本發(fā)明涉及地鐵列車技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種用于地鐵列車中防止過電壓的預(yù)控制方法及裝置。

背景技術(shù)：

地鐵列車具有載客量大、行駛速度快、舒適性高等優(yōu)點(diǎn)，是解決城市交通問題的重要手段之一。地鐵列車由多節(jié)車輛編組而成，一般為6節(jié)編組(4節(jié)動車2節(jié)拖車結(jié)構(gòu))，每節(jié)動車均有獨(dú)立的變頻調(diào)速系統(tǒng)(VVVF)。地鐵列車在運(yùn)行過程中，由于受電弓與接觸網(wǎng)波動，經(jīng)常會出現(xiàn)跳弓現(xiàn)象，尤其在高速地鐵列車上，經(jīng)常會發(fā)生網(wǎng)壓瞬間變化超過一定范圍(如300V)而出現(xiàn)跳弓，導(dǎo)致網(wǎng)壓和中間電壓跳變。

目前在地鐵列車的每個VVVF主電路中通常會設(shè)置一個線路電抗器用來抑制電流突變，以及一個濾波電容器用來抑制電壓突變，對于過電壓控制，則通常都是基于中間電壓的閾值判定實(shí)現(xiàn)，即當(dāng)中間電壓大于設(shè)定的斬波開啟門檻值后開通斬波進(jìn)行電壓控制。但地鐵列車在實(shí)際運(yùn)行過程中還會存在由于跳弓等導(dǎo)致電流、電壓突變所產(chǎn)生的過電壓、過電流，如受電弓與接觸網(wǎng)的波動會引起跳弓，當(dāng)跳弓瞬間，往往會使得網(wǎng)壓和中間電壓發(fā)生突變，而一旦跳弓恢復(fù)，網(wǎng)壓和中間電壓之間即存在一定的壓差，導(dǎo)致產(chǎn)生過大的電流變化率di/dt，該電流變化經(jīng)過電路中線路電抗器(L)續(xù)流后則會產(chǎn)生一個瞬時感應(yīng)電壓，進(jìn)而會造成中間電壓過壓保護(hù)，或由于中間電壓瞬間升高導(dǎo)致逆變電流過流，而過電壓、過電流都會導(dǎo)致VVVF跳開高速斷路器，使得列車沒有動力，影響列車正常運(yùn)行。

上述VVVF主電路中采用線路電抗器、濾波電容器僅能抑制一般狀態(tài)下的電壓、電流突變，基于中間電壓的閾值判定實(shí)現(xiàn)過電壓控制，由于斬波開啟存在斬波帶寬和斬波頻率等的限制，在中間電壓大于一定值時才控制開啟斬波，則發(fā)生過壓時無法快速吸收能量，因而也僅能夠適用于控制通常情況下制動或牽引過程中的中間電壓過高的問題，對于如跳弓等導(dǎo)致的di/dt電流突變、du/dt電壓突變所引起的過電壓均無法很好地抑制，使得會出現(xiàn)過電壓、逆變過流等故障保護(hù)。有從業(yè)者提出采用重疊式母板結(jié)構(gòu)降低功率器件的du/dt以及di/dt，但是也僅能夠適用于控制功率器件本身電壓以及電流的突變，仍然無法避免上述由于跳弓等導(dǎo)致電流、電壓突變所產(chǎn)生的過電壓、過電流問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題就在于：針對現(xiàn)有技術(shù)存在的技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種實(shí)現(xiàn)方法簡單、所需成本低，能夠防止由于跳弓等導(dǎo)致電流、電壓突變所引起的過電壓、過電流，且控制效率及精度高的用于地鐵列車中防止過電壓的預(yù)控制方法及裝置。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提出的技術(shù)方案為：

一種用于地鐵列車中防止過電壓的預(yù)控制方法，步驟包括：

1)在目標(biāo)列車運(yùn)行過程中，實(shí)時檢測變頻調(diào)速系統(tǒng)中輸入電流，并根據(jù)檢測到的輸入電流計(jì)算電流變化率di/dt；

2)根據(jù)所述電流變化率di/dt的狀態(tài)判斷是否需要執(zhí)行預(yù)控制，以在電流或電壓突變產(chǎn)生過電壓之前控制開通斬波單元進(jìn)行降壓。

作為本發(fā)明方法的進(jìn)一步改進(jìn)：所述步驟1)還包括實(shí)時檢測變頻調(diào)速系統(tǒng)的中間電壓的步驟；所述步驟2)中具體根據(jù)所述電流變化率di/dt、所述中間電壓的狀態(tài)，判斷是否需要執(zhí)行預(yù)控制。

