[發明專利]應用于列車的過壓斬波能耗均衡控制系統

有效

• 申請號: 201410752271.2
• 申請日: 2014-12-09
• 公開（公告）號: CN105730251B
• 公開（公告）日: 2018-08-21
• 發明（設計）人: 付玉豪;毛康鑫;郭維;黃浩
• 申請（專利權）人: 株洲南車時代電氣股份有限公司
• 主分類號: B60L7/22
• 分類號: B60L7/22
• 代理公司: 湖南兆弘專利事務所(普通合伙) 43008
• 代理人: 趙洪

本發明公開了一種應用于列車的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。列車網絡控制系統通過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。列車網絡控制系統根據各節動車運行過程中的情況發出過壓斬波門檻抬高標志，傳動控制單元根據過壓斬波門檻抬高標志，以及中間直流電流實時調整過壓斬波開通/關斷門檻，實現過壓斬波能耗均衡控制。本發明控制系統實時性高、控制精確，在列車電制動、牽引和惰行工況下均可實現過壓斬波能耗均衡控制，既保證了整車級別長時間大范圍的斬波能耗均衡控制，又可兼顧調節過程中的實時性、靈活性，保護了斬波管元件和制動電阻的安全。

技術領域

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

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。

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。

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：

現有技術1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。