具体实施方式

为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的描述。

实施例1

如图1所示，本实施例提供一种基于地面牵引供电的电气列车，包括牵引电机M、无功功率控制器RPC和无功补偿器SVG，其中：

所述牵引电机M通过地面牵引变流器TC进行驱动控制；

所述无功功率控制器RPC根据所述牵引电机M的运行状态向所述无功补偿器SVG发出控制信号；

所述无功补偿器SVG根据接收到的所述控制信号发出无功电流，为所述牵引电机M提供励磁和/或无功补偿。

本实施例取消车载牵引变压器和车载牵引变流器，并通过地面牵引变流器TC对牵引电机M进行驱动控制，可以有效减轻电气列车的轴重，提升电气列车的有效空间，有利于提升电气列车的运行速度效率；同时考虑到电气列车运行时，地面牵引变流器TC和电气列车内的牵引电机M之间的距离时刻发生变化，导致牵引电机M与地面牵引变流器TC之间的线路参数时刻发生变化，使地面牵引变流器TC的控制难度加大，为了对牵引电机M实现更为精确的控制，本实施例在电气列车上设置无功功率控制器RPC和无功补偿器SVG，无功功率控制器RPC根据牵引电机M的运行状态控制无功补偿器SVG直接对牵引电机M提供励磁和/或无功补偿，不但可以简化地面牵引变流器TC的控制复杂程度，还可以提高牵引电机的功率因数，从而保证在长距离输电时线路压降依然满足要求。

本实施例中，电气列车指通过电力驱动的列车,地面牵引变流器TC是指设置于电气列车外部的牵引变流器，地面牵引变流器TC可以设置于牵引变电所内或技术人员认为合理的其他地面场所，本实施例的地面牵引变流器TC可以是AC-DC-AC结构的牵引变流器；无功补偿器SVG可以是静止无功发生器；牵引电机M为三相异步电机；无功功率控制器RPC根据牵引电机M的运行状态向无功补偿器SVG发出控制信号，可以是指无功功率控制器RPC通过采集牵引电机M的输入电压、输入电流以及转子转速等参数，并将这些参数作为控制输入量来发出相应控制信号给无功补偿器SVG，从而控制无功补偿器SVG发出无功电流以对牵引电机M提供励磁和/或无功补偿。

作为优选，本实施例还可以包括三相受流装置CC，所述三相受流装置CC用于从三相牵引网UVW处取三相电，并将三相电提供给所述牵引电机M、无功功率控制器RPC和无功补偿器SVG。

这里，三相牵引网UVW可以为敷设在地面的三条钢轨，三相受流装置CC是指可以从三相牵引网UVW处取三相电的受电装置，如西南交通大学李群湛团队提出的列车受电犁或其他导电输电装置。

作为优选，所述无功补偿器SVG为所述牵引电机M提供励磁和/或无功补偿后，所述三相受流装置CC处到所述三相牵引网UVW的功率因数趋近于1或等于1。

这里，无功补偿器SVG的控制目标是使电气列车端口(三相受流装置CC处)的功率因数趋近于1直至等于1，一方面可以减小电气列车无功造成的牵引网压降，延长牵引网供电距离，另一方面可以简化地面牵引变流器TC的控制复杂程度。

作为优选，当所述三相受流装置CC处到所述三相牵引网UVW的功率因数等于1，所述牵引电机M不从所述三相牵引网UVW处吸收无功功率。

实施例2

如图1所示，本实施例提供一种地面牵引供电系统，包括牵引变压器TR、地面牵引变流器TC和三相牵引网UVW，其中：

所述牵引变压器TR的原边连接高压电网GRD，次边连接所述地面牵引变流器TC的输入端口；

所述地面牵引变流器TC的三相输出端口分别连接所述三相牵引网UVW的对应相线；

所述三相牵引网UVW用于为电气列车提供三相电，所述地面牵引变流器TC用于通过三相牵引网UVW对电气列车内的牵引电机M进行驱动控制。

本实施例中，牵引变压器TR、地面牵引变流器TC均设置与电机机车外部，如牵引变电所内或技术人员认为合理的其他地面场所，地面牵引变流器TC通过三相牵引网UVW与牵引电机M电连接，实现对牵引电机M的驱动控制。

作为优选，所述地面牵引变流器TC通过所述三相牵引网UVW为所述牵引电机M提供且只提供有功功率。

这里，考虑到电气列车运行时，地面牵引变流器TC和电气列车内的牵引电机M之间的距离时刻发生变化，导致牵引电机M与地面牵引变流器TC之间的线路参数时刻发生变化，为了简化地面牵引变流器TC的控制复杂程度，可以使地面牵引变流器TC只为牵引电机M提供有功功率，牵引电机M需要的无功功率由电气列车内的无功补偿器SVG来提供，从而使牵引电机M的控制更为精确。

