还能够降低储能单元的复杂程度，实现列车具有一定牵引力过分相的能力，能够减少过分相的速度损失；实现列车具有更大制动力过分相的能力；减小储能元件的绝缘等级，降低储能元件的绝缘设计难度；实现列车具有一定应急牵引能力；可以实现多个列车供电控制装置之间的互联，单个储能元件故障不影响单个列车供电控制装置的功能。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本申请实施例中的列车供电控制***的结构示意图；
图2是本申请实施例中的非隔离升/降压DCDC变换器的结构示意图；
图3是本申请实施例中的能量单元的结构示意图；
图4是本申请实施例中的直流输出模块的结构示意图；
图5是本申请实施例中的多个电能互换装置的互联示意图；
图6是本申请实施例中的列车供电控制方法的流程示意图；
图7是本申请实施例中的列车供电控制方法的步骤210至步骤250的流程示意图；
图8是本申请实施例中的过分相控制逻辑示意图；
图9为本申请实施例的电子设备的***构成示意框图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本说明书中的技术方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
为了解决因分相区无电导致的列车短暂失去牵引力问题，目前常见的解决方案还包括：
同相供电：通过在供电段加装补偿装置实现电网三相平衡和接触网的同相供电。但是，该方案所需补偿装置的容量大，经济性和可靠性差。
地面带电自动过分相：通过地面检测装置检测列车过分相状态，再通过开关切换装置实现列车带电过分相区。该方案对检测装置的快速性和准确性以及开关切换装置的可靠性要求很高，实现难度大。
为了在实现列车经过分相区时牵引供电的基础上，提高储能单元的利用率，参见图1，本实施例提供一种列车供电控制装置，包括：第一控制器、内部中压直流母线、能量单元、非隔离双向DCDC模块、直流输出模块、辅助逆变器和蓄电池充电机；所述第一控制器分别与所述能量单元、非隔离双向DCDC模块、直流输出模块、辅助逆变器和蓄电池充电机连接；所述内部中压直流母线分别与所述能量单元、非隔离双向DCDC模块、直流输出模块、辅助逆变器和蓄电池充电机连接；所述第一控制器，用于经由所述直流输出模块、辅助逆变器和蓄电池充电机获得一列车在分相区内的辅助用电功率，经由所述非隔离双向DCDC模块获得所述列车的储能元件的最大充电功率和最大放电功率，以及经由所述列车的牵引变流器中的第二控制器获得所述牵引变流器对应的牵引逆变器功率，并根据所述辅助用电功率、所述储能元件的最大充电功率、最大放电功率以及所述牵引变流器对应的牵引逆变器功率，控制所述能量单元、非隔离双向DCDC模块、直流输出模块、辅助逆变器和蓄电池充电机，完成所述列车在分相区内的供电控制；其中，所述辅助用电功率包括：分别经由所述直流输出模块、辅助逆变器和蓄电池充电机获得的负载功率。
具体地，所述非隔离双向DCDC模块的两个端口分别与储能元件和内部中压直流母线相连；根据储能元件和内部中压直流母线的电压关系，非隔离双向DCDC模块可以采用如图2所示的非隔离升/降压DCDC变换器，非隔离升/降压DCDC变换器的输入端口用于连接储能元件，非隔离升/降压DCDC变换器的输出端口连接内部中压直流母线；第一控制器可以通过调节非隔离双向DCDC模块的驱动脉冲，控制储能元件的充放电；储能元件可以采用动力电池、燃料电池、超级电容等大容量储能设备。
具体地，所述辅助逆变器可以用于将内部中压直流母线的直流电逆变为中压交流电以构成列车中压交流母线，为列车的交流辅助负载供电；辅助逆变器一般采用三相PWM逆变器，第一控制器通过调节三相PWM逆变器的驱动脉冲，使其输出稳定的交流电；辅助逆变器既能实现能量双向流动，也可以单方向为交流负载供电。
具体地，所述蓄电池充电机可以是隔离型DCDC变换器，将内部中压直流母线的直流电变换为低压直流电，向列车低压直流母线供电，为列车的所有设备提供控制电并为车载蓄电池供电，例如，可以将内部中压直流母线的电压转换为110V等级的控制电；蓄电池充电机分别与内部中压直流母线和列车低压直流母线相连。第一控制器以通过调节蓄电池充电机的驱动脉冲，将内部中压直流母线的直流电变换为低压直流电，为车载用电设备提供控制电并为蓄电池供电。