作為本發(fā)明方法的進(jìn)一步改進(jìn)：所述步驟1)還包括實(shí)時檢測網(wǎng)壓，并計(jì)算網(wǎng)壓與所述中間電壓之間壓差步驟；所述步驟2)具體根據(jù)所述電流變化率di/dt、所述中間電壓以及所述壓差的狀態(tài)，判斷是否需要執(zhí)行預(yù)控制。

作為本發(fā)明方法的進(jìn)一步改進(jìn)：所述步驟2)中當(dāng)所述電流變化率di/dt大于預(yù)設(shè)變化率閾值、以及所述中間電壓大于預(yù)設(shè)第一電壓閾值或所述壓差大于預(yù)設(shè)第二電壓閾值時，判定為需要執(zhí)行預(yù)控制。

作為本發(fā)明方法的進(jìn)一步改進(jìn)：所述步驟1)具體通過DCU單元在目標(biāo)列車運(yùn)行過程中，實(shí)時檢測變頻調(diào)速系統(tǒng)中輸入電流，并根據(jù)檢測到的輸入電流計(jì)算電流變化率di/dt；所述步驟2)具體通過DCU單元根據(jù)所述電流變化率di/dt的狀態(tài)判斷是否需要執(zhí)行預(yù)控制，以在電流或電壓突變產(chǎn)生過電壓之前控制開通斬波單元進(jìn)行降壓。

一種用于地鐵列車中防止過電壓的預(yù)控制裝置，包括：

數(shù)據(jù)檢測與處理單元，用于在目標(biāo)列車運(yùn)行過程中，實(shí)時檢測變頻調(diào)速系統(tǒng)中輸入電流，并根據(jù)檢測到的輸入電流計(jì)算電流變化率di/dt；

預(yù)控制單元，用于根據(jù)所述電流變化率di/dt的狀態(tài)判斷是否需要執(zhí)行預(yù)控制，以在電流或電壓突變產(chǎn)生過電壓之前控制開通斬波單元進(jìn)行降壓。

作為本發(fā)明裝置的進(jìn)一步改進(jìn)：所述數(shù)據(jù)檢測與處理單元還包括用于實(shí)時檢測變頻調(diào)速系統(tǒng)的中間電壓的第一電壓傳感器；所述預(yù)控制單元具體根據(jù)所述電流變化率di/dt、所述中間電壓的狀態(tài)，判斷是否需要執(zhí)行預(yù)控制。

作為本發(fā)明方法的進(jìn)一步改進(jìn)：所述數(shù)據(jù)檢測與處理單元還包括用于實(shí)時檢測網(wǎng)壓的第二電壓傳感器，以及計(jì)算網(wǎng)壓與所述中間電壓之間壓差的計(jì)算模塊；所述預(yù)控制單元具體根據(jù)所述電流變化率di/dt、所述中間電壓以及所述壓差的狀態(tài)，判斷是否需要執(zhí)行預(yù)控制。

作為本發(fā)明方法的進(jìn)一步改進(jìn)：所述預(yù)控制單元當(dāng)所述電流變化率di/dt大于預(yù)設(shè)變化率閾值、以及所述中間電壓大于預(yù)設(shè)第一電壓閾值或所述壓差大于預(yù)設(shè)第二電壓閾值時，判定需要執(zhí)行預(yù)控制。

作為本發(fā)明方法的進(jìn)一步改進(jìn)：所述數(shù)據(jù)檢測與處理單元包括用于檢測變頻調(diào)速系統(tǒng)中輸入電流的電流傳感器，以及用于根據(jù)檢測到的輸入電流計(jì)算電流變化率di/dt的處理模塊，所述處理模塊、所述預(yù)控制單元集成設(shè)置至DCU單元中。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：

1)本發(fā)明用于地鐵列車中防止過電壓的預(yù)控制方法及裝置，通過實(shí)時檢測變頻調(diào)速系統(tǒng)中輸入電流的電流變化率di/dt，實(shí)時監(jiān)測電流變化率di/dt的狀態(tài)，從而根據(jù)電流變化率di/dt的狀態(tài)能夠及時監(jiān)測到由于跳弓等導(dǎo)致電流、電壓突變的發(fā)生，同時由電流變化率di/dt的狀態(tài)在電流或電壓突變產(chǎn)生過電壓之前控制開通斬波單元進(jìn)行降壓，能夠在由于跳弓等導(dǎo)致電流變化率di/dt、電壓變化率du/dt過大而產(chǎn)生過電壓、過電流之前控制提前吸收掉能量，實(shí)現(xiàn)過電壓的預(yù)控制，防止過電壓保護(hù)或過電流的發(fā)生，同時保護(hù)系統(tǒng)功率器件工作在合理電壓范圍之內(nèi)；

2)本發(fā)明用于地鐵列車中防止過電壓的預(yù)控制方法及裝置，基于電流變化率di/dt動態(tài)控制開通斬波單元，實(shí)現(xiàn)過電壓提前抑制，方法實(shí)現(xiàn)簡單、所需成本低，能夠適用于不同列車和線路工況，且易于移植及擴(kuò)展；

