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一种列车再生 制动失效抑制装置及其控制方法

阅读：1027发布：2020-05-29

专利汇可以提供一种列车再生制动失效抑制装置及其控制方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明提供了一种列车再生制动失效抑制装置及其控制方法。涉及电气化铁路电能质量控制技术领域。两个单相变流器直流侧与储能装置和支撑电容并联，交流侧与分别于各自供电臂负荷并联；测控单元通过电压互感器和电流互感器获取两个供电臂的牵引网末端电压和馈线电流，来实时控制储能装置和两个单相变流器。以抑制列车再生制动失效为主要目标，当供电臂末端电压超过正常范围时，测控单元控制变流器和储能装置，通过平衡分区所两端供电臂负荷、储存再生制动能量和吸收感性无功来降低末端牵引网电压，进而抑制列车再生制动失效。，下面是一种列车再生制动失效抑制装置及其控制方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种列车再生制动失效抑制装置，包括储能装置(1)、支撑电容(2)、变流器a(3)、变流器b(4)、测控单元(14)，其特征在于：在牵引变电所a(15)供电臂的首端馈线a(5)处设置电流互感器(6)，接触网a(11)的末端设置变流器(3)，变流器(3)的交流侧分别与接触网(4)和钢轨(13)连接，变流器a(3)的交流侧分别与接触网a(11)的中部和钢轨(13)连接，直流侧与储能装置(1)和支撑电容(2)并联；接触网a(11)的末端设置电压互感器a(9)；在牵引变电所b(16)供电臂的首端馈线b(7)处设置电流互感器(8)，接触网b(12)的末端设置变流器(4)，变流器b(4)的交流侧分别与接触网b(12)的末端和钢轨(13)连接，直流侧与储能装置(1)和支撑电容(2)并联；接触网b(12)末端设置电压互感器b(10)；电流互感器a(6)的测量端、电流互感器b(8)的测量端、电压互感器a(9)和电压互感器b(10)的测量端均与测控单元(14)的输入接口连接，测控单元(14)输出接口与储能装置(1)、变流器a(3)、变流器b(4)的控制端相连。
2.根据权利要求1所述的一种列车再生制动失效抑制装置，其特征在于：所述测控单元(14)通过电流互感器a(6)、电流互感器b(8)、电压互感器a(9)、电压互感器b(10)实时获取供电臂末端电压、馈线电流，实时控制储能装置(1)、变流器a(3)和变流器b(4)的工作状态。
3.一种列车再生制动失效抑制装置控制方法，设馈线a和馈线b处电流牵引为正，再生为负；接触网a所在供电臂为供电臂a，接触网b所在供电臂为供电臂b；则存在以下六种状态：
(A)、当供电臂a末端电压大于供电臂最大允许电压，同时供电臂b末端电压大于供电臂最大允许电压，且储能装置(1)具有储存电能空间，测控单元(14)控制变流器a(3)和控制变流器b(4)整流，储能装置(1)储存电能，降低接触网a(11)末端电压；若储能装置(1)储存电能已饱和，测控单元(14)控制变流器a(3)和变流器b(4)吸收感性无功，降低接触网a(11)末端电压；
(B)、当供电臂a末端电压小于供电臂最小允许电压，同时供电臂b末端电压小于供电臂最小允许电压，且储能装置(1)具备释放电能条件，测控单元(14)控制变流器a(3)和控制变流器b(4)逆变，储能装置(1)释放电能，提高接触网b(12)末端电压；若储能装置(1)的电能已释放完，测控单元(14)控制变流器a(3)和变流器b(4)吸收容性无功，提高接触网b(12)末端电压；
(C)、当供电臂a末端电压大于供电臂最大允许电压，同时供电臂b末端电压小于供电臂最大允许电压：若馈线a电流+馈线b电流≥0，测控单元(14)控制变流器a(3)整流，变流器b(4)逆变，全部再生制动能量由供电臂a转移到供电臂b；若馈线a电流+馈线b电流<0，测控单元(14)控制变流器a(3)整流，储能装置(1)储存电能，如果储能装置已饱和，测控单元(14)控制变流器a(3)吸收感性无功；
(D)、当供电臂b末端电压大于供电臂最大允许电压，同时供电臂a末端电压小于供电臂最大允许电压：若馈线a电流+馈线b电流≥0，则测控单元(14)控制变流器b(3)整流，变流器a(4)逆变，全部再生制动能量由供电臂b转移到供电臂a；若馈线a电流+ 馈线b电流<0，则测控单元(14)控制变流器b(3)整流，储能装置(1)储存电能，如果储能装置已饱和，则测控单元(14)控制变流器b(3)吸收感性无功；
(E)、当供电臂a末端电压小于供电臂最小允许电压，供电臂b末端电压正常时，测控单元(14)控制变流器a(3)逆变，储能装置(1)向供电臂a释放电能；若储能装置(1)电能已释放完，则测控单元(14)控制变流器a(3)逆变，变流器b(4)整流，由供电臂b分担一部分供电臂a的负荷；
(F)、当供电臂b末端电压小于供电臂最小允许电压，供电臂a末端电压正常时，测控单元(14)控制变流器b(3)逆变，储能装置(1)向供电臂b释放电能；若储能装置(1)电能已释放完电能，则测控单元(14)控制变流器b(3)逆变，变流器a(4)整流，由供电臂a分担一部分供电臂b的负荷。
4.根据权利要求3所述的一种列车再生制动失效抑制装置控制方法，其特征在于：当两个供电臂的末端电压都处于正常水平时：当馈线a(5)电流+馈线b(7)电流>基准值时，且馈线a(5)电流大于馈线b(7)电流，测控单元(14)控制变流器a(3)逆变，储能装置(1)释放电能；当馈线a(5)电流+馈线b(7)电流>基准值时，且馈线a(5)电流小于馈线b(7)电流，测控单元(14)控制变流器b(4)逆变，储能装置(1)释放电能；当馈线a(5)电流+馈线b(7)电流<基准值时，变流器a(3)、变流器b(4)和储能装置(1)待机。