具体地，第一控制器可以通过监控列车供电控制装置各端口的电压、电流和功率，对第一高频模块、第二高频模块、非隔离双向DCDC模块、直流输出模块、辅助逆变器、蓄电池充电机进行逻辑控制和脉冲调节，进而实现装置的能量控制和管理。第一控制器与牵引变流器中的第二控制器之间可以具有通讯连接，能够实时发送和接收各类数据和控制指令，具体包括电能变化装置和牵引变流器控制过程中所需的电气量、控制量和状态量等。
在本申请一个实施例中，所述能量单元包括：依次连接的第一高频模块、高频变压器和第二高频模块；所述第一高频模块与所述第一控制器连接；所述第二高频模块分别与所述第一控制器和内部中压直流母线连接。
具体地，如图3所示，所述能量单元包括：第一高频模块、第二高频模块和高频变压器；第一高频模块和第二高频模块可以均由两个半桥桥臂并联而成，每个半桥桥臂由两个开关管串联构成。两个半桥桥臂的并联端口为第一高频模块和第二高频模块的端口1，两个半桥桥臂的中点引出端口为第一高频模块和第二高频模块的端口2。第一高频模块的端口1与牵引变流器高压直流母线相连，第一高频模块的端口2与高频变压器相连；第二高频模块的端口1与内部中压直流母线相连，第二高频模块的端口2与高频变压器相连。第一控制器能够调节第一高频模块和第二高频模块中开关管的驱动脉冲，进而控制高压直流母线和内部中压直流母线的电压并调节能量流动方向。
在本申请一个实施例中，所述直流输出模块包括：依次连接的电感、第一隔离开关、熔断器、电容器和第二隔离开关；所述电容器的两端分别与所述内部中压直流母线连接。
具体地，所述内部中压直流母线可以通过直流输出模块，连接到列车的中压直流母线，为列车的直流辅助负载供电。
具体地，如图4所示，所述直流输出模块包括：电感、第一隔离开关、熔断器、电容器和第二隔离开关；所述直流输出模块的端口1与内部中压直流母线相连，所述直流输出模块的端口2用于连接至列车中压直流母线，内部中压直流母线通过直流输出模块为列车直流负载供电。
为了在实现列车经过分相区时牵引供电的基础上，提高储能单元的利用率，如图1所示，本申请提供一种列车供电控制***的实施例，在本实施例中，所述列车供电控制***包括：
列车的牵引变流器、中压直流母线、中压交流母线、低压直流母线、储能元件以及所述的列车供电控制装置；所述列车供电控制装置分别与所述牵引变流器、中压直流母线、中压交流母线、低压直流母线和储能元件连接。
具体地，所述能量单元与所述牵引变流器的高压直流母线连接；所述直流输出模块与所述中压直流母线连接；所述辅助逆变器与所述中压交流母线连接；所述蓄电池充电机与所述低压直流母线连接；所述非隔离双向DCDC模块与所述储能元件连接；所述第一控制器与所述牵引变流器的第二控制器连接。
具体地，以动力电池为代表的储能元件，可以通过非隔离双向DCDC模块与内部中压直流母线相连。第一控制器发出非隔离双向DCDC模块的控制脉冲，控制储能元件的充放电，从而实现储能元件和中压直流母线间的电能传输。
具体地，所述列车供电控制装置，可以连接储能元件、列车的牵引变流器，列车上的中压直流母线、中压交流母线和低压直流母线，并控制能量在各个端口之间的流动。
在本申请一个实施例中，所述列车供电控制装置为多个；各个列车供电控制装置经由所述中压直流母线连接。
具体地，如图5所示，列车上多台电能变换装置，可以通过列车中压直流母线实现互联，每台列车供电控制装置既可以向接入列车中压直流母线的直流负载和其它列车供电控制装置供电，也可以从列车中压直流母线取电；电能变换装置实现的功能可以相当于列车供电控制装置。
为了在实现列车经过分相区时牵引供电的基础上，提高储能单元的利用率，本申请提供一种执行主体为所述第一控制器的列车供电控制方法，应用所述的列车供电控制***实现，如图6所示，该方法包括：
步骤100：经由所述直流输出模块、辅助逆变器和蓄电池充电机获得一列车在分相区内的辅助用电功率，经由所述非隔离双向DCDC模块获得所述列车的储能元件的最大充电功率和最大放电功率，以及经由所述列车的牵引变流器中的第二控制器获得所述牵引变流器对应的牵引逆变器功率，所述辅助用电功率包括：分别经由所述直流输出模块、辅助逆变器和蓄电池充电机获得的负载功率。
具体地，所述辅助用电功率可以表示设置在列车中压直流母线、列车中压交流母线和列车低压直流母线上的辅助负载(即辅助用电设备)的用电功率。
