CN104787048B - 一种更为灵活的电力动车组编组方法 - Google Patents

Abstract

一种更为灵活的电力动车组编组方法属于基于新型电力电子变压器电力动车组车辆的动车组编组方法领域，该方法是在动车组除车头和车尾之外的每一节车厢上均采用兼具变压器和牵引变流器二者功能的新型电力电子变压器作为新的供电装置，使整车的牵引传动系统更为高效、节能和轻量化，并以此为基础对基本动车单元的受电弓布局和编组方法进行了改进，形成一种更为灵活的电力动车组编组方法。此外，本发明采用工业以太网作为各新型动车车厢与驾驶控制系统之间的新通讯总线，替代传统的轨道车辆MVB通讯总线，增加了数据传送效率并降低了拥堵概率，提高了动车联挂或解挂时的整体系统可靠性和列车运行时的安全性。

Description

一种更为灵活的电力动车组编组方法

技术领域

本发明属于基于新型电力电子变压器电力动车组车辆的动车组编组方法领域，具体涉及一种更为灵活的电力动车组编组方法。

背景技术

传统的普通列车仅依靠牵引车头为全列车辆提供牵引动力，除牵引车头以外的其余拖车车厢自身均不具被牵引动力，是一种动力集中牵引技术。

与之相对的，所谓动车组则是把动力装置分散安装在牵引车头以及其他多节车厢上，除了牵引车头以外，其余部分车厢也同样具有各自独立的牵引动力装置，这种普通车厢也具备独立牵引装置的轨道客车便叫做动车，属于一种动力分散牵引技术。

现有的动力分散型动车已普遍采用电力供电装置作为动力来源，其每节动车车厢的转向架系统均具有独立的电力牵引装置和电力制动装置。由于动力装置和制动装置均分布在整列列车的众多车厢上，因此动车能够实现较大的整体牵引力或制动力，从而具有更为优良的机动性，能更好地适应斜坡、弯道、城铁等需要频繁变换车辆运行速度的路段。另外，动车组上的动力轴对路轨黏著力的要求较低，每个车轴的载重亦较少，因此动车列车对铁轨载重的基建要求也相对降低。

国内现有的动车通常四节车厢编为一个基本动车组编组单元，包括两节动车车厢D和两节无动力拖车车厢T，其中相邻的两节动车车厢D均由一节拖车车厢T间隔分开，四节基本动车组编组单元中的连续三节车厢共同载有一套旧有的供电装置，其余一节无动力拖车车厢T则不装载供电装置。所述旧有电力供电装置的基本结构如图1所示，每一组旧有的供电装置均包括一个铁芯变压器2、一个受电弓1和两个牵引变流器3，其中，载有铁芯变压器2的无动力拖车T顶端设有一个受电弓1，拖车T前、后两端的两节车厢均为载有一个牵引变流器3的动车D，受电弓1用于将外部电源输送至铁芯变压器2，经铁芯变压器2变压后的电能再通过次级动力电缆6分别传送至前、后两节动车D中的牵引变流器3上，实现电能的分配。

受此旧有电力供电装置结构限制，现有动车的编组方式十分刻板，编组灵活度受到很大限制。一方面，传统的铁芯变压器2体积大、重量沉，因此在每一动车车厢D内均安置一个铁芯变压器2的方案将占用大量车厢空间和增加车辆载荷，不是理想的选择。另一方面，若直接去掉第四节无动力拖车车厢T则又会导致传动比效率的大幅下降，进而造成电力资源的浪费。

基于上述原因，现有的国内动车仅有两种动车编组形式，即全列八节的动车车型或全列十六节的动车车型。全列八节的动车车型如图2所示，其是由两个图1所示的基本动车组编组单元尾部对接所形成的串联结构，在第四节和第五节车厢通过车钩彼此联挂的同时，第四节和第五节车厢内各自的通讯控制总线接口也自动完成对接并由车辆控制系统中的CCU(Central Control Unit)中央控制单元完成总线联挂识别。此外，两个基本动车组编组单元内各自的受电弓1也自动通过初级动力电缆7完成串联，并通过新联通的通讯控制总线与CCU电控单元完成重新识别和编号排序，最终成为全列八节的动车车型上的第一受电弓1-1和第二受电弓1-2。其中，第一受电弓1-1或第二受电弓1-2互为备份，动车运行时，车头驾驶室内的CCU中央控制单元通过通讯控制总线控制第一受电弓1-1升起并与外部电源线路连通，为车辆提供电力，第二受电弓1-2则处于收缩备用状态并与外部电源线路分离和绝缘。

