一种机车能馈装置及其电能回馈方法、装置、系统与流程

本申请涉及电力电子变流器技术领域，具体涉及一种机车能馈装置及其电能回馈方法、装置、系统。

背景技术：

进入21世纪以来，随着我国大城市交通问题的日益突出，大力发展城市轨道交通已成为城市交通发展的必然选择。机车再生制动能量的吸收方式主要有电阻消耗、电容储能、逆变回馈、飞轮储能等。其中，基于逆变方式的能量回馈变流器的节能效果好，且系统简单、投资小，得到越来越多的关注与应用。

地铁供电系统是由并联的两个12脉动的整流器构成24脉波整流器。机车再生电能回馈装置简称机车能馈装置，可以将地铁刹车后直流母线的能量回馈到10kv/35kv交流系统中。机车再生电能回馈装置实时检测直流母线电压，当直流母线电压大于启动门槛时，会立即开启pwm脉冲信号，并将直流电压控制到特定控制目标，使地铁刹车制动能量快速回馈到电网中去。该特性控制目标要大于二极管整流器的空载电压，以防止二极管整流器与能馈系统形成环流。当机车再生电能回馈装置检测到交流电流小于特定值或者直流电流反向，表明机车刹车已结束或机车已启动，机车再生电能回馈装置立即闭锁pwm脉冲信号，进入待机状态。

地铁列车制动功率达数兆瓦，对能馈装置容量要求较高，现在工程上配置的能馈装置的容量一般为2mw～4mw，单个站内的能馈装置电压启动门槛一般设置为整流器空载电压和列车车载电阻启动电压之间，而站间的能馈装置独立运行，相互之间不进行通讯。如果站间距离较长，可能出现本站的能馈装置的回馈功率已达额定功率而邻站的能馈装置未工作或者功率未达到额定功率的情况，这样会造成本站的直流网压升高，可能造成车载电阻动作或者闸瓦动作，严重影响列车安全运行。

技术实现要素：

本申请实施例提供了一种机车能馈装置的电能回馈方法，包括：设置预定牵引站的机车能馈装置的启动门槛电压为比所述预定牵引站的牵引整流器的空载电压大第一设定值；判断与所述预定牵引站相邻的相邻牵引站的机车能馈装置是否处于电能回馈饱和状态，其中，所述预定牵引站的机车能馈装置和所述相邻牵引站的机车能馈装置分别在电压达到各自的启动门槛电压后启动，进行电能回馈控制；响应于所述相邻牵引站的机车能馈装置处于电能回馈饱和状态，调整所述预定牵引站的机车能馈装置的启动门槛电压，直到所述预定牵引站的机车能馈装置处于电能回馈饱和状态。

作为本申请的一个方面，所述调整所述预定牵引站的机车能馈装置的启动门槛电压，包括：判断所述预定牵引站的机车能馈装置是否处于电能回馈饱和状态；响应于所述预定牵引站的机车能馈装置未处于电能回馈饱和状态，判断所述预定牵引站的机车能馈装置的启动门槛电压是否大于启动门槛电压最小值；响应于所述预定牵引站的机车能馈装置的启动门槛电压大于所述启动门槛电压最小值，设置所述预定牵引站的机车能馈装置的启动门槛电压降低第二设定值，并使降低后的所述启动门槛电压的保持时间为第三设定值；响应于所述预定牵引站的机车能馈装置的启动门槛电压不大于所述启动门槛电压最小值，所述预定牵引站的机车能馈装置的启动门槛电压保持不变。

作为本申请的一个方面，所述电能回馈饱和状态包括机车能馈装置的回馈功率达到了额定功率或者所述机车能馈装置停止工作。

作为本申请的一个方面，所述启动门槛电压最小值比所述牵引整流器空载电压大第四设定值。

作为本申请的一个方面，所述第一设定值在10v与100v之间。

作为本申请的一个方面，所述第二设定值在1v与10v之间。

作为本申请的一个方面，所述第三设定值在1秒与10秒之间。

作为本申请的一个方面，所述第四设定值在10v与30v之间，且所述第四设定值小于所述第一设定值。

本申请实施例还提供一种机车能馈装置的电能回馈装置，包括设置单元、邻站饱和判断单元、调整单元、控制单元，所述设置单元设置预定牵引站的机车能馈装置的启动门槛电压为比预定牵引站的牵引整流器空载电压大第一设定值所述控制单元控制所述预定牵引站的机车能馈装置在电压达到所述启动门槛电压后启动，进行电能回馈控制；所述邻站饱和判断单元判断与所述预定牵引站相邻的相邻牵引站的机车能馈装置是否处于电能回馈饱和状态；所述调整单元响应于所述相邻牵引站的机车能馈装置处于电能回馈饱和状态，调整所述预定牵引站的机车能馈装置的启动门槛电压，直到所述预定牵引站的机车能馈装置处于电能回馈饱和状态。

