CN106114531A - 一种内燃动车组及其供电系统及牵引控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种内燃动车组的供电系统，包括内燃动力包、与内燃动力包连接的牵引逆变器和辅助逆变器，牵引逆变器与牵引电机连接，辅助逆变器与整车负载连接；还包括通过直流斩波器与内燃动力包并联的超级电容器，直流斩波器和柴油动力包均通过牵引逆变器中间直流环节与牵引逆变器和辅助逆变器连接。应用本发明提供的供电系统，简化了中间电压控制，增强了系统稳定性和控制简洁性。牵引过程中，超级电容可以短时提供大功率供列车启动加速，因而可以选用较小的内燃动力包，减小了内燃动力包的体积重量，方便其安装。列车制动再生能量得到循环利用，从而起到节能减排效果。同时，本发明还公开了一种包括上述供电系统的内燃动车组及其牵引控制方法。

Description

一种内燃动车组及其供电系统及牵引控制方法

技术领域

本发明涉及动车组技术领域，更具体地说，涉及一种内燃动车组的供电系统，还涉及一种包括上述供电系统的内燃动车组及一种内燃动车组的牵引控制方法。

背景技术

动车组是铁路旅客运输的主要力量。现行主要动车组大致可以分为两类：一类为电动动车组；另一类为内燃动车组。列车供电主电路是列车动力之源。

内燃电传动动车组的主电路一般由如下部分构成：内燃动力包，主逆变器，辅助逆变器。在传统的内燃动车组主电路结构中目前还出现了蓄电池混合结构，内燃电力混合结构，其主要思想就是在传统的结构中并入蓄电池或者牵引网，实现多种能量源混合给动车组供电。

然而，上述各种供电主电路其内燃动力包的功率较大，体积及重量大，布局较为不便。

综上所述，如何有效地解决内燃动车组的供电系统的内燃动力包功率大、体积及重量大、布局不便等问题，是目前本领域技术人员急需解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的第一个目的在于提供一种内燃动车组的供电系统，该内燃动车组的供电系统的结构设计可以有效地解决供电系统的内燃动力包功率大、体积及重量大、布局不便的问题，本发明的第二个目的是提供一种包括上述供电系统成的内燃动车组，本发明的第三个目的是提供一种内燃动车组牵引控制方法。

为了达到上述第一个目的，本发明提供如下技术方案：

一种内燃动车组的供电系统，包括内燃动力包、与所述内燃动力包连接的牵引逆变器和辅助逆变器，所述牵引逆变器与牵引电机连接，所述辅助逆变器与整车负载连接；还包括通过直流斩波器与所述内燃动力包并联的超级电容器，所述直流斩波器和所述柴油动力包均通过牵引逆变器中间直流环节与所述牵引逆变器和所述辅助逆变器连接。

优选地，上述内燃动车组的供电系统中，所述直流斩波器为谐振型双向直流斩波器。

优选地，上述内燃动车组的供电系统中，所述辅助逆变器与所述整车负载之间连接有滤波装置。

优选地，上述内燃动车组的供电系统中，所述内燃动力包包括柴油机、与所述柴油机连接的永磁发电机和与所述永磁发电机连接的二极管整流器。

优选地，上述内燃动车组的供电系统中，所述超级电容器与所述直流斩波器之间连接有用于对所述超级电容器过流保护的隔离接触器。

优选地，上述内燃动车组的供电系统中，所述内燃动力包与所述直流斩波器之间连接有隔离接触器。

本发明提供的内燃动车组的供电系统包括内燃动力包、牵引逆变器、辅助逆变器和直流斩波器、超级电容器、牵引逆变器中间直流环节。其中，牵引逆变器与牵引电机连接，辅助逆变器与整车负载连接，直流斩波器的输出侧与内燃动力包连接，输入侧与超级电容器连接。直流斩波器的输出侧和内燃动力包均与牵引逆变器中间直流环节的一端连接，牵引逆变器中间直流环节的另一端分别与牵引逆变器和辅助逆变器连接。

