СПОСОБ СЕТЕВОГО УПРАВЛЕНИЯ СИНХРОННЫМ ПЛАВНЫМ ЗАПУСКОМ ДЛЯ СОЕДИНЕННЫХ ПАРАЛЛЕЛЬНО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ СОБСТВЕННЫХ НУЖД МОТОРВАГОННОГО ПОДВИЖНОГО СОСТАВА Российский патент 2022 года по МПК H02J3/40 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Настоящее изобретение относится к области техники подключения преобразователей в сеть моторвагонного подвижного состава (EMU) и, в частности, к способу сетевого управления синхронным плавным запуском для подключенных параллельно преобразователей собственных нужд EMU.

ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В настоящее время CRH1/CRH3 EMU, используемый серийно в Китае, и новый разработанный китайский стандарт EMU используют способ дублирования параллельных выходов преобразователей собственных нужд. Требование параллельных выходов преобразователей собственных нужд EMU состоит в выполнении сначала параллельного подключения в сеть и затем обеспечения нагрузки.

1) Нормальный режим сети

Способ подключения в сеть является следующим: один преобразователь собственных нужд наводят и им управляют посредством сети в качестве первого преобразователя собственных нужд, при этом выходной контактор замкнут, и подключают трехфазное питание по шине, а затем другие преобразователи собственных нужд наводятся сетью для соединения в свою очередь с шиной переменного тока. То есть сначала подключают преобразователь собственных нужд, а затем не первые преобразователи собственных нужд соединяют в свою очередь для подключения в сеть.

2) Режим аварийной тяги

С точки зрения надежной работы EMU в новом созданном EMU была предложена необходимость перемещения EMU все еще к ближайшей станции с низким ограничением скорости в случае отказа сети, что является режимом аварийной тяги. В аварийном режиме тяги вследствие отказа сети преобразователи собственных нужд не могут быть наведены для выполнения подключения в сеть согласно порядку. Преобразователям собственных нужд необходимо независимо выполнить процесс автоматического подключения в сеть без наведения сети.

В нормальном режиме после подъема пантографа EMU напряжение изолируется и понижается тяговым трансформатором, а также подается на четырехквадрантный выпрямительный блок тягового преобразователя для работы таким образом, чтобы подавать напряжение постоянного тока на преобразователи собственных нужд. Если преобразователи собственных нужд не смогут выполнить подключение в сеть в течение определенного времени, тяговый преобразователь выйдет из строя вследствие не функционирования блока охлаждения (отсутствует трехфазное питание переменного тока) и перегрева теплоотвода, пантограф будет опущен для отключения главного прерывателя сети, и запустить EMU не получится. Следовательно, полный набор преобразователей собственных нужд должен быстро выполнить параллельное подключение в сеть в течение заданного ограниченного времени (обычно 15 с после подъема пантографа) для подачи питания с целью обеспечения всего поезда трехфазной нагрузкой.

Во время аварийной тяги отсутствует наведение по сети, и весь поезд завершит обеспечение нагрузкой в течение предварительно установленного времени. В это время процесс подключения в сеть преобразователей собственных нужд эквивалентен пуску вслепую. Для быстрого осуществления подключения в сеть в течение ограниченного времени возникнет конкуренция за первый преобразователь собственных нужд, то есть несколько преобразователей собственных нужд соединены вместе с шиной в качестве первого преобразователя собственных нужд. В этом случае вследствие больших отличий в амплитуде выходного напряжения и фазе нескольких преобразователей собственных нужд, которые соединены с шиной в качестве первого преобразователя собственных нужд, несколько преобразователей собственных нужд будут в выпрямленном состоянии, что приведет к перенапряжению вспомогательного конденсатора или превышению величины силы тока выхода. Когда несколько преобразователей собственных нужд сообщают об отказе и отключаются от сети, поскольку нагрузка всего поезда была обеспечена, преобразователи собственных нужд, оставшиеся на шине, также останавливаются вследствие превышения величины силы тока нагрузки из-за малого количества оставшихся преобразователей собственных нужд и ограниченной мощности (повторное подключение к сети неисправных преобразователей собственных нужд займет некоторое время), приводя к невозможности запуска EMU.

В итоге нормальная работа EMU требует обеспечения в преобразователях собственных нужд следующего:

1) возможности быстрого осуществления в нормальном режиме параллельного подключения в сеть выходов;

2) возможности быстрого и автоматического осуществления без наведения сети в режиме аварийной тяги параллельного подключения в сеть.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Ввиду вышеуказанного анализа процесса запуска EMU согласно настоящему изобретению предложен способ сетевого управления с синхронным плавным запуском, чтобы параллельные преобразователи собственных нужд EMU сократили время подключения в сеть преобразователей собственных нужд, когда сеть работает нормально, надежно осуществили автоматическое подключение в сеть без сетевого наведения, обеспечили возможность быстрого и надежного осуществления преобразователями собственных нужд параллельного подключения в сеть в течение ограниченного времени при различных рабочих условиях и обеспечили трехфазное питание переменного тока для всего поезда своевременным и надежным образом для обеспечения надежного запуска и работы EMU.

С этой целью согласно настоящему изобретению предусмотрены следующие технические решения.

