HXD3D型电力机车列车供电控制系统特点

文/周金虎

SS9G型电力机车是原铁道部组织开发的六轴干线客运电力机车，它主要用于牵引时速160公里的准高速旅客列车，其研制目的是通过加大机车的牵引功率，提升机车牵引力，以满足部分大坡度线路的旅客列车提速需求。但是SS9G型电力机车的列车供电系统存在功能单一、控制精度低、信息化程度薄弱、器件停产等缺点，车型逐步开始老化。为了对现有时速160公里客运电力机车进行升级换代，电力机车制造企业开始着手研制新型时速160公里级别的交流传动电力机车，保障客运列车的进一步提速需求。

为此，中车大连机车车辆有限公司开发了HXD3D型交流传动客运电力机车，其最大持续运营速度为160km/h，为目前国内运营速度最高的客运机车之一。HXD3D型电力机车的出现，缓解了铁路系统准高速机车运用的紧张状况，填补了中国交流传动大功率机车在准高速范围内运用的空白。

HXD3D型电力机车列车供电系统为大幅提高运用质量，对其核心的列车供电控制系统进行了多项技术改进，以满足机车装备的技术进步需要。

定理2 若定理1得证且公式φRNS.sec成立，则RNS协议具有机密性，其中φRNS.sec=Honest()(Ŝ)⊃(Has(Z,K))∧Z

1 解决思路

HXD3D型电力机车列车供电控制系统充分吸收了SS9G型电力机车列车供电控制系统的运用经验，并在控制精度、可靠性和大数据等方面做了强化设计。

Ri (t)——单个子系统的可靠度。

图1：串联系统模型

2 技术特点

2.1 系统简统

（3）特性控制、故障保护采用数字化整定，可根据系统要求进行快速修订。

列车供电系统的数字量逻辑信号从DIO插件输入，经DIO插件的信号转换、数据总线处理后送入主控插件的微机控制芯片，实现列车供电系统的相关逻辑控制。

选取2016年12月—2017年10月本院收治的急性心肌梗死PCI手术后合并焦虑情绪患者96例作为研究对象。采用随机数表法，将其分为观察组和对照组。其中，观察组48例，男性25例，女性23例，年龄32～58岁，平均年龄（40.1±7.8）岁，体质量为48～73 kg，平均体质量（51.4±17.3）kg。对照组48例，男性27例，女性21例，年龄33～57岁，平均年龄（38.8±8.1）岁，体质量为46～77 kg，平均体质量（53.7±16.9）kg。本研究经过伦理委员会审核通过，患者均签署知情同意书。两组在性别、年龄、平均体质量等方面比较，差异均无统计学意义（P＞0.05），具有可比性。

（1）系统采用了两套完全相同的控制子系统进行冷备份冗余设计，大大提高了系统的可靠性；

主控插件的对外控制数字开关量通过并行数据总线送至DIO插件，并经DIO插件完成电平转换后再驱动列车供电系统的中间继电器、真空接触器等开关类器件。

移栽之前要想尽一切办法切实提高种植地的耕地质量，要尽量做到水田平而泥不烂，为实现浅水插秧以及湿润水浆管理创造良好条件。在移栽之前，首先向田内灌入浅水，沉淀一夜后移栽幼苗。水稻移栽过程中，要严格按照水稻精确定量栽培技术中的基本苗定量以及植株科学配置要求，实行清水、拉线、浅条栽，插秧深度一般控制在2 cm，以保证插秧好，秧苗不倒为宜。低海拔杂交水稻种植区基本苗每亩控制在1万丛，每丛栽植1棵秧苗。中海拔地区每亩基本苗维持在2万丛，每丛栽植1棵幼苗。高海拔地区，每亩基本苗维持在2.0-3.3万丛，每丛栽植2株幼苗[1]。

并联系统设计随着冗余子系统数量的增加，其系统的可靠度也越高。但是冗余的子系统越多，产品工程化设计也越来越复杂，产品的成本也会大幅上升，因此在可靠性和经济性之间进行平衡，采取两套冗余子系统较为合适。

一般情况下，在串联系统中通过提高各功能模块的可靠性，即可有效提高整体系统的可靠性。但是由于HXD3D型电力机车列车供电系统关系到旅客列车供电系统的安全性，因此高可靠性已成为考核列车供电控制系统的重要指标。在各功能模块可靠性做到极致的情况下，再进一步提升整体系统可靠性已经非常困难了，因此冗余设计成为了满足连续性运行要求、提高控制系统可靠性和可用性的首选手段。