3)本發(fā)明用于地鐵列車中防止過電壓的預(yù)控制方法及裝置，進(jìn)一步結(jié)合電流變化率di/dt、中間電壓以及壓差三者的狀態(tài)共同判斷是否需要執(zhí)行預(yù)控制，能夠進(jìn)一步提高預(yù)控制的控制精度，確保在電流、電壓突變產(chǎn)生過電壓、過電流之前及時的進(jìn)行抑制，同時避免誤操作。

附圖說明

圖1是本實(shí)施例用于地鐵列車中防止過電壓的預(yù)控制方法的實(shí)現(xiàn)流程示意圖。

圖2是本實(shí)施例所采用的牽引電路的結(jié)構(gòu)原理圖。

圖3是本實(shí)施例實(shí)現(xiàn)防止過電壓預(yù)控制的結(jié)構(gòu)原理示意圖。

圖4是本實(shí)施例用于地鐵列車中防止過電壓的預(yù)控制裝置的結(jié)構(gòu)原理示意圖。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合說明書附圖和具體優(yōu)選的實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步描述，但并不因此而限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。

如圖1所示，本實(shí)施例用于地鐵列車中防止過電壓的預(yù)控制方法，步驟包括：

1)在目標(biāo)列車運(yùn)行過程中，實(shí)時檢測變頻調(diào)速系統(tǒng)中輸入電流，并根據(jù)檢測到的輸入電流計(jì)算電流變化率di/dt；

2)根據(jù)電流變化率di/dt的狀態(tài)判斷是否需要執(zhí)行預(yù)控制，以在電流或電壓突變產(chǎn)生過電壓之前控制開通斬波單元進(jìn)行降壓。

本實(shí)施例通過實(shí)時檢測變頻調(diào)速系統(tǒng)中輸入電流的電流變化率di/dt，實(shí)時監(jiān)測電流變化率di/dt的狀態(tài)，從而根據(jù)電流變化率di/dt的狀態(tài)能夠及時監(jiān)測到由于跳弓等導(dǎo)致電流、電壓突變的發(fā)生，同時由電流變化率di/dt的狀態(tài)在電流或電壓突變產(chǎn)生過電壓之前控制開通斬波單元進(jìn)行降壓，能夠在由于跳弓等導(dǎo)致電流變化率di/dt、電壓變化率du/dt過大而產(chǎn)生過電壓、過電流之前控制提前吸收掉能量，實(shí)現(xiàn)過電壓的預(yù)控制，防止過電壓保護(hù)或過電流的發(fā)生，同時保護(hù)系統(tǒng)功率器件工作在合理電壓范圍之內(nèi)。

如圖2所示，本實(shí)施例變頻調(diào)速系統(tǒng)(VVVF)中在輸入端布置用于測量輸入電流的電流傳感器SC1，目標(biāo)列車運(yùn)行過程中，由DCU向電流傳感器SC1供電，同時DCU(Drive Control Unit，傳動控制單元)實(shí)時采集電流傳感器SC1的電流信號，并通過微分計(jì)算出電流變化率di/dt，根據(jù)計(jì)算出的電流變化率di/dt控制動態(tài)開通斬波支路，通過制動電阻將中間支撐電容C上的電能釋放掉，以抑制過大的di/dt感應(yīng)出的電壓疊加在中間支撐電容C上，使得中間電壓控制在合理范圍內(nèi)，從而防止由于跳弓等導(dǎo)致的電流突變、電壓突變而產(chǎn)生過電壓?；贒CU實(shí)時采集數(shù)據(jù)以及邏輯判斷和控制，實(shí)時性高且控制精確。

本實(shí)施例中，步驟1)還包括實(shí)時檢測變頻調(diào)速系統(tǒng)的中間電壓的步驟；步驟2)中具體根據(jù)電流變化率di/dt、中間電壓的狀態(tài)，判斷是否需要執(zhí)行預(yù)控制。如圖3所示，當(dāng)跳弓導(dǎo)致產(chǎn)生過大的電流變化率di/dt時，該電流變化會產(chǎn)生一個瞬時感應(yīng)電壓疊加在中間支撐電容C上，本實(shí)施例在中間支撐電容C的兩端布置有用于測量中間電壓的電壓傳感器SV2，DCU實(shí)時采集電流傳感器SC1、電壓傳感器SV2的測量信號，結(jié)合電流變化率di/dt以及中間電壓的狀態(tài)來判斷是否需要執(zhí)行預(yù)控制，保證及時、準(zhǔn)確的抑制過電壓、過電流。