实施例3

如图1所示，本实施例提供一种电气列车地面牵引供电系统，包括牵引变压器TR、地面牵引变流器TC、三相牵引网UVW和电气列车LM，所述电气列车LM内部设置有牵引电机M、无功功率控制器RPC和无功补偿器SVG，其中：

所述牵引变压器TR原边连接高压电网GRD，次边连接地面牵引变流器TC的输入端口；

所述地面牵引变流器TC的三相输出端口分别连接所述三相牵引网UVW的对应相线；

所述电气列车LM通过三相受流装置CC从所述三相牵引网UVW处取三相电，并将三相电提供给所述牵引电机M、无功功率控制器RPC和无功补偿器SVG。

作为优选，所述电气列车LM内部的牵引电机M由所述地面牵引变流器TC进行驱动控制。

作为优选，所述无功功率控制器RPC根据所述牵引电机M的运行状态向所述无功补偿器SVG发出控制信号；所述无功补偿器SVG根据接收到的所述控制信号发出无功电流，为所述牵引电机M提供励磁和/或无功补偿。

作为优选，所述无功补偿器SVG为所述牵引电机M提供励磁和/或无功补偿后，所述三相受流装置CC处到所述三相牵引网UVW的功率因数趋近于1或等于1。

作为优选，当所述三相受流装置CC处到所述三相牵引网UVW的功率因数等于1，所述地面牵引变流器TC通过所述三相牵引网UVW为所述牵引电机M提供且只提供有功功率。

实施例4

如图2所示，本实施例提供一种电气列车地面牵引供电系统控制方法，包括：

步骤1：检测牵引电机M的输入电压和输入电流，结合牵引电机M参数计算牵引电机M的转子电流向量；

步骤2：根据牵引电机M的转子电流向量，计算牵引电机M的转子磁通向量；

步骤3：根据牵引电机M的转子磁通向量，计算牵引电机M的定子电流的励磁分量以及力矩分量；

步骤4：根据牵引电机M的转子磁通向量以及定子电流的力矩分量，计算牵引电机M转子的转差频率；

步骤5：检测牵引电机M转子的旋转频率，根据牵引电机M转子的旋转频率和转差频率，计算牵引电机M的同步频率；

步骤6：根据牵引电机M的同步频率，基于同步旋转坐标控制，计算牵引电机M的有功电流和无功电流；

步骤7：根据牵引电机M的有功电流和无功电流，控制无功补偿器SVG对牵引电机M进行无功电流补偿。

本实施例提供的方法可以应用于无功功率控制器RPC。

具体地，步骤1中，根据方程式(1)得到方程式(2)，根据方程式(2)计算得到牵引

电机M的转子电流向量：

步骤2中，根据方程式(3)得到方程式(4)，根据方程式(4)计算得到牵引电机M转子磁通向量：

步骤3中，根据方程式(5)计算得到牵引电机M的定子电流的励磁分量以及力矩分量：

步骤4中，根据方程式(6)计算得到牵引电机M转子的转差频率：

步骤5中，根据方程式(7)计算得到牵引电机M的同步频率：

其中，u_αs指定子电压α分量，u_βs指定子电压β分量，i_αs指定子电流α分量，i_βs指定子电流β分量，R_s指定子电阻参数，L_s指定子电感参数，L_m指电机励磁电感参数，i_αr指转子电流α分量，i_βr指转子电流β分量ψ_αγ指转子磁场α分量，ψ_βγ指转子磁场β分量，i_ms指定子电流励磁分量，i_ts指定子电流功率分量，R_r指转子电阻参数，L_r指转子电感参数，ω_e指转子转差频率，ω_γ指转子机械转速，ω指同步转速。

进行步骤6时，如图3所示，以步骤5算出的同步频率ω为基础，分别对牵引电机定子电压定子电流和无功补偿器端口电流[i_α，i_β]进行同步旋转坐标变换，分别得到定子电压直流量定子电流直流量和无功补偿器端口电流直流量然后通过定子电压直流量和定子电流直流量计算得到牵引电机的输入有功功率和无功功率[P,Q]。无功补偿器的控制在旋转坐标系下分别对无功补偿器端口电流直流量的d分量和q分量实行闭环控制，同时增加无功补偿器直流母线外环控制，以稳定其直流侧电压。无功补偿器电流给定由目标功率[P^*,Q^*]计算得到，其中目标有功功率目标为母线电压环调节出的有功指令，无功功率目标为电机输入无功的负值，即Q^*＝Q。电流内环引入并网电抗感应电压[Uid_FF,Uiq_FF]以及交流电压前馈[Ud_FF,Uq_FF]以加快电流调节速度，旋转坐标下的调节信号[Md,Mq]经反变换得到三相调制信号[Ma,Mb,Mc]，三相调制信号采用空间矢量调制(SVPWM)方式产生PWM信号进行无功补偿器逆变桥的控制。

以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，上述优选实施方式不应视为对本发明的限制，本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的精神和范围内，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。