牵引变压器原边的主断路器控制方法、系统及相关组件与流程

1.本发明涉及牵引传动领域，特别涉及一种牵引变压器原边的主断路器控制方法、系统及相关组件。


背景技术：

2.当前，牵引变流器非常广泛地应用在机车、动车组等牵引传动领域，一般为交直交型变流器，将电网的电能转换为牵引电机需要的形式。由于电网电压比较高，这种大功率的牵引变流器难以直接连接到电网，因此变流器前端通常设有一个降压型的牵引变压器，牵引变压器的原边与电网通过主断路器连接。
3.由于断路器为机械装置，在交流电压快速变换时难以准确控制其合闸角，因此在主断路器合闸的瞬间，牵引变压器原边容易产生励磁涌流，严重时可能导致原边过流。
4.现有技术在牵引变压器原边侧设置了三相电抗器和储能装置，利用储能装置和三相电抗器抵消冲击电流，从而避免原边过流的现象出现。但这种方案需要额外增加新的电气设备，改装较为繁琐。
5.因此，如何提供一种解决上述技术问题的方案是目前本领域技术人员需要解决的问题。


技术实现要素：

6.有鉴于此，本发明的目的在于提供一种牵引变压器原边的主断路器控制方法、系统及相关组件。其具体方案如下：
7.一种牵引变压器原边的主断路器控制方法，包括：
8.在主断路器断开时，获取与所述主断路器连接的牵引网络的第一电压信息；
9.根据牵引变压器的绕组变比，计算所述第一电压信息对应的副边电压信息；
10.控制所述牵引变压器的副边绕组按照所述副边电压信息输出电压；
11.获取所述牵引变压器的原边绕组的原边电压信息；
12.对所述原边电压信息和所述第一电压信息求差，得到电压差值信息；
13.如果所述电压差值信息满足闭合条件，闭合所述主断路器。
14.优选的，所述第一电压信息包括：所述牵引网络的第一电压幅值和第一电压相位；
15.所述副边电压信息包括：所述副边绕组的副边电压幅值和副边电压相位；
16.所述原边电压信息包括：所述原边绕组的原边电压幅值和原边电压相位。
17.优选的，所述控制所述牵引变压器的副边绕组按照所述副边电压信息输出电压的过程，具体包括：
18.按照预设步长控制所述牵引变压器的副边绕组的输出电压幅值，使所述副边绕组最终按照所述副边电压信息输出电压。
19.优选的，所述控制所述牵引变压器的副边绕组按照所述副边电压信息输出电压的过程，具体包括：
20.控制所述牵引变压器的多个副边绕组按照所述副边电压信息输出基波相同、谐波互相抵消的电压。
21.优选的，所述控制所述牵引变压器的副边绕组按照所述副边电压信息输出电压的过程，具体包括：
22.控制脉冲整流器将中间电容的电能逆变为所述副边电压信息对应的电压并输入到所述牵引变压器的副边绕组。
23.优选的，所述控制脉冲整流器将中间电容的电能逆变为所述副边电压信息对应的电压并输入到所述牵引变压器的副边绕组的过程，还包括：
24.控制牵引逆变器将牵引电机的动能整流并输入到所述中间电容。
25.优选的，所述如果所述电压差值信息满足闭合条件，闭合所述主断路器之后，还包括：
26.将所述脉冲整流器恢复为整流模式，将所述牵引逆变器恢复为逆变模式。
27.相应的，本技术还公开了一种牵引变压器原边的主断路器控制系统，包括：
28.第一数据模块，用于在主断路器断开时，获取与所述主断路器连接的牵引网络的第一电压信息；
29.第一计算模块，用于根据牵引变压器的绕组变比，计算所述第一电压信息对应的副边电压信息；
30.第一动作模块，用于控制所述牵引变压器的副边绕组按照所述副边电压信息输出电压；
31.第二数据模块，用于获取所述牵引变压器的原边绕组的原边电压信息；
32.第二计算模块，用于对所述原边电压信息和所述第一电压信息求差，得到电压差值信息；
33.第二动作模块，用于如果所述电压差值信息满足闭合条件，闭合所述主断路器。
34.优选的，所述第一电压信息包括：所述牵引网络的第一电压幅值和第一电压相位；
35.所述副边电压信息包括：所述副边绕组的副边电压幅值和副边电压相位；
36.所述原边电压信息包括：所述原边绕组的原边电压幅值和原边电压相位。
37.优选的，所述第一动作模块具体用于：
38.按照预设步长控制所述牵引变压器的副边绕组的输出电压幅值，使所述副边绕组最终按照所述副边电压信息输出电压。
39.优选的，所述第一动作模块具体用于：
40.控制所述牵引变压器的多个副边绕组按照所述副边电压信息输出基波相同、谐波互相抵消的电压。
