牵引变流器控制方法及装置与流程

1.本发明涉及牵引变流器技术领域，尤指一种牵引变流器控制方法及装置。


背景技术：

2.牵引变流器作为牵引系统中的一部分，承担着为中间直流回路、牵引逆变电机以及各类辅助负载的供电任务。铁路运营商对列车牵引系统不断提出新的功能和性能需求，包括智能化、高效节能和低噪音等。
3.现有的牵引系统通常是经外部变压器将牵引变流器连接到单相25kv/50hz供电线上，用接触器将变压器次级线圈与牵引变流器分离。通过预充电单元和两个并联四象限脉冲整流器(4qc：每个模块为一个全桥)给中间直流回路供电。中间直流回路经逆变器将直流电压变换为三相变频脉冲电压，给三相异步牵引电机供电，并同时给辅助逆变器供电。
4.针对静止工况下，为了追求中间直流回路供电稳定性，传统四象限脉冲整流器均采用了电压闭环脉宽调制策略，通过闭环控制实现输出电压的稳定。该方法虽然满足了系统对直流电压纹波系数以及动态响应速度的基本要求，但由于4qc全控制型器件全部解锁运行，在高开关频率下开关损耗较大，同时脉宽调制所产生的谐波电流同样会引起变压器高频振荡，进而产生噪音污染，影响工作环境。


技术实现要素：

5.针对现有技术中存在的问题，本发明实施例的主要目的在于提供一种牵引变流器控制方法及装置，减小牵引变流器在静止工况下全控型开关器件开关的损耗，降低噪音谐波污染。
6.为了实现上述目的，本发明实施例提供一种牵引变流器控制方法，方法包括：
7.获取牵引变流器的高压交流侧电压，并根据高压交流侧电压，确定交流侧电压有效值及辅助变流器视在功率；
8.对交流侧电压有效值及辅助变流器视在功率进行比较，得到比较结果，并根据比较结果，对牵引变流器中全控开关器件的解闭锁状态进行更新。
9.可选的，在本发明一实施例中，对交流侧电压有效值及辅助变流器视在功率进行比较，得到比较结果包括：
10.获取预设的网压阈值范围及功率阈值；
11.根据网压阈值范围及所述功率阈值，对交流侧电压有效值及所述辅助变流器视在功率进行双滞环比较，得到比较结果。
12.可选的，在本发明一实施例中，根据网压阈值范围及功率阈值，对交流侧电压有效值及辅助变流器视在功率进行双滞环比较，得到比较结果包括：
13.当交流侧电压有效值高于所述网压阈值范围的上限值时，若辅助变流器视在功率大于功率阈值，则确定比较结果为解锁牵引变流器；若辅助变流器视在功率小于功率阈值，则确定比较结果为闭锁牵引变流器。
14.可选的，在本发明一实施例中，根据网压阈值范围及功率阈值，对交流侧电压有效值及辅助变流器视在功率进行双滞环比较，得到比较结果还包括：
15.当交流侧电压有效值低于网压阈值范围的上限值，且高于网压阈值范围的下限值时，在预设运行时间内保持所述牵引变流器的运行状态；
16.在预设运行时间后，若辅助变流器视在功率大于所述功率阈值，则确定比较结果为解锁牵引变流器；若辅助变流器视在功率小于所述功率阈值，则确定比较结果为闭锁牵引变流器。
17.可选的，在本发明一实施例中，根据网压阈值范围及功率阈值，对交流侧电压有效值及辅助变流器视在功率进行双滞环比较，得到比较结果还包括：
18.当所述交流侧电压有效值低于网压阈值范围的下限值时，确定比较结果为保持解锁状态。
19.本发明实施例还提供一种牵引变流器控制装置，装置包括：
20.电压功率模块，用于获取牵引变流器的高压交流侧电压，并根据所述高压交流侧电压，确定交流侧电压有效值及辅助变流器视在功率；
21.状态更新模块，用于对交流侧电压有效值及所述辅助变流器视在功率进行比较，得到比较结果，并根据比较结果，对牵引变流器中全控开关器件的解闭锁状态进行更新。
22.可选的，在本发明一实施例中，状态更新模块包括：
23.阈值获取单元，用于获取预设的网压阈值范围及功率阈值；
24.比较结果单元，用于根据网压阈值范围及功率阈值，对交流侧电压有效值及辅助变流器视在功率进行双滞环比较，得到比较结果。
25.可选的，在本发明一实施例中，比较结果单元还用于：当交流侧电压有效值高于网压阈值范围的上限值时，若辅助变流器视在功率大于所述功率阈值，则确定比较结果为解锁牵引变流器；若辅助变流器视在功率小于所述功率阈值，则确定比较结果为闭锁牵引变流器。
