本發(fā)明屬于電力電子系統(tǒng)控制的技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種鐵路凈化電源裝置的協(xié)同控制系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

鐵路是關(guān)系國計(jì)民生的重要保障，鐵路的高效、可靠、穩(wěn)定運(yùn)行，關(guān)系到國家戰(zhàn)略資源、經(jīng)濟(jì)資源以及人力資源的配置，是關(guān)乎國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要大動(dòng)脈。眾所周知，電力是保證鐵路穩(wěn)定、可靠運(yùn)行的重要支撐，而鐵路場(chǎng)站、電力貫通線、自閉線的電力供應(yīng)等，又是鐵路信號(hào)、行車、調(diào)度、防災(zāi)預(yù)警、現(xiàn)場(chǎng)人員正常生產(chǎn)生活的保障。通常，鐵路貫通線、自閉線由鐵路沿線公用電網(wǎng)接入，但是鐵路行至西藏、新疆、青海等高寒高海拔地區(qū)時(shí)，常通過幾百公里的無人區(qū)，該類地區(qū)無公用電網(wǎng)建設(shè)項(xiàng)目，導(dǎo)致電力貫通線、自閉線等無電源保障。

常規(guī)解決措施是從幾十甚至上百公里外建設(shè)一條電力線路，供給鐵路沿線電力貫通、自閉線路，該種方案投資大、成本高、維護(hù)難，同時(shí)還需要一系列補(bǔ)償措施保證電壓的穩(wěn)定；從接觸網(wǎng)27.5kv利用繞組變壓器進(jìn)行降壓使用的方法，由于接觸網(wǎng)電壓質(zhì)量不理想，存在機(jī)車重載和取流造成的電壓波動(dòng)，導(dǎo)致降壓后電壓不穩(wěn)定使電力負(fù)荷不能可靠運(yùn)行甚至不運(yùn)行。鐵路凈化電源裝置能夠?qū)崿F(xiàn)從接觸網(wǎng)27.5kv隔離變換后提供適合電力貫通線、自閉線使用的10kv或35kv電壓，但是在實(shí)際應(yīng)用過程中尚缺乏與線路繼電保護(hù)的協(xié)調(diào)控制方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明克服現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，所要解決的技術(shù)問題為：提供一種鐵路凈化電源裝置的協(xié)同控制系統(tǒng)及方法，使鐵路凈化電源裝置能夠在不改變現(xiàn)有繼電保護(hù)規(guī)則的前提下，只改變繼電保護(hù)的動(dòng)作時(shí)限即可順利、可靠地投入和運(yùn)行，只在最小范圍內(nèi)影響現(xiàn)有繼電保護(hù)的運(yùn)行。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：一種鐵路凈化電源裝置的協(xié)同控制系統(tǒng)，所述鐵路凈化電源裝置包括：輸出平波電抗器、電壓支撐及濾波電容、交流接觸器、放電回路、輸出隔離變壓器、母線連接斷路器、27.5kv降壓型的多抽頭整流變壓器和主要由功率單元組成的多電平級(jí)聯(lián)變換器，所述的協(xié)同控制系統(tǒng)包括：特性斜率控制模塊：用于當(dāng)鐵路凈化電源裝置啟動(dòng)或輸出重啟后，使鐵路凈化電源裝置的輸出電壓按照斜率ku，從初始值uo漸變上升到達(dá)額定值un；單相接地故障控制模塊：用于當(dāng)鐵路凈化電源裝置的負(fù)荷線路發(fā)生單相接地故障時(shí)，封鎖多電平級(jí)聯(lián)變換器的pwm脈沖，禁止輸出一段時(shí)間再重啟pwm脈沖，然后使鐵路凈化電源裝置按特性斜率控制輸出電壓，直到重啟次數(shù)等于設(shè)定值后非人工停機(jī)狀態(tài)下再輸出運(yùn)行2小時(shí)為止或者單相接地故障消失繼續(xù)持續(xù)輸出；大電流短路故障控制模塊：用于當(dāng)鐵路凈化電源裝置的線路發(fā)生短路故障時(shí)，封鎖多電平級(jí)聯(lián)變換器三相的pwm脈沖，禁止輸出一段時(shí)間再重啟三相pwm脈沖，然后使鐵路凈化電源裝置按特性斜率控制輸出電壓，直到重啟次數(shù)大于設(shè)定值時(shí)停止輸出或者短路故障消失持續(xù)輸出；硬關(guān)斷防沖擊控制模塊：用于當(dāng)母線連接斷路器的狀態(tài)為硬關(guān)斷狀態(tài)時(shí)，封鎖三相pwm脈沖，禁止輸出，直到母線連接斷路器閉合，使鐵路凈化電源裝置按特性斜率控制輸出電壓。

優(yōu)選地，所述特性斜率控制模塊包括：設(shè)定單元)：用于當(dāng)鐵路凈化電源裝置啟動(dòng)或輸出重啟前，設(shè)定ku的值，其中，當(dāng)鐵路凈化電源裝置的輸出電壓低于koun時(shí)認(rèn)定發(fā)生低電壓告警；計(jì)算單元：用于計(jì)算公式使tn＜tl，若tn＞tl，則重新設(shè)定ku的值，其中，uo＜0.1un，tn為鐵路凈化電源裝置的輸出電壓從初始值uo輸出到koun的時(shí)間，tl為鐵路凈化電源裝置中線路低電壓保護(hù)的動(dòng)作時(shí)限，ku為鐵路凈化電源裝置實(shí)際輸出電壓的斜率，其取值范圍大于0；輸出單元：用于使鐵路凈化電源裝置的輸出電壓按照斜率ku，從初始值uo漸變上升到達(dá)額定值un。