全列十六节的动车车型如图3所示，其是由四个图1所示的基本动车组编组单元尾部对接所形成串联结构，其连接过程与全列八节的动车车型的连接过程基本相同，其区别仅在于，最终在全列十六节的动车车型上形成第一受电弓1-1和第二受电弓1-2通过一条初级动力电缆7完成串联，第三受电弓1-3和第四受电弓1-4通过另一条初级动力电缆7完成串联。动车运行时，车头驾驶室内的CCU中央控制单元通过通讯控制总线控制第一受电弓1-1和第三受电弓1-3同时升起并与外部电源线路连通，为车辆提供电力，第二受电弓1-2作为第一受电弓1-1的备份，第四受电弓1-4作为第三受电弓1-3的备份，作为备份的受电弓在动车运行时均处于收缩备用状态并与外部电源线路分离和绝缘。

受到前述动车组编组灵活度差的情况制约，现有的动车编组方式无法很好地适应中国人在节假日出行过饱和以及日常出行欠饱和的出行习惯，比如，全列八节的动车车型无法通过简单追加单节动车车厢使之增长成为包含新动车车厢的全列九节的临时加长车型，又比如，全列十六节的动车车型也无法通过简单地缩减车厢总数，成为临时精简的较短车型。因此，现有的欠缺灵活性的动车组编组方法无法适应动车组上座率有时过高，有时又过低的状况。

另一方面，在公开号为CN 104253548.A的中国发明专利中公开了一种无工频变压器的三电平电力电子牵引变压器，该新型电力电子变压器同时兼具变压器和四象限整流器二者的功能，该新型电力电子变压器与牵引逆变器集成后可以替代由一个铁芯变压器2连接两个牵引变流器3的旧有供电装置的模式装配动车。

此外，现有国内动车系统均采用轨道车辆MVB总线作为通讯控制总线，轨道车辆MVB总线是用于连接轨道车辆内固定设备的车辆级通信总线，目前该技术在轨道车辆上的应用方法比较成熟，而工业以太网也可以视作另一种较为成熟的通讯总线，相较于轨道车辆MVB总线而言，工业以太网具有传输数据量大、传输速率快、在新增或减少设备时编组控制更为灵活等优点。比如，对多组并联的相同电气设备进行统一管理时，用工业以太网可以更快速地完成大量数据与中央控制单元的通讯过程，从而使中央控制单元更快捷地完成新增设备的挂接识别、故障诊断、编号排序等过程。因此，工业以太网的基本特性使其更适用于替代轨道车辆MVB总线作为动车组的通讯控制总线，然而，目前尚没有将工业以太网用于替代轨道车辆MVB总线来控制车载的电力设备的先例。

发明内容

为了解决现有动车组的编组方式刻板而不够灵活，旧有电力供电装置结构的基本形式严重制约了动车组整车编组的灵活性，无法通过更灵活地编组方式适应动车组上座率有时过高，有时又过低的状况，并且容易产生由传动比差形成资源浪费的技术问题，本发明提供一种更为灵活的电力动车组编组方法。

本发明解决技术问题所采取的技术方案如下：

一种更为灵活的电力动车组编组方法，其包括如下步骤：

步骤一：采用电力电子牵引变压器替代旧有的基本动车组编组单元的电力供电装置，即：将现有基本动车组编组单元中除车头和车尾之外的动车车厢D和无动力拖车车厢T均改装为完全相同的新型动车车厢M，并在新型动车车厢M上均采用前述的电力电子牵引变压器作为单节动车车厢的新的电力供电装置，车头和车尾只作为带有车辆控制系统以及CCU中央控制单元的无动力拖车T；同时，为每一节新型动车车厢M均配备一个受电弓电源接口，并给每个新型动车车厢M中的新电力电子供电装置均配备联挂电缆接口，并且在与车头相邻的车厢以及与车尾相邻的车厢上均配备一个受电弓；采用工业以太网作为各新型动车车厢M与驾驶控制系统之间的新通讯总线，替代传统的轨道车辆MVB通讯总线，车辆控制系统中的CCU通过工业以太网分别对新增或减少动车车厢时各受电弓的识别、重新编号排序以及升起或降下进行全局控制；