步骤200：根据所述辅助用电功率、所述储能元件的最大充电功率、最大放电功率以及所述牵引变流器对应的牵引逆变器功率，控制所述能量单元、非隔离双向DCDC模块、直流输出模块、辅助逆变器和蓄电池充电机，完成所述列车在分相区内的供电控制。
为了进一步提高牵引逆变器功率、辅助用电功率、储能元件的最大充电功率以及最大放电功率的可靠性，在本申请一个实施例中，步骤100包括：
步骤110：分别获取所述内部中压直流母线、第一高频模块、第二高频模块、非隔离双向DCDC模块、直流输出模块、辅助逆变器和蓄电池充电机各自两端的电压和电流，以及所述牵引逆变器的输入电压和电流。
步骤120：根据所述内部中压直流母线、第一高频模块、第二高频模块、非隔离双向DCDC模块、直流输出模块、辅助逆变器和蓄电池充电机各自两端的电压和电流，确定辅助用电功率、所述储能元件的最大充电功率以及最大放电功率；所述能量单元包括：第一高频模块和第二高频模块。
步骤130：根据所述牵引逆变器的输入电压和电流，确定所述牵引变流器对应的牵引逆变器功率。
具体地，在非过分相时，由接触网为牵引变流器供电，再通过高压直流母线为列车供电控制装置供电；在过分相时，检测列车的牵引逆变器功率Pt、辅助用电功率Pa(包括列车中压直流母线、中压交流母线和低压母线上的负载功率)以及储能元件的储能状态、充、放电功率Ps，控制储能元件充放电来优化过分相过程中牵引变流器和辅助负载的电能分配。
具体地，第一控制器可以采集电能变化装置中各端口的电压、电流，计算当前的辅助用电功率Pa和储能元件的最大充、放电功率Psmax；第二控制器可以采集牵引逆变器的输入电压和电流，计算当前的牵引逆变器功率Pt。
为了通过控制储能元件充放电来优化过分相过程中牵引逆变器和辅助负载的电能分配，参见图7，在本申请一个实施例中，步骤200包括：
步骤210：当所述牵引逆变器功率大于零，并且所述牵引逆变器功率与辅助用电功率之和大于所述储能元件的最大放电功率时，经由所述非隔离双向DCDC模块控制所述储能元件提供电能；根据储能单元提供的电能，经由所述能量单元、直流输出模块、辅助逆变器和蓄电池充电机控制所述牵引逆变器功率与辅助用电功率之和等于所述储能元件的最大放电功率。
具体地，当所述牵引逆变器功率大于零，并且所述牵引逆变器功率与辅助用电功率之和大于所述储能元件的最大放电功率时，所述储能元件提供的电能为所述储能元件的最大放电功率。
步骤220：当所述牵引逆变器功率大于零，并且所述牵引逆变器功率与辅助用电功率之和小于或等于储能元件最大放电功率时，经由所述非隔离双向DCDC模块控制所述储能元件提供电能；根据储能单元提供的电能，经由所述能量单元、直流输出模块、辅助逆变器和蓄电池充电机控制所述牵引逆变器功率与辅助用电功率之和等于所述储能元件的最大放电功率。
步骤230：当所述牵引逆变器功率小于零，并且所述牵引逆变器功率的绝对值小于辅助用电功率时，经由所述非隔离双向DCDC模块控制所述储能元件提供电能；根据储能单元提供的电能，经由所述能量单元、直流输出模块、辅助逆变器和蓄电池充电机控制所述牵引逆变器功率的绝对值与所述储能元件的放电功率之和等于所述辅助用电功率。
步骤240：当所述牵引逆变器功率小于零，所述牵引逆变器功率的绝对值大于辅助用电功率，并且所述牵引逆变器功率的绝对值小于所述辅助用电功率和储能元件的最大充电功率之和时，经由所述非隔离双向DCDC模块控制所述储能元件接收电能；根据储能单元接收的电能，经由所述能量单元、直流输出模块、辅助逆变器和蓄电池充电机控制所述牵引逆变器功率的绝对值等于所述辅助用电功率和所述储能元件的充电功率之和。
步骤250：当所述牵引逆变器功率小于零，并且所述牵引逆变器功率绝对值大于辅助用电功率和储能元件最大充电功率之和时，经由所述非隔离双向DCDC模块控制所述储能元件接收电能；根据储能单元接收的电能，经由所述能量单元、直流输出模块、辅助逆变器和蓄电池充电机控制所述牵引逆变器功率的绝对值大于所述辅助用电功率和所述储能元件的充电功率之和。
具体地，参见图8，可以根据牵引逆变器功率(正值表示牵引模式，负值表示制动模式)、辅助用电功率和储能元件最大充、放电功率的关系，得到五种过分相工况：
