CN105128704A - 一种智能化自动过分相系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种智能化自动过分相系统，该系统包括：与分相区内的接触网相连的柔性自动过分相装置；设置于钢轨上的第一位置传感器、第二位置传感器和第三位置传感器；所述第一位置传感器对应于所述分相区的前端位置；设置于所述柔性自动过分相装置上的控制器；设置于第一列车上的第一通信装置；设置于第二列车上的第二通信装置。该系统实现降低柔性自动过分相装置中变流器的容量。

Description

一种智能化自动过分相系统

技术领域

本发明涉及牵引供电系统的技术领域，特别是涉及一种智能化自动过分相系统。

背景技术

目前，交流牵引供电系统中，由于列车车辆单相负载的特点，为了尽可能保证电力线路三相平衡，通常采用牵引网电压相序轮换的技术，因此在不同供电臂两端的牵引网电压相位和幅值通常存在一定的差异，由此不同供电臂之间设置了一段无电的中性段，确保电气耐压间距足够，但这导致了电分相的存在。然而电分相的存在导致了一系列的问题：带电闯分相可导致牵引网烧损；增加列车乘务员的劳动强度；降低列车高压电器的可靠性和寿命；降低列车的舒适度和运行速度；影响线路的运输能力等等。

电分相的存在对干线铁路运输带来了困难，因此有众多研究人员对此进行探讨，也给出了许多的技术方案，可分为地面自动过分相技术、车载自动过分相技术、柔性自动过分相技术这三大类。

柔性自动过分相装置原理示意图如图1所示。通过列车位置检测，轨道上会设置有三个位置传感器，当列车达到位置传感器2时，启动柔性自动过分相装置1，利用变流器VSC_A和变压器T_A得到的输出电压的幅值和相位与A相供电臂完全相同，也就是说中性段电压与A相电压完全一致，因此列车可以带电直接通过电分相MD_A进入中性段；当列车到达位置传感器3时，利用变流器VSC_B和电压器T_B得到的输出电压的幅值和相位逐步向B供电臂转移，最终当列车过分相时，中性段电压与供电臂B已完全一致，从而列车带电直接通过电分相MD_B进入B供电臂；当列车到达位置传感器4时，两个变流器停止工作，中性段恢复到无电状态，由此列车不断电从A供电臂达到B供电臂的自动过分相。

柔性自动过分相装置对车网都友好无碍，列车经过分相区间所需的列车功率均由两个变流器提供，因此在不考虑变流器损耗的情况下，该功率由两个变流器等额提供，而且考虑到复线上下行的需求，系统中两个变流器的容量等同于该线路上运行的最大功率列车的2倍，特别是双线中上下行列车完全有可能同时到达分相区间，变流器就必须能同时满足两辆最大功率运行的车辆过分相，这样导致变流器的容量需求很大，需要大容量的变流器。

发明内容

本发明的目的是提供一种智能化自动过分相系统，以实现降低柔性自动过分相装置中变流器的容量。

为解决上述技术问题，本发明提供一种智能化自动过分相系统，包括：

与分相区内的接触网相连的柔性自动过分相装置；

设置于钢轨上的第一位置传感器、第二位置传感器和第三位置传感器；所述第一位置传感器对应于所述分相区的前端位置；

设置于所述柔性自动过分相装置上的控制器；

设置于第一列车上的第一通信装置；

设置于第二列车上的第二通信装置；

所述第一位置传感器，用于当检测到所述第一列车通过所述分相区的前端时，产生位置感应指令并发送至所述控制器；

所述控制器，用于接收所述位置感应指令，与所述第一通信装置进行无线通信，获取所述第一列车的列车信息，并与所述第二通信装置进行无线通信获取所述第二列车的列车信息；对所述第一列车的列车信息和所述第二列车的列车信息进行分析，产生第一时刻调整指令发送至所述第一列车，产生第二时刻调整指令发送至所述第二列车，使所述第一列车通过所述分相区的后端位置的时刻点小于所述第二列车通过所述分区所电分相区间的前端位置的时刻点。

优选的，所述第一列车的列车信息包括列车的时刻表，所述第二列车的列车信息包括所述第二列车的时刻表。

优选的，所述无线通信包括微波通信或者电力线通信。

优选的，所述控制器包括：

接收单元，用于接收所述位置感应指令；

通信单元，用于与所述第一通信装置进行无线通信，获取所述第一列车的列车信息，并与所述第二通信装置进行无线通信获取所述第二列车的列车信息；

分析单元，用于对所述第一列车的列车信息和所述第二列车的列车信息进行分析；

时刻调节单元，用于若所述第一列车通过所述分相区的后端位置的时刻点大于所述第二列车通过所述分区所电分相区间的前端位置的时刻点，产生第一时刻调整指令发送至所述第一列车，调节所述第一列车通过所述分相区的后端位置的时刻点，并产生第二时刻调整指令发送至所述第二列车，调节所述第二列车通过所述分区所电分相区间的前端位置的时刻点，使所述第一列车通过所述分相区的后端位置的时刻点小于所述第二列车通过所述分区所电分相区间的前端位置的时刻点。

