СИСТЕМА И СПОСОБ ПАРАЛЛЕЛЬНОГО УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОПИТАНИЕМ ДЛЯ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ СОБСТВЕННЫХ НУЖД МОТОРВАГОННОЙ СЕКЦИИ ПОЕЗДА ПРИ НАЛИЧИИ СОЕДИНИТЕЛЬНЫХ ЛИНИЙ Российский патент 2017 года по МПК H02M7/42 

ОБЛАСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Настоящее изобретение относится к системе электропитания собственных нужд железнодорожного вагона и, в частности, к системе параллельного управления электропитанием для преобразователей собственных нужд моторвагонной секции поезда при наличии соединительных линий и способу управления для управления подачей электропитания при помощи системы управления.

ПРЕДПОСЫЛКИ К СОЗДАНИЮ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Инвертор собственных нужд – это один из силовых агрегатов моторвагонной секции поезда, служит для обеспечения стабильной подачи трехфазного переменного тока и однофазного переменного тока питания и подает питание для компрессора кондиционера воздуха, вентиляционного устройства, воздушного компрессора, электронагревателя и зарядного агрегата или подобного в моторвагонной секции поезда. В настоящее время инвертор для собственных нужд моторвагонной секции поезда имеет три режима подачи питания: отдельно подаваемое питание инверторным источником питания, параллельная подача питания при отсутствии соединительных линий и параллельная подача питания при наличии соединительных линий. Режим подачи питания отдельно подаваемого питания инверторным источником питания характеризуется простой проводкой, большей мощностью установки и меньшей надежностью, потому что при выходе из строя одной установки, смежную установку необходимо включить для подачи питания при помощи контактора.

Режим подачи питания параллельной подачи питания при отсутствии соединительных линий характеризуется тем, что принцип управления, используемый в синхронизации генератора, используется для сведений, используется метод стабилизации, каждый модуль только определяет выходную мощность самого модуля и регулирует, после того, как выходная мощность разбивается на активную мощность и реактивную мощность, напряжение на выходе и частоту модуля согласно определенному алгоритму для выполнения перераспределения тока, но результат перераспределения тока неудовлетворительный, а маломощная параллельная нагрузка генерирует больший круговой ток.

Режим подачи питания параллельной подачи питания при наличии соединительных линий характеризуется тем, что различные модули вывода соединены параллельно, различные модули обмениваются информацией при помощи соединительных линий для определения средней мощности или выходного тока системы, и различные модули собирают и отслеживают совместно используемый исходный сигнал для выполнения параллельного управления. Данный способ может значительно улучшить результат перераспределения тока и увеличить надежность и запас мощности системы питания собственных нужд моторвагонной секции поезда. Однако из-за большего числа параллельных линий и нестабильного сигнала передачи на большое расстояние в существующей параллельной системе подачи питания при наличии соединительных линий легко возникают ошибки управления и отказ параллельного соединения. В сравнении с фотоэлектрической системой, соединенной с электросетью, и ветроэнергетической интегрирующей системой, параллельная система управления микросетью имеет больший круговой ток при параллельной нагрузке малой мощности.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Настоящее изобретение разработано с целью предложения системы параллельного управления электропитанием для преобразователей собственных нужд моторвагонной секции поезда при наличии соединительных линий, которая является простой по структуре, стабильной в передаче сигнала и способной обеспечивать стабильную и надежную подачу питания при использовании меньшего количества соединительных линий.

Техническое решение настоящего изобретения, как указано ниже: система параллельного управления электропитанием для преобразователей собственных нужд моторвагонной секции поезда при наличии соединительных линий включает множество трехфазных инверторных модулей. Множество трехфазных инверторных модулей параллельно соединены друг с другом. Любая двухфазная цепь трехфазного инверторного модуля отдельно параллельно соединена с соответствующей двухфазной цепью трехфазного инверторного модуля, смежного с указанным трехфазным инверторным модулем, при помощи модуля соединительной линии. Модуль соединительной линии подключен к системе управления. Каждый из трехфазных инверторных модулей также подключен к системе управления. Все трехфазные линии трехфазных инверторных модулей оснащены прерывателями. Модуль соединительной линии содержит трансформатора тока, который параллельно соединен с двумя концами определенной фазной цепи, причем трансформатор тока параллельно соединен с резистором, на котором падает напряжение, и последовательно соединен с датчиком тока, при этом любые два смежных модуля соединительной линии параллельно соединены; и трансформатор тока подключен к системе управления.

