列车供电控制系统的制作方法

1.本技术涉及列车供电系统，尤其涉及一种列车供电控制系统。


背景技术：

2.辅助逆变器作为地铁等列车的关键组成，将直流架线电压逆变为ac380v交流电源电压，为空调、充电机、制动空压机等车载设备提供工作电源，维持着列车许多重要功能的实现，其系统的可靠性不仅直接影响整车的可用性，也关系到乘客的乘坐舒适性。
3.常用的地铁辅助供电方式主要包含交叉供电和并网供电。交叉供电采用双母线结构，其中每根母线为列车的部分设备供电，当一台辅助逆变器(atatic auxiliary inverter，简称siv)故障时，其对应的设备，比如空调、照明等，将不能正常运行。并网供电作为一项新兴技术，近几年在长编组多辅助逆变器的车辆上逐渐得到应用，与交叉供电相比，这种供电方式当单台siv故障时，依然有其他siv给列车用电设备供电。
4.但上述供电方案，都不能有效地解决母线故障的问题，故一旦母线发生故障，供电信号无法传输，仍导致列车无法正常运营。


技术实现要素：

5.本技术提供一种列车供电控制系统，用以解决母线故障导致列车无法供电的问题。
6.一方面，本技术提供一种列车供电控制系统，包括：多个逆变器、所述多个逆变器对应的母线以及所述多个母线对应的第一控制开关；其中，
7.所述多个逆变器均连接至通信总线，所述通信总线连接至中央控制单元；所述逆变器，用于将接收的原始供电信号进行逆变处理后输出；
8.所述逆变器的输出端连接至对应的母线，所述母线连接至用电设备和对应的第一控制开关的一端；第一控制开关的另一端共同连接至共同节点，所述第一控制开关的控制端连接至所述逆变器。
9.在一种实施例中，所述系统还包括：所述多个逆变器对应的第二控制开关；
10.所述第二控制开关的一端连接对应的逆变器的输出端，所述第二控制开关的另一端连接所述逆变器对应的母线，所述第二控制开关的控制端连接至所述中央控制单元。
11.在一种实施例中，所述多个逆变器包括多个第一逆变器和多个第二逆变器；所述用电设备包括第一用电设备和第二用电设备；
12.其中，所述第一用电设备连接至所述多个第一逆变器对应的母线，所述第二用电设备连接至所述多个第二逆变器对应的母线。
13.在一种实施例中，所述第一逆变器和所述第二逆变器的数量相同。
14.在一种实施例中，所述逆变器包括：处理单元、检测开关以及检测输出端口；
15.所述检测开关的第一端连接至所述逆变器的原始供电信号，所述检测开关的第二端连接至所述检测输出端口，所述检测开关的控制端连接至所述处理单元；
16.所述检测输出端口与所述逆变器对应的第一控制开关的控制端连接。
17.在一种实施例中，所述检测开关集成在所述处理单元内。
18.在一种实施例中，所述逆变器还包括：二极管；
19.所述二极管的正极与所述检测开关的第二端连接，所述二极管的负极与所述检测输出端口连接。
20.在一种实施例中，所述检测开关包括：mos晶体管；
21.其中，所述mos晶体管的第一端与所述原始供电信号连接，所述mos晶体管的栅极与所述检测输出端口连接，所述mos晶体管的第二端连接至所述处理单元。
22.在一种实施例中，所述第一控制开关包括：磁吸开关；
23.其中，所述磁吸开关的第一端连接至母线，所述磁吸开关的第二端连接至同一节点。
24.在一种实施例中，所述多个逆变器分别安装在多个车厢内，所述多个车厢等间距分布。
25.本技术提供的列车供电控制系统，包括多个逆变器，多个逆变器均连接至通信总线，每个逆变器的输出端连接至对应的母线，每根母线连接至用电设备和对应的第一控制开关的一端；所有第一控制开关的另一端共同连接至共同节点，第一控制开关的控制端连接至逆变器。基于该方案，当某段母线故障时，只需控制该母线对应的第一控制开关断开，以切断该段故障母线与其它母线的连接，避免对其它母线产生故障影响，无需停止所有母线的供电，从而降低母线故障导致的供电容量损失，保证列车正常运行，提高供电的可靠性。
附图说明
26.此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本技术的实施例，并与说明书一起用于解释本技术的原理。
