一种列车救援回送工况下稳定供电的方法

摘要

本发明公开一种列车救援回送工况下稳定供电的方法，步骤包括：1）当列车处于救援回送工况时，接入预先设置的低电压电源至列车的牵引变流器，由牵引变流器控制将列车的电机转入发电机状态；2）电机处于发电机状态时，牵引变流器将电机反馈的电能提供给辅助负载以进行供电，并实时根据辅助负载所消耗的能量调节电机的发电状态，使得电机反馈的电能与辅助负载所消耗的能量平衡。本发明具有实现操作简便、所需成本低、能够在列车救援回送工况下对辅助负载进行供电且保持供电稳定的优点。

权利要求

1.一种列车救援回送工况下稳定供电的方法，其特征在于步骤包括：

1）当列车处于救援回送工况时，接入预先设置的低电压电源至列车的牵引变流器，由所述牵引变流器控制将列车的电机转为发电机状态；

2）所述电机处于发电机状态时，所述牵引变流器将电机反馈的电能提供给辅助负载以进行供电，并实时根据辅助负载所消耗的能量调节电机的发电状态，使得电机反馈的电能与辅助负载所消耗的能量平衡。

2.根据权利要求1所述的列车救援回送工况下稳定供电的方法，其特征在于，所述步骤

1）中所述牵引变流器控制将列车的电机转为发电机状态的具体步骤为：

1.1）所述牵引变流器通过电器开关将所述低电压电源接入用于存储电能的中间直流电路；

1.2）所述牵引变流器中逆变模块从所述中间直流电路取电后控制电机建立励磁并进行励磁控制，且在励磁控制过程中，若电机的实际磁链满足预设要求，则控制电机转入执行制动工况以将电机转为发电机状态。

3.根据权利要求2所述的列车救援回送工况下稳定供电的方法，其特征在于，所述步骤

1.2）中控制电机建立励磁并进行励磁控制的具体步骤为：

1.21）向电机输出初始励磁电流，并通过交替发送不同控制脉冲产生旋转磁场，使得电机根据所述初始励磁电流所对应的磁链初始值建立实际磁链；

1.22）按照预设提升速率逐渐提升向电机输出的励磁电流，并使得电机建立的实际磁链与向电机输出的励磁电流所对应的磁链值达到动态平衡，完成电机励磁控制。

4.根据权利要求3所述的列车救援回送工况下稳定供电的方法，其特征在于，所述步骤

1.2）中控制电机转入执行制动工况时，向电机输出预设大小的初始制动力矩。

5.根据权利要求1～4中任意一项所述的列车救援回送工况下稳定供电的方法，其特征在于，所述步骤2）中具体通过PI闭环控制调节所述牵引变流器所输出给电机的制动力矩以控制电机的发电状态。

6.根据权利要求5所述的列车救援回送工况下稳定供电的方法，其特征在于，所述PI闭环控制调节的具体步骤为：

2.1）获取所述牵引变流器中用于存储电能的中间直流电路输出的中间直流电压值，并判断所述中间直流电压值是否大于预设电压值，如果是，保持对电机输出的初始制动力矩不变；否则转入执行步骤2.2）；

2.2）将当前辅助负载所消耗的能量对应的电压作为目标电压值，将所述目标电压值与所述中间直流电压值的差值输入至PI控制器中，所述PI控制器根据所述差值调节所述牵引变流器输出给电机的制动力矩。

7.根据权利要求6所述的列车救援回送工况下稳定供电的方法，其特征在于，所述调节所述牵引变流器输出给电机的制动力矩的具体步骤为：获取所述差值并判断所述中间直流电压值的大小，若小于所述目标电压值，所述PI控制器根据所述差值控制增大输出给电机的制动力矩，使得所述牵引变流器接收到的电机反馈的电能增大；若小于所述目标电压值，所述PI控制器根据所述差值控制减少输出给电机的制动力矩，使得所述牵引变流器接收到的电机反馈的电能减少；若等于所述目标电压值，所述PI控制器不进行调节，维持当前制动力矩不变。

说明书

一种列车救援回送工况下稳定供电的方法

技术领域

[0001] 本发明涉及列车救援回送技术领域，尤其涉及一种列车救援回送工况下稳定供电的方法。

背景技术

[0002] 列车运行过程中，可能会出现因受电弓发生故障无法从电网取电的状况，通常此时只能通过其他车辆救援的方式回送到车站。列车在救援回送过程中，若能维持被救援列车的辅助设备（包括空调、照明等设备）正常工作，保持辅助设备的正常供电，可以在故障状况下依然为旅客乘车提供舒适环境，缓解乘务人员及司机的工作压力。目前对列车救援回送技术的研究较少，特别是列车救援回送过程中的供电技术，且通常未考虑供电的稳定性，因而无法保证列车救援回送过程中辅助设备的稳定、正常供电。

