一種基于大功率變流裝置的過分相系統及其控制方法
【專利摘要】本發明公開了一種基于大功率變流裝置的過分相系統，包括過分相連續供電系統、中性段，還包括α相供電臂和β相供電臂，α相供電臂和中性段之間設置有第一分相關節，當列車行駛到第一分相關節時，α相供電臂和中性段短接，β相供電臂和中性段之間設置有第二分相關節，當列車行駛到第二分相關節時，β相供電臂和中性段短接，α相供電臂、中性段和β相供電臂的下方鐵軌上分別設置有軸位置傳感器；還公開了其控制方法，根據列車在分相區間所處的位置不同，將控制劃分為八種過程，對每一個過程列出了對應的控制方法；根據所述的控制系統及方法，列車可以不斷電通過分相區，同時在過分相過程不會產生電弧和過電壓。
【專利說明】
一種基于大功率變流裝置的過分相系統及其控制方法
技術領域
[0001] 本發明屬于軌道交通接觸網過分相技術領域，涉及電氣化鐵路地面自動過分相系 統領域，特別屬于具體涉及一種基于大功率變流裝置的過分相系統，以及其在列車過分相 時的控制方法。
【背景技術】
[0002] 電氣化鐵路在國民經濟建設和發展中發揮了巨大作用，隨著市場經濟和電氣領域 相關行業的發展，電氣化鐵路技術得到了長足的發展，電氣化鐵路朝著高速、大功率的方向 發展。我國鐵路牽引網采用分相分段式單相工頻交流供電，該供電方式存在列車斷電過分 相問題，尤其是在重載、爬坡路段過分相時，降低了列車的運行速度，減小了鐵路運輸能力。
[0003] 為了讓列車在分相區不斷電過分相，目前已有的技術路線有兩種，一種是日本模 式的基于機械開關的"地面自動切換相位的過分相裝置系統"，一種是我國首次研發的"基 于地面大功率變流裝置的連續供電系統"。
[0004]第一種日本模式自動過分相裝置在列車過分相時仍有不可克服的700ms左右的短 時間斷電和續流暫態過程，有可能帶來對機車絕緣和斷路器壽命狀態的較大損傷，導致這 一技術無法和歐制列車如CRHl、CRH3、CRH5車型匹配，影響了電分相系統在我國的應用。
[0005] 第二種我國首次自行研制的基于大功率變流裝置過分相連續供電系統，是從接觸 網一側供電臂取電，通過先進的電力電子電能變換技術以及先進的變流控制技術設計的變 流裝置，給接觸網電分相區間的中性段供電，當列車進入中性段時的電壓與進入前的供電 臂電壓完全同步，當列車在中性段行駛時，平滑轉換中性段電壓相位及幅值，使列車駛出中 性段之前其電壓與將進入的供電臂的電壓完全同步，從而避免機車過分相過程中對機車產 生的過電壓，降低列車過分相時的機車牽引設備的工作過電壓應力，改善機車過分相時司 機監控操作的高強度勞動條件，提高機車-供電系統的整體可靠性，并兼容不同應用機車車 型。
[0006] 相比第一種自動過分相系統，第二種接觸網過分相系統在原理上就不存在斷電， 真正實現了接觸網過分相的連續供電，但由于列車是移動的負荷，在過分相區間處，由于列 車受電弓的移動，使得中性段在列車進入關節前是孤網，在列車進入關節時與供電臂并網， 列車完全進入中性段時又變成孤網，在列車進入下一個關節時又與供電臂并網，當列車完 全離開中性段進入下一個供電臂后又變成孤網，因此，列車在過分相過程中的中性段狀態 轉換復雜，為了使列車在過分相過程中供電臂和中性段上不產生電弧和過電壓，就對給中 性段連續供電的變流裝置的控制方法提出了很高的要求。
【發明內容】
[0007] 本發明的目的之一是根據現有技術的不足，提供一種基于大功率變流裝置的過分 相系統。
