CN103640577A - 双能源机车控制器、控制系统和双能源地铁工程车 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种双能源机车控制器、控制系统和地铁工程车，该控制器应用于该系统，该系统包括司机控制器、牵引电机、连接电网与牵引电机的牵引逆变器、内燃发电机组（包括内燃机和发电机）以及连接内燃发电机组和牵引逆变器的整流器，该双能源机车控制器包括：输入端与司机控制器相连、输出端与牵引逆变器相连的牵引特性控制模块；与内燃发电机组相连的测量模块，用于测量内燃机的转速和发电机的输出电压；以及分别与测量模块和内燃发电机组相连的机组控制模块，用于根据测得的所述转速和所述输出电压，采用负反馈控制方式，调节内燃机的转速达到预设的转速值、调节发电机的电压达到预设的电压值，以实现双能源地铁工程车的上轨运行。

Description

双能源机车控制器、控制系统和双能源地铁工程车

技术领域

本发明涉及机电一体化技术领域，更具体地说，涉及一种双能源机车控制器、一种双能源机车控制系统和一种双能源地铁工程车。

背景技术

根据供电制式的不同，地铁工程车可分为通过电网供电的电力机车和通过车载内燃机供电的电传动内燃机车，但是目前尚没有一种兼具上述两种供电制式的双能源地铁工程车，以便在某一供电源出现故障时，及时启动另一种供电源进行工作，从而降低机车的运营风险。

由此，如何实现所述双能源地铁工程车的上轨运行，成为本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种双能源机车控制器、一种双能源机车控制系统和一种双能源地铁工程车，以实现所述双能源地铁工程车的上轨运行，降低因供电故障而引发的机车运营风险。

一种双能源机车控制器，应用于双能源机车控制系统，所述双能源机车控制系统包括司机控制器、牵引电机、连接电网与所述牵引电机的牵引逆变器、内燃发电机组、以及连接所述内燃发电机组和所述牵引逆变器的整流器，其中所述内燃发电机组包括内燃机和发电机，所述双能源机车控制器包括：

输入端与所述司机控制器相连、输出端与所述牵引逆变器相连的牵引特性控制模块，用于控制所述牵引逆变器的输出功率达到所述司机控制器给定的功率值；

与所述内燃发电机组相连的测量模块，用于测量所述内燃机的转速和所述发电机的输出电压；

以及输入端与所述测量模块相连、输出端与所述内燃发电机组相连的机组控制模块，用于根据测得的所述内燃机的转速值和所述发电机的输出电压值，采用负反馈控制方式，调节所述内燃机的转速达到预设的转速值、所述发电机的输出电压达到预设的电压值。

其中，所述测量模块包括：与所述内燃机相连的转速传感器以及与所述发电机相连的电压传感器。

其中，所述机组控制模块包括：输入端与所述转速传感器相连、输出端与所述内燃机相连的内燃机控制单元，以及输入端与所述电压传感器相连、输出端与所述发电机相连的发电机控制单元；具体的，