优选的，所述柔性自动过分相装置包括：第一变流器、第二变流器、第一变压器、第二变压器和电容。

优选的，所述第一变流器和所述第二变流器采用输入端级联拓扑、输出端级联拓扑或者变压器隔离多重化拓扑。

优选的，所述柔性自动过分相装置还包括超级电容储能元件，用于为所述柔性自动过分相装置提供电能。

优选的，所述超级电容储能元件包括超级电容EDLC或者锂电池。

本发明所提供的一种智能化自动过分相系统，该系统包括：与分相区内的接触网相连的柔性自动过分相装置；设置于钢轨上的第一位置传感器、第二位置传感器和第三位置传感器；所述第一位置传感器对应于所述分相区的前端位置；设置于所述柔性自动过分相装置上的控制器；设置于第一列车上的第一通信装置；设置于第二列车上的第二通信装置。当检测到所述第一列车通过所述分相区的前端时，所述传感器产生位置感应指令并发送至所述控制器，所述控制器接收所述位置感应指令，与所述第一通信装置进行无线通信，获取所述第一列车的列车信息，并与所述第二通信装置进行无线通信获取所述第二列车的列车信息；对所述第一列车的列车信息和所述第二列车的列车信息进行分析，产生第一时刻调整指令发送至所述第一列车，产生第二时刻调整指令发送至所述第二列车，使所述第一列车通过所述分相区的后端位置的时刻点小于所述第二列车通过所述分区所电分相区间的前端位置的时刻点。

可见，通过控制器与列车上的通信装置进行信息交互，调节两个列车通过过分区的时刻，使第一列车通过分相区的后端位置的时刻点小于第二列车通过分区所电分相区间的前端位置的时刻点，即第一列车通过了分相区时，第二列车还没开始通过分相区，两辆列车没有同时位于分相区内，这样通过调度错开上下行列车即第一列车和第二列车经过同一分相区的时刻点，确保任何时间段内均只有一辆列车经过，避免出现双线中上下行列车完全有可能同时到达分相区间的情况，从而自动过分相装置中的变流器容量不需要同时满足两辆列车过分相，实际所需的变流器的容量减少。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为柔性自动过分相装置的原理示意图；

图2为电气化铁路牵引供电系统示意图；

图3为本发明提供的智能化自动过分相系统的结构示意图。

具体实施方式

本发明的核心是提供一种智能化自动过分相系统，以实现降低柔性自动过分相装置中变流器的容量。

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

电气化铁路中给电力机车或电动车组等牵引负载供电的系统称为牵引供电系统，如下图2所示。牵引变电所内的牵引变压器将三相交流电网的110kV/220kV电压转换为接触网上两个单相交流27.5kV电压，各自负责一个路段牵引负载的供电任务，这两个供电段就称为供电臂，如下图中的α1、β1，或者α2、β2，这两个供电段之间构成电分相两个牵引变压器之间的电分相为分区所电分相。由于两个单相电压的相位不同，因此两个供电臂之间采用绝缘段进行电气隔离，存在一个无电区。该绝缘段及无电区就叫牵引供电系统的电分相环节，电力机车经过电分相时就叫过分相，必须采取相应的应对措施。

两个变电所之间通常设置分区所，在某个变电所故障时，可通过开关切换实现扩大供电范围的应急双边供电模式切换。在正常状态下分区所两端并不连接，也就是说存在电分相，两个变电所直接设置的分区所即为分相区。

本发明提供一种智能化自动过分相系统，所述系统请参考图3，图3为本发明提供的智能化自动过分相系统的结构示意图，该系统包括：

与分相区内的接触网相连的柔性自动过分相装置11；

设置于钢轨上的第一位置传感器12、第二位置传感器13和第三位置传感器14；第一位置传感器12对应于分相区的前端位置；

设置于柔性自动过分相装置上的控制器15；

设置于第一列车上的第一通信装置16；

设置于第二列车上的第二通信装置17；

其中，第一位置传感器，用于当检测到第一列车通过分相区的前端时，产生位置感应指令并发送至所述控制器；

控制器，用于接收位置感应指令，与第一通信装置进行无线通信，获取第一列车的列车信息，并与第二通信装置进行无线通信获取第二列车的列车信息；对第一列车的列车信息和第二列车的列车信息进行分析，产生第一时刻调整指令发送至第一列车，产生第二时刻调整指令发送至第二列车，使第一列车通过分相区的后端位置的时刻点小于第二列车通过分区所电分相区间的前端位置的时刻点。