说明书全文

一种列车再生 制动失效抑制装置及其控制方法

技术领域

[0001] 本发明涉及电气化铁路领域，特别涉及电气化铁路电能质量控制技术领域。

背景技术

[0002] 保证电气化铁路的电能质量是确保电力机车安全运行的重要条件，而在某些线路供电臂末端电压水平成为制约电能质量的首要问题。

[0003] 随着电力电子交流传动技术的不断发展，我国基本上已经完成了由交直型电力机车到交直交型电力机车的升级，交直交型电力机车可以采用再生制动，反馈再生制动能量，被相邻机车吸收或者回馈三相电网。但有些线路几乎整个供电臂都处于长大坡道，供电臂上大多数电力机车处于再生制动工况，再生制动能量较多，导致了供电臂末端电压升高，超过了电力机车的最大允许电压，出现再生制动失效，列车不得不切除再生制动。另外，过多的再生制动能量反馈电网也会对其造成一定的冲击。

[0004] 对于一些高速或者重载线路，机车取流大，带电概率高，造成了供电臂末端电压较低，影响了机车的正常取流。

[0005] 对于变流器，既可以传递有功功率，也可以传递无功功率，所以在储能装置充满电或者电量低的时候，可以利用变流器传递无功功率来稳定供电臂末端电压。

[0006] 中国专利公开了“一种电气化铁路电能质量综合治理装置控制方法 (201210417779.X)”，其目的是“实现电气化铁路负序、谐波和无功的综合治理，并适当降低有源容量，达到改善治理效果和降低成本”。而本专利的目的是抑制列车再生制动失效和支撑网压，虽然结构上有类似的地方，但是控制方法和目的不同。

[0007] 本发明提出了一种能够抑制列车再生失效的电气化铁路储能装置，实现稳定供电臂末端电压，并且兼顾吸收再生制动能量。

发明内容

[0008] 本发明的目的是提供一种列车再生制动失效抑制装置，它能有效地解决决因供电臂末端电压过高导致的列车再生制动失效，还可以对末端电压支撑，并兼顾分区所两端供电臂的负荷平衡，提高再生制动能量利用率的技术问题。

[0009] 本发明的另一个目的是提供一种列车再生制动失效抑制装置控制方法，它能有效地解决因供电臂末端电压过高导致的列车再生制动失效，还可以对末端电压支撑，并兼顾分区所两端供电臂的负荷平衡，提高再生制动能量利用率的技术问题。