41.优选的，所述第一动作模块具体用于：
42.控制脉冲整流器将中间电容的电能逆变为所述副边电压信息对应的电压并输入到所述牵引变压器的副边绕组。
43.优选的，所述第一动作模块还用于：
44.控制牵引逆变器将牵引电机的动能整流并输入到所述中间电容。
45.优选的，所述第一动作模块还用于：
46.在所述第二动作模块闭合所述主断路器之后，将所述脉冲整流器恢复为整流模
式，将所述牵引逆变器恢复为逆变模式。
47.相应的，本技术还公开了一种牵引变压器原边的主断路器控制装置，包括：
48.存储器，用于存储计算机程序；
49.处理器，用于执行所述计算机程序时实现如上文任一项所述牵引变压器原边的主断路器控制方法的步骤。
50.相应的，本技术还公开了一种可读存储介质，所述可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上文任一项所述牵引变压器原边的主断路器控制方法的步骤。
51.本技术公开了一种牵引变压器原边的主断路器控制方法，包括：在主断路器断开时，获取与主断路器连接的牵引网络的第一电压信息；根据牵引变压器的绕组变比，计算所述第一电压信息对应的副边电压信息；控制所述牵引变压器的副边绕组按照所述副边电压信息输出电压；获取所述牵引变压器的原边绕组的原边电压信息；对所述原边电压信息和所述第一电压信息求差，得到电压差值信息；如果所述电压差值信息满足闭合条件，闭合所述主断路器。本方法控制副边电压输出电压，以使原边绕组的电压与牵引网络的电压相近，然后再闭合主断路器，降低了牵引网络励磁涌流对原边绕组的冲击，避免原边过流的情况发生，这种方法不需要新增电气设备，控制简单高效。
附图说明
52.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。
53.图1为本发明实施例中一种牵引变流器的主电路拓扑图；
54.图2为本发明实施例中一种牵引变压器原边的主断路器控制方法的步骤流程图；
55.图3为本发明实施例中一种机车过分相区的场景示意图；
56.图4为本发明实施例中一种牵引变压器原边的主断路器控制系统的结构分布图。
具体实施方式
57.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。
58.常规的牵引变压器的主电路拓扑图如图1所示，其中牵引网络u0与牵引变压器的原边绕组u1通过主断路器k连接，牵引变压器包括多个副边绕组如u2-u4，每个副边绕组后依次连接脉冲整流器、中间电容、牵引逆变器和牵引电机，牵引电机图示为m1-m3，脉冲整流器和牵引逆变器的具体结构可根据实际选择，此处不作限制。在主断路器闭合牵引网络u0正常供电时，原边绕组u1向副边绕组u2-u4提供电压，脉冲整流器将相应副边绕组的输出电压整流后输入到中间电容，中间电容起储能和滤波的作用，然后牵引逆变器将中间电容的电能进行逆变后输出到各自连接的电机中。
59.由于断路器为机械装置，在交流电压快速变换时难以准确控制其合闸角，因此在主断路器合闸的瞬间，牵引变压器原边容易产生励磁涌流，严重时可能导致原边过流。
60.现有技术在牵引变压器原边侧设置了三相电抗器和储能装置，利用储能装置和三相电抗器抵消冲击电流，从而避免原边过流的现象出现。但这种方案需要额外增加新的电气设备，改装较为繁琐。
61.本方法控制副边电压输出电压，以使原边绕组的电压与牵引网络的电压相近，然后再闭合主断路器，降低了牵引网络励磁涌流对原边绕组的冲击，避免原边过流的情况发生，这种方法不需要新增电气设备，控制简单高效。
62.本发明实施例公开了一种牵引变压器原边的主断路器控制方法，参见图2所示，包括：
63.s1：在主断路器断开时，获取与主断路器连接的牵引网络的第一电压信息；
64.s2：根据牵引变压器的绕组变比，计算第一电压信息对应的副边电压信息；
65.s3：控制牵引变压器的副边绕组按照副边电压信息输出电压；
66.s4：获取牵引变压器的原边绕组的原边电压信息；
67.s5：对原边电压信息和第一电压信息求差，得到电压差值信息；
68.s6：如果电压差值信息满足闭合条件，闭合主断路器。
