CN106379177B - 一种内燃机车电制动能量回馈变流装置及控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种内燃机车电制动能量回馈变流装置，包括牵引逆变模块、辅助逆变模块、隔离变压器和传动控制单元；所述牵引逆变模块的直流端通过中间直流电路与所述辅助逆变模块的直流端连接；所述辅助逆变模块的交流端与隔离变压器的输入侧连接；所述传动控制单元分别与所述牵引逆变模块和辅助逆变模块连接。本发明不需要辅助发电机及辅发励磁控制系统，并且将机车制动能量回馈为辅助系统供电，具有节省机车空间，节能环保，控制精准，可为辅助系统提供高质量电能的优点。

Description

一种内燃机车电制动能量回馈变流装置及控制方法
技术领域
本发明涉及内燃机车制动能馈领域，尤其涉及一种内燃机车电制动能量回馈变流装置及控制方法。
背景技术
目前内燃机车现有的技术为：柴油机带动辅助发电机，通过控制辅助发电机励磁给辅助系统供电；电阻制动时，制动能量通过制动电阻消耗。以上技术缺点为：a、控制复杂，电源品质不高；b、占用机车空间，影响机车整体布局；c、制动能量全部消耗在制动电阻，不节能环保。
发明内容
本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种不需要辅助发电机及辅发励磁控制系统，节省机车空间，并且将机车制动能量回馈为辅助系统供电，节能环保的内燃机车电制动能量回馈变流装置及控制方法。
为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：一种内燃机车电制动能量回馈变流装置，包括牵引逆变模块、辅助逆变模块、隔离变压器和传动控制单元；所述牵引逆变模块的直流端通过中间直流电路与所述辅助逆变模块的直流端连接；所述辅助逆变模块的交流端与隔离变压器的输入侧连接；所述传动控制单元分别与所述牵引逆变模块和辅助逆变模块连接。
作为本发明的进一步改进，所述传动控制单元包括机车控制参数接口、状态参数接口和电能状态参数接口，所述机车控制参数接口用于接收获取机车的控制参数；所述状态参数接口用于接收获取机车的状态参数，所述电能状态参数接口用于接收获取电能参数。
作为本发明的进一步改进，所述控制参数包括机车速度、控制手柄位置、牵引电机实际制动力；所述状态参数包括机车的柴油机出口水温、空压机压力；所述电能参数包括隔离变压器的输出实际电压和隔离变压器的输出实际频率；或者电能参数包括辅助逆变模块的输出实际电压和辅助逆变模块的输出实际频率。
一种内燃机车电制动能量回馈变流装置控制方法，包括：
S1. 传动控制单元获取机车的控制手柄位置和机车速度，并根据所述控制手柄位置和机车速度确定机车的目标制动力；
S2. 传动控制单元获取机车的牵引电机实际制动力，并根据所述目标制动力，以所述牵引电机实际制动力为反馈，通过PWM斩波控制牵引逆变模块的输出，控制牵引电机的制动力发挥；
S3. 传动控制单元获取机车的状态参数，并根据所述状态参数确定隔离变压器的输出目标电压和隔离变压器的输出目标频率；
S4. 通过闭环反馈的方式，通过PWM斩波控制辅助逆变模块的输出，使得隔离变压器输出所需的电能。
作为本发明的进一步改进，步骤S1中所述目标制动力根据所述控制手柄位置和机车速度，通过预先确定的机车制动特性曲线计算得出。
作为本发明的进一步改进，步骤S3中所述状态参数包括机车的柴油机出口水温和空压机压力。
作为本发明的进一步改进，步骤S4的具体步骤为：
S4.1.1. 传动控制单元获取隔离变压器的输出实际电压和隔离变压器的输出实际频率；
S4.1.2. 传动控制单元根据所述隔离变压器的输出目标电压和隔离变压器的输出目标频率，以所述隔离变压器的输出实际电压和隔离变压器的输出实际频率为反馈通过PWM斩波控制辅助逆变模块的输出。
作为本发明的进一步改进，步骤S4的具体步骤为：
S4.2.1. 传动控制单元根据所述隔离变压器的变比由隔离变压器的输出目标电压计算确定辅助逆变模块的输出目标电压，以所述隔离变压器的输出目标频率为辅助逆变模块的输出目标频率；
S4.2.2. 传动控制单元获取辅助逆变模块的输出实际电压和辅助逆变模块的输出实际频率；
S4.2.3. 传动控制单元根据所述辅助逆变模块的输出目标电压和辅助逆变模块的输出目标频率，以所述辅助逆变模块的输出实际电压和辅助逆变模块的输出实际频率为反馈通过PWM斩波控制辅助逆变模块的输出。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
1、本发明的内燃机车电制动能量回馈变流装置不需要辅助发电机及励磁控制系统，即可为内燃机车的辅助系统供电，并将牵引电机的制动能量回馈至辅助系统，为辅助系统供电，节省了内燃机车的设备安装空间，以及内燃机车的重量，同时将牵引电机的制动能量回馈至辅助系统，实现制动能量的再利用，节能环保。
2、本发明的内燃机车电制动能量回馈变流装置控制方法通过机车的制动手柄位置和机车速度确定内燃机车的目标制动力，并通过控制电机的制动力反馈，精确控制牵引电机的制动力输出，可实现对内燃机车制动的精准控制。