本實(shí)施例中，步驟1)還包括實(shí)時檢測網(wǎng)壓，并計(jì)算網(wǎng)壓與中間電壓之間壓差步驟；步驟2)具體根據(jù)電流變化率di/dt、中間電壓以及壓差的狀態(tài)，判斷變頻調(diào)速系統(tǒng)中間電壓的過電壓狀態(tài)。由于在跳弓發(fā)生瞬間會使得網(wǎng)壓和中間電壓發(fā)生突變，當(dāng)跳弓恢復(fù)時，網(wǎng)壓和中間電壓之間即存在一定的壓差，使得產(chǎn)生較大的電流變化率di/dt，如圖2、3所示，本實(shí)施例在輸入端還布置有用于測量網(wǎng)壓的電壓傳感器SV1，DCU與電流傳感器SC1、電壓傳感器SV1以及電壓傳感器SV2之間進(jìn)行屏蔽處理；DCU實(shí)時采集電流傳感器SC1、電壓傳感器SV1以及電壓傳感器SV2的測量信號，并由檢測到的輸入電流計(jì)算電流變化率di/dt、由網(wǎng)壓和中間電壓計(jì)算壓差，結(jié)合電流變化率di/dt、中間電壓以及壓差三者的狀態(tài)共同判斷是否需要執(zhí)行預(yù)控制，能夠進(jìn)一步提高預(yù)控制的控制精度，確保在電流、電壓突變產(chǎn)生過電壓、過電流之前及時的進(jìn)行抑制，同時避免誤操作。

本實(shí)施例中，步驟2)中當(dāng)電流變化率di/dt大于預(yù)設(shè)變化率閾值、以及中間電壓大于預(yù)設(shè)第一電壓閾值或壓差大于預(yù)設(shè)第二電壓閾值時，判定需要執(zhí)行預(yù)控制。本實(shí)施例具體即判斷到如果di/dt>I，且|SV2-SV1|＞U1或者SV2>U2時，其中I為預(yù)設(shè)變化率閾值，U1、U2分別為設(shè)定的第一電壓閾值、第二電壓閾值，同時高速斷路器、短接接觸器閉合，則通過DCU開通斬波支路，抑制過壓及過流保護(hù)動作。預(yù)設(shè)變化率閾值、第一電壓閾值以及第二電壓閾值均可根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行設(shè)置。

如圖4所示，本實(shí)施例用于地鐵列車中防止過電壓的預(yù)控制裝置，包括：

數(shù)據(jù)檢測與處理單元，用于在目標(biāo)列車運(yùn)行過程中，實(shí)時檢測變頻調(diào)速系統(tǒng)中輸入電流，并根據(jù)檢測到的輸入電流計(jì)算電流變化率di/dt；

預(yù)控制單元，用于根據(jù)電流變化率di/dt的狀態(tài)判斷是否需要執(zhí)行預(yù)控制，以在電流或電壓突變產(chǎn)生過電壓之前控制開通斬波單元進(jìn)行降壓。

本實(shí)施例中，數(shù)據(jù)檢測與處理單元還包括用于實(shí)時檢測變頻調(diào)速系統(tǒng)的中間電壓的第一電壓傳感器(SV2)；預(yù)控制單元具體根據(jù)電流變化率di/dt、中間電壓的狀態(tài)，判斷是否需要執(zhí)行預(yù)控制。

本實(shí)施例中，數(shù)據(jù)檢測與處理單元還包括用于實(shí)時檢測網(wǎng)壓的第二電壓傳感器(SV1)，以及計(jì)算網(wǎng)壓與中間電壓之間壓差的計(jì)算模塊；預(yù)控制單元具體根據(jù)電流變化率di/dt、中間電壓以及壓差的狀態(tài)，判斷是否需要執(zhí)行預(yù)控制。

本實(shí)施例中，預(yù)控制單元當(dāng)電流變化率di/dt大于預(yù)設(shè)變化率閾值、以及中間電壓大于預(yù)設(shè)第一電壓閾值或壓差大于預(yù)設(shè)第二電壓閾值時，判定需要執(zhí)行預(yù)控制。

本實(shí)施例中，數(shù)據(jù)檢測與處理單元包括用于檢測變頻調(diào)速系統(tǒng)中輸入電流的電流傳感器，以及用于根據(jù)檢測到的輸入電流計(jì)算電流變化率di/dt的處理模塊，處理模塊、預(yù)控制單元均集成設(shè)置至DCU單元中。

上述只是本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并非對本發(fā)明作任何形式上的限制。雖然本發(fā)明已以較佳實(shí)施例揭露如上，然而并非用以限定本發(fā)明。因此，凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明技術(shù)實(shí)質(zhì)對以上實(shí)施例所做的任何簡單修改、等同變化及修飾，均應(yīng)落在本發(fā)明技術(shù)方案保護(hù)的范圍內(nèi)。