电源控制设备及相敏轨道系统的制作方法

本发明涉及电源控制，尤其是涉及一种电源控制设备及相敏轨道系统。

背景技术：

1、目前，在铁道交通的相敏轨道系统中，电源控制设备用于对相敏轨道电路进行供电。其中，相敏轨道电路的电源控制设备由两个子模块组合而成，两个子模块分别是局部侧和轨道侧。

2、相关技术中，电源控制设备需采用隔离变压器进行隔离供电。然而，由于隔离变压器的体积和重量较大，导致整个相敏轨道系统的体积和重量过大，不利于相敏轨道系统的功能拓展。若设计时减小隔离变压器的体积和重量，则会降低电源控制设备的输出电压动态性能、稳压精度，从而导致无法满足相敏轨道系统的性能指标。因此，如何提供一种电源控制设备，以在体积和重量设计较小的前提下，改善电源控制设备的输出电压动态性能、稳压精度，成了亟待解决的技术问题。

技术实现思路

1、本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种电源控制设备，能够在体积和重量设计较小的前提下，改善电源控制设备的输出电压动态性能、稳压精度。

2、本发明还提出一种具有上述电源控制设备的相敏轨道系统。

3、根据本发明的第一方面实施例的电源控制设备，应用于相敏轨道系统，所述相敏轨道系统包括外部控制设备，所述相敏轨道系统与交流信号源电连接，所述外部控制设备用于提供过零信号；所述电源控制设备包括：

4、变换模块，所述变换模块与所述交流信号源电连接；其中，所述交流信号源用于提供初始交流信号，所述变换模块的输出端电压为变换输出电压；

5、隔离模块，所述隔离模块与所述变换模块电连接；其中，所述隔离模块的输出端电压为隔离输出电压；

6、逆变模块，所述逆变模块分别与所述隔离模块、后级负载电连接；其中，所述逆变模块的输入端电压为逆变输入电压，所述逆变模块的输出端电压为逆变输出电压，所述逆变模块的输出端电流为逆变输出电流；

7、主控模块，所述主控模块分别与所述变换模块、所述隔离模块、所述逆变模块、所述外部控制设备电连接；所述主控模块用于根据所述变换输出电压、预设的第一参考压流数据生成变换控制信号，所述主控模块用于根据所述隔离输出电压、预设的第二参考压流数据生成隔离控制信号，所述主控模块用于根据所述逆变输入电压、所述逆变输出电压、所述逆变输出电流、所述过零信号、预设的第三参考压流数据生成逆变控制信号；

8、其中，所述变换模块用于根据所述变换控制信号将所述初始交流信号变换为初始直流信号；所述隔离模块用于根据所述隔离控制信号对所述初始直流信号进行隔离操作，以得到目标直流信号；所述逆变模块用于根据所述逆变控制信号将所述目标直流信号变换为目标交流信号。

9、根据本发明实施例的电源控制设备，至少具有如下有益效果：主控模块通过变换输出电压、预设的第一参考压流数据控制变换模块的信号变换操作，通过隔离输出电压、预设的第二参考压流数据控制隔离模块的隔离操作，通过逆变输入电压、逆变输出电压、逆变输出电流、预设的第三参考压流数据控制逆变模块的信号逆变操作，即本实施例的电源控制设备能够通过主控模块分别对变换模块、隔离模块、逆变模块各自输入、输出端的信号、相敏轨道系统中其他控制设备的过零信号进行采样，通过反馈调节以改善电源控制设备的输出电压动态性能、稳压精度，同时能够减小电源控制设备设计的体积和重量。

10、根据本发明的一些实施例，所述主控模块包括：第一电压环、第一电流环、乘法器，所述乘法器的第一输入端与所述第一电压环的输出端电连接，所述乘法器的输出端与所述第一电流环的第一输入端电连接；所述变换模块包括：

11、第一整流单元，所述第一整流单元的输入端与所述交流信号源电连接，所述第一整流单元用于将所述初始交流信号变换为初步直流信号；

12、第一电容，所述第一电容与所述第一整流单元的输出端并联连接，所述第一电容与所述乘法器的第二输入端电连接；

13、第一电感，所述第一电感分别与所述第一整流单元、所述隔离模块、所述第一电流环的输入端电连接；

14、控压流元件，所述控压流元件的控制端与所述第一电流环的输出端电连接，所述控压流元件开关端分别与所述第一电感和所述第一整流单元的连接节点、所述第一电容电连接；

15、第二电容，所述第二电容与所述控压流元件的开关端并联连接，所述第二电容还与所述第一电压环的输入端电连接，所述第二电容的两端电压为所述变换输出电压；

16、其中，所述第一电压环用于根据所述第一参考压流数据、所述变换输出电压生成校正差值电压，所述乘法器用于根据所述校正差值电压、所述初步直流信号的电压生成第一参考电流，所述第一电流环用于根据所述第一参考电流、所述第一电感的电流生成第一脉冲控制信号，所述控压流元件用于根据所述第一脉冲控制信号对所述初步直流信号进行功率校正操作，以得到所述初始直流信号。