優(yōu)選地，所述單相接地故障控制模塊包括：第一檢測(cè)單元：用于檢測(cè)鐵路凈化電源裝置是否發(fā)生單相接地故障；第一封鎖單元：用于當(dāng)鐵路凈化電源裝置發(fā)生單相接地故障時(shí)，封鎖多電平級(jí)聯(lián)變換器的pwm脈沖，禁止輸出；第一延時(shí)重啟單元：用于延時(shí)δt1時(shí)間后，重啟pwm脈沖，然后使鐵路凈化電源裝置按特性斜率控制輸出電壓；第一判斷單元：用于判斷鐵路凈化電源裝置的單相接地故障是否消失，如是，則使鐵路凈化電源裝置輸出電壓到額定值un后正常為線路供電，否則，將鐵路凈化電源裝置的模擬重合閘次數(shù)加1；第二判斷單元：用于當(dāng)將鐵路凈化電源裝置的模擬重合閘次數(shù)加1后，判斷鐵路凈化電源裝置的模擬重合閘次數(shù)是否小于n,如是，則繼續(xù)封鎖多電平級(jí)聯(lián)變換器的pwm脈沖，禁止輸出后進(jìn)入第一延時(shí)重啟單元，否則，不再封鎖pwm脈沖，使鐵路凈化電源裝置按特性斜率控制輸出電壓到額定值un，其中，n為預(yù)先設(shè)定的鐵路凈化電源裝置的模擬重合閘次數(shù)上限值；計(jì)時(shí)單元：用于對(duì)鐵路凈化電源裝置的單相接地故障時(shí)間進(jìn)行計(jì)時(shí)；第三判斷單元：用于判斷重啟次數(shù)等于n后鐵路凈化電源裝置是否運(yùn)行2個(gè)小時(shí)，如是，則使鐵路凈化電源裝置停止輸出，母線連接斷路器跳閘，等待人工重啟，否則，使鐵路凈化電源裝置持續(xù)輸出，若遇人工停機(jī)則停止輸出。

優(yōu)選地，所述大電流短路故障控制模塊包括：第二檢測(cè)單元：用于檢測(cè)鐵路凈化電源裝置的輸出電流，判定鐵路凈化電源裝置的負(fù)荷線路是否發(fā)生短路故障；第二封鎖單元：用于當(dāng)鐵路凈化電源裝置發(fā)生短路故障時(shí)，封鎖多電平級(jí)聯(lián)變換器三相的pwm脈沖，禁止輸出；第二延時(shí)重啟單元：用于延時(shí)δt2時(shí)間后，重啟三相pwm脈沖，然后使鐵路凈化電源裝置按特性斜率控制輸出電壓；第四判斷單元：用于判斷鐵路凈化電源裝置的短路故障是否消失，如是，則使鐵路凈化電源裝置輸出電壓到額定值un后正常為線路供電，否則，將鐵路凈化電源裝置的模擬重合閘次數(shù)加1；第五判斷單元：用于當(dāng)將鐵路凈化電源裝置的模擬重合閘次數(shù)加1后，判斷鐵路凈化電源裝置的模擬重合閘次數(shù)是否小于n,如是，則繼續(xù)封鎖多電平級(jí)聯(lián)變換器三相的pwm脈沖，禁止輸出后進(jìn)入第二延時(shí)重啟單元，否則，使鐵路凈化電源裝置封鎖pwm脈沖，母線連接斷路器跳閘，其中，n為預(yù)先設(shè)定的鐵路凈化電源裝置的模擬重合閘次數(shù)上限值；第六判斷單元：用于判斷鐵路凈化電源裝置是否被人工重啟pwm脈沖，如是，則使鐵路凈化電源裝置按特性斜率控制輸出電壓，直至達(dá)到額定值un后正常運(yùn)行，否則，一直等待人工重啟。

優(yōu)選地，所述硬關(guān)斷防沖擊控制模塊包括：第三檢測(cè)單元：用于檢測(cè)母線連接斷路器的狀態(tài)，判定所有非鐵路凈化電源裝置本身控制的母線連接斷路器跳閘均為硬關(guān)斷狀態(tài)；第三封鎖單元：用于當(dāng)母線連接斷路器的狀態(tài)為硬關(guān)斷狀態(tài)時(shí)，封鎖三相pwm脈沖，禁止輸出；第七判斷單元：用于判斷鐵路凈化電源裝置是否被人工重啟，如是，則給母線連接斷路器發(fā)送閉合信號(hào)，否則，一直等待人工重啟；第八判斷單元：用于判斷母線連接斷路器是否閉合，如是，則使鐵路凈化電源裝置按特性斜率控制輸出電壓直至達(dá)到額定值un，否則，一直等待母線連接斷路器閉合。