Предусмотрен способ сетевого управления синхронным плавным запуском для подключенных параллельно преобразователей собственных нужд EMU, включающий:

логику быстрого подключения в сеть: посредством логики быстрого подключения в сеть определяют то, является ли преобразователь собственных нужд первым преобразователем собственных нужд, который подключен в сеть во время плавного запуска; если это так, то происходит выполнение логики подключения в сеть для первого преобразователя собственных нужд, а если это не так, то происходит выполнение логики подключения в сеть для не первых преобразователей собственных нужд; и

способ быстрого отслеживания шины: не первый преобразователь собственных нужд быстро отслеживает амплитуду, фазу и частоту напряжения шины посредством способа быстрого отслеживания шины для быстрого осуществления подключения в сеть.

Предпочтительно логическая схема быстрого подключения в сеть включает следующие конкретные этапы:

ss1: обнаружение того, превышает ли напряжение шины установленный порог напряжения первого преобразователя собственных нужд до замыкания преобразователем собственных нужд выходного контактора; если это не так, то происходит распознавание преобразователя собственных нужд в качестве первого преобразователя собственных нужд и выполнение логики подключения в сеть для первого преобразователя собственных нужд, то есть происходит выполнение этапа ss2; если это так, то происходит распознавание преобразователя собственных нужд в качестве не первого преобразователя собственных нужд и выполнение логики подключения в сеть для не первых преобразователей собственных нужд, то есть происходит выполнение этапа ss3;

ss2: отправку команды для замыкания выходного контактора до обнаружения сигнала обратной связи о замыкании выходного контактора; определение того, больше ли напряжение шины порога напряжения до получения сигнала обратной связи о замыкании выходного контактора; если это так, то происходит переключение на запуск подключения к сети не первого преобразователя собственных нужд и переход на этап ss3; а если это не так, то происходит осуществление запуска подключения к сети первого преобразователя собственных нужд;

ss3: отслеживание не первым преобразователем собственных нужд напряжения шины с определением того, находятся ли отклонения между выходным напряжением не первого преобразователя собственных нужд и напряжением шины по амплитуде, частоте и фазе в пределах установленных диапазонов отклонения до замыкания выходного контактора; если это так, то происходит отправка команды замыкания выходного контактора для замыкания выходного контактора и осуществление запуска подключения к сети не первого преобразователя собственных нужд, а если это не так, то происходит выполнение снова этапа ss3.

Предпочтительно способ установки порога Ud напряжения первого преобразователя собственных нужд является следующим:

согласно:

происходит комбинирование указанных выше формул для нахождения порога Ud напряжения первого преобразователя собственных нужд, при этом Ud получают посредством того, что подвергают значения Ua, Ub, Uc напряжения фазы в реальном времени, полученные посредством измерения, одинаковой трансформации амплитуды 32 для генерирования Ualpha и Ubeta, и затем происходит вычисление Ud, и при этом Ud вычисляют за один цикл переключения.

Предпочтительно порог Ud напряжения первого преобразователя собственных нужд для шины переменного тока с напряжением 380 В составляет 50 В.

Предпочтительно способ быстрого отслеживания шины включает следующие конкретные этапы:

s1: распознавание первого преобразователя собственных нужд и не первого преобразователя собственных нужд согласно логике быстрого подключения в сеть, если это первый преобразователь собственных нужд, происходит выполнение этапа s2, в ином случае происходит выполнение этапа s3;

s2: замыкание выходного контактора с осуществлением амплитудного плавного запуска с обратной связью по напряжению и регулированием напряжения первого преобразователя собственных нужд посредством первого набора пропорционально-интегральных (PI) параметров, когда первый преобразователь собственных нужд подключается к сети; определение того, находится ли выходное напряжение в пределах установленного определенного диапазона после подключения первого преобразователя собственных нужд в сеть, и, если это так, то происходит переключение способа пропорционального-интегрального-дифференциального (PID) управления для регулирования напряжения посредством третьего набора PI-параметров; и

s3: быстрое соединение не первого преобразователя собственных нужд с шиной и быстрое отслеживание амплитуды напряжения шины, без осуществления амплитудного плавного запуска, осуществления управления с обратной связью PI-параметрами и регулировки напряжения не первого преобразователя собственных нужд посредством второго набора PI-параметров, когда не первый преобразователь собственных нужд подключается к сети; определение того, соответствуют ли амплитуда, фаза и частота напряжения шины требованиям соединения сети, и находится ли выходное напряжение в пределах установленного определенного диапазона, если это так, то происходит переключение способа PID-управления для регулирования напряжения посредством третьего набора PI-параметров после подключения не первого преобразователя собственных нужд в сеть.

Предпочтительно способ быстрого отслеживания шины дополнительно включает отслеживание фазы и частоты и использование программно-реализуемого алгоритма фазовой подстройки для быстрого отслеживания фазы и частоты напряжения шины.

Предпочтительно способ сетевого управления синхронным плавным запуском дополнительно включает способ сетевого управления при спаде активной мощности/реактивной мощности (PQ): после подключения преобразователей собственных нужд в сеть, параллельное распределение тока преобразователей собственных нужд во время процесса плавного запуска быстро реализуется посредством способа сетевого управления при PQ-спаде.