工况一，当牵引逆变器功率为正，牵引逆变器功率与辅助用电功率之和大于储能元件最大放电功率时，储能元件工作于放电模式，牵引逆变器和辅助负载将实施降功率运行，该工况下牵引逆变器和辅助负载用电功率之和等于储能元件的当前最大放电功率。
具体地，第一控制器采集辅助用电功率和储能元件功率，同时接收第二控制器发来的牵引逆变器功率。当牵引逆变器功率为正，且牵引逆变器功率与辅助用电功率之和大于储能元件功率时，储能元件工作于放电模式，第一控制器调节非隔离双向DCDC模块的控制脉冲，使储能元件按最大输出功率供电并维持内部中压直流母线电压稳定；第一控制器调节第一高频模块、第二高频模块的控制脉冲以实现高压直流母线电压的稳定；第一控制器向辅助用电设备发出降功率指令，对非必要辅助负载进行切除，同时控制直流输出模块接触器闭合，调节辅助逆变器和蓄电池充电机的控制脉冲维持列车中压交流母线和列车低压直流母线的电压稳定和降功率输出，实现辅助用电设备降功率运行；第一控制器向第二控制器发送降功率指令，第二控制器接收到降功率指令后，通过调节牵引逆变器脉冲实现牵引变流器降功率运行。
也就是说，当牵引逆变器功率为正，牵引逆变器功率与辅助用电功率之和大于储能元件功率时，储能元件工作于放电模式，牵引逆变器和辅助负载将实施降功率运行，确保储能元件与牵引逆变器和辅助负载所有负载的功率平衡。
工况二，当牵引逆变器功率为正，牵引逆变器功率与辅助用电功率之和小于或等于储能元件最大放电功率时，储能元件工作于放电模式，向牵引逆变器与辅助负载供电，该工况下储能元件的放电功率等于牵引变流器的再生制动功率之和。
具体地，第一控制器采集辅助用电功率和储能元件功率，同时接收第二控制器发来的牵引逆变器功率。当牵引逆变器功率为正，牵引逆变器功率与辅助用电功率之和小于储能元件功率时，储能元件工作于放电模式，第一控制器调节非隔离双向DCDC模块的控制脉冲，稳定内部中压直流母线电压，同时控制其输出功率等于牵引逆变器功率与辅助用电功率之和；第一控制器调节第一高频模块、第二高频模块的控制脉冲以实现高压直流母线电压的稳定；第一控制器控制直流输出模块接触器闭合并调节辅助逆变器和蓄电池充电机的控制脉冲，维持列车中压直流母线、列车中压交流母线和列车低压直流母线的电压稳定；第二控制器调节牵引逆变器脉冲使其维持在当前的功率等级运行。
也就是说，当牵引逆变器功率为正，牵引逆变器功率与辅助用电功率之和小于储能元件功率时，储能元件工作于放电模式，给牵引与辅助负载供电。
工况三，当牵引逆变器功率为负，牵引逆变器功率绝对值小于辅助用电功率时，储能元件工作于放电模式，与牵引变流器的再生制动能量共同为辅助负载供电；该工况下储能元件放电功率与牵引变流器的再生制动功率之和等于辅助供电功率。
具体地，第一控制器采集辅助用电功率和储能元件功率，同时接收第二控制器发来的牵引逆变器功率。当牵引逆变器功率为负，牵引逆变器功率绝对值小于辅助用电功率时，储能元件工作于放电模式，第一控制器调节非隔离双向DCDC模块的控制脉冲，稳定内部中压直流母线电压并控制其输出功率等于辅助用电功率与牵引逆变器功率绝对值之差；第一控制器调节第一高频模块、第二高频模块的控制脉冲以实现高压直流母线电压的稳定；第一控制器控制直流输出模块接触器闭合并调节辅助逆变器和蓄电池充电机的控制脉冲，维持列车中压直流母线、列车中压交流母线和列车低压直流母线的电压稳定；第二控制器调节牵引逆变器脉冲使其维持在当前的功率等级运行。
也就是说，当牵引逆变器功率为负，牵引逆变器功率绝对值小于辅助用电功率时，储能元件工作于放电模式，和牵引变流器的再生制动能量共同为辅助负载供电。
工况四，当牵引逆变器功率为负，牵引逆变器功率绝对值大于辅助用电功率，小于辅助用电功率和储能元件最大充电功率之和时，牵引变流器的再生制动能量为辅助负载供电，同时为储能元件充电；该工况下牵引变流器的再生制动功率等于辅助负载供电功率和储能元件充电功率之和。
具体地，第一控制器采集辅助用电功率和储能元件功率，同时接收第二控制器发来的牵引逆变器功率。当牵引逆变器功率为负，牵引逆变器功率绝对值大于辅助用电功率且小于辅助用电功率和储能元件最大充电功率之和时，储能元件工作于充电模式，第一控制器调节非隔离双向DCDC模块的控制脉冲，使其进入恒功率充电模式，并控制充电功率等于牵引逆变器功率绝对值与辅助用电功率之差；第一控制器调节第一高频模块、第二高频模块的控制脉冲以维持内部中压直流母线电压的稳定；第一控制器控制直流输出模块接触器闭合并调节辅助逆变器和蓄电池充电机的控制脉冲，维持列车中压直流母线、列车中压交流母线和列车低压直流母线的电压稳定；第二控制器调节牵引逆变器脉冲使其维持在当前的功率等级运行。
