CN104670028B - 城市轨道车辆牵引系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种城市轨道车辆牵引系统，包括：动力装置和储能装置；所述动力装置包括：与供电网连接的牵引逆变器，以及与牵引逆变器输出端相连的牵引电机；所述储能装置包括：DC/DC变换器、超级电容和动力电池；所述超级电容和所述动力电池并联设置，负极均与供电网的直流母线负极连接，正极分别通过所述DC/DC变换器与供电网的直流母线正极连接；所述DC/DC变换器控制所述超级电容和所述动力电池充电和放电，放电电能通过DC/DC变换器为所述动力装置供电。本发明的牵引系统将超级电容和动力电池并联后共同作为能量供应源，可在与供电网脱离时，充分提升城市轨道车辆过无电区时车辆的性能。

Description

城市轨道车辆牵引系统
技术领域
本发明涉及牵引动力技术，尤其涉及一种城市轨道车辆牵引系统，属于轨道车辆动力技术领域。
背景技术
随着道路资源的日趋紧张，城市轨道车辆的接触网架设空间越来越受到各种建筑物或道路的限制，比如在某些道路平交区域或者建筑物附近不适合搭建接触网，或者由于安全需要库内也不易搭建接触网，因此需要一种可通过储能方式通过无电区的轻轨车。
现有技术中通常采用接触网和车载超级电容作为车辆供电系统。该种形式的供电系统，在接触网有电时，由接触网为作为初始电压源为牵引电机供电，驱动牵引电机；当车辆供电系统脱离接触网或接触网无电时，由超级电容作为初始电压源为牵引电机供电，驱动牵引电机。
但是，由于超级电容所能存储的电能较低，超级电容所存储的电能通常只能驱动车辆运行几分钟，且无法为车辆长距离运行提供初始电压源，且在无电区内启动次数有严格限制。现有技术中还有采用动力电池为作为电压源对机车进行供电，但动力电池充电时间较长，因此，也不能满足在接触网无电时车辆的长距离运行。
发明内容
本发明提供一种城市轨道车辆牵引系统，用于解决现有技术中城市轨道车辆在供电网无电时车辆不能长距离运行的技术问题。
本发明提供一种城市轨道车辆牵引系统，包括：动力装置和储能装置；
所述动力装置包括牵引逆变器和牵引电机，所述牵引逆变器的输入端分别与供电网的直流母线正极和负极连接，用于直流电和交流电的互相变换，所述牵引逆变器的输出端与所述牵引电机相连，所述牵引电机用于向车辆提供动力；
所述储能装置包括：DC/DC变换器、超级电容和动力电池；所述超级电容和所述动力电池并联设置，所述超级电容和所述动力电池的负极均与所述供电网的直流母线负极连接，所述超级电容和所述动力电池的正极分别通过所述DC/DC变换器与所述供电网的直流母线正极连接；
所述牵引系统与所述供电网连通时，所述DC/DC变换器控制所述超级电容和所述动力电池充电；所述牵引系统与所述供电网断开时，所述DC/DC变换器控制所述超级电容和所述动力电池放电，放电电能通过所述DC/DC变换器为所述动力装置供电。
如上所述的城市轨道车辆牵引系统，其中，所述DC/DC变换器包括DC/DC控制器、第一控制模块和第二控制模块；所述超级电容通过所述第一控制模块与所述DC/DC控制器连接，所述动力电池通过所述第二控制模块与所述DC/DC控制器连接；
所述第一控制模块用于控制所述超级电容充电或放电；
所述第二控制模块用于控制所述动力电池充电或放电。
如上所述的城市轨道车辆牵引系统，其中，所述DC/DC变换器用于在所述储能装置为所述动力装置供电时，优先启用所述第一控制模块控制所述超级电容进行供电，当所述超级电容电量低于15%时，断开所述超级电容并启用所述第二控制模块控制所述动力电池进行供电。
如上所述的城市轨道车辆牵引系统，其中，所述牵引逆变器用于在所述供电网断开且车辆处于制动状态时，将所述牵引电机产生的交流电转化为直流电给所述超级电容充电。
