專利名稱：一種電力機車列車供電控制方法、裝置和系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及列車供電控制技術領域，更具體地說，涉及一種交直型電力機車列車供電控制方法、裝置和系統。
背景技術：
電力機車列車供電系統是由電力機車本身提供列車空調、取暖器和照明所需電能的系統，所述供電系統需由供電控制裝置進行集中控制以實現可靠地供電。現有的交直型電力機車列車供電控制裝置由一個集中式供電控制設備或系統控制兩路獨立供電回路，當某一供電控制回路出現故障(供電回路板故障或控制電源中斷等)時，由機車工作人員進行手動操作切換轉換開關由另一供電回路供電。然而，現有的供電控制裝置至少存在如下缺點由于人工干預切換供電回路存在反應能力局限，可能會延誤供電系統的恢復時間；且所述轉換開關和列車供電柜之間需要布置電源連線，增加了故障點。

發明內容
有鑒于此，本發明提供一種電力機車列車供電控制方法、裝置和系統，以實現兩套獨立且相同的列車供電控制系統在發生故障時進行保護及切換的目的，不僅自動切換節省系統恢復時間，且無需布置連線減少了故障點。—種電力機車列車供電控制方法，用于電力機車列車供電控制裝置，所述裝置包括結構及功能相同的主供電控制子系統和輔供電控制子系統，上述兩個子系統通過轉換控制單元連接；所述方法包括所述主供電控制子系統進行當前所述電力機車列車供電系統控制；所述輔供電控制子系統同時上電運行；當所述主供電控制子系統的供電控制單元檢測到所述主供電控制子系統故障信息時，所述轉換控制單元根據所述故障信息生成供電允許控制轉換指令，指示所述輔供電控制子系統進行當前所述電力機車列車供電系統的控制。為了完善上述方案，主供電控制子系統和所述輔供電控制子系統均包括供電控制單元、脈沖分配單元和數字入出IO單元所述供電控制單元采集并處理由所述數字入出IO單元接收并轉換后的列車供電柜和客車電壓數字量信號及從總線獲取的內部邏輯及外圍電信號，分別得到對外控制數字開關量及移相電平；所述數字入出IO單元將接收的所述對外控制數字開關量轉換為驅動對應繼電器的開關量；所述脈沖分配單元根據接收的所述移相電平生成觸發脈沖信號列，將所述觸發脈沖信號列放大后通過所述轉換控制單元驅動所述電力機車列車供電系統供電柜的整流橋。為了完善上述方案，所述內部邏輯及外圍電信號包括電壓反饋信號、電流反饋信號和網壓同步信號。優選地，所述方法還包括所述列車供電控制單元通過總線與設置于所述供電控制裝置中的網絡通訊模塊交換所述供電柜的狀態信息及供電允許控制轉換狀態信息。當出現接地故障和/或集控器故障時，利用所述隔離開關保護。將所述供電控制裝置的故障記錄存儲并下載。一種電力機車列車供電控制裝置，包括結構及功能相同的主供電控制子系統和輔供電控制子系統，上述兩個子系統通過轉換控制單元連接；所述主供電控制子系統進行當前所述電力機車列車供電系統控制；所述輔供電控制子系統同時上電運行；所述轉換控制單元用于當所述主供電控制子系統的供電控制單元檢測到所述主供電控制子系統故障信息時，生成供電允許控制轉換指令指示所述輔供電控制子系統進行當前所述電力機車列車供電系統的控制。為了完善上述方案，所述主供電控制子系統和輔供電控制子系統均包括供電控制單元、脈沖分配單元和數字入出IO單元所述數字入出IO單元用于接收并轉換后的列車供電柜和客車電壓數字量信號；所述供電控制單元用于采集所述轉換后的電壓數字量信號，以及從總線獲取內部邏輯及外圍電信號，將所述轉換后的電壓數字量信號和所述內部邏輯及外圍電信號分別處理后得到對外控制數字開關量及移相電平；由所述數字入出IO單元將接收的所述對外控制數字開關量轉換為驅動對應繼電器的開關量；所述脈沖分配單元用于根據接收的所述移相電平生成觸發脈沖信號列，將所述觸發脈沖信號列放大后通過所述轉換控制單元驅動所述電力機車列車供電系統供電柜的整流橋。