工况五，当牵引逆变器功率为负，牵引逆变器功率绝对值大于辅助用电功率和储能元件最大充电功率之和时，牵引变流器的部分再生制动能量为辅助负载供电，同时为储能元件充电，剩余的能量由本单元制动电阻消耗；该工况下牵引变流器的再生制动功率大于辅助负载供电功率和储能元件充电功率之和。
具体地，第一控制器采集辅助用电功率和储能元件功率，同时接收第二控制器发来的牵引逆变器功率。当牵引逆变器功率为负，牵引逆变器功率绝对值大于辅助用电功率和储能元件最大充电功率之和时，储能元件工作于充电模式，第一控制器调节非隔离双向DCDC模块的控制脉冲，使其以最大充电功率对储能元件进行充电；第一控制器调节第一高频模块、第二高频模块的控制脉冲以维持内部中压直流母线电压的稳定；第一控制器控制直流输出模块接触器闭合并调节辅助逆变器和蓄电池充电机的控制脉冲，维持列车中压直流母线、列车中压交流母线和列车低压直流母线的电压稳定；第二控制器调节牵引逆变器脉冲使其维持在当前的功率等级运行。牵引逆变器功率绝对值大于辅助用电功率和储能元件最大充电功率，牵引逆变器多余的制动能量由牵引变流器中的制动电阻消耗。
也就是说，当牵引逆变器功率为负，牵引逆变器功率绝对值大于辅助用电功率时，牵引变流器的再生制动能量为辅助负载供电，又为储能元件充电。
在本申请一个实施例中，步骤130还包括：
步骤1301：若确定所述储能元件发生故障或处于满电状态，则封锁所述非隔离双向DCDC模块脉冲，断开所述储能元件与非隔离双向DCDC模块脉冲的连接。
步骤1302：应用所述直流输出模块和中压直流母线接入另一储能元件。
具体地，若本台列车供电控制装置的储能元件发生故障或处于满电状态，第一控制器可以封锁非隔离双向DCDC模块脉冲，断开储能元件与列车供电控制装置的连接；通过直流输出模块和列车中压直流母线接入其它列车供电控制装置中的储能元件，以替代原储能元件的功能。
从软件层面来说，为了在实现列车经过分相区时牵引供电的基础上，提高储能单元的利用率，本申请提供一种用于实现所述列车供电控制方法中全部或部分内容的列车供电控制装置的实施例，所述列车供电控制装置实现的功能可以相当于上述第一控制器实现的功能，参见图5，所述列车供电控制装置具体包含有如下内容：
获取模块，用于获取所述列车在分相区内的辅助用电功率、所述储能元件的最大充电功率、最大放电功率以及所述牵引变流器对应的牵引逆变器功率，所述辅助用电功率包括：所述中压直流母线、中压交流母线和低压直流母线上的负载功率；
供电控制模块，用于根据所述辅助用电功率、所述储能元件的最大充电功率、最大放电功率以及所述牵引变流器对应的牵引逆变器功率，完成所述列车在分相区内的供电控制。
本说明书提供的列车供电控制装置的实施例具体可以用于执行上述列车供电控制方法的实施例的处理流程，其功能在此不再赘述，可以参照上述列车供电控制方法实施例的详细描述。
由上述描述可知，本申请提供的列车供电控制装置、***以及方法，能够在实现列车经过分相区时牵引供电的基础上，提高储能单元的利用率；具体地，还能够降低储能单元的复杂程度，实现列车具有一定牵引力过分相的能力，能够减少过分相的速度损失；实现列车具有更大制动力过分相的能力；减小储能元件的绝缘等级，降低储能元件的绝缘设计难度；实现列车具有一定应急牵引能力；可以实现多个列车供电控制装置之间的互联，单个储能元件故障不影响单个列车供电控制装置的功能。
从硬件层面来说，为了在实现列车经过分相区时牵引供电的基础上，提高储能单元的利用率，本申请提供一种用于实现所述列车供电控制方法中的全部或部分内容的电子设备的实施例所述电子设备具体包含有如下内容：
处理器(processor)、存储器(memory)、通信接口(Communications Interface)和总线；其中，所述处理器、存储器、通信接口通过所述总线完成相互间的通信；所述通信接口用于实现所述列车供电控制装置以及用户终端等相关设备之间的信息传输；该电子设备可以是台式计算机、平板电脑及移动终端等，本实施例不限于此。在本实施例中，该电子设备可以参照实施例用于实现所述列车供电控制方法的实施例及用于实现所述列车供电控制装置的实施例进行实施，其内容被合并于此，重复之处不再赘述。