[0008] 本發明解決其技術問題所采用的技術方案是:一種基于大功率變流裝置的過分相 系統，包括從牽引變電所的α相牽引母線取電的過分相連續供電系統以及由過分相連續供 電系統供電的中性段，還包括由牽引變電所的α相牽引母線供電的α相供電臂和由牽引變電 所的β相牽引母線供電的β相供電臂，所述的α相供電臂和中性段之間設置有第一分相關節， 當列車行駛到第一分相關節時，α相供電臂和中性段短接，所述的β相供電臂和中性段之間 設置有第二分相關節，當列車行駛到第二分相關節時，β相供電臂和中性段短接，所述的α相 供電臂、中性段和β相供電臂的下方鐵軌上分別設置有用來檢測列車行駛的位置及方向的 第一計軸位置傳感器、第二計軸位置傳感器和第三計軸位置傳感器。
[0009] 本發明的目的之二是提供一種基于大功率變流裝置的過分相系統在列車過分相 時的控制方法。
[0010] 本發明解決其技術問題所采用的技術方案是:一種過分相系統在列車過分相時的 控制方法，根據列車所處的位置對過分相的控制過程進行了劃分，將α相供電臂、第一分相 關節、中性段、第二分相關節和β相供電臂所處區域劃分為列車進入區間、AB區間、BC區間、 CD區間、DE區間、EF區間、FG區間和列車離開區間八個位置區間，根據列車的不同位置區間 進行如下的控制：
[0011] 列車進入區間:過分相連續供電系統處于封鎖狀態，不輸出電壓；
[0012] 列車在AB區間:過分相連續供電系統處于電壓源的孤網供電模式；
[0013] 列車在BC區間:過分相連續供電系統處于電流源的并網供電模式；
[0014] 列車在⑶區間:過分相連續供電系統處于電壓源的孤網供電模式；
[0015] 列車在DE區間:過分相連續供電系統處于電壓源的孤網供電模式；
[0016] 列車在EF區間:過分相連續供電系統處于電流源的并網供電模式；
[0017] 列車在FG區間:過分相連續供電系統處于電壓源的孤網供電模式；
[0018] 列車離開區間:過分相連續供電系統處于封鎖狀態，不輸出電壓。
[0019] 進一步，根據列車所處的位置不同對中性段上設置不同的電壓：
[0020] 列車進入區間：中性段的電壓為0;
[0021] 列車在AB區間：中性段的電壓從0開始建立，最終保持與α相供電臂的電壓幅值和 相位同步，即電壓為0-Uci;
[0022] 列車在BC區間：中性段的電壓保持為α相供電臂的電壓，即電壓為Ua;
[0023]列車在CD區間：中性段的電壓保持為α相供電臂的電壓，即電壓為Ua;
[0024] 列車在DE區間：中性段的電壓開始連續轉換幅值和相位，由與α相供電臂電壓相同 步轉換成與β相供電臂電壓同步，即電壓為ua-ue;
[0025] 列車在EF區間：中性段的電壓保持為β相供電臂的電壓，即電壓為Ue;
[0026] 列車在FG區間：中性段的電壓保持為β相供電臂的電壓，即電壓為Ue;
[0027] 列車離開區間：中性段無電壓，即電壓為0。
[0028] 更進一步，根據列車所處的位置不同對α相供電臂、中性段和β相供電臂上設置不 同的電流：
[0029] 列車進入區間：列車由α相供電臂獨立供電，中性段的電流為〇;
[0030] 列車在AB區間：列車由α相供電臂獨立供電，中性段的電流為0;
[0031]列車在BC區間：列車由α相供電臂和中性段同時供電，α相供電臂的電流由列車實 際電流下降為〇,中性段的電流由〇上升到列車實際電流；
[0032] 列車在CD區間：列車由中性段獨立供電，中性段電流為實際列車電流；
[0033] 列車在DE區間：列車由中性段獨立供電，中性段電流為實際列車電流；
[0034]列車在EF區間：列車由中性段和β相供電臂同時供電，中性段的電流由列車實際電 流下降到0，β相供電臂的電流由0上升到列車實際電流；
[0035] 列車在FG區間：列車由β相供電臂獨立供電，中性段的電流為0;
[0036] 列車離開區間：列車由β相供電臂獨立供電，中性段的電流為0。