Предпочтительно процесс способа сетевого управления при PQ-спаде является следующим:

происходит введение поправочного коэффициента К в коэффициенты спада и вычисление посредством следующей формулы, а именно:

где V является данным целевым значением управления с обратной связью амплитудой тока, V* является значением выходного напряжения обнаружения в реальном времени преобразователя собственных нужд для тока; f является целевой частотой системы, f₀ и V₀ являются входными управляющими переменными системы, а Р и Q являются выходными активными и реактивными компонентами питания, kр и k_Q являются коэффициентами управления спадом, и их значения связаны с конкретными математическими моделями.

Предпочтительно значение поправочного коэффициента K для способа сетевого управления при PQ-спаде связывают с амплитудой выходного напряжения, и минимальным значением V* является 1; когда амплитуда соответствует требованию к напряжению шины, то есть в начале процесса PID, происходит установка значения K как 1.

По сравнению с известным уровнем техники настоящее изобретение имеет следующие преимущества и полезные эффекты.

(1) Согласно установке порога напряжения первого преобразователя собственных нужд и переключению с первого преобразователя собственных нужд на не первый преобразователь собственных нужд в логике быстрого подключения в сеть первый и не первый преобразователи собственных нужд могут быть быстро распознаны для реализации быстрого подключения в сеть, и переключение с первого преобразователя собственных нужд на не первый преобразователь собственных нужд может быть реализовано в крайнем случае, если несколько преобразователей собственных нужд распознают в качестве первого преобразователя собственных нужд, для сведения к минимуму влияния на параллельное подключение в сеть и обеспечения надежного подключения в сеть.

(2) Посредством способа быстрого отслеживания шины может быть реализовано быстрое отслеживание амплитуды напряжения шины до подключения не первого преобразователя собственных нужд в сеть, которое может эффективно обеспечить быстрое подключение не первых преобразователей собственных нужд в сеть.

(3) Посредством способа управления PQ-спадом эффективно решают проблему слабого эффекта распределения тока традиционного управления PQ-спадом в процессе плавного запуска. Вводят поправочный коэффициент К, который значительно улучшает эффект PQ-спада, быстро реализует параллельное распределение тока во время процесса плавного запуска, увеличивает диапазон управления распределением тока для параллельного спада и надежно обеспечивает осуществление быстрого подключения в сеть в процессе плавного запуска.

(4) В нормальном режиме (сеть работает нормально) EMU оно может обеспечивать возможность реализации параллельного соединения преобразователей собственных нужд во время процесса амплитудного плавного запуска, и подключение в сеть может быть осуществлено быстро. По сравнению с общей логикой подключения в сеть время подключения в сеть может быть по меньшей мере сокращено на 50%.

(5) В режиме аварийной тяги (сеть неисправна) EMU оно может обеспечить возможность надежного осуществления преобразователями собственных нужд автоматического подключения в сеть без сетевого наведения.

(6) В режиме аварийной тяги (сеть неисправна) EMU оно может обеспечить возможность быстрого подключения в сеть преобразователей собственных нужд, и параллельное подключение в сеть может быть осуществлено во время процесса амплитудного плавного запуска первого преобразователя собственных нужд, что может значительно сократить время подключения в сеть.

(7) Оно может обеспечить возможность осуществления посредством EMU пусковой нагрузки в течение определенного времени при различных рабочих условиях, что обеспечивает твердую гарантию стабильной и надежной работы EMU.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

На фиг. 1 представлена топологическая схема параллельных преобразователей собственных нужд EMU согласно настоящему изобретению;

на фиг. 2 представлена логика быстрого подключения в сеть согласно настоящему изобретению;

на фиг. 3 представлена логика способа быстрого отслеживания шины согласно настоящему изобретению;

на фиг. 4 представлена временная диаграмма выходного сигнала традиционного способа управления PQ-спадом;

на фиг. 5 представлена временная диаграмма выходного сигнала нового управления PQ-спадом согласно настоящему изобретению;

на фиг. 6 представлена временная диаграмма выходного сигнала общего способа подключения в сеть;

на фиг. 7 представлена временная диаграмма выходного сигнала нового способа подключения в сеть в нормальном режиме сети согласно настоящему изобретению;

на фиг. 8 представлена временная диаграмма выходного сигнала варианта осуществления 2;

на фиг. 9 представлена временная диаграмма выходного сигнала варианта осуществления 3; и

на фиг. 10 представлена временная диаграмма выходного сигнала при крайних условиях варианта осуществления 3.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ НАСТОЯЩЕГО ИЗОБРЕТЕНИЯ

Далее в данном документе настоящее изобретение будет описано подробно посредством иллюстративных реализаций. Однако следует понимать, что без дальнейшего описания элементы, конструкции и признаки одной реализации могут также выгодно комбинироваться в других реализациях.

Со ссылкой на фиг. 1, 2, и 3 согласно настоящему изобретению предложен способ сетевого управления синхронным плавным запуском для подключенных параллельно преобразователей собственных нужд EMU. То есть в параллельной системе преобразователей собственных нужд, когда первый преобразователь собственных нужд соединен с шиной, другие не первые преобразователи собственных нужд осуществляют подключение в сеть и подключены к сети во время процесса плавного запуска первого преобразователя собственных нужд без ожидания установления шиной напряжения шины. Он включает следующие этапы.

(1) Логика быстрого подключения в сеть, посредством которой во время плавного запуска определяют, является ли преобразователь собственных нужд первым преобразователем собственных нужд, который соединен с цепью; если это так, то происходит выполнение логики подключения в сеть для первого преобразователя собственных нужд, а если это не так, то происходит выполнение логики подключения в сеть для не первых преобразователей собственных нужд.

