一种轨交牵引双向变流智能装备多模块并联运行的均衡系统的制作方法

1.本发明涉及轨交牵引双向变流智能装备均衡系统领域，具体而言，涉及一种轨交牵引双向变流智能装备多模块并联运行的均衡系统。


背景技术：

2.城市轨道交通相对于其它交通方式而言，具有安全、舒适、快速、运量大和节能环保等特点，已逐渐成为世界各国解决日益严重的城市交通问题的首选，但是伴随路网规模的扩大和客运量的剧增,城市轨道交通能源消耗总量也大幅增长，城市轨道交通使用的过程中的过程中存在在需要进行改进的技术。
3.首先就是现有的城市轨道交通牵引供电仍普遍采用二极管整流器，由于其能量只能单向传输，输出特性不可控，导致列车制动产生的多余再生制动能量不得不用电阻消耗掉，不仅造成能量的巨大浪费，同时还会带来隧道温度升高、环控系统负担加重及相应的能源消耗等问题，因此我们对此做出改进，提出一种轨交牵引双向变流智能装备多模块并联运行的均衡系统，。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于：针对目前存在的背景技术提出的问题。
5.为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：一种轨交牵引双向变流智能装备多模块并联运行的均衡系统，以改善上述问题，本技术具体是这样的：包括一种轨交牵引双向变流智能装备多模块并联运行的均衡系统，包括轨交牵引双向变流模块、主动干预控制监测预警模块，其特征在于，所述轨交牵引双向变流模块与所述主动干预控制监测预警模块电路连接，所述轨交牵引双向变流模块与所述主动干预控制监测预警模块电路连接并联到双向变流运行均衡模块中，所述轨交牵引双向变流模块包括主从控制单元、稳压控制单元、均流控制单元、双向变流器电路单元，所述主从控制单元与所述稳压控制单元电路连接，所述稳压控制单元设置有 pwm 整流器，所述 pwm 整流器与系统直流网电路连接，所述均流控制单元桥臂并联均流控制及环流单元，所述环流单元的计算公式为id=udc/ldδt,其中udc为直流母线电压，ld为差模电感量，δt为两开关动作最大差异时，所述双向变流器电路单元由三相pwm 逆变器和1 个交流电感l，电网电压ea 和交流电感 l控制ua相位。
6.作为本技术优选的技术方案，所述主动干预控制监测预警模块中igbt电压和电流、电容纹波电压、系统直流母线电压和交流电压参数实时监测，人工智能主动干预算法在外部系统和装置本身发生异常发生变化时，通过双向变流装置控制算法的实时调整，当系统阻抗和负荷特性发生改变时，通过人工智能故障自学习算法对电网系统故障自学习及自适应算法调整。
7.作为本技术优选的技术方案，所述人工智能故障自学习算法建立人工智能诊断神经网络模型，所述人工智能诊断神经网络模型为“三层前向神经网络模型”，所述“三层前向
神经网络模型”包括三层结构，输入层、隐含层以及输出层，学习算法为误差反向传播算法。
8.作为本技术优选的技术方案，所述在输入层中系统中存在的各类故障信息进行整合、搜集，完成输入，所述中间层中把输入层获取的故障信息通过处理器处理，进行反馈，所述输出层获取解决故障的方法进行输出。
9.作为本技术优选的技术方案，所述人工智能故障自学习函数包括 s 函数、pureiln 函数、随机函数rands(x)，所述 s 函数通过对数函数进行数据求导，所述 purelin 函数对于网络的初始权值以及阈值通过函数加以表述，所述随机函数 rands(x)确立函数之后，基于神经网络中对样本获取误差曲线。
10.作为本技术优选的技术方案，还包括轨交牵引双向变流分层控制模块，所述轨交牵引双向变流分层控制模块包括数字化分层控制单元，顶层控制单元，底层控制单元，通过数字化分层控制单元对直流母线电压稳定，电流内环控制单元输入电流波形正弦化和功率因数近似为1，直流母线上的剩余能量回馈到高压电网。
11.作为本技术优选的技术方案，还包括pwm整流模块采用功率单元均流控制igbt有源钳调节igbt过压，igbt 短路保护器调节igbt过流，igbt门级特性自适应调节器在igbt 开关过程中对 di/d t、du/dt 调节， igbt短时冲击电流硬保护器对双向变流器短路电流整流器件过载保护。
12.作为本技术优选的技术方案，所述pwm整流模块内设anpc三电平拓扑结构电路，所述anpc三电平拓扑结构电路包括高频开关电路适时器，并设置igbt电感，磁性元件与轨道交通供电系统双向变流器磁性连接。
13.作为本技术优选的技术方案，所述轨道交通供电系统双向变流器是基于 pwm 脉宽调制通过双向变流器件和双向导通开通了 igbt 的整流和逆变，通过 pwm 脉宽调制控制所述双向变流器能量。
14.作为本技术优选的技术方案，所述双向变流器能量的传输方向为由交流侧至直流侧，双向变流器将直流侧的能量返送至交流侧能量的双向传输。