27.图1为示例的列车供电系统的拓扑图；
28.图2为本技术实施例一提供的列车供电控制系统的结构示意图；
29.图3为一种情形下的列车供电控制系统的结构等效示例图；
30.图4为另一种情形下的列车供电控制系统的结构等效示例图；
31.图5为逆变器的内部结构示例图；
32.图6为本技术实施例二提供的列车供电控制系统的结构示意图；
33.图7为又一种情形下的列车供电控制系统的结构等效示例图；
34.图8为本技术实施例三提供的一种中央控制单元的装置框图；
35.图9为本技术实施例四提供的一种电子设备的结构示意图。
36.附图标记说明：
37.21：逆变器；
38.22：母线；
39.23：第一控制开关；
40.51：处理单元；
41.52：检测开关；
42.53：检测输出端口；
43.54：二极管；
44.61：第二控制开关；
45.62：中央控制单元。
具体实施方式
46.这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本技术相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本技术的一些方面相一致的装置和方法的例子。
47.需要说明的是，本技术中对于术语的简要说明，仅是为了方便理解接下来描述的实施方式，而不是意图限定本技术的实施方式。除非另有说明，这些术语应当按照其普通和通常的含义理解。
48.图1为示例的列车供电系统的拓扑图，图中tc1、mp1、m1、m2、m3、mp2与 tc2为列车车厢编号。如图1所示，该列车供电系统采用并网结构，包括列车中央控制单元(central control unit，简称ccu)、通讯总线(multifunction vehicle bus，简称mvb)、逆变器(siv)、母线与用电设备；
49.其中，列车中央控制单元通过通讯总线控制逆变器工作。逆变器负责将直流电能 (dc1500v的架线电压)转变成定频定压或调频调压交流电(一般为ac380v，50hz 正弦波)，以匹配用电设备的供电要求。逆变器输出的供电信号传输至连接的母线上，连接至该目前的用电设备可由母线传输的供电信号实现供电。
50.结合图1所示，母线连接列车各车厢中的用电设备，实现汇集和传送电能的作用。一旦母线发生故障，比如接地短路时，可能导致整列车辅助供电系统不可用，影响列车运营。对此问题，本技术实施例提供一种列车供电控制系统。
51.下面以具体的实施例对本技术的技术方案以及本技术的技术方案进行详细说明。下面这几个具体的实施例可以相互结合，对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例中不再赘述。在本技术的描述中，除非另有明确的规定和限定，各术语应在本领域内做广义理解。下面将结合附图，对本技术的实施例进行描述。
52.实施例一
53.图2为本技术实施例一提供的列车供电控制系统的结构示意图，如图2所示，该列车供电控制系统包括：多个逆变器21、多个逆变器21对应的母线22以及多个母线 22对应的第一控制开关23；
54.多个逆变器21均连接至通信总线，通信总线连接至中央控制单元；逆变器21，用于将接收的原始供电信号进行逆变处理后输出；
55.逆变器21的输出端连接至对应的母线22，母线22连接至用电设备和对应的第一控制开关23的一端；第一控制开关23的另一端共同连接至共同节点，第一控制开关 23的控制端(图中未示出)连接至逆变器21。
56.本实施例采用多母线辅助供电的拓扑结构，采用多母线结构，母线与逆变器对应设置，不同母线通过各自对应的第一控制开关连至共同节点。实际应用中，逆变器的数量可
以基于列车用电情况设定，比如，基于列车的车厢以及用电设备的数量。可以理解车厢或用电设备的数量越多，逆变器的数量可设定越多。
57.结合图2举例来说，假设列车设置四台逆变器，相应的，对应设置四根母线。四台逆变器输出的供电信号传递至对应的母线上，连接至该母线的用电设备(比如，空调压缩机、空调、照明设备等)可由母线上的供电信号供电，以实现正常工作。