Она, в частности, включает следующие этапы:

ss1: обнаружение того, превышает ли напряжение шины установленный порог напряжения первого преобразователя собственных нужд до замыкания преобразователем собственных нужд выходного контактора; если это не так, то происходит распознавание преобразователя собственных нужд в качестве первого преобразователя собственных нужд и выполнение логики подключения в сеть для первого преобразователя собственных нужд, то есть происходит выполнение этапа ss2; если это так, то происходит распознавание преобразователя собственных нужд в качестве не первого преобразователя собственных нужд и выполнение логики подключения в сеть для не первых преобразователей собственных нужд, то есть происходит выполнение этапа ss3;

ss2: отправку команды для замыкания выходного контактора до обнаружения сигнала обратной связи о замыкании выходного контактора; определение того, больше ли напряжение шины порога напряжения до получения сигнала обратной связи о замыкании выходного контактора; если это так, то происходит переключение на запуск подключения к сети не первого преобразователя собственных нужд и переход на этап ss3; а если это не так, то происходит осуществление запуска подключения к сети первого преобразователя собственных нужд;

ss3: отслеживание не первым преобразователем собственных нужд напряжения шины с определением того, находятся ли отклонения между выходным напряжением не первого преобразователя собственных нужд и напряжением шины по амплитуде, частоте и фазе в пределах установленных диапазонов отклонения до замыкания выходного контактора; если это так, то происходит отправка команды замыкания выходного контактора для замыкания выходного контактора и осуществление запуска подключения к сети не первого преобразователя собственных нужд, а если это не так, то происходит выполнение снова этапа ss3.

В этом варианте осуществления способ установки порога Ud напряжения первого преобразователя собственных нужд является следующим:

согласно:

происходит комбинирование указанных выше формул для нахождения порога Ud напряжения первого преобразователя собственных нужд, при этом Ud получают посредством того, что подвергают значения Ua, Ub, Uc напряжения фазы в реальном времени, полученные посредством измерения, одинаковой трансформации амплитуды 32 для генерирования Ualpha и Ubeta, и затем происходит вычисление Ud, и при этом Ud может быть вычислен за один цикл переключения.

Порог напряжения первого преобразователя собственных нужд необходимо устанавливать приемлемо. Когда порог установлен слишком низко, и в шине присутствуют помехи, преобразователь собственных нужд ошибочно распознает себя в качестве не первого преобразователя собственных нужд, что приведет к отсутствию первого преобразователя собственных нужд на шине и, таким образом, подключение в сеть не получится; когда порог установлен слишком высоко, несколько преобразователей собственных нужд распознают себя в качестве первых преобразователей собственных нужд, то есть несколько преобразователей собственных нужд будут соединены с шиной в качестве первого преобразователя собственных нужд, что вероятно приведет к выходу из строя и отключению от сети преобразователей собственных нужд во время процесса подключения в сеть. Установку порога напряжения первого преобразователя собственных нужд необходимо регулировать и определять в соответствии с фактическими рабочими условиями. Обычно порог Ud устанавливают в виде значения 50 В для шины переменного тока с напряжением 380 В.

(2) Способ быстрого отслеживания шины, посредством которого не первый преобразователь собственных нужд может быстро отслеживать амплитуду, фазу и частоту напряжения шины для быстрого осуществления подключения в сеть. Он, в частности, включает следующие этапы:

s1: распознавание первого преобразователя собственных нужд и не первого преобразователя собственных нужд согласно логике быстрого подключения в сеть, если это первый преобразователь собственных нужд, происходит выполнение этапа s2, в ином случае происходит выполнение этапа s3;

s2: замыкание выходного контактора с осуществлением амплитудного плавного запуска с обратной связью по напряжению и регулированием напряжения первого преобразователя собственных нужд посредством первого набора пропорционально-интегральных (PI) параметров, когда первый преобразователь собственных нужд подключается к сети; определение того, находится ли выходное напряжение в пределах установленного определенного диапазона после соединения первого преобразователя собственных нужд с цепью, и, если это так, то происходит переключение способа пропорционального-интегрального-дифференциального (PID) управления для регулирования напряжения посредством третьего набора PI-параметров; и, если это не так, то исходные PI-параметры остаются неизменными; и

s3: быстрое соединение не первого преобразователя собственных нужд с шиной и быстрое отслеживание амплитуды напряжения шины, без осуществления амплитудного плавного запуска, осуществления управления с обратной связью PI-параметрами и регулировки напряжения не первого преобразователя собственных нужд посредством второго набора PI-параметров, когда не первый преобразователь собственных нужд подключается к сети; определение того, соответствуют ли амплитуда, фаза и частота напряжения шины требованиям подключения в сеть, и находится ли выходное напряжение в пределах установленного определенного диапазона, после подключения не первого преобразователя собственных нужд в сеть, если это так, то происходит переключение способа PID-управления для регулирования напряжения посредством третьего набора PI-параметров; если это не так, то исходные PI-параметры остаются неизменными.