26.可选的，在本发明一实施例中，比较结果单元包括：
27.运行状态子单元，用于当所述交流侧电压有效值低于网压阈值范围的上限值，且高于所述网压阈值范围的下限值时，在预设运行时间内保持所述牵引变流器的运行状态；
28.比较结果子单元，用于在预设运行时间后，若辅助变流器视在功率大于功率阈值，则确定比较结果为解锁牵引变流器；若辅助变流器视在功率小于功率阈值，则确定比较结果为闭锁牵引变流器。
29.可选的，在本发明一实施例中，比较结果单元还用于：当交流侧电压有效值低于网压阈值范围的下限值时，确定比较结果为保持解锁状态。
30.本发明还提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现上述方法。
31.本发明还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有执行上述方法的计算机程序。
32.本发明利用交流电网电压有效值与辅助变流器视在功率，自适应调节牵引变流器电路中的全控型开关器件解闭锁状态，降低器件的开关损耗，提高系统效率，同时降低平台噪声。
附图说明
33.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，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发明的一些实施例，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。
34.图1为本发明实施例一种牵引变流器控制方法的流程图；
35.图2为本发明实施例中得到比较结果的流程图；
36.图3为本发明实施例中双滞环比较的流程图；
37.图4为本发明实施例中牵引变流器的电路原理示意图；
38.图5为本发明一具体实施例中牵引变流器控制方法的流程图；
39.图6为本发明实施例一种牵引变流器控制装置的结构示意图；
40.图7为本发明实施例中状态更新模块的结构示意图；
41.图8为本发明实施例中比较结果单元的结构示意图；
42.图9为本发明一实施例所提供的电子设备的结构示意图。
具体实施方式
43.本发明实施例提供一种牵引变流器控制方法及装置。
44.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
45.如图1所示为本发明实施例一种牵引变流器控制方法的流程图，本发明实施例提供的牵引变流器控制方法的执行主体包括但不限于计算机。本发明利用交流电网电压有效值与辅助变流器视在功率，自适应调节牵引变流器电路中的全控型开关器件解闭锁状态，降低器件的开关损耗，提高系统效率，同时降低平台噪声。图中所示方法包括：
46.步骤s1，获取牵引变流器的高压交流侧电压，并根据高压交流侧电压，确定交流侧电压有效值及辅助变流器视在功率；
47.步骤s2，对交流侧电压有效值及辅助变流器视在功率进行比较，得到比较结果，并根据比较结果，对牵引变流器中全控开关器件的解闭锁状态进行更新。
48.其中，牵引变流器的电路原理示意图如图4所示，根据交流电网电压有效值与辅助变流器视在功率调节牵引变流器电路中的全控型开关器件解闭锁状态。
49.进一步的，预先设置牵引系统工作在初始状态，具体的，牵引变流器与辅助变流器均处于闭锁状态。对牵引变压器高压交流侧电压进行采样，并计算牵引变压器高压交流侧电压有效值u
ac
，并利用辅助变流器输出电压有效值和电流有效值的乘积计算牵引系统中辅助变流器视在功率p
load
。具体的，通过现有常规计算方式，可以计算得到交流侧电压有效值及辅助变流器视在功率，网压阈值范围及功率阈值均可以根据实际情况进行预设设置。
50.进一步的，将交流侧电压有效值u
ac
及辅助变流器视在功率p
load
进行双滞环比较，根据比较结果来调节牵引变流器中全控型开关器件的解闭锁状态。
51.作为本发明的一个实施例，如图2所示，对交流侧电压有效值及所述辅助变流器视
在功率进行比较，得到比较结果包括：
52.步骤s21，获取预设的网压阈值范围及功率阈值；