应用本发明提供的内燃动车组的供电系统，内燃动力包直接给牵引变压器中间直流环节供电，超级电容器作为储能器通过直流斩波器给牵引逆变器和辅助逆变器供电。牵引逆变器输出变频变压的三相交流电给牵引电机供电，辅助逆变器输出定频定压的三相交流电给车载三相辅助负载供电，并输出直流110V(或者直流24V)电源给车载直流负载供电。在牵引过程中，超级电容可以短时提供大功率供列车启动加速，因而列车可以选用较小的内燃动力包，从而减小内燃动力包的体积重量，方便内燃动力包在列车上安装，同时可减轻列车重量。在制动过程中，牵引电机反馈的制动能量可以被超级电容吸收存储供下次列车启动使用，因此在整个列车运行期间，列车制动再生能量可以得到循环利用，从而可以起到节能减排的效果。同时，引入超级电容器作为中间支撑环节，极大简化了中间电压控制，增强了系统稳定性和控制简洁性。

为了达到上述第二个目的，本发明还提供了一种内燃动车组，该内燃动车组包括上述任一种供电系统。由于上述的供电系统具有上述技术效果，具有该供电系统的内燃动车组也应具有相应的技术效果。

为了达到上述第三个目的，本发明提供如下技术方案：

一种内燃动车组牵引控制方法，设置如上所述的供电系统；

内燃动力包启动，输出直流电向超级电容器充电；

直流斩波器检测当前超级电容器的电压是否达到设定值，若是，则启动牵引逆变器和辅助逆变器，列车启动；否则保持所述牵引逆变器和所述辅助逆变器的停止状态直至所述超级电容器的电压达到设定值。

应用本发明提供的内燃动车组牵引控制方法，极大简化了中间电压控制，减小了内燃动力包功率，进而减小内燃动力包体积和重量，方便内燃动力包在列车上的布置，同时减轻列车重量。

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为本发明提供的内燃动车组的供电系统一种具体实施方式的结构示意图；

图2为图1中牵引工况的能量流动示意图；

图3为图1中制动工况的能量流动示意图。

附图中标记如下：

内燃动力包101，牵引逆变器中间直流环节102，超级电容器103，直流斩波器104，牵引逆变器105，辅助逆变器106，牵引电机107；图中箭头所述方向为能量流动方向。

具体实施方式

本发明实施例公开了一种内燃动车组的供电系统，以减小内燃动力包功率，减小内燃动力包体积和重量，方便其布局。

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。

请参阅图1-图3，图1为本发明提供的内燃动车组的供电系统一种具体实施方式的结构示意图；图2为图1中牵引工况的能量流动示意图；图3为图1中制动工况的能量流动示意图。

在一种具体实施方式中，本发明提供的内燃动车组的供电系统包括内燃动力包101、牵引逆变器105、辅助逆变器106和直流斩波器104、超级电容器103和牵引逆变器中间直流环节102。

其中，牵引逆变器105与牵引电机107连接，辅助逆变器106与整车负载连接，直流斩波器104的输出侧与内燃动力包101连接，输入侧与超级电容器103连接，且直流斩波器104的输出侧和内燃动力包101均与牵引逆变器中间直流环节102的一端连接，牵引逆变器中间直流环节102的另一端分别与牵引逆变器105和辅助逆变器106连接。也就是超级电容器103与内燃动力包101并联，且均通过牵引逆变器中间直流环节102与牵引逆变器105和辅助逆变器106连接，以为二者供电，即如图1所示的牵引逆变器105的一侧与牵引逆变器中间直流环节102连接，辅助逆变器106的一侧也与牵引逆变器中间直流环节102连接。牵引逆变器中间直流环节102(DC-link)主要起起到限流或缓冲等作用，其具体电路结构请参考现有技术，此处不再赘述。具体的，内燃动力包101输出可变压直流电，一方面向牵引逆变器中间直流环节102供电，同时经过直流斩波器104(DC/DC)，向超级电容模组充电，超级电容作为储能器给牵引逆变器105和辅助逆变器106供电；牵引逆变器105输出三相变频变压交流电向牵引电机107供电；辅助逆变器106输出三相交流电和直流电向三相交流负载和直流负载供电。