所述内燃机控制单元，用于根据测得的所述内燃机的转速值，采用转速负反馈控制方式，调节所述内燃机的转速达到预设的转速值；

所述发电机控制单元，用于根据测得的所述发电机的输出电压值，采用电压负反馈控制方式，调节所述发电机的电压达到预设的电压值。

其中，所述牵引特性控制模块包括：与所述牵引逆变器相连的逆变器控制单元，以及输入端与所述司机控制器相连、输出端与所述逆变器控制单元相连的中央控制单元；具体的，

所述中央控制单元，用于根据所述司机控制器给定的牵引逆变器的输出功率，生成并输出相应的机车牵引特性控制指令；

所述逆变器控制单元，用于根据所述机车牵引特性控制指令，对所述牵引逆变器的工作状态进行调控。

一种双能源机车控制系统，包括：

司机控制器、牵引电机、连接电网与所述牵引电机的牵引逆变器、内燃发电机组、连接所述内燃发电机组和所述牵引逆变器的整流器、以及上述任一种双能源机车控制器。

可选地，所述系统还包括：

装设于所述电网与所述牵引逆变器的连接线上的第一控制开关，

以及装设于所述整流器与所述牵引逆变器的连接线上的第二控制开关。

其中，所述内燃机包括柴油机。

其中，所述内燃发电机组包括小功率内燃发电机组。

可选地，所述系统还包括：同时与所述电网和所述整流器相连接的辅助逆变器。

一种双能源地铁工程车，包括上述任一种双能源机车控制系统。

从上述的技术方案可以看出，本发明通过牵引特性控制模块对牵引逆变器的输出功率进行调节，使之满足司机控制器给定的输出功率，从而实现了机车的牵引级控制；在电网供电制式下，机车的牵引级控制系统直接通过直流电网供电即可牵引机车稳定运行；而在车载内燃机供电制式下，由于随着所述牵引逆变器的输出功率的改变，内燃发电机组的输出功率必然会随之进行相应变化（具体体现为内燃机的转速和发电机的输出电压发生变化），而影响到所述内燃发电机组提供的电源电压和电源频率的稳定性，此时本发明通过机组控制模块对所述内燃机的转速和所述发电机的电压进行负反馈调节，使之分别稳定于各自对应的预设值，从而保证了由所述内燃发电机组供电的牵引级控制系统可牵引机车稳定运行；综上所述，本发明实现了不同供电制式下的机车牵引级控制，当地铁工程车的某一供电源发生故障时，即可立即启动另一种供电源进行工作，降低了机车的运营风险。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例一公开的一种双能源机车控制器结构示意图；

图2为本发明实施例一公开的又一种双能源机车控制器结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

参见图1，本发明实施例一公开了一种双能源机车控制器，应用于双能源机车控制系统，以实现双能源地铁工程车的上轨运行，降低因供电故障而引发的机车运营风险；其中所述双能源机车控制系统包括司机控制器10、牵引电机20、连接电网power与牵引电机20的牵引逆变器30、内燃发电机组40、以及连接内燃发电机组40和牵引逆变器30的整流器50，其中内燃发电机组40包括内燃机和发电机，该双能源机车控制器包括：

输入端与司机控制器10相连、输出端与牵引逆变器30相连的牵引特性控制模块100，用于控制牵引逆变器30的输出功率达到司机控制器10给定的功率值；

与内燃发电机组40相连的测量模块200，用于测量所述内燃机的转速和所述发电机的输出电压；

以及输入端与测量模块200相连、输出端与内燃发电机组40相连的机组控制模块300，用于根据测得的所述内燃机的转速值和所述发电机的输出电压值，采用负反馈控制方式，调节所述内燃机的转速达到预设的转速值、调节所述发电机的输出电压达到预设的电压值。

所述双能源机车控制器的工作原理如下：

司机通过司机控制器10对牵引逆变器30的输出功率进行设定，当机车通电时，牵引逆变器30在牵引特性控制模块100的控制下运行到预设的输出功率，以实现机车的牵引级控制，由此建立得到了机车的牵引级控制系统；

在电网供电制式下，机车的牵引级控制系统直接通过直流电网供电即可牵引机车稳定运行，该牵引控制过程与现有的电力机车的牵引级控制过程无异；也就是说，牵引特性控制模块100可直接采用应用于电力机车中的牵引特性控制模块，本领域技术人员无需重新设计开发；

而在车载内燃机供电制式下，由于随着牵引逆变器30的输出功率的改变，内燃发电机组40的输出功率必然会随之进行相应变化（具体体现为所述内燃机的转速和所述发电机的输出电压均发生变化），而影响到内燃发电机组40提供的电源电压和电源频率的稳定性，此时本实施例一通过机组控制模块300对所述内燃机的转速和所述发电机的输出电压进行负反馈调节，使之分别稳定于各自对应的预设值，从而保证了由内燃发电机组40供电的牵引级控制系统能够牵引机车稳定运行；

其中需要说明的是，在机组控制模块300通过负反馈控制方式调控所述内燃机的转速、所述发电机的输出电压逐步趋于稳定的过程中，所涉及到的负反馈控制程序，可直接采用现有的内燃发电机组根据负载的变化（即牵引逆变器30的输出功率的改变）调节自身输出的电源电压和电源频率时所应用的控制程序，本领域技术人员无需重新设计开发。

