應用于列車的過壓斬波能耗均衡控制系統的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及軌道交通電氣控制領域，尤其是涉及一種應用于地鐵列車、城軌列車、輕軌列車等軌道交通車輛VVVF (Variable Voltage and Variable Frequency，變頻調速系統的簡稱)的過壓斬波能耗均衡控制系統。
【背景技術】
[0002]地鐵列車具有載客量大、行駛速度快、舒適性高等優點，是解決城市交通問題的重要手段之一。地鐵列車由多節車輛編組而成，一般為6節編組，4節動車、2節拖車結構，每節動車均有獨立的變頻調速系統(以下簡稱VVVF)。地鐵列車在制動過程中優先采用電制動方式，只有當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械能轉化為電能供線路電網吸收，若線路電網不能再吸收再生制動產生的電能時，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VVVF內的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，達到消耗過量電能和保護VVVF中IGBT元件的目的。但由于每節動車VVVF內中間電壓傳感器個體的檢測能力和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換為電阻制動工況過程中最先開啟斬波管元件，實行電阻制動，而其它三節動車仍工作于再生制動工況，從而導致一節動車的斬波管元件和制動電阻需要消耗四節動車電制動能量的情況。若在電阻制動工況下，動車因制動電阻進入超溫保護，而使該節動車過壓斬波不能進行，此節動車VVVF主電路的中間電壓將急劇抬升，造成中間電壓過壓保護而分斷該節動車VVVF的高速斷路器(以下簡稱HSCB)。此時，空氣制動若不能及時補充，將導致列車進站停車時沖標，影響乘客上下車，使列車運行發生晚點，對地鐵正線運營造成極大的影響。更為嚴重時，甚至會造成中間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，由于城市軌道交通系統站與站之間的間距短，列車在正線運營過程中需要頻繁牽引啟動加速與制動減速停站，當運行過程中出現較多地鐵列車處于電制動工況，而向線路電網反饋能量時，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的問題。
[0004]在地下鐵道電動客車斬波試驗運用領域的現有技術中，主要有以下三篇文獻與本發明申請相關:
[0005]現有技術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的中國發明專利申請《地鐵斬波試驗臺》。該發明專利申請提供了由電力電子主機系統，32位專用計算機系統，專用大規模模擬測試接口系統構成的地鐵斬波系統試驗臺，可全面精確地對斬波調壓地下鐵道電動客車直流串激電動機電力牽引再生制動大功率逆導通晶閘管斬波電力電子系統進行直接測試和模擬測試的斬波系統試驗臺。該發明可進行斬波器電壓測試，斬波器頻率測試，斬波器導通比測試，牽引電流特性測試，再生制動電流時間常數測試，再生制動放大器特性測定等測試項目，具備自動波形參數測量結果分析，并顯示打印測試結果的功能。但是，現有斬波試驗模擬方案只能進行單臺動車的斬波模擬試驗，而現場地鐵列車實際運用情況復雜，僅依靠斬波模擬試驗裝置對整列車現場實際運用過程中出現的電制動工況過壓斬波能耗不均衡無法做出模擬測試，因此現有試驗裝置無法解決過壓斬波能耗不均衡的問題。
[0006]現有技術2為廣州地鐵運營公司樊嘉峰、陳軍華于2000年11月10日發表在《機車電傳動》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能耗均衡的實現》。該論文針對列車電制動過程中線路電網電壓傳感器測量差異帶來的地鐵車輛各動車電阻制動時能耗不均衡的問題，提出了通過檢測線路電網電流方向來判斷各節動車電阻制動時是否消耗自身VVVF電制動所產生的能量的方法，而各節動車通過對線路電網電流的方向的判斷及電流值來進行PI調節，動態地提升或降低各節動車的斬波起始門濫，來達到整列車再生與電阻制動時能耗均衡的目的。但是該論文中的技術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的過壓斬波工況，方案處理僅通過檢測每節動車線路電網電壓和線路電流，對線路電流的正負進行判讀，用PI調節方式調節過壓斬波門檻的方式使每節動車過壓斬波時能耗均衡。而且現有方案為每節動車自行調節，各動車之間無法知道其他動車運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過壓斬波能耗均衡控制較難實現。
[0007]現有技術3為陳新濺、陳中杰等人于2013年01月10日發表在《機車電傳動》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研制》。該論文詳細介紹了裝載有電容儲能式再生電能吸收裝置列車的設計方法及技術參數。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，列車較難出現過壓斬波能耗不均衡問題。但是，該論文中的技術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，使列車電制動時較少進入電阻制動工況。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，列車停止運行時能量較難釋放，易在檢修時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量較重且體積較大，儲能裝置的設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昂貴，地鐵列車采用易導致成本過高。