如上所述的城市轨道车辆牵引系统，其中，所述牵引系统还包括辅助逆变器以及连接在所述辅助逆变器上的充电机；所述辅助逆变器的输入端分别与所述供电网连接，用于将所述供电网的直流电变换为用于驱动所述充电机的三相交流电，所述充电机用于提供所述牵引系统的控制电源。
如上所述的城市轨道车辆牵引系统，其中，所述牵引系统与所述供电网的直流母线正极之间设置有受电弓，所述牵引系统与所述供电网的直流母线负极之间设置有接地装置。
如上所述的城市轨道车辆牵引系统，其中，所述牵引系统还包括高速断路器，设置于所述受电弓的后级，用于及时切断和接通所述牵引系统与所述供电网的接触。
本发明的牵引系统中，将超级电容和动力电池组并联，可在牵引系统与供电网脱离时，或者是供电网无电时，超级电容和动力电池组输出的电能共同作为动力装置的供电电压源，该牵引系统巧妙地解决了单独使用超级电容能量密度小或者单独使用动力电池充放电慢的缺点，充分提升了城市轨道车辆过无电区时车辆的性能。
附图说明
图1为本发明实施例的城市轨道车辆牵引系统结构示意图；
图2为本发明实施例的城市轨道车辆牵引系统结构总图。
具体实施方式
图1为本发明实施例的城市轨道车辆牵引系统结构示意图，如图1所示，MC1为带司机室的动车；TP为带受电弓的拖车；本实施例的城市轨道车辆牵引系统一般设置在动车上，该牵引系统包括动力装置和储能装置；动力装置包括牵引逆变器和牵引电机，牵引逆变器的输入端分别与供电网的直流母线正极和负极连接，牵引逆变器用于直流电和交流电的互相变换，牵引逆变器的输出端与牵引电机相连，牵引电机用于向车辆提供动力，并可以在车辆制动时将动能转化为交流电。储能装置包括：DC/DC变换器、超级电容和动力电池；超级电容和动力电池并联设置，它们的负极均与供电网的直流母线负极连接，超级电容和动力电池的正极分别通过DC/DC变换器与供电网的直流母线正极连接。
另外，本实施例的牵引系统与供电网的直流母线正极之间设置有受电弓Ph，受电弓用于从供电网获取电力；牵引系统与受电弓之间设置有高速断路器HSCB，用于闭合或切断系统主电路；在拖车TP的顶部设置有避雷针Arr，用于保护系统设备不被雷击；本实施例的牵引系统与供电网的直流母线负极之间设置有接地装置。牵引系统还包括辅助逆变器以及连接在辅助逆变器上的充电机，辅助逆变器的输入端分别与供电网的直流母线正极和负极连接，辅助逆变器用于将供电网的直流电变换为三相交流电，并提供给充电机，充电机用于提供本实施例的牵引系统的控制电源。
本实施例的牵引系统通过受电弓Ph与供电网连通时，DC/DC变换器对供电网直流电压进行变压后，控制超级电容和动力电池充电；牵引系统与供电网断开时，DC/DC变换器控制超级电容和所述动力电池放电，放电电能通过DC/DC变换器进行变压后，为动力装置供电。当供电网无电或行驶到无电区时，超级电容和动力电池的能量迅速释放，不但可以为动力装置的供电，还可以为辅助变流器及充电机进行供电。超级电容的大电流快放能力弥补了单独使用动力电池大电流释放不足的缺陷；动力电池的大能量能够弥补单独采用超级电容能量不足而导致无电区行驶距离过短的缺陷。
在上述实施例提供的城市轨道车辆牵引系统基础上，其中，DC/DC变换器还可以包括DC/DC控制器、第一控制模块和第二控制模块；超级电容通过第一控制模块与DC/DC控制器连接，动力电池通过第二控制模块与DC/DC控制器连接；其中，第一控制模块用于控制所述超级电容充电或放电，第二控制模块用于控制动力电池充电或放电；DC/DC变换器用于在储能装置为动力装置供电时，优先启用第一控制模块控制超级电容进行供电，当超级电容电量低于15%时，DC/DC变换器可以断开超级电容的连接，并启用第二控制模块控制动力电池进行供电。
图2为本发明实施例的城市轨道车辆牵引系统结构总图，如图2所示，城市轨道车辆一般包括MC1、MC2两个带司机室的动车，它们分布在车辆的两端，拥有相同结构的牵引系统。
