全贯通式柔性交流牵引供电多重化冗余站级系统

技术领域

本发明属于柔性交流牵引供电领域，具体涉及了一种全贯通式柔性交流牵引供电多重化冗余站级系统。

背景技术

传统电气化铁路牵引供电系统采用2路外电源接入，如图1所示，双牵引主变为主备方式实现设备冗余供电，由于电分相与分区所的存在，只能实现所内供电设备冗余，所间无冗余的供电方式进行牵引供电。如图1所示，若传统牵引所1故障，则需要通过投切DL7开关实现牵引所越区为h2段供电，同时通过投切母联开关96/97实现为h1段供电。

由于铁路接触网存在电分相，不同牵引所之间存在分区所。当牵引所内单台牵引主变故障时，需要进行备自投投切，导致接触网出现间歇性无电；另外当整个牵引所双台牵引主变均故障时，由于分区所存在，所间只能通过倒闸越区供电，在倒闸期间也会导致接触网出现间歇性无电。另外由于接触网电分相与分区所的存在，使得接触网存在无电区，导致列车运行效率及可靠性降低。

目前所有同相供电技术中都是采用传统异相同相供电2路外电源及2个牵引变主备方式进行设备方式进行同相技术改造工作，对单个牵引所均需要2路外电源进行供电，接入外电源与牵引主变数量多，导致牵引供电系统成本投资成本成倍增加，造成资源浪费。

现有技术虽然实现了站级控保装置对贯通同相供电设备的实时信息监控，控制指令发送，实时的上传贯通同相供电系统的运行数据。现有技术方案缺少主备切换，双存储器，双通信系统，当站级操作系统中的任何电气环节出现故障时，控制系统都会发生故障，导致设备故障无法运行，站级操作系统的可靠性与稳定性比较低。

发明内容

为了解决现有技术中的上述问题，即现有异相与同相牵引供电系统中2路外电源接入资源浪费问题，牵引所所间供电无冗余，牵引所供电控制系统可靠性低问题，本发明提供了一种全贯通冗余式牵引供电系统、控制及设备，所述系统包括：

多个牵引所、牵引主变、静止功率转化器和上网开关；

每个牵引所经由1路外电源接入，外电源通过输入断路器连接至牵引主变的高压侧；

牵引主变的低压侧连接至静止功率转化器的整流侧；

其中，每个静止功率转化器包括16个逆变模块构成，逆变模块与控制器进行双传输通道冗余连接；

静止功率转化器的整流侧模块与逆变侧模块通过软连接铜排进行相连；

静止功率转化器的逆变侧模块级联后通过上网开关连接至接触网的上网母线；

所述静止功率转化器，基于控制系统控制；

各牵引所对应的接触网线段之间贯通。

进一步的，所述静止功率转化器，具体包括：

基于16个整流侧模块与16个逆变侧模块构成；

每个整流侧模块和逆变侧模块均为IGBT并联H桥连接。

进一步的，所述多个牵引所，均配置冗余时钟系统；

每个所述冗余时钟系统，包括第一主时钟和第二主时钟；

第一主时钟和第二主时钟均通过GPS或北斗系统发出的同步授时信号进行时钟同步；

当接收到所述授时信号时，第一主时钟和第二主时钟输出高精度时间信号t，基于预设的频率计算不同时刻静止功率转化器的理想电压相位θ，并将所述理想电压相位θ发送至当前牵引所对应的静止功率转化器，保障所有牵引所输出相同相位；

当任意一个主时钟发生故障，自动切换另一主时钟；

若任一牵引所的GPS或北斗系统发出的同步授时信号被遮挡或失去授时，则通过光纤通信的方式请求另一牵引所的理想电压相位θ；

通过所述冗余时钟系统提高供电距离，实现没有分区所的接触网的稳定供电。

进一步的，所述静止功率转化器，为双层结构，其中上层或下层分别设置8个整流侧模块和8个逆变侧模块，整流侧模块和逆变侧模块的排布顺序相同、位置并列。

进一步的，所述整流侧模块和逆变侧模块，均包括一组主收发信号高性能管线头和一组备收发信号高性能管线头；整流侧模块和逆变侧模块通过收发信号高性能管线头与控制器实现双传输通道冗余。

进一步的，所述控制器，包括：

核心主控板，所述主控板包括ACN05控制器和BCN05控制器；

其中ACN05控制器包括AOF1主脉冲板、AOF2主脉冲板、AOF3主脉冲板和AOF4主脉冲板，并与主收发信号高性能管线头连接；

其中BCN05控制器包括BOF1主脉冲板、BOF2主脉冲板、BOF3主脉冲板和BOF4主脉冲板，并与备收发信号高性能管线头连接。

进一步的，所述控制器，具体包括：

ACN05控制器、BCN05控制器、双通信驱动系统、A多重化冗余操作系统、B多重化冗余操作系统、测控装置A和测控装置B；

其中ACN05控制器的1ZT1与整流侧模块的Z1R1相连，ACN05控制器的1ZR1与整流侧模块Z1的T1相连，ACN05控制器的1NT1与逆变侧模块N1的R1相连，ACN05控制器的1NR1与逆变侧模块N1的T1相连；