53.步骤s22，根据网压阈值范围及功率阈值，对交流侧电压有效值及辅助变流器视在功率进行双滞环比较，得到比较结果。
54.其中，预先设置网压阈值ud、功率阈值pd的过程包括：当网压阈值ud、功率阈值pd处于滞环比较器的上限值和下限值之间，则维持当前解闭锁状态不变；当网压阈值ud、功率阈值pd超过滞环比较器的上限值或低于下限值时，则调整为下述步骤中所对应的解闭锁状态。
55.在本实施例中，根据网压阈值范围及功率阈值，对交流侧电压有效值及辅助变流器视在功率进行双滞环比较，得到比较结果包括：
56.当交流侧电压有效值高于网压阈值范围的上限值时，若辅助变流器视在功率大于功率阈值，则确定比较结果为解锁牵引变流器；若辅助变流器视在功率小于功率阈值，则确定比较结果为闭锁牵引变流器。
57.在本实施例中，如图3所示，根据网压阈值范围及功率阈值，对交流侧电压有效值及辅助变流器视在功率进行双滞环比较，得到比较结果还包括：
58.步骤s31，当交流侧电压有效值低于网压阈值范围的上限值，且高于网压阈值范围的下限值时，在预设运行时间内保持牵引变流器的运行状态；
59.步骤s32，在预设运行时间后，若辅助变流器视在功率大于所述功率阈值，则确定比较结果为解锁牵引变流器；若辅助变流器视在功率小于功率阈值，则确定比较结果为闭锁牵引变流器。
60.在本实施例中，根据网压阈值范围及功率阈值，对交流侧电压有效值及辅助变流器视在功率进行双滞环比较，得到比较结果还包括：当交流侧电压有效值低于网压阈值范围的下限值时，确定比较结果为保持解锁状态。
61.其中，当电网电压有效值u
ac
大于高网压阈值u
dh
(上限值)，此时若辅助变流器视在功率p
load
大于功率阈值pd，解锁牵引变流器；若辅助变流器视在功率p
load
小于功率阈值pd，则闭锁牵引变流器；
62.进一步的，当电网电压有效值u
ac
大于低网压阈值u
dl
(下限值)且小于高网压阈值u
dh
时，辅助变流器启机后的1分钟内始终保持牵引变流器的运行状态。启动1分钟后，若辅助变流器视在功率p
load
大于功率阈值pd，解锁牵引变流器；若辅助变流器视在功率p
load
小于功率阈值pd，则闭锁牵引变流器。
63.进一步的，当电网电压有效值u
ac
小于低网压阈值u
dl
，则此时牵引变流器始终保持解锁状态。
64.在本发明一具体实施例中，如图4所示为本发明牵引变流器电路原理图。该电路包含一台预充电单元，两台四象限脉冲整流器，一台逆变单元、一台辅助变流器。其中，四象限整流器采用脉冲宽度调制方法来控制输出电压。图4中inv为牵引逆变器；aux为辅助变流器。
65.在本实施例中，电路的连接方式为：一架四象限脉冲整流器直流输出端子为x1、y1，交流输出端子为a1、b1，二架四象限脉冲整流器直流输出端子为x2、y2，交流输出端子为a2、b2，储能电容c1、c2连接于直流输出端子之间，牵引变压器副边绕组t1、t2连接于交流输出端
子之间。
66.如图中功率流向所示，外部变压器将牵引变流器连接至单相25kv/50hz供电线，通过预充电单元和两个并联四象限脉冲整流器(4qc：每个模块为一个全桥)给中间直流回路供电。中间直流回路经逆变器将直流电压变换为三相变频脉冲电压，给三相异步牵引电机供电，并同时给辅助逆变器供电。
67.其中，本发明根据交流电网电压有效值与辅助变流器视在功率自适应调节牵引变流器电路中的全控型开关器件解闭锁状态，降低器件的开关损耗，提高系统效率，同时降低平台噪声。
68.进一步的，如图5所示，具体实现过程包括以下步骤：
69.(1)设置牵引系统工作在初始状态，其中牵引变流器与辅助变流器均处于闭锁状态；
70.(2)对牵引变压器高压交流侧电压进行采样，并计算牵引变压器高压交流侧电压有效值u
ac
；
71.(3)计算牵引系统中辅助变流器视在功率p
load
；
72.(4)将交流侧电压有效值u
ac
及辅助变流器视在功率p
load
进行双滞环比较，根据比较结果来调节牵引变流器中全控型开关器件的解闭锁状态；具体包括：
73.(4.1)当电网电压有效值u
ac
大于高网压阈值u
dh