所述供電控制單元包括微處理器DSP、微處理器ARM、可編程的邏輯器件和模數 AD轉換芯片；所述DSP用于控制總線及總線插件數據交換、信號處理和故障保護；所述ARM用于人機交互通訊；可編程的邏輯器件用于控制采集及預處理所述轉換后的電壓數字量信號，以及從總線獲取內部邏輯及外圍電信號；所述AD轉換芯片用于將可編程的邏輯器件處理后的信號進行模數轉換，并發送至所述DSP。所述脈沖分配單元包括可編程的邏輯器件及外圍電路和脈沖放大電路可編程的邏輯器件及外圍電路用于對所述移相電平進行濾波及計算后生成觸發脈沖信號列及與總線連接；所述脈沖放大電路將所述脈沖信號列中的脈沖放大后驅動供電系統的供電柜的單相半控整流橋。優選地，所述系統還包括網絡通訊模塊，所述網絡通訊模塊與所述列車供電控制裝置通過總線交換所述供電柜的狀態信息及供電允許控制轉換狀態信息。
當出現接地故障和/或集控器故障時進行隔離保護的隔離開關。與所述網絡通訊模塊連接的顯示器，所述顯示器顯示所述供電柜的狀態信息及供電允許控制轉換狀態信息。一種電力機車列車供電控制系統，包括上述控制裝置。從上述的技術方案可以看出，本發明實施例的電力機車列車供電控制裝置設有結構及功能相同的主供電控制子系統和輔供電控制子系統，采用熱備冗余方式，主供電控制子系統和輔供電子系統均上電運行，在主供電控制子系統出現故障時，所述輔供電子系統在轉換控制單元的供電允許控制轉換指令指示下，執行與所述主供電子系統相同功能的供電系統控制，從而在發生供電控制機構故障時，及時自動地轉換控制裝置，解決了現有技術中人工切換延誤系統恢復時間及由于轉換開關和列車供電柜布置連線增加故障點的問題。


為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。圖1為本發明公開的一種現有電力機車列車供電控制裝置結構示意圖；圖2為本發明實施例公開的一種電力機車列車供電控制方法流程圖；圖3為本發明又一實施例公開的一種電力機車列車供電控制方法流程圖；圖4為本發明實施例公開的一種電力機車列車供電控制裝置結構示意圖；圖5為本發明又一實施例公開的一種電力機車列車供電控制裝置結構示意圖；圖6為本發明又一實施例公開的一種電力機車列車供電控制裝置結構示意圖。
具體實施例方式為了引用和清楚起見，下文中使用的技術名詞、簡寫或縮寫總結如下DSP =Digital signal processor，一種獨特的微處理器，是以數字信號來處理大量信息的器件。它不僅具有可編程性，而且其實時運行速度可達每秒數以千萬條復雜指令程序，遠遠超過通用微處理器，是數字化電子世界中日益重要的電腦芯片。ARM 是一種高性能、廉價、耗能低的RISC處理器，目前應用范圍已遍及工業控制、 消費類電子產品、通信系統、網絡系統、無線系統等各類產品。FPGA :Feld-programmable gate array，現場可編程門陣列，它是作為專用集成電路領域中的一種半定制電路而出現的，既解決了定制電路的不足，又克服了原有可編程器件門電路數有限的缺點。下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。在進行實施例描述之前，需要說明的是，參見圖1 現有的列車供電控制裝置設置功能完全相同的A、B兩組控制系，在對列車供電系統控制時選擇其中一系進行，當操作人員將列車供電控制裝置通過轉換開關切換到A系時，列車供電控制裝置A系控制插件上電運行，B系控制插件失電停止工作，反之亦然。