发明内容

[0003] 本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种实现操作简便、所需成本低、能够在列车救援回送工况下对辅助负载进行供电且保持供电稳定的列车救援回送工况下稳定供电的方法。

[0004] 为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：

[0005] 一种列车救援回送工况下稳定供电的方法，步骤包括：

[0006] 1）当列车处于救援回送工况时，接入预先设置的低电压电源至列车的牵引变流器，由所述牵引变流器控制将列车的电机转为发电机状态；

[0007] 2）所述电机处于发电机状态时，所述牵引变流器将电机反馈的电能提供给辅助负载以进行供电，并实时根据辅助负载所消耗的能量调节电机的发电状态，使得电机反馈的电能与辅助负载所消耗的能量平衡。

[0008] 作为本发明的进一步改进，所述步骤1）中所述牵引变流器控制将列车的电机转为发电机状态的具体步骤为：

[0009] 1.1）所述牵引变流器通过电器开关将所述低电压电源接入用于存储电能的中间直流电路；

[0010] 1.2）所述牵引变流器中逆变模块从所述中间直流电路取电后控制电机建立励磁并进行励磁控制，且在励磁控制过程中，若电机的实际磁链满足预设要求，则控制电机转入执行制动工况以将电机转为发电机状态。

[0011] 作为本发明的进一步改进，所述步骤1.2）中控制电机建立励磁并进行励磁控制的具体步骤为：

[0012] 1.21）向电机输出初始励磁电流，并通过交替发送不同控制脉冲产生旋转磁场，使得电机根据所述初始励磁电流所对应的磁链初始值建立实际磁链；

[0013] 1.22）按照预设提升速率逐渐提升向电机输出的励磁电流，并使得电机建立的实际磁链值与向电机输出的励磁电流所对应的磁链值达到动态平衡，完成电机励磁控制。

[0014] 作为本发明的进一步改进：所述步骤1.2）中控制电机转入执行制动工况时，向电机输出预设大小的初始制动力矩。

[0015] 作为本发明的进一步改进：所述步骤2）中具体通过PI闭环控制调节所述牵引变流器所输出给电机的制动力矩以控制电机的发电状态。

[0016] 作为本发明的进一步改进，所述通过PI闭环控制调节的具体步骤为：

[0017] 2.1）获取所述牵引变流器中用于存储电能的中间直流电路输出的中间直流电压值，并判断所述中间直流电压值是否大于预设电压值，如果是，保持对电机输出的初始制动力矩不变；否则转入执行步骤2.2）；

[0018] 2.2）将当前辅助负载所消耗的能量对应的电压作为目标电压值，将所述目标电压值与所述中间直流电压值的差值输入至PI控制器中，所述PI控制器根据所述差值调节所述牵引变流器输出给电机的制动力矩。

[0019] 作为本发明的进一步改进，所述调节所述牵引变流器输出给电机的制动力矩的具体步骤为：获取所述差值并判断所述中间直流电压值的大小，若小于所述目标电压值，所述PI控制器根据所述差值控制增大输出给电机的制动力矩，使得所述牵引变流器接收到的电机反馈的电能增大；若小于所述目标电压值，所述PI控制器根据所述差值控制减少输出给电机的制动力矩，使得所述牵引变流器接收到的电机反馈的电能减少；若等于所述目标电压值，所述PI控制器不进行调节，维持当前制动力矩不变。

[0020] 与现有技术相比，本发明的优点在于：

[0021] 1）本发明列车救援回送工况下稳定供电的方法，在列车处于救援回送工况时，通过低电压控制电机转入发电机状态，将列车的动能转换为电能反馈至牵引变流器，再由牵引变流器将反馈的电能提供给辅助负载，从而在列车救援回送工况下能够向辅助负载正常供电，同时在电机处于发电机状态时，通过实时调节电机的发电状态使电机反馈的电能与辅助负载所消耗的能量平衡，保证牵引变流器能够向辅助负载稳定供电；

[0022] 2）本发明列车救援回送工况下稳定供电的方法，通过接入低电压电源即可控制电机建立励磁，将电机转入发电机状态以提供电能，从而保证列车在救援回送工况下辅助负载的供电；

[0023] 3）本发明列车救援回送工况下稳定供电的方法，进一步的通过控制电机根据提供的磁链初始值建立实际磁链，当实际磁链达到预设要求时，向电机输出一个初始制动力矩，使得电机输出的电能迅速抬升，同时使电机建立的实际磁链值与向电机输出的磁链值达到动态平衡，完成电机励磁控制，励磁控制实现简单，且能够基于低电压实现电机的励磁建立；

