一種提高電力機車電效率的控制方法
【技術領域】
[0001 ]本發明涉及電力機車控制領域，尤其是涉及一種提高電力機車電效率的控制方 法。
【背景技術】
[0002] 目前關于電力機車用電節能的技術方案主要有：1、運用交流電力機車制動回饋技 術將電動機處于發電狀態時產生的電能回饋到電網，該技術已在交流電力機車上廣泛運 用;2、通過對機車運行速度的研究，尋求機車的運行檔位優化控制從而達到節能的目的。我 國現有電力機車主要有韶山、東風、和諧等型號，采用6或8臺牽引電機帶動輪對運動，由于 我國幅員遼闊，鐵路線路路況復雜，因此為滿足不同路況鐵路運輸的要求，電力機車機車額 定功率較大如:和諧號貨車為9600KW，客車為7200KW。據公開數據表明：我國單車平均運輸 載重約3500噸，機車電力拖動系統負載率長期低于50%，因此，機車運行效率較低、電力損 耗較大。現運行的機車中尚無在不同運輸重量、不同運輸地形路況、天氣等條件下，如何使 機車運行在最佳電效率狀態的裝置，鐵路機車電力傳動系統電效率智能優化輔助控制裝置 將填補該方面技術的空白。

【發明內容】

[0003] 本發明的目的在于:針對現有技術存在的問題，提供一種提高電力機車電效率的 控制方法，解決現有機車運行效率較低、電力損耗較大的問題。
[0004] 本發明的發明目的通過以下技術方案來實現:一種提高電力機車電效率的控制方 法，其特征在于，該方法包括步驟：
[0005] (1)獲取電力機車的實測機車輪周牽引力Fk^i、實測機車運行速度v^i、實測原邊 電流1|_]和實測網壓u曝測，然后根據公式
卜算實測機車效率值
[0006] (2)根據實測機車效率值r^i控制投切牽引電機，使得機車速度達到設定速度，且 機車效率值達到設定效率值。
[0007] 作為進一步的技術方案，根據實測機車效率值屯測控制投切牽引電機的方法包括：
[0008] 進行比較判斷：
[0009] 1)若，實測機車效率值卿]〈設定效率值，且機車速度達到設定速度時，則只留一組 牽引電機運行，控制切除其余牽引電機，而后，進行步驟：
[0010] a、經過η秒延時，獲取機車當前速度；
[0011] b、進行判斷:若，機車當前速度〈設定速度，則進行步驟c，否則，進行步驟(1);
[0012] c、投上一組牽引電機，并返回步驟a;
[0013] 2)若，設定效率值《實測機車效率值90%，且速度達到設定值時，切除一組 牽引電機，進行步驟(1)。
[0014] 作為進一步的技術方案，所述設定效率值為50%。
[0015] 作為進一步的技術方案，該方法還包括步驟:獲取天氣情況信息，若為雨天，則實 測機車運行速度進行1 %速度加成后代入所述公式計算，若為雪天，則實測機車運行速 度進行〇. 5 %速度加成后代入所述公式計算。
[0016] 作為進一步的技術方案，所述電力機車的實測機車輪周牽引力Fk^i、實測機車運 行速度ν3*Ι、實測原邊電流1原_||和實測網壓11曝*|從列車運行監控記錄裝置中獲取得到。
[0017] 作為進一步的技術方案，在切除牽引電機時，通過將指令傳入TCMS系統自動切除 或通過操作人員手動切除。
[0018] 作為進一步的技術方案，一組牽引電機包括兩臺牽引電機。
[0019] 與現有技術相比，本發明具有以下優點：
[0020] 1、本發明能自動調整機車每臺牽引電機的負載率水平，使其工作在最佳區域，在 確保安全運行的前提下，使機車運行電效率最高，達到節能目的；
[0021] 2、從實際跟車收集到的機車運行數據可以看出，在使用本發明方法后，能達到8% 的節能效果，每年將會為路局節省上千萬元的電費支出，可見，該車載節能裝置能為國家和 社會帶來巨大的經濟效益，非常具有應用前景。
【附圖說明】
[0022]圖1為本發明的控制流程示意圖；
[0023]圖2為執行本發明方法的功能模塊圖；
[0024]圖3為電機功率發揮百分比為66 %時的機車效率曲線；
[0025]圖4為電機功率發揮百分比為50 %時的機車效率曲線；
[0026]圖5為電機功率發揮百分比為20 %時的機車效率曲線。
【具體實施方式】
[0027]下面結合附圖和具體實施例對本發明進行詳細說明。
[0028] 實施例
[0029]本發明主要應用于鐵路交、直流電力機車電力傳動系統，通過機車運行狀況進行 實時數據分析計算，自動調整每臺電機的負載率水平，使其工作在最佳區域，在確保安全運 行的前提下，使機車運行電效率最高，達到節能目的。在國內鐵路系統中，是首個對電氣傳 動系統負載率進行研究用來改變運行效率的技術。