相應(yīng)地，一種鐵路凈化電源裝置的協(xié)同控制方法，所述鐵路凈化電源裝置包括：輸出平波電抗器、電壓支撐及濾波電容、放電回路、輸出隔離變壓器、母線連接斷路器、27.5kv降壓型的多抽頭整流變壓器和主要由功率單元組成的多電平級(jí)聯(lián)變換器，所述的協(xié)同控制方法包括：當(dāng)鐵路凈化電源裝置啟動(dòng)或輸出重啟后，使鐵路凈化電源裝置的輸出電壓按照斜率ku，從初始值uo漸變上升到達(dá)額定值un；當(dāng)鐵路凈化電源裝置發(fā)生單相接地故障時(shí)，封鎖多電平級(jí)聯(lián)變換器的pwm脈沖，禁止輸出一段時(shí)間再重啟pwm脈沖，然后使鐵路凈化電源裝置按特性斜率控制輸出電壓，直到重啟次數(shù)等于設(shè)定值后非人工停機(jī)狀態(tài)下再輸出運(yùn)行2小時(shí)為止或者單相接地故障消失繼續(xù)持續(xù)輸出；當(dāng)鐵路凈化電源裝置的線路發(fā)生短路故障時(shí)，封鎖多電平級(jí)聯(lián)變換器三相的pwm脈沖，禁止輸出一段時(shí)間再重啟三相pwm脈沖，然后使鐵路凈化電源裝置按特性斜率控制輸出電壓，直到重啟次數(shù)大于設(shè)定值時(shí)停止輸出或者短路故障消失持續(xù)輸出；當(dāng)母線連接斷路器的狀態(tài)為硬關(guān)斷狀態(tài)時(shí)，封鎖三相pwm脈沖，禁止輸出，直到母線連接斷路器閉合，使鐵路凈化電源裝置按特性斜率控制輸出電壓。

優(yōu)選地，所述當(dāng)鐵路凈化電源裝置啟動(dòng)或輸出重啟后，使鐵路凈化電源裝置的輸出電壓按照斜率ku，從初始值uo漸變上升到達(dá)額定值un，具體包括以下步驟：s101、當(dāng)鐵路凈化電源裝置啟動(dòng)或輸出重啟前，設(shè)定ku、ko的值，其中，當(dāng)鐵路凈化電源裝置的輸出電壓低于koun時(shí)認(rèn)定發(fā)生低電壓告警；s102、計(jì)算公式使tn＜tl，若tn＞tl，則返回步驟s101重新設(shè)定ku的值，其中，uo＜0.1un，tn為鐵路凈化電源裝置的輸出電壓從初始值uo輸出到koun的時(shí)間，tl為鐵路凈化電源裝置中線路低電壓保護(hù)的動(dòng)作時(shí)限，ku為鐵路凈化電源裝置實(shí)際輸出電壓的斜率，其取值范圍大于0；s103、使鐵路凈化電源裝置的輸出電壓按照斜率ku，從初始值uo漸變上升到達(dá)額定值un。

優(yōu)選地，所述當(dāng)鐵路凈化電源裝置發(fā)生單相接地故障時(shí)，封鎖多電平級(jí)聯(lián)變換器的pwm脈沖，禁止輸出一段時(shí)間再重啟pwm脈沖，然后使鐵路凈化電源裝置按特性斜率控制輸出電壓，直到重啟次數(shù)等于設(shè)定值后非人工停機(jī)狀態(tài)下再輸出運(yùn)行2小時(shí)為止或者單相接地故障消失繼續(xù)持續(xù)輸出，具體包括以下步驟：s201、檢測(cè)鐵路凈化電源裝置的負(fù)荷線路是否發(fā)生單相接地故障；s202、當(dāng)鐵路凈化電源裝置的負(fù)荷線路發(fā)生單相接地故障時(shí)，封鎖多電平級(jí)聯(lián)變換器的pwm脈沖，禁止輸出；s203、延時(shí)δt1時(shí)間后，重啟pwm脈沖；s204、使鐵路凈化電源裝置按特性斜率控制輸出電壓；s205、判斷鐵路凈化電源裝置的單相接地故障是否消失，如是，則使鐵路凈化電源裝置輸出電壓到額定值un后正常為線路供電，否則，執(zhí)行步驟s207；s206、使鐵路凈化電源裝置輸出電壓到額定值un；s207、將鐵路凈化電源裝置的模擬重合閘次數(shù)加1；s208、判斷鐵路凈化電源裝置的模擬重合閘次數(shù)是否小于n,如是，則返回步驟s202，否則，執(zhí)行步驟s209，其中，n為預(yù)先設(shè)定的鐵路凈化電源裝置的模擬重合閘次數(shù)上限值；s209、不再封鎖pwm脈沖，使鐵路凈化電源裝置輸出電壓到額定值un；s210、對(duì)鐵路凈化電源裝置的單相接地故障時(shí)間進(jìn)行計(jì)時(shí)；s211、判斷鐵路凈化電源裝置在重啟次數(shù)n下是否運(yùn)行滿2個(gè)小時(shí)，如是，則停止運(yùn)行，執(zhí)行步驟s212，否則持續(xù)運(yùn)行,如遇人工停機(jī)則人工停止。s212、使鐵路凈化電源裝置自身封鎖pwm脈沖，不再執(zhí)行輸出，母線連接斷路器跳閘。

優(yōu)選地，所述當(dāng)鐵路凈化電源裝置的線路發(fā)生短路故障時(shí)，封鎖多電平級(jí)聯(lián)變換器三相的pwm脈沖，禁止輸出一段時(shí)間再重啟三相pwm脈沖，然后使鐵路凈化電源裝置按特性斜率控制輸出電壓，直到重啟次數(shù)大于設(shè)定值時(shí)停止輸出或者短路故障消失持續(xù)輸出，具體包括以下步驟：s301、檢測(cè)鐵路凈化電源裝置的輸出電流，判定鐵路凈化電源裝置的負(fù)荷線路是否發(fā)生短路故障；s302、當(dāng)鐵路凈化電源裝置發(fā)生短路故障時(shí)，封鎖多電平級(jí)聯(lián)變換器三相的pwm脈沖，禁止輸出；s303、延時(shí)δt2時(shí)間后，重啟三相pwm脈沖；s304、使鐵路凈化電源裝置按特性斜率控制輸出電壓；s305、判斷鐵路凈化電源裝置的短路故障是否消失，如是，則使鐵路凈化電源裝置輸出電壓到額定值un后正常為線路供電，否則，執(zhí)行步驟s307；s306、使鐵路凈化電源裝置輸出電壓到額定值un；s307、將鐵路凈化電源裝置的模擬重合閘次數(shù)加1；s308、判斷鐵路凈化電源裝置的模擬重合閘次數(shù)是否小于n,如是，則返回步驟s302，否則，執(zhí)行步驟s309；s309、使鐵路凈化電源裝置封鎖pwm脈沖，母線連接斷路器跳閘，其中，n為預(yù)先設(shè)定的鐵路凈化電源裝置的模擬重合閘次數(shù)上限值；s310、判斷鐵路凈化電源裝置是否被人工重啟pwm脈沖，如是，則使鐵路凈化電源裝置輸出電壓到額定值un后正常運(yùn)行，否則，一直等待人工重啟。