，此时若辅助变流器视在功率p
load
大于功率阈值pd，解锁牵引变流器；若辅助变流器视在功率p
load
小于功率阈值pd，则闭锁牵引变流器；
74.(4.2)当电网电压有效值u
ac
大于低网压阈值u
dl
且小于高网压阈值u
dh
时，辅助变流器启机后的1分钟内始终保持牵引变流器的运行状态。启动1分钟后，若辅助变流器视在功率p
load
大于功率阈值pd，解锁牵引变流器；若辅助变流器视在功率p
load
小于功率阈值pd，则闭锁牵引变流器；
75.(4.3)当电网电压有效值u
ac
小于低网压阈值u
dl
，则此时牵引变流器始终保持解锁状态。
76.(5)设置网压阈值ud、功率阈值pd的具体方法为：
77.(5.1)当网压阈值ud、功率阈值pd处于滞环比较器的上限值和下限值之间，则维持当前解闭锁状态不变；
78.(5.2)当网压阈值ud、功率阈值pd超过滞环比较器的上限值或低于下限值时，则调整为上述步骤4中所对应的解闭锁状态。
79.本发明可根据牵引变流器运行工况自适应调节四象限整流器全控型开关器件解闭锁状态，在满足直流母线电压纹波系数以及动态响应速度要求的前提下，可显著减少开关器件损耗。本发明可根据牵引变流器的运行工况来调节四象限整流器电流通路，在一定运行范围内使得电流通过二极管进行换流，进而消除了电网谐波电流在牵引变压器侧产生的噪声振荡现象，缓解了平台噪音污染。
80.如图6所示为本发明实施例一种牵引变流器控制装置的结构示意图，图中所示装置包括：
81.电压功率模块10，用于获取牵引变流器的高压交流侧电压，并根据高压交流侧电压，确定交流侧电压有效值及辅助变流器视在功率；
82.状态更新模块20，用于对交流侧电压有效值及所述辅助变流器视在功率进行比较，得到比较结果，并根据比较结果，对牵引变流器中全控开关器件的解闭锁状态进行更新。
83.其中，牵引变流器的电路原理示意图如图4所示，根据交流电网电压有效值与辅助变流器视在功率调节牵引变流器电路中的全控型开关器件解闭锁状态。
84.进一步的，预先设置牵引系统工作在初始状态，具体的，牵引变流器与辅助变流器均处于闭锁状态。对牵引变压器高压交流侧电压进行采样，并计算牵引变压器高压交流侧电压有效值，并计算牵引系统中辅助变流器视在功率。具体的，通过现有常规计算方式，可以计算得到交流侧电压有效值及辅助变流器视在功率。
85.进一步的，将交流侧电压有效值及辅助变流器视在功率进行双滞环比较，根据比较结果来调节牵引变流器中全控型开关器件的解闭锁状态。
86.作为本发明的一个实施例，如图7所示，状态更新模块20包括：
87.阈值获取单元21，用于获取预设的网压阈值范围及功率阈值；
88.比较结果单元22，用于根据网压阈值范围及功率阈值，对交流侧电压有效值及辅助变流器视在功率进行双滞环比较，得到比较结果。
89.在本实施例中，比较结果单元22还用于：当交流侧电压有效值高于网压阈值范围的上限值时，若辅助变流器视在功率大于功率阈值，则确定所比较结果为解锁牵引变流器；若辅助变流器视在功率小于功率阈值，则确定所述比较结果为闭锁牵引变流器。
90.在本实施例中，如图8所示，比较结果单元22包括：
91.运行状态子单元221，用于当所述交流侧电压有效值低于所述网压阈值范围的上限值，且高于网压阈值范围的下限值时，在预设运行时间内保持所述牵引变流器的运行状态；
92.比较结果子单元222，用于在预设运行时间后，若辅助变流器视在功率大于功率阈值，则确定比较结果为解锁牵引变流器；若辅助变流器视在功率小于功率阈值，则确定比较结果为闭锁牵引变流器。
93.在本实施例中，比较结果单元22还用于：当交流侧电压有效值低于网压阈值范围的下限值时，确定比较结果为保持解锁状态。
94.基于与上述一种牵引变流器控制方法相同的申请构思，本发明还提供了上述一种牵引变流器控制装置。由于该一种牵引变流器控制装置解决问题的原理与一种牵引变流器控制方法相似，因此该一种牵引变流器控制装置的实施可以参见一种牵引变流器控制方法的实施，重复之处不再赘述。
95.本发明利用交流电网电压有效值与辅助变流器视在功率，自适应调节牵引变流器电路中的全控型开关器件解闭锁状态，降低器件的开关损耗，提高系统效率，同时降低平台噪声。
