CN104736376A - 轨道车辆的使用功率电子牵引转换器单元和开关模块的功率分配系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于轨道车辆的功率分配系统，其包括：开关模块(12)；包括在DC功率路径中的DC分配总线(3)；以及用于通过一个或多个AC功率路径接收AC功率的功率电子牵引转换器单元(13)，其构造成将接收到的AC功率转换成应用于DC分配总线(3)的DC功率，其中，开关单元包括：用于接收来自外部功率供应的功率的输入端子；重构开关(24，25)，其构造成将通过输入端子接收到的外部功率供应的DC功率引导到DC功率路径，或者将通过输入端子接收到的外部功率供应的AC功率引导到一个或多个AC功率路径中的相应的一个；以及用于对通过输入端子接收到的功率提供AC和DC滤波的适应元件(20)。

Description

轨道车辆的使用功率电子牵引转换器单元和开关模块的功率分配系统
技术领域
本发明涉及轨道车辆(诸如列车)中的功率分配系统，其使用功率电子牵引转换器单元来将AC悬链线功率转换成DC功率，通过公共DC分配总线来分配DC功率。
背景技术
用于轨道车辆的功率分配系统在本领域中是众所周知的。目前，体积大的变压器已经被功率电子牵引转换器单元取代，功率电子牵引转换器单元将接收到的AC功率转换成在延伸通过车辆的车厢的公共DC分配总线或主干上的DC功率。
存在这样的情况：应使车辆的功率分配能够适应AC和DC悬链线功率，使得在用于分接悬链线的受电弓和功率电子牵引转换器单元之间必须包括开关功能性。此外，在列车功率分配系统的输入侧处需要一些额外的滤波和其它元件。
文献DE 10 2010 039 699公开了一种用于轨道车辆的驱动系统，其具有两个部分功率转换器系统，部分功率转换器系统配备有网络侧或干线侧馈送系统。负载侧自换向转换器配备有输出侧三相马达。转换器系统包括中频变压器。提供单个AC悬链线电压作为功率输入。
文献DE 10 2010 039 697 A1公开了一种用于在轨道车辆中使用的多系统牵引功率转换器，其包括用于接收AC功率的受电弓和用于通过单独悬链线线路接收DC功率的受电弓。AC供应可通过AC/DC转换器联接到负载转换器上，而DC供应线路则可选择性地通过相应的开关直接联接到负载转换器上。
文献RU 234 8545 C1公开了一种用于多系统电气机车的牵引马达。多系统电气机车可由DC和AC供应电压提供功率，其中，如果接收到AC功率，则AC功率通过输入转换器转换成DC功率，DC功率供应到负载转换器。
本发明的目标是提供一种用于在轨道车辆中使用的具有紧凑的开关模块的功率分配系统，其适合与功率电子牵引转换器单元和DC分配总线一起使用，其中，开关模块构造成使功率分配系统对于AC和DC输入功率供应是灵活的。
发明内容
此目标由根据权利要求1的用于轨道车辆的功率分配系统和根据另一个独立权利要求的轨道车辆实现。
本发明的另外的实施例在从属权利要求中有指示。
根据第一方面，提供一种用于轨道车辆的功率分配系统，包括：
-开关模块，
-包括在DC功率路径中的DC分配总线，以及
-用于通过一个或多个AC功率路径来接收AC功率的功率电子牵引转换器单元，其构造成将接收到的AC功率转换成对DC分配总线应用的DC功率，其中，开关模块包括：
-用于接收来自外部功率供应的功率的输入端子；
-重构开关，其构造成将通过输入端子接收的外部功率供应的DC功率引导到DC功率路径，或者将通过外部功率供应的输入端子接收的AC功率引导到一个或多个AC功率路径中的相应的一个；以及
-用于对通过输入端子接收的功率提供AC和DC滤波的适应元件。
本发明的一个思想是对功率分配系统提供紧凑的开关模块，以与功率电子牵引转换器单元一起使用，功率电子牵引转换器单元以电子的方式将AC功率转换成DC功率，以将DC功率提供给DC功率路径，诸如公共DC分配总线。开关模块构造成通过AC功率路径选择性地将AC悬链线功率传输到例如功率电子牵引转换器单元，以及将DC悬链线功率直接传输到DC分配总线。