[0037] 本發明的有益效果是:通過本發明系統及其控制方法，列車可以不斷電通過分相 區；列車在進入中性段時，來車方向的供電臂和中性段之間不會有電弧和過電壓產生;列車 在離開中性段時，中性段和即將進入的下一個供電臂之間不會有電弧和過電壓產生。
【附圖說明】
[0038] 圖1是本發明系統結構圖；
[0039]圖2是列車在AB區間的系統等效電路；
[0040]圖3是列車在BC區間的系統等效電路；
[00411圖4是列車在CD區間的系統等效電路；
[0042]圖5是列車在DE區間的系統等效電路；
[0043]圖6是列車在EF區間的系統等效電路；
[0044]圖7是列車在FG區間的系統等效電路；
[0045] 各附圖標記為:過分相連續供電系統一BLQ，TR-列車，Tl一α相供電臂，T2-β相供 電臂，Yl-第一分相關節，N-中性段，Υ2-第二分相關節，Jl 一第一計軸位置傳感器，J2- 第二計軸位置傳感器，J3-第三計軸位置傳感器，ua-α相供電臂接觸網電壓，ue-β相供電 臂接觸網電壓，u sa-α相供電臂電壓，Use-i3相供電臂電壓，usn-中性段電壓，U-BLQ輸出 等效電感，L s-供電臂源端牽引變壓器及線路等效電感，Rn、Cn-BLQ輸出阻容吸收器，Ld- 列車上牽引變壓器等效電感， Usd-列車上牽引整流器等效電源。
【具體實施方式】
[0046] 下面結合附圖對本發明作進一步詳細說明。
[0047] 參照圖1所示，本發明公開了一種基于大功率變流裝置的過分相系統，包括從牽引 變電所的α相牽引母線取電的接觸網過分相連續供電系統BLQ以及由過分相連續供電系統 BLQ供電的接觸網中性段Ν，還包括由牽引變電所的α相牽引母線供電的α相供電臂Tl和由牽 弓丨變電所的β相牽引母線供電的β相供電臂T2,所述的α相供電臂Tl和中性段N之間存在第一 分相關節Yl，列車TR沿箭頭方向在軌道上行駛，當列車TR行駛到第一分相關節Yl時，由于受 電弓的滑動，α相供電臂Tl和中性段N短接，所述的β相供電臂T2和中性段N之間存在第二分 相關節Υ2，當列車TR行駛到第二分相關節Υ2時，由于受電弓的滑動，β相供電臂Τ2和中性段N 短接，所述的α相供電臂Τ1、中性段N和β相供電臂Τ2的下方鐵軌上分別設置有用來檢測列車 TR行駛的位置及方向的第一計軸位置傳感器J1、第二計軸位置傳感器J2和第三計軸位置傳 感器J3。
[0048] 根據本控制系統，列車可以不斷電通過分相區，同時在過分相過程不會產生電弧 和過電壓，使得基于大功率變流裝置的過分相系統適應各種電氣化鐵路，并兼容不同的電 力機車和高速動車組。
[0049] -種過分相系統在列車過分相時的控制方法，根據列車TR所處的位置將α相供電 臂Tl、第一分相關節Yl、中性段Ν、第二分相關節Υ2和β相供電臂Τ2所處區域劃分為列車進入 區間、AB區間、BC區間、CD區間、DE區間、EF區間、FG區間和列車離開區間八個位置區間，根據 列車的不同位置區間進行如下的控制：
[0050] 列車TR進入區間：列車TR沿箭頭方向行駛未到第一計軸位置傳感器Jl位置時，過 分相連續供電系統BLQ處于封鎖狀態，不輸出電壓。
[0051] 列車TR沿箭頭方向行駛到第一計軸位置傳感器Jl至未到達第一分相關節Yl之間， 即在AB區間內時，過分相連續供電系統BLQ啟動孤網供電運行模式，輸出電壓從0開始跟蹤α 相供電臂接觸網電壓ua(0-ua)，使中性段N的電壓與α相供電臂Tl電壓的幅值和相位保持同 步，當輸出電壓與α相供電臂接觸網電壓幅值相位同步后，維持輸出u。，系統等效電路如圖2 所示。