[0010] 本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种列车再生制动失效抑制装置，包括储能装置、支撑电容、变流器a、变流器b、测控单元，在牵引变电所a供电臂的首端设置带电流互感器的馈线a，接触网a的末端设置变流器，变流器的交流侧分别与接触网和钢轨连接，变流器a的交流侧分别与接触网a的中部和钢轨连接，直流侧与储能装置和支撑电容并联；接触网a的末端设置电压互感器a；在牵引变电所b供电臂的首端设置带电流互感器的馈线b，接触网b的末端设置变流器，变流器b的交流侧分别与接触网b的末端和钢轨连接，直流侧与储能装置和支撑电容并联；接触网b末端设置电压互感器b；电流互感器a 的测量端、电流互感器b的测量端、电压互感器b的测量端均与测控单元的输入接口连接，测控单元输出接口与储能装置、变流器a、变流器b的控制端相连；测控单元通过电流互感器a、电流互感器b、电压互感器a、电压互感器b实时获取供电臂末端电压、馈线电流，实时控制储能装置、变流器a和变流器b的工作状态。

[0011] 本发明的另一个目的是通过以下技术方案来实现的：一种列车再生制动失效抑制装置控制方法，设馈线a和馈线b处电流牵引为正，再生为负；接触网a所在供电臂为供电臂a，接触网b所在供电臂为供电臂b；则存在以下六种状态：

[0012] (A)、当供电臂a末端电压大于供电臂最大允许电压，同时供电臂b末端电压大于供电臂最大允许电压，且储能装置具有储存电能空间，测控单元控制变流器a和控制变流器b 整流，储能装置储存电能，降低接触网a末端电压；若储能装置储存电能已饱和，测控单元控制变流器a和变流器b吸收感性无功，降低接触网a末端电压；

[0013] (B)、当供电臂a末端电压小于供电臂最小允许电压，同时供电臂b末端电压小于供电臂最小允许电压，且储能装置具备释放电能条件，测控单元控制变流器a和控制变流器b 逆变，储能装置释放电能，提高接触网b末端电压；若储能装置的电能已释放完，测控单元控制变流器a和变流器b吸收容性无功，提高接触网b末端电压；

[0014] (C)、当供电臂a末端电压大于供电臂最大允许电压，同时供电臂b末端电压<供电臂最大允许电压：若馈线a电流+馈线b电流≥0，测控单元控制变流器a整流，变流器b逆变，全部再生制动能量由供电臂a转移到供电臂b；若馈线a电流+馈线b电流<0，测控单元控制变流器a整流，储能装置储存电能，如果储能装置已饱和，测控单元控制变流器a 吸收感性无功；

[0015] (D)、当供电臂b末端电压大于供电臂最大允许电压，同时供电臂a末端电压小于供电臂最大允许电压：若馈线a电流+馈线b电流≥0，则测控单元控制变流器b整流，变流器a逆变，全部再生制动能量由供电臂b转移到供电臂a；若馈线a电流+馈线b电流<0，则测控单元控制变流器b整流，储能装置储存电能，如果储能装置已饱和，则测控单元控制变流器b吸收感性无功；

[0016] (E)、当供电臂a末端电压小于供电臂最小允许电压，供电臂b末端电压正常时，测控单元控制变流器a逆变，储能装置向供电臂a释放电能；若储能装置电能已释放完，则测控单元控制变流器a逆变，变流器b整流，由供电臂b分担一部分供电臂a的负荷；

[0017] (F)、当供电臂b末端电压小于供电臂最小允许电压，供电臂a末端电压正常时，测控单元控制变流器b逆变，储能装置向供电臂b释放电能；若储能装置电能已释放完电能，则测控单元控制变流器b逆变，变流器a整流，由供电臂a分担一部分供电臂b的负荷。

[0018] 当两个供电臂的末端电压都处于正常水平时：当馈线a电流+馈线b电流大于基准值时，且馈线a电流大于馈线b电流，测控单元控制变流器a逆变，储能装置释放电能；当馈线a 电流+馈线b电流大于基准值时，且馈线a电流小于馈线b电流，测控单元控制变流器b逆变，储能装置释放电能；当馈线a电流+馈线b电流小于基准值时，变流器a、变流器b和储能装置待机。

[0019] 本发明的基本工作原理是：通过测量两供电臂的末端电压和馈线电流，控制变流器和储能装置的工作状态，来达到抑制列车再生制动失效的作用，使供电臂末端电压处于正常范围，并且兼顾再生制动能量的利用。