15.与现有技术相比，本发明的有益效果：在本技术的方案中：1.通过设置的双向变流运行均衡模块保证直流母线电压的稳定、纹波小；通过稳压控制单元保证输入电流波形正弦化和功率因数近似为 1，减小对电网的谐波污染和无功消耗；列车再生制动时双向变流器电路单元工作于逆变工况，可以将聚积到直流母线上的剩余能量回馈到高压电网，并可对功率因数进行综合性配置，不仅能向高压电网回馈有功功率，而且可以在电网需要时为电网提供无功支撑；2.通过轨交牵引双向变流分层控制模块运行过程中可准确辨识短时可恢复故障，且在故障及恢复过程中，保证系统不脱网，可提高轨道交通系统的供电运行可靠性；3.通过人工智能故障自学习算法，实现分析和预测各主要元件的寿命并提前报警；当某些元器件性能衰减时，通过人工智能控制和自学习算法，通过改变控制参数和驱动的 pwm，使装置依旧能稳定运行；当系统阻抗和负荷特性发生改变时，通过人工智能控制和自学习算法，实时调节控制参数，使装置性能最优。
16.附图说明：图1为本技术提供的轨交牵引双向变流智能装备多模块并联运行的均衡系统的流
程图；图中标示：1、轨交牵引双向变流模块；2、主动干预控制监测预警模块；3、双向变流运行均衡模块；301、主从控制单元；302、稳压控制单元；303、均流控制单元；304、双向变流器电路单元；4、人工智能故障自学习算法；5、三层前向神经网络模型；501、输入层；502、隐含层；503、输出层；6、人工智能故障自学习函数；601、 s 函数；602、pureiln 函数；603、随机函数rands(x)；7、轨交牵引双向变流分层控制模块；8、pwm整流模块；9、轨道交通供电系统双向变流器。
17.具体实施方式1为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。
18.因此，以下对本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的部分实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。
19.需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征和技术方案可以相互组合。
20.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
21.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，这类术语仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
22.如图1，本实施方式提出一种轨交牵引双向变流智能装备多模块并联运行的均衡系统，包括轨交牵引双向变流模块1、主动干预控制监测预警模块2，其特征在于，轨交牵引双向变流模块1与主动干预控制监测预警模块2电路连接，轨交牵引双向变流模块1与主动干预控制监测预警模块2电路连接并联到双向变流运行均衡模块3中，轨交牵引双向变流模块1包括主从控制单元301、稳压控制单元302、均流控制单元303、双向变流器电路单元304，主从控制单元301与稳压控制单元302电路连接，稳压控制单元302设置有 pwm 整流器， pwm 整流器与系统直流网电路连接，均流控制单元303桥臂并联均流控制及环流单元，环流单元的计算公式为id=udc/ldδt,其中udc为直流母线电压，ld为差模电感量，δt为两开关动作最大差异时，双向变流器电路单元304由三相pwm 逆变器和1 个交流电感l，电网电压ea 和交流电感 l控制ua相位，通过主从控制单元301站内采用主从控制，在站内实现设备间无环流的同时，保证站内双向能量变流器实现功率均衡的输出、通过稳压控制单元302单台 pwm 整流器具有直流侧电压可控的特点，在设备可输出的最大功率范围内可以维持直流母线电压的恒定。站间设备需具备无环流及输出功率均衡控制，系统直流网压设置调整范围<3%、均流控制单元303、双向变流器电路单元304。
23.作为优选的实施方式，在上述方式的基础上，进一步的，主动干预控制监测预警模块2中igbt电压和电流、电容纹波电压、系统直流母线电压和交流电压参数实时监测，人工智能主动干预算法在外部系统和装置本身发生异常发生变化时，通过双向变流装置控制算法的实时调整，当系统阻抗和负荷特性发生改变时，通过人工智能故障自学习算法4对电网系统故障自学习及自适应算法调整。
24.具体实施方式2包括轨交牵引双向变流模块1、主动干预控制监测预警模块2，其特征在于，轨交牵引双向变流模块1与主动干预控制监测预警模块2电路连接，轨交牵引双向变流模块1与主动干预控制监测预警模块2电路连接并联到双向变流运行均衡模块3中，并通过人工智能故障自学习算法4建立人工智能诊断神经网络模型，人工智能诊断神经网络模型为“三层前向神经网络模型5”，“三层前向神经网络模型5”包括三层结构，输入层501、隐含层502以及输出层503，学习算法为误差反向传播算法，在输入层501中系统中存在的各类故障信息进行整合、搜集，完成输入，中间层中把输入层501获取的故障信息通过处理器处理，进行反馈，输出层503获取解决故障的方法进行输出，人工智能故障自学习函数6包括 s 函数601、pureiln 函数602、随机函数rands(x)603， s 函数601通过对数函数进行数据求导， purelin 函数对于网络的初始权值以及阈值通过函数加以表述，随机函数 rands(x)确立函数之后，基于神经网络中对样本获取误差曲线，通过人工智能控制和自学习算法，实时调节控制参数，使装置性能最优。