[0030] 本發明的控制原理依據：電力機車運輸主要是靠機車牽引，其牽引力主要是指輪 周牽引力，目前，鐵路電力機車主要有6軸和8軸，即靠電動機和傳動機構將電能轉變為機械 能做功。我國幅員遼闊，經濟發展水平不一，鐵路運輸情況較為復雜，不同區域、不同線路， 甚至同一線路上行、下行，貨物載重水平相差很大，因此電機的負載率相差較大，而電機負 載率的大小，又直接影響電力機車電氣傳動系統的整體效率。一般說來，負載率在60%~ 80%左右，電氣傳動系統(變壓器，整流器，逆變器，電機等)運行效率最高，低于和高于此范 圍，由于低功率因數及電流熱效應的影響，損耗都會偏大。
[0031] 因此，在保證機車安全、準時的情況下，根據機車運行的重量、線路等條件，采用較 經濟的電機運行臺數，從而調整每臺電機的負載率水平，使其工作在最佳區域，從而損耗最 小，達到節能目的。
[0032] 現在，機車均采用滿軸、所有電機工作的方式，在輕載、平路等情況下，負載率較 低，損耗較大，經過理論和現場實際測算，1臺電機運行狀態時其損耗在70KW左右，若提高每 臺電機的負載率，根據負載率與效率特性關系圖，可以分別得出損耗降低值。
[0033] 同時，根據能量守恒定律，可知機車運行時總的能耗公式為
[0034] Σ W總=Σ Ws+ Σ Σ %+ Σ W曲 + Σ W空
[0035] 其中XW基為基本阻力能耗，其占總能耗約67%，因此作為主要的研究對象。
[0036] 其表達式為：
[0037] 基o+M2W"o) · g · ds
[0038] 其中，Ml、M2分別為機車和貨車重量 [0039]礦o、W〃()分別為機車和貨車單位基本阻力 [0040] g:為重力加速度
[0041 ]而：r。= 2 · 25+0 · 019V+0 · 0032V2
[0042] W〃 〇 = 0·92+0·0048V+0·000125V2
[0043] 從公式可以看出，基本阻力只和機車運行速度有關，速度增大，基本阻力增大，能 耗高，為了節能，盡量減小基本阻力做功是必要的，但是減小速度會降低機車總效率，在鐵 路大提速的背景下，其運行時間有嚴格限制，不能隨意降速，速度和效率兩者需要達到一個 最優平衡點，才能得到最佳運行曲線，以解決目前司乘人員憑經驗操作，缺乏指導的問題。
[0044] 其它，如因為線路具有坡度，轉彎半徑等原因，在確保安全的情況下利用坡度、機 車自身慣性合理操作手柄，減少制動操作，使用惰行方式，都是節約電能的方式。
[0045] 然而，要想自動調整每臺電機的負載率水平，使其工作在最佳區域，就必須要解決 兩個技術難題：1、如何通過公式來表征機車效率，2、機車效率控制在多少時，才能使得機車 具有較好的節能效果。
[0046] 針對難題1，基于機車必須滿足一定速度，因此需建立機車效率隨電機功率發揮百 分比以及變流系統功率隨機車運行速度變化的機車效率曲線。其定義如式(2-1)所示。
[0047] q = f (v,rP) (2-1)
[0048] 式中:η-機車效率，V-機車運行速度(km/h)，rP-電機功率發揮百分比。
[0049] 通過大量資料分析和現場調研發現，擬合機車效率曲線族需要收集機車運行速 度、機車輪周牽引力、網壓、原邊電流等實測數據，實測的η由式(2-2)獲得。
[0050]
[0051] 式中實測機車效率，實測機車輪周牽引力，v^i_實測機車運行速度， 實測原邊電流，U?sr實測網壓;實測的V、r p分別為V3a和r p^i，均由直接測量得到。
[0052] 針對難題2,通過采用MATLAB的數據擬合工具箱，對收集及計算得到的一系列 (，rp^i)數據組進行擬合，求得機車效率曲線。
[0053]電機功率發揮百分比為66 %、50 %和20 %時的重車效率曲線分別如圖3、圖4和圖5 所示。其中圖中的星形離散點為實測數據點，電機功率發揮百分比為LKJ2000機車運行監控 記錄儀數據，曲線為擬合所得的機車效率曲線。圖中橫軸為機車運行速度，單位為km/h，縱 軸為機車效率。
[0054]電機功率發揮百分比為66 %、50 %和20 %時的機車效率曲線的解析式分別如式 (2-3)、（2-4)和（2-5)所不。
[0055] η = 〇·〇〇15ν+0.7893 (2-3)
[0056] q = -4.01 X 10_5v2+0.0055v+0.6759 (2-4)
[0057] η