В указанном выше способе быстрого отслеживания шины следует отметить, что первый набор PI-параметров относится к PI-параметрам, которые имеют самую низкую скорость регулирования амплитуды напряжения, и их используют в процессе плавного запуска амплитуды напряжения; второй набор PI-параметров относится к PI-параметрам, которые имеют среднюю скорость регулирования амплитуды напряжения, и их используют для не первого преобразователя собственных нужд для быстрого отслеживания напряжения шины; третий набор PI-параметров относится к PI-параметрам, которые имеют самую высокую скорость регулирования амплитуды напряжения, и их используют для регулирования с обратной связью напряжения после запуска сети. Дополнительно скорость регулирования амплитуды напряжения вышеупомянутых трех наборов PI-параметров является относительной. Для настоящего изобретения, при условии, что три относительные скорости регулирования, низкая, средняя и высокая, могут быть достигнуты, специалисты в данной области техники могут определить конкретные значения PI-параметров согласно выбранному контроллеру PI-параметров.

В этом варианте осуществления используют три набора способов управления PI-параметрами. Первый набор регулирования PI-параметров управления используют для управления напряжением, когда первый преобразователь собственных нужд подключается к сети. В это время напряжение преобразователя собственных нужд изменяется значительно, и напряжение преобразователя собственных нужд изменяется незначительно после его подключения в сеть. Следовательно, необходимо переключить PID-управление для плавного регулирования выходного напряжения посредством третьего набора PI-параметров. Второй набор PI-параметров используют для регулирования управления напряжением, когда не первый преобразователь собственных нужд подключается к сети.

В этом варианте осуществления используют программно-реализуемый алгоритм фазовой подстройки для быстрого отслеживания фазы и частоты напряжения шины.

После подключения преобразователей собственных нужд в сеть управление необходимо дополнительно оптимизировать. Согласно настоящему изобретению обеспечены улучшения на основе традиционного способа управления PQ-спадом и предложен улучшенный способ управления цепью при PQ-спаде.

(3) Способ сетевого управления при PQ-спаде: после соединения преобразователей собственных нужд с цепью посредством способа сетевого управления при PQ-спаде может быть быстро реализовано параллельное распределение тока преобразователей собственных нужд во время процесса плавного запуска. Конкретный способ является следующим.

Поправочный коэффициент К вводят в коэффициенты спада традиционного способа управления PQ-спадом. Традиционный способ управления спадом представляет собой следующее.

Как показано на фиг. 4, СН1 представляет напряжение на одной выходной линии первого преобразователя собственных нужд, СН2 представляет напряжение на той же выходной линии не первого преобразователя собственных нужд, и СНЗ представляет выходной ток не первого преобразователя собственных нужд. Согласно вышеупомянутому традиционному способу управления спадом значение U*I в это время, то есть значение PQ-спада, является очень низким, и сложно достичь управления параллельным распределением тока, что просто приводит к плохому управлению параллельным распределением тока. Если один из преобразователей собственных нужд находится в выпрямленном состоянии и приводит к превышению величины силы тока выхода, или напряжение промежуточной шины является слишком высоким, это наконец приводит к неисправности параллельного подключения. Следовательно, традиционный способ управления PQ-спадом обычно не используют в процессе плавного запуска параллельного подключения.

Вводится поправочный коэффициент.

Указанные выше формулы комбинируют для нахождения целевой частоты f и целевого напряжения V системы, где V является данным целевым значением управления с обратной связью амплитудой тока, V* является значением выходного напряжения обнаружения в реальном времени преобразователя собственных нужд для тока; f является целевой частотой системы, f₀ и V₀ являются входными управляющими переменными частоты и напряжения системы соответственно, а Р и Q являются выходными активными и реактивными компонентами питания соответственно, k_р и k_Q являются коэффициентами управления спадом, и их значения связаны с конкретными математическими моделями.

Как показано на фиг. 5, СН1 представляет напряжение на одной выходной линии первого преобразователя собственных нужд, СН2 представляет напряжение на той же выходной линии не первого преобразователя собственных нужд, и СН3 представляет выходной ток не первого преобразователя собственных нужд. Согласно способу управления PQ-спадом поправочный коэффициент K (K>1) вводят в коэффициенты спада традиционного способа управления PQ-спадом. К является изменяющимся во времени коэффициентом, и он связан с амплитудой выходного напряжения. Чем меньше амплитуда, тем больше значение К. Для параллельного соединения в процессе амплитудного плавного запуска, хотя U и I являются небольшими вследствие введения поправочного коэффициента К, эффект PQ-спада в это время значительно увеличен, и управление параллельным распределением тока может быть быстро реализовано для обеспечения нормального осуществления параллельного подключения в сеть в процессе амплитудного плавного запуска. По мере увеличения амплитуды напряжения U поправочный коэффициент уменьшается одновременно. Учитывая отклонение V*, минимальное значение V* устанавливают как 1. Когда амплитуда соответствует диапазону требования к напряжению шины, она входит в PID, эффект поправочного коэффициента исчезает, и К устанавливается как 1 для восстановления традиционного способа управления PQ-спадом.

В этом варианте осуществления в режиме аварийной тяги несколько преобразователей собственных нужд распознаются в качестве первого преобразователя собственных нужд одновременно. Когда преобразователь собственных нужд отправляет команду замкнуть выходной контактор, если напряжение на шине обнаружено перед завершением действия по замыканию, первый преобразователь собственных нужд немедленно переключается так, чтобы он являлся не первым преобразователем собственных нужд.