Способ управления системой параллельного управления электропитанием для преобразователей собственных нужд моторвагонной секции поезда при наличии соединительных линий включает следующие этапы:

(1) трансформатор тока заканчивает регулировку тока фазной цепи трехфазного инверторного модуля и регулирует большой ток в малый ток, сигнал которого легче использовать в системе управления;

(2) датчик тока регистрирует ток трехфазного инверторного модуля, включая фазу и амплитуду тока , и посылает результат регистрации системе управления, и

(3) система управления собирает зарегистрированные значения тока и сравнивает фазы и амплитуды значения тока одной фазной цепи любых двух смежных трехфазных инверторных модулей, если фазы и амплитуды тока двух смежных трехфазных инверторных модулей являются неравными, система управления вычисляет разность фаз и амплитуд и управляет двумя инверторными модулями для автоматического перераспределения тока согласно результату вычисления до тех пор, пока фазы и амплитуды тока двух смежных трехфазных инверторных модулей не станут равными, и система управления выполняет эту же операцию, как указано выше, на двух параллельных фазных цепях двух смежных трехфазных инверторных модулей.

Предпочтительно, что система управления автоматически контролирует каждый из трехфазных инверторных модулей и управляет при помощи прерывателя, когда один из трехфазных инверторных модулей выходит из строя, отключением инвертора от системы подачи электропитания.

Настоящее изобретение имеет следующие преимущественные эффекты.

(1) В настоящем изобретении используется меньшее количество соединительных линий, и любые две фазы трехфазных инверторных модулей отдельно параллельно соединены, таким образом достигается стабильная подача питания при помощи уравнивания токов любых двух фаз трехфазных цепей, и значительно улучшается надежность системы.

(2) Настоящее изобретение внедряет параллельную работу трехфазных инверторных модулей, когда один трехфазный инверторный модуль выходит из строя, например вследствие перенапряжения, перегрузки по току, короткого замыкания или подобного, это может быть эффективно распознано и могут приниматься соответствующие меры, вышедший из строя модуль выходит из параллельной системы, а резервный модуль все еще может нормально подавать питание, таким образом обеспечивая безопасную, надежную и безотказную работу сети преобразователя собственных нужд моторвагонной секции поезда, и увеличивая эксплуатационную надежность системы.

(3) Топологическая структура разветвленной системы, соединенной с электросетью, может универсально увеличивать или уменьшать количество модулей загрузки согласно полной грузоподъемности транспортной единицы, все одиночные агрегаты модуля, соединенного с сетью, идентичны, и взаимозаменяемость модуля усовершенствована.

(4) Система управления настоящего изобретения использует сигнал тока цепи, имеющий более высокую помехозащищенность, что является преимуществом для стабильности системы управления. Мгновенное значение некомпенсированного тока отслеживается, регулирующая скорость некомпенсированного тока увеличивается, степень стабильности преобразователя собственных нужд, соединенного с сетью, увеличивается, и таким образом решается проблема того, что нагрузка малой мощности микросети имеет больший параллельный круговой ток.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ

На фиг. 1 изображена принципиальная структурная схема настоящего изобретения.

На фиг. 2 изображена осциллограмма напряжения на выходе фазы U перед параллельным соединением трехфазного инверторного модуля 1 с трехфазным инверторным модулем 2 в настоящем изобретении.

На фиг. 3 изображена форма кривой тока на выходе фазы U перед параллельным соединением трехфазного инверторного модуля 1 с трехфазным инверторным модулем 2 в настоящем изобретении.

На фиг. 4 изображены формы кривых напряжения и тока на выходе фазы U после параллельного соединения трехфазного инверторного модуля 1 с трехфазным инверторным модулем 2 в настоящем изобретении.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Вариант осуществления изобретения 1

Как показано на фиг. 1

Система параллельного управления электропитанием для преобразователей собственных нужд моторвагонной секции поезда при наличии соединительных линий содержит множество трехфазных инверторных модулей, каждый из трехфазных инверторных модулей содержит инвертор, трансформатор и индуктивно-емкостный фильтр, соединенные последовательно; множество трехфазных инверторных модулей параллельно соединены друг с другом, и множество трехфазных инверторных модулей соответственно подключены к системе управления, цепь фазы U трехфазного инверторного модуля параллельно соединена с цепью фазы U другого трехфазного инверторного модуля, смежного с упомянутым выше трехфазным инверторным модулем, как и цепь фазы V трехфазного инверторного модуля и фазная цепь другого трехфазного инверторного модуля. Аналогично, все множество трехфазных инверторных модулей системы параллельной подачи питания имеют такую же структуру.