图9为本申请实施例的电子设备9600的***构成的示意框图。如图9所示，该电子设备9600可以包括中央处理器9100和存储器9140；存储器9140耦合到中央处理器9100。值得注意的是，该图9是示例性的；还可以使用其他类型的结构，来补充或代替该结构，以实现电信功能或其他功能。
在本申请一个或多个实施例中，列车供电控制功能可以被集成到中央处理器9100中。其中，中央处理器9100可以被配置为进行如下控制：
步骤100：经由所述直流输出模块、辅助逆变器和蓄电池充电机获得一列车在分相区内的辅助用电功率，经由所述非隔离双向DCDC模块获得所述列车的储能元件的最大充电功率和最大放电功率，以及经由所述列车的牵引变流器中的第二控制器获得所述牵引变流器对应的牵引逆变器功率，所述辅助用电功率包括：分别经由所述直流输出模块、辅助逆变器和蓄电池充电机获得的负载功率；
步骤200：根据所述辅助用电功率、所述储能元件的最大充电功率、最大放电功率以及所述牵引变流器对应的牵引逆变器功率，控制所述能量单元、非隔离双向DCDC模块、直流输出模块、辅助逆变器和蓄电池充电机，完成所述列车在分相区内的供电控制。
从上述描述可知，本申请的实施例提供的电子设备，能够在实现列车经过分相区时牵引供电的基础上，提高储能单元的利用率。
在另一个实施方式中，列车供电控制装置可以与中央处理器9100分开配置，例如可以将列车供电控制装置配置为与中央处理器9100连接的芯片，通过中央处理器的控制来实现列车供电控制功能。
如图9所示，该电子设备9600还可以包括：通信模块9110、输入单元9120、音频处理器9130、显示器9160、电源9170。值得注意的是，电子设备9600也并不是必须要包括图9中所示的所有部件；此外，电子设备9600还可以包括图9中没有示出的部件，可以参考现有技术。
如图9所示，中央处理器9100有时也称为控制器或操作控件，可以包括微处理器或其他处理器装置和/或逻辑装置，该中央处理器9100接收输入并控制电子设备9600的各个部件的操作。
其中，存储器9140，例如可以是缓存器、闪存、硬驱、可移动介质、易失性存储器、非易失性存储器或其它合适装置中的一种或更多种。可储存上述与失败有关的信息，此外还可存储执行有关信息的程序。并且中央处理器9100可执行该存储器9140存储的该程序，以实现信息存储或处理等。
输入单元9120向中央处理器9100提供输入。该输入单元9120例如为按键或触摸输入装置。电源9170用于向电子设备9600提供电力。显示器9160用于进行图像和文字等显示对象的显示。该显示器例如可为LCD显示器，但并不限于此。
该存储器9140可以是固态存储器，例如，只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、SIM卡等。还可以是这样的存储器，其即使在断电时也保存信息，可被选择性地擦除且设有更多数据，该存储器的示例有时被称为EPROM等。存储器9140还可以是某种其它类型的装置。存储器9140包括缓冲存储器9141(有时被称为缓冲器)。存储器9140可以包括应用/功能存储部9142，该应用/功能存储部9142用于存储应用程序和功能程序或用于通过中央处理器9100执行电子设备9600的操作的流程。
存储器9140还可以包括数据存储部9143，该数据存储部9143用于存储数据，例如联系人、数字数据、图片、声音和/或任何其他由电子设备使用的数据。存储器9140的驱动程序存储部9144可以包括电子设备的用于通信功能和/或用于执行电子设备的其他功能(如消息传送应用、通讯录应用等)的各种驱动程序。
通信模块9110即为经由天线9111发送和接收信号的发送机/接收机9110。通信模块(发送机/接收机)9110耦合到中央处理器9100，以提供输入信号和接收输出信号，这可以和常规移动通信终端的情况相同。
基于不同的通信技术，在同一电子设备中，可以设置有多个通信模块9110，如蜂窝网络模块、蓝牙模块和/或无线局域网模块等。通信模块(发送机/接收机)9110还经由音频处理器9130耦合到扬声器9131和麦克风9132，以经由扬声器9131提供音频输出，并接收来自麦克风9132的音频输入，从而实现通常的电信功能。音频处理器9130可以包括任何合适的缓冲器、解码器、放大器等。另外，音频处理器9130还耦合到中央处理器9100，从而使得可以通过麦克风9132能够在本机上录音，且使得可以通过扬声器9131来播放本机上存储的声音。