1) Нормальный режим сети

Пример для сравнения

Общий способ параллельного подключения в сеть: первый преобразователь собственных нужд выдает и устанавливает напряжение шины, и затем не первые преобразователи собственных нужд подвязываются по фазе и подключаются к сети в виде шины, в свою очередь.

На фиг. 6 показан испытательный сигнал общего способа подключения в сеть в процессе запуска. На этом изображении СН1 представляет напряжение на одной выходной линии первого преобразователя собственных нужд, и СН2 представляет напряжение на той же выходной линии не первого преобразователя собственных нужд. Как показано:

1) запуск преобразователя собственных нужд является процессом плавного запуска с пулеобразной амплитудой, и время запуска составляет 2 с.

2) Подключение не первого преобразователя собственных нужд должно соответствовать условиям подключения: отклонения амплитуды, частоты и фазы напряжения от напряжения шины находятся в пределах установленных диапазонов отклонения. Обычно во время процесса амплитудного плавного запуска подключения не первого преобразователя собственных нужд процесс фазовой подстройки выполняют синхронно, так что минимальное время подключения не первого преобразователя собственных нужд в сеть является временем амплитудного плавного запуска.

3) На крайний случай время, требуемое общим способом подключения в сеть, является по меньшей мере суммой времени установления сети первым преобразователем собственных нужд и времени подключения в сеть других не первых преобразователей собственных нужд, то есть по меньшей мере 2+2=4 с. Во время фактической реализации, вследствие сетевого наведения, посредством которого преобразователи собственных нужд подключены, в свою очередь, к сети, подключение в сеть займет больше времени.

Вариант осуществления 1

Способ сетевого управления синхронного плавного запуска в этом варианте осуществления настоящего изобретения: когда первый преобразователь собственных нужд соединен с шиной, не первые преобразователи собственных нужд осуществляют подключение в сеть во время процесса амплитудного плавного запуска первого преобразователя собственных нужд.

(1) Во время плавного запуска запуск первого преобразователя собственных нужд и запуск не первого преобразователя собственных нужд распознаются логикой быстрого подключения в сеть;

(2) посредством способа быстрого отслеживания шины не первый преобразователь собственных нужд отслеживает амплитуду, фазу и частоту напряжения шины; и

(3) после подключения в сеть посредством способа управления PQ-спадом реализуют параллельное распределение тока во время процесса плавного запуска преобразователей собственных нужд.

На фиг. 7 показан испытательный сигнал способа сетевого управления синхронного запуска в процессе запуска в этом варианте осуществления. На этом изображении СН1 представляет напряжение на одной выходной линии первого преобразователя собственных нужд, СН2 представляет напряжение на той же выходной линии не первого преобразователя собственных нужд, и СНЗ представляет параллельный выходной ток не первого преобразователя собственных нужд. Как показано:

1) СН3 указывает, что присутствует параллельный зарядный ток на отметке 305 мс, то есть параллельное подключение в сеть не первого преобразователя собственных нужд осуществляется, когда первый преобразователь собственных нужд запускается на отметке приблизительно 305 мс, и процесс параллельного подключения в сеть осуществляется во время процесса амплитудного плавного запуска.

2) Следовательно, на крайний случай время, требуемое способом подключения в сеть в этом варианте осуществления, является по меньшей мере временем для установления напряжения шины первым преобразователем собственных нужд, то есть 2 с, что экономит время на 50% по сравнению с обычным способом подключения в сеть.

2) Режим аварийной тяги

Вариант осуществления 2

Условие 1: В режиме аварийной тяги первый преобразователь собственных нужд и не первый преобразователь собственных нужд соединяются параллельно в процессе плавного запуска.

1) В процессе плавного запуска не первый преобразователь собственных нужд выполняет отслеживание напряжения шины посредством логики быстрого подключения в сеть;

2) посредством способа быстрого отслеживания шины осуществляется быстрое отслеживание амплитуды, фазы и частоты напряжения шины; и

(3) после подключения в сеть посредством способа управления PQ-спадом реализуют параллельное распределение тока во время процесса плавного запуска.

Как показано на фиг.8, СН1 представляет напряжение на одной выходной линии первого преобразователя собственных нужд, СН2 представляет напряжение на той же выходной линии не первого преобразователя собственных нужд, и СН3 представляет выходной ток не первого преобразователя собственных нужд. В условии 1 способ подключения в сеть в этом варианте осуществления может обеспечить осуществление подключения в сеть в процессе плавного запуска. Время, требуемое для подключения в сеть в условии 1, является временем плавного запуска первого преобразователя собственных нужд, при этом не требуется дополнительное время подключения в сеть.

Вариант осуществления 3

Условие 2: В режиме аварийной тяги несколько преобразователей собственных нужд распознаются в качестве первого преобразователя собственных нужд.

1) Относительно запаздывающий преобразователь собственных нужд быстро переключается, чтобы быть не первым преобразователем собственных нужд, когда первый преобразователь собственных нужд замкнут на шину посредством логики быстрого подключения в сеть;

2) посредством способа быстрого отслеживания шины значения не первого преобразователя собственных нужд приближаются к значениям амплитуды, частоты и фазы напряжения шины в наибольшей степени до появления механической задержки контактора; и

(3) после подключения в сеть посредством способа сетевого управления при PQ-спаде реализуют параллельное распределение тока во время процесса плавного запуска.