優(yōu)選地，所述當(dāng)母線連接斷路器的狀態(tài)為硬關(guān)斷狀態(tài)時(shí)，封鎖三相pwm脈沖，禁止輸出，直到母線連接斷路器閉合，使鐵路凈化電源裝置按特性斜率控制輸出電壓，具體包括以下步驟：s401、檢測(cè)母線連接斷路器的狀態(tài)，判定所有非鐵路凈化電源裝置本身控制的母線連接斷路器跳閘均為硬關(guān)斷狀態(tài)；s402、當(dāng)母線連接斷路器的狀態(tài)為硬關(guān)斷狀態(tài)時(shí)，封鎖三相pwm脈沖，禁止輸出；s403、判斷鐵路凈化電源裝置是否被人工重啟，如是，則執(zhí)行步驟s404，否則，一直等待人工重啟；s404、給母線連接斷路器發(fā)送閉合信號(hào)；s405、判斷母線連接斷路器是否閉合，如是，則執(zhí)行步驟s406，否則，一直等待母線連接斷路器閉合；s406、使鐵路凈化電源裝置按特性斜率控制輸出電壓直至達(dá)到額定值un。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下有益效果：

本發(fā)明一種鐵路凈化電源裝置的協(xié)同控制系統(tǒng)及方法，具有控制難度低，技術(shù)方案易于實(shí)現(xiàn)的優(yōu)點(diǎn)。將本發(fā)明應(yīng)用到電氣化鐵道電力供應(yīng)系統(tǒng)中，可使鐵路凈化電源裝置與線路繼電保護(hù)協(xié)同配合，但不限定繼電保護(hù)的使用。由于igbt的動(dòng)作速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)快于傳統(tǒng)斷路器的開關(guān)速度，因此在線路故障情況下鐵路凈化電源裝置封鎖pwm關(guān)斷igbt會(huì)先于傳統(tǒng)繼電保護(hù)器動(dòng)作，即使鐵路凈化電源裝置與線路保護(hù)同時(shí)檢測(cè)到故障、同時(shí)發(fā)出指令，鐵路凈化電源裝置也會(huì)先于斷路器完成關(guān)斷。通過本發(fā)明的成功應(yīng)用，可以使鐵路凈化電源裝置實(shí)現(xiàn)與繼電保護(hù)相協(xié)同控制，特別是雙電源互為主備為線路供電時(shí)，保證鐵路凈化電源裝置投入后不影響現(xiàn)有繼電保護(hù)的使用。

附圖說明

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)的說明。

圖1為本發(fā)明實(shí)施例一提供的一種鐵路凈化電源裝置的協(xié)同控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例一提供的一種鐵路凈化電源裝置的協(xié)同控制系統(tǒng)中鐵路凈化電源裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明實(shí)施例一提供的一種鐵路凈化電源裝置的協(xié)同控制系統(tǒng)中鐵路凈化電源裝置的功率單元的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為本發(fā)明實(shí)施例一提供的一種鐵路凈化電源裝置的協(xié)同控制方法中特性斜率控制方法的流程示意圖；

圖5為本發(fā)明實(shí)施例一提供的一種鐵路凈化電源裝置的協(xié)同控制方法中特性斜率控制方法的原理圖；

圖6為本發(fā)明實(shí)施例一提供的一種鐵路凈化電源裝置的協(xié)同控制方法中單相接地故障控制方法的流程示意圖；

圖7為本發(fā)明實(shí)施例一提供的一種鐵路凈化電源裝置的協(xié)同控制方法中大電流短路故障控制方法的流程示意圖；

圖8為本發(fā)明實(shí)施例一提供的一種鐵路凈化電源裝置的協(xié)同控制方法中硬關(guān)斷防沖擊控制方法的流程示意圖；

圖中：1為輸出平波電抗器，2為電壓支撐及濾波電容，3為交流接觸器，4為放電回路，5為輸出隔離變壓器，6為母線連接斷路器，7為多抽頭整流變壓器，8為功率單元，81為單相不控h橋，82為多組并聯(lián)型儲(chǔ)能平波電容，83為單相全控h橋，101為特性斜率控制模塊，102為單相接地故障控制模塊，103為大電流短路故障控制模塊，104為硬關(guān)斷防沖擊控制模塊，1011為設(shè)定單元，1012為計(jì)算單元，1013為輸出單元，1021為第一檢測(cè)單元，1022為第一封鎖單元，1023為第一延時(shí)重啟單元，1024為第一判斷單元，1025為第二判斷單元，1026為計(jì)時(shí)單元，1027為第三判斷單元，1031為第二檢測(cè)單元，1032為第二封鎖單元，1033為第二延時(shí)重啟單元，1034為第四判斷單元，1035為第五判斷單元，1036為第六判斷單元，1041為第三檢測(cè)單元，1042為第三封鎖單元，1043為第七判斷單元，1044為第八判斷單元。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明實(shí)施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例是本發(fā)明的一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例；基于本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