BCN05控制器的1ZR2与整流侧模块Z1的T2相连，BCN05控制器的1ZT2与整流侧模块Z1的R2相连，BCN05控制器的1NR2与逆变侧模块N1的T2相连，BCN05控制器的1NT2与逆变侧模块N1的R2相连；

ACN05控制器与BCN05控制器通过背板电口相互连接；

ACN05控制器与BCN05控制器，均分别单独同时连接至测控装置A和测控装置B；

双通信驱动系统，通过RS485连接至A多重化冗余操作系统；通过RS232连接至B多重化冗余操作系统；

A多重化冗余操作系统与B多重化冗余操作系统，通过实时切换通信连接。

进一步的，所述控制系统，具体包括：

用户登录模块，配置为启动系统后验证SPC密钥，准许用户登录；

启动策略模块，配置为用户登录成功后，依据第一启动策略进行启动，在第一启动策略启动故障时切换第二启动策略；

冗余操作界面模块，配置为成功启动后，进入并显示站控操作系统的A多重化冗余操作系统和B多重化冗余操作系统；

冗余功能操作界面模块，配置为通过A多重化冗余操作系统或B多重化冗余操作系统接收用户的控制指令，并依据所述控制指令调整站控操作系统的控制器；

遥调量参数设置模块，配置为基于所述控制指令进行站控操作系统的遥调量参数设置；

遥信状态显示模块，用于显示站控操作系统的遥信参量；所述遥信参量包括：

遥测量数据显示模块，用于显示遥测量数据；

遥控量数据下发模块，配置为调用遥控指令函数并对站控操作系统进行控制指令下发。

进一步的，所述牵引所数量N≥2，且SPC静止功率转化器采用M+2冗余模式。

用户登录模块，配置为启动系统后验证SPC密钥，准许用户登录；

启动策略模块，配置为用户登录成功后，依据第一启动策略进行启动，在第一启动策略启动故障时切换第二启动策略；

冗余操作界面模块，配置为成功启动后，进入并显示站控操作系统的A多重化冗余操作系统和B多重化冗余操作系统；

冗余功能操作界面模块，配置为通过A多重化冗余操作系统或B多重化冗余操作系统接收用户的控制指令，并依据所述控制指令调整站控操作系统的控制器；

遥调量参数设置模块，配置为基于所述控制指令进行站控操作系统的遥调量参数设置；

遥信状态显示模块，用于显示站控操作系统的遥信参量；

遥测量数据下发模块，配置为调用遥控指令函数并对站控操作系统进行控制指令下发。

进一步的，所述用户登录模块，包括工程师登录模式和运维登录模式；

所述工程师登录模式，配置为允许登录用户进行观察SPC运行状态、报警信息、控制设备开关、更改控制与保护参数和调试SPC运行状态的动作；

所述运维登录模式，配置为允许登录用户进行观察SPC运行状态、报警信息、控制设备开关的动作。

进一步的，所述启动策略模块，具体为当用户登录成功后，判断通信状态A和通信状态B是否正常；

若通信状态A和通信状态B均正常，则进入A多重化冗余操作系统进行系统监测，并以A站级控保装置与A测控装置进行SPC控制；

若通信状态A或通信状态B有且仅有1个为正常的通信状态，以正常的通信状态对应的操作系统对应的站级控保装置与测控装置进行SPC控制；

若通信状态A和通信状态B均故障，则进行故障报警，系统启动失败。

进一步的，所述A多重化冗余操作系统；

A多重化冗余操作系统包括，项目A多重化冗余操作系统和B多重化冗余操作系统切换，用于显示：通信状态、 60GT开关状态、70GT开关状态、10GT开关状态、60G开关状态、阀塔变流器整流逆变解锁状态、站控切换设置、测控切换设置、SPC有功功率设置、测试选择通道设置、显示SPC运行模式、控制模式选择、显示选择设置、SPC调试模式选择、站控权控制、系控权控制、水冷装置启停控制按钮、输入开关60GT与70GT合分闸控制按钮、软启动开关10GT合分闸按钮、SPC装置整流逆变解锁控制、输出开关柜合分闸按钮、系统控制复位按钮、预留按钮、SPC系统16个阀组电压显示、SPC系统16个阀组电流显示、SPC-T运行状态、水冷装置运行状态、参数下发状态、测控报警1-4级、站控报警1-4级、站级控制器主备状态显示、测控控制器主备状态显示、显示SPC系统输入电压/输出电压、显示HE1、HE2和HE3霍尔电流数值。

进一步的，所述冗余功能操作界面模块，具体为：对第一保护参数、第二保护参数、第一控制参数、第二控制参数、故障信息、保护使能、数据显示、温度显示、第一整流状态、第二整流状态、第三整流状态、第四整流状态、第一逆变状态、第二逆变状态、第三逆变状态、第四逆变状态、串抗和阀组报警信息、测控报警信息、站控报警信息、阀组报警信息、I/O状态、三工位开关控制、断线报警信息进行显示。

进一步的，所述遥调量参数设置模块，用于通过对第一保护参数、第二保护参数、第一控制参数、第二控制参数、故障信息、保护使能、数据显示、温度显示、第一整流状态、第二整流状态、第三整流状态、第四整流状态、第一逆变状态、第二逆变状态、第三逆变状态、第四逆变状态、串抗和阀组报警信息、测控报警信息、站控报警信息、阀组报警信息、I/O状态、三工位开关控制、断线报警信息进行设置。