[0020] 设馈线a和馈线b处电流牵引为正，再生为负；基准值由历史牵引负荷电流获得，取往日正常工况下牵引负荷电流的平均值为基准值，取牵引为正，再生制动为负。

[0021] 接触网a所在供电臂为供电臂a，接触网b所在供电臂为供电臂b；当供电臂a末端电压大于供电臂最大允许电压，同时供电臂b末端电压大于供电臂最大允许电压，且储能装置还可以储存电能，测控单元控制变流器a和控制变流器b整流，储能装置储存电能，降低供电臂末端电压；若储能装置不能再储存电能，测控单元控制变流器a和变流器b吸收感性无功，降低供电臂末端电压。当供电臂a末端电压<供电臂最小允许电压，同时供电臂 b末端电压小于供电臂最小允许电压，且储能装置具备释放电能条件，测控单元控制变流器 a和控制变流器b逆变，储能装置释放电能，提高供电臂末端电压；若储能装置不能再释放电能，测控单元控制变流器a和变流器b吸收容性无功，提高供电臂末端电压。

[0022] 当供电臂a末端电压大于供电臂最大允许电压，同时供电臂b末端电压小于供电臂最大允许电压：若馈线a电流+馈线b电流≥0，测控单元控制变流器a整流，变流器b逆变，全部再生制动能量由供电臂a转移到供电臂b；若馈线a电流+馈线b电流<0，测控单元控制变流器a整流，储能装置储存电能，如果储能装置不能再储存电能，测控单元控制变流器a吸收感性无功。当供电臂b末端电压大于供电臂最大允许电压，同时供电臂a末端电压小于供电臂最大允许电压：若馈线a电流+馈线b电流≥0，测控单元控制变流器b整流，变流器a逆变，全部再生制动能量由供电臂b转移到供电臂a；若馈线a电流+馈线b电流 <0，测控单元控制变流器b整流，储能装置储存电能，如果储能装置不能再储存电能，测控单元控制变流器b吸收感性无功。

[0023] 当供电臂a末端电压小于供电臂最小允许电压，供电臂b网压正常时，测控单元控制变流器a逆变，储能装置向供电臂a释放电能；若储能装置不能再释放电能，测控单元控制变流器a逆变，变流器b整流，由供电臂b分担一部分供电臂a的负荷；当供电臂b末端电压<供电臂最小允许电压，供电臂a网压正常时，测控单元控制变流器b逆变，储能装置向供电臂b释放电能；若储能装置不能再释放电能，测控单元控制变流器b逆变，变流器a整流，由供电臂a分担一部分供电臂b的负荷。两供电臂的供电臂末端电压都处于正常水平时：当馈线a电流+馈线b电流大于基准值时，且馈线a电流大于馈线b电流，测控单元控制变流器a逆变，储能装置释放电能；当馈线a电流+馈线b电流大于基准值时，且馈线a电流<馈线b电流，测控单元控制变流器b逆变，储能装置释放电能；当馈线a电流 +馈线b电流<基准值时，变流器a、变流器b和储能装置待机。

[0024] 与现有技术相比，本发明的有益效果是：

[0025] 一、列车再生制动失效抑制装置位于供电臂末端，有效吸收列车再生制动能量，对列车处于供电臂末端再生制动时抬高供电臂电压可能造成再生失效起到有效抑制作用，改善和提高列车运行安全性。

[0026] 二、可以将再生制动能量转移到相邻供电臂，或者吸收部分列车再生制动能量，提高列车再生制动能量利用率。

[0027] 三、在供电臂末端电压过低时，可对供电臂末端电压起到一定支撑作用。

[0028] 四、本发明控制方法简单可靠，易于实施。附图说明

[0029] 图1是本发明实施例的结构示意图。

[0030] 图2是本发明实施例的测控单元连接关系示意图。

具体实施方式

[0031] 下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步的描述。

[0032] 图1示出，本发明的一种具体实施方式为：一种列车再生制动失效抑制装置，包括储能装置1、支撑电容2、变流器a3、变流器b4、测控单元14；在牵引变电所a15供电臂的首端馈线a5处设置电流互感器6，接触网a11的末端设置变流器3，变流器3的交流侧分别与接触网4和钢轨13连接，变流器a3的交流侧分别与接触网a11的中部和钢轨13连接，直流侧与储能装置1和支撑电容2并联；接触网a11的末端设置电压互感器a9；在牵引变电所b16供电臂的首端馈线b7处设置电流互感器8，接触网b12的末端设置变流器4，变流器b4的交流侧分别与接触网b12的末端和钢轨13连接，直流侧与储能装置1和支撑电容2并联；接触网b12末端设置电压互感器b10。