發明人通過對上述列車供電控制技術的研究發現當某一系列車供電控制系出現問題(如主控板不能正常工作、控制電源中斷等故障)時，需要由操作人員進行人工干預，由于操作人員從發現故障提示到切換完成，需要一段反應時間，不僅耽誤了列車供電系統的正常供電狀態的恢復，且影響了旅客列車的正常供電；其次，所述列車供電系統和轉換開關之間需設置額外的連線，從系統故障點的角度考慮，無疑增加了維護故障點。故而，發明人現有技術的上述缺陷，取消以往冷備份冗余設計改進為熱備份冗余設計的列車供電控制裝置，當某一組控制系出現故障時，通過兩系供電控制單元的直接通信，立即由另一系接管控制；并取消了轉換開關的設置，節省了供電控制裝置和轉換開關之間的連線和開關插件設置，減少了故障點。下面結合實施例和圖示進行詳盡說明圖2示出了一種電力接車列車供電控制方法，包括 該控制方法用于電力機車列車供電控制裝置，所述裝置包括結構及功能相同的主供電控制子系統和輔供電控制子系統，上述兩個子系統通過轉換控制單元連接；步驟21 所述主供電控制子系統進行當前所述電力機車列車供電系統控制；所述輔供電控制子系統同時上電運行；步驟22 判斷所述主供電控制子系統的供電控制單元是否檢測到該子系統的故障信息，如檢測到，則執行步驟23-24 ；否則執行步驟25。步驟23 所述轉換控制單元根據所述故障信息生成供電允許控制轉換指令；在本步驟23中，更為詳細地，所述主供電控制子系統和所述輔供電控制子系統均包括供電控制單元、脈沖分配單元和數字入出IO單元所述供電控制單元采集并處理由所述數字入出IO單元接收并轉換后的列車供電柜和客車電壓數字量信號及從總線獲取的內部邏輯及外圍電信號，分別得到對外控制數字開關量及移相電平；所述數字入出IO單元將接收的所述對外控制數字開關量轉換為驅動對應繼電器的開關量；所述脈沖分配單元根據接收的所述移相電平生成觸發脈沖信號列，將所述觸發脈沖信號列放大后通過所述轉換控制單元驅動所述電力機車列車供電系統供電柜的整流橋。需要說明的是所述移相電平是所述供電控制單元對包括電壓反饋信號、電流反饋信號和網壓同步信號等信號調整及計算后得到的相應的電平序列，所述調整和計算包括將所述電壓反饋信號和電流反饋信號及網壓同步信號等與給定延時積分環節中預置值比較后，并經調節器運算得出所述供電柜整流橋的觸發角，所述觸發角通過同步處理和功率放大后控制所述供電柜的整流橋的觸發脈沖模塊觸發整流橋的導通，而所述觸發脈沖信號列為與所述移相電平對應的順序觸發脈沖信號序列。步驟M 指示所述輔供電控制子系統進行當前所述電力機車列車供電系統的控制。步驟25:正常運作。
圖3示出了一種電力接車列車供電控制方法，包括步驟31 所述主供電控制子系統進行當前所述電力機車列車供電系統控制；所述輔供電控制子系統同時上電運行；步驟32 判斷所述主供電控制子系統的供電控制單元是否檢測到該子系統的故障信息，如檢測到，則執行步驟33-34 ；步驟33 所述轉換控制單元根據所述故障信息生成供電允許控制轉換指令；步驟34 指示所述輔供電控制子系統進行當前所述電力機車列車供電系統的控制。步驟35 所述列車供電控制單元通過總線與設置于所述供電控制裝置中的網絡通訊模塊交換所述供電柜的狀態信息及供電允許控制轉換狀態信息。步驟36 將所述供電控制裝置的故障記錄存儲并下載。在本實施例中，還包括有當出現接地故障和/或集控器故障時，利用所述隔離開關保護，該過程不再附著圖示及進一步贅述說明。圖4示出了一種電力機車列車供電控制裝置，包括結構及功能相同的主供電控制子系統41和輔供電控制子系統42，上述兩個子系統通過轉換控制單元43連接；所述主供電控制子系統41進行當前所述電力機車列車供電系統控制；所述輔供電控制子系統42同時上電運行；所述轉換控制單元43用于當所述主供電控制子系統的供電控制單元檢測到所述主供電控制子系統41故障信息時，生成供電允許控制轉換指令指示所述輔供電控制子系統42進行當前所述電力機車列車供電系統的控制。