圖1為本發(fā)明實(shí)施例一提供的一種鐵路凈化電源裝置的協(xié)同控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖，圖2為本發(fā)明實(shí)施例一提供的一種鐵路凈化電源裝置的協(xié)同控制系統(tǒng)中鐵路凈化電源裝置的結(jié)構(gòu)示意圖，如圖1、圖2所示：一種鐵路凈化電源裝置的協(xié)同控制系統(tǒng)，所述鐵路凈化電源裝置包括：輸出平波電抗器1、電壓支撐及濾波電容2、交流接觸器3、放電回路4、輸出隔離變壓器5、母線連接斷路器6、27.5kv降壓型的多抽頭整流變壓器7以及主要由功率單元8組成的多電平級(jí)聯(lián)變換器，所述的協(xié)同控制系統(tǒng)包括：特性斜率控制模塊101、單相接地故障控制模塊102、大電流短路故障控制模塊103和硬關(guān)斷防沖擊控制模塊104。

由于變壓器空投或者停電檢修恢復(fù)供電時(shí)，會(huì)產(chǎn)生可高達(dá)6～10倍額定電流的勵(lì)磁電流，為此，提出采用特性斜率控制抑制勵(lì)磁涌流的方法，因此，所述特性斜率控制模塊101用于：當(dāng)鐵路凈化電源裝置啟動(dòng)或輸出重啟時(shí)，使鐵路凈化電源裝置的輸出電壓按照斜率ku，從初始值uo漸變上升到達(dá)額定值un。

具體地，所述特性斜率控制模塊101可包括：

設(shè)定單元1011：用于當(dāng)鐵路凈化電源裝置啟動(dòng)或輸出重啟前，設(shè)定ku、ko的值，其中，當(dāng)鐵路凈化電源裝置的輸出電壓低于koun時(shí)認(rèn)定發(fā)生低電壓告警。

計(jì)算單元1012：用于計(jì)算公式使tn＜tl，若tn＞tl，則重新設(shè)定ku的值，其中，uo＜0.1un，tn為鐵路凈化電源裝置的輸出電壓從初始值uo輸出到koun的時(shí)間，tl為鐵路凈化電源裝置中線路低電壓保護(hù)的動(dòng)作時(shí)限，ku為鐵路凈化電源裝置實(shí)際輸出電壓的斜率，其取值范圍大于0。

輸出單元1013：用于使鐵路凈化電源裝置的輸出電壓按照斜率ku，從初始值uo漸變上升到達(dá)額定值un。

10kv或35kv屬于中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)或中性點(diǎn)小電流接地系統(tǒng)，當(dāng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，電力系統(tǒng)允許帶一個(gè)接地點(diǎn)持續(xù)運(yùn)行1～2小時(shí)，因此，所述單相接地故障控制模塊102用于：當(dāng)鐵路凈化電源裝置的負(fù)荷線路發(fā)生單相接地故障時(shí)，封鎖多電平級(jí)聯(lián)變換器的pwm脈沖，禁止輸出一段時(shí)間再重啟pwm脈沖，然后使鐵路凈化電源裝置按特性斜率控制輸出電壓，直到重啟次數(shù)等于設(shè)定值后非人工停機(jī)狀態(tài)下再輸出運(yùn)行2小時(shí)為止或者單相接地故障消失繼續(xù)持續(xù)輸出。

具體地，所述單相接地故障控制模塊102可包括：

第一檢測(cè)單元1021：用于檢測(cè)鐵路凈化電源裝置負(fù)荷線路是否發(fā)生單相接地故障。

第一封鎖單元1022：用于當(dāng)鐵路凈化電源裝置負(fù)荷線路發(fā)生單相接地故障時(shí)，封鎖多電平級(jí)聯(lián)變換器的pwm脈沖，禁止輸出。

第一延時(shí)重啟單元1023：用于延時(shí)δt1時(shí)間后，重啟pwm脈沖，然后使鐵路凈化電源裝置按特性斜率控制輸出電壓。

第一判斷單元1024：用于判斷鐵路凈化電源裝置的單相接地故障是否消失，如是，則使鐵路凈化電源裝置輸出電壓到額定值un后正常為線路供電，否則，將鐵路凈化電源裝置的模擬重合閘次數(shù)加1。

第二判斷單元1025：用于當(dāng)將鐵路凈化電源裝置的模擬重合閘次數(shù)加1后，判斷鐵路凈化電源裝置的模擬重合閘次數(shù)是否小于n，如是，則繼續(xù)封鎖多電平級(jí)聯(lián)變換器的pwm脈沖，禁止輸出后進(jìn)入第一延時(shí)重啟單元1023，否則，不再封鎖pwm脈沖，使鐵路凈化電源裝置按特性斜率控制輸出電壓到額定值un，其中，n為預(yù)先設(shè)定的鐵路凈化電源裝置的模擬重合閘次數(shù)上限值。

計(jì)時(shí)單元1026：用于對(duì)鐵路凈化電源裝置的單相接地故障時(shí)間進(jìn)行計(jì)時(shí)。

第三判斷單元1027：用于判斷重啟次數(shù)等于n后鐵路凈化電源裝置是否運(yùn)行2個(gè)小時(shí)，如是，則使鐵路凈化電源裝置停止輸出，母線連接斷路器跳閘，等待人工重啟，否則，使鐵路凈化電源裝置持續(xù)輸出，若遇人工停機(jī)則停止輸出。