作为本申请的一个方面，所述调整单元包括本站饱和判断模块、非饱和控制模块、非临界控制模块、临界控制模块，所述本站饱和判断模块判断所述预定牵引站的机车能馈装置是否处于电能回馈饱和状态；所述非饱和控制模块响应于所述预定牵引站的机车能馈装置未处于电能回馈饱和状态，判断所述预定牵引站的机车能馈装置的启动门槛电压是否大于启动门槛电压最小值；所述非临界控制模块响应于所述预定牵引站的机车能馈装置的启动门槛电压大于所述启动门槛电压最小值，设置所述预定牵引站的机车能馈装置的启动门槛电压降低第二设定值，并使降低后的所述启动门槛电压的保持时间为第三设定值；所述临界控制模块响应于所述预定牵引站的机车能馈装置的启动门槛电压不大于所述启动门槛电压最小值，所述预定牵引站的机车能馈装置的启动门槛电压保持不变。

本申请实施例还提供一种机车能馈装置，包括上述所述的机车能馈装置的电能回馈装置。

本申请实施例还提供一种机车能馈装置的电能回馈系统，包括：n个权利要求11所述的机车能馈装置，n≥2；n个交换机，所述机车能馈装置通过站间交换机之间进行站间通信。

作为本申请的一个方面，所述交换机包括过程层交换机或站控层交换机。

作为本申请的一个方面，所述站间通信的网络为站控层网络或者过程层网络。

作为本申请的一个方面，所述站间通信的通信协议包括iec103或iec61850。

本申请的实施例提出的系统，在机车中取消车载电阻后对机车能馈装置的容量需求变大后，使得全线路的机车能馈装置协调工作，提高邻站能馈装置对本站的回馈能力，进一步减小机车能馈装置容量；通过邻站能馈装置状态校正本站能馈装置的电压启动门槛，从而实现各个站的能馈装置电压启动阈值的自适应动态调整，并发挥全线机车能馈装置的最大的回馈能力，最大限度稳定机车直流牵引网电压，降低机车车载电阻和闸瓦的启动概率，对机车安全稳定运行具有较大意义；能馈装置可以与机车供电系统现有的保护设备共用通信网络，可不增加额外的设备投资，成本较小。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请一实施例提供的一种机车能馈装置接入系统示意图；

图2为本申请一实施例提供的一种机车能馈装置的电能回馈系统组成示意图；

图3为本申请一实施例提供的一种机车能馈装置的电能回馈方法流程示意图；

图4为本申请另一实施例提供的一种机车能馈装置的电能回馈方法流程图；

图5为本申请一实施例提供的一种机车能馈装置的电能回馈装置组成示意图；

图6为本申请另一实施例提供的一种机车能馈装置的电能回馈装置组成示意图。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，以下将结合附图和实施例，对本申请技术方案的具体实施方式进行更加详细、清楚的说明。然而，以下描述的具体实施方式和实施例仅是说明的目的，而不是对本申请的限制。其只是包含了本申请一部分实施例，而不是全部的实施例，本领域技术人员对于本申请的各种变化获得的其他实施例，都属于本申请保护的范围。

图1为本申请一实施例提供的一种机车能馈装置接入系统示意图。如图1所示，交流电网高压侧为110kv电源，交流电网低压侧为35kv电源。或者交流电网高压侧为35kv电源，交流电网低压侧为10kv电源。但并不以此为限。机车能馈装置1与牵引整流器11并联接入交流电网低压侧交流母线和直流母线之间。

图2为本申请一实施例提供的一种机车能馈装置的电能回馈系统组成示意图，包括n个机车能馈装置、n个交换机，其中，n≥2。机车能馈装置通过站间交换机之间进行站间通信。

如图1所示，机车能馈装置直流侧与1500v机车牵引直流网相连，机车能馈装置1、2、3连接在机车供电系统直流正母线7与机车供电系统直流负母线8之间。机车能馈装置交流侧与35kv机车交流供电网相连，也就是连接机车供电系统交流母线9。

