具体实施方式

本申请的核心是提供一种牵引变流器的控制装置，能够自动检测供电制式并控制牵引变流器的主电路的运行模式，提高轨道车辆的运行安全性。本申请的另一个核心是提供一种牵引变流器的控制方法，同样具有上述技术效果。

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。

请参考图1，图1为本申请实施例所提供的一种牵引变流器的控制装置的示意图，参考图1所示，该装置包括：

电压检测电路10与传动控制单元20。

其中，电压检测电路10，用于检测电网电压，并输出电压信号。且在一种具体的实施方式中，电压检测电路10包括：第一电压检测电路与第二电压检测电路；第一电压检测电路包括变压器，用于通过变压器对电网电压进行降压处理，并输出降压处理后的第一电压信号；第二电压检测电路包括电压传感器，用于通过电压传感器采集电网电压并输出第二电压信号。

具体而言，本实施例设置两路电压检测电路10，即第一电压检测电路与第二电压检测电路。第一电压检测电路设置变压器，通过变压器对电网电压进行降压处理并输出降压后的第一电压信号。当供电制式为交流供电制式时，第一电压检测电路输出交流电。当供制式为直流供电制式时，变压器不会产生电磁感应，第一电压检测电路的输出为零即无输出。

第二电压检测电路设置电压传感器，其通过电压传感器采集电网电压，并输出第二电压信号。当供电制式为直流供电制式时，第二电压检测电路输出直流传感信号至传动控制单元20，供传动控制单元20确定供电制式以及计算实际的电网电压。当供电制式为交流供电制式时，第二电压检测电路输出交流传感信号，供传动控制单元20计算交流电压的频率并判断输入的电压信号的正负。由于交流供电制式与直流供电制式下电网电压的电压幅值相差很大，至少为12kV以上，且受制于电压传感器以及传动控制单元20的量程与精度，为保障直流供电制式下传动控制单元20的采样精度，在直流供电制式下，以电压传感器的传感信号作为信号输入的传动控制单元20无法采样到交流电压的超量程值，但是可以准确计算交流电压的频率以及判断电压信号的正负。

本实施例通过第一电压检测电路与第二电压检测电路采集两路电压信号，传动控制单元20分析两路电压信号而判断供电制式以及电网电压，较之单一电压信号的技术方案，本实施例能够有效提高网压计算精度，以及判断的准确性。

进一步，参考图2所示，在上述实施例的基础上，第一电压检测电路中的变压器可以包括第一变压器T1与第二变压器T2；第一变压器T1的初级线圈连接受电弓，第一变压器T1的次级线圈连接第二变压器T2的初级线圈，第二变压器T2的次级线圈连接传动控制单元20。

具体而言，本实施例中第一电压检测电路包括两路变压器，其中的第一变压器T1(可为网压互感器)用于对电网输入的交流电压进行缩放，将受电弓引入的较高的交流电压降至第二变压器T2可接收的电压范围。第二变压器T2负责进一步对第一变压器T1输出的交流电压进行降压处理，将第一变压器T1输出的交流电压降至传动控制装置可接收的电压范围。同时，第二变压器T2作为连接第一变压器T1与传动控制单元20的中间结构，第二变压器T2还起到将第一变压器T1输出的交流电压与传动控制单元20进行隔离的作用。

可以明白的是，上述实施例仅为本申请提供的一种实施方式，而非唯一限定，可以根据实际需要设置其他数量的变压器，如在第一变压器T1与第二变压器T2的基础上，还可再增加一个或多个变压器。

进一步，参考图2所示，在上述实施例的基础上，第二电压检测电路还可以包括限流电阻R与滤波电容C；限流电阻R与第一变压器T1的初级线圈串联，电压传感器与限流电阻R并联；滤波电容C与限流电阻R并联。

具体而言，限流电阻R与第一变压器T1的初级线圈串联，即与第一变压器T1的等效阻抗(图2中所示X1)串联。限流电阻R用于限制高压输入电路的电流，防止电压传感器被大电流烧毁。滤波电容C与限流电阻R并联，起到限流以及滤波的作用，防止电压传感器因电压波动过大以及因瞬时输入电流过大而被烧毁。