步骤二：根据实际运营需求，在整列动车组的车头和车尾之间的任意位置，增加N节(N≥1，N为自然数)新型动车车厢M，通过步骤一所述的联挂电缆接口分别将任意相邻两节新型动车车厢M中的电力供电装通过初级动力电缆7串联起来；同时带有车辆控制系统以及CCU中央控制单元的车头通过工业以太网对整车的全部新型动车车厢M分别进行识别，并重新编号、排序，此外，CCU中央控制单元还通过工业以太网在新排序后的车厢编号序列下重新识别各受电弓所分布的车厢位置，以及对各受电弓重新编排序号；

步骤三：在步骤二构成的整列动车组中，按照如下方式确定整列车所需受电弓的个数、各受电弓的位置以及各受电弓升起的规律：设整列车的车厢总节数为K，5≤K≤10i(i为自然数)，则整列车需要受电弓的总数为2i，其中，两个受电弓通过受电弓接口分别连接在与车头相邻的车厢以及与车尾相邻的车厢上，其余受电弓通过受电弓接口分别连接在除上述两节车厢之外的车厢位置，且需要保证每10节车厢至少有两个受电弓，动车组运行时只需要升起i个受电弓，且每间隔1个受电弓处于升起状态，其余i个受电弓处于收缩备用状态并与外部电源线路分离和绝缘。

本发明的有益效果是：该更为灵活的电力动车组编组方法提出了一种基于新型电力电子变压器的新型动车组编组方法，在动车组除车头和车尾之外的每一节车厢上均采用兼具变压器和牵引变流器二者功能的新型电力电子变压器作为新的供电装置，使整车的牵引传动系统更为高效、节能和轻量化，并以此为基础对基本动车单元的受电弓布局和编组方法进行了改进，形成一种更为灵活的电力动车组编组方法。此外，采用工业以太网作为各新型动车车厢与驾驶控制系统之间的新通讯总线，替代传统的轨道车辆MVB通讯总线，增加了数据传送效率并降低了拥堵概率，提高了动车联挂或解挂时的整体系统可靠性和列车运行时的安全性。

附图说明

图1是一组旧有的供电装置在一个基本动车编组单元中的布局示意图；

图2是旧有供电装置及受电弓在全列八节的动车车型上的应用示意；

图3是旧有受电弓在全列十六节的动车车型上的应用示意简图；

图4是本发明一种更为灵活的电力动车组编组方法中新的供电装置在一个最基本新动车编组中的布局示意图；

图5是本发明一种更为灵活的电力动车组编组方法中新型动车车厢总数拓展为13节时受电弓的数量、升降状态和布局位置的一个应用示意图；

图6是本发明一种更为灵活的电力动车组编组方法中新型动车车厢总数拓展为24节时受电弓的数量、升降状态和布局位置的一个应用示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细说明。

如图4所示，其是利用本发明编组方法实现的新供电装置在一个最基本新动车编组中的布局示意图，即：采用电力电子牵引变压器4替代旧有动车组中的铁芯变压器2和牵引变流器3，将旧有动车组中除车头和车尾之外的动车车厢D和无动力拖车车厢T均改装为完全相同的新型动车车厢M，并在新型动车车厢M上均采用电力电子牵引变压器4作为单节动车车厢的新的电力供电装置，车头和车尾只作为带有车辆控制系统以及CCU中央控制单元的无动力拖车T；同时，为每一节新型动车车厢M均配备一个受电弓电源接口，并给每个新型动车车厢M中的新电力电子供电装置均配备联挂电缆接口，并且在与车头相邻的车厢以及与车尾相邻的车厢上均配备一个受电弓5；采用工业以太网作为各新型动车车厢M与驾驶控制系统之间的新通讯总线，替代传统的轨道车辆MVB通讯总线，车辆控制系统中的CCU通过工业以太网分别对新增或减少动车车厢时各受电弓5的识别、重新编号排序以及升起或降下进行全局控制。

