一种车网电气匹配安全防护系统的制作方法

1.本发明属于电气化控制技术领域，具体涉及一种车网电气匹配安全防护系统。


背景技术：

2.在电气化铁路中，牵引供电系统与电力机车、动车之间存在着紧密的电气耦合。当车网电气耦合匹配不良时，会在机车、动车、牵引网中引发下列主要问题：第一，过电压，会造成电气设备绝缘损坏、牵引供电中断等。第二，励磁涌流，会造成变压器电气及机械损坏、继电保护误动等，第三，和应涌流，会造成变压器之间相互影响而损坏、继电保护误动等；第四，谐波，会造成电气设备工作异常、损耗增大、通信干扰等。第五，谐振，会造成电气设备短路或爆炸、变流器封锁无法启动、牵引供电馈线保护跳闸等。车网系统中存在的这些问题，危及铁路牵引供电系统安全，严重影响了铁路部门的正常运营,给旅客出行及货物运输造成严重制约。因此，有必要提出一种有效的解决方案。


技术实现要素：

3.本发明的目的是提供一种车网电气匹配安全防护系统，保证车网耦合系统形成良好的电气匹配关系，提高牵引供电系统的供电质量。
4.本发明所采用的技术方案是，一种车网电气匹配安全防护系统，包括车载设备、地面设备和云端设备，车载设备包括车载控制器和相控分合真空断路器，车载控制器和相控分合真空断路器电性连接；地面设备包括地面控制器和储能型有源滤波器，地面控制器与储能型有源滤波器电性连接；云端设备包括计算服务器和存储服务器，计算服务器和存储服务器电性连接。
5.本发明的特点还在于，
6.车载控制器由电源单元、控制单元、通信单元、反馈单元、监测单元、采集单元组成；车载控制器的输入信号有：网侧电压互感器到电源单元、涌流传感器到反馈单元、二次侧电压互感器到采集单元、相控分合真空断路器的反馈信号到监测单元；车载控制器的输出信号有：电源单元到相控分合真空断路器；车载控制器的通信单元通过无线通信与云端设备进行数据交互，通信单元通过以太网和rs485与其他设备进行数据交互。
7.地面控制器由电源单元、控制单元、通信单元、反馈单元、监测单元、驱动单元组成；地面控制器的输入信号有：2个网侧电压互感器到电源单元、2个馈线电流互感器和2个电流互感器到反馈单元、2个地面断路器的反馈信号到监测单元；地面控制器的输出信号有：电源单元到2个地面断路器、驱动单元到2个控制储能型有源滤波器和1个储能单元；地面控制器的通信单元通过以太网与云端设备进行数据交互，通过rs485与其他设备进行数据交互。
8.计算服务器实现系统人工智能算法功能，存储服务器实现实时数据库存储功能。
9.本发明的有益效果是：本发明通过车载设备、地面设备和云端设备的自主控制和协同控制，实现车网系统的安全防护功能，抑制过电压、励磁涌流、和应涌流、谐波、谐振等
电磁暂态冲击，保证车网耦合系统形成良好的电气匹配关系，提高牵引供电系统的供电质量，实现铁路牵引供电干净线，确保铁路运输体系安全、稳定运行。
附图说明
10.图1是本发明一种车网电气匹配安全防护系统的结构示意图；
11.图2是本发明一种车网电气匹配安全防护系统的设备与功能关系图；
12.图3是本发明一种车网电气匹配安全防护系统中车载设备及电路连接示意图；
13.图4是本发明一种车网电气匹配安全防护系统中车载断路器相控功能时序图；
14.图5是本发明一种车网电气匹配安全防护系统中地面设备及电路连接示意图。
15.图中，1.车载设备，11.车载控制器，12.相控分合真空断路器，2.地面设备，21.地面控制器，22.储能型有源滤波器，3.云端设备，31.计算服务器，32.存储服务器。
具体实施方式
16.下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
17.本发明一种车网电气匹配安全防护系统，如图1所示，包括车载设备1、地面设备2和云端设备3，车载设备1包括车载控制器11和相控分合真空断路器12，车载控制器11和相控分合真空断路器12电性连接，车载控制器11运用相控分合技术，控制相控分合真空断路器12，选择合适的相位角进行断路器的分合闸操作，可以实现g2抑制励磁涌流的功能；配合过电压吸收单元，可以实现g1抑制过电压的功能。