進(jìn)一步地，對(duì)鐵路凈化電源裝置的單相接地故障時(shí)間進(jìn)行計(jì)時(shí)后，系統(tǒng)等待人工將鐵路凈化電源裝置停機(jī)，人工停機(jī)后，斷路器跳閘，根據(jù)線路保護(hù)的告警，線路維護(hù)人員到達(dá)接地故障現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行處理，處理完成后再進(jìn)行人工重啟pwm脈沖。

為保護(hù)鐵路凈化電源裝置的安全以及實(shí)現(xiàn)與線路保護(hù)的配合，假設(shè)鐵路凈化電源裝置的模擬重合閘次數(shù)設(shè)定為n，當(dāng)線路發(fā)生兩相相間短路、兩相接地短路或三相短路時(shí)，大電流短路故障控制模塊103用于：當(dāng)鐵路凈化電源裝置的負(fù)荷線路發(fā)生短路故障時(shí)，封鎖多電平級(jí)聯(lián)變換器三相的pwm脈沖，禁止輸出一段時(shí)間再重啟三相pwm脈沖，然后使鐵路凈化電源裝置按特性斜率控制輸出電壓，直到重啟次數(shù)大于設(shè)定值時(shí)停止輸出或者短路故障消失持續(xù)輸出。

具體地，所述大電流短路故障控制模塊103可包括：

第二檢測(cè)單元1031：用于檢測(cè)鐵路凈化電源裝置的輸出電流，判定鐵路凈化電源裝置負(fù)荷線路是否發(fā)生短路故障。

第二封鎖單元1032：用于當(dāng)鐵路凈化電源裝置負(fù)荷線路發(fā)生短路故障時(shí)，封鎖多電平級(jí)聯(lián)變換器三相的pwm脈沖，禁止輸出。

第二延時(shí)重啟單元1033：用于延時(shí)δt2時(shí)間后，重啟三相pwm脈沖，然后使鐵路凈化電源裝置按特性斜率控制輸出電壓。

第四判斷單元1034：用于判斷鐵路凈化電源裝置負(fù)荷線路的短路故障是否消失，如是，則使鐵路凈化電源裝置輸出電壓到額定值un后正常為線路供電，否則，將鐵路凈化電源裝置的模擬重合閘次數(shù)加1。

第五判斷單元1035：用于當(dāng)將鐵路凈化電源裝置的模擬重合閘次數(shù)加1后，判斷鐵路凈化電源裝置的模擬重合閘次數(shù)是否小于n,如是，則繼續(xù)封鎖多電平級(jí)聯(lián)變換器三相的pwm脈沖，禁止輸出后進(jìn)入第二延時(shí)重啟單元1033，否則，使鐵路凈化電源裝置封鎖pwm脈沖，母線連接斷路器跳閘，其中，n為預(yù)先設(shè)定的鐵路凈化電源裝置的模擬重合閘次數(shù)上限值。

第六判斷單元1036：用于判斷鐵路凈化電源裝置是否被人工重啟pwm脈沖，如是，則使鐵路凈化電源裝置按特性斜率控制輸出電壓，直至達(dá)到額定值un后正常運(yùn)行，否則，一直等待人工重啟。

定義凈化電源裝置帶負(fù)荷拉閘、線路繼電保護(hù)誤跳閘、線路繼電保護(hù)誤重合閘等非凈化電源裝置控制的母線連接斷路器分閘情況為硬關(guān)斷狀態(tài)。因此，硬關(guān)斷防沖擊控制模塊104用于：當(dāng)母線連接斷路器的狀態(tài)為硬關(guān)斷狀態(tài)時(shí)，封鎖三相pwm脈沖，禁止輸出，直到母線連接斷路器閉合，使鐵路凈化電源裝置按特性斜率控制輸出電壓。

具體地，所述硬關(guān)斷防沖擊控制模塊104可包括：

第三檢測(cè)單元(1041)：用于檢測(cè)母線連接斷路器的狀態(tài)，判定所有非鐵路凈化電源裝置本身控制的母線連接斷路器跳閘均為硬關(guān)斷狀態(tài)；

第三封鎖單元1042：用于當(dāng)母線連接斷路器的狀態(tài)為硬關(guān)斷狀態(tài)時(shí)，封鎖三相pwm脈沖，禁止輸出；

第七判斷單元1043：用于判斷鐵路凈化電源裝置是否被人工重啟，如是，則給母線連接斷路器發(fā)送閉合信號(hào)，否則，一直等待人工重啟；

第八判斷單元1044：用于判斷母線連接斷路器是否閉合，如是，則使鐵路凈化電源裝置按特性斜率控制輸出電壓直至達(dá)到額定值un，否則，一直等待母線連接斷路器閉合。

由于本實(shí)施例利用電力電子器件將接觸網(wǎng)27.5kv電壓隔離變換為穩(wěn)定的適用于站內(nèi)、電力貫通線、自閉線等高壓電力線路使用的10kv或35kv電壓，通過特性斜率控制、單相接地故障控制、大電流短路故障控制、硬關(guān)斷防沖擊控制實(shí)現(xiàn)與繼電保護(hù)的協(xié)調(diào)配合為電力線路提供完整、可靠的配置方法，解決了鐵路凈化電源裝置在實(shí)際投運(yùn)過程中與繼電保護(hù)配合問題。本實(shí)施例從控制實(shí)現(xiàn)的難易程度、邏輯動(dòng)作方式的合理性等方面具有明顯的優(yōu)勢(shì)。

圖3為本發(fā)明實(shí)施例一提供的一種鐵路凈化電源裝置的協(xié)同控制系統(tǒng)中鐵路凈化電源裝置的功率單元的結(jié)構(gòu)示意圖，具體地，所述功率單元8主要由單相不控h橋81、多組并聯(lián)型儲(chǔ)能平波電容82、單相全控h橋83組成。