此外，使用适应元件，供应的AC或DC功率的所有滤波元件都包括在开关模块中，使得在悬链线功率供应、DC分配总线和功率电子牵引转换器单元之间不必包括另外的构件。因此，开关模块表示待安装在具有DC分配总线和功率电子牵引转换器单元的列车上的紧凑模块，并且开关模块允许列车功率分配系统适应由不同种类的(AC或DC)功率供应对其提供功率。
可提供下者：适应元件包括各自提供感应性(inductivity)的多个遏流器(choke)，其中，输入端子串联地连接到AC/DC遏流器和AC遏流器上，其中，在AC/DC遏流器和AC遏流器之间的节点可通过重构开关中的相应的一个连接到DC功率路径上。
此外，AC遏流器可构造成取决于接收到的功率的AC输入电压水平来进行分接。
根据实施例，自耦变压器可串联地联接到AC/DC遏流器上，其中，自耦变压器进一步构造成自动将至少两个接收到的AC功率电压变换成通过重构开关中的相应的一个来应用于相应的AC功率路径的AC电压。
此外，可对一个或多个AC功率路径中的各个串联地提供控制遏流器。
可将AC/DC遏流器和AC遏流器中的至少一个设置为分离式遏流器。
可提供下者：在外部功率源和输入端子之间的开关模块中包括以下构件中的至少一个：
-联接到输入端子上的接地开关；
-联接到输入端子上的电涌放电器；
-串联地联接到输入端子上的断路器；以及
-联接到输入端子上的电压和/或电流传感器；
其中，预充电单元包括在DC或AC功率路径中的至少一个中。
根据实施例，开关模块容纳在壳体中。
根据另一方面，提供轨道车辆的功率分配系统，其中，功率电子牵引转换器单元包括AC/AC转换器系统、AC/DC转换器系统和中频变压器装置。
此外，提供多个功率电子牵引转换器单元，以通过相应的AC功率路径选择性地接收AC功率，其中，开关模块构造成根据接收到的功率的电压水平来选择AC功率路径和功率电子牵引变压器。
根据另一方面，提供一种包括以上功率分配系统的轨道车辆。
附图说明
结合附图在以下描述中更详细地描述本发明的优选实施例，其中：
图1示意性地显示使用连接到功率电子牵引单元和DC分配总线上的开关模块的列车功率分配系统；
图2显示在图1的列车功率分配系统中使用的开关模块的示意图；
图3a和3b显示用于与一个功率电子牵引单元联接的图2的开关模块中的适应元件的较详细视图；
图4示意性地显示使用连接到两个功率电子牵引转换器单元和DC分配总线上的开关模块的列车功率分配系统；
图5显示用于在图3的列车功率分配系统中使用的开关模块的另一个构造；
图6a和6b显示用于与两个功率电子牵引转换器单元联接的开关模块中的适应元件的较详细视图；
图7显示图3a、3b、6a和6b的适应元件中的一个中的AC/DC遏流器和AC遏流器的备选实现；以及
图8显示具有额外构件的开关模块的构造的示意图，以及
图9显示功率电子牵引转换器单元及其主要构件的示意图。
具体实施方式
图1示意性地显示轨道车辆(诸如具有多个车厢2的列车1)的示例。
功率通过用作内部功率供应主干的公共DC分配总线3分配在车厢2中。由DC分配总线3(DC功率路径) 分配的DC功率供应到负载，诸如负载转换器4和/或辅助逆变器5。负载转换器4接收DC功率，并且可构造成将DC功率转换成三相AC功率或待供应到牵引马达6的任何其它形式的电功率。辅助逆变器5可构造成接收DC功率，并且将其转换成用于运行辅助装置的公共低电压AC功率。
电输入功率通过悬链线10传送到列车1，悬链线10由受电弓11接触。因而接收到的电输入功率馈送到开关模块12，开关模块12直接连接到功率电子牵引转换器单元13(AC功率路径)上，并且直接连接到DC分配总线3上。