图2：并联系统基本模型

与SS9G型电力机车列车供电控制系统相比，HXD3D型电力机车列车供电控制系统的改进点如下：

主控插件的高速微机系统采用了多重处理器架构：主处理器采用了美国TI公司的专业数字信号处理芯片，它主要完成列车供电系统特性控制、系统级故障保护以及AMS数据总线的管理等功能；协处理器采用了具备RISC架构的CPU芯片，优化了人机接口功能，提供U盘数据转储、以太网通讯等功能；外围处理器采用了美国赛灵思公司的现场可编程门阵列芯片，它主要完成插件内部逻辑及外围信号的采集与预处理，将多路模拟量转换为数字量后送主处理器进行运算。

（2）列车供电控制系统实现了全数字化处理，可实时根据DC600V给定值与实际输出电压反馈值的偏差，进行快速的PI调节计算，对被控对象（可控硅）触发及导通更加精确；

HXD3D型电力机车列车供电控制系统的开发设计中，对系统的整体结构和功能定义进行了优化和改进。HXD3D型电力机车列车供电控制系统由主控插件、脉冲触发插件、DIO插件、电源变换插件、信号转换插件等5个基本通用模块组成，并采用冗余设计方式来提高系统可靠性，实现可控硅整流器的控制、列车供电系统的故障处置、列车供电系统输出侧保护、与机车网络系统的通讯等功能。

2.2 系统冗余设计

HXD3D型电力机车列车供电控制系统由5个功能模块组成，按照功能划分符合串联系统的定义，其基本模型如图1所示。

保健目标：预防初生乳猪腹泻；增强仔猪体质，提高成活率；预防细菌、病毒性的疾病发生；减少断奶时的各种应激；预防断奶后腹泻及呼吸系统疾病。

并联系统的数学模型为（图2）：

式中：

在信息技术的支撑下，现代教学中学生和教师的关联方式由树状转变成了网状，增进了学生和老师之间以及学生之间与学习相关的信息流动。课堂教学关注共同在场的情景下的学习过程，泛在的教学活动作为课堂的延伸，可以更好地完成认知与记忆。

Rs (t)——整体系统的可靠度；

监管链认证更是有效的保障木制品从源头的森林到消费者手里整个供应过程的可追溯。这种可追溯性可以跟踪到每根木材，也能保证消费者购买的木制产品来自于可持续的森林管理。

主控插件完成PI调节器的运算后，脉冲触发插件根据其运算结果，转换成相应的触发脉冲列信号，经放大后驱动列车供电系统的可控硅整流器。脉冲触发插件采用现场可编程门阵列芯片构建的微机控制系统，控制精度可精确至0.1毫秒，精确保障可控硅的触发和导通。

HXD3D型电力机车列车供电控制系统冗余设计主要体现在以下几点：

游客到景区游览，普遍具有留下自身印记的倾向，比如最被人诟病的景区不文明行为——“乱涂乱画”，尤其是“某某某到此一游”，可以说在大部分景区普遍存在，对此，不能不能一概批判，而应正视景区旅游者自身的特征，可以说，由于多数旅游景区对于游客而言，是“一期一会”，一辈子只有一次，所以，通过拍照、刻字、留下纪念物等方式留下印记，是可以理解的，当景区不能提供此类留下印记的机会，并没有有意识的引导，那么自然就会导致游客的内在需求得不到满足，而产生被动的不文明行为，这种行为因旅游景区的不作为而得到强化。

（1）对系统中可靠性指标影响较大的功能模块都采取冗余设计的手段，避免因为控制系统的偶发故障而造成整个列车供电系统停止工作。

（2）电源供电是整个控制系统得以正常工作的动力源泉，一旦故障后果不堪设想，因此也对电源变换插件进行了冗余备份。

2.3 大数据通讯

SS9G型电力机车列车供电控制系统由于信息化能力弱，对外提供的数据信息非常少，仅传送了电压、电流和过压、过流等故障信息，通信速率慢，仅为19.2kbps。而HXD3D型电力机车列车供电控制系统可提供输入/输出电压、输入/输出电流、对地半电压、接触器状态、熔断器状态以及二十几中系统诊断的故障信息，并在司机室显示屏用动画显示列车供电系统的状态信息，人机交互界面友好。

3 结束语

HXD3D型电力机车列车供电控制系统已在中国铁路总公司下属的沈阳局集团有限公司、北京局集团有限公司、西安局集团有限公司等投入运用。我国京哈、京广等干线铁路上的DC600V列车供电系统均使用了此套控制系统，其高可靠性充分满足了旅客列车供电系统的要求，累计创造产值上亿元。由于减少了各站段的日常维修工作量，降低了现场工人的检修作业强度，因此该产品具备良好的经济效益和社会效益。