25.具体实施方式3轨交牵引双向变流模块1与主动干预控制监测预警模块2电路连接，轨交牵引双向变流模块1与主动干预控制监测预警模块2电路连接并联到双向变流运行均衡模块3中，还包括轨交牵引双向变流分层控制模块7，轨交牵引双向变流分层控制模块7包括数字化分层控制单元，顶层控制单元，底层控制单元，通过数字化分层控制单元对直流母线电压稳定，电流内环控制单元输入电流波形正弦化和功率因数近似为1，直流母线上的剩余能量回馈到高压电网，还包括pwm整流模块8采用功率单元均流控制igbt有源钳调节igbt过压，igbt 短路保护器调节igbt过流，igbt门级特性自适应调节器在igbt 开关过程中对 di/d t、du/dt 调节， igbt短时冲击电流硬保护器对双向变流器短路电流整流器件过载保护，pwm整流模块8内设anpc三电平拓扑结构电路，anpc三电平拓扑结构电路包括高频开关电路适时器，并设置igbt电感，磁性元件与轨道交通供电系统双向变流器9磁性连接进行对提高轨道交通系统的供电运行可靠性，可以将聚积到直流母线上的剩余能量回馈到高压电网。
26.作为优选的实施方式，在上述方式的基础上，进一步的，轨道交通供电系统双向变流器9是基于 pwm 脉宽调制通过双向变流器件和双向导通开通了 igbt 的整流和逆变，通过 pwm 脉宽调制控制双向变流器能量可减小对电网的谐波污染和无功消耗。
27.作为优选的实施方式，在上述方式的基础上，进一步的，双向变流器能量的传输方向为由交流侧至直流侧，双向变流器将直流侧的能量返送至交流侧能量的双向传输可有效对功率因数进行综合性配置。
28.工作原理：本发明在使用的过程中，首先轨交牵引双向变流模块1与主动干预控制监测预警模块2电路连接，轨交牵引双向变流模块1与主动干预控制监测预警模块2电路连接并联到双向变流运行均衡模块3中，轨交牵引双向变流模块1包括主从控制单元301、稳压
控制单元302、均流控制单元303、双向变流器电路单元304，主从控制单元301与稳压控制单元302电路连接，稳压控制单元302设置有 pwm 整流器， pwm 整流器与系统直流网电路连接，均流控制单元303桥臂并联均流控制及环流单元，环流单元的计算公式为id=udc/ldδt，双向变流器电路单元304由三相pwm 逆变器和1 个交流电感l，电网电压ea 和交流电感 l控制ua相位，主动干预控制监测预警模块2中igbt电压和电流、电容纹波电压、系统直流母线电压和交流电压参数实时监测，人工智能主动干预算法在外部系统和装置本身发生异常发生变化时，通过双向变流装置控制算法的实时调整，当系统阻抗和负荷特性发生改变时，通过人工智能故障自学习算法4对电网系统故障自学习及自适应算法调整，人工智能故障自学习算法4建立人工智能诊断神经网络模型，人工智能诊断神经网络模型为“三层前向神经网络模型5”，“三层前向神经网络模型5”包括三层结构，输入层501、隐含层502以及输出层503，学习算法为误差反向传播算法，在输入层501中系统中存在的各类故障信息进行整合、搜集，完成输入，中间层中把输入层501获取的故障信息通过处理器处理，进行反馈，输出层503获取解决故障的方法进行输出，s 函数601通过对数函数进行数据求导， purelin 函数对于网络的初始权值以及阈值通过函数加以表述，随机函数 rands(x)确立函数之后，基于神经网络中对样本获取误差曲线，轨交牵引双向变流分层控制模块7包括数字化分层控制单元，顶层控制单元，底层控制单元，通过数字化分层控制单元对直流母线电压稳定，电流内环控制单元输入电流波形正弦化和功率因数近似为1，直流母线上的剩余能量回馈到高压电网，pwm整流模块8采用功率单元均流控制igbt有源钳调节igbt过压，igbt 短路保护器调节igbt过流，igbt门级特性自适应调节器在igbt 开关过程中对 di/d t、du/dt 调节， igbt短时冲击电流硬保护器对双向变流器短路电流整流器件过载保护，pwm整流模块8内设anpc三电平拓扑结构电路，anpc三电平拓扑结构电路包括高频开关电路适时器，并设置igbt电感，磁性元件与轨道交通供电系统双向变流器9磁性连接，轨道交通供电系统双向变流器9是基于 pwm 脉宽调制通过双向变流器件和双向导通开通了 igbt 的整流和逆变，通过 pwm 脉宽调制控制双向变流器能量，双向变流器能量的传输方向为由交流侧至直流侧，双向变流器将直流侧的能量返送至交流侧能量的双向传输。
29.以上实施例仅用以说明本发明而并非限制本发明所描述的技术方案，尽管本说明书参照上述的各个实施例对本发明已进行了详细的说明，但本发明不局限于上述具体实施方式，因此任何对本发明进行修改或等同替换；而一切不脱离发明的精神和范围的技术方案及其改进，其均涵盖在本发明的权利要求范围当中。