Фазная цепь соединена с другой фазной цепью при помощи модуля соединительной линии. Модуль соединительной линии содержит трансформатор тока 1, который подключен к системе управления. Трансформатор тока 1 выполняет роль трансформации напряжения и изменяет большой ток фазной цепи на малый ток. Трансформатор тока 1 параллельно соединен с двумя концами определенной фазной цепи, при этом трансформатор тока 1 параллельно соединен с резистором 2, на котором падает напряжение, и последовательно соединен с датчиком тока 3, а любые два смежных модуля соединительной линии соединены параллельно. Трехфазная линия любого из трехфазных инверторных модулей оснащена прерывателем.

Способ управления системой параллельного управления электропитанием для преобразователей собственных нужд моторвагонной секции поезда при наличии соединительных линий включает следующие этапы:

(1) трансформатор тока заканчивает регулировку тока фазной цепи трехфазного инверторного модуля и регулирует большой ток в малый ток, сигнал которого легче использовать в системе управления;

(2) датчик тока регистрирует ток трехфазного инверторного модуля, включая фазу и амплитуду тока, и посылает результат регистрации системе управления, и

(3) система управления собирает зарегистрированные значения тока и сравнивает фазы и амплитуды значения тока одной фазной цепи любых двух смежных трехфазных инверторных модулей, если фазы и амплитуды тока двух смежных трехфазных инверторных модулей являются неравными, система управления вычисляет разность фаз и амплитуд и управляет двумя инверторными модулями для автоматического перераспределения тока согласно результату вычисления до тех пор, пока фазы и амплитуды тока двух смежных инверторных модулей не станут равными, и система управления выполняет эту же операцию, как указано выше, на двух параллельных фазных цепях двух смежных инверторных модулей.

Система управления автоматически контролирует каждый из трехфазных инверторных модулей и управляет при помощи прерывателя, когда определенный трехфазный инверторный модуль выходит из строя, отключением инвертора от системы подачи электропитания.

Когда система работает, большой ток фазной цепи меняется на малый ток при помощи трансформатора тока. Датчик тока на модуле соединительной линии регистрирует неуравновешенный ток по направлению фазы и значению амплитуды в цепи. Две независимые системы управления с обратной связью соответственно организованы при помощи параллельной структуры на цепи фазы U и параллельной структуры на цепи фазы V. Если ток цепи фазы U двух смежных трехфазных инверторных модулей является неуравновешенным, система управления управляет двумя цепями фаз U, чтобы отрегулировать ток для осуществления перераспределения тока двухфазной цепи. Подобным образом перераспределение тока осуществляется таким путем между фазами U и V любых двух смежных трехфазных инверторных модулей. Третья фаза будет автоматически осуществлять перераспределение тока, если перераспределение тока осуществляется в любых двух фазах трехфазного инверторного модуля, и наконец, осуществляется то, что различные трехфазные инверторные модули всей системы подачи питания стабильно подают питание на всю систему моторвагонной секции поезда.

Приняв трехфазный инверторный модуль 1 и трехфазный инверторный модуль 2 в качестве примеров, фиг. 2-4 соответственно представляют сравнение формы сигнала между напряжением фазы U и током фазы U двух трехфазных инверторных модулей. Как показано на фиг. 2, перед параллельным соединением трехфазного инверторного модуля 1 с трехфазным инверторным модулем 2 существует определенная разность фаз и разность амплитуд между напряжением 4 фазы U трехфазного инверторного модуля 1 и напряжением 5 фазы U трехфазного инверторного модуля 2. Как показано на фиг. 3, перед параллельным соединением трехфазного инверторного модуля 1 с трехфазным инверторным модулем 2 существует определенная разность фаз и разность амплитуд между током 6 фазы U трехфазного инверторного модуля 1 и током фазы U трехфазного инверторного модуля 2. Как показано на фиг. 4, после параллельного соединения трехфазного инверторного модуля 1 с трехфазным инверторным модулем 2 диаграмма напряжения 9 фазы U и диаграмма тока 8 фазы U цепи двух инверторных модулей совпадают, а именно не существует разности фаз и разности амплитуд, а система управления обладает высокой эффективностью перераспределения тока.