69.可以理解的是，本实施例中，步骤s1-s3的最终目的是为了使副边绕组输出一个电压，从而原边绕组产生感应电压，在原边绕组的感应电压存在的前提下，即使主断路器突然闭合，牵引网络的电压也不会对原边绕组产生过大的励磁涌流冲击。因此，主断路器最为理想的闭合条件，是原边绕组的原边电压信息与牵引网络的第一电压信息在幅值和相位上完全一致，但考虑实际执行时的数据精度很难达到理想状态，只要原边绕组的感应电压存在，不论相位多少或幅值大小，都能够对主断路器闭合时的励磁涌流产生一定的抑制，实现本实施例中避免原边过流的技术效果。
70.具体的，由于牵引网络、原边绕组、副边绕组上均为交流电，电压参数包括电压幅值和电压相位，具体的获取过程，可考虑通过锁相环获取电压相位、通过傅里叶算法或其他滤波算法确定电压幅值，此处的电压幅值具体为基波幅值。本实施例在选择信息时，可考虑获取相位的实际值，然后根据电压的预设值确定某一位置的电压信息，例如只获取牵引网络的实时电压相位和第一额定电压幅值作为第一电压信息，对应的副边电压信息同样包括实时电压相位和根据绕组变比确定第二额定电压幅值，在步骤s3中控制副边绕组输出，此时原边绕组的原边电压信息应当为第一额定电压幅值和实时电压相位；也可以同时获取两个电压参数，从而达到更为准确的控制效果，此时，第一电压信息包括：牵引网络的第一电压幅值和第一电压相位；副边电压信息包括：副边绕组的副边电压幅值和副边电压相位；原边电压信息包括：原边绕组的原边电压幅值和原边电压相位。
71.可以理解的是，如果牵引网络电压很高，或副边绕组的输出电压幅值受制于中间电容和牵引电机的限制无法达到理想幅值，只要原边绕组存在感应电压，就能够对励磁涌流产生抑制，进一步的，可调整副边绕组输出电压，使得原边电压信息尽可能与第一电压信息相同，如果无法达到相同，使二者在二者的电压差值信息在允许的幅值范围和/或相位范围内，即可认为是满足了闭合条件，此时闭合主断路器即可。
72.进一步的，考虑到副边绕组的输出电压幅值直接从0突升至副边电压幅值可能导
致过流和设备损坏，因此设置一定的步长，从0起逐步抬升输出电压幅值，直至该输出电压幅值对应最终要求的电压幅值，也即，步骤s3控制牵引变压器的副边绕组按照副边电压信息输出电压的过程，具体包括：
73.按照预设步长控制牵引变压器的副边绕组的输出电压幅值，使副边绕组最终按照副边电压信息输出电压。
74.进一步的，由于控制副边绕组输出电压时，实际上是由副边绕组原本的输出侧的电路进行了逆变，逆变所用的脉冲开关频率优先，因此逆变得到的副边绕组输出电压中包含较多谐波，为了降低原边绕组的感应电压中的高频谐波含量，可有意调整每个副边绕组的谐波相位，使得多个副边绕组的谐波互相抵消，也即，控制牵引变压器的副边绕组按照副边电压信息输出电压的过程，具体包括：
75.控制牵引变压器的多个副边绕组按照副边电压信息输出基波相同、谐波互相抵消的电压。
76.可以理解的是，控制副边绕组输出电压实际上是由副边绕组原输出侧的电路进行了逆变得到的，因此控制牵引变压器的副边绕组按照副边电压信息输出电压的过程，具体包括：
77.控制脉冲整流器将中间电容的电能逆变为副边电压信息对应的电压并输入到牵引变压器的副边绕组。
78.此时，多个副边绕组输出基波相同、谐波互相抵消的电压的操作，实际上是对脉冲整流器的载波进行了移相处理，整个主电路中n个脉冲整流器，每个脉冲整流器的移相角度为π/n。
79.进一步的，如果中间电容储存的电能无法满足副边绕组的电能输出需求，还可引入牵引电机的动能，具体的，控制脉冲整流器将中间电容的电能逆变为副边电压信息对应的电压并输入到牵引变压器的副边绕组的过程，还包括：
80.控制牵引逆变器将牵引电机的动能整流并输入到中间电容。
81.进一步的，在步骤s6如果电压差值信息满足闭合条件，闭合主断路器之后，还包括：
82.将脉冲整流器恢复为整流模式，将牵引逆变器恢复为逆变模式。
83.可以理解的是，本实施例中主断路器的控制方法，可应用于单相变流器和三相变流器，应用原理一致，应用场景通常包括机车或动车组在过分相区或故障断路后的主断路器合闸。以过分相区为例，参见图3所示，假设机车行进方向为从左到右，其中a点为过分相区预告信号点，b点为无电区起点，c电位无电区终点，d点为过分相区结束标志信号点，则本方法的应用逻辑为：
84.机车从左向右行驶途中，经过a点收到过分相区预告信号，总控制器断开主断路器k，封锁脉冲整流器，牵引逆变器视情况而定是否继续工作；经过c点收到电信号，开始执行步骤s1-s5；经过d点收到过分相区结束标志信号，执行步骤s6。