机车能馈装置通过站间交换机进行站间通信。如图1所示，机车能馈装置1、2、3通过交换机4、5、6进行站间通信。

本站为第n站，邻站为n-1站或者n+1站。图1中，交换机2的邻站为交换机1、交换机3。

交换机包括但不限于过程层交换机或站控层交换机。站间通信的网络包括但不限于站控层网络或者过程层网络。站间通信的通信协议包括但不限于iec103或iec61850。

本站的能馈馈装置的电压启动门槛受邻站能馈装置状态影响，通过邻站能馈装置状态校正本站能馈装置的电压启动门槛，从而实现各个站的能馈装置电压启动阈值的自适应动态调整，并发挥全线机车能馈装置的最大的回馈能力，最大限度稳定机车直流牵引网电压，降低机车车载电阻和闸瓦的启动概率，对机车安全稳定运行具有较大意义。

图3为本申请一实施例提供的一种机车能馈装置的电能回馈方法流程示意图，包括以下步骤。

在步骤s10中，设置预定牵引站的机车能馈装置的启动门槛电压为比预定牵引站的牵引整流器空载电压大第一设定值。

设置预定牵引站的机车能馈装置的启动门槛电压为第一启动门槛电压udcset1。其中，第一启动门槛电压udcset1为预定牵引站的牵引整流器的空载电压udc_nl与第一设定值的和。第一设定值在10v与100v之间。在本实施例中，第一设定值设置为50v。

在步骤s20中，判断与预定牵引站相邻的相邻牵引站的机车能馈装置是否处于电能回馈饱和状态。

其中，预定牵引站的机车能馈装置和相邻牵引站的机车能馈装置分别在电压达到各自的启动门槛电压后启动，进行电能回馈控制。

与预定牵引站相邻的相邻牵引站有一个或两个。判断这一个或两个相邻牵引站的机车能馈装置的回馈功率是否处于电能回馈饱和状态，只要有一个处于电能回馈饱和状态，就进入步骤s30。

机车能馈装置处于电能回馈饱和状态就是机车能馈装置达到了额定功率或者机车能馈装置是否停止工作。

在实际执行中，判断邻站机车能馈装置的状态是否为1，若为1，则进入步骤s30。其中状态1代表机车能馈装置处于电能回馈饱和状态。

在步骤s30中，响应于相邻牵引站的机车能馈装置处于电能回馈饱和状态，调整预定牵引站的机车能馈装置的启动门槛电压，直到预定牵引站的机车能馈装置进入电能回馈饱和状态。

图4为本申请另一实施例提供的一种机车能馈装置的电能回馈方法流程图，包括以下步骤。

在步骤s10中，设置预定牵引站的机车能馈装置的启动门槛电压为比预定牵引站的牵引整流器空载电压大第一设定值。

设置预定牵引站的机车能馈装置的启动门槛电压为第一启动门槛电压udcset1。其中，第一启动门槛电压udcset1为牵引整流器的空载电压udc_nl与第一设定值的和。第一设定值在10v与100v之间。在本实施例中，第一设定值设置为50v。

在步骤s20中，判断与预定牵引站相邻的相邻牵引站的机车能馈装置是否处于电能回馈饱和状态。

其中，预定牵引站的机车能馈装置和相邻牵引站的机车能馈装置分别在电压达到各自的启动门槛电压后启动，进行电能回馈控制。

与预定牵引站相邻的相邻牵引站有一个或两个。判断这一个或两个相邻牵引站的机车能馈装置的回馈功率是否处于电能回馈饱和状态，只要有一个处于电能回馈饱和状态，就进入步骤s30。

机车能馈装置处于电能回馈饱和状态就是机车能馈装置达到了额定功率或者机车能馈装置是否停止工作。

在实际执行中，判断邻站机车能馈装置的状态是否为1，若为1，则进入步骤s30。其中状态1代表机车能馈装置处于电能回馈饱和状态。

在步骤s30中，响应于相邻牵引站的机车能馈装置处于电能回馈饱和状态，调整预定牵引站的机车能馈装置的启动门槛电压，直到预定牵引站的机车能馈装置进入电能回馈饱和状态。

调整启动门槛电压，包括以下步骤。

在步骤s31中，判断预定牵引站的机车能馈装置是否处于电能回馈饱和状态。

机车能馈装置处于电能回馈饱和状态就是机车能馈装置达到了额定功率或者机车能馈装置是否停止工作。

在实际执行中，判断预定牵引站的机车能馈装置的状态是否为1，若不为1，则进入步骤s32。其中状态1代表机车能馈装置处于电能回馈饱和状态。

在步骤s32中，响应于预定牵引站的机车能馈装置未处于电能回馈饱和状态，判断预定牵引站的机车能馈装置的启动门槛电压是否大于启动门槛电压最小值。

预定牵引站的机车能馈装置进入电能回馈饱和状态，则保持预定牵引站的机车能馈装置的启动门槛电压不变。如果未处于电能回馈饱和状态，则判断预定牵引站的机车能馈装置的启动门槛电压是否大于启动门槛电压最小值。

