CN105216637B - 动车组供电系统、外接供电方法及动车组 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种动车组供电系统、外接供电方法及动车组，其中动车组供电系统包括：主变压器、四象限斩波器、辅助变流装置以及DC‑DC模块；主变压器用于从接触网获取电能；四象限斩波器的输入端与主变压器的输出端电连接，用于将从主变压器获取的电能转换为直流电；四象限斩波器的输出端分别与辅助变流装置的输入端和DC‑DC模块的输入端电连接；辅助变流装置用于将四象限斩波器输出的直流电转换为供动车组辅助设备使用的交流电；DC‑DC模块用于将四象限斩波器输出的直流电转换为低压直流电。本发明提供的动车组供电系统、外接供电方法及动车组，提高了供电系统的可靠性。

Description

动车组供电系统、外接供电方法及动车组

技术领域

本发明涉及铁路运输装备设计制造技术，尤其涉及一种动车组供电系统、外接供电方法及动车组。

背景技术

为了实现动车组牵引冷却设备、空气压缩机、空调设备、列车控制系统等设备供电，动车组的供电系统中必须配置辅助变流装置。

图1为现有技术中动车组供电系统的电路示意图。如图1所示，四象限斩波器12将主变压器11输出的交流电转换为直流电，辅助变流装置13与四象限斩波器12的输出端相连，并将从四象限斩波器12获取的电能进行转换，输出供列车空调和牵引冷却系统使用的三相交流电。

由于辅助变流装置13中不含低压直流供电输出电路，因此，为了向列车控制系统、广播系统、照明系统提供直流电，需要在动车组中额外配置充电机14。图2为现有技术中充电机14的结构示意图。如图2所示，充电机14包括输入整流模块141、逆变模块142、高频变压器模块142、输出整流模块144，能够将辅助变流装置输出的交流电转换为直流电，为列车控制系统供电。

现有技术的不足之处在于，充电机12将电能从三相交流电转换为低压直流电，电能经过整流、逆变、高频变压器等模块转换，能量传递链长，损耗大，且转化过程复杂，降低了供电系统可靠性。