Как показано на фиг.9, СН1 представляет напряжение на одной выходной линии первого преобразователя собственных нужд, СН2 представляет напряжение на той же выходной линии не первого преобразователя собственных нужд, и СН3 представляет выходной ток не первого преобразователя собственных нужд. Когда оба преобразователя собственных нужд распознаны в качестве первого преобразователя собственных нужд вследствие механической задержки, составляющей приблизительно 40 мс, при действии выходного контактора, если напряжение на шине обнаружено после отправки преобразователем собственных нужд команды замкнуть выходной контактор и перед завершением действия по замыканию, их немедленно переключают, чтобы они были не первым преобразователем собственных нужд. В этом случае вместо прерывания действия выходного контактора амплитуду, фазу и частоту напряжения быстро регулируют во время оставшейся механической задержки для отслеживания шины, чтобы уменьшить отличия в амплитуде, фазе и частоте от напряжения шины в момент подключения в сеть для уменьшения воздействия тока, вызванного подключением в сеть, и чтобы обеспечить надежное осуществление подключения в сеть.

В крайнем условии, как показано на фиг. 10, СН1 представляет напряжение на одной выходной линии первого преобразователя собственных нужд, СН2 представляет напряжение на той же выходной линии не первого преобразователя собственных нужд, и СН3 представляет выходной ток не первого преобразователя собственных нужд. Отличие во времени запуска между первым преобразователем собственных нужд и не первым преобразователем собственных нужд близко к 0 с. В этом случае из-за приемлемой установки порога напряжения первого преобразователя собственных нужд и вследствие механической задержки, составляющей приблизительно 40 мс, при действии выходного контактора, амплитуда напряжения преобразователя собственных нужд не будет слишком высокой при подключении в сеть. Наконец, посредством способа сетевого управления при PQ-спаде циркулирующий ток, вызванный большими отличиями в амплитуде и фазе напряжения, может быть быстро подавлен, может быть реализовано управление распределением тока, и может быть обеспечено осуществление подключения в сеть. В условии 2 посредством способа подключения в сеть в этом варианте осуществления время подключения в сеть является временем плавного запуска первого преобразователя собственных нужд, при этом не требуется дополнительное время подключения в сеть.

Вариант осуществления 4

Условие 3: В режиме аварийной тяги первый преобразователь собственных нужд устанавливает напряжение шины, и затем не первые преобразователи собственных нужд соединяются с шиной.

Возникновение этого условия может быть вызвано предварительным генерированием промежуточного напряжения первого тягового преобразователя. В этом случае способ сетевого управления в этом варианте осуществления и обычный способ сетевого управления имеют одинаковое время подключения в сеть, которое является таким же, как и описанное в варианте осуществления 1.

Указанные выше описания являются только предпочтительными вариантами осуществления настоящего изобретения и не предназначены для ограничения настоящего изобретения в других формах. Специалист в данной области техники может вносить изменения или модификации в вышеупомянутое техническое содержание для создания эквивалентных вариантов осуществления, которые затем применяют в других областях. Однако любые простые модификации, эквивалентные изменения и модификации относительно указанных выше вариантов осуществления в соответствии с технической сущностью настоящего изобретения, без отступления от технических решений настоящего изобретения, должны находиться в пределах объема правовой охраны технических решений настоящего изобретения.

Использование: в области электротехники. Технический результат – обеспечение быстрого, надежного и автоматического подключения в сеть преобразователей собственных нужд в режиме аварийной тяги моторвагонного поезда и сокращение времени запуска в различных рабочих условиях. Согласно способу, когда первый преобразователь собственных нужд соединен с шиной, не первые преобразователи собственных нужд синхронно осуществляют подключение в сеть во время первого процесса амплитудного плавного запуска. Согласно изобретению осуществляют: логику быстрого подключения в сеть, логику быстрого отслеживания шины и способ управления PQ-спадом. Логика быстрого подключения в сеть включает распознавание первого и не первого преобразователей собственных нужд; логика быстрого отслеживания шины включает отслеживание фазы и частоты, а также отслеживание амплитуды. Способ управления PQ-спадом включает введение поправочного коэффициента K. 7 з.п. ф-лы, 10 ил.

1. Способ сетевого управления синхронным плавным запуском для соединенных параллельно преобразователей собственных нужд EMU, отличающийся тем, что включает:

логику быстрого подключения в сеть: посредством логики быстрого подключения в сеть определяют то, является ли преобразователь собственных нужд первым преобразователем собственных нужд, который соединен с сетью во время плавного запуска; если это так, то происходит выполнение логики подключения в сеть для первого преобразователя собственных нужд, а если это не так, то происходит выполнение логики быстрого подключения в сеть для не первых преобразователей собственных нужд; и

способ быстрого отслеживания шины: не первый преобразователь собственных нужд быстро отслеживает амплитуду, фазу и частоту напряжения шины посредством способа быстрого отслеживания шины для быстрого осуществления подключения в сеть;