其中，柔性自动过分相装置11包括：第一变流器23、第二变流器24、第一变压器21、第二变压器22和电容25。所述第一变流器和所述第二变流器采用输入端级联拓扑、输出端级联拓扑或者变压器隔离多重化拓扑。第一变压器21与第一变流器23相连，第二变压器24与第二变流器24相连，电容25与第一变流器23和第二变流器24均相连。

具体的，第一列车的列车信息包括列车的时刻表，第二列车的列车信息包括所述第二列车的时刻表。所述无线通信包括微波通信或者电力线通信。控制器设置在所述柔性自动过分相装置中的两个变流器中的一个变流器上，可以设置在两个变流器中任意一个变流器中，图中是设置在第一变流器23上，当然控制器也可以设置在第二变流器24上。第一列车位于第二列列车的前方，第一列车在第二列车前方行驶。

第三个传感器均能与柔性自动过分相装置中的变流器进行无线通信。第一位置传感器检测是否当前是否有列车通过分相区前端，当检测到第一列车通过分相区的前端时，第一位置传感器产生位置感应指令，与控制进行无线通信，将位置感应指令并发送至控制器。

可选的，控制器包括：

接收单元，用于接收位置感应指令；

通信单元，用于与第一通信装置进行无线通信，获取第一列车的列车信息，并与第二通信装置进行无线通信获取第二列车的列车信息；

分析单元，用于对第一列车的列车信息和第二列车的列车信息进行分析；

时刻调节单元，用于若第一列车通过分相区的后端位置的时刻点大于第二列车通过分区所电分相区间的前端位置的时刻点，产生第一时刻调整指令发送至第一列车，调节第一列车通过分相区的后端位置的时刻点，并产生第二时刻调整指令发送至第二列车，调节第二列车通过分区所电分相区间的前端位置的时刻点，使第一列车通过所述分相区的后端位置的时刻点小于第二列车通过所述分区所电分相区间的前端位置的时刻点。

具体的，该系统新增了与该线路上行驶的列车之间的信息交互通道，该通讯可以是微波通讯、电力线通讯等各种方式，包括列车电压、电流、功率、速度、位置等信息。通过信息交互，可以合理调度列车通过分相区中性段的时刻点。由于过分相所需时间仅为1分钟以内，这一调度可以简单实现而没有其他不良影响，但这对过分相装置而言影响较大。通过调度错开上下行列车经过同一分相中性段的时刻点，可以确保任何时间段内均最多只有一趟列车经过，从而可以将变流器系统中变压器、输出变流器INV的容量均设计为最大功率列车的同等容量，降低变流器的容量，降低变流器成本。

本发明所提供的一种智能化自动过分相系统，该系统包括：与分相区内的接触网相连的柔性自动过分相装置；设置于钢轨上的第一位置传感器、第二位置传感器和第三位置传感器；第一位置传感器对应于分相区的前端位置；设置于柔性自动过分相装置上的控制器；设置于第一列车上的第一通信装置；设置于第二列车上的第二通信装置。当检测到所述第一列车通过所述分相区的前端时，传感器产生位置感应指令并发送至所述控制器，控制器接收所述位置感应指令，与第一通信装置进行无线通信，获取第一列车的列车信息，并与第二通信装置进行无线通信获取第二列车的列车信息；对第一列车的列车信息和第二列车的列车信息进行分析，产生第一时刻调整指令发送至第一列车，产生第二时刻调整指令发送至第二列车，使第一列车通过分相区的后端位置的时刻点小于第二列车通过分区所电分相区间的前端位置的时刻点。

可见，通过控制器与列车上的通信装置进行信息交互，调节两个列车通过过分区的时刻，使第一列车通过分相区的后端位置的时刻点小于第二列车通过分区所电分相区间的前端位置的时刻点，即第一列车通过了分相区时，第二列车还没开始通过分相区，两辆列车没有同时位于分相区内，这样通过调度错开上下行列车即第一列车和第二列车经过同一分相区的时刻点，确保任何时间段内均只有一辆列车经过，避免出现双线中上下行列车完全有可能同时到达分相区间的情况，从而自动过分相装置中的变流器容量不需要同时满足两辆列车过分相，实际所需的变流器的容量减少。