进一步的，所述遥调量参数设置模块，支持同时对A多重化冗余操作系统和B多重化冗余操作系统的遥调量进行输入，支持同时进行参数整定并赋值到通信状态A的变量和通信状态B的变量，并支持同时下发参数、参数变更、参数存储、调用配方存储函数和下发EEPROM存储标志位，实现双存储系统。

进一步的，所述遥信状态显示模块，具体为：

对遥测数据信息进行显示，和通过双通信系统上传，并对A多重化冗余操作系统和B多重化冗余操作系统的数据进行整定显示。

进一步的，所述遥测量数据下发模块，用于通过调用指令函数对A多重化冗余操作系统或B多重化冗余操作系统的遥控指令进行下发，控制正常的通信状态对应的操作系统及对应的操作系统执行工作。

本发明的有益效果：

（1）本发明通过采用冗余时钟系统确保每个牵引所输出相同相位的电压，使得本发明的接触网能够增大供电距离进而实现取消电分相，的贯通供电。

（2）本发明独特地采用1路外电源代替传统2路外电源接入铁路牵引供电系统方式，实现全线外电源通过接触网贯通备用，实现牵引所之间冗余，可靠性高，任何1路外电源故障，即任何一个牵引所故障，接触网均无断电时间；并采用AB双重冗余控保和M+2模块冗余提升可靠性。

（3）本发明全贯通冗余式牵引供电系统可以减少外电源接入数量及牵引主变数量，减少约一半的牵引供电系统投资总额。取消电分相与分区所，车源网完全解耦。

（4）本发明实现了两种控制策略、控制器AB之间的并行冗余和交叉冗余，AB控制器之间可以进行数据交换与同步，可以快速准确的进行AB控制器切换，提高控制器的稳定性。

（5）本发明通过在登录系统时采用工程师登录模式和运维登录模型，防止对控制与保护参数进行更改引起的牵引系统故障，避免误操作。

（6）本发明采用串口双通信冗余技术进行数据交换，避免传统牵引供电系统中因通信故障导致供电设备停机问题，提高牵引供电系统通信的可靠性。

（7）本发明采用上位机配方存储技术于下位机EEPROM存储技术相结合实现存储冗余，保障全贯通式柔性交流牵引供电系统数据的准确性。

（8）本发明通过上位机操作界面可以实时的观测全贯通式柔性交流牵引供电系统的运行状态，下发控制指令，可以实时的进行AB界面的切换，实现可视化冗余，提高柔性牵引供电系统的灵活性。

附图说明

通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1是本发明实施例中传统异相牵引供电系统图

图2是本发明实施例中全贯通式柔性交流牵引供电多重化冗余站级系统图；

图3是本发明的提高供电距离的数值计算原理示意图；

图4是本发明实施例中冗余时钟系统；

图5是本发明实施例中全贯通冗余式静止功率转化器结构；

图6是本发明实施例中全贯通冗余式控制器面板

图7是本发明实施例中SPC硬件和ZK硬件联系结构示意图；

图8是本发明实施例中全贯通式柔性交流牵引供电多重化冗余站级系统的结构框图；

图9是本发明实施例中用户登录模块的流程示意图；

图10是本发明实施例中遥调量参数设置模块进行参数整定与存储的流程示意图；

图11是本发明实施例中读取参数的流程示意图；

图12是本发明实施例中遥控指令下发的流程图；

图13是本发明实施例中遥信量传输流程图；

图14是本发明实施例中遥测量传输流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与有关发明相关的部分。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。

为了更清晰地对本发明全贯通式柔性交流牵引供电多重化冗余站级系统进行说明，下面结合图2对本发明实施例中牵引供电系统组成进行展开详述。

本发明的第一实施列的全贯通式柔性交流牵引供电多重化冗余站级系统，包括电力系统构成与牵引所供电臂距离选择方法。详细描述如下：

本实施案例的电力系统构成，单个牵引所内需要1路外电源接入，图2中为1路110kV交流电源通过输入断路器连接至牵引主变的高压侧，每个牵引所内1台YND型牵引主变。

全贯通式柔性交流牵引供电多重化冗余站级系统，如图2所示，具体包括：

多个牵引所、牵引主变、静止功率转化器和上网开关；

每个牵引所经由1路外电源接入，外电源通过输入断路器连接至牵引主变的高压侧；所述牵引所数量N≥2，且SPC静止功率转化器采用M+2冗余模式。

本实施例中的全贯通同相供电的原理如图3所示，在图3中，假设Ie为机车所需额定电流，接触网阻抗R，压降U1=1/2 Ie* R,U1=1/2U,要想达到接触网设计允许压降U,即U1=U,需要将接触网阻抗R增大2倍，即U=1/2Ie*2R,接触网相同材料类型前提下，理论上计算可以提高接触网供电长度2倍。即H2=2*（h2+h3）。即可以提高供电半径。可见，当提高了供电半径后，在各供电站正中的机车的电流满足额定电流，实现了更远距离的所间冗余供电。