при этом логика быстрого подключения в сеть включает следующие конкретные этапы:

ss1: обнаружение того, превышает ли напряжение шины установленный порог напряжения первого преобразователя собственных нужд до замыкания преобразователем собственных нужд выходного контактора; если это не так, то происходит распознавание преобразователя собственных нужд в качестве первого преобразователя собственных нужд и выполнение логики подключения в сеть для первого преобразователя собственных нужд, то есть происходит выполнение этапа ss2; если это так, то происходит распознавание преобразователя собственных нужд в качестве не первого преобразователя собственных нужд и выполнение логики подключения в сеть для не первых преобразователей собственных нужд, то есть происходит выполнение этапа ss3;

ss2: отправку команды для замыкания выходного контактора до обнаружения сигнала обратной связи о замыкании выходного контактора; определение того, больше ли напряжение шины порога напряжения до получения сигнала обратной связи о замыкании выходного контактора; если это так, то происходит переключение на запуск подключения в сеть не первого преобразователя собственных нужд и переход на этап ss3; а если это не так, то происходит осуществление запуска подключения в сеть первого преобразователя собственных нужд;

ss3: отслеживание не первым преобразователем собственных нужд напряжения шины с определением того, находятся ли отклонения между выходным напряжением не первого преобразователя собственных нужд и напряжением шины по амплитуде, частоте и фазе в пределах установленных диапазонов отклонения до замыкания выходного контактора; если это так, то происходит отправка команды замыкания выходного контактора для замыкания выходного контактора и осуществление запуска подключения в сеть не первого преобразователя собственных нужд, а если это не так, то происходит выполнение снова этапа ss3.

2. Способ сетевого управления синхронным плавным запуском по п. 1, отличающийся тем, что способ установки порога Ud напряжения первого преобразователя собственных нужд является следующим:

согласно:

происходит комбинирование указанных выше формул для нахождения порога Ud напряжения первого преобразователя собственных нужд, при этом Ud получают посредством того, что подвергают значения Ua, Ub, Uc напряжения фазы в реальном времени, полученные посредством измерения, одинаковой трансформации амплитуды 32 для генерирования Ualpha и Ubeta, и затем происходит вычисление Ud, и при этом Ud вычисляют за один цикл переключения.

3. Способ сетевого управления синхронным плавным запуском по п. 2, отличающийся тем, что порог Ud напряжения первого преобразователя собственных нужд для шины переменного тока с напряжением 380 В составляет 50 В.

4. Способ сетевого управления синхронным плавным запуском по п. 1, отличающийся тем, что способ быстрого отслеживания шины включает следующие конкретные этапы:

s1: распознавание первого преобразователя собственных нужд и не первого преобразователя собственных нужд согласно логике быстрого подключения в сеть, если это первый преобразователь собственных нужд, происходит выполнение этапа s2, в ином случае происходит выполнение этапа s3;

s2: замыкание выходного контактора с осуществлением амплитудного плавного запуска с обратной связью по напряжению и регулированием напряжения первого преобразователя собственных нужд посредством первого набора пропорционально-интегральных (PI) параметров, когда первый преобразователь собственных нужд подключается в сеть; определение того, находится ли выходное напряжение в пределах установленного определенного диапазона после подключения первого преобразователя собственных нужд в сеть, и, если это так, то происходит переключение способа пропорционального-интегрального-дифференциального (PID) управления для регулирования напряжения посредством третьего набора PI-параметров; и

s3: быстрое соединение не первого преобразователя собственных нужд с шиной и быстрое отслеживание амплитуды напряжения шины, без осуществления амплитудного плавного запуска, осуществления управления с обратной связью PI-параметрами и регулировки напряжения не первого преобразователя собственных нужд посредством второго набора PI-параметров, когда не первый преобразователь собственных нужд подключается в сеть; определение того, соответствуют ли амплитуда, фаза и частота напряжения шины требованиям подключения в сеть, и находится ли выходное напряжение в пределах установленного определенного диапазона, если это так, то происходит переключение способа PID-управления для регулирования напряжения посредством третьего набора PI-параметров после подключения не первого преобразователя собственных нужд в сеть.

5. Способ сетевого управления синхронным плавным запуском по п. 4, отличающийся тем, что способ быстрого отслеживания шины дополнительно включает отслеживание фазы и частоты и использование программно-реализуемого алгоритма фазовой подстройки для быстрого отслеживания фазы и частоты напряжения шины.

6. Способ сетевого управления синхронным плавным запуском по п. 1, отличающийся тем, что дополнительно включает способ сетевого управления при PQ-спаде: после подключения преобразователей собственных нужд в сеть параллельное распределение тока преобразователей собственных нужд во время процесса плавного запуска быстро реализуется посредством способа сетевого управления при PQ-спаде.

7. Способ сетевого управления синхронным плавным запуском по п. 6, отличающийся тем, что процесс способа сетевого управления при PQ-спаде является следующим:

происходит введение поправочного коэффициента К в коэффициенты спада и вычисление посредством следующей формулы, а именно:

где V является данным целевым значением управления с обратной связью амплитудой тока, V* является значением выходного напряжения обнаружения в реальном времени преобразователя собственных нужд для тока; f является целевой частотой системы, f₀ и V₀ являются входными управляющими переменными системы, а Р и Q являются выходными активными и реактивными компонентами питания, k_р и k_Q являются коэффициентами управления спадом, и их значения связаны с конкретными математическими моделями.

8. Способ сетевого управления синхронным плавным запуском по п. 7, отличающийся тем, что значение поправочного коэффициента K для способа сетевого управления при PQ-спаде связывают с амплитудой выходного напряжения, и минимальное значение V* составляет 1; когда амплитуда соответствует требованию к напряжению шины, то есть в начале процесса PID, устанавливают значение K как 1.