实施例1

如图4所示，当以新型动车车厢M联挂所形成整列车的车厢总节数K符合5≤K≤10时，整车仅需2个受电弓5，即在与车头相邻的第二节车厢以及与车尾相邻的第四节车厢上均配备一个受电弓5，并且受电弓5-1处于升起状态与外部电源连通，而受电弓5-2则处于收缩备用状态。

实施例2

如图5所示，当根据运力需求，需要将图4所示最基本的5节新动车编组拓展为包含更多新型动车车厢M的整车时，以K＝13节为例，按照本发明编组方法对最基本的5节新动车编组进行解挂、追加和重新联挂，首先将最基本的5节新动车编组中的第五节拖车T解挂，然后在解挂后的第四节新型动车车厢后面逐一追加联挂8节新型动车车厢，然后再重新将前述原有的第五节拖车T重新联挂，成为最末一节。在各车厢完成物理联挂后，CCU中央控制单元将自动通过工业以太网对全部新型动车车厢进行重新编号、排序，此外，CCU中央控制单元还将自动在新排序后的车厢编号序列下重新识别各受电弓5所分布的车厢位置，以及对各受电弓5重新编排序号。按照本发明步骤三所述受电弓5的个数、各受电弓的位置以及各受电弓升起的规律，可预先确定受电弓5的总数为四个，即，在本次追加联挂的共8节新型动车车厢中，需要额外新增2个受电弓5，并且要保证每10节车厢至少有2个受电弓5，则如图5所示，按照上述规律求得的可行方案之一为：由CCU中央控制单元重识别和编组的新型动车车厢编号顺次为第一节至第十三节，原有第五节拖车T重新联挂后在新的编号排序下成为末节，即第十三节，所需的四个新的受电弓5顺次重新编号为受电弓5-1、受电弓5-2、受电弓5-3和受电弓5-4，并且它们顺次布置在第二节、第五节、第九节和第十二节车厢上。其中受电弓5-1和受电弓5-3均升起并与外部电源线路连通受电，而受电弓5-2和受电弓5-4则均处于收缩备用状态并与外部电源线路分离和绝缘；或者，受电弓5-2和受电弓5-4均升起并与外部电源线路连通受电，而受电弓5-1和受电弓5-3则均处于收缩备用状态并与外部电源线路分离和绝缘。图5所示的4个受电弓在全列动车上的分布位置仅为可行的示例之一，其它符合布置规律的可行方案包含并且不限于该示例所述方案；例如，受电弓5-2可以设置在第四节或第六节车厢上，受电弓5-3可以设置在第八节或第十节车厢上。

实施例3

按照与实施例2相同的方法联挂与解挂形成更多节动车组，如图6所示，当整列车总节数K＝24节时，需要受电弓5的个数为6个，即受电弓5-1、受电弓5-2、受电弓5-3、受电弓5-4、受电弓5-5、受电弓5-6，它们顺次布置在第二节、第六节、第十一节、第十四节、第十九节和第二十三节车厢上。其中受电弓5-1、受电弓5-3和受电弓5-5均升起并与外部电源线路连通受电，而受电弓5-2、受电弓5-4和受电弓5-6则均处于收缩备用状态并与外部电源线路分离和绝缘；或者，受电弓5-2、受电弓5-4和受电弓5-6均升起并与外部电源线路连通受电，而受电弓5-1、受电弓5-3和受电弓5-5则均处于收缩备用状态并与外部电源线路分离和绝缘。图6所示的6个受电弓在全列动车上的分布位置仅为可行的示例之一，其它符合布置规律的可行方案包含并且不限于该示例所述方案；例如，受电弓5-2可以设置在第五节或第七节车厢上，受电弓5-3可以设置在第十节或第十二节车厢上，受电弓5-4可以设置在第十三节或第十五节车厢上，受电弓5-5可以设置在第十八节或第二十节车厢上。