现有技术的供电方式因为三相交流电分为ABC三相，三相之间存在相位差120°，若不分相会出现相间短路，出现过流，会破坏电力系统设备。而机车只允许额定电压要求才能正常运行，而牵引供电系统通过接触网对机车供电，接触网线路有阻抗，会出现压降，导致供电能力不足，所以会在接触网上设置供电分区，以确保这个供电区间内都能满足机车运行工况。列车在过分相时牵引力损失，速度下降。同时，过分相导致列车车载断路器频繁开关，寿命降低。分区所存在，土建成本增加。使得三相供电网中负序、无功、谐波等电能质量问题突出，需要额外增加无功补偿装置。分区式异相供电技术中各个供电臂相互独立，使得牵引变电所之间无法相互协调，越区供电道闸时接触网存在无电时间。异相供电技术通过牵引变压器将单相牵引网与三相供电网直接耦合，若接触网故障会对国网造成故障。

牵引主变的低压侧连接至静止功率转化器的整流侧；

其中，静止功率转化器包括整流侧模块和逆变侧模块，逆变侧模块与控制器进行双传输通道冗余连接；

在本实施例中，所述多个牵引所，均配置冗余时钟系统，如图4所示；

每个所述冗余时钟系统，包括第一主时钟和第二主时钟；

第一主时钟和第二主时钟均通过GPS或北斗系统发出的同步授时信号进行时钟同步；

当接收到所述授时信号时，第一主时钟和第二主时钟输出高精度时间信号t，基于预设的频率计算不同时刻静止功率转化器的理想电压相位θ，并将所述理想电压相位θ发送至当前牵引所对应的静止功率转化器，保障所有牵引所输出相同相位；

当任意一个主时钟发生故障，自动切换另一主时钟；

若任一牵引所的GPS或北斗系统发出的同步授时信号被遮挡或失去授时，则通过光纤通信的方式请求另一牵引所的理想电压相位θ；

通过所述冗余时钟系统提高供电距离，实现没有分区所的接触网的稳定供电。

本发明通过时钟系统给出的高精度时间信号t与预设频率50Hz计算出不同时刻的SPC应该输出的理想电压相位θ，并发送给对应供电所的SPC控制，使得各个牵引所的电压相位相同即θ1=θn；

通过时钟同步的方式进行电压U=USIn(2πft)控制交流侧输出电压幅值和相位的Vθ 控制,使得各个牵引所之间电压同相位。取消电分相。接触网进而可以实现供电臂之间相连实现贯通供电。实现所间冗余供电模式，接触网无断电时间。

通过GPSBD时钟冗余方式，为控制系统提供同步时钟信号，实现牵引供电系统输出同相位电压，实现牵引供电系统全贯通。

贯通同相供电可以提高供电能力，提高供电距离，进而实现取消分区所。

在本实施例中，所述静止功率转化器，如图5所示，具体包括：

基于16个整流侧模块与16个逆变侧模块构成；

每个整流侧模块和逆变侧模块均为IGBT并联H桥连接。

在本实施例中，所述静止功率转化器，为双层结构，其中上层或下层分别设置8个整流侧模块和8个逆变侧模块，整流侧模块和逆变侧模块的排布顺序相同、位置并列。在图5中，SPC分为上下双层结构，其中Z1-Z8与N1-N8位于下层，Z9-Z16与N9-N16位于下层。静止功率转化器SPC采用M+2的模块冗余模式，即16个整流逆变模块中，任意两对整流逆变模块故障，全贯通冗余式牵引所供电系统均正常运行。

在本实施例中，所述整流侧模块和逆变侧模块，均包括一组主收发信号高性能管线头和一组备收发信号高性能管线头；整流侧模块和逆变侧模块通过收发信号高性能管线头与控制器实现双传输通道冗余。

每个整流逆变模块驱动控制板均有两组收发信号高性能管线头，其中R1与T1为主，R2与T2为备，每个整流逆变模块与控制器实现双传输通道冗余。

进一步地，整流逆模块的R1与T1、R2与T2通过ST光纤与控制系统脉冲板连接。

在本实施例中，所述控制器，包括：

核心主控板，所述主控板包括ACN05控制器和BCN05控制器；

其中ACN05控制器包括AOF1主脉冲板、AOF2主脉冲板、AOF3主脉冲板和AOF4主脉冲板，并与主收发信号高性能管线头连接；

其中BCN05控制器包括BOF1主脉冲板、BOF2主脉冲板、BOF3主脉冲板和BOF4主脉冲板，并与备收发信号高性能管线头连接。

如图6所示，控制器采用双直流电源输入，即PWO中P1与P2双电源冗余供电方式，控制器ACN05与BCNO5为控制器核心主控板。

所述控制器A脉冲板具体连接方式，如控制器AOF1/AM1-4与整流逆变模块（Z1-Z4,N1-N4）的R1T1连接，控制器面板AOF2/AM5-8与整流逆变模块（Z5-Z8,N5-N8）的R1T1连接，控制器面板AOF3/AM9-12与整流逆变模块（Z9-Z12,N9-N12）的R1T1连接，控制器面板AOF4/AM13-16与整流逆变模块（Z13-Z16,N13-N16）的R1T1连接。