相應(yīng)地，一種鐵路凈化電源裝置的協(xié)同控制方法，所述鐵路凈化電源裝置包括：輸出平波電抗器1、電壓支撐及濾波電容2、交流接觸器3、放電回路4、輸出隔離變壓器5、母線連接斷路器6、27.5kv降壓型的多抽頭整流變壓器7和主要由功率單元8組成的多電平級(jí)聯(lián)變換器，所述的協(xié)同控制方法包括：

特性斜率控制方法：當(dāng)鐵路凈化電源裝置啟動(dòng)或輸出重啟后，使鐵路凈化電源裝置的輸出電壓按照斜率ku，從初始值uo漸變上升到達(dá)額定值un。

單相接地故障控制方法：當(dāng)鐵路凈化電源裝置的負(fù)荷線路發(fā)生單相接地故障時(shí)，封鎖多電平級(jí)聯(lián)變換器的pwm脈沖，禁止輸出一段時(shí)間再重啟pwm脈沖，然后使鐵路凈化電源裝置按特性斜率控制輸出電壓，直到重啟次數(shù)等于設(shè)定值后非人工停機(jī)狀態(tài)下再輸出運(yùn)行2小時(shí)為止或者單相接地故障消失繼續(xù)持續(xù)輸出；

大電流短路故障控制方法：用于當(dāng)鐵路凈化電源裝置的負(fù)荷線路發(fā)生短路故障時(shí)，封鎖多電平級(jí)聯(lián)變換器三相的pwm脈沖，禁止輸出一段時(shí)間再重啟三相pwm脈沖，然后使鐵路凈化電源裝置按特性斜率控制輸出電壓，直到重啟次數(shù)大于設(shè)定值時(shí)停止輸出或者短路故障消失持續(xù)輸出；

硬關(guān)斷防沖擊控制方法：當(dāng)母線連接斷路器的狀態(tài)為硬關(guān)斷狀態(tài)時(shí)，封鎖三相pwm脈沖，禁止輸出，直到母線連接斷路器閉合，使鐵路凈化電源裝置按特性斜率控制輸出電壓。

圖4為本發(fā)明實(shí)施例一提供的一種鐵路凈化電源裝置的協(xié)同控制方法中特性斜率控制方法的流程示意圖，圖5為本發(fā)明實(shí)施例一提供的一種鐵路凈化電源裝置的協(xié)同控制方法中特性斜率控制方法的原理圖，如圖4、圖5所示，所述當(dāng)鐵路凈化電源裝置啟動(dòng)或輸出重啟后，使鐵路凈化電源裝置的輸出電壓按照斜率ku，從初始值uo漸變上升到達(dá)額定值un，具體包括以下步驟：

s101、當(dāng)鐵路凈化電源裝置啟動(dòng)或輸出重啟前，設(shè)定ku、ko的值，其中，當(dāng)鐵路凈化電源裝置的輸出電壓低于koun時(shí)認(rèn)定發(fā)生低電壓告警。

s102、計(jì)算公式使tn＜tl，若tn＞tl，則返回步驟s101重新設(shè)定ku的值，其中，uo＜0.1un，tn為鐵路凈化電源裝置的輸出電壓從初始值uo輸出到koun的時(shí)間，tl為鐵路凈化電源裝置中線路低電壓保護(hù)的動(dòng)作時(shí)限，ku為鐵路凈化電源裝置實(shí)際輸出電壓的斜率，其取值范圍大于0。

s103、使鐵路凈化電源裝置的輸出電壓按照斜率ku，從初始值uo漸變上升到達(dá)額定值un。

圖6為本發(fā)明實(shí)施例一提供的一種鐵路凈化電源裝置的協(xié)同控制方法中單相接地故障控制方法的流程示意圖，如圖6所示，所述當(dāng)鐵路凈化電源裝置負(fù)荷側(cè)發(fā)生單相接地故障時(shí)，封鎖多電平級(jí)聯(lián)變換器的pwm脈沖，禁止輸出一段時(shí)間再重啟pwm脈沖，然后使鐵路凈化電源裝置按特性斜率控制輸出電壓，直到重啟次數(shù)等于設(shè)定值后非人工停機(jī)狀態(tài)下再輸出運(yùn)行2小時(shí)為止或者單相接地故障消失繼續(xù)持續(xù)輸出，具體包括以下步驟：

s201、檢測(cè)鐵路凈化電源裝置負(fù)荷線路是否發(fā)生單相接地故障。

s202、當(dāng)鐵路凈化電源裝置負(fù)荷線路發(fā)生單相接地故障時(shí)，封鎖多電平級(jí)聯(lián)變換器的pwm脈沖，禁止輸出。

s203、延時(shí)δt1時(shí)間后，重啟pwm脈沖。

s204、使鐵路凈化電源裝置按特性斜率控制輸出電壓。

s205、判斷鐵路凈化電源裝置負(fù)荷線路的單相接地故障是否消失，如是，則使鐵路凈化電源裝置輸出電壓到額定值un后正常為線路供電，否則，執(zhí)行步驟s207。

s206、使鐵路凈化電源裝置輸出電壓到額定值un。

s207、將鐵路凈化電源裝置的模擬重合閘次數(shù)加1。

s208、判斷鐵路凈化電源裝置的模擬重合閘次數(shù)是否小于n,如是，則返回步驟s202，否則，執(zhí)行步驟s209，其中，n為預(yù)先設(shè)定的鐵路凈化電源裝置的模擬重合閘次數(shù)上限值。