17、根据本发明的一些实施例，所述主控模块还包括：第二电压环；所述隔离模块包括：

18、第一开关单元，所述第一开关单元与所述控压流元件并联连接，所述第一开关单元与所述第二电压环的输出端电连接；

19、变压器单元，所述变压器单元与所述第一开关单元电连接；

20、第二整流单元，所述第二整流单元分别与所述变压器单元、所述第二电压环的输入端电连接，所述第二整流单元输出端的电压为所述隔离输出电压；

21、其中，所述第二电压环用于根据所述第二参考压流数据、所述隔离输出电压生成第二脉冲控制信号；所述第一开关单元用于根据所述第二脉冲控制信号将所述初始直流信号转换为方波信号，所述变压器单元用于根据所述方波信号生成谐振输出信号，所述第二整流单元用于根据所述谐振输出信号生成所述目标直流信号。

22、根据本发明的一些实施例，所述主控模块还包括：环路控制单元、第三电压环、第二电流环、除法器，所述环路控制单元与所述后级负载和所述逆变模块输出端的连接节点、外部控制设备、所述第三电压环的输入端电连接，所述第三电压环的输出端与所述第二电流环的输入端电连接，所述第二电流环的输出端与所述除法器的第一输入端电连接，所述外部控制设备还用于提供外部限流控制数据；所述逆变模块包括：

23、第三电容，所述第三电容与所述第二整流单元的输出端并联连接，所述第三电容与所述除法器的第二输入端电连接，所述第三电容的两端电压为所述逆变输入电压；

24、第二开关单元，所述第二开关单元分别与所述第三电容、所述除法器的输出端电连接；

25、第二电感，所述第二电感的一端与所述第二开关单元的第一输出端电连接，所述第二电感还与所述第二电流环的输入端电连接；

26、第三电感，所述第三电感分别与所述第二电感的另一端、所述后级负载电连接；

27、第四电容，所述第四电容的一端与所述第二电感和所述第三电感的连接节点电连接，所述第四电容的另一端与所述第二开关单元的第二输出端电连接，所述第四电容还与所述第三电压环的输入端电连接，所述第四电容的两端电压为所述逆变输出电压，所述第四电容的输出电流为所述逆变输出电流；

28、其中，所述环路控制单元用于根据所述过零信号、所述外部限流控制数据、所述第三参考压流数据、所述逆变输出电流生成环路控制电压；所述第三电压环用于根据所述环路控制电压、所述逆变输出电流、所述逆变输出电压生成第二参考电流；所述第二电流环用于根据所述第二参考电流、所述第二电感的电流生成逆变差值电压；所述除法器用于根据所述逆变差值电压、所述逆变输出电压、所述逆变输入电压生成第三脉冲控制信号；所述第二开关单元用于根据所述第三脉冲控制信号将所述目标直流信号变换为所述目标交流信号。

29、根据本发明的一些实施例，所述外部限流控制数据包括外部限流补偿电压、外部电流有效值，所述环路控制电压包括下垂参考电压、锁相参考电压；所述环路控制单元包括：

30、限流环路，所述限流环路分别与所述第四电容、所述外部控制设备电连接，所述限流环路用于根据所述逆变输出电流、所述外部限流补偿电压生成目标限流补偿电压；

31、均流环路，所述均流环路分别与所述第四电容、所述外部控制设备电连接，所述均流环路用于根据所述逆变输出电流、所述外部电流有效值生成目标均流补偿电压；

32、加法器，所述加法器的第一输入端与所述限流环路电连接，所述加法器的第二输入端与所述均流环路电连接，所述加法器用于根据所述目标限流补偿电压、所述目标均流补偿电压、所述第三参考压流数据生成目标参考电压有效值；

33、下垂环路，所述下垂环路分别与所述第四电容、所述第三电压环的输入端、所述加法器的输出端、所述外部控制设备电连接，所述下垂环路用于根据所述过零信号、所述目标参考电压有效值、所述逆变输出电压、所述逆变输出电流、所述目标交流信号的频率生成所述下垂参考电压；

34、锁相环路，所述锁相环路分别与所述第四电容、所述第三电压环的输入端、所述加法器的输出端、所述外部控制设备电连接，所述锁相环路用于根据所述过零信号、所述逆变输出电压、所述目标交流信号的频率生成所述锁相参考电压。