58.可选的，第一控制开关23的类型包括但不限于：磁吸开关、mos晶体管等。在一个示例中，第一控制开关23包括：磁吸开关；其中，所述磁吸开关的一端连接至母线，所述磁吸开关的另一端连接至所述共同节点。
59.可以理解，基于第一控制开关的导通或断开状态，各母线将构成不同的构供电结构。
60.在一个示例中，可控制所有第一控制开关导通，从而构成如图3所示的双母线架构。图3为一种情形下的列车供电控制系统的结构等效示例图，结合图2和图3，当所有第一控制开关23均导通时，图2所示的供电系统等效为图3所示的双母线供电系统。具体的，图3所示的情形适用于各结构正常运行的情形，比如，通信情况正常，逆变器和母线均正常工作。通过采用并网供电结构，可以提供较高的供电容量，为车载设备提供安全可靠的电源。
61.在另一个示例中，可控制部分第一控制开关断开，其它第一控制开关导通，从而构成如图4所示的架构。图4为另一种情形下的列车供电控制系统的结构等效示例图，结合图2和图4，当部分第一控制开关23断开时(图中举例为两个第一控制开关断开)，其它第一控制开关均导通时，图2所示的供电系统等效为图4所示的供电系统。具体的，图4所示的情形可以适用于某段母线发生故障的情形，举例来说，假设图中所示的故障点发生短路故障，基于本实施例的方案，可控制该故障点所在的母线对应的第一控制开关断开，从而避免影响其它母线的正常工作，基于其它母线的正常供电，保证列车继续运营。
62.如前所述，当正常工作状态下，可控制各第一控制开关导通，以形成如图3所示的并网架构。实际应用中，不同于电力行业的高压直流并网供电技术，列车的交流并网供电除了需要进行幅值比较外，还需进行相位和频率比较。为避免多台逆变器同时并网，造成三相不平衡，需配置相应的并网控制方案，控制多个逆变器形成并网结构。结合图2所示，各逆变器均连接至mvb总线，mvb总线连至中央控制单元，由中央控制单元对逆变器执行并网控制。
63.实际应用中，考虑到供电均衡的效果，可以根据用电设备的情况，对逆变器和母线以及用电设备之间的对应关系进行预配置。在一个示例中，所述多个逆变器包括多个第一逆变器和多个第二逆变器；所述用电设备包括第一用电设备和第二用电设备；其中，所述第一用电设备连接至所述多个第一逆变器对应的母线，所述第二用电设备连接至所述多个第二逆变器对应的母线。
64.结合图2所示进行举例，可理解图中，第一逆变器包括tc1和m1对应的两个逆变器，第二逆变器包括m3和tc2对应的两个逆变器。对于第一逆变器来说，每个第一逆变器均连接至tc1、mp1和m1对应的用电设备；对于第二逆变器来说，每个第二逆变器均连接至tc2、mp2和m3对应的用电设备。需要说明的是，上述只是结合图示所作的举例，并未对方案进行限制，比如，“第一”“第二”并未进行特别指定，也可将tc1和m1对应的两个逆变器作为第二逆变器，将m3和tc2对应的两个逆变器作为第一逆变器。为了进一步实现负载均衡的效果，可选的，所述第一逆变器和所述第二逆变器的数量可以相同。
65.考虑实际应用中可能发生的通信故障，在一个示例中，逆变器的内部结构可如图 5所示，逆变器21包括：处理单元51、检测开关52以及检测输出端口53；
66.检测开关52的第一端连接至逆变器21的原始供电信号，检测开关52的第二端连接至检测输出端口53，检测开关52的控制端(图中未显示)连接至处理单元51；
67.检测输出端口53与逆变器21对应的第一控制开关23的控制端连接。
68.具体的，当通信正常时，各逆变器21均能接收到通讯总线的信号，此时控制自身的检测开关52导通，原始供电信号通过导通的检测开关52经由检测输出端口53 输出至第一控制开关23，以控制第一控制开关23正常导通。相反，当通信发生故障时，各逆变器21接收不到通讯总线的信号，则控制自身的检测开关52断开。相应的，检测输出端口53不输出原始供电信号。结合图中示例，264线的电压降为0v，此时控制逆变器闭合的数字量输出板卡(digital output board，简称do板卡)的参考电压被降到0v。实际应用中，do板卡通常输出110v的电压，用作驱动相应的电子器件工作。在一个示例中，第一控制开关通过do板卡驱动，264线则用于提供该do板卡的参考电压。由于参考电压降为0v，do板卡丧失驱动能力，第一控制开关被强制断开，相应的，供电系统退出并网模式，各母线进入隔离运行模式。本示例中，当列车的通信总线出现故障时，控制供电系统进入隔离运行状态，从而保障列车在通信线故障的时候依然可以正常运行。