所述控制器B脉冲板具体连接方式，如控制器BOF1/BM1-4与整流逆变模块（Z1-Z4,N1-N4）的R2T2连接，控制器面板BOF2/BM5-8与整流逆变模块（Z5-Z8,N5-N8）的R2T2连接，控制器面板BOF3/BM9-12与整流逆变模块（Z9-Z12,N9-N12）的R2T2连接，控制器面板BOF4/BM13-16与整流逆变模块（Z13-Z16,N13-N16）的R2T2连接。

所述控制器ACN05与BCNO5为控制器核心主控板，对SPC进行控制与保护，进行控制器信息处理与交换，故障记录。如图6所示，其中ACN05上的485T与485R，BCN05上的232T与232R，分别与控制操作系统的AB控制系统进行光纤通信，实现对SPC运行状态的实时控制与保护；

另外通过主控板F1F2F3F4接口进行所间冗余通信，实现解决SPC并网运行时的环流问题和潮流调度问题提供实时监视与控制，SPC牵引所之间通过光缆进行所间信息交换，异所之间根据牵引网侧负荷工况进行潮流均衡与稳压控制。

在本实施例中，所述控制器，具体包括：

ACN05控制器、BCN05控制器、双通信驱动系统、A多重化冗余操作系统、B多重化冗余操作系统、测控装置A和测控装置B；

其中ACN05控制器的1ZT1与整流侧模块的Z1R1相连，ACN05控制器的1ZR1与整流侧模块Z1的T1相连，ACN05控制器的1NT1与逆变侧模块N1的R1相连，ACN05控制器的1NR1与逆变侧模块N1的T1相连；

BCN05控制器的1ZR2与整流侧模块Z1的T2相连，BCN05控制器的1ZT2与整流侧模块Z1的R2相连，BCN05控制器的1NR2与逆变侧模块N1的T2相连，BCN05控制器的1NT2与逆变侧模块N1的R2相连；

ACN05控制器与BCN05控制器通过背板电口相互连接；

ACN05控制器与BCN05控制器，均分别单独同时连接至测控装置A和测控装置B；

双通信驱动系统，通过RS485连接至A多重化冗余操作系统；通过RS232连接至B多重化冗余操作系统；

A多重化冗余操作系统与B多重化冗余操作系统，通过实时切换通信连接。

如图7所示，以整流逆变1模块举例，如控制器面板上1ZT1与整流Z1的R1相连，控制器面板上1ZR1与整流Z1的T1相连; 控制器面板上1NT1与整流N1的R1相连，控制器面板上1NR1与整流N1的T1相连;上述16个整流逆变模块均按此方法进行连接。

静止功率转化器的整流侧模块与逆变侧模块通过软连接铜排进行相连；

静止功率转化器的逆变侧模块级联后通过上网开关连接至接触网的上网母线；

各牵引所对应的接触网线段之间贯通。

所述静止功率转化器，基于控制系统控制；

在本实施例中，所述控制系统，具体包括：

用户登录模块，配置为启动系统后验证SPC密钥，准许用户登录；

启动策略模块，配置为用户登录成功后，依据第一启动策略进行启动，在第一启动策略启动故障时切换第二启动策略；

冗余操作界面模块，配置为成功启动后，进入并显示站控操作系统的A多重化冗余操作系统和B多重化冗余操作系统；

冗余功能操作界面模块，配置为通过A多重化冗余操作系统或B多重化冗余操作系统接收用户的控制指令，并依据所述控制指令调整站控操作系统的控制器；

遥调量参数设置模块，配置为基于所述控制指令进行站控操作系统的遥调量参数设置；

遥信状态显示模块，用于显示站控操作系统的遥信参量；所述遥信参量包括：

遥测量数据显示模块，用于显示遥测量数据；

在本实施例中，遥信量主要针对SPC系统运行状态，开关状态，故障报警信息等有源无源干节点的开闭合状态进行显示；遥测量主要针对SPC运行数据大小显示，比如电压电流大小，有功无功大小，温度数值等数据信息。

遥控量数据下发模块，配置为调用遥控指令函数并对站控操作系统进行控制指令下发。

本实施上述牵引所数量应满足N>=2，每个牵引所的外电源需要与不同电网源相连。

牵引所供电臂距离选择方法，全贯通冗余式牵引所供电臂距离需要采用如图1和图2中所示的H1=h1,H2=h2+h3,H3=h4+h5,H6=h6方式，即全贯通冗余式牵引所供电臂与传统异相供电臂距离相同，适合在原有异相牵引所内进行全贯通冗余式牵引所供电系统改造及新建线路牵引所建造。

全贯通冗余式牵引供电系统牵引所数量应满足N>=2，且每个牵引所供电臂距离应符合全贯通冗余式牵引供电系统技术要求，以此实现牵引所间牵引供电冗余。

全贯通冗余式牵引供电系统牵引所的外电源接入为1路外电源供电，每个牵引所的外电源需来自不同的电网。

全贯通冗余式牵引供电系统牵引所的牵引主变为YND型普通牵引主变，结构简单，可靠性高，成本低。

全贯通冗余式牵引供电系统牵引所的静止功率转化器为AC/DC整流模块与DC/AC逆变模块，背靠背铜排连接。整流逆变各上下两层均有8个模块，整流16个模块，逆变模块16个模块。模块数量根据牵引所设计容量负荷进行变化。