由此，本实施例一根据牵引特性控制模块100、测量模块200和机组控制模块300的现有功能，并结合应用于所述双能源机车控制系统中的牵引特性控制模块100、测量模块200和机组控制模块300之间的配合工作，实现了不同供电制式下的机车牵引级控制，当双能源地铁工程车的某一供电源发生故障时，即可立即启动另一种供电源进行供电，降低了机车的运营风险；

一般情况，双能源地铁工程车均采用以电网供电为主、车载内燃机供电为辅的供电方式，即在直流电网无故障时，采用所述电网供电制式（采用所述电网供电制式的地铁工程车具有环境污染小、功率大、过载能力强、牵引力大、速度快、整备作业时间短、维修量少、运营费用低、能采用再生制动能量以节约电能等多项优点），而当电网停电或机车驶入无电网区段时，则立即切换为所述车载内燃机供电制式，使得机车的牵引级控制系统在内燃发电机组40供电下继续稳定运行，从而避免了因电网供电故障而引发的机车运营事故。

更为具体的，参见图2，牵引特性控制模块100包括：与牵引逆变器30相连的逆变器控制单元101，以及输入端与司机控制器10相连、输出端与逆变器控制单元101相连的中央控制单元102；其中：

中央控制单元102，用于根据司机控制器10给定的牵引逆变器的输出功率，生成并输出相应的机车牵引特性控制指令；

逆变器控制单元101，用于根据所述机车牵引特性控制指令，对牵引逆变器20的工作状态进行控制。

此外，仍参见图2，所述双能源机车的内燃发电机组40包括内燃机41和发电机42；对应的：测量模块200包括转速传感器201和电压传感器202；机组控制模块300包括内燃机控制单元301和发电机控制单元302；其中：

转速传感器201与内燃机41相连，用于测量内燃机41的转速；

电压传感器202与发电机42相连，用于测量发电机42的输出电压；

内燃机控制单元301的输入端与转速传感器201相连、输出端与内燃机41相连，用于根据测得的内燃机41的转速值，采用转速负反馈控制方式，调节内燃机41的转速达到预设的转速值；

发电机控制单元302的输入端与电压传感器202相连、输出端与发电机41相连，用于根据测得的发电机42的输出电压值，采用电压负反馈控制方式，调节发电机42的输出电压达到预设的电压值；

在内燃发电机组40的输出功率始终跟随牵引逆变器30的输出功率进行同步变化的同时，通过调控内燃机41的转速达到预设的转速值、发电机42的输出电压达到预设的电压值，即可保证内燃发电机组40输出稳定的电源电压和电源频率；其中内燃机控制单元301和发电机控制单元302中涉及的负反馈控制程序属于现有的计算机程序，本领域技术人员可直接应用。

基于实施例一，本发明实施例二公开了一种双能源机车控制系统，包括：司机控制器、牵引电机、连接电网与所述牵引电机的牵引逆变器、内燃发电机组、连接所述内燃发电机组和所述牵引逆变器的整流器、以及实施例一所述的任一种双能源机车控制器；

其中，所述内燃机可采用柴油机；

其中，所述内燃发电机组可包括小功率内燃发电机组，即，所述内燃机包括小功率内燃机、所述发电机包括小功率发电机；

由于现有的电传动内燃机车均采用专用的大功率内燃发电机组作为唯一的供电电源；那么针对较小功率系列的双能源地铁工程车，就需要重新开发小功率的内燃发电机组、开发周期较长。而本实施例则是采用系列化的内燃发电机组，包括具有不同功率输出值的中、小功率系列内燃发电机组，扩大了内燃发电机组的选择空间，通用性较强。

此外，所述双能源机车控制系统还包括：同时与所述电网和所述整流器相连接的辅助逆变器，用于将所述电网提供的直流电逆变成机车辅助系统（如照明、空调、冷却风扇等辅助用电设备）所需的三相交流电。

此外，所述双能源机车控制系统还包括：装设于所述电网与所述牵引逆变器的连接线上的第一控制开关，以及装设于所述整流器与所述牵引逆变器的连接线上的第二控制开关；由此工作人员通过手动切换所述第一控制开关和所述第二控制开关的闭合状态，即可实现不同供电制式的切换。