圖5示出了又一種電力機車列車供電控制裝置，包括如圖5所示，并結合圖4所述所述主供電控制子系統和輔供電控制子系統均包括供電控制單元51、脈沖分配單元52和數字入出IO單元53 所述數字入出IO單元53用于接收并轉換后的列車供電柜和客車電壓數字量信號；所述供電控制單元51用于采集所述轉換后的電壓數字量信號，以及從總線獲取內部邏輯及外圍電信號，將所述轉換后的電壓數字量53信號和所述內部邏輯及外圍電信號分別處理后得到對外控制數字開關量及移相電平；由所述數字入出IO單元53將接收的所述對外控制數字開關量轉換為驅動對應繼電器的開關量；所述脈沖分配單元52用于根據接收的所述移相電平生成觸發脈沖信號列，將所述觸發脈沖信號列放大后通過所述轉換控制單元33驅動所述電力機車列車供電系統供電柜的整流橋。所述供電控制單元包括微處理器DSP、微處理器ARM、可編程的邏輯器件和模數AD轉換芯片；所述DSP用于控制總線及總線插件數據交換、信號處理和故障保護；所述ARM用于人機交互通訊；
可編程的邏輯器件用于控制采集及預處理所述轉換后的電壓數字量信號，以及從總線獲取內部邏輯及外圍電信號；所述AD轉換芯片用于將可編程的邏輯器件處理后的信號進行模數轉換，并發送至所述DSP。所述脈沖分配單元包括可編程的邏輯器件及外圍電路和脈沖放大電路可編程的邏輯器件及外圍電路用于對所述移相電平進行濾波及計算后生成觸發脈沖信號列及與總線連接；所述脈沖放大電路將所述脈沖信號列中的脈沖放大后驅動供電系統的供電柜的單相半控整流橋。需要明確的是，所述可編程的邏輯器件具體為現場可編程門陣列FPGA，上述供電控制單元和脈沖分配單元的結構作為所述系統的組成構件進行說明，而實現形式及具體連接關系，并不局限于上述列舉內容，且不再在本領域技術人員通過上述說明可實現單元結構及功能的基礎上再做詳細圖示。圖6示出了又一種電力機車列車供電控制裝置，相同之處參見圖4-圖5圖示及對應說明，現僅就不同之處進行描述圖中包括了網絡通訊模塊61，所述網絡通訊模塊61與所述列車供電控制裝置通過總線交換所述供電柜的狀態信息及供電允許控制轉換狀態信息。與所述網絡通訊模塊連接的顯示器62，所述顯示器顯示所述供電柜的狀態信息及供電允許控制轉換狀態信息，所述供電柜的狀態信息包括輸出電壓、輸出板電壓、輸出電流，開關器件的狀態信息，列車供電故障信息等。另外，當出現接地故障和/或集控器故障時進行隔離保護的隔離開關，該部件不再附著圖示及進一步贅述說明。本實施例中，該系統利用顯示屏顯示的方式通知工作人員，記錄并存儲發生故障時的相關信息，為后期診斷提供有用且必要的信息，需要說明的是，可通過便攜式計算機及存儲設備將故障履歷下載以備后續分析和保存。需要明確的是，本發明還公開了一種電力機車列車供電控制系統，包括圖4-6圖示及說明對應所述電力機車列車供電控制裝置，相應描述參見裝置，此處不再贅述。綜上所述本發明實施例的電力機車列車供電控制裝置設有結構及功能相同的主供電控制子系統和輔供電控制子系統，采用熱備冗余方式，主供電控制子系統和輔供電子系統均上電運行，在主供電控制子系統出現故障時，所述輔供電子系統在轉換控制單元的供電允許控制轉換指令指示下，執行與所述主供電子系統相同功能的供電系統控制，從而在發生供電控制機構故障時，及時自動地轉換控制裝置，解決了現有技術中人工切換延誤系統恢復時間及由于轉換開關和列車供電柜布置連線增加故障點的問題。本說明書中各個實施例采用遞進的方式描述，每個實施例重點說明的都是與其他實施例的不同之處，各個實施例之間相同相似部分互相參見即可。對于實施例公開的系統而言，由于其與實施例公開的方法相對應，所以描述的比較簡單，相關之處參見方法部分說明即可。