发明内容

本发明提供一种动车组供电系统、外接供电方法及动车组，用以解决现有技术中动车组获取低压直流电的损耗大、可靠性差的技术问题。

本发明提供一种动车组供电系统，包括：主变压器、四象限斩波器、辅助变流装置以及DC-DC模块；

所述主变压器用于从接触网获取电能；

所述四象限斩波器的输入端与所述主变压器的输出端电连接，用于将从所述主变压器获取的电能转换为直流电；

所述四象限斩波器的输出端分别与所述辅助变流装置的输入端和所述DC-DC模块的输入端电连接；

所述辅助变流装置用于将所述四象限斩波器输出的直流电转换为供动车组辅助设备使用的交流电；

所述DC-DC模块用于将所述四象限斩波器输出的直流电转换为低压直流电。

进一步地，所述动车组供电系统，还包括：PWM逆变器；

所述PWM逆变器的输入端与所述四象限斩波器的输出端电连接，输出端与动车组的牵引电机电连接，用于将所述四象限斩波器输出的直流电转换为驱动所述牵引电机的交流电。

进一步地，所述辅助变流装置包括：辅助逆变器、隔离变压器、输出接口；

所述辅助逆变器的输入端与所述四象限斩波器的输出端电连接，用于将所述四象限斩波器输出的直流电转换交流电；

所述隔离变压器的输入端与所述辅助逆变器的输出端电连接；

所述隔离变压器的输出端与所述输出接口电连接。

进一步地，所述辅助变流装置还包括：输出开关；

所述隔离变压器的输出端与所述输出接口之间通过所述输出开关实现电连接。

进一步地，所述辅助变流装置还包括：外接供电开关和外接供电接口；

所述外接供电开关的一端与所述隔离变压器的输出端电连接，另一端与所述外接供电接口电连接。

进一步地，所述辅助变流装置还包括：预充电电阻；

所述外接供电开关与所述隔离变压器的输出端之间通过所述预充电电阻实现电连接。

进一步地，所述四象限斩波器的输出端并联设置有中间直流环节电容；

所述中间直流环节电容的两端并联有电压传感器。

进一步地，所述动车组供电系统，还包括：控制器；

所述控制器与所述电压传感器电连接。

本发明还提供一种基于上述动车组供电系统的外接供电方法，包括：

判断外接供电接口是否有外接电源插入；

若有外接电源插入，则闭合外接供电开关，打开辅助逆变器，以使外接电源的电能经过外接供电开关、预充电电阻和辅助逆变器为中间环节直流电容充电；

监测所述中间直流环节电容两端的电压值，并判断所述电压值是否达到预设阈值；

若达到预设阈值，则将输出开关闭合，旁路所述预充电电阻，并将DC-DC模块打开。

本发明还提供一种动车组，包括上述任一项所述的动车组供电系统。

本发明提供的动车组供电系统、外接供电方法及动车组，在中间直流环节设置了DC-DC模块，能够将四象限斩波器输出的直流电直接转换为动车组控制系统所需的低压直流电，并且不需要经过辅助变流装置，简化了能量传递链，提高了供电系统的可靠性；此外，由于不需要再额外配置充电机，因此能够降低成本，且有效压缩车下设备安装空间，减轻车辆轴重、节约能量损耗。

附图说明

图1为现有技术中动车组供电系统的电路示意图；

图2为现有技术中充电机的结构示意图；

图3为本发明实施例一提供的动车组供电系统的电路示意图；

图4为本发明实施例一提供的动车组供电系统在外接供电模式下的两条路径的电能流向示意图；

图5为本发明实施例二提供的外接供电方法的流程图。

附图标记：

11-主变压器 12-四象限斩波器 13-辅助变流装置

14-充电机 141-输入整流模块 142-逆变模块

143-高频变压器模块 144-输出整流模块 21-主变压器

22-四象限斩波器 23-辅助变流装置 24-DC-DC模块

25-中间直流环节电容 26-PWM逆变器 27-牵引电机

231-辅助逆变器 232-隔离变压器 233-输出接口

234-输出开关 235-外接供电开关 236-外接供电接口

237-预充电电阻

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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作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。

实施例一

本发明实施例一提供一种动车组供电系统。图3为本发明实施例一提供的动车组供电系统的电路示意图。如图3所示，本实施例中的动车组供电系统，可以包括：主变压器21、四象限斩波器22、辅助变流装置23以及DC-DC(直流转直流)模块。

其中，所述主变压器21用于从接触网获取电能；

所述四象限斩波器22的输入端与所述主变压器21的输出端电连接，用于将从所述主变压器21获取的电能转换为直流电；

所述四象限斩波器22的输出端分别与所述辅助变流装置23的输入端和所述DC-DC模块24的输入端电连接；

所述辅助变流装置23用于将所述四象限斩波器22输出的直流电转换为供动车组辅助设备使用的交流电；

所述DC-DC模块24用于将所述四象限斩波器22输出的直流电转换为低压直流电。

所述低压直流电是指电压低于所述四象限斩波器22的输出电压的直流电。

具体地，所述四象限斩波器22的输出端即为中间直流环节，所述四象限斩波器22的输出端可以并联设置有中间直流环节电容25。中间直流环节电容25能够存储一定的能量，在四象限斩波器22输出的直流电电压发生波动时，中间直流环节电容25能够释放能量，起到一定的稳压作用。

本实施例中，在中间直流环节设置有DC-DC模块24，能够直接将四象限斩波器22输出的高压直流电转换为低压直流电，所述低压直流电可以是DC110V、DC100V、DC24V等。DC-DC模块24的具体实现方式属于现有技术，本实施例中不再赘述。

本实施例中的辅助变流装置23，可以包括：辅助逆变器231、隔离变压器232、输出接口233。

其中，所述辅助逆变器231的输入端与所述四象限斩波器22的输出端电连接，用于将所述四象限斩波器22输出的直流电转换交流电；所述隔离变压器232的输入端与所述辅助逆变器231的输出端电连接，能够改变交流电的电压值，并且起到隔离保护的作用；所述隔离变压器232的输出端与所述输出接口233电连接，当动车组的辅助设备与所述输出接口233相连接时，可以从所述输出接口233获得电能。

进一步地，所述隔离变压器232的输出端与所述输出接口233之间可以通过输出开关234实现电连接，通过输出开关234可以更加灵活地对输出接口233输出的电能进行控制。