基于实施例二，本发明实施例三还公开了一种双能源地铁工程车，包括：实施例二所述的任一种双能源机车控制系统。

综上所述，本发明通过牵引特性控制模块对牵引逆变器的输出功率进行调节，使之满足司机控制器给定的输出功率，从而实现机车的牵引级控制，建立得到了机车的牵引级控制系统；在电网供电制式下，机车的牵引级控制系统直接通过直流电网供电即可牵引机车稳定运行；而在车载内燃机供电制式下，由于随着所述牵引逆变器的输出功率的改变，内燃发电机组的输出功率必然会随之进行相应变化（具体体现为内燃机的转速和发电机的输出电压发生变化），而影响到所述内燃发电机组提供的电源电压和电源频率的稳定性，此时本发明通过机组控制模块对所述内燃机的转速和所述发电机的电压进行负反馈调节，使之分别稳定于各自对应的预设值，从而保证了由所述内燃发电机组供电的牵引级控制系统可牵引机车稳定运行；至此，本发明实现了不同供电制式下的机车牵引级控制，当地铁工程车的某一供电源发生故障时，即可立即启动另一种供电源进行工作，降低了机车的运营风险。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种双能源机车控制器，其特征在于，应用于双能源机车控制系统，所述双能源机车控制系统包括司机控制器、牵引电机、连接电网与所述牵引电机的牵引逆变器、内燃发电机组、以及连接所述内燃发电机组和所述牵引逆变器的整流器，其中所述内燃发电机组包括内燃机和发电机，所述双能源机车控制器包括：

输入端与所述司机控制器相连、输出端与所述牵引逆变器相连的牵引特性控制模块，用于控制所述牵引逆变器的输出功率达到所述司机控制器给定的功率值；

与所述内燃发电机组相连的测量模块，用于测量所述内燃机的转速和所述发电机的输出电压；

以及输入端与所述测量模块相连、输出端与所述内燃发电机组相连的机组控制模块，用于根据测得的所述内燃机的转速值和所述发电机的输出电压值，采用负反馈控制方式，调节所述内燃机的转速达到预设的转速值、所述发电机的输出电压达到预设的电压值。

2.根据权利要求1所述的双能源机车控制器，其特征在于，所述测量模块包括：与所述内燃机相连的转速传感器以及与所述发电机相连的电压传感器。

3.根据权利要求2所述的双能源机车控制器，其特征在于，所述机组控制模块包括：输入端与所述转速传感器相连、输出端与所述内燃机相连的内燃机控制单元，以及输入端与所述电压传感器相连、输出端与所述发电机相连的发电机控制单元；

其中，所述内燃机控制单元，用于根据测得的所述内燃机的转速值，采用转速负反馈控制方式，调节所述内燃机的转速达到预设的转速值；

所述发电机控制单元，用于根据测得的所述发电机的输出电压值，采用电压负反馈控制方式，调节所述发电机的电压达到预设的电压值。

4.根据权利要求1所述的双能源机车控制系统，其特征在于，所述牵引特性控制模块包括：与所述牵引逆变器相连的逆变器控制单元，以及输入端与所述司机控制器相连、输出端与所述逆变器控制单元相连的中央控制单元；

其中，所述中央控制单元，用于根据所述司机控制器给定的牵引逆变器的输出功率，生成并输出相应的机车牵引特性控制指令；

所述逆变器控制单元，用于根据所述机车牵引特性控制指令，对所述牵引逆变器的工作状态进行调控。

5.一种双能源机车控制系统，其特征在于，包括：

司机控制器、牵引电机、连接电网与所述牵引电机的牵引逆变器、内燃发电机组、连接所述内燃发电机组和所述牵引逆变器的整流器、以及权利要求1-4中任一项所述的双能源机车控制器。

6.根据权利要求5所述的双能源机车控制系统，其特征在于，所述系统还包括：

装设于所述电网与所述牵引逆变器的连接线上的第一控制开关，

以及装设于所述整流器与所述牵引逆变器的连接线上的第二控制开关。

7.根据权利要求5所述的双能源机车控制系统，其特征在于，所述内燃机包括柴油机。

8.根据权利要求5所述的双能源机车控制系统，其特征在于，所述内燃发电机组包括小功率内燃发电机组。

9.根据权利要求5所述的双能源机车控制系统，其特征在于，所述系统还包括：同时与所述电网和所述整流器相连接的辅助逆变器。

10.一种双能源地铁工程车，其特征在于，包括权利要求5-9中任一项所述的双能源机车控制系统。

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