18.如图3所示，车载控制器11由电源单元、控制单元、通信单元、反馈单元、监测单元、采集单元组成。电力机车的主电路通过受电弓从接触网取电，主电路中接有网侧电压互感器、车载断路器(相控分合真空断路器)12、涌流传感器、车载变压器、二次侧电压互感器。车载控制器11的输入信号有：网侧电压互感器到电源单元、涌流传感器到反馈单元、二次侧电压互感器到采集单元、车载断路器(相控分合真空断路器)12的反馈信号到监测单元；车载控制器11的输出信号有：电源单元到车载断路器(相控分合真空断路器)12；车载控制器11的通信单元通过无线通信与云端设备3进行数据交互，通信单元通过以太网和rs485与电力机车其他设备进行数据交互。
19.如图4所示，以一次合闸操作为例，说明选择合适的相位角的方法。当车载控制器11接到合闸输入指令时，这个时间点是随机的，车载控制器11根据接触网电压第一次过零点时间，加上最佳相位角时间，计算出相控时间，发出合闸输出指令。同时，要考虑相控分合真空断路器12的实际合闸动作时刻，加上一个修正时间。修正时间与相控分合真空断路器12本身的特性及温度环境等因素有关，需要用机器学习算法不断迭代优化。
20.地面设备2包括地面控制器21和储能型有源滤波器22，地面控制器21与储能型有源滤波器22电性连接，地面控制器21实时检测牵引网的谐波，经过分析运算，控制储能型有源滤波器22产生与谐波大小相等、相位相反的补偿波注入牵引网进行动态跟踪补偿，可以实现g4抑制谐波的功能。储能型有源滤波器22中的储能单元采用钛酸锂电池，配合电容器工作，可以增强滤波器的独立性，改善滤波效果。
21.如图5所示，地面控制器21由电源单元、控制单元、通信单元、反馈单元、监测单元、驱动单元组成。主电路的一端从变电所牵引变压器的a相馈线取电，另一端从变电所牵引变
压器的b相馈线取电。两端主电路中分别接有馈线电流互感器、网侧电压互感器、地面断路器、电流互感器、地面变压器、控制储能型有源滤波器22，储能单元接在两端主电路的2个控制储能型有源滤波器22中间。地面控制器21的输入信号有：2个网侧电压互感器到电源单元、2个馈线电流互感器和2个电流互感器到反馈单元、2个地面断路器的反馈信号到监测单元；地面控制器21的输出信号有：电源单元到2个地面断路器、驱动单元到2个控制储能型有源滤波器22和1个储能单元；地面控制器21的通信单元通过以太网与云端设备3进行数据交互，通过rs485与地面其他设备进行数据交互。
22.云端设备3包括计算服务器31和存储服务器32，计算服务器31和存储服务器32电性连接；计算服务器31实现系统人工智能算法功能，存储服务器32实现实时数据库存储功能。同时云端设备3还可以对系统中主要设备完成实时控制、远程监测、故障报警、智能运维等功能。
23.云端设备3由4台通用型高性能服务器组成，2台为计算服务器31，另2台为存储服务器32，互为冗余，数据存储在磁盘阵列中。每台服务器均运行linux系统，利用虚拟化技术给服务器部署容器化集群管理引擎，实现分布式存储、分布式计算，使云平台满足高可用性、高扩展性要求。车载数据通过无线通信网传送至云平台地面接收设备，地面数据通过光纤以太网传送至云平台地面接收设备，经过防火墙设备隔离后，到达云端设备3。
24.云端设备3的云平台应用软件还能完成远程监测、故障报警、智能运维等功能。其中主要功能列举如下：
25.(1)车网匹配全景。通过大屏直观显示本系统所监视的铁路线路全线车网电气匹配安全防护情况。
26.(2)匹配不良定位。利用系统的网络通信功能，可以远程定位车网电气不匹配发生在铁路线路的具体位置，以便对车网电气不匹配情况进行快速处理。
27.(3)防护效果查询。可以查询系统的安全防护效果，并以图表和表格的形式显示，效果数据可以提供图表文档导出。
28.(4)车网匹配报表。可以按照小时、天、月统计系统的车网电气匹配情况，并进行同比、占比分析，匹配数据可以提供图表文档导出。
29.(5)设备状态监测。实时采集系统车载设备和地面设备的工作状态数据，提高设备管理效率，及时发现设备的异常情况，实现智能运维，保证整个系统的正常运行。
30.本发明通过车载设备1、地面设备2、云端设备3的自主控制和协同控制，实现车网系统的安全防护功能，抑制过电压、励磁涌流、和应涌流、谐波、谐振等电磁暂态冲击，保证车网耦合系统形成良好的电气匹配关系，提高牵引供电系统的供电质量，实现铁路牵引供电干净线，确保铁路运输体系安全、稳定运行。