85.需要注意的是，整个过程中涉及到脉冲整流器和/或牵引逆变器的多次模式转换，每次模式转换过渡时将进行短暂的脉冲封锁，避免状态突变造成设备损坏。
86.本技术公开了一种牵引变压器原边的主断路器控制方法，包括：在主断路器断开时，获取与主断路器连接的牵引网络的第一电压信息；根据牵引变压器的绕组变比，计算所
述第一电压信息对应的副边电压信息；控制所述牵引变压器的副边绕组按照所述副边电压信息输出电压；获取所述牵引变压器的原边绕组的原边电压信息；对所述原边电压信息和所述第一电压信息求差，得到电压差值信息；如果所述电压差值信息满足闭合条件，闭合所述主断路器。本方法控制副边电压输出电压，以使原边绕组的电压与牵引网络的电压相近，然后再闭合主断路器，降低了牵引网络励磁涌流对原边绕组的冲击，避免原边过流的情况发生，这种方法不需要新增电气设备，控制简单高效。
87.相应的，本技术还公开了一种牵引变压器原边的主断路器控制系统，包括：
88.第一数据模块1，用于在主断路器断开时，获取与主断路器连接的牵引网络的第一电压信息；
89.第一计算模块2，用于根据牵引变压器的绕组变比，计算所述第一电压信息对应的副边电压信息；
90.第一动作模块3，用于控制所述牵引变压器的副边绕组按照所述副边电压信息输出电压；
91.第二数据模块4，用于获取所述牵引变压器的原边绕组的原边电压信息；
92.第二计算模块5，用于对所述原边电压信息和所述第一电压信息求差，得到电压差值信息；
93.第二动作模块6，用于如果所述电压差值信息满足闭合条件，闭合所述主断路器。
94.本实施例控制副边电压输出电压，以使原边绕组的电压与牵引网络的电压相近，然后再闭合主断路器，降低了牵引网络励磁涌流对原边绕组的冲击，避免原边过流的情况发生，这种方法不需要新增电气设备，控制简单高效。
95.在一些具体的实施例中，所述第一电压信息包括：所述牵引网络的第一电压幅值和第一电压相位；
96.所述副边电压信息包括：所述副边绕组的副边电压幅值和副边电压相位；
97.所述原边电压信息包括：所述原边绕组的原边电压幅值和原边电压相位。
98.在一些具体的实施例中，所述第一动作模块3具体用于：
99.按照预设步长控制所述牵引变压器的副边绕组的输出电压幅值，使所述副边绕组最终按照所述副边电压信息输出电压。
100.在一些具体的实施例中，所述第一动作模块3具体用于：
101.控制所述牵引变压器的多个副边绕组按照所述副边电压信息输出基波相同、谐波互相抵消的电压。
102.在一些具体的实施例中，所述第一动作模块3具体用于：
103.控制脉冲整流器将中间电容的电能逆变为所述副边电压信息对应的电压并输入到所述牵引变压器的副边绕组。
104.在一些具体的实施例中，所述第一动作模块3还用于：
105.控制牵引逆变器将牵引电机的动能整流并输入到所述中间电容。
106.在一些具体的实施例中，所述第一动作模块3还用于：
107.在所述第二动作模块闭合所述主断路器之后，将所述脉冲整流器恢复为整流模式，将所述牵引逆变器恢复为逆变模式。
108.相应的，本技术实施例还公开了一种牵引变压器原边的主断路器控制装置，包括：
109.存储器，用于存储计算机程序；
110.处理器，用于执行所述计算机程序时实现如上文任一实施例所述牵引变压器原边的主断路器控制方法的步骤。
111.相应的，本技术实施例还公开了一种可读存储介质，所述可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上文任一实施例所述牵引变压器原边的主断路器控制方法的步骤。
112.其中，具体有关牵引变压器原边的主断路器控制方法的相关细节可以参照上文实施例中的描述，此处不再赘述。
113.其中，本技术实施例中所述牵引变压器原边的主断路器控制装置和可读存储介质具有与上文实施例中牵引变压器原边的主断路器控制方法相同的技术效果，此处不再赘述。
114.最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
115.以上对本发明所提供的一种牵引变压器原边的主断路器控制方法、系统及相关组件进行了详细介绍，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；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。