一种铁路融冰装置及其多目标控制方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种铁路融冰装置及其多目标控制方法，该装置包括多绕组变压器、多目标驱动控制电路、滤波器电路和输出变压器，多目标驱动控制电路由多个功率单元组成，多绕组变压器的输入绕组接入接触网末端，多绕组变压器的低压输出侧为多个功率单元供电，多个功率单元的输出侧组成级联型逆变器，级联型逆变器的输出经过滤波器电路后接入输出变压器。本发明专利技术的方法应用于上述的铁路融冰装置。本发明专利技术将该装置接入到电气化铁路系统并应用功率单元的多目标控制方法，使接触网通电流并发热，实现接触网融冰，同时将铁路牵引电压转换为10kV供电电压为铁路电力供电，并利用自身发热实现站内采暖，装置同时兼具接触网融冰、电力供电和站内采暖等功能特点。内采暖等功能特点。内采暖等功能特点。

【技术实现步骤摘要】
一种铁路融冰装置及其多目标控制方法


[0001]本专利技术涉及铁路电力系统供电
，尤其涉及一种兼具接触网融冰、电力供电和站内采暖的铁路融冰装置以及应用该装置的多目标控制方法。

技术介绍

[0002]铁路电力系统由铁路牵引电力系统和铁路电力供配电系统构成，铁路牵引电力系统利用接触网为铁路牵引机车供电一般为单相27.5kV，铁路电力供配电系统为铁路贯通线、自闭线供电一般为10kV。而27.5kV侧电压采用高压110kV或220kV专线输电利用变压器降低到27.5kV使用，10kV采用接引公用电网的10kV母线，利用专线进行供电。
[0003]我国西北新疆、西藏、内蒙、青海等地，由于地广人稀、自然环境恶劣，铁路在勘察设计和建设过程中铁路电力电源无电可用。而一般铁路电力10kV电源要求两路独立电源进行供电，导致在该类地区电源供应难上加难。
[0004]传统采用27.5/10kV变压器将铁路牵引和铁路电力双网互联铁路融冰时，受到牵引侧电压质量问题影响，10kV侧电压存在电压谐波、电压宽范围波动、电压三相不平衡等电压质量问题，造成铁路电力供配电网负荷工作可靠性降低、甚至烧毁负荷的现象。
[0005]此外，在西北上述地区供电时，由于公用电网电源难以获取，同时由于该类地区自然条件恶劣，冬季取暖困难。常规采用燃煤取暖时，产生大量二氧化碳同时利用率低下。
[0006]不难看出，现有技术中还存在诸多问题。