具体的，内燃动力包101包括柴油机、与柴油机连接的永磁发电机和与永磁发电机(PMG)连接的二极管整流器(AC/DC)。柴油机带动永磁发电机通过二极管整流器输出电压可变的直流电。

上述供电系统在牵引工况时，列车静止，柴油机启机，永磁发电机通过二极管整流器输出直流电，直流电输入直流斩波器104，直流斩波器104检测当前超级电容器103的电压，若当前超级电容器103的电压低于设定值，如DC 750V时，则牵引逆变器105与辅助逆变器106均不启动，直流斩波器104给超级电容器103充电，直至超级电容器103电压到达设定值。

当超级电容器103电压达到设定值时，启动牵引逆变器105与辅助逆变器106，列车起动。超级电容器103和内燃动力包101同时给牵引逆变器105与辅助逆变器106供电，超级电容器103电压缓慢下降，内燃动力包101运行在额定工况，也就是最大效率运行。

牵引工况能量流动请参阅图2，图2为图1中牵引工况的能量流动示意图。能量从内燃动力包101包流向牵引逆变器中间直流环节102，超级电容器103通过直流斩波器104升压后同时向牵引逆变器直流环节供电102，能量在中间直流环节102汇聚后流向超级电容器103和辅助逆变器106。

在制动工况时，列车施加电制动，柴油机停机，永磁发电机不输出，直流斩波器104工作在降压工况。牵引电机107运行在制动工况，作为发电机再生能量。牵引电机107再生的三相交流电通过牵引逆变器105斩波后，流向超级电容器103和辅助逆变器106。超级电容器103电压缓慢升高，再生能量回收。

制动工况能量流动请参阅图3，图3为图1中制动工况的能量流动示意图。能量从牵引电机107流向牵引逆变器105，然后分流，分别流向辅助逆变器106并通过直流斩波器104流向超级电容器103。

惰行工况时，柴油机额定功率运行，牵引逆变器105控制牵引电机107输出较小力矩，维持列车恒速运行，柴油机输出的多余电量通过直流斩波器104流向超级电容器103，给超级电容器103充电，超级电容器103电量缓慢升高。

应用本发明提供的内燃动车组的供电系统，内燃动力包101直接给牵引变压器中间直流环节102供电，超级电容器103作为储能器通过直流斩波器104给牵引逆变器105和辅助逆变器106供电。牵引逆变器105输出变频变压的三相交流电给牵引电机107供电，辅助逆变器106输出定频定压的三相交流电给车载三相辅助负载供电，并输出直流110V(或者直流24V)电源给车载直流负载供电。在牵引过程中，超级电容可以短时提供大功率供列车启动加速，因而列车可以选用较小的内燃动力包，从而减小内燃动力包101的体积和重量，方便内燃动力包101在列车上安装，同时可减轻列车重量。在制动过程中，牵引电机107反馈的制动能量可以被超级电容器103吸收存储供下次列车启动使用，因此在整个列车运行期间，列车制动再生能量可以得到循环利用，从而可以起到节能减排的效果。同时，引入超级电容器103作为中间支撑环节，极大简化了中间电压控制，增强了系统稳定性和控制简洁性。

具体的，直流斩波器104、牵引逆变器105和辅助逆变器106等的具体类型及结构、连接关系可参考现有技术，此处不作具体限定。其中，直流斩波器104优选的可采用谐振型双向直流斩波器104。

进一步地，辅助逆变器106与整车负载之间连接有滤波装置。滤波即将信号中特定波段频率滤除的，是抑制和防止干扰的一项重要措施。具体滤波装置可以为滤波器，即只允许一定频率范围内的信号成分正常通过，而阻止另一部分频率成分通过的电路。逆变后的三相交流电经滤波装置的滤波作用，电源的品质得到改善。具体滤波装置的结构及工作原理请参考现有技术，此处不再赘述。根据需要牵引逆变器105与牵引电机107之间也可以连接滤波装置。