上述描述可知，本申请的实施例提供的电子设备，能够在实现列车经过分相区时牵引供电的基础上，提高储能单元的利用率。
本申请的实施例还提供能够实现上述实施例中的列车供电控制方法中全部步骤的一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现上述实施例中的列车供电控制方法的全部步骤，例如，所述处理器执行所述计算机程序时实现下述步骤：
步骤100：经由所述直流输出模块、辅助逆变器和蓄电池充电机获得一列车在分相区内的辅助用电功率，经由所述非隔离双向DCDC模块获得所述列车的储能元件的最大充电功率和最大放电功率，以及经由所述列车的牵引变流器中的第二控制器获得所述牵引变流器对应的牵引逆变器功率，所述辅助用电功率包括：分别经由所述直流输出模块、辅助逆变器和蓄电池充电机获得的负载功率；
步骤200：根据所述辅助用电功率、所述储能元件的最大充电功率、最大放电功率以及所述牵引变流器对应的牵引逆变器功率，控制所述能量单元、非隔离双向DCDC模块、直流输出模块、辅助逆变器和蓄电池充电机，完成所述列车在分相区内的供电控制。
从上述描述可知，本申请实施例提供的计算机可读存储介质，能够在实现列车经过分相区时牵引供电的基础上，提高储能单元的利用率。
本申请中上述方法的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。相关之处参见方法实施例的部分说明即可。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、***、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(***)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
本申请中应用了具体实施例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本申请的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。

Claims (10)

1.一种列车供电控制装置，其特征在于，包括：第一控制器、内部中压直流母线、能量单元、非隔离双向DCDC模块、直流输出模块、辅助逆变器和蓄电池充电机；
所述第一控制器分别与所述能量单元、非隔离双向DCDC模块、直流输出模块、辅助逆变器和蓄电池充电机连接；
所述内部中压直流母线分别与所述能量单元、非隔离双向DCDC模块、直流输出模块、辅助逆变器和蓄电池充电机连接；
所述第一控制器，用于经由所述直流输出模块、辅助逆变器和蓄电池充电机获得一列车在分相区内的辅助用电功率，经由所述非隔离双向DCDC模块获得所述列车的储能元件的最大充电功率和最大放电功率，以及经由所述列车的牵引变流器中的第二控制器获得所述牵引变流器对应的牵引逆变器功率，并根据所述辅助用电功率、所述储能元件的最大充电功率、最大放电功率以及所述牵引变流器对应的牵引逆变器功率，控制所述能量单元、非隔离双向DCDC模块、直流输出模块、辅助逆变器和蓄电池充电机，完成所述列车在分相区内的供电控制；其中，所述辅助用电功率包括：分别经由所述直流输出模块、辅助逆变器和蓄电池充电机获得的负载功率。
2.根据权利要求1所述的列车供电控制装置，其特征在于，所述能量单元包括：依次连接的第一高频模块、高频变压器和第二高频模块；
所述第一高频模块与所述第一控制器连接；
所述第二高频模块分别与所述第一控制器和内部中压直流母线连接。
3.根据权利要求1所述的列车供电控制装置，其特征在于，所述直流输出模块包括：依次连接的电感、第一隔离开关、熔断器、电容器和第二隔离开关；
所述电容器的两端分别与所述内部中压直流母线连接。
4.一种列车供电控制***，其特征在于，包括：列车的牵引变流器、中压直流母线、中压交流母线、低压直流母线、储能元件以及如权利要求1至3任一项所述的列车供电控制装置；