技术实现思路

[0007]本专利技术的主要目的在于提供一种兼具接触网融冰、电力供电和站内采暖的铁路融冰装置。
[0008]本专利技术的另一目的在于提供一种兼具接触网融冰、电力供电和站内采暖的铁路融冰装置的多目标控制方法。
[0009]为了实现上述的主要目的，本专利技术提供的一种铁路融冰装置，其包括多绕组变压器、多目标驱动控制电路、滤波器电路和输出变压器，所述多目标驱动控制电路由多个功率单元组成，所述多绕组变压器的输入绕组接入接触网末端，所述多绕组变压器的低压输出侧为多个所述功率单元供电，多个所述功率单元的输出侧组成级联型逆变器，所述级联型逆变器的输出经过所述滤波器电路后接入所述输出变压器，其中，所述多目标驱动控制电路用于铁路融冰装置使接触网通电流并发热，实现接触网融冰，将铁路牵引电压转换为供电电压为铁路电力供电，并利用铁路融冰装置发热实现站内采暖。
[0010]进一步的方案中，所述功率单元包括整流模块、加热模块、平波回路以及单相逆变H桥，所述整流模块与所述加热模块连接，所述加热模块与所述平波回路连接，所述平波回路与所述单相逆变H桥连接。
[0011]更进一步的方案中，所述整流模块包括整流桥，所述加热模块包括功率开关Q5以及功率电阻R，所述平波回路包括直流储能平波电容，所述功率开关Q5与所述功率电阻R串
联后一端接入所述整流桥的直流侧，另一端依次并联所述直流储能平波电容和所述单相逆变H桥。
[0012]更进一步的方案中，所述单相逆变H桥包括功率开关Q1、功率开关Q3构成的第一桥臂以及由功率开关Q2、功率开关Q4构成的第二桥臂。
[0013]为了实现上述的另一目的，本专利技术提供的一种铁路融冰装置的多目标控制方法，所述铁路融冰装置是采用上述的铁路融冰装置，所述方法包括：计算冗余能力：计算功率单元的冗余能力，根据冗余能力确定进入融冰采暖模式的功率单元的数量；对融冰采暖模式的功率单元进行定位：当前输入电压和输出容量下允许融冰装置进行融冰采暖状态的功率单元定位，通过首轮、中轮、末轮定位功率单元的位置编号，直至每一相定位的功率单元个数等于R(n)为止，即可完成定位；对功率单元进行模态控制：功率单元在定位过程进行融冰采暖态控制，对未定位的功率单元执行电力供电状态控制，通过功率单元定位标记的不断变化，从而实现功率单元在两种状态之间进行转换。
[0014]进一步的方案是，所述计算功率单元的冗余能力具体包括：若铁路融冰装置共有3n个功率单元，A/B/C每相n个功率单元，当铁路融冰装置在最低输入电压U
in_min
且输出达到额定容量S
N
时，冗余级数为2，其中，n通常为奇数，编号依次为1,2，
……
n；
[0015]当输入电压为U
in
且输出功率为额定容量S
N
时，铁路融冰装置的冗余能力如公式(1)所示：
[0016][0017]在输出功率为实际输出容量S下，铁路融冰装置的冗余能力如公式(2)所示：
[0018][0019]当输入电压为U
in
，且输出实际容量为S时，铁路融冰装置的冗余能力如公式(3)所示：
[0020]R(n)＝int(R1(n)+R2(n))；R(n)≤0.5*n；
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(3)。
[0021]更进一步的方案是，所述功率单元定位通过首轮、中轮、末轮定位功率单元的位置编号，具体包括：
[0022]首轮定位：每一相依次定位的功率单元编号为
[0023]中轮定位：每一相依次定位的功率单元编号为
[0024]末轮定位：每一相依次定位的功率单元编号为：
[0025][0026]通过首轮、中轮、末轮定位功率单元的位置编号，直至每一相定位的功率单元个数等于R(n)为止。
[0027]更进一步的方案是，在对功率单元进行模态控制中，其具体包括融冰采暖态控制模式、电力供电态控制模式和双态切换控制模式。
[0028]更进一步的方案是，在融冰采暖态控制模式下：
[0029]关断功率单元的功率开关Q1和Q2，令功率单元的功率开关Q3和Q4导通，则功率单元的单相逆变H桥处于节点状态；若功率开关Q3和Q4损坏，则关断功率开关Q3和Q4，令功率开关Q1和Q2导通；
[0030]对功率单元的功率开关Q5施加PWM信号，占空比为其中，T
on
为功率开关的导通周期，T为开关周期；可得到电流：则增大占空比信号，会使i
R
增大，并导致功率单元的整流桥输入电流i
Z
增大，并最终使铁路融冰装置的输入电流增大；