本发明的动车组编组方法提出了一种基于新型电力电子变压器的新型动车组编组方法，车头和车尾均设为拖车T，在动车组除车头和车尾之外的每一节车厢上均采用兼具变压器和牵引变流器二者功能的新型电力电子变压器作为新的供电装置，使整车的牵引传动系统更为高效、节能和轻量化，并以此为基础对基本动车单元的受电弓布局和编组方法进行了改进，形成一种更为灵活的电力动车组编组方法。相较于编组灵活度极差的现有全列八节的动车车型或全列十六节的动车车型而言，本发明的更灵活地编组方法能够通过灵活地联挂或解挂方式追加或缩短车厢总数，使之更好地适应动车组上座率有时过高，有时又过低的状况。

此外，采用工业以太网作为各新型动车车厢与驾驶控制系统之间的新通讯总线，替代传统的轨道车辆MVB通讯总线，增加了数据传送效率并降低了拥堵概率，提高了动车联挂或解挂时的整体系统可靠性和列车运行时的安全性。对比目前中国高速铁路线上运营的CRH380B、CRH380BL、CRH380B高寒、CRH380B简统等CRH380B(L)系列动车组的MVB通讯总线网络结构，本动车组采用工业以太网总线，具有控制简单、传输速率快、编组灵活等优点。

Claims (1)

1.一种更为灵活的电力动车组编组方法，包括如下步骤：

步骤一：采用电力电子牵引变压器(4)替代旧有的基本动车组编组单元的电力供电装置，即：将现有基本动车组编组单元中除车头和车尾之外的动车车厢D和无动力拖车车厢T均改装为完全相同的新型动车车厢M，并在新型动车车厢M上均采用前述的电力电子牵引变压器(4)作为单节动车车厢的新的电力供电装置，车头和车尾只作为带有车辆控制系统以及CCU中央控制单元的无动力拖车T；其特征在于：

步骤二：为步骤一中每一节新型动车车厢M均配备一个受电弓电源接口，并给每个新型动车车厢M中的新的电力供电装置均配备联挂电缆接口，并且在与车头相邻的第二节车厢以及与车尾相邻的倒数第二节车厢上均配备一个受电弓(5)；采用工业以太网作为各新型动车车厢M与驾驶控制系统之间的新通讯总线，替代传统的轨道车辆MVB通讯总线，车辆控制系统中的CCU通过工业以太网分别对新增或减少动车车厢时各受电弓(5)的识别、重新编号排序以及升起或降下进行全局控制；

步骤三：根据实际运营需求，在整列动车组的车头和车尾之间的任意位置，增加N节(N≥1，N为自然数)新型动车车厢M，通过步骤一所述的联挂电缆接口分别将任意相邻两节新型动车车厢M中的电力供电装置通过初级动力电缆(7)串联起来；同时带有车辆控制系统以及CCU中央控制单元的车头通过工业以太网对整车的全部新型动车车厢M分别进行识别，并重新编号、排序，此外，CCU中央控制单元还通过工业以太网在新排序后的车厢编号序列下重新识别各受电弓(5)所分布的车厢位置，以及对各受电弓(5)重新编排序号；

步骤四：在步骤二构成的整列动车组中，按照如下方式确定整列车所需受电弓的个数、各受电弓的位置以及各受电弓升起的规律：设整列车的车厢总节数为K，5≤K≤10i(i为自然数)，则整列车需要受电弓(5)的总数为2i，其中，两个受电弓(5)通过受电弓接口分别连接在与车头相邻的第二节车厢以及与车尾相邻的倒数第二节车厢上，其余受电弓(5)通过受电弓接口分别连接在除上述第二节车厢和倒数第二节车厢之外的车厢位置，且需要保证每十节车厢至少有两个受电弓(5)，动车组运行时只需要升起i个受电弓(5)，且每间隔一个受电弓(5)处于升起状态，其余i个受电弓(5)处于收缩备用状态并与外部电源线路分离和绝缘。