当城市轨道车辆在有供电网的地方，测得网压在750V-800V左右，当城市轨道车辆测得的网压低压500V时，则自动判断为无电区，则断开高速断路器，这时DC/DC变换器控制超级电容放电，并通过DC/DC变换器将超级电容的电压升至750V，如果超级电容的电量不足15%，DC/DC变换器则控制动力电池放电进行能量补充；在无电区运行时，牵引电机可以将车辆制动动能转化为交流电，经牵引逆变器转化后通过DC/DC变换器给超级电容充电，考虑到动力电池的充放电次数有限，况且在线路运行时有接触网的时间较短，因此动力电池的充电仅在起点和终点进行。动力电池起到的作用主要是补充作用，防止由于超级电容充电故障或列车临时停车等异常情况造成无电能来源。由于城市轨道车辆运行时，特别是当车辆刚刚启动或者加速运行时，所需的功率很大，就目前技术中动力电池组而言，还不能为轨道车辆提供如此大功率的电能。
本实施例能够满足轻轨车在无外界电能的情况下较长时间运行，且能保存足够电能以便多次启动车辆。本实施例的牵引系统巧妙地解决了单独使用超级电容能量密度小及单独使用动力电池充放电慢的缺点，充分提升了过无电区时城市轨道车辆的性能。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (5)

1.一种城市轨道车辆牵引系统，其特征在于，包括：动力装置和储能装置；
所述动力装置包括牵引逆变器和牵引电机，所述牵引逆变器的输入端分别与供电网的直流母线正极和负极连接，用于直流电和交流电的互相变换，所述牵引逆变器的输出端与所述牵引电机相连，所述牵引电机用于向车辆提供动力；
所述储能装置包括：DC/DC变换器、超级电容和动力电池；所述超级电容和所述动力电池并联设置，所述超级电容和所述动力电池的负极均与所述供电网的直流母线负极连接，所述超级电容和所述动力电池的正极分别通过所述DC/DC变换器与所述供电网的直流母线正极连接；
所述牵引系统与所述供电网连通时，所述DC/DC变换器控制所述超级电容和所述动力电池充电；所述牵引系统与所述供电网断开时，所述DC/DC变换器控制所述超级电容和所述动力电池放电，放电电能通过所述DC/DC变换器为所述动力装置供电；
所述DC/DC变换器包括DC/DC控制器、第一控制模块和第二控制模块；所述超级电容通过所述第一控制模块与所述DC/DC控制器连接，所述动力电池通过所述第二控制模块与所述DC/DC控制器连接；
所述第一控制模块用于控制所述超级电容充电或放电；
所述第二控制模块用于控制所述动力电池充电或放电；
所述DC/DC变换器用于在所述储能装置为所述动力装置供电时，优先启用所述第一控制模块控制所述超级电容进行供电，当所述超级电容电量低于15％时，断开所述超级电容并启用所述第二控制模块控制所述动力电池进行供电。
2.根据权利要求1所述的城市轨道车辆牵引系统，其特征在于，所述牵引逆变器用于在所述供电网断开且车辆处于制动状态时，将所述牵引电机产生的交流电转化为直流电给所述超级电容充电。
3.根据权利要求1所述的城市轨道车辆牵引系统，其特征在于，所述牵引系统还包括辅助逆变器以及连接在所述辅助逆变器上的充电机；所述辅助逆变器的输入端分别与所述供电网连接，用于将所述供电网的直流电变换为用于驱动所述充电机的三相交流电，所述充电机用于提供所述牵引系统的控制电源。
4.根据权利要求1-3任一所述的城市轨道车辆牵引系统，其特征在于，所述牵引系统与所述供电网的直流母线正极之间设置有受电弓，所述牵引系统与所述供电网的直流母线负极之间设置有接地装置。
5.根据权利要求4所述的城市轨道车辆牵引系统，其特征在于，所述牵引系统还包括高速断路器，设置于所述受电弓的后级，用于及时切断和接通所述牵引系统与所述供电网的接触。
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