[發(fā)明專利]一種電力機(jī)車功因數(shù)補(bǔ)償控制方法及裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200710035844.X
• 申請日: 2007-09-30
• 公開（公告）號: CN101396970A
• 公開（公告）日: 2009-04-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 朱龍駒;彭奇彪;索建國;廖洪濤;高春宏;彭新平;喻建平;郭育華;湯堅(jiān);丁娜;李偉東
• 申請（專利權(quán)）人: 南車株洲電力機(jī)車有限公司;西南交通大學(xué)
• 主分類號: B60L3/00
• 分類號: B60L3/00
• 代理公司: 湖南兆弘專利事務(wù)所
• 代理人: 趙 洪

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種電力機(jī)車牽引設(shè)備控制方法及裝置，具體說是一種電力機(jī)車牽引 設(shè)備功率因數(shù)補(bǔ)償控制方法及裝置，主要用于電力機(jī)車的電力牽引設(shè)備控制中。

背景技術(shù)

在國內(nèi)，交直傳動(dòng)電力機(jī)車目前仍是鐵路客貨運(yùn)的主力車型，其數(shù)量巨大并將在 很長一段時(shí)間內(nèi)與交直交傳動(dòng)電力機(jī)車并存運(yùn)用。但目前市場上的交直傳動(dòng)電力機(jī)車 因?yàn)椴捎孟嗫卣麟娐罚谶\(yùn)行過程中功率因數(shù)一般低于0.85，會(huì)向電網(wǎng)輸送大量的 無功功率和諧波電流。交直傳動(dòng)電力機(jī)車安裝的功率因數(shù)補(bǔ)償(以下簡稱為“功補(bǔ)”) 裝置，實(shí)現(xiàn)就地?zé)o功補(bǔ)償和諧波電流濾波，可將無功和諧波的危害減到最小。

自上世紀(jì)80年代裝車以來，8K(歐洲50Hz集團(tuán)公司提供)，6G(日本三菱公司提 供)和我國自行開發(fā)的韶山系列(SS4G、SS4B和SS6B等)貨運(yùn)交直傳動(dòng)電力機(jī)車安裝 的功補(bǔ)裝置一直不能正常運(yùn)行，絕大多數(shù)的電力機(jī)車都將功補(bǔ)裝置切除，其作用未得 到發(fā)揮。一方面數(shù)以億萬元的車載功補(bǔ)裝置沒有發(fā)揮作用，另一方面每年電氣化鐵道 因?yàn)楣β室驍?shù)低于標(biāo)準(zhǔn)而罰款數(shù)以千萬計(jì)。現(xiàn)有的功補(bǔ)控制裝置用于電力機(jī)車功補(bǔ)裝 置的控制，主要由電子柜中的補(bǔ)償控制板和補(bǔ)償接口板完成。其中所述的補(bǔ)償控制板 采用Z80CPU及外圍電路構(gòu)成一塊專用微機(jī)板，用于對原邊電壓信號、原邊電流信號進(jìn) 行采樣，計(jì)算無功含量，綜合判別各種邏輯，決定功補(bǔ)裝置的投入和切除。所述的補(bǔ) 償接口板用于判別晶閘管開關(guān)電壓過零時(shí)刻、檢測裝置的濾波電流并生成投入脈沖。 現(xiàn)有的功補(bǔ)控制裝置根據(jù)微機(jī)實(shí)測機(jī)車無功大小及單組功補(bǔ)支路的無功補(bǔ)償能力，決 定各功補(bǔ)支路的投入與切除，盡量補(bǔ)償?shù)綑C(jī)車無功量為最小值。在機(jī)車發(fā)揮50％額定 功率以下工況時(shí)，亦根據(jù)情況適當(dāng)補(bǔ)償。且功補(bǔ)每組支路投入后，至少經(jīng)過500ms方 可切除。每組支路切除后，至少經(jīng)過500ms方可重新投入。在現(xiàn)有的功補(bǔ)控制裝置中 和還設(shè)有：過流保護(hù)(即當(dāng)功補(bǔ)裝置中濾波電流有效值(實(shí)為平均值)或峰值超過保 護(hù)值、且持續(xù)時(shí)間超過500ms；封鎖該組功補(bǔ)支路晶閘管開關(guān)的觸發(fā)脈沖，同時(shí)相應(yīng)的 紅色故障燈(V27A-V30A)亮。當(dāng)有兩組以上功補(bǔ)支路過流時(shí)，封鎖全部晶閘管開關(guān) 的觸發(fā)脈沖)、啟動(dòng)保護(hù)(即機(jī)車啟動(dòng)時(shí)，若最大電機(jī)電流大于840A，微機(jī)復(fù)位，功補(bǔ) 裝置不工作)、高網(wǎng)壓保護(hù)(即原邊電壓有效值大于29.5kV、持續(xù)時(shí)間超過500ms時(shí)， 封鎖全部晶閘管開關(guān)的觸發(fā)脈沖；只有當(dāng)原邊電壓有效值小于27.5kV時(shí)，支路方可重 新投入)、邏輯錯(cuò)誤保護(hù)(即在主接觸器(隔離閘刀)閉合狀態(tài)，檢測到有電流而沒有 投入信號或有信號而沒有電流時(shí)，封鎖對應(yīng)的功補(bǔ)裝置晶閘管開關(guān)的觸發(fā)脈沖；同時(shí) 輸出保護(hù)信號，經(jīng)有觸點(diǎn)電器接通功補(bǔ)故障燈，并斷開功補(bǔ)接觸器)和控制系統(tǒng)硬件 故障保護(hù)(即系統(tǒng)檢測發(fā)現(xiàn)有投入信號而無投入反饋信號或無投入信號而有投入反饋 信號時(shí)，控制板相應(yīng)的V27～V30A亮，同時(shí)輸出保護(hù)信號，經(jīng)有觸點(diǎn)電器接通司機(jī)室 故障燈)等功能。

