一种电力列车不断电过分段控制系统及其方法与流程

本发明涉及列车电力供电领域，尤其涉及一种电力列车不断电过分段控制系统及其方法。

背景技术：

现行电力列车由工频单相交流供电系统供电，在电力列车的机车和动车上，电气设备占有重要地位，其中最重要的就是交直交牵引传动系统。交直交牵引传动系统由车载牵引变压器、牵引变流器和牵引电机串联而成，驱动牵引电机并通过调频、调压改变牵引电机转速来达到电力列车驱动和调速运行的目的，这个过程称为电力列车驾驶。通常，现实情况下，电力列车驾驶是由人工操作完成的，少数是自动驾驶的。这里存在一些问题。一是，在干线铁路机车、动车上的电气设备中交直交牵引传动系统占有绝对分量，其重量大，体积大；重量大就增加轴重，轴重越大，线路造价越高，体积大，将更多占有机车和动车的宝贵空间，降低功率密度和效率。二是，智能控制和自动驾驶(atc)来取代人工驾驶是必由之路，但是，在现行电力列车和供电方式下，驾驶所需的控制设备均安装在电力列车上，电力列车是移动的，甚至是高速移动的，而自动驾驶(atc)的命令和组织来源于地面控制中心，这两者之间不能直接进行，需要无线系统联系，而无线系统故障或失灵将造成一定的安全风险。

鉴于上述技术问题，发明人团队提出了“省去车载电气设备并由地面供电的控制系统”的新的供电方式，该供电方式所体现的技术方案主要包括两个方面：1)省去车载牵引变压器、牵引变流器，减轻车载电气设备重量，降低轴重，实现电力列车轻型化，提高电力列车承载效率，提高机车和动车功率密度，适应更高速度运行；2)通过地面供电直接实现对电力列车运行的自动控制和无人驾驶。

现在要解决的技术问题是：如何通过电力列车分段供电控制使得电力列车平稳的跨越两个相邻分段供电轨，实现不断电过分段。

技术实现要素：

鉴于此，本发明目的是提供了一种电力列车分段供电控制系统及其方法，不仅能使电力列车平稳的跨越行驶在各个分段供电轨之间，实现不断电过分段，而且还能够控制电力列车的加减速和启停。

为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案具体如下：

一种电力列车不断电过分段控制系统，用于轨道交通三相供电系统，所述轨道交通三相供电系统包括三相供电轨，所述供电轨被分段成区间0、区间1、区间2、区间3、……区间n，其中，所述控制系统包括：

变频变压设备，具体为区间0变频变压设备、区间1变频变压设备、区间2变频变压设备、区间3变频变压设备、……区间n变频变压设备，且分别与所述区间0、区间1、区间2、区间3、……区间n对应连接，用于向电力列车提供三相电源；

定位单元，安装靠近于所述供电轨被分段处，用于获取电力列车位置和速度信息、电力列车与第i供电轨绝缘区的相对位置；

电子开关，与所述供电轨的分段处并联，用于所述供电轨的分段处的导通和断开；

地面运控系统，其输入端分别与所述变频变压设备和所述定位单元连接，其输出端分别与所述变频变压设备和所述电子开关连接，用于控制电力列车启停和加减速度。

优选地，所述区间0、区间1、区间2、区间3、……区间n的相邻两区间之间的分段处为第i供电轨绝缘区，且i∈[0，(n-1)]；所述第i供电轨绝缘区可以为第一供电轨绝缘区、第二供电轨绝缘区、第三供电轨绝缘区、第四供电轨绝缘区、……或第n供电轨绝缘区。

优选地，所述定位单元包括区间0定位单元、区间1定位单元、区间2定位单元、区间3定位单元、……区间n定位单元，所述区间0定位单元、区间1定位单元、区间2定位单元、区间3定位单元、……区间n定位单元分别依次安装靠近于所述区间0、区间1、区间2、区间3、……区间n的右端。