所述辅助变流装置23输出的交流电可以是380V/50Hz、440V/60Hz等三相交流电。

进一步地，本实施例中的动车组供电系统，还可以包括：PWM(Pulse WidthModulation，脉冲宽度调制)逆变器26。所述PWM逆变器26的输入端与所述四象限斩波器22的输出端电连接，输出端与动车组的牵引电机27电连接。PWM逆变器26能够将所述四象限斩波器22输出的直流电转换为驱动所述牵引电机27的交流电，实现对牵引电机27的驱动。

在正常工作模式下，四象限斩波器22将主变压器21输出的电能转换成直流电，电能在中间直流环节分为三路，其中一路自中间直流环节输入到PWM逆变器26，经PWM逆变器26转换为交流电后，输出到牵引电机27，驱动列车前进；另一路电能进入辅助变流装置23，经辅助逆变器231、隔离变压器232后转化为三相交流电，供动车组辅助设备使用；最后一路电能经DC-DC模块24转换后输出低压直流电，供动车组控制系统使用。

进一步地，所述辅助变流装置23还可以包括：外接供电开关235和外接供电接口236；所述外接供电开关235的一端与所述隔离变压器232的输出端电连接，另一端与所述外接供电接口236电连接。

进一步地，所述外接供电开关235与所述隔离变压器232的输出端之间可以通过预充电电阻237实现电连接。预充电电阻237可以抑制浪涌电流，避免对辅助逆变器231等功率模块产生损害。

所述外接供电开关235和外接供电接口236可以应用于外接供电模式。外接供电模式是指，在动车组因检修维护需要、不具备从接触网获取电能的条件下，可以从辅助变流装置23的外接供电接口236接入检修库或检修车间的电源，该电源可以是三相380V/50Hz交流电源，从而实现对动车组辅助设备、控制系统的供电。

外接供电模式激活后，外接供电开关235闭合，外部电能自外接供电接口236输入，预充电电阻237的设置可以有效限制供电电流，电能经过预充电电阻237后分为两条路径。

图4为本发明实施例一提供的动车组供电系统在外接供电模式下的两条路径的电能流向示意图。如图4所示，其中一条路径L1的电能经隔离变压器232和辅助逆变器231输出到中间直流环节，再经DC-DC模块24转换后输出直流电；另一条路径L2的电能经输出接口233提供给动车组辅助设备。

因为有中间直流环节电容25的存在，因此，需要等待中间直流环节电容25充电完毕之后，再打开DC-DC模块24和输出开关234。所述中间直流环节电容25的两端可以并联有电压传感器，电压传感器能够检测中间直流环节电容25两端的电压，可以根据中间直流环节电容25两端的电压来确定其是否充电完毕。

进一步地，本实施例中的动车组供电系统，还可以包括：控制器。所述控制器与所述电压传感器电连接。可以由控制器根据所述电压传感器发送的电压值来控制DC-DC模块24和输出开关234是否打开。

本实施例提供的动车组供电系统，在中间直流环节设置了DC-DC模块24，能够将四象限斩波器22输出的直流电直接转换为动车组控制系统所需的低压直流电，并且不需要经过辅助变流装置23，简化了能量传递链，提高了供电系统的可靠性；此外，由于不需要再额外配置充电机，因此能够降低成本，且有效压缩车下设备安装空间，减轻车辆轴重、节约能量损耗。

实施例二

本发明实施例二提供一种基于上述实施例所述的动车组供电系统的外接供电方法。图5为本发明实施例二提供的外接供电方法的流程图。如图5所示，本实施例中的外接供电方法，可以包括：

步骤1、判断外接供电接口236是否有外接电源插入。

具体地，本实施例主要用在动车组不是从接触网获取电能、而是从外接电源获取电能的情况下，即前文所述的外接供电模式。本实施例中的方法的执行主体可以为控制器。控制器可以通过多种方式来判断所述外接供电接口236是否有外接电源插入，例如，可以检测流经预充电电阻237的电流值，根据电流值判断是否有外接电源插入，或者，可以在输出接口233上设置弹片，根据弹片弹力确定是否有外接电源插入。所述外接电源可以为三相交流电源。

步骤2、若有外接电源插入，则闭合外接供电开关235，打开辅助逆变器231，以使外接电源的电能经过外接供电开关235、预充电电阻237和辅助逆变器231为中间环节直流电容25充电。

具体地，控制器可以与辅助逆变器231电连接，能够控制辅助逆变器231打开或关闭。当有外接电源接入时，可以打开辅助逆变器231，此时辅助逆变器231反向运行，将外接电源转换为直流电，对中间直流环节电容25进行充电。