传动控制单元20用于根据电压检测电路10输出的电压信号，确定线路的供电制式，根据电压信号计算得到电网电压，以及根据供电制式以及电网电压控制牵引变流器的主电路的运行模式。

其中，参考图2所示，传动控制单元20包括交直流网压采样模块，用于将电压信号转换为数字信号处理模块允许输入的电压信号；数字信号处理模块，用于根据交直流网压采样模块输出的电压信号确定线路的供电制式，根据交直流网压采样模块输出的电压信号计算得到电网电压，并根据供电制式以及电网电压控制牵引变流器的主电路的运行模式；通信处理模块，用于与司控实显示器进行数据交互。

另外，对应于电压检测电路10包括的第一电压检测电路与第二电压检测电路的实施方式，传动控制单元20确定供电制式的方式为：若第一电压信号与第二电压信号均为交流信号且第一电压信号与第二电压信号的频率相同，则确定线路的供电制式为交流供电制式；若第一电压信号为零，第二电压信号为直流信号，则确定线路的供电制式为直流供电制式；若第一电压信号与第二电压信号均为零，则确定轨道车辆处于无电区域；若第一电压信号为交流信号且第二电压信号与第一电压信号不一致，则确定轨道车辆处于异常工况。

具体而言，在直流供电制式下，第一电压检测电路无输出，在交流供电制式下，第一电压检测电路输出交流电，且在直流供电制式下与交流供电制式下，第二电压检测电路均有输出。因此，当第一电压检测电路输出的电压信号与第二电压检测电路输出的电压信号的频率相同，且两路电压信号均呈正负交替变化时，此时确定线路的供电制式为交流供电制式。当第一电压电路无输出，而第二电压检测电路输出始终大于零时，此时确定线路的供电制式为直流供电制式。当第一电压检测电路与第二电压检测电路均无输出时，此时确定轨道车辆处于无电区域。当第一电压检测电路输出电压，且第一电压检测电路与第二电压检测电路的输出不一致时(包括第一电压检测电路输出交流电而第二电压检测电路输出为零，第一电压检测电路与第二电压检测电路均输出交流电，但是二者输出的交流电的频率不一致，以及第一电压检测电路输出交流电，但是第二电压检测电路输出直流电)，确定轨道车辆处于异常工况。

进一步，对应于上述第一电压检测电路包括两路变压器，第二电压检测电路还包括限流电阻R与滤波电容C的实施方式，传动控制单元20计算得到实际的电网电压的方式为：

当线路的供电制式为交流供电制式时，根据第一变压器T1的变比、第二变压器T2的变比、交直流电压采样模块的等效采样电阻、第一变压器T1的初级线圈的绕线电阻、限流电阻R的阻值、滤波电容C的容值，计算得到交直流电压检测链路的总阻抗；交直流电压检测链路包括电压检测电路10与交直流电压采样模块；

根据交直流电压检测链路的总阻抗以及交直流电压采样模块的等效采样电阻的采样电压，计算得到交流供电制式下的电网电压；

当线路的供电制式为直流供电制式时，根据限流电阻R的阻值、第一变压器T1的初级线圈的绕线电阻，计算得到电压检测电路10的总阻抗；

根据电压检测电路10的总阻抗以及第二电压信号，计算得到直流供电制式下的电网电压。

具体而言，当线路的供电制式为交流供电制式时，设电网电压为U，幅值为U_amp，电网电压的角频率为ω，第一变压器T1的变比为第二变压器T2变比为第一变压器T1的初级线圈绕线电阻为R_z。因第一变压器T1次级线圈绕线较少，故忽略第一变压器T1的次级线圈绕线电阻。因第二变压器T2的初级线圈与次级线圈的绕线远少于第一变压器T1的初级线圈的绕线，因此，忽略同步变压器的电阻。限流电阻R阻值为R_d，滤波电容C的容值为C，交直流电压采样模块的等效采样电阻为R₃。

故在交流制式下，第一变压器T1的等效阻抗X₁为：

限流电阻R与滤波电容C共同构成阻抗X_r如下：

设Y_c＝wC，则可得：

交直流电压检测链路的总阻抗X为：

设则有

X＝R_n+jH_n (5)