静止功率转化器采用M+2冗余模式设计，实现铁路牵引供电系统设备冗余，全贯通冗余式牵引供电系统正常工作时可以允许2对整流逆变模块故障退出，牵引供电系统正常运行。

每个整流逆变模块的控制信号采用主备冗余方式进行控制与保护，其中模块中R1、T1为主控制信号，R2、T2为备控制信号，采用2对高性能ST光纤头发送接收信号。模块控制与保护信号通过光纤上传至贯通冗余式牵引供电系统的控制系统。

贯通冗余式牵引供电系统的控制系统采用AB冗余设计，按照右A左B的设计原则，其中右侧脉冲光纤板即A板连接整流逆变侧R1、T1，左侧脉冲光纤板即B板连接整流逆变侧R2、T2，通过AB主控实现牵引供电系统的控制系统的冗余。

控制系统采用AB冗余方式实现对静止功率转换器整流逆变模块提供控制与保护；同时提高控制系统系统的可靠性，降低因控制信号引发牵引供电系统故障风险。其中全贯通冗余式牵引供电控制系统主要包括：

为了更清晰地对本发明全贯通式柔性交流牵引供电多重化冗余站级系统进行说明，下面结合图8对本发明实施例中各功能模块展开详述。

本发明第一实施例的全贯通式柔性交流牵引供电多重化冗余站级系统，包括用户登录模块S1、启动策略模块S2、冗余操作界面模块S3、冗余功能操作界面模块S4、遥调量参数设置模块S5、遥信状态显示模块S6、遥测数据显示模块S7和遥测数据下发模块S8，各功能模块详细描述如下：

用户登录模块，配置为启动系统后验证SPC密钥，准许用户登录；

在本实施例中，所述用户登录模块，包括工程师登录模式和运维登录模式；

所述工程师登录模式，配置为允许登录用户进行观察SPC运行状态、报警信息、控制设备开关、更改控制与保护参数和调试SPC运行状态的动作；

所述运维登录模式，配置为允许登录用户进行观察SPC运行状态、报警信息、控制设备开关的动作。

如图9所示，开始登录后，进入工程师登录设置时长或运维登录设置时长；针对不同的登录模式，分别进行密钥验证，若密钥验证通过，则确认是否获得四遥信号操作权限，若操作权限与设定的登录模式匹配则成功登录；若密钥验证不通过则登录失败。本实施例中可以对不同的登录模式设置登录时间长度，防止登录成功后忘记退出系统，或由无权限人员误操作造成SPC运行故障。

启动策略模块，配置为用户登录成功后，依据第一启动策略进行启动，在第一启动策略启动故障时切换第二启动策略；

在本实施例中，所述启动策略模块，具体为当用户登录成功后，判断通信状态A和通信状态B是否正常；

若通信状态A和通信状态B均正常，则进入A多重化冗余操作系统操作系统进行系统监测，并以A站级控保装置与A测控装置进行SPC控制；

若通信状态A或通信状态B有且仅有1个为正常的通信状态，以正常的通信状态对应的操作系统对应的站级控保装置与测控装置进行SPC控制；

若通信状态A和通信状态B均故障，则进行故障报警，系统启动失败。

所述通信状态A和通信状态B，具体为双通信驱动板485串口通信与站级控保装置A连接，双通信驱动板232串口通信与站级控保装置B连接；站级控保装置A和B通过背板串口进行信息交换与同步；站级控保装置A通过光纤分别与测控装置A和B进行信息交换；站级控保装置B也通过光纤分别与测控装置A和B进行信息交换，测控装置A和B分别单独采集柔性交流牵引供电系统的模拟与数字信号。

站级控保装置A将SPC运行数据通过RS485串口通信上传至上位机操作界面A，站级控保装置B将SPC运行数据通过RS232串口通信上传至上位机操作界面B；另外，若RS485通信故障时，站级控保装置A将SPC运行数据共享给站级控保装置B通过RS232上传；同理若RS232通信故障时，站级控保装置B将SPC运行数据共享给站级控保装置A通过RS485上传，进而实现柔性交流牵引供电多重化冗余站级操作系统地双通信。

冗余操作界面模块，配置为成功启动后，进入并显示站控操作系统的A多重化冗余操作系统和B多重化冗余操作系统；

在本实施例中，所述A多重化冗余操作系统B多重化冗余操作系统；

A多重化冗余操作系统包括，进行A多重化冗余操作系统向B多重化冗余操作系统切换，A多重化冗余操作系统用于显示：公司标识、通信状态、60GT开关状态、70GT开关状态、10GT开关状态、60G开关状态、阀塔变流器整流逆变解锁状态、站控切换设置、测控切换设置、SPC有功功率设置、测试选择通道设置、显示SPC运行模式、控制模式选择、显示选择设置、SPC调试模式选择、站控权控制、系控权控制、水冷装置启停控制按钮、输入开关60GT与70GT合分闸控制按钮、软启动开关10GT合分闸按钮、SPC装置整流逆变解锁控制、输出开关柜合分闸按钮、系统控制复位按钮、预留按钮、SPC系统16个阀组电压显示、SPC系统16个阀组电流显示、SPC-T运行状态、水冷装置运行状态、参数下发状态、测控报警1-4级、站控报警1-4级、站级控制器主备状态显示、测控控制器主备状态显示、显示SPC系统输入电压/输出电压、显示HE1、HE2和HE3霍尔电流数值。