进一步优选地，电子开关包括第一供电轨绝缘区的电子开关、第二供电轨绝缘区的电子开关、第三供电轨绝缘区的电子开关、第四供电轨绝缘区的电子开关、……第n供电轨绝缘区的电子开关，第一供电轨绝缘区的电子开关、第二供电轨绝缘区的电子开关、第三供电轨绝缘区的电子开关、第四供电轨绝缘区的电子开关、……第n供电轨绝缘区的电子开关，分别与对应的所述第一供电轨绝缘区、所述第二供电轨绝缘区、所述第三供电轨绝缘区、所述第四供电轨绝缘区、……所述第n供电轨绝缘区并联。

优选地，所述地面运控系统包括：

数据采集模块，用于实时采集所述定位单元信号和所述变频变压设备的电流信号；

数据处理模块，与所述数据采集模块连接，用于实时信号转换处理和逻辑算法实现；

存储模块，与所述数据处理模块连接，用于实时储存信息；

通讯模块，与所述数据处理模块连接，用于向所述变频变压设备和所述电子开关发送控制指令。

进一步优选地，所述数据采集模块分别与所述定位单元和所述变频变压设备连接；所述通讯模块分别与所述电子开关和所述变频变压设备连接。

优选地，所述区间0定位单元、区间1定位单元、区间2定位单元、区间3定位单元、……区间n定位单元均分别为位置传感器。

为了解决上述技术问题，本发明所采用的又一技术方案具体如下：

一种使用上述技术方案所述的电力列车不断电过分段控制系统的电力列车不断电过分段控制方法，其中，该控制方法包括如下具体步骤：

步骤一：实时获取电力列车位置和速度信息、区间i变频变压设备的输出电流iai，其中i∈[0，(n-1)]；

步骤二：当电力列车从区间i区过渡运行到区间(i+1)时，根据实时获取电力列车位置和速度，地面运控系统判断电力列车是否进入第i供电轨绝缘区；若是，则地面运控系统控制第i供电轨绝缘区的电子开关触发导通，区间i变频变压设备和区间(i+1)变频变压设备共同向第i供电轨绝缘区和区间(i+1)提供三相电源，当区间i变频变压设备的输出电流iai减小至零时，第i供电轨绝缘区的电子开关自动断开并由区间(i+1)变频变压设备单独向区间(i+1)供电；反之，则返回步骤一。

优选地，在步骤二中所述区间i变频变压设备和区间(i+1)变频变压设备共同向第i供电轨绝缘区和区间(i+1)提供三相电源的方法，具体为：

地面运控系统实时获取区间i变频变压设备的输出电压幅值和相位信息，并实时传递给区间(i+1)变频变压设备；

同步启动控制区间(i+1)变频变压设备向第i供电轨绝缘区和区间(i+1)供电，使其的输出电压幅值和相位与区间i变频变压设备的输出电压幅值和相位相同，此时记区间i变频变压设备的输出电流大小为ia；

同步控制区间(i+1)变频变压设备输出电流iai+1逐渐增大至ia和控制区间i变频变压设备的输出电流iai从电流ia减小至零；

当区间i变频变压设备的输出电流iai减小至零时，第i供电轨绝缘区的电子开关自动断开，同时向区间i变频变压设备发送停机指令，使区间i变频变压设备停机。

进一步优选地，所述区间(i+1)变频变压设备输出电流iai+1逐渐增大速度与所述区间i变频变压设备的输出电流iai减小速度相等。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明所述上述技术方案通过采用电子开关、定位单元以及地面运控系统来协调控制相邻区间的变频变压设备在电力列车通过分段供电过渡区时配合供电，能实现“无感知”且不断电的过分段，且经济成本大大降低，也为人工智能无人驾驶创造了有利条件。

附图说明

图1是本发明实施例一所述电力列车不断电过分段控制系统的框架结构示意图。

图2是本发明实施例一所述电力列车不断电过分段控制系统的具体结构示意图。

图3是图2中i处放大图。

图4是本发明实施例一所述电力列车不断电过分段控制系统的内部框架示意图。

图5是本发明实施例二所述电力列车不断电过分段控制方法的基本流程图。

图6是本发明实施例二所述开始控制第i供电轨绝缘区的电子开关触发断开的方法流程图。

具体实施方式

为了更好理解本发明创造，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的描述。

实施例一

如图1和图2所示，一种电力列车不断电过分段控制系统，用于轨道交通三相供电系统，所述轨道交通三相供电系统包括三相供电轨tr，所述供电轨tr被分段成区间0s0、区间1s1、区间2s2、区间3s3、……区间nsn，其中，所述控制系统包括变频变压设备a、定位单元p、电子开关k和地面运控系统ec。