35、根据本发明的一些实施例，所述下垂环路包括：

36、第一积分器，所述第一积分器与所述第四电容电连接，所述第一积分器用于根据所述逆变输出电压生成第一相差电压对；

37、第二积分器，所述第二积分器与所述第四电容电连接，所述第二积分器用于根据所述逆变输出电流生成相差电流对；

38、功率运算子单元，所述功率运算子单元分别与所述第一积分器、所述第二积分器电连接，所述功率运算子单元用于根据所述第一相差电压对、所述相差电流对进行功率计算，得到有功功率、无功功率；

39、频率下垂子单元，所述频率下垂子单元用于根据所述过零信号、所述有功功率、所述目标交流信号的频率计算得到第一相角参考数据；

40、幅值下垂子单元，所述幅值下垂子单元用于根据所述无功功率、所述目标参考电压有效值计算得到第一幅值参考数据；

41、下垂合成子单元，所述下垂合成子单元用于根据所述第一相角参考数据、所述第一幅值参考数据生成所述下垂参考电压。

42、根据本发明的一些实施例，所述锁相环路包括：

43、第三积分器，所述第三积分器与所述第四电容电连接，所述第三积分器用于根据所述逆变输出电压生成第二相差电压对；

44、坐标系转换子单元，所述坐标系转换子单元与所述第三积分器电连接，所述坐标系转换子单元用于根据所述第二相差电压对生成第一旋转坐标轴电压、第二旋转坐标轴电压；

45、低通滤波子单元，所述低通滤波子单元与所述坐标系转换子单元电连接，所述低通滤波子单元用于对所述第一旋转坐标轴电压进行低通滤波操作，生成第二幅值参考数据；

46、锁相判断子单元，所述锁相判断子单元与所述坐标系转换子单元电连接，所述锁相判断子单元用于根据所述过零信号、所述目标交流信号的频率对所述第二旋转坐标轴电压进行锁相判断操作，得到第二相角参考数据；

47、锁相合成子单元，所述锁相合成子单元分别与所述低通滤波子单元、所述锁相判断子单元电连接，所述锁相合成子单元用于根据所述第二幅值参考数据、所述第二相角参考数据生成所述锁相参考电压。

48、根据本发明的一些实施例，所述限流环路包括：

49、第三电流环，所述第三电流环与所述第四电容电连接，所述第三电流环用于根据所述逆变输出电流的有效值、预设的参考限流值生成初始限流补偿电压；

50、限流电压处理子单元，所述限流电压处理子单元用于根据所述外部限流补偿电压对所述初始限流补偿电压进行电压值调整，得到所述目标限流补偿电压。

51、根据本发明的一些实施例，所述均流环路包括：

52、减法器，所述减法器与所述第四电容电连接，所述减法器用于根据所述逆变输出电流的有效值与所述外部电流有效值之间的平均值、所述逆变输出电流的有效值生成初始均流补偿电压；

53、均流电压处理子单元，所述均流电压处理子单元与所述减法器电连接，所述均流电压处理子单元用于对所述初始均流补偿电压进行压值限制，得到所述目标均流补偿电压。

54、根据本发明的第二方面实施例的相敏轨道系统，包括：

55、轨道侧控制组，所述轨道侧控制组包括至少两个第一控制设备；其中，所述第一控制设备采用如上述第一方面实施例所述的电源控制设备，所述第一控制设备与交流信号源电连接，所述第一控制设备通过第一输出母线与后级负载电连接，任两个所述第一控制设备的相位一致通信端口通过第一相位一致总线进行相位一致过零信号通信，任两个所述第一控制设备的数据端口通过第一通讯数据总线进行数据通信；

56、局部侧控制组，所述局部侧控制组包括至少两个第二控制设备；其中，所述第二控制设备采用如上述第一方面实施例所述的电源控制设备，所述第二控制设备与交流信号源电连接，所述第二控制设备通过第二输出母线与后级负载电连接，任两个所述第二控制设备的相位一致通信端口通过第二相位一致总线进行相位一致过零信号通信，任两个所述第二控制设备的数据端口通过第二通讯数据总线进行数据通信；

57、其中，所述第二控制设备的相位差通信端口与所述第一控制设备的相位差通信端口通过相位差总线进行相位差过零信号通信。

58、根据本发明实施例的相敏轨道系统，至少具有如下有益效果：本相敏轨道系统通过采用上述电源控制设备，改善电源控制设备的输出电压动态性能、稳压精度，同时能够减小电源控制设备设计的体积和重量。

59、本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。