[发明专利]应用于列车的过压斩波能耗均衡控制系统

说明书

本发明公开了一种应用于列车的过压斩波能耗均衡控制系统，包括：列车网络控制系统和传动控制单元。列车网络控制系统通过传动控制单元获取每节动车的运行数据，动态调节各节动车的再生制动和电阻制动工况。列车网络控制系统根据各节动车运行过程中的情况发出过压斩波门槛抬高标志，传动控制单元根据过压斩波门槛抬高标志，以及中间直流电流实时调整过压斩波开通/关断门槛，实现过压斩波能耗均衡控制。本发明控制系统实时性高、控制精确，在列车电制动、牵引和惰行工况下均可实现过压斩波能耗均衡控制，既保证了整车级别长时间大范围的斩波能耗均衡控制，又可兼顾调节过程中的实时性、灵活性，保护了斩波管元件和制动电阻的安全。

技术领域

本发明涉及轨道交通电气控制领域，尤其是涉及一种应用于地铁列车、城轨列车、轻轨列车等轨道交通车辆VVVF(Variable Voltage and Variable Frequency，变频调速系统的简称)的过压斩波能耗均衡控制系统。

背景技术

地铁列车具有载客量大、行驶速度快、舒适性高等优点，是解决城市交通问题的重要手段之一。地铁列车由多节车辆编组而成，一般为6节编组，4节动车、2节拖车结构，每节动车均有独立的变频调速系统(以下简称VVVF)。地铁列车在制动过程中优先采用电制动方式，只有当电制动力不足或制动停站阶段才采用空气制动方式。列车电制动过程中VVVF通过再生制动方式将机械能转化为电能供线路电网吸收，若线路电网不能再吸收再生制动产生的电能时，制动能量将使VVVF主电路的中间电压升高。为消耗此部分电能并保护VVVF内的IGBT(即绝缘栅双极晶体管)元件，VVVF采用电阻制动方式，通过开通斩波管元件，将制动电阻接入VVVF主电路，达到消耗过量电能和保护VVVF中IGBT元件的目的。但由于每节动车VVVF内中间电压传感器个体的检测能力和VVVF控制部件传动控制单元(以下简称DCU)采样的差异性，实际相同中间电压情况下采样可能存在不同。这就造成在列车电制动过程中，中间电压采样值最高的动车在再生制动工况转换为电阻制动工况过程中最先开启斩波管元件，实行电阻制动，而其它三节动车仍工作于再生制动工况，从而导致一节动车的斩波管元件和制动电阻需要消耗四节动车电制动能量的情况。若在电阻制动工况下，动车因制动电阻进入超温保护，而使该节动车过压斩波不能进行，此节动车VVVF主电路的中间电压将急剧抬升，造成中间电压过压保护而分断该节动车VVVF的高速断路器(以下简称HSCB)。此时，空气制动若不能及时补充，将导致列车进站停车时冲标，影响乘客上下车，使列车运行发生晚点，对地铁正线运营造成极大的影响。更为严重时，甚至会造成中间电压采样值最高的动车的制动电阻和斩波管元件烧损。

同时，由于城市轨道交通系统站与站之间的间距短，列车在正线运营过程中需要频繁牵引启动加速与制动减速停站，当运行过程中出现较多地铁列车处于电制动工况，而向线路电网反馈能量时，处于牵引或惰行工况的地铁列车VVVF主电路的中间电压基本等于线路电网电压，其值也会随之抬升，因此也会面临因过压斩波能耗不均衡所引发的问题。

在地下铁道电动客车斩波试验运用领域的现有技术中，主要有以下三篇文献与本发明申请相关：

现有技术1为铁道部长春客车工厂于1990年09月03日申请，并于1992年03月18日公开，公开号为CN1059602A的中国发明专利申请《地铁斩波试验台》。该发明专利申请提供了由电力电子主机系统，32位专用计算机系统，专用大规模模拟测试接口系统构成的地铁斩波系统试验台，可全面精确地对斩波调压地下铁道电动客车直流串激电动机电力牵引再生制动大功率逆导通晶闸管斩波电力电子系统进行直接测试和模拟测试的斩波系统试验台。该发明可进行斩波器电压测试，斩波器频率测试，斩波器导通比测试，牵引电流特性测试，再生制动电流时间常数测试，再生制动放大器特性测定等测试项目，具备自动波形参数测量结果分析，并显示打印测试结果的功能。但是，现有斩波试验模拟方案只能进行单台动车的斩波模拟试验，而现场地铁列车实际运用情况复杂，仅依靠斩波模拟试验装置对整列车现场实际运用过程中出现的电制动工况过压斩波能耗不均衡无法做出模拟测试，因此现有试验装置无法解决过压斩波能耗不均衡的问题。