进而，交直流电压检测链路中流过第一变压器T1的电流I为：

进而，交直流电压采样单元的等效采样电阻上采样的电压U₃为：

则交直流电压采样单元的等效采样电阻上采样的电压U₃的幅值U_3amp为：

进而依据式(8)可得实际的电网电压的幅值U_amp为：

交直流电压采样单元的等效采样电阻上采样的电压U₃与电网电压U的相位差θ为：

进而，数字信号处理单元依据式(9)、式(10)并通过锁相算法得到的电网电压的角频率ω，并计算出实际的电网电压U为：

对于上述锁相算法，本申请在此不做赘述，参考现有技术的相关描述即可。

当线路的供电制式为交流供电制式时，第一变压器T1不会有电磁感应，因此不会有电压信号输出至第二变压器T2，第二变压器T2也不会有电压信号输出给交直流电压采样单元，因此数字信号处理单元不会检测到相应的电压。在此情况下，设电网电压为U_dnet，第一变压器T1的初级线圈的绕线电阻为R_z，因第一变压器T1的次级线圈的绕线较少，故忽略其次边线圈绕线的电阻。因第二变压器T2的初级线圈与次级线圈的绕线远少于第一变压器T1的初级线圈的绕线，因此，忽略第二变压器T2的电阻。由于滤波电容C具有隔直流通交流的特性，对直流供电而言其相当于断路，故滤波电容C的容值C＝0，限流电阻R的阻值为R_d。

故在直流供电制式下，电压检测电路的总阻抗X_d为：

X_d＝R_z+R_d (12)

第二电压检测电路中电压传感器输入的直流电压U_d为：

进而可得电网电压为U_dnet为：

可见，在直流供电制式下，数字信号处理单元计算实际的电压时，仅需对采样计算所得的U_d采用式(14)进行补偿计算，即可得到实际的电网电压。

进一步，在上述实施例的基础上，传动控制单元20控制牵引变流器的主电路的运行模式包括：

若线路的供电制式为交流供电制式，则控制牵引变流器的主电路处于交流运行模式；若线路的供电制式为直流供电制式，则控制牵引变流器的主电路处于直流运行模式；若轨道车辆处于无电区域，则控制牵引变流器的主电路处于交流运行模式，并停止牵引变流器运行；若轨道车辆处于异常工况，则控制牵引变流器的主电路处于交流运行模式，并停止牵引变流器运行。

具体而言，当轨道车辆运行在交流供电区域时，传动控制单元20判断出供电制式为交流供电制式，此时，传动控制单元20控制牵引变流器的主电路处于交流运行模式。当轨道车辆运行至无电区域时，此时第一电压检测电路与第二电压检测电路输出均为零，故传动控制单元20停止牵引变流器运行，并控制牵引变流器的主电路处于交流运行模式。当轨道车辆进入直流供电区域后，传动控制单元20判断出供电制式为直流供电制式，此时，传动控制单元20控制牵引变流器的主电路处于直流运行模式。当传动控制单元20判断出轨道车辆处于异常工况时，传动控制单元20控制牵引变流器的主电路处于交流运行模式，并停止牵引变流器运行，以保障牵引变流器的安全。

进一步，传动控制单元20还将线路的供电制式以及牵引变流器的主电路的运行模式发送至司控室显示器。尤其当传动控制单元20诊断出异常工况时，传动控制单元20将异常工况以及停止牵引变流器运行的信息通过列车网络通信总线发送至司控制室的显示器，以告知相关人员此情况。

综上所述，本申请所提供的牵引变流器的控制装置，通过电压检测电路检测电网电压，并通过传动控制单元依据电压检测电路所检测到的电压信号自动确定线路的供电制式以及实际的电网电压，并自动控制牵引变流器的主电路运行于相应的模式下。该控制装置取代了传统人为操作的方式，有效规避了人为操作失误的风险，提高了轨道车辆运行的安全性。

另外，本申请所提供的控制装置还便于扩展到两台或多台受电弓，两台或多台受电弓的牵引变流器的高压供电系统中，仅需相应的增加控制装置即可。例如，参考图3所示，以高压供电系统包括两台受电弓与两台牵引变流器为例：