[0031]每相最大有R(n)个功率单元处于融冰采暖态模式，整个铁路融冰装置有3*R(n)个功率单元处于融冰采暖态模式，会极大增加铁路融冰装置的输入电流，输入电流作用在接触网阻抗，使线路发热，实现预防结冰控制；
[0032]功率单元的整流桥、单相逆变H桥、功率开关Q5和电阻R会产生损耗，通过空气或者液态冷却方式，将热量导出进行站内采暖。
[0033]更进一步的方案是，在电力供电态控制模式下：
[0034]功率单元的功率开关Q5处于关断状态，使i
R
＝0；
[0035]对功率单元的功率开关Q1、Q2、Q3、Q4处于PWM信号控制状态，实现电力供电态控制。
[0036]更进一步的方案是，在双态切换控制模式下：
[0037]若t为当前控制时刻，t
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种铁路融冰装置，应用于电气化铁路系统，其特征在于，包括：多绕组变压器、多目标驱动控制电路、滤波器电路和输出变压器，所述多目标驱动控制电路由多个功率单元组成，所述多绕组变压器的输入绕组接入接触网末端，所述多绕组变压器的低压输出侧为多个所述功率单元供电，多个所述功率单元的输出侧组成级联型逆变器，所述级联型逆变器的输出经过所述滤波器电路后接入所述输出变压器，其中，所述多目标驱动控制电路用于铁路融冰装置使接触网通电流并发热，实现接触网融冰，将铁路牵引电压转换为供电电压为铁路电力供电，并利用铁路融冰装置发热实现站内采暖。2.根据权利要求1所述的铁路融冰装置，其特征在于：所述功率单元包括整流模块、加热模块、平波回路以及单相逆变H桥，所述整流模块与所述加热模块连接，所述加热模块与所述平波回路连接，所述平波回路与所述单相逆变H桥连接。3.根据权利要求2所述的铁路融冰装置，其特征在于：所述整流模块包括整流桥，所述加热模块包括功率开关Q5以及功率电阻R，所述平波回路包括直流储能平波电容，所述功率开关Q5与所述功率电阻R串联后一端接入所述整流桥的直流侧，另一端依次并联所述直流储能平波电容和所述单相逆变H桥。4.根据权利要求3所述的铁路融冰装置，其特征在于：所述单相逆变H桥包括功率开关Q1、功率开关Q3构成的第一桥臂以及由功率开关Q2、功率开关Q4构成的第二桥臂。5.一种铁路融冰装置的多目标控制方法，其特征在于，所述铁路融冰装置是采用上述权利要求1至4任一项所述的铁路融冰装置，所述方法包括：计算冗余能力：计算功率单元的冗余能力，根据冗余能力确定进入融冰采暖模式的功率单元的数量；对融冰采暖模式的功率单元进行定位：当前输入电压和输出容量下允许融冰装置进行融冰采暖状态的功率单元定位，通过首轮、中轮、末轮定位功率单元的位置编号，直至每一相定位的功率单元个数等于R
(n)
为止，即可完成定位；对功率单元进行模态控制：功率单元在定位过程进行融冰采暖态控制，对未定位的功率单元执行电力供电状态控制，通过功率单元定位标记的不断变化，从而实现功率单元在两种状态之间进行转换。6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：所述计算功率单元的冗余能力具体包括：若铁路融冰装置共有3n个功率单元，A/B/C每相n个功率单元，当铁路融冰装置在最低输入电压U
in_min
且输出达到额定容量S
N
时，冗余级数为2，其中，n通常为奇数，编号依次为1,2，
……
n；当输入电压为U
in
且输出功率为额定容量S
N
时，铁路融冰装置的冗余能力如公式(1)所示：在输出功率为实际输出容量S下，铁路融冰装置的冗余能力如公式(2)所示：
当输入电压为U
in
，且输出实际容量为S时，铁路融冰装置的冗余能力如公式(3)所示：R(n)＝int(R1(n)+R2(n))；R(n)≤0.5*n；
ꢀꢀꢀꢀ
(3)。7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：所述功率单元定位通过首轮、中轮、末轮定位功率单元的位置编号，具体包括：首轮定位：每一相依次定位的功率单元编号为中轮定位：每一相依次定位的功率单元编号为末轮定位：每一相依次定位的功率单元编号为：通过首轮、中轮、末轮定位功率单元的位置编号，直至每一相定位...

【专利技术属性】
技术研发人员：姚鹏，朱志伟，庞江华，王海玉，陈燕东，
申请(专利权)人：珠海万力达电气自动化有限公司，
类型：发明
国别省市：