【發明內容】
[0008]有鑒于此，本發明的目的在于提供一種應用于列車的過壓斬波能耗均衡控制系統，能夠有效地解決列車電氣系統過壓斬波能耗均衡控制的技術問題。
[0009]為了實現上述發明目的，本發明具體提供了一種應用于列車的過壓斬波能耗均衡控制系統的技術實現方案，所述過壓斬波能耗均衡控制系統，包括:
[0010]兩個以上設置在動車上的傳動控制單元，所述傳動控制單元獲取本節動車，以及其它各節動車的運行數據，動態調節本節動車的再生制動和電阻制動工況。所述傳動控制單元根據各節動車運行過程中過壓斬波能耗的情況調整過壓斬波開通/關斷門檻，實現過壓斬波能耗均衡控制。
[0011]優選的，所述傳動控制單元通過分別累計各節動車的斬波管元件開通時間計算各節動車運行過程中過壓斬波能耗的情況。
[0012]本發明還具體提供了另一種應用于列車的過壓斬波能耗均衡控制系統的技術實現方案，所述過壓斬波能耗均衡控制系統，包括:
[0013]兩個以上設置在動車上的傳動控制單元，所述傳動控制單元獲取本節動車，以及其它各節動車的運行數據，動態調節本節動車的再生制動和電阻制動工況。所述傳動控制單元根據中間直流電流調整過壓斬波開通/關斷門檻。
[0014]本發明還具體提供了第三種應用于列車的過壓斬波能耗均衡控制系統的技術實現方案，所述過壓斬波能耗均衡控制系統，包括:
[0015]兩個以上設置在動車上的傳動控制單元，所述傳動控制單元獲取本節動車，以及其它各節動車的運行數據，動態調節本節動車的再生制動和電阻制動工況。所述傳動控制單元根據各節動車運行過程中過壓斬波能耗的情況，以及中間直流電流調整過壓斬波開通/關斷門檻。
[0016]優選的，所述傳動控制單元通過分別累計各節動車的斬波管元件開通時間計算各節動車運行過程中過壓斬波能耗的情況。
[0017]本發明還具體提供了第四種應用于列車的過壓斬波能耗均衡控制系統的技術實現方案，所述過壓斬波能耗均衡控制系統，包括:
[0018]列車網絡控制系統和傳動控制單元，所述列車網絡控制系統通過所述傳動控制單元獲取每節動車的運行數據，動態調節各節動車的再生制動和電阻制動工況。所述列車網絡控制系統根據各節動車運行過程中過壓斬波能耗的情況發出過壓斬波門檻抬高標志，所述傳動控制單元根據過壓斬波門檻抬高標志調整過壓斬波開通/關斷門檻，實現過壓斬波能耗均衡控制。
[0019]優選的，所述列車網絡控制系統通過分別累計各節動車的斬波管元件開通時間發出所述過壓斬波門檻抬高標志。
[0020]本發明還具體提供了第五種應用于列車的過壓斬波能耗均衡控制系統的技術實現方案，所述過壓斬波能耗均衡控制系統，包括:
[0021]列車網絡控制系統和傳動控制單元，所述列車網絡控制系統通過所述傳動控制單元獲取每節動車的運行數據，動態調節各節動車的再生制動和電阻制動工況。所述傳動控制單元根據中間直流電流調整過壓斬波開通/關斷門檻，實現過壓斬波能耗均衡控制。
[0022]本發明還具體提供了第六種應用于列車的過壓斬波能耗均衡控制系統的技術實現方案，所述過壓斬波能耗均衡控制系統，包括:
[0023]列車網絡控制系統和傳動控制單元，所述列車網絡控制系統通過所述傳動控制單元獲取每節動車的運行數據，動態調節各節動車的再生制動和電阻制動工況。所述列車網絡控制系統根據各節動車運行過程中過壓斬波能耗的情況發出過壓斬波門檻抬高標志，所述傳動控制單元根據過壓斬波門檻抬高標志，以及中間直流電流調整過壓斬波開通/關斷門檻，實現過壓斬波能耗均衡控制。
[0024]優選的，所述列車網絡控制系統通過分別累計各節動車的斬波管元件開通時間發出所述過壓斬波門檻抬高標志。
[0025]優選的，當所述過壓斬波能耗均衡控制系統包括列車網絡控制系統和傳動控制單元時，所述列車網絡控制系統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間，并分兩類情況向斬波管元件開通時間最多的動車發出過壓斬波門檻抬高標志；
[0026]當所述過壓斬波能耗均衡控制系統包括兩個以上設置在動車上的傳動控制單元時，所述傳動控制單元從本節動車，以及其它各節動車分別獲取斬波管元件的開通時間，并分兩類情況調整過壓斬波開通/關斷門檻；
[0027]第一類情況為:判斷列車完成一次啟動出站到進站停車過程，讀取此段站與站之間各節動車的斬波管元件開通時間，并與前一次站與站之間的斬波管元件開通時間相加，得到三站之間各節動車的斬波管元件開通時間；
[0028]第二類情況為:分別累計列車運行過程中各節動車的斬波管元件開通總時間。
[0029]優選的，所述列車網絡控制系統或所述傳動控制單元先按照第二類情況的累計數據進行判斷:
[0030]所述列車在運行過程中斬波管元件開通總時間最長的動車開通時間為T，斬波管元件開通總時間最短的動車開通時間為t，若T/t彡K，KK < 1.2，K e R，則認為開通總時間為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擔最重。所述列車網絡控制系統向斬波管元件開通總時間最長的動車的傳動控制單元發出過壓斬波門檻抬高標志，或所述傳動控制單元中斬波管元件開通總時間最長的動車的傳動控制單元抬高過壓斬波開通/關斷門檻。
[0031]優選的，若T/t〈K，KK彡1.2,K e R，則所述列車網絡控制系統或所述傳動控制單元按照第一類情況的累計數據進行判斷:
[0032]所述列車運行過程中最近三站之間斬波管元件開通時間最長的動車開通時間為Tl，斬波管元件開通時間最短的動車開通時間為tl，若Tl-tl彡M，10〈M彡30，M e Z，則認為開通時間為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擔最重。所述列車網絡控制系統向斬波管元件開通總時間最長的動車的傳動控制單元發送過壓斬波門檻抬高