B多重化冗余操作系统包括，进行B多重化冗余操作系统向A多重化冗余操作系统切换，与A多重化冗余操作系统显示内容相同。

冗余功能操作界面模块，配置为通过A多重化冗余操作系统或B多重化冗余操作系统接收用户的控制指令，并依据所述控制指令调整站控操作系统的控制器；

在本实施例中，控制器的主备状态切换具体为：a,若RS485与232均正常，此时站级控保以A为主，测控装置A为主时，上位机界面A与B的数据相同，是站控A处理的测控A的数据；

b, 若RS485与232均正常，此时站级控保以A为主，测控装置B为主时，上位机界面A与B的数据相同，是站控A处理的测控B的数据；

c, 若RS485与232均正常，此时站级控保以B为主，测控装置A为主时，上位机界面A与B的数据相同，是站控B处理的测控A的数据；

d, 若RS485与232均正常，此时站级控保以B为主，测控装置B为主时，上位机界面A与B的数据相同，是站控B处理的测控B的数据；

e,若RS485故障，RS232正常，站级控保以A为主，测控装置A为主时，上位机界面A无数据，B有数据，是站控A处理的测控A的数据，站控A将数据共享给站控B通过RS232上传。

f,若RS485故障，RS232正常，站级控保以A为主，测控装置B为主时，上位机界面A无数据，B有数据，是站控A处理的测控B的数据，站控A将数据共享给站控B通过RS232上传。

g,若RS485正常，RS232故障，站级控保以B为主，测控装置A为主时，上位机界面A有数据，B无数据，是站控B处理的测控A的数据，站控B将数据共享给站控A通过RS485上传。

h,若RS485正常，RS232故障，站级控保以B为主，测控装置B为主时，上位机界面A有数据，B无数据，是站控B处理的测控B的数据，站控B将数据共享给站控A通过RS485上传。

在本实施例中，所述冗余功能操作界面模块，具体为：

对第一保护参数、第二保护参数、第一控制参数、第二控制参数、故障信息、保护使能、数据显示、温度显示、第一整流状态、第二整流状态、第三整流状态、第四整流状态、第一逆变状态、第二逆变状态、第三逆变状态、第四逆变状态、串抗和阀组报警信息、测控报警信息、站控报警信息、阀组报警信息、I/O状态、三工位开关控制、断线报警信息进行显示。

遥调量参数设置模块，配置为基于所述控制指令进行站控操作系统的遥调量参数设置；

在本实施例中，所述遥调量参数设置模块，用于通过对第一保护参数、第二保护参数、第一控制参数、第二控制参数、故障信息、保护使能、数据显示、温度显示、第一整流状态、第二整流状态、第三整流状态、第四整流状态、第一逆变状态、第二逆变状态、第三逆变状态、第四逆变状态、串抗和阀组报警信息、测控报警信息、站控报警信息、阀组报警信息、I/O状态、三工位开关控制、断线报警信息进行设置。

控制参数与保护参数主要包含：输入变原边差动保护，输入变原边电流速断保护，输入变原边低压过流保护，输入变过负荷保护，输出变原边低压过流保护，电压暂升保护，输出变差动保护，谐波保护、温度保护、HE断线保护，阀组保护，电压暂降保护，变流器输出侧差动保护，滤波区差动保护，变流器过压保护，变流器过流保护，变流器接地过流保护，阀组过压长延时保护，变流器直流抑制保护，滤波电容过压保护，阀组过流长延时保护，启动电阻过流保护，阀组欠压长延时保护，阀组电流异常保护，主控板过温保护，阀组断路器误动保护，阀区压互断线保护，输出压互断线保护，流互断线保护，110kV压互断线保护，输入压互断线保护，功率误差保护，启动失败保护，稳流长延时保护，阀组断路器拒动保护。主要控制模式有整流控制，稳压控制，断路器控制，调试环境选择、功率控制，稳流控制。

在本实施例中，贯通式柔性交流牵引供电多重化冗余站级操作系统，可以实时观测SPC整流逆变阀组状态信息，主要包括整流逆变阀组的GBT1,IGBT2,IGBT3,IGBT4,AB切换，阀组过流二段，85℃超温，电源故障，电流AD，IGBT1握手，IGBT2握手，下行光纤1，下行光纤2，阀组故障、电源孤立运行，温度采样，开关状态，CCP-A，CCP-B,IGBT3握手，IGBT4握手，阀单元解闭锁状态信息，依据遥信量流程图10所示，根据通信点表采用16位二进制数据编码进行遥信量传输，分别对AB控制器进行数据，系统中阀组整流逆变信息、报警信息、断线信息、故障信息所对应的标志位进行置1或0进行遥信量显示，遥信量置1显示红色，即故障；置0显示绿色，即正常。

在本实施例中，所述遥调量参数设置模块，支持同时对A多重化冗余操作系统和B多重化冗余操作系统的遥调量进行输入，支持同时进行参数整定并赋值到通信状态A的变量和通信状态B的变量，并支持同时下发参数、参数变更、参数存储、调用配方存储函数和下发EEPROM存储标志位，实现双存储系统。