本領域技術人員可以理解，可以使用許多不同的工藝和技術中的任意一種來表示信息、消息和信號。例如，上述說明中提到過的消息、信息都可以表示為電壓、電流、電磁波、 磁場或磁性粒子、光場或以上任意組合。專業人員還可以進一步意識到，結合本文中所公開的實施例描述的各示例的單元及算法步驟，能夠以電子硬件、計算機軟件或者二者的結合來實現，為了清楚地說明硬件和軟件的可互換性，在上述說明中已經按照功能一般性地描述了各示例的組成及步驟。這些功能究竟以硬件還是軟件方式來執行，取決于技術方案的特定應用和設計約束條件。專業技術人員可以對每個特定的應用來使用不同方法來實現所描述的功能，但是這種實現不應認為超出本發明的范圍。結合本文中所公開的實施例描述的方法或算法的步驟可以直接用硬件、處理器執行的軟件模塊，或者二者的結合來實施。軟件模塊可以置于隨機存儲器(RAM)、內存、只讀存儲器(ROM)、電可編程ROM、電可擦除可編程ROM、寄存器、硬盤、可移動磁盤、CD-ROM、或技術領域內所公知的任意其它形式的存儲介質中。對所公開的實施例的上述說明，使本領域專業技術人員能夠實現或使用本發明。 對這些實施例的多種修改對本領域的專業技術人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發明的精神或范圍的情況下，在其它實施例中實現。因此，本發明將不會被限制于本文所示的這些實施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點相一致的最寬的范圍。
權利要求
1.一種電力機車列車供電控制方法，其特征在于，用于電力機車列車供電控制裝置，所述裝置包括結構及功能相同的主供電控制子系統和輔供電控制子系統，上述兩個子系統通過轉換控制單元連接；所述方法包括所述主供電控制子系統進行當前所述電力機車列車供電系統控制；所述輔供電控制子系統同時上電運行；當所述主供電控制子系統的供電控制單元檢測到所述主供電控制子系統故障信息時， 所述轉換控制單元根據所述故障信息生成供電允許控制轉換指令，指示所述輔供電控制子系統進行當前所述電力機車列車供電系統的控制。
2.根據權利要求1所述的控制方法，其特征在于，主供電控制子系統和所述輔供電控制子系統均包括供電控制單元、脈沖分配單元和數字入出IO單元所述供電控制單元采集并處理由所述數字入出IO單元接收并轉換后的列車供電柜和客車電壓數字量信號及從總線獲取的內部邏輯及外圍電信號，分別得到對外控制數字開關量及移相電平；所述數字入出IO單元將接收的所述對外控制數字開關量轉換為驅動對應繼電器的開關量；所述脈沖分配單元根據接收的所述移相電平生成觸發脈沖信號列，將所述觸發脈沖信號列放大后通過所述轉換控制單元驅動所述電力機車列車供電系統供電柜的整流橋。
3.根據權利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述內部邏輯及外圍電信號包括電壓反饋信號、電流反饋信號和網壓同步信號。
4.根據權利要求2所述的控制方法，其特征在于，還包括所述列車供電控制單元通過總線與設置于所述供電控制裝置中的網絡通訊模塊交換所述供電柜的狀態信息及供電允許控制轉換狀態信息。
5.根據權利要求1所述的控制方法，其特征在于，還包括當出現接地故障和/或集控器故障時，利用所述隔離開關保護。
6.根據權利要求1所述的控制方法，其特征在于，將所述供電控制裝置的故障記錄存儲并下載。