[0052]列車TR沿箭頭方向行駛進入第一分相關節Yl時，過分相連續供電系統BLQ切換為 并網供電運行，此時α相供電臂Tl和過分相連續供電系統BLQ同時給列車TR供電，控制并網 輸出有功電流從〇快速上升到列車所需電流Id，a相供電臂Tl的供電電流將從Id快速降為0， 從而使列車TR由α相供電臂Tl供電快速轉移到由過分相連續供電系統BLQ供電，列車TR離開 第一分相關節Yl進入中性段N時將不會產生電弧，沒有過電壓產生。系統等效電路如圖3所 不。
[0053]列車TR沿箭頭方向離開第一分相關節Yl進入中性段N，未到達第二計軸位置傳感 器J2時，即位于CD區間內，過分相連續供電系統BLQ啟動孤網供電運行模式，使中性段N的電 壓保持跟蹤α相供電臂接觸網電壓u a，列車TR完全由過分相連續供電系統BLQ供電。系統等 效電路如圖4所示。
[0054]列車TR沿箭頭方向行駛位于中性段N，到達第二計軸位置傳感器J2未到達第二分 相關節Y2時，即位于DE區間內時，過分相連續供電系統BLQ維持孤網供電運行模式，控制中 性段N的電壓開始變頻移相跟蹤β相供電臂T2的電壓，700ms內使中性段N的電壓與β相供電 臂接觸網電壓ue同步(ua-ue)，列車完全由過分相連續供電系統BLQ供電。系統等效電路如 圖5所示。
[0055]列車TR沿箭頭方向行駛進入第二分相關節Y2時，即位于EF區間內時，過分相連續 供電系統BLQ切換為并網供電運行，此時列車TR由β相供電臂T2和過分相連續供電系統BLQ 同時給列車供電，在列車TR離開第二分相關節Υ2之前，控制并網輸出有功電流從列車實際 電流Id快速下降到0，β相供電臂Τ2的供電電流將從0快速上升為列車實際電流Id，從而使列 車TR由過分相連續供電系統BLQ供電快速轉移到由β相供電臂T2供電，使得列車TR離開第二 分相關節Υ2進入β相供電臂Τ2時不會產生電弧，沒有過電壓產生。系統等效電路如圖6所示。 [0056]列車TR沿箭頭方向行駛完全進入β相供電臂Τ2,未到達第三計軸位置傳感器J3時， 即位于FG區間內時，過分相連續供電系統BLQ再切換到孤網供電運行模式，使中性段N的電 壓保持跟蹤β相供電臂接觸網電壓u e，列車完全由β相供電臂Τ2供電。系統等效電路如圖7所 不。
[0057]列車TR沿箭頭方向完全駛離第三計軸位置傳感器J3位置時，即位于列車離開區間 時，過分相連續供電系統BLQ處于封鎖狀態，不輸出電壓，等待下一輛列車過分相。
[0058] 在八個區間位置過分相連續供電系統BLQ對應的控制運行模式及供電臂和中性段 上的電壓和電流情況如下表所示：
[0059]
[0060]上述實施例僅例示性說明本發明的原理及其功效，以及部分運用的實施例，對于 本領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明創造構思的前提下，還可以做出若干變形和 改進，這些都屬于本發明的保護范圍。
【主權項】
1. 一種基于大功率變流裝置的過分相系統，其特征在于:包括從牽引變電所的α相牽引 母線取電的過分相連續供電系統（BLQ)以及由過分相連續供電系統（BLQ)供電的中性段 (N)，還包括由牽引變電所的α相牽引母線供電的α相供電臂(Tl)和由牽引變電所的β相牽引 母線供電的β相供電臂(Τ2)，所述的α相供電臂(Tl)和中性段(N)之間設置有第一分相關節 (Yl)，當列車(TR)行駛到第一分相關節(Yl)時，α相供電臂(Tl)和中性段(N)短接，所述的β 相供電臂(Τ2)和中性段(N)之間設置有第二分相關節(Υ2)，當列車(TR)行駛到第二分相關 節(Υ2)時，β相供電臂(Τ2)和中性段(N)短接，所述的α相供電臂(Tl)、中性段(N)和β相供電 臂(Τ2)的下方鐵軌上分別設置有用來檢測列車(TR)行駛的位置及方向的第一計軸位置傳 感器(J1)、第二計軸位置傳感器(J2)和第三計軸位置傳感器(J3)。