在本实施例中，实现双存储系统的流程如图10所示，具体为：

输入控制参数与保护参数，对输入的控制参数与保护参数进行变比整定，并对当前控制器的遥调变量进行赋值；

其中，所述变比整定，如图11所示，具体包括：

假设控制器A的赋值变量为△A，假设控制器B的赋值变量为△B，输入的控制参数与保护参数为X，输入参数整定变比为K1，显示输出参数为Y，显示输出参数整定变比为K2，有K1*X=K2*Y；

当输入参数为整型变量时，K1*X=K2*Y，K1=K2=1，且ΔA=K1*X^ΔB=K2*Y；当输入参数为浮点数时，K1*X=K2*Y, K1=1/K2, 且ΔA=K1*X^ΔB=K2*Y；

参数整定完成后同时赋值AB变量，参数下发的同时调用配方组保存及存盘函数!RecipeSave,进行参数保存，点击参数保存按钮，参数成功保存液晶存储器，并同时下发ARM的EEPROM参数存储标志位1，ABCN05控制器的ARM分别存储配方组下发参数至EEPROM，柔性交流牵引供电AB主备切换操作系统显示配方和EEPROM参数保存成功。

遥信状态显示模块，用于显示站控操作系统的遥信参量；

在本实施例中，所述遥信状态显示模块，具体为：

对遥测数据信息进行显示，和通过双通信系统上传，并对A多重化冗余操作系统和操作系统的数据进行整定显示。

全贯通式柔性交流牵引供电多重化冗余站级操作系统从存储器读取参数如图11所示，读取控制与保护参数参数系统调用配方存储参数!RecipeLoad，经过双通信通道参照上述参数整定办法进行参数赋值，参数自动下发至A与BCN05控制器，站级控保判断所下发配方参数与AB控制器ARM中EEPROM参数进行对比，若对比相同，存储参数下发成功，若对比不同，EEPROM参数依据配方参数更新，更新至参数完成标志位置1，参数更新完成显示由0置1，由红色变成绿色，参数下发成功，站级控保装置正常运行。

遥信状态信息遥测数据通过双通信系统进行上传，如图13所示，采用16位二进制的标志位，进行信息传递，这样可以节省信息传递资源，传递遥信数量大，可以快速的将SPC庞大的监测数据上传到多重化冗余站级操作系统进行显示。

在本实施例中，贯通式柔性交流牵引供电AB主备切换站级控保操作系统，可以实时观测SPC运行时系统电流电压数据，谐波含量，有功功率、无功功率、整机效率、直流分量、阀组温度数据，串抗温度数据，接地电抗温度数据。

进一步地，全贯通式柔性交流牵引供电多重化冗余站级操作系统的遥测量根据通信协议进行AB控制器分类，并结合所传参数的类型进行参数整定，假如检测到的数据为D，A多重化冗余操作系统控制器上传的数据为DA，显示数据为XA，数据比例系数K1，B多重化冗余操作系统控制器上传的数据为DB，显示数据为XA，数据比例系数K2,那么同时上传的数据为XA=K1*DA^XB=K2*DB,且K1=K2,DA=DB。依据上述方法可实现全贯通式柔性交流牵引供电多重化冗余站级操作系统遥测量的AB同时传输。遥测量流程图如图9所示。

遥测数量数据显示模块，用于显示遥测量数据；点击SPC数据显示平台A上的“A与B”按钮，可以进行SPC操作系统的AB切换，可以实时对SPC运行数据进行监测。

遥测量数据下发模块，配置为调用遥控指令函数并对站控操作系统进行控制指令下发。

在本实施例中，所述遥测量数据下发模块，用于通过调用指令函数对A多重化冗余操作系统或B多重化冗余操作系统的遥控指令进行下发，控制正常的通信状态对应的操作系统及对应的操作系统执行工作，如图14所示。

在本实施例中，所述遥控指令进行下发的流程如图12所示，断路器三工位开关等开关设备执行当前为主的控制器指令。比如当前控制器站控A为主，测控A为主，下发合闸控制指令时，多重化冗余站级操作系统同时调用开关量脚本函数!SetDevice，控制系统将由站控A测控A执行合闸指令动作，将遥控变量由0置1， 同时对应的开关状态量由1置0，即对应的开关状态由绿色变成红色。

上述实施例中虽然将各个步骤按照上述先后次序的方式进行了描述，但是本领域技术人员可以理解，为了实现本实施例的效果，不同的步骤之间不必按照这样的次序执行，其可以同时(并行)执行或以颠倒的次序执行，这些简单的变化都在本发明的保护范围之内。

所属技术领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的存储装置、处理装置的具体工作过程及有关说明，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

本领域技术人员应该能够意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的模块、方法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，软件模块、方法步骤对应的程序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。为了清楚地说明电子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。这些功能究竟以电子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。本领域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发明的范围。

术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不是用于描述或表示特定的顺序或先后次序。

术语“包括”或者任何其它类似用语旨在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备/装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其它要素，或者还包括这些过程、方法、物品或者设备/装置所固有的要素。

至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本发明的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征做出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。