[0033] 图2是本发明实施例的测控单元连接关系示意图。电流互感器a6的测量端、电流互感器b8的测量端、电压互感器a9和电压互感器b10的测量端均与测控单元14的输入接口连接，测控单元14输出接口与储能装置1、变流器a3、变流器b4的控制端相连；测控单元 14通过电流互感器a6、电流互感器b8、电压互感器a9、电压互感器b10实时获取供电臂末端电压、馈线电流，实时控制储能装置1、变流器a3和变流器b4的工作状态。

[0034] 设馈线a和馈线b处电流牵引为正，再生为负，取往日正常工况下馈线电流的平均值为基准值。接触网a所在供电臂为供电臂a，接触网b所在供电臂为供电臂b。

[0035] 电气化铁路供电系统及其电能质量控制技术的标准，“对牵引变压器27.5kV侧母线电压，认定其母线电压大于29kV或者小于20kV为不合格的电压”，因此，供电臂最大允许电压为29kV，供电臂最小允许电压为20kV。

[0036] (A)当供电臂a末端电压大于供电臂最大允许电压29kV，同时供电臂b末端电压大于供电臂最大允许电压29kV，且储能装置1具有储存电能空间，测控单元14控制变流器a3 和控制变流器b4整流，储能装置1储存电能，降低接触网a11末端电压；若储能装置1储存电能已饱和，测控单元14控制变流器a3和变流器b4吸收感性无功，降低接触网a11末端电压；

[0037] (B)当供电臂a末端电压小于供电臂最小允许电压20kV，同时供电臂b末端电压小于供电臂最小允许电压20kV，且储能装置1具备释放电能条件，测控单元14控制变流器a3 和控制变流器b4逆变，储能装置1释放电能，提高接触网b12末端电压；若储能装置1的电能已释放完，测控单元14控制变流器a3和变流器b4吸收容性无功，提高接触网b12末端电压；

[0038] (C)当供电臂a末端电压大于供电臂最大允许电压29kV，同时供电臂b末端电压小于供电臂最大允许电压29kV：若馈线a电流+馈线b电流≥0，测控单元14控制变流器a3整流，变流器b4逆变，全部再生制动能量由供电臂a转移到供电臂b；若馈线a电流+馈线b电流 <0，测控单元14控制变流器a3整流，储能装置1储存电能，如果储能装置已饱和，测控单元14控制变流器a3吸收感性无功。

[0039] (D)当供电臂b末端电压大于供电臂最大允许电压29kV，同时供电臂a末端电压小于供电臂最大允许电压29kV：若馈线a电流+馈线b电流≥0，则测控单元14控制变流器b3整流，变流器a4逆变，全部再生制动能量由供电臂b转移到供电臂a；若馈线a电流+馈线b 电流<0，则测控单元14控制变流器b3整流，储能装置1储存电能，如果储能装置已饱和，则测控单元14控制变流器b3吸收感性无功；

[0040] (E)当供电臂a末端电压小于供电臂最小允许电压20kV，供电臂b末端电压正常时，测控单元14控制变流器a3逆变，储能装置1向供电臂a释放电能；若储能装置1电能已释放完，则测控单元14控制变流器a3逆变，变流器b4整流，由供电臂b分担一部分供电臂 a的负荷；

[0041] (F)当供电臂b末端电压小于供电臂最小允许电压20kV，供电臂a末端电压正常时，测控单元14控制变流器b3逆变，储能装置1向供电臂b释放电能；若储能装置1电能已释放完电能，则测控单元14控制变流器b3逆变，变流器a4整流，由供电臂a分担一部分供电臂b的负荷。

[0042] 当两个供电臂的末端电压都处于正常水平时：当馈线a5电流+馈线b7电流大于基准值时，且馈线a5电流大于馈线b7电流，测控单元14控制变流器a3逆变，储能装置1释放电能；当馈线a5电流+馈线b7电流大于基准值时，且馈线a5电流小于馈线b7电流，测控单元14控制变流器b4逆变，储能装置1释放电能；当馈线a5电流+馈线b7电流小于基准值时，变流器a3、变流器b4和储能装置1待机。

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