所述变频变压设备a具体为区间0变频变压设备a0、区间1变频变压设备a1、区间2变频变压设备a2、区间3变频变压设备a3、……区间n变频变压设备an，且分别与所述区间0s0、区间1s1、区间2s2、区间3s3、……区间nsn对应连接，用于向电力列车lc提供三相电源；所述定位单元p安装靠近于所述供电轨tr被分段处，用于获取电力列车lc位置和速度信息以及电力列车lc与第i供电轨绝缘区的相对位置；所述电子开关k与所述供电轨tr的分段处并联，用于所述供电轨tr的分段处的导通和断开；所述地面运控系统ec的输入端分别与所述变频变压设备a和所述定位单元p连接，其输出端分别与所述变频变压设备a和所述电子开关k连接，用于控制电力列车lc启停和加减速度。

结合图3所示，所述轨道交通三相供电系统的三相供电轨tr由第一供电轨tr1、第二供电轨tr2和第三供电轨tr3组成，所述第一供电轨tr1、第二供电轨tr2和第三供电轨tr3分别通过第一集电靴cs1、第二集电靴cs2和第三集电靴cs3与所述电力列车lc上的三相驱动绕组(图未示)连接。因此，本发明实施例中，在每个区间0s0、区间1s1、区间2s2、区间3s3、……区间nsn内安装的相应的所述电子开关k和所述定位单元p分别为三个且分别安装于述第一供电轨tr1、第二供电轨tr2和第三供电轨tr3上。

所述区间0s0、区间1s1、区间2s2、区间3s3、……区间nsn的相邻两区间之间的分段处为第i供电轨绝缘区且i∈[0，(n-1)]；所述第i供电轨绝缘区可以为第一供电轨绝缘区第二供电轨绝缘区第三供电轨绝缘区第四供电轨绝缘区……或第n供电轨绝缘区在本发明实施例中，该供电轨绝缘区是指相邻两区间之间通过供电轨分段器连接且区间之间相互绝缘，但本发明思想不限制仅由供电轨分段器一种连接方式，其他能达到与供电轨分段器相同或类似效果均可以。

所述定位单元p包括区间0定位单元p0、区间1定位单元p1、区间2定位单元p2、区间3定位单元p3、……区间n定位单元pn，所述区间0定位单元p0、区间1定位单元p1、区间2定位单元p2、区间3定位单元p3、……区间n定位单元pn分别依次安装靠近于所述区间0s0、区间1s1、区间2s2、区间3s3、……区间nsn的右端。在本发明实施例中，所述区间0定位单元p0、区间1定位单元p1、区间2定位单元p2、区间3定位单元p3、……区间n定位单元pn均分别为位置传感器。

所述电子开关k包括第一供电轨绝缘区的电子开关k1、第二供电轨绝缘区的电子开关k2、第三供电轨绝缘区的电子开关k3、第四供电轨绝缘区的电子开关k4、……第n供电轨绝缘区的电子开关kn，第一供电轨绝缘区的电子开关k1、第二供电轨绝缘区的电子开关k2、第三供电轨绝缘区的电子开关k3、第四供电轨绝缘区的电子开关k4、……第n供电轨绝缘区的电子开关kn，分别与对应的所述第一供电轨绝缘区所述第二供电轨绝缘区所述第三供电轨绝缘区所述第四供电轨绝缘区……所述第n供电轨绝缘区并联。

如图4所示，所述地面运控系统ec包括数据采集模块ad、数据处理模块dp、存储模块st和通讯模块cm，所述数据采集模块ad用于实时采集所述定位单元p信号和所述变频变压设备a的输出的电流、电压和频率信号；所述数据处理模块dp与所述数据采集模块ad连接，用于实时信号转换处理和逻辑算法实现；所述存储模块st与所述数据处理模块dp连接，用于实时储存信息；所述通讯模块cm与所述数据处理模块dp连接，用于向所述变频变压设备a和所述电子开关k发送控制指令。