69.在一种实施方式中，检测开关52集成在处理单元51内，以提高集成度。为了防止信号倒灌，提高可靠性，在另一种实施方式中，逆变器21还包括：二极管54；二极管54的正极与检测开关52的第二端连接，二极管54的负极与检测输出端口53连接。
70.可选的，检测开关52的类型可以由多种。比如，检测开关52可以包括：mos 晶体管；其中，所述mos晶体管的源极与所述原始供电信号连接，所述mos晶体管的栅极与检测输出端口53连接，所述mos晶体管的漏极连接至处理单元51。
71.可选的，多个逆变器21可以分别安装在多个车厢内，所述多个车厢等间距分布。通过设置逆变器均匀分布，使得供电的路径分布均匀，从而进一步实现负载供电均衡，提高供电效果。
72.本实施例提供的列车供电控制系统，包括多个逆变器，多个逆变器均连接至通信总线，每个逆变器的输出端连接至对应的母线，每根母线连接至用电设备和对应的第一控制开关的一端；所有第一控制开关的另一端共同连接至共同节点，第一控制开关的控制端连接至逆变器。基于该方案，当某段母线故障时，只需控制该母线对应的第一控制开关断开，以切断该段故障母线与其它母线的连接，避免对其它母线产生故障影响，无需停止所有母线的供电，从而，降低母线故障导致的供电容量损失，保证列车正常运行，提高供电的可靠性。
73.实施例二
74.图6为本技术实施例二提供的列车供电控制系统的结构示意图，在实施例一的基础上，所述系统还包括：多个逆变器21对应的第二控制开关61；
75.第二控制开关61的一端连接对应的逆变器21的输出端，第二控制开关61的另一端连接逆变器21对应的母线22，第二控制开关61的控制端(图中未示出)连接至中央控制单元62。
76.其中，第二控制开关61的类型不限，比如可以包括但不限于：磁吸开关、mos 晶体
管等。相应的，具体连接方式可以基于第二控制开关的类型确定，此处不再详细展开。
77.可选的，基于第二控制开关的设置可实现并网架构下的并网控制。逆变器的启动过程分为内部启动和并网启动两个阶段，内部启动是指逆变器的自身启动，即逆变器将来自电网架线的dc1500v直流电压经逆变后输出比如380v/50hz的交流电压。当内部启动完成后，可通过控制逆变器对应的第二控制开关61实现并网。
78.可选的，在并网控制方案的一种示例中，预先配置逆变器的先后并网次序，后续并网时参照预先配置的并网顺序进行。比如，假设预先配置的并网顺序为，如6所示的逆变器自左向右依次进行。则基于图6的结构，在并网时，首先控制所有的第一控制开关23导通。然后，当检测到来自架线电压dc1500v(直流1500v)有电时，tc1 对应的逆变器先执行内部启动，完成内部启动后，控制tc1对应的第二控制开关导通， tc1车完成并网；之后，mp1对应的逆变器执行内部启动，完成内部启动后，等待到达合适的相位时，控制mp1对应的第二控制开关导通，mp1车完成并网；依次类推，随后依次完成其余逆变器的并网。
79.上述示例中，ccu发送并网指令前首先需闭合第一控制开关，以将各母线贯通起来。作为示例，在并网控制方案中，第一控制开关的闭合条件为所有第二控制开关均断开，即母线无电压。在满足闭合条件后，控制所有第一控制开关闭合。然后通过上述并网控制方法实现多个逆变器并网。实际应用中，可通过嵌入式控制单元执行上述并网控制方法。作为示例，该嵌入式控制单元可以包括处理器板卡、电源板卡和输入输出板卡等。
80.此外，基于本实施例的结构，当发生逆变器故障时，可控制自身的第二控制开关断开。相应的，故障的逆变器不输出故障供电信号，从而避免对其它逆变器的工作产生影响，提高供电可靠性。