步骤3、监测所述中间直流环节电容25两端的电压值，并判断所述电压值是否达到预设阈值。

具体地，所述电压值可以是由电压传感器发送给所述控制器的。

步骤4、若达到预设阈值，则将输出开关234闭合，旁路所述预充电电阻237，并将DC-DC模块24打开。

中间直流环节电容25两端的电压值达到一定阈值，说明中间直流环节电容25已经完成充电，此时，可以将输出开关234闭合，旁路预充电电阻237，即将所述预充电电阻237的两端短接，使得电能从路径L2输出给动车组辅助设备，还可以打开DC-DC模块24，使得电能经过路径L1输出给动车组控制系统。旁路预充电电阻237能够减小流经预充电电阻237的电流，有效节约电能。

本实施例提供的外接供电方法，在激活外接供电模式时，首先打开辅助逆变器231为中间直流环节电容25进行充电，充电完成后再闭合输出开关234、打开DC-DC模块24，能够避免不稳定电流对各个模块的损害。

实施例三

本发明实施例三提供一种动车组，包括上述实施例所述的动车组供电系统。

本实施例提供的动车组中的各部件的结构和功能与前述实施例类似，此处不再赘述。

本实施例提供的动车组，在中间直流环节设置了DC-DC模块24，能够将四象限斩波器22输出的直流电直接转换为动车组控制系统所需的低压直流电，并且不需要经过辅助变流装置23，简化了能量传递链，提高了供电系统的可靠性；此外，由于不需要再额外配置充电机，因此能够降低成本，且有效压缩车下设备安装空间，减轻车辆轴重、节约能量损耗。

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 (7)

1.一种动车组供电系统，其特征在于，包括：主变压器、四象限斩波器、辅助变流装置以及DC-DC模块；

所述主变压器用于从接触网获取电能；

所述四象限斩波器的输入端与所述主变压器的输出端电连接，用于将从所述主变压器获取的电能转换为直流电；

所述四象限斩波器的输出端分别与所述辅助变流装置的输入端和所述DC-DC模块的输入端电连接；

所述辅助变流装置用于将所述四象限斩波器输出的直流电转换为供动车组辅助设备使用的交流电；

所述DC-DC模块用于将所述四象限斩波器输出的直流电转换为低压直流电；

所述辅助变流装置包括：辅助逆变器、隔离变压器、输出接口、输出开关、外接供电开关和外接供电接口；

所述辅助逆变器的输入端与所述四象限斩波器的输出端电连接，用于将所述四象限斩波器输出的直流电转换交流电；

所述隔离变压器的输入端与所述辅助逆变器的输出端电连接；

所述隔离变压器的输出端与所述输出接口之间通过所述输出开关实现电连接；

所述外接供电开关的一端与隔离变压器的输出端电连接，另一端与所述外接供电接口电连接。

2.根据权利要求1所述的动车组供电系统，其特征在于，还包括：PWM逆变器；

所述PWM逆变器的输入端与所述四象限斩波器的输出端电连接，输出端与动车组的牵引电机电连接，用于将所述四象限斩波器输出的直流电转换为驱动所述牵引电机的交流电。

3.根据权利要求1或2所述的动车组供电系统，其特征在于，所述辅助变流装置还包括：预充电电阻；

所述外接供电开关与所述隔离变压器的输出端之间通过所述预充电电阻实现电连接。

4.根据权利要求3所述的动车组供电系统，其特征在于，所述四象限斩波器的输出端并联设置有中间直流环节电容；

所述中间直流环节电容的两端并联有电压传感器。

5.根据权利要求4所述的动车组供电系统，其特征在于，还包括：控制器；

所述控制器与所述电压传感器电连接。

6.一种基于权利要求5所述的动车组供电系统的外接供电方法，其特征在于，包括：

判断外接供电接口是否有外接电源插入；

若有外接电源插入，则闭合外接供电开关，打开辅助逆变器，以使外接电源的电能经过外接供电开关、预充电电阻和所述辅助逆变器为中间环节直流电容充电；

监测所述中间直流环节电容两端的电压值，并判断所述电压值是否达到预设阈值；

若达到预设阈值，则将输出开关闭合，旁路所述预充电电阻，并将DC-DC模块打开。

7.一种动车组，其特征在于，包括权利要求1-5任一项所述的动车组供电系统。