开关模块12容纳在公共壳体19中，并且构造成使得取决于所提供的电功率的种类，诸如DC功率或单相AC功率，开关模块12将DC功率直接馈送到DC分配总线3或通过AC链路14馈送到功率电子牵引转换器单元13。
功率电子牵引转换器单元13是在干线侧或网侧上的电子转换器，并且电子转换器使用有源半导体构件来在AC功率和DC功率之间提供转换，而不使用体积大的低频变压器。功率电子牵引转换器单元13也被称为干线侧上的无网频或低频变压器式转换器单元，而且有时也被称为功率电子牵引变压器。
在图1中显示的实施例中，开关模块12和功率电子牵引转换器单元13各自安装在车厢2中的一个上，而DC分配总线3则在列车2的所有车厢上延伸。在其它实施例中，开关模块12和功率电子牵引转换器单元13两者都可安装在一个车厢2上。
在图2的示意图中更详细地显示开关模块12。开关模块12具有适应元件20，适应元件20用来提供通过第一端子将电功率传输到DC分配总线3或者传输到相应的功率电子牵引转换器单元13的功能性。
提供开关模块12的输入端子21，其联接到适应元件20上。开关模块12进一步提供用于通过AC链路14联接到功率电子牵引转换器单元13上的AC输出端子22和用于直接联接到DC分配总线3上的DC输出端子23。
适应元件20连接成接收由悬链线10供应且由受电弓11分接的输入功率。基本上，适应元件20 通过第一重构开关24将AC功率提供给AC链路14，或通过第二重构开关25将DC功率提供给DC分配总线3。此外，适应元件20对借助于具有预定电感的遏流器所接收到的输入功率提供AC或DC滤波。
在图3a中，显示根据实施例的适应元件20。适应元件20具有串联地连接的AC/DC遏流器31和第一AC遏流器32，使得AC/DC遏流器31和第一AC遏流器32的串联连接通过第一重构开关24将输入端子21联接到AC链路14上。在AC/DC遏流器31和第一AC遏流器32之间的节点通过第二重构开关25联接到DC分配总线3上。如本文理解的那样，遏流器是用于进行DC和AC输入滤波的电感。
在图3b中，显示适应元件20的另一个实施例。与图3a的适应元件20相比，图3b的适应元件20能够将供应的不同的AC输入功率电压传送到功率电子牵引转换器单元13。代替第一AC遏流器32，可提供具有两个或更多个抽头的自耦变压器33。自耦变压器35用来将供应的具有不同电压水平的AC功率变换成适合连接的功率电子牵引转换器单元13的输入的AC电压水平。如果仅可获得一个功率电子牵引转换器单元13，则这个构造是有用的，并且因此提供改进的AC电压适应功能性。所以自耦变压器33取决于在悬链线线路10上检测到的AC电压来进行分接，以不依赖于供应的输入电压而对开关模块提供相同输出电压。
抽头变换器35与自耦变压器33的抽头串联地连接，以便取决于供应的AC输入电压来选择自耦变压器33的相应的输出，即，以便接收来自第一抽头或第二抽头的输入AC功率，这取决于对自耦变压器33供应的电压。
控制遏流器34可与自耦变压器33和抽头变换器35串联连接在自耦变压器35的输出和AC输出端子22之间，控制遏流器34由功率电子牵引转换器单元13用来包括用于电流控制的电流测量。
如图4的列车构造中显示的那样，开关模块12还可连接到两个功率电子牵引转换器单元13上，其中，开关模块12构造成将AC功率引导到功率电子牵引转换器单元13中的一个或两个上，这取决于接收到的AC功率的电压水平。
在图4的实施例的情况下，功率电子牵引转换器单元13中的两个可连接，以形成串联连接或并联连接。可取决于接收到的AC功率的水平来选择串联连接或并联连接。在根据图3b的开关模块12的情况下，可提供开关组合。控制该开关组合，以在接收到的AC功率的水平高的情况下，在一个开关状态中使两个功率电子牵引转换器单元13与控制遏流器34的输出串联联接。控制开关组合，以在接收到的AC功率的水平较低的情况下，在第二开关状态中使两个功率电子牵引转换器单元13与控制遏流器34的输出并联联接。
