一种用于铁路牵引变电站的控制系统的制作方法

本发明涉及铁路牵引变电站的控制领域，尤其是涉及一种用于铁路牵引变电站的控制系统。

背景技术：

由于铁路牵引变电站供电母线上通常运行有多辆列车，有离铁路牵引变电站近的列车，也有远的列车，既有加速列车，也有减速负荷。因此铁路牵引变电站的有功、无功及谐波含量经常发生变化，需要对其进行调节，不然调节不好会造成铁路牵引变电站负序严重、电能质量恶化。目前通常做法有两种。一种是集中控制，即在铁路牵引变电站端加单台调节装置进行调节，但这种方法的缺点是铁路牵引变电站端调节装置容量非常大，体积也大，而且一旦装置出现故障，系统补偿装置将有可能瘫痪，且目前由于电力电子器件的电流等级及电压等级受限，采用单台大容量的功率调节装置有技术难度。另一种是分散控制，即采用多台功率调节装置并联运行，达到大容量输出。这种控制的缺点是各个调节装置各自为阵，相互之间没有统一管理及协调控制，一旦协调失控，分布式调节装置将会解列，最终使得铁路牵引变电站总的电能质量治理不能达到满意效果。

技术实现要素：

本发明的目的是针对上述问题提供一种用于铁路牵引变电站的控制系统。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种用于铁路牵引变电站的控制系统，所述铁路牵引变电站上设有供电母线，所有受控列车均由供电母线供电，所述系统包括：

集中控制装置，分别与铁路牵引变电站和供电母线连接，用于采集供电母线的负荷状态，并发送面向所有受控列车的控制信号；

分布式控制装置，与受控列车连接，用于接收集中控制装置发送的控制信号，并控制受控列车进行负荷调节；

通信装置，分别与集中控制装置和分布式控制装置连接，用于实现控制信号的传输。

所述负荷调节包括有功功率调节、无功功率调节和谐波调节。

所述集中控制装置包括铁路功率调节器rpc，所述铁路功率调节器rpc通过降压变压器与供电母线的两个供电臂连接。

所述降压变压器的数量不少于2个。

所述集装控制装置还包括补偿结构组件，所述补偿结构组件位于铁路功率调节器rpc的两侧，通过降压变压器与供电母线的两个供电臂连接，用于提供容性无功补偿和滤除三次谐波电流。

所述补偿结构组件包括晶闸管控制滤波器tcf和晶闸管控制电抗器tcr，所述晶闸管控制滤波器tcf通过降压变压器与供电母线的相对相位超前供电臂连接，所述晶闸管控制电抗器tcr通过降压变压器与供电母线的相对相位滞后供电臂连接。

所述分布式控制装置包括混合型有源滤波器hapf，所述混合型有源滤波器hapf分别与受控列车和通信装置连接。

所述混合型有源滤波器hapf的数量与受控列车的数量相匹配。

所述通信装置包括信号发送器和信号接收器，所述信号发送器与集中控制装置连接，所述信号接收器与分布式控制装置连接，所述信号发送器与信号接收器通过无线网络连接。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

(1)通过集中控制装置和分布式控制装置的结合，并通过通信装置实现二者之间的信号传输，使得分布式控制装置可以根据集中控制装置对受控列车进行功率的分配与调节，最终实现铁路牵引变电站各负荷的统一管理和协调控制，既减少了单台铁路牵引变电站治理装置的容量与体积，又能发挥分布式控制装置并联运行的大容量输出能力。

(2)通过对各个受控列车进行有功功率调节、无功功率调节和谐波调节，利用各个受控列车在共用母线上的无功、有功和谐波具有抵消和增强的相互作用，可以使得在共用母线上的负荷较为稳定，从而实现铁路牵引变电站各负荷的统一管理和协调控制。

(3)利用铁路功率调节器rpc作为集中控制装置的核心，可以通过合适的控制方式实现有功功率的转移，同时能进行无功与谐波补偿，从而达到谐波补充的目的。

(4)降压变压器的数量不少于2个，保证了铁路功率调节器rpc可以与供电母线两个供电臂保持连接，同时如果降压变压器的数量多于2个，可以降低铁路功率调节器rpc的承受电压，保证其工作的稳定性。

(5)集中控制装置还包括由tcf和tcr构成的补偿结构组件，可以提供容性无功补偿和滤除部分三次谐波电流，提高了控制的性能，而且进一步降低了装置的容量。

(6)通过混合型有源滤波器hapf作为分布式控制装置，可以补偿谐波，而且补偿性能不受系统阻抗的影响，可以消弭与系统阻抗发作谐振的风险，也能够用来抑止供电系统中因谐波惹起的系统谐振，因而可以提高对每个受控列车的控制性能。