在上述各实施例的基础上，超级电容器103与直流斩波器104之间可以连接用于对超级电容器103过流保护的隔离接触器。通过在超级电容器103和主电路母线之间设置隔离接触器，能够有效防止超级电容器103短路造成整个系统瘫痪。当检测到过流信号时，隔离接触器断开，进而对系统和超级电容进行保护。具体隔离接触器的原理及内部电路请参考现有技术，此处不再赘述。

进一步地，内燃动力包101与直流斩波器104之间可以连接隔离接触器。进而当内燃动力包101故障时，隔离接触器断开，系统隔离内燃动力包101，以达到内燃动力包101保护的目的。

基于上述实施例中提供的供电系统，本发明还提供了一种内燃动车组，该内燃动车组包括上述实施例中任意一种供电系统。由于该内燃动车组采用了上述实施例中的供电系统，所以该内燃动车组的有益效果请参考上述实施例。

本发明还公开了一种内燃动车组牵引控制方法，用于上述各实施例中的供电系统，具体包括以下步骤：

S1：内燃动力包启动，输出直流电经直流斩波器向超级电容器充电；

S2：检测当前超级电容器的电压是否达到设定值，若是，则启动牵引逆变器和辅助逆变器，列车启动；否则保持牵引逆变器和辅助逆变器的停止状态直至所述超级电容器的电压达到设定值。

也就是启动时，牵引逆变器和辅助逆变器先不启动，内燃动力包先运行，以为超级电容器充电，直至超级电容器的电压达到预设电压值时，一般为DC 750V时，则牵引逆变器和辅助逆变器启动，从而内燃动力包与超级电容器同时为牵引逆变器和辅助逆变器供电，牵引逆变器进而为牵引电机供电，相应的牵引变流器和辅助变流器启动，列车启动。

上述内燃动车组牵引控制方法，超级电容可以短时提供大功率供列车启动加速，因而列车可以选用较小的内燃动力包，从而减小内燃动力包的体积和重量，方便内燃动力包在列车上安装，同时可减轻列车重量。同时，引入超级电容器作为中间支撑环节，极大简化了中间电压控制，增强了系统稳定性和控制简洁性。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，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 (8)

1.一种内燃动车组的供电系统，包括内燃动力包、与所述内燃动力包连接的牵引逆变器和辅助逆变器，所述牵引逆变器与牵引电机连接，所述辅助逆变器与整车负载连接；其特征在于，还包括通过直流斩波器与所述内燃动力包并联的超级电容器，所述直流斩波器和所述柴油动力包均通过牵引逆变器中间直流环节与所述牵引逆变器和所述辅助逆变器连接。

2.根据权利要求1所述的内燃动车组的供电系统，其特征在于，所述直流斩波器为谐振型双向直流斩波器。

3.根据权利要求1所述的内燃动车组的供电系统，其特征在于，所述辅助逆变器与所述整车负载之间连接有滤波装置。

4.根据权利要求1所述的内燃动车组的供电系统，其特征在于，所述内燃动力包包括柴油机、与所述柴油机连接的永磁发电机和与所述永磁发电机连接的二极管整流器。

5.根据权利要求1-4任一项所述内燃动车组的供电系统，其特征在于，所述超级电容器与所述直流斩波器之间连接有用于对所述超级电容器过流保护的隔离接触器。

6.根据权利要求5所述的内燃动车组的供电系统，其特征在于，所述内燃动力包与所述直流斩波器之间连接有隔离接触器。

7.一种内燃动车组，其特征在于，包括如权利要求1-6任一项所述的供电系统。

8.一种内燃动车组牵引控制方法，其特征在于，设置如权利要求1-7任一项所述的供电系统；

内燃动力包启动，输出直流电向超级电容器充电；

直流斩波器检测当前超级电容器的电压是否达到设定值，若是，则启动牵引逆变器和辅助逆变器，列车启动；否则保持所述牵引逆变器和所述辅助逆变器的停止状态直至所述超级电容器的电压达到设定值。