81.结合图7所示的结构进行示例说明，图7为又一种情形下的列车供电控制系统的结构等效示例图：在正常工作时，所有第二控制开关导通，所有第一控制开关也导通，各逆变器完成并网后开始正常输出供电信号，从而为用电设备供电。一旦有逆变器发生故障，比如图中假设tc1和tc2对应的逆变器发生故障，则可断开其对应的第二控制开关61。故障逆变器对应的用电设备可通过m1和m3对应的逆变器传输至各母线上的供电信号实现供电，从而避免因逆变器故障导致列车无法正常运营的情况。
82.本实施例提供的列车供电控制系统，在逆变器和母线之间设置第二控制开关，能够实现并网结构下的并网控制，并且在发生逆变器故障时，可控制故障逆变器对应的第二控制开关断开，以保证列车继续正常运行。
83.实施例三
84.图8是根据一示例性实施例示出的一种中央控制单元的装置框图，该装置可以是计算机，终端，消息收发设备，平板设备，操作控制台等。该装置可用于执行前述实施例中所述的并网控制方法。
85.装置800可以包括以下一个或多个组件：处理组件802，存储器804，电源组件 806，多媒体组件808，音频组件810，输入/输出(i/o)接口812，传感器组件814，以及通信组件816。
86.处理组件802通常控制装置800的整体操作，诸如与显示，电话呼叫，数据通信，相机操作和记录操作相关联的操作。处理组件802可以包括一个或多个处理器820来执行指令，以完成上述的方法的全部或部分步骤。此外，处理组件802可以包括一个或多个模块，便
于处理组件802和其他组件之间的交互。例如，处理组件802可以包括多媒体模块，以方便多媒体组件808和处理组件802之间的交互。
87.存储器804被配置为存储各种类型的数据以支持在装置800的操作。这些数据示例包括用于在装置800上操作的任何应用程序或方法的指令，联系人数据，电话簿数据，消息，图片，视频等。存储器804可以由任何类型的易失性或非易失性存储设备或者它们的组合实现，如静态随机存取存储器(sram)，电可擦除可编程只读存储器(eeprom)，可擦除可编程只读存储器(eprom)，可编程只读存储器(prom)，只读存储器(rom)，磁存储器，快闪存储器，磁盘或光盘。
88.电源组件806为装置800的各种组件提供电力。电源组件806可以包括电源管理系统，一个或多个电源，及其他与为装置800生成、管理和分配电力相关联的组件。
89.可选的，多媒体组件808包括在所述装置800和用户之间的提供一个输出接口的屏幕。在一些实施例中，屏幕可以包括液晶显示器(lcd)和触摸面板(tp)。如果屏幕包括触摸面板，屏幕可以被实现为触摸屏，以接收来自用户的输入信号。触摸面板包括一个或多个触摸传感器以感测触摸、滑动和触摸面板上的手势。所述触摸传感器可以不仅感测触摸或滑动动作的边界，而且还检测与所述触摸或滑动操作相关的持续时间和压力。在一些实施例中，多媒体组件808包括一个前置摄像头和/或后置摄像头。当装置800处于操作模式，如拍摄模式或视频模式时，前置摄像头和/或后置摄像头可以接收外部的多媒体数据。每个前置摄像头和后置摄像头可以是一个固定的光学透镜系统或具有焦距和光学变焦能力。
90.可选的，音频组件810被配置为输出和/或输入音频信号。例如，音频组件810 包括一个麦克风(mic)，当装置800处于操作模式，如呼叫模式、记录模式和语音识别模式时，麦克风被配置为接收外部音频信号。所接收的音频信号可以被进一步存储在存储器804或经由通信组件816发送。在一些实施例中，音频组件810还包括一个扬声器，用于输出音频信号。
91.i/o接口812为处理组件802和外围接口模块之间提供接口，上述外围接口模块可以是键盘，点击轮，按钮等。这些按钮可包括但不限于：主页按钮、音量按钮、启动按钮和锁定按钮。
92.传感器组件814包括一个或多个传感器，用于为装置800提供各个方面的状态评估。例如，传感器组件814可以检测到装置800的打开/关闭状态，组件的相对定位，例如所述组件为装置800的显示器和小键盘，传感器组件814还可以检测装置800或装置800一个组件的位置改变，用户与装置800接触的存在或不存在，装置800方位或加速/减速和装置800的温度变化。传感器组件814可以包括接近传感器，被配置用来在没有任何的物理接触时检测附近物体的存在。传感器组件814还可以包括光传感器，如cmos或ccd图像传感器，用于在成像应用中使用。在一些实施例中，该传感器组件814还可以包括加速度传感器，陀螺仪传感器，磁传感器，压力传感器或温度传感器。