2. -種如權利要求1所述的過分相系統在列車過分相時的控制方法，其特征在于:根據 列車(TR)所處的位置將α相供電臂(Τ1)、第一分相關節(Υ1)、中性段(Ν)、第二分相關節(Υ2) 和β相供電臂(Τ2)所處區域劃分為列車進入區間、AB區間、BC區間、CD區間、DE區間、EF區間、 FG區間和列車離開區間八個位置區間，根據列車的不同位置區間進行如下的控制： 列車進入區間:過分相連續供電系統(BLQ)處于封鎖狀態，不輸出電壓； 列車(TR)在AB區間:過分相連續供電系統(BLQ)處于電壓源的孤網供電模式； 列車(TR)在BC區間:過分相連續供電系統(BLQ)處于電流源的并網供電模式； 列車(TR)在CD區間:過分相連續供電系統(BLQ)處于電壓源的孤網供電模式； 列車(TR)在DE區間:過分相連續供電系統(BLQ)處于電壓源的孤網供電模式； 列車(TR)在EF區間:過分相連續供電系統(BLQ)處于電流源的并網供電模式； 列車(TR)在FG區間:過分相連續供電系統(BLQ)處于電壓源的孤網供電模式； 列車離開區間:過分相連續供電系統(BLQ)處于封鎖狀態，不輸出電壓。3. 根據權利要求2所述的控制方法，其特征在于，根據列車所處的位置不同對中性段 (N)上設置不同的電壓： 列車進入區間：中性段(N)的電壓為O; 列車(TR)在AB區間：中性段(N)的電壓從O開始建立，最終保持與α相供電臂(T1)的電壓 幅值和相位同步，即電壓為O-Uci; 列車(TR)在BC區間：中性段(N)的電壓保持為α相供電臂(Tl)的電壓，即電壓為Ua; 列車(TR)在CD區間：中性段(N)的電壓保持為α相供電臂(Tl)的電壓，即電壓為Ua; 列車(TR)在DE區間：中性段(N)的電壓開始連續轉換幅值和相位，由與α相供電臂（Tl) 電壓相同步轉換成與β相供電臂(T2)電壓同步，即電壓為ua-ue; 列車(TR)在EF區間：中性段(N)的電壓保持為β相供電臂(T2)的電壓，即電壓為恥 列車(TR)在FG區間：中性段(N)的電壓保持為β相供電臂(Τ2)的電壓，即電壓為恥 列車離開區間：中性段(N)無電壓，即電壓為0。4. 根據權利要求2或3所述的應用，其特征在于，根據列車所處的位置不同對α相供電臂 (Τ1)、中性段(N)和β相供電臂(Τ2)上設置不同的電流： 列車進入區間：列車(TR)由α相供電臂(Tl)獨立供電，中性段(N)的電流為0; 列車(TR)在AB區間：列車(TR)由α相供電臂(Tl)獨立供電，中性段(N)的電流為0; 列車(TR)在BC區間：列車(TR)由α相供電臂(Tl)和中性段(N)同時供電，α相供電臂(Tl) 的電流由列車實際電流下降為〇,中性段(N)的電流由0上升到列車實際電流； 列車(TR)在CD區間：列車(TR)由中性段(N)獨立供電，中性段(N)電流為實際列車電流； 列車(TR)在DE區間：列車(TR)由中性段(N)獨立供電，中性段(N)電流為實際列車電流； 列車(TR)在EF區間：列車(TR)由中性段(N)和β相供電臂(T2)同時供電，中性段(N)的電 流由列車實際電流下降到〇，β相供電臂(Τ2)的電流由O上升到列車實際電流； 列車(TR)在FG區間：列車(TR)由β相供電臂(Τ2)獨立供電，中性段(N)的電流為0; 列車離開區間：列車(TR)由β相供電臂(Τ2)獨立供電，中性段(N)的電流為0。
【文檔編號】B60M3/04GK105922894SQ201610257134
【公開日】2016年9月7日
【申請日】2016年4月22日
【發明人】方華松, 邱長青, 阮陽, 張新民, 高曉峰
【申請人】中國船舶重工集團公司第七〇二研究所, 中國船舶重工集團公司第七一二研究所