(7)对每个受控列车均配备一个混合型有源滤波器hapf进行控制，保证了控制的稳定性。

(8)通过无线网络、信号发送器和信号接收器实现集中控制装置和分布式控制装置的信号交流，与有线通信相比，减少了空间的限制，使得信号传输更为灵活。

附图说明

图1为用于铁路牵引变电站的控制系统的结构示意图；

图2为集中控制装置的结构图；

图3为用于铁路牵引变电站的控制系统的功率分配图；

其中，1为集中控制装置，2为铁路牵引变电站，3为受控列车，4为分布式控制装置，5为通信装置，11为铁路功率调节器rpc，12为晶闸管控制电抗器tcr，13为晶闸管控制滤波器tcf。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

本实施例中提供的一种用于铁路牵引变电站的控制系统，铁路牵引变电站2上设有供电母线，所有受控列车3均由供电母线供电，该系统包括：集中控制装置1，分别与铁路牵引变电站2和供电母线连接，用于采集供电母线的负荷状态，并发送面向所有受控列车3的控制信号；分布式控制装置4，与受控列车3连接，用于接收集中控制装置1发送的控制信号，并控制受控列车3进行负荷调节(包括有功功率调节、无功功率调节和谐波调节)；通信装置5，分别与集中控制装置1和分布式控制装置4连接，用于实现控制信号的传输。

其中，集中控制装置1包括铁路功率调节器rpc11，铁路功率调节器rpc11通过降压变压器与供电母线的两个供电臂连接。降压变压器的数量不少于2个。集中控制装置1还包括补偿结构组件，补偿结构组件位于铁路功率调节器rpc11的两侧，通过降压变压器与供电母线的两个供电臂连接，用于提供容性无功补偿和滤除三次谐波电流。补偿结构组件包括晶闸管控制滤波器tcf13和晶闸管控制电抗器tcr12，晶闸管控制滤波器tcf13通过降压变压器与供电母线的相对相位超前供电臂连接，晶闸管控制电抗器tcr12通过降压变压器与供电母线的相对相位滞后供电臂连接。分布式控制装置4包括混合型有源滤波器hapf，混合型有源滤波器hapf分别与受控列车3和通信装置5连接。混合型有源滤波器hapf的数量与受控列车3的数量相匹配。通信装置5包括信号发送器和信号接收器，信号发送器与集中控制装置1连接，信号接收器与分布式控制装置4连接，信号发送器与信号接收器通过无线网络连接。

根据上述结构实现的用于铁路牵引变电站的控制系统如图1所示，从图1中可以看出，用于铁路牵引变电站的控制系统的构成分为两部分，其中一部分是集中控制，其治理装置主要是功率调节器rpc，安装在铁路牵引变电站2的出口端；另外一部分是分布式集中控制，安装在各运行列车端，其治理装置是hapf。多列车运行在牵引变电站的共用母线上，不同列车的启动、停止、运行供电由共用母线提供，相互之间的无功、有功及谐波有抵消、增强作用。其控制原理是由铁路牵引变电站2的控制器进行协调和优化控制，形成集中控制与分布式控制相结合的方式。其原理就是集中控制装置1先通过无线网络把相应的控制命令传送到相对应的分布式控制装置4，分布式控制装置4根据无线网络接收器接收到信号进行解码，控制本地的电能调节器进行有功、无功及谐波的治理，最终实现铁路牵引变电站2各负荷的统一管理和协调控制。这样既能够达到大容量补偿与调节的要求，又可以降低单台功率调节装置的容量。因而该系统的功率分配如图3所示，假设牵引变压器总输出功率为p，分布式电能质量调节器hapf治理功率分别是p1,p2…..pn，集中式治理装置rpc的功率是deltaq，则它们之间的关系满足p＝p1+p2+…..+pn+deltaq。

图2为集中控制装置1的结构图，从图2中可以看出，集中控制装置1由铁路功率调节器(rpc)、两组晶闸管控制滤波器(tcf)和两组晶闸管控制电抗器(tcr)构成。为了降低rpc、tcf和tcr的承受电压，采用了两个多绕组降压变压器。两个降压变压器的原边连接两供电臂电压，副边分别接变流器的输出端、tcf和tcr。降压变压器变压比为k。由多个共用直流侧电容形成背靠背结构形式的两变流器并联而成，两变流器的交流输出端均通过输出电抗和单相多绕组降压变压器连接至两供电臂。两个单相多绕组变压器副边的一个绕组还分别安装了tcf和tcr，与rpc并联连接。tcf和tcr分别安装在相位相对超前、相位相对滞后的两供电臂。设置的作用是提供容性无功补偿、滤除部分三次谐波电流。为了不给牵引网引入额外谐波，tcr不进行调压控制，晶间管相当于开关进行投切。该结构利用无源设备tcf和tcr提供补偿负序所需要的无功功率，从而降低了有源装置的容量。

从上述结构中可以看出，采用主控制方式及分布式结构相结合，铁路牵引变电站2与各列车之间均采用功率调节装置，装置之间采用无线网络进行数据交换，使得分布式功率调节装置能够根据控制命令进行功率的分配与调节，最终实现铁路牵引变电站各负荷的统一管理和协调控制，既减少了单台铁路牵引变电站治理装置的容量与体积，又能发挥分布式调节装置并联运行的大容量输出能力。