96.本发明还提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现上述方法。
97.本发明还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有执行上述方法的计算机程序。
98.如图9所示，该电子设备600还可以包括：通信模块110、输入单元120、音频处理器
130、显示器160、电源170。值得注意的是，电子设备600也并不是必须要包括图9中所示的所有部件；此外，电子设备600还可以包括图9中没有示出的部件，可以参考现有技术。
99.如图9所示，中央处理器100有时也称为控制器或操作控件，可以包括微处理器或其他处理器装置和/或逻辑装置，该中央处理器100接收输入并控制电子设备600的各个部件的操作。
100.其中，存储器140，例如可以是缓存器、闪存、硬驱、可移动介质、易失性存储器、非易失性存储器或其它合适装置中的一种或更多种。可储存上述与失败有关的信息，此外还可存储执行有关信息的程序。并且中央处理器100可执行该存储器140存储的该程序，以实现信息存储或处理等。
101.输入单元120向中央处理器100提供输入。该输入单元120例如为按键或触摸输入装置。电源170用于向电子设备600提供电力。显示器160用于进行图像和文字等显示对象的显示。该显示器例如可为lcd显示器，但并不限于此。
102.该存储器140可以是固态存储器，例如，只读存储器(rom)、随机存取存储器(ram)、sim卡等。还可以是这样的存储器，其即使在断电时也保存信息，可被选择性地擦除且设有更多数据，该存储器的示例有时被称为eprom等。存储器140还可以是某种其它类型的装置。存储器140包括缓冲存储器141(有时被称为缓冲器)。存储器140可以包括应用/功能存储部142，该应用/功能存储部142用于存储应用程序和功能程序或用于通过中央处理器100执行电子设备600的操作的流程。
103.存储器140还可以包括数据存储部143，该数据存储部143用于存储数据，例如联系人、数字数据、图片、声音和/或任何其他由电子设备使用的数据。存储器140的驱动程序存储部144可以包括电子设备的用于通信功能和/或用于执行电子设备的其他功能(如消息传送应用、通讯录应用等)的各种驱动程序。
104.通信模块110即为经由天线111发送和接收信号的发送机/接收机110。通信模块(发送机/接收机)110耦合到中央处理器100，以提供输入信号和接收输出信号，这可以和常规移动通信终端的情况相同。
105.基于不同的通信技术，在同一电子设备中，可以设置有多个通信模块110，如蜂窝网络模块、蓝牙模块和/或无线局域网模块等。通信模块(发送机/接收机)110还经由音频处理器130耦合到扬声器131和麦克风132，以经由扬声器131提供音频输出，并接收来自麦克风132的音频输入，从而实现通常的电信功能。音频处理器130可以包括任何合适的缓冲器、解码器、放大器等。另外，音频处理器130还耦合到中央处理器100，从而使得可以通过麦克风132能够在本机上录音，且使得可以通过扬声器131来播放本机上存储的声音。
106.本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
107.本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序
指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
108.这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
109.这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
110.本发明中应用了具体实施例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。