[0024] 4）本发明列车救援回送工况下稳定供电的方法，进一步通过PI闭环控制调节牵引变流器电机的制动力矩以控制电机的发电状态，基于比例（P）和积分（I）的闭环控制，可以精确的控制电机反馈的电能与辅助负载所消耗的能量达到平衡状态，保证牵引变流器的中间直流电压稳定，从而能够向辅助负载稳定的供电。

附图说明

[0025] 图1是本实施例列车救援回送工况下稳定供电的方法的实现流程示意图。

[0026] 图2是本实施例所采用的牵引变流器的结构原理示意图。

[0027] 图3是本实施例中PI闭环控制调节制动力矩的实现原理示意图。

[0028] 图4是本发明列车救援回送工况下稳定供电的方法在具体实施例中的实现流程示意图。

具体实施方式

[0029] 以下结合说明书附图和具体优选的实施例对本发明作进一步描述，但并不因此而限制本发明的保护范围。

[0030] 如图1所示，本实施例列车救援回送工况下稳定供电的方法，步骤包括：

[0031] 1）当列车处于救援回送工况时，接入预先设置的低电压电源至列车的牵引变流器，由牵引变流器控制将列车的电机转为发电机状态；

[0032] 2）电机处于发电机状态时，牵引变流器将电机反馈的电能提供给辅助负载以进行供电，并实时根据辅助负载所消耗的能量调节电机的发电状态，使得电机反馈的电能与辅助负载所消耗的能量平衡。

[0033] 本实施例在列车处于救援回送工况时，通过低电压控制电机转入发电机状态，将列车的动能转换为电能反馈至牵引变流器，再由牵引变流器将反馈的电能提供给辅助负载，从而在列车救援回送工况下能够向辅助负载正常供电，同时在电机处于发电机状态时，通过实时调节电机的发电状态使电机反馈的电能与辅助负载所消耗的能量平衡，保证牵引变流器能够向辅助负载稳定供电。

[0034] 如图2所示，本实施例所采用的牵引变流器（Convertor Inverter ，CI）采用主辅变一体化设计结构，包括电器开关、滤波中间直流电路、辅变模块、逆变控制单元和逆变模块，其中由滤波中间直流电路进行滤波和电能储存，逆变控制单元用于对逆变模块进行控制；逆变模块用于在逆变控制单元的控制下从滤波中间直流电路取电，控制建立电机控制磁场后接收列车动能转化的电能储存于滤波中间直流电路；辅变模块用于从滤波中间直流电路取电，转换为三相交流电压后供辅助负载正常工作。当然在其他实施例中，也可以根据实际需求采用其他结构类型的牵引变流器以控制电机发电以及辅助负载供电。

[0035] 本实施例中，步骤1）中牵引变流器控制将列车的电机转为发电机状态的具体步骤为：

[0036] 1.1）牵引变流器通过电器开关将低电压电源接入用于存储电能的中间直流电路；

[0037] 1.2）牵引变流器中逆变模块从中间直流电路取电后控制电机建立励磁并进行励磁控制，且在励磁控制过程中，若电机的实际磁链满足预设要求，则控制电机转入执行制动工况以将电机转为发电机状态。

[0038] 本实施例低电压电源具体为列车自带的低电压电源，低电压电源具体采用蓄电池，且在牵引变流器CI内部设置有升压模块，牵引变流器CI通过闭合接触器使牵引变流器内部的升压模块接入蓄电池，再由升压模块进行升压后将蓄电池能量传递至牵引变流器中间直流电路，以建立励磁需要的中间直流电压。牵引变流器CI通过电器开关将低电压电源接入至中间直流电路，在较低的初始中间直流电压工况（非额定电压工况）下通过逆变模块对电机进行励磁控制，从而通过低电压即可控制带转速的电机建立励磁，将电机转换为发电机状态提供电能，保证列车在救援回送工况下辅助负载的供电。本实施例具体在电机的实际磁链达到一预设值MFn1时，控制电机转入执行制动工况，预设值MFn1具体可根据经验取值或根据实际工况进行设定，使得电机在达到所需状态时转入制动工况。

[0039] 本实施例中，步骤1.2）中控制电机建立励磁并对电机进行励磁控制的具体步骤为：

[0040] 1.21）向电机输出初始励磁电流，并通过交替发送不同控制脉冲产生旋转磁场，使得电机根据初始励磁电流所对应的磁链初始值建立实际磁链；

[0041] 1.22）按照预设提升速率逐渐提升向电机输出的励磁电流，并使得电机建立的实际磁链值与向电机输出的励磁电流所对应的磁链值达到动态平衡，完成电机励磁控制。