s209、不再封鎖pwm脈沖，使鐵路凈化電源裝置輸出電壓到額定值un。

s210、對(duì)鐵路凈化電源裝置的單相接地故障時(shí)間進(jìn)行計(jì)時(shí)。

s211、判斷鐵路凈化電源裝置在重啟次數(shù)n下是否運(yùn)行滿2個(gè)小時(shí)，如是，則停止運(yùn)行，執(zhí)行步驟s212，否則持續(xù)運(yùn)行,如遇人工停機(jī)則人工停止。

s212、使鐵路凈化電源裝置自身封鎖pwm脈沖，不再執(zhí)行輸出，母線連接斷路器跳閘。

圖7為本發(fā)明實(shí)施例一提供的一種鐵路凈化電源裝置的協(xié)同控制方法中大電流短路故障控制方法的流程示意圖，如圖7所示，所述當(dāng)鐵路凈化電源裝置的負(fù)荷線路發(fā)生短路故障時(shí)，封鎖多電平級(jí)聯(lián)變換器三相的pwm脈沖，禁止輸出一段時(shí)間再重啟三相pwm脈沖，然后使鐵路凈化電源裝置按特性斜率控制輸出電壓，直到重啟次數(shù)大于設(shè)定值時(shí)停止輸出或者短路故障消失持續(xù)輸出，具體包括以下步驟：

s301、檢測(cè)鐵路凈化電源裝置的輸出電流，判定鐵路凈化電源裝置的負(fù)荷線路是否發(fā)生短路故障。

s302、當(dāng)鐵路凈化電源裝置的負(fù)荷線路發(fā)生短路故障時(shí)，封鎖多電平級(jí)聯(lián)變換器三相的pwm脈沖，禁止輸出。

s303、延時(shí)δt2時(shí)間后，重啟三相pwm脈沖。

s304、使鐵路凈化電源裝置按特性斜率控制輸出電壓。

s305、判斷鐵路凈化電源裝置負(fù)荷線路的短路故障是否消失，如是，則使鐵路凈化電源裝置輸出電壓到額定值un后正常為線路供電，否則，執(zhí)行步驟s307。

s306、使鐵路凈化電源裝置輸出電壓到額定值un。

s307、將鐵路凈化電源裝置的模擬重合閘次數(shù)加1。

s308、判斷鐵路凈化電源裝置的模擬重合閘次數(shù)是否小于n,如是，則返回步驟s302，否則，執(zhí)行步驟s309。

s309、使鐵路凈化電源裝置封鎖pwm脈沖，母線連接斷路器跳閘，其中，n為預(yù)先設(shè)定的鐵路凈化電源裝置的模擬重合閘次數(shù)上限值。

s310、判斷鐵路凈化電源裝置是否被人工重啟pwm脈沖，如是，則使鐵路凈化電源裝置輸出電壓到額定值un后正常運(yùn)行，否則，一直等待人工重啟。

圖8為本發(fā)明實(shí)施例一提供的一種鐵路凈化電源裝置的協(xié)同控制方法中硬關(guān)斷防沖擊控制方法的流程示意圖，如圖8所示，所述當(dāng)母線連接斷路器的狀態(tài)為硬關(guān)斷狀態(tài)時(shí)，封鎖三相pwm脈沖，禁止輸出，直到母線連接斷路器閉合，使鐵路凈化電源裝置按特性斜率控制輸出電壓，具體包括以下步驟：

s401、檢測(cè)母線連接斷路器的狀態(tài)，判定所有非鐵路凈化電源裝置本身控制的母線連接斷路器跳閘均為硬關(guān)斷狀態(tài)。

s402、當(dāng)母線連接斷路器的狀態(tài)為硬關(guān)斷狀態(tài)時(shí)，封鎖三相pwm脈沖，禁止輸出。

s403、判斷鐵路凈化電源裝置是否被人工重啟，如是，則執(zhí)行步驟s404，否則，一直等待人工重啟。

s404、給母線連接斷路器發(fā)送閉合信號(hào)。

s405、判斷母線連接斷路器是否閉合，如是，則執(zhí)行步驟s406，否則，一直等待母線連接斷路器閉合。

s406、使鐵路凈化電源裝置按特性斜率控制輸出電壓直至達(dá)到額定值un。

本發(fā)明一種鐵路凈化電源裝置的協(xié)同控制系統(tǒng)及方法，具有控制難度低，技術(shù)方案易于實(shí)現(xiàn)的優(yōu)點(diǎn)。將本發(fā)明應(yīng)用到電氣化鐵道電力供應(yīng)系統(tǒng)中，可使鐵路凈化電源裝置與線路繼電保護(hù)協(xié)同配合，但不限定繼電保護(hù)的使用。由于igbt的動(dòng)作速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)快于傳統(tǒng)斷路器的開關(guān)速度，因此在線路故障情況下鐵路凈化電源裝置封鎖pwm關(guān)斷igbt會(huì)先于傳統(tǒng)繼電保護(hù)器動(dòng)作，即使鐵路凈化電源裝置與線路保護(hù)同時(shí)檢測(cè)到故障、同時(shí)發(fā)出指令，鐵路凈化電源裝置也會(huì)先于斷路器完成關(guān)斷。通過本發(fā)明的成功應(yīng)用，可以使鐵路凈化電源裝置實(shí)現(xiàn)與繼電保護(hù)相協(xié)同控制，特別是雙電源互為主備為線路供電時(shí)，保證鐵路凈化電源裝置投入后不影響現(xiàn)有繼電保護(hù)的使用。

最后應(yīng)說明的是：以上各實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對(duì)其限制；盡管參照前述各實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解：其依然可以對(duì)前述各實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對(duì)其中部分或者全部技術(shù)特征進(jìn)行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實(shí)施例技術(shù)方案的范圍。