在图5中，显示开关模块12的另一个实施例，除了图2中显示的实施例之外，开关模块12具有将适应元件20的相应的第二AC输出联接到第二AC输出端子27上的额外的第二重构开关26。第一AC输出端子22和第二AC输出端子27用来通过不同的AC链路14将AC功率提供给构造成在不同的输入AC电压下运行的不同的非联接式功率电子牵引转换器单元13。
根据图6a，在图5的开关模块12中使用的适应元件20可包括AC/DC遏流器31、串联地连接的自耦变压器33、抽头变换器35，以及与自耦变压器33和抽头变换器35串联且用于连接到两个功率电子牵引转换器单元13上的两个控制遏流器34。两个功率电子牵引转换器单元13可并联连接。
根据图6b，与图6a的实施例相比，使用第一AC遏流器32而非自耦变压器33，使得不对不同的AC输入电压提供抽头。另外，省略抽头变换器35，并且接收到的AC输入功率通过第一重构开关24或第二重构开关26传输到相应的AC链路14。第一重构开关24或第二重构开关26取决于输出功率要求来进行开关。
在图7中，显示AC/DC遏流器31和第一AC遏流器32的串联连接的备选构造。遏流器31、32两者都形成为分离式电感，其以磁的方式联接和布置在源自悬链线10的供应功率路径和源自地面轨道的接地路径中。
提供在供应功率路径中具有遏流作用的第一AC/DC遏流器部分31a，并且提供在接地路径中具有遏流作用的第二AC/DC遏流器部分31b，其中，遏流器部分31a、31b两者磁联接。提供在供应功率路径中具有遏流作用的第一AC遏流器部分32a，并且提供在接地路径中具有遏流作用的第二AC遏流器部分31b，其中，遏流器部分32a、32b两者磁联接。第一AC/DC遏流器部分31a和第一AC遏流器部分32a串联地连接，并且第二AC/DC遏流器部分31b和第二AC遏流器部分32b串联地连接。这些分离式遏流器对于公共模式抑制是有利的。当然，可提供下者： AC/DC遏流器部分31a、31b和AC遏流器部分32a、32b中的仅一个磁联接。
在图8中，显示了开关模块12具有另外的构件，诸如接地开关41、电涌放电器42、断路器43、电压和电流测量单元44、45和预充电单元46，可以可选地在开关模块12中提供它们。
根据另一个实施例，可提供具有开关模块12和两个功率电子牵引转换器单元13的系统，各个功率电子牵引转换器单元13用作单独的DC分配总线3。在那个情况下，开关模块12可具有用于将DC功率(如果接收了) 联接到第二DC分配总线3上的第二DC开关和两个AC开关，AC开关各个与一个相应的功率电子牵引转换器单元13相关联。
在图9中，功率电子牵引转换器单元13包括AC/AC转换器系统131、中频变压器装置133和AC/DC转换器系统132。AC/AC转换器系统131的输出借助于中频变压器装置133链接到AC/DC转换器系统132的输入上。干线侧或网侧上的AC/AC转换器系统131典型地具有连接到AC链路14上的 4象限转换器136和连接到变压器133的输入侧上的第一谐振转换器137。第一谐振转换器137在DC侧上电连接到4象限转换器136的DC侧上。中频变压器133的二级侧上的AC/DC转换器系统132例如可执行为第二谐振转换器，并且在AC侧上电连接到中频变压器133的二级侧上。这个第二谐振转换器在DC侧上通过公共DC分配总线3电连接到负载转换器4上。
部件列表
参考列表
1…列车
2…车厢
3…DC分配总线
4…负载转换器
5…辅助逆变器
6…牵引马达、负载
10…悬链线
11…受电弓
12…开关模块
13…功率电子牵引转换器单元
14…AC链路
19…壳体
20…适应元件
22…AC输出端子
23…DC输出端子
24…第一重构开关
25…第二重构开关
27…第二AC输出端子
31…AC/DC遏流器
32…第一AC遏流器
31a、31b…AC/DC遏流器部分