所述列车供电控制装置分别与所述牵引变流器、中压直流母线、中压交流母线、低压直流母线和储能元件连接。
5.根据权利要求4所述的列车供电控制***，其特征在于，
所述能量单元与所述牵引变流器的高压直流母线连接；
所述直流输出模块与所述中压直流母线连接；
所述辅助逆变器与所述中压交流母线连接；
所述蓄电池充电机与所述低压直流母线连接；
所述非隔离双向DCDC模块与所述储能元件连接；
所述第一控制器与所述牵引变流器的第二控制器连接。
6.根据权利要求4所述的列车供电控制***，其特征在于，所述列车供电控制装置为多个；
各个列车供电控制装置经由所述中压直流母线连接。
7.一种列车供电控制方法，其特征在于，应用如权利要求4至6任一项所述的列车供电控制***实现，包括：
经由所述直流输出模块、辅助逆变器和蓄电池充电机获得一列车在分相区内的辅助用电功率，经由所述非隔离双向DCDC模块获得所述列车的储能元件的最大充电功率和最大放电功率，以及经由所述列车的牵引变流器中的第二控制器获得所述牵引变流器对应的牵引逆变器功率，所述辅助用电功率包括：分别经由所述直流输出模块、辅助逆变器和蓄电池充电机获得的负载功率；
根据所述辅助用电功率、所述储能元件的最大充电功率、最大放电功率以及所述牵引变流器对应的牵引逆变器功率，控制所述能量单元、非隔离双向DCDC模块、直流输出模块、辅助逆变器和蓄电池充电机，完成所述列车在分相区内的供电控制。
8.根据权利要求7所述的列车供电控制方法，其特征在于，所述根据所述辅助用电功率、所述储能元件的最大充电功率、最大放电功率以及所述牵引变流器对应的牵引逆变器功率，控制所述能量单元、非隔离双向DCDC模块、直流输出模块、辅助逆变器和蓄电池充电机，完成所述列车在分相区内的供电控制，包括：
当所述牵引逆变器功率大于零，并且所述牵引逆变器功率与辅助用电功率之和大于所述储能元件的最大放电功率时，经由所述非隔离双向DCDC模块控制所述储能元件提供电能；根据储能单元提供的电能，经由所述能量单元、直流输出模块、辅助逆变器和蓄电池充电机控制所述牵引逆变器功率与辅助用电功率之和等于所述储能元件的最大放电功率；
当所述牵引逆变器功率大于零，并且所述牵引逆变器功率与辅助用电功率之和小于或等于储能元件最大放电功率时，经由所述非隔离双向DCDC模块控制所述储能元件提供电能；根据储能单元提供的电能，经由所述能量单元、直流输出模块、辅助逆变器和蓄电池充电机控制所述牵引逆变器功率与辅助用电功率之和等于所述储能元件的最大放电功率；
当所述牵引逆变器功率小于零，并且所述牵引逆变器功率的绝对值小于辅助用电功率时，经由所述非隔离双向DCDC模块控制所述储能元件提供电能；根据储能单元提供的电能，经由所述能量单元、直流输出模块、辅助逆变器和蓄电池充电机控制所述牵引逆变器功率的绝对值与所述储能元件的放电功率之和等于所述辅助用电功率；
当所述牵引逆变器功率小于零，所述牵引逆变器功率的绝对值大于辅助用电功率，并且所述牵引逆变器功率的绝对值小于所述辅助用电功率和储能元件的最大充电功率之和时，经由所述非隔离双向DCDC模块控制所述储能元件接收电能；根据储能单元接收的电能，经由所述能量单元、直流输出模块、辅助逆变器和蓄电池充电机控制所述牵引逆变器功率的绝对值等于所述辅助用电功率和所述储能元件的充电功率之和；
当所述牵引逆变器功率小于零，并且所述牵引逆变器功率绝对值大于辅助用电功率和储能元件最大充电功率之和时，经由所述非隔离双向DCDC模块控制所述储能元件接收电能；根据储能单元接收的电能，经由所述能量单元、直流输出模块、辅助逆变器和蓄电池充电机控制所述牵引逆变器功率的绝对值大于所述辅助用电功率和所述储能元件的充电功率之和。
9.根据权利要求7所述的列车供电控制方法，其特征在于，当所述牵引逆变器功率大于零，并且所述牵引逆变器功率与辅助用电功率之和大于所述储能元件的最大放电功率时，所述储能元件提供的电能为所述储能元件的最大放电功率。
10.根据权利要求7所述的列车供电控制方法，其特征在于，还包括：
若确定所述储能元件发生故障或处于满电状态，则封锁所述非隔离双向DCDC模块脉冲，断开所述储能元件与非隔离双向DCDC模块脉冲的连接；
应用所述直流输出模块和中压直流母线接入另一储能元件。
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