可选的，如图3，柔性自动过分相装置11还包括超级电容储能元件18，用于为所述柔性自动过分相装置提供电能。

其中，所述超级电容储能元件包括超级电容EDLC或者锂电池。

具体的，中性段功率也就是列车功率，全部由输出变流器INV提供。变流器采用了超级电容储能元件，也可采用电池、飞轮等其他储能介质，在没有列车过分相的空闲等待时间已充满电能，当列车到达分相区时，系统可由第一变流器23和超级电容EDLC同时提供电能。由于超级电容储能元件EDLC能够为柔性自动过分相装置提供电能，因此进一步减少第一变流器的容量，因此第一变流器的容量可减少，具体变流器容量的选择，与中性段长度、最大列车功率、最小列车过分相速度速度、列车牵引曲线等参数密切相关，但考虑到列车实际过分相所需时间在1分钟以内，属于短时冲击性功率，正好与超级电容功率型特性吻合，冲击电容储存的电能可得到有效利用，第一变流器的容量可至少降低50％，所以超级电容储能元件能够降低过分相系统中变流器的容量。同时采用超级电容储能元件能够缓冲变流器对电能性能的冲击要求，对于牵引网而言，牵引网的功率需求更为平稳，降低对变电所供电能力的需求。

上述可选为本发明所提供的又一种智能化自动过分相系统，该系统通过调度错开上下行列车即第一列车和第二列车经过同一分相区的时刻点，确保任何时间段内均只有一辆列车经过，避免出现双线中上下行列车完全有可能同时到达分相区间的情况，从而自动过分相装置中的变流器容量不需要同时满足两辆列车过分相，实际所需的变流器的容量减少。并且在该智能化自动过分相系统中的柔性自动过分相装置中还包括超级电容储能元件，该超级电容储能元件用于为所述柔性自动过分相装置提供电能，在没有列车过分相的空闲等待时间内，柔性自动过分相装置中的超级电容储能元件已充满电能，当列车到达分相区时，系统可由柔性自动过分相装置中的变流器和超级电容储能元件同时提供电能，因此变流器的容量可减少。所以该系统可有效进一步降低过分相系统中变流器的容量，缓冲过分相变流器对电能需求的冲击特性，

以上对本发明所提供的一种智能化自动过分相系统进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (8)

1.一种智能化自动过分相系统，其特征在于，包括：

与分相区内的接触网相连的柔性自动过分相装置；

设置于钢轨上的第一位置传感器、第二位置传感器和第三位置传感器；所述第一位置传感器对应于所述分相区的前端位置；

设置于所述柔性自动过分相装置上的控制器；

设置于第一列车上的第一通信装置；

设置于第二列车上的第二通信装置；

所述第一位置传感器，用于当检测到所述第一列车通过所述分相区的前端时，产生位置感应指令并发送至所述控制器；

所述控制器，用于接收所述位置感应指令，与所述第一通信装置进行无线通信，获取所述第一列车的列车信息，并与所述第二通信装置进行无线通信获取所述第二列车的列车信息；对所述第一列车的列车信息和所述第二列车的列车信息进行分析，产生第一时刻调整指令发送至所述第一列车，产生第二时刻调整指令发送至所述第二列车，使所述第一列车通过所述分相区的后端位置的时刻点小于所述第二列车通过所述分区所电分相区间的前端位置的时刻点。

2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第一列车的列车信息包括列车的时刻表，所述第二列车的列车信息包括所述第二列车的时刻表。

3.如权利要求2所述的系统，其特征在于，所述无线通信包括微波通信或者电力线通信。

4.如权利要求2所述的系统，其特征在于，所述控制器包括：

接收单元，用于接收所述位置感应指令；

通信单元，用于与所述第一通信装置进行无线通信，获取所述第一列车的列车信息，并与所述第二通信装置进行无线通信获取所述第二列车的列车信息；

分析单元，用于对所述第一列车的列车信息和所述第二列车的列车信息进行分析；

时刻调节单元，用于若所述第一列车通过所述分相区的后端位置的时刻点大于所述第二列车通过所述分区所电分相区间的前端位置的时刻点，产生第一时刻调整指令发送至所述第一列车，调节所述第一列车通过所述分相区的后端位置的时刻点，并产生第二时刻调整指令发送至所述第二列车，调节所述第二列车通过所述分区所电分相区间的前端位置的时刻点，使所述第一列车通过所述分相区的后端位置的时刻点小于所述第二列车通过所述分区所电分相区间的前端位置的时刻点。

5.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述柔性自动过分相装置包括：第一变流器、第二变流器、第一变压器、第二变压器和电容。

6.如权利要求5所述的系统，其特征在于，所述第一变流器和所述第二变流器采用输入端级联拓扑、输出端级联拓扑或者变压器隔离多重化拓扑。

7.如权利要求1至6中任意一项所述的系统，其特征在于，所述柔性自动过分相装置还包括超级电容储能元件，用于为所述柔性自动过分相装置提供电能。

8.如权利要求7所述的系统，其特征在于，所述超级电容储能元件包括超级电容EDLC或者锂电池。