在步骤s33中，响应于预定牵引站的机车能馈装置的启动门槛电压大于启动门槛电压最小值udcsetmin，设置预定牵引站的机车能馈装置的启动门槛电压降低第二设定值，使得降低后的启动门槛电压的保持时间为第三设定值。

设置启动门槛电压降低第二设定值后为udcset2。第二设定值在1v与10v之间。第三设定值在1秒与10秒之间。在本实施例中，第二设定值为5v，第三设定值为5秒。

其中，启动门槛电压最小值udcsetmin为牵引整流器的空载电压udc_n1加第四设定值的和。第四设定值在10v与30v之间，且第四设定值小于第一设定值。在本实施例中，第四设定值设置为30v。

在机车能馈装置未处于电能回馈饱和状态而且启动门槛电压大于启动门槛电压最小值udcsetmin时，减低启动门槛电压。为了让启动门槛电压不要频繁波动，需要保持一段时间(第三设定值)后，再重新判断调整。

在步骤s34中，响应于预定牵引站的机车能馈装置的启动门槛电压不大于启动门槛电压最小值udcsetmin，预定牵引站的机车能馈装置的启动门槛电压保持不变。

图5为本申请一实施例提供的一种机车能馈装置的电能回馈装置组成示意图，包括设置单元21、控制单元22、邻站饱和判断单元23、调整单元24。

设置单元21设置预定牵引站的机车能馈装置的启动门槛电压为比预定牵引站的牵引整流器空载电压大第一设定值。控制单元22控制预定牵引站的机车能馈装置在电压达到启动门槛电压后启动，进行电能回馈控制。邻站饱和判断单元23判断与预定牵引站相邻的相邻牵引站的机车能馈装置是否处于电能回馈饱和状态。调整单元24响应于相邻牵引站的机车能馈装置处于电能回馈饱和状态，调整预定牵引站的机车能馈装置的启动门槛电压，直到预定牵引站的机车能馈装置处于电能回馈饱和状态。

图6为本申请另一实施例提供的一种机车能馈装置的电能回馈装置组成示意图，包括设置单元21、控制单元22、邻站饱和判断单元23、调整单元24。

设置单元21设置预定牵引站的机车能馈装置的启动门槛电压为比预定牵引站的牵引整流器空载电压大第一设定值。控制单元22控制预定牵引站的机车能馈装置在电压达到启动门槛电压后启动，进行电能回馈控制。邻站饱和判断单元23判断与预定牵引站相邻的相邻牵引站的机车能馈装置是否处于电能回馈饱和状态。调整单元24响应于相邻牵引站的机车能馈装置处于电能回馈饱和状态，调整预定牵引站的机车能馈装置的启动门槛电压，直到预定牵引站的机车能馈装置处于电能回馈饱和状态。

调整单元24包括本站饱和判断模块241、非饱和控制模块242、非临界控制模块243、临界控制模块244。

本站饱和判断模块241判断预定牵引站的机车能馈装置是否处于电能回馈饱和状态。非饱和控制模块242响应于预定牵引站的机车能馈装置未处于电能回馈饱和状态，判断预定牵引站的机车能馈装置的启动门槛电压是否大于启动门槛电压最小值。非临界控制模块243响应于预定牵引站的机车能馈装置的启动门槛电压大于启动门槛电压最小值，设置预定牵引站的机车能馈装置的启动门槛电压降低第二设定值，并使降低后的启动门槛电压的保持时间为第三设定值。临界控制模块244响应于预定牵引站的机车能馈装置的启动门槛电压不大于启动门槛电压最小值，预定牵引站的机车能馈装置的启动门槛电压保持不变。

一种机车能馈装置，包括上述所述的机车能馈装置的电能回馈装置。

需要说明的是，以上参照附图所描述的各个实施例仅用以说明本申请而非限制本申请的范围，本领域的普通技术人员应当理解，在不脱离本申请的精神和范围的前提下对本申请进行的修改或者等同替换，均应涵盖在本申请的范围之内。此外，除上下文另有所指外，以单数形式出现的词包括复数形式，反之亦然。另外，除非特别说明，那么任何实施例的全部或一部分可结合任何其它实施例的全部或一部分来使用。