93.通信组件816被配置为便于装置800和其他设备之间有线或无线方式的通信。装置800可以接入基于通信标准的无线网络，如wifi，2g或3g，或它们的组合。在一个示例性实施例中，通信组件816经由广播信道接收来自外部广播管理系统的广播信号或广播相关信息。在一个示例性实施例中，所述通信组件816还包括近场通信(nfc) 模块，以促进短程通信。例如，在nfc模块可基于射频识别(rfid)技术，红外数据协会(irda)技术，超宽带(uwb)技
术，蓝牙(bt)技术和其他技术来实现。
94.在示例性实施例中，装置800可以被一个或多个应用专用集成电路(asic)、数字信号处理器(dsp)、数字信号处理设备(dspd)、可编程逻辑器件(pld)、现场可编程门阵列(fpga)、控制器、微控制器、微处理器或其他电子元件实现，用于执行上述方法。
95.在示例性实施例中，还提供了一种包括指令的非临时性计算机可读存储介质，例如包括指令的存储器804，上述指令可由装置800的处理器820执行以完成上述方法。例如，所述非临时性计算机可读存储介质可以是rom、随机存取存储器(ram)、 cd-rom、磁带、软盘和光数据存储设备等。
96.实施例四
97.图9为本技术实施例四提供的一种电子设备的结构示意图，该设备可用于执行前述实施例中所述的并网控制方法。如图9所示，该电子设备包括：
98.处理器(processor)291，电子设备还包括了存储器(memory)292；还可以包括通信接口(communication interface)293和总线294。其中，处理器291、存储器292、通信接口293、可以通过总线294完成相互间的通信。通信接口293可以用于信息传输。处理器291可以调用存储器294中的逻辑指令，以执行上述实施例的方法。
99.此外，上述的存储器292中的逻辑指令可以通过软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。
100.存储器292作为一种计算机可读存储介质，可用于存储软件程序、计算机可执行程序，如本技术实施例中的方法对应的程序指令/模块。处理器291通过运行存储在存储器292中的软件程序、指令以及模块，从而执行功能应用以及数据处理，即实现上述方法实施例中的方法。
101.存储器292可包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需的应用程序；存储数据区可存储根据终端设备的使用所创建的数据等。此外，存储器292可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器。
102.本技术实施例提供一种非临时性计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质中存储有计算机执行指令，所述计算机执行指令被处理器执行时用于实现如前述实施例所述的方法。
103.本技术实施例提供一种计算机程序产品，包括计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如前述实施例所述的方法。
104.本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的实用新型后，将容易想到本技术的其它实施方案。本技术旨在涵盖本技术的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本技术的一般性原理并包括本技术未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本技术的真正范围和精神由下面的权利要求书指出。
105.应当理解的是，本技术并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本技术的范围仅由所附的权利要求书来限制。