7.一種電力機車列車供電控制裝置，其特征在于，包括結構及功能相同的主供電控制子系統和輔供電控制子系統，上述兩個子系統通過轉換控制單元連接；所述主供電控制子系統進行當前所述電力機車列車供電系統控制；所述輔供電控制子系統同時上電運行；所述轉換控制單元用于當所述主供電控制子系統的供電控制單元檢測到所述主供電控制子系統故障信息時，生成供電允許控制轉換指令指示所述輔供電控制子系統進行當前所述電力機車列車供電系統的控制。
8.根據權利要求7的控制裝置，其特征在于，所述主供電控制子系統和輔供電控制子系統均包括供電控制單元、脈沖分配單元和數字入出IO單元所述數字入出IO單元用于接收并轉換后的列車供電柜和客車電壓數字量信號；所述供電控制單元用于采集所述轉換后的電壓數字量信號，以及從總線獲取內部邏輯及外圍電信號，將所述轉換后的電壓數字量信號和所述內部邏輯及外圍電信號分別處理后得到對外控制數字開關量及移相電平；由所述數字入出IO單元將接收的所述對外控制數字開關量轉換為驅動對應繼電器的開關量；所述脈沖分配單元用于根據接收的所述移相電平生成觸發脈沖信號列，將所述觸發脈沖信號列放大后通過所述轉換控制單元驅動所述電力機車列車供電系統供電柜的整流橋。
9.根據權利要求8的控制裝置，其特征在于，所述供電控制單元包括微處理器DSP、微處理器ARM、可編程的邏輯器件和模數AD轉換芯片；所述DSP用于控制總線及總線插件數據交換、信號處理和故障保護；所述ARM用于人機交互通訊；可編程的邏輯器件用于控制采集及預處理所述轉換后的電壓數字量信號，以及從總線獲取內部邏輯及外圍電信號；所述AD轉換芯片用于將可編程的邏輯器件處理后的信號進行模數轉換，并發送至所述 DSP。
10.根據權利要求8的控制裝置，其特征在于，所述脈沖分配單元包括可編程的邏輯器件及外圍電路和脈沖放大電路可編程的邏輯器件及外圍電路用于對所述移相電平進行濾波及計算后生成觸發脈沖信號列及與總線連接；所述脈沖放大電路將所述脈沖信號列中的脈沖放大后驅動供電系統的供電柜的單相半控整流橋。
11.根據權利要求9或10的控制裝置，其特征在于，所述可編程的邏輯器件具體為現場可編程門陣列FPGA。
12.根據權利要求7的控制裝置，其特征在于，還包括網絡通訊模塊，所述網絡通訊模塊與所述列車供電控制裝置通過總線交換所述供電柜的狀態信息及供電允許控制轉換狀態fe息。
13.根據權利要求7的控制裝置，其特征在于，還包括當出現接地故障和/或集控器故障時進行隔離保護的隔離開關。
14.根據權利要求10的控制裝置，其特征在于，還包括與所述網絡通訊模塊連接的顯示器，所述顯示器顯示所述供電柜的狀態信息及供電允許控制轉換狀態信息。
15.一種電力機車列車供電控制系統，其特征在于，包括權利要求7-14任一項權利要求中的控制裝置。
全文摘要
本發明實施例公開了一種電力機車列車供電控制方法、裝置和系統，所述裝置包括結構及功能相同的主供電控制子系統和輔供電控制子系統，上述兩個子系統通過轉換控制單元連接；所述方法包括所述主供電控制子系統進行當前所述電力機車列車供電系統控制；所述輔供電控制子系統同時上電運行；當所述主供電控制子系統的供電控制單元檢測到所述主供電控制子系統故障信息時，所述轉換控制單元根據所述故障信息生成供電允許控制轉換指令，指示所述輔供電控制子系統進行當前所述電力機車列車供電系統的控制。解決了現有技術中人工切換延誤系統恢復時間及由于轉換開關和列車供電柜布置連線增加故障點的問題。
文檔編號B60L1/02GK102555811SQ201110366418
公開日2012年7月11日 申請日期2011年11月17日 優先權日2011年11月17日
發明者李小平, 李英華, 歐陽天添, 蔡杰 申請人:株洲南車時代電氣股份有限公司