Вариант осуществления изобретения 2

В отличие от варианта осуществления изобретения 1 в варианте осуществления изобретения 2 цепь фазы U трехфазного инверторного модуля параллельно соединена с цепью фазы U другого трехфазного инверторного модуля, смежного с упомянутым выше трехфазным инвертором, как и цепь фазы W трехфазного инверторного модуля и фазная цепь другого трехфазного инверторного модуля. Аналогично, все множество трехфазных инверторных модулей системы параллельной подачи питания имеют такую же структуру. И принцип действия такой же.

Вариант осуществления изобретения 3

В отличие от варианта осуществления изобретения 1 и варианта осуществления изобретения 2 в варианте осуществления изобретения 3 цепь фазы V трехфазного инверторного модуля параллельно соединена с цепью фазы V другого трехфазного инверторного модуля, смежного с упомянутым выше трехфазным инвертором, как и цепь фазы W трехфазного инверторного модуля и фазная цепь другого трехфазного инверторного модуля. Аналогично, все множество трехфазных инверторных модулей системы параллельной подачи питания имеют такую же структуру. И принцип действия такой же.

Использование – в области электротехники. Система параллельного управления электропитанием для преобразователей собственных нужд моторвагонной секции поезда при наличии соединительных линий состоит из множества трехфазных инверторных модулей, параллельно соединенных друг с другом. Любая двухфазная цепь трехфазного инверторного модуля отдельно параллельно соединена с соответствующей двухфазной цепью трехфазного инверторного модуля, смежного с указанным трехфазным инверторным модулем, при помощи модуля соединительной линии. Модуль соединительной линии подключен к системе управления. Трехфазные инверторные модули также подключены к системе управления. Все трехфазные линии трехфазных инверторных модулей оснащены прерывателями. Используется меньше соединительных линий, и любые две фазы трехфазных инверторных модулей отдельно параллельно соединены, благодаря чему достигается технический результат, заключающийся в стабильной подаче питания при помощи уравнивания токов любых двух фаз трехфазных цепей и, следовательно, повышении надежности системы. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Система параллельного управления электропитанием для преобразователей собственных нужд моторвагонной секции поезда при наличии соединительных линий, содержащая множество трехфазных инверторных модулей, параллельно соединенных друг с другом, при этом любая двухфазная цепь трехфазного инверторного модуля отдельно параллельно соединена с соответствующей двухфазной цепью трехфазного инверторного модуля, смежного с указанным трехфазным инверторным модулем, при помощи модуля соединительной линии, при этом модуль соединительной линии подключен к системе управления, причем каждый из трехфазных инверторных модулей также подключен к системе управления, при этом все трехфазные линии каждого из трехфазных инверторных модулей оснащены прерывателями; и

модуль соединительной линии содержит трансформатор тока, который параллельно соединен с двумя концами определенной фазной цепи, причем трансформатор тока параллельно соединен с резистором, на котором падает напряжение, и последовательно соединен с датчиком тока, при этом любые два смежных модуля соединительной линии соединены параллельно; и трансформатор тока подключен к системе управления.

2. Способ управления системой параллельного управления электропитанием для преобразователей собственных нужд моторвагонной секции поезда при наличии соединительных линий по п.1, отличающийся тем, что включает следующие этапы:

(1) трансформатор тока заканчивает регулировку тока фазной цепи трехфазного инверторного модуля и регулирует большой ток в малый ток, сигнал которого легче использовать в системе управления;

(2) датчик тока регистрирует ток трехфазного инверторного модуля, включая фазу и амплитуду тока, и посылает результат регистрации системе управления, и

(3) система управления собирает зарегистрированные значения тока и сравнивает фазы и амплитуды значения тока одной фазной цепи любых двух смежных трехфазных инверторных модулей, если фазы и амплитуды тока двух смежных трехфазных инверторных модулей являются неравными, система управления вычисляет разность фаз и амплитуд и управляет двумя инверторными модулями для автоматического перераспределения тока согласно результату вычисления до тех пор, пока фазы и амплитуды тока двух смежных трехфазных инверторных модулей не станут равными, и система управления выполняет эту же операцию, как указано выше, на двух параллельных фазных цепях двух смежных трехфазных инверторных модулей.

3. Способ управления системой параллельного управления электропитанием для преобразователей собственных нужд моторвагонной секции поезда при наличии соединительных линий по п.2, отличающийся тем, что система управления автоматически контролирует каждый из трехфазных инверторных модулей и управляет при помощи прерывателя, когда определенный трехфазный инверторный модуль выходит из строя, отключением инвертора от системы подачи электропитания.