但現(xiàn)有的功補(bǔ)裝置尚存在功補(bǔ)電容燒毀；功補(bǔ)支路頻繁投切，故障后不能自恢復(fù)； 功補(bǔ)控制裝置的抗干擾能力差；功補(bǔ)因瞬時(shí)過電流誤動(dòng)作等不足。具體描述如下：

1)電流保護(hù)方式不當(dāng)，機(jī)車功補(bǔ)支路電流畸變嚴(yán)重，如3次諧波電流高達(dá)基波 電流的78％，因此目前機(jī)車上采用整流濾波后的平均電流不能準(zhǔn)確反映電流有效值，采 用平均電流保護(hù)不當(dāng)。

2)過流保護(hù)動(dòng)作后引起的頻繁投切，既有控制裝置因誤動(dòng)作保護(hù)而切除該功補(bǔ)支 路；當(dāng)功補(bǔ)支路切除后，已投入的功補(bǔ)支路諧波電流會(huì)增大，更容易因過流保護(hù)動(dòng)作 而切除。這種鏈?zhǔn)椒磻?yīng)會(huì)導(dǎo)致所有的支路因過流而退出。當(dāng)所有的支路退出后，過一 段時(shí)間再投入，如果機(jī)車工況和電網(wǎng)電壓不變，最先投入的支路會(huì)因?yàn)檫^流而馬上退 出，這樣功補(bǔ)裝置根本無法正常工作。

3)既有功補(bǔ)用無功功率大小來控制功補(bǔ)支路進(jìn)行投切，當(dāng)無功功率Q大于或等于 480kvar時(shí)投入一組，直到四組全部投入；當(dāng)無功功率Q小于120kvar時(shí)切除一組，直 到四組全部切除。這種單一的補(bǔ)償控制原則導(dǎo)致負(fù)荷變化時(shí)功補(bǔ)支路投切頻繁，這對 支路中電器元件的壽命有影響。

4)既有功補(bǔ)控制裝置根據(jù)機(jī)車無功的大小來決定功補(bǔ)支路的投切，但無功檢測采 用了Q＝UIsinθ計(jì)算方法，U、I通過電網(wǎng)電壓u和電流i離散化計(jì)算得到，θ則通過u 的i相角得到。因?yàn)閡和i都是非正弦量，通過其過零來確定θ必然導(dǎo)致誤差和不穩(wěn)定。 無功計(jì)算不穩(wěn)定，導(dǎo)致功補(bǔ)支路的投切也不正常，易發(fā)生頻繁投切。