[发明专利]一种电力机车功因数补偿控制方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种电力机车牵引设备控制方法及装置，具体说是一种电力机车牵引 设备功率因数补偿控制方法及装置，主要用于电力机车的电力牵引设备控制中。

背景技术

在国内，交直传动电力机车目前仍是铁路客货运的主力车型，其数量巨大并将在 很长一段时间内与交直交传动电力机车并存运用。但目前市场上的交直传动电力机车 因为采用相控整流电路，在运行过程中功率因数一般低于0.85，会向电网输送大量的 无功功率和谐波电流。交直传动电力机车安装的功率因数补偿(以下简称为“功补”) 装置，实现就地无功补偿和谐波电流滤波，可将无功和谐波的危害减到最小。

自上世纪80年代装车以来，8K(欧洲50Hz集团公司提供)，6G(日本三菱公司提 供)和我国自行开发的韶山系列(SS4G、SS4B和SS6B等)货运交直传动电力机车安装 的功补装置一直不能正常运行，绝大多数的电力机车都将功补装置切除，其作用未得 到发挥。一方面数以亿万元的车载功补装置没有发挥作用，另一方面每年电气化铁道 因为功率因数低于标准而罚款数以千万计。现有的功补控制装置用于电力机车功补装 置的控制，主要由电子柜中的补偿控制板和补偿接口板完成。其中所述的补偿控制板 采用Z80CPU及外围电路构成一块专用微机板，用于对原边电压信号、原边电流信号进 行采样，计算无功含量，综合判别各种逻辑，决定功补装置的投入和切除。所述的补 偿接口板用于判别晶闸管开关电压过零时刻、检测装置的滤波电流并生成投入脉冲。 现有的功补控制装置根据微机实测机车无功大小及单组功补支路的无功补偿能力，决 定各功补支路的投入与切除，尽量补偿到机车无功量为最小值。在机车发挥50％额定 功率以下工况时，亦根据情况适当补偿。且功补每组支路投入后，至少经过500ms方 可切除。每组支路切除后，至少经过500ms方可重新投入。在现有的功补控制装置中 和还设有：过流保护(即当功补装置中滤波电流有效值(实为平均值)或峰值超过保 护值、且持续时间超过500ms；封锁该组功补支路晶闸管开关的触发脉冲，同时相应的 红色故障灯(V27A-V30A)亮。当有两组以上功补支路过流时，封锁全部晶闸管开关 的触发脉冲)、启动保护(即机车启动时，若最大电机电流大于840A，微机复位，功补 装置不工作)、高网压保护(即原边电压有效值大于29.5kV、持续时间超过500ms时， 封锁全部晶闸管开关的触发脉冲；只有当原边电压有效值小于27.5kV时，支路方可重 新投入)、逻辑错误保护(即在主接触器(隔离闸刀)闭合状态，检测到有电流而没有 投入信号或有信号而没有电流时，封锁对应的功补装置晶闸管开关的触发脉冲；同时 输出保护信号，经有触点电器接通功补故障灯，并断开功补接触器)和控制系统硬件 故障保护(即系统检测发现有投入信号而无投入反馈信号或无投入信号而有投入反馈 信号时，控制板相应的V27～V30A亮，同时输出保护信号，经有触点电器接通司机室 故障灯)等功能。

但现有的功补装置尚存在功补电容烧毁；功补支路频繁投切，故障后不能自恢复； 功补控制装置的抗干扰能力差；功补因瞬时过电流误动作等不足。具体描述如下：

1)电流保护方式不当，机车功补支路电流畸变严重，如3次谐波电流高达基波 电流的78％，因此目前机车上采用整流滤波后的平均电流不能准确反映电流有效值，采 用平均电流保护不当。

2)过流保护动作后引起的频繁投切，既有控制装置因误动作保护而切除该功补支 路；当功补支路切除后，已投入的功补支路谐波电流会增大，更容易因过流保护动作 而切除。这种链式反应会导致所有的支路因过流而退出。当所有的支路退出后，过一 段时间再投入，如果机车工况和电网电压不变，最先投入的支路会因为过流而马上退 出，这样功补装置根本无法正常工作。

3)既有功补用无功功率大小来控制功补支路进行投切，当无功功率Q大于或等于 480kvar时投入一组，直到四组全部投入；当无功功率Q小于120kvar时切除一组，直 到四组全部切除。这种单一的补偿控制原则导致负荷变化时功补支路投切频繁，这对 支路中电器元件的寿命有影响。

4)既有功补控制装置根据机车无功的大小来决定功补支路的投切，但无功检测采 用了Q＝UIsinθ计算方法，U、I通过电网电压u和电流i离散化计算得到，θ则通过u 的i相角得到。因为u和i都是非正弦量，通过其过零来确定θ必然导致误差和不稳定。 无功计算不稳定，导致功补支路的投切也不正常，易发生频繁投切。