32a、32b…AC遏流器部分
33…自耦变压器
34…控制遏流器
35…抽头变换器
41…接地开关
42…电涌放电器
43…断路器
44、45…电压和电流测量单元
46…预充电单元
131…AC/AC转换器系统
132…AC/DC转换器系统
133…中频变压器
136…4象限转换器
137…第一谐振转换器。

Claims (11)

1. 一种用于轨道车辆的功率分配系统，包括：
-开关模块(12)，
-包括在DC功率路径中的DC分配总线(3)，以及
-用于通过所述一个或多个AC功率路径接收AC功率的功率电子牵引转换器单元(13)，其构造成将接收到的AC功率转换成对所述DC分配总线(3)应用的DC功率，其中，所述开关模块(12)包括：
-用于接收来自外部功率供应的功率的输入端子；
-重构开关(24，25)，其构造成将通过所述输入端子接收到的所述外部功率供应的DC功率引导到DC功率路径，或者将通过所述输入端子接收到的所述外部功率供应的AC功率引导到一个或多个AC功率路径中的相应的一个；以及
-用于对通过所述输入端子接收的功率提供AC和DC滤波的适应元件(20)。
2. 根据权利要求1所述的功率分配系统，其特征在于，所述适应元件(20)包括各自提供感应性的多个遏流器(31，32，34)，其中，所述输入端子串联连接到AC/DC遏流器(31)和AC遏流器(32)上，其中，在所述AC/DC遏流器(31)和所述AC遏流器(32) 之间的节点可通过所述重构开关(24，25) 中的相应的一个连接到所述DC功率路径(3)上。
3. 根据权利要求2所述的功率分配系统，其特征在于，所述AC遏流器(32)构造成取决于接收到的功率的AC输入电压水平来进行分接。
4. 根据权利要求2或3所述的功率分配系统，其特征在于，自耦变压器(33)串联地联接到所述AC/DC遏流器(31) 上，其中，所述自耦变压器(33)进一步构造成自动将至少两个接收到的AC功率电压变换成通过所述重构开关(24，25) 中的相应的一个来应用于相应的AC功率路径的AC电压。
5. 根据权利要求2至4中的任一项所述的功率分配系统，其特征在于，对所述一个或多个AC功率路径中的各个串联地提供控制遏流器(34)。
6. 根据权利要求2至5中的任一项所述的功率分配系统，其特征在于，将所述AC/DC遏流器(31)和所述AC遏流器(32) 中的至少一个设置为分离式遏流器。
7. 根据权利要求1至6中的任一项所述的功率分配系统，其特征在于，以下构件中的至少一个在所述开关模块(12)中包括在所述外部功率源和所述输入端子之间：
-联接到所述输入端子上的接地开关(41)；
-联接到所述输入端子上的电涌放电器(42)；
-串联地联接到所述输入端子上的断路器(43)；以及
-联接到所述输入端子上的电压和/或电流测量单元(44，45)；
其中，预充电单元(46)包括在所述DC功率路径或所述AC功率路径中的至少一个中。
8. 根据权利要求1至7中的任一项所述的功率分配系统，其特征在于，所述开关模块(12)完全容纳在壳体中。
9. 根据权利要求1至8中的任一项所述的功率分配系统，其特征在于，所述功率电子牵引转换器单元(13)包括：AC/AC转换器系统(131)、AC/DC转换器系统(132)、中频变压器装置(133)和AC/DC转换器系统(132)。
10. 根据权利要求9所述的功率分配系统，其特征在于，包括：
-用于通过相应的AC功率路径选择性地接收AC功率的多个功率电子牵引转换器单元(13)，其中，所述开关模块(12)构造成根据所述外部功率供应的电压水平来选择所述AC功率路径和所述功率电子牵引转换器单元(13)。
11. 一种轨道车辆(1)包括根据权利要求1至10中的任一项所述的功率分配系统。
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