所述数据采集模块ad分别与所述定位单元p和所述变频变压设备a连接；所述通讯模块cm分别与所述电子开关k和所述变频变压设备a连接。

实施例二

如图5和图6所示，本发明实施例提供了一种电力列车不断电过分段控制方法，其中，该控制方法包括如下具体步骤：

步骤一：实时获取电力列车lc位置和速度信息、区间i变频变压设备ai的输出电流iai，其中i∈[0，(n-1)]；

步骤二：当电力列车lc从区间isi过渡运行到区间(i+1)si+1时，根据实时获取电力列车lc位置和速度，地面运控系统ec判断电力列车lc是否进入第i供电轨绝缘区若是，则地面运控系统(ec)控制第i供电轨绝缘区的电子开关ki触发导通，区间i变频变压设备ai和区间(i+1)变频变压设备ai+1共同向第i供电轨绝缘区和区间(i+1)si+1提供三相电源，当区间i变频变压设备ai的输出电流iai减小至零时，第i供电轨绝缘区的电子开关ki自动断开并由区间(i+1)变频变压设备ai+1单独向区间(i+1)si+1供电；反之，则返回步骤一。

在本发明实施例中，在步骤二中所述区间i变频变压设备ai和区间(i+1)变频变压设备ai+1共同向第i供电轨绝缘区和区间(i+1)si+1提供三相电源的方法，具体为：

地面运控系统ec实时获取区间i变频变压设备ai的输出电压幅值和相位信息，并实时传递给区间(i+1)变频变压设备ai+1；

同步启动控制区间(i+1)变频变压设备ai+1向第i供电轨绝缘区和区间(i+1)si+1供电，使其的输出电压幅值和相位与区间i变频变压设备ai的输出电压幅值和相位相同，此时记区间i变频变压设备ai的输出电流大小为ia；

同步控制区间(i+1)变频变压设备ai+1输出电流iai+1逐渐增大至ia和控制区间i变频变压设备ai的输出电流iai从电流ia减小至零；

当区间i变频变压设备ai的输出电流iai减小至零时，第i供电轨绝缘区的电子开关ki自动断开，同时向区间i变频变压设备ai发送停机指令，使区间i变频变压设备ai停机。

在本发明实施例中，所述区间(i+1)变频变压设备(ai+1)输出电流iai+1逐渐增大速度与所述区间i变频变压设备(ai)的输出电流iai减小速度相等。

为了更好地理解本发明实施例，现具体说明如下：

当电力列车lc从区间i区si过渡运行到区间(i+1)si+1时，地面运控系统ec根据实时获取电力列车lc的位置和速度信息，判断电力列车lc是否进入第i供电轨绝缘区然后控制第i供电轨绝缘区的电子开关ki触发导通，区间i变频变压设备ai提供三相电源到区间(i+1)si+1。此时，地面运控系统ec将实时获取的区间i变频变压设备ai的输出电压幅值和相位信息，传递给区间(i+1)变频变压设备ai+1，并启动控制区间(i+1)变频变压设备ai+1，使其输出电压幅值和相位与区间i变频变压设备ai的输出电压幅值和相位相同。

记此时区间i变频变压设备ai的输出电流大小为ia，控制区间i变频变压设备ai的输出电流逐渐减小到零，同时控制区间(i+1)变频变压设备ai+1的输出电流iai+1逐渐增大至ia，且iai+1的增大速度和iai的减小速度相等。之后地面运控系统ec向区间i变频变压设备ai发送停机指令，区间i变频变压设备ai停机，电力机车lc由区间(i+1)变频变压设备ai+1单独供电。

当下一列电力列车从某一区间过渡运行到下一区间时，地面运控系统ec对某一区间的变频变压装置、下一区间的变频变压装置和电子开关k重复上述控制策略，完成对电力列车的控制，从而实现整条运行线路上的列车不断电过分段控制。

由于上述供电轨的每个区间内只允许一辆电力列车通过，地面运控系统ec应根据每个区间的电力列车位置信号，调整每个区间内的变频变压设备的输出频率和电压，使每个区间的电力列车相对位置在一个设定的范围内。

因此，本发明所述电力列车不断电过分段控制系统及其方法能实现“无感知”、不断电的过分段，且经济成本低，也为人工智能无人驾驶创造了有利条件。