[0042] 本实施例中，步骤1.2）中控制电机转入执行制动工况时，向电机输出预设大小的初始制动力矩。

[0043] 本实施例具体首先由逆变控制单元控制向电机提供初始励磁电流，即给定一个磁链初始值MFn0，再通过交替、短时的发送不同组控制脉冲产生旋转磁场，使得电机建立实际磁链且逐渐跟随磁链初始值MFn0；当电机的实际磁链达到预设值MFn1的预设要求时，通过逆变控制单元启动逆变模块控制电机处于制动工况，逆变控制单元控制向电机输出一个初始制动力矩F0，使得电机输出的电能迅速抬升，相应的迅速抬升滤波中间直流电路的中间直流电压；同时逆变控制单元控制按一定斜率提升向电机输出的励磁电流，直至电机的实际磁链值达到正常运行时的磁链值，并实现电机的实际磁链值与提供给电机的磁链值之间的动态平衡，完成电机励磁控制，励磁控制实现简单，且能够基于低电压实现电机的励磁建立。

[0044] 本实施例中，步骤2）中具体通过PI闭环控制调节牵引变流器所输出给电机的制动力矩以控制电机的发电状态。通过比例（P）和积分（I）的闭环控制，可以精确的控制电机反馈的电能与辅助负载所消耗的能量达到平衡状态，保证牵引变流器中中间直流电压的稳定，从而能够向辅助负载稳定的供电。

[0045] 本实施例中，PI闭环控制调节的具体步骤为：

[0046] 2.1）获取牵引变流器中用于存储电能的中间直流电路输出的中间直流电压值，并判断中间直流电压值是否大于预设电压值，如果是，保持对电机输出的初始制动力矩不变；否则转入执行步骤2.2）；

[0047] 2.2）将当前辅助负载所消耗的能量对应的电压作为目标电压值，将目标电压值与中间直流电压值的差值输入至PI控制器中，PI控制器根据差值调节所述牵引变流器输出给电机的制动力矩。

[0048] 本实施例当牵引变流器的中间直流电压值达到预设电压值时，启动PI闭环控制调节对电机的制动力矩，PI闭环控制调节时取能够维持辅助负载正常工作的额定电压为目标电压值，根据目标电压值、中间直流电路输出的实际中间直流电压值之差调节制动力矩大小，直至辅助负载所消耗的能量与电机反馈的能量平衡，即实际中间直流电压值达到稳定状态，牵引变流器能够稳定的向负载供电。

[0049] 本实施例中，调节牵引变流器输出给电机的制动力矩的具体步骤为：获取差值并判断中间直流电压值的大小，若小于目标电压值，PI控制器根据差值控制增大输出给电机的制动力矩，使得牵引变流器接收到的电机反馈的电能增大；若小于目标电压值，PI控制器根据差值控制减少输出给电机的制动力矩，使得牵引变流器接收到的电机反馈的电能减少；若等于目标电压值，PI控制器不进行调节，维持当前制动力矩不变。

[0050] 如图3、4所示，本实施例采用如图2所示的牵引变流器时，具体在列车处于救援回送工况下时，首先将列车自带的低电压通过牵引变流器中电器开关接入滤波中间直流电路，由逆变控制单元给定一个磁链初始值MFn0，启动励磁控制；若电机的实际磁链达到预设值MFn1，逆变控制单元控制向电机输出一个初始制动力矩F0，否则不向电机提供制动力矩，即制动力矩为0；再根据滤波中间直流电路输出的中间直流电压Ud的大小确定是否调节制动力矩，使得辅助负载所消耗的能量与电机反馈的电能平衡，即维持滤波中间直流电路的电压稳定，如图3、4所示具体包括：

[0051] a)当滤波中间直流电路的中间直流电压Ud≤预设电压值Ud1时，逆变控制单元向电机提供的制动力矩保持为初始制动力矩F0；

[0052] b)当中间直流电压Ud>预设电压值Ud1时，逆变控制单元向电机提供的制动力矩由初始制动力矩F0切换为通过目标电压Udref与中间直流电压Ud进行PI闭环控制后得到的制动力矩F_PI，滤波中间直流电路输出稳定的中间直流电压Ud。

[0053] 上述目标电压Udref与中间直流电压Ud进行PI闭环控制具体为：

[0054] 当Ud

[0055] 当Ud＞Udref时，PI控制器调节输出的制动力矩减小，使得电机反馈滤波中间直流电路电能量变小，牵引变流器接收到的电机反馈的电能减小，则滤波中间直流电路的实际中间直流电压下降；

[0056] 当Ud=Udref时，PI控制器不进行调节，制动力矩维持不变。

[0057] 采用上述方法，即使在辅助负载发生变化时，也能够保持牵引变流器中滤波中间直流电路电压的稳定，从而维持辅助负载的稳定供电。

[0058] 上述只是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本发明技术方案保护的范围内。