受电弓1与受电弓2之间连接隔离开关，当隔离开关闭合，受电弓1升弓从电网取电，手电弓2维持降弓时，牵引变压器CI1的传动控制单元TCU1采用本申请所提供的技术方案可准确检测供电制式并控制牵引变压器运行于相应工况。当发生异常工况时，将异常信息上报司机室显示器以提示司机。当隔离开关闭合，受电弓2升弓从电网取电，手电弓1维持降弓时，牵引变压器CI2的传动控制单元TCU2采用本申请所提供的技术方案可准确检测供电制式并控制牵引变压器运行于相应工况。当发生异常工况时，将异常信息上报司机室显示器以提示司机。当隔离开关断开，受电弓1和受电弓2均升弓从电网取电分别对两个牵引变压器供电时，两个牵引变压器的传动控制单元采用本申请所提供的技术方案可准确检测供电制式并控制牵引变压器运行于相应工况。当发生异常工况时，将异常信息上报司机室显示器以提示司机。

本申请还提供了一种牵引变流器的控制方法，下文描述的该方法可以与上文描述的装置相互对应参照。请参考图4，图4为本申请实施例所提供的一种牵引变流器的控制方法的流程示意图，结合图4所示，该方法包括：

S101：接收电压检测电路输出的电压信号；

S102：根据电压信号确定线路的供电制式；

S103：根据电压信号计算得到电网电压；

S104：根据供电制式以及电网电压控制牵引变流器的主电路的运行模式。

在上述实施例的基础上，作为一种优选的实施方式，接收电压检测电路输出的电压信号包括：

接收第一电压检测电路输出的第一电压信号与第二电压检测电路输出的第二电压信号；

其中，第一电压检测电路包括变压器，第一电压检测电路通过变压器对电网电压进行降压处理，并输出降压处理后的第一电压信号；第二电压检测电路包括电压传感器，第二电压检测电路通过电压传感器采集电网电压并输出第二电压信号。

在上述实施例的基础上，作为一种优选的实施方式，根据电压信号确定线路的供电制式，包括：

若第一电压信号与第二电压信号均为交流信号且第一电压信号与第二电压信号的频率相同，则确定线路的供电制式为交流供电制式；

若第一电压信号为零，第二电压信号为直流信号，则确定线路的供电制式为直流供电制式；

若第一电压信号与第二电压信号均为零，则确定轨道车辆处于无电区域；

若第一电压信号为交流信号且第二电压信号与第一电压信号不一致，则确定轨道车辆处于异常工况。

在上述实施例的基础上，作为一种优选的实施方式，根据电压信号计算得到电网电压，包括：

当线路的供电制式为交流供电制式时，根据第一变压器的变比、第二变压器的变比、交直流电压采样模块的等效采样电阻、第一变压器的初级线圈的绕线电阻、限流电阻的阻值、滤波电容的容值，计算得到交直流电压检测链路的总阻抗；交直流电压检测链路包括电压检测电路与交直流电压采样模块；

根据交直流电压检测链路的总阻抗以及交直流电压采样模块的等效采样电阻的采样电压，计算得到交流供电制式下的电网电压；

当线路的供电制式为直流供电制式时，根据限流电阻的阻值、第一变压器的初级线圈的绕线电阻，计算得到电压检测电路的总阻抗；

根据电压检测电路的总阻抗以及第二电压信号，计算得到直流供电制式下的电网电压。

在上述实施例的基础上，作为一种优选的实施方式，根据供电制式以及电网电压控制牵引变流器的主电路的运行模式，包括：

若线路的供电制式为交流供电制式，则控制牵引变流器的主电路处于交流运行模式；

若线路的供电制式为直流供电制式，则控制牵引变流器的主电路处于直流运行模式；

若轨道车辆处于无电区域，则停止牵引变流器运行，并控制牵引变流器的主电路处于交流运行模式；

若轨道车辆处于异常工况，则停止牵引变流器运行，并控制牵引变流器的主电路处于交流运行模式。

在上述实施例的基础上，作为一种优选的实施方式，还包括：

将线路的供电制式以及牵引变流器的主电路的运行模式发送至司控室显示器。

说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置、设备以及计算机可读存储介质而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本申请的范围。

结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(RAM)、内存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。

以上对本申请所提供的牵引变流器的控制装置以及方法进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本申请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申请的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以对本申请进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本申请权利要求的保护范围。