3、本发明的内燃机车电制动能量回馈变流装置控制方法通过柴油机出口水温和空压机压力等状态参数确定隔离变压器的输出目标电压和隔离变压器的输出目标频率，并以隔离变压器的输出实际电压和隔离变压器的输出实际频率为闭环反馈通过斩波控制辅助逆变模块的输出；或者根据隔离变压器变比确定辅助逆变模块的输出目标电压和辅助逆变模块的输出目标频率，通过辅助逆变模块的实际输出实际电压和辅助逆变模块的输出实际频率为闭环反馈通过斩波控制辅助逆变模块的输出；通过本控制方法可以精准的控制能量回馈变流装置的电能输出，输出电能质量高。
附图说明
图1为本发明具体实施例结构框图。
图2为本发明具体实施例工作原理示意图。
图3为本发明具体实施例制动特性曲线示意图。
图4为本发明具体实施例辅助逆变模块输出目标值确定示意图。
具体实施方式
以下结合说明书附图和具体优选的实施例对本发明作进一步描述，但并不因此而限制本发明的保护范围。
实施例一：
如图1所示，本实施例的内燃机车电制动能量回馈变流装置，包括牵引逆变模块、辅助逆变模块、隔离变压器和传动控制单元；牵引逆变模块的直流端通过中间直流电路与辅助逆变模块的直流端连接；辅助逆变模块的交流端与隔离变压器的输入侧连接；传动控制单元分别与牵引逆变模块和辅助逆变模块连接。
在本实施例中，传动控制单元包括机车控制参数接口、状态参数接口和电能状态参数接口，机车控制参数接口用于接收获取机车的控制参数；状态参数接口用于接收获取机车的状态参数，电能状态参数接口用于接收获取电能参数。控制参数包括机车速度、控制手柄位置、牵引电机实际制动力；状态参数包括机车的柴油机出口水温、空压机压力；电能参数包括隔离变压器的输出实际电压和隔离变压器的输出实际频率；或者电能参数包括辅助逆变模块的输出实际电压和辅助逆变模块的输出实际频率。
如图2所示，本实施例的内燃机车电制动能量回馈变流装置控制方法，包括：S1.传动控制单元获取机车的控制手柄位置和机车速度，并根据控制手柄位置和机车速度确定机车的目标制动力；S2. 传动控制单元获取机车的牵引电机实际制动力，并根据目标制动力，以牵引电机实际制动力为反馈，通过PWM斩波控制牵引逆变模块的输出，控制牵引电机的制动力发挥； S3. 传动控制单元获取机车的状态参数，并根据状态参数确定隔离变压器的输出目标电压和隔离变压器的输出目标频率；S4. 通过闭环反馈的方式，通过PWM斩波控制辅助逆变模块的输出，使得隔离变压器输出所需的电能。
如图3所示，步骤S1中目标制动力根据控制手柄位置和机车速度，通过预先确定的机车制动特性曲线计算得出。内燃机车的手柄位置不同，对应的电制动力也不同，不同的手柄位置对应不同的电制动力曲线。同样，在同一手柄位置下，不同的机车速度对应内燃机车需要的电制动力也不同。
在本实施例中，步骤S3中状态参数包括机车的柴油机出口水温和空压机压力。通过柴油机出口水温可以确定柴油机的散热系统的供电需求，通过空压机压力可以确定空气压缩系统的供电需求，由此，可以确定内燃机车辅助系统的供电需求情况。柴油机散热系统和空压机系统的供电需求在辅助系统中最具有代表性，从而可以反映出内燃机车辅助系统的供电需求情况。当然，状态参数也可以不仅仅只包括柴油机出口水温和空压机压力，还可以选择其它的状态参数，从而确定辅助系统的供电需求情况。
如图4所示，在本实施例中，步骤S4的具体步骤为：S4.1.1. 传动控制单元获取隔离变压器的输出实际电压和隔离变压器的输出实际频率；S4.1.2. 传动控制单元根据隔离变压器的输出目标电压和隔离变压器的输出目标频率，以隔离变压器的输出实际电压和隔离变压器的输出实际频率为反馈通过PWM斩波控制辅助逆变模块的输出。通过闭环控制，可实现对隔离变压器输出电能的精确控制，从而输出高质量的电能。
实施例二：
本实施例的内燃机车电制动能量回馈变流装置与实施例一相同。本实施例的内燃机车电制动能量回馈变流装置控制方法与实施例一基本相同，不同之处在于步骤S4的具体步骤为：S4.2.1. 传动控制单元根据隔离变压器的变比由隔离变压器的输出目标电压计算确定辅助逆变模块的输出目标电压，以所述隔离变压器的输出目标频率为辅助逆变模块的输出目标频率；S4.2.2. 传动控制单元获取辅助逆变模块的输出实际电压和辅助逆变模块的输出实际频率；S4.2.3. 传动控制单元根据辅助逆变模块的输出目标电压和辅助逆变模块的输出目标频率，以辅助逆变模块的输出实际电压和辅助逆变模块的输出实际频率为反馈通过PWM斩波控制辅助逆变模块的输出。如图4所示，本实施例与实施例一的不同之处在于采用不同的反馈信息，实施例一以隔离变压器的的输出为反馈信息，实施例二以辅助逆变模块的输出为反馈信息，两种方式均可达到对隔离变压器输出电能的精确控制的效果。
上述只是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本发明技术方案保护的范围内。

Claims (8)

1.一种内燃机车电制动能量回馈变流装置，其特征在于：包括牵引逆变模块、辅助逆变模块、隔离变压器和传动控制单元；所述牵引逆变模块的直流端通过中间直流电路与所述辅助逆变模块的直流端连接；所述辅助逆变模块的交流端与隔离变压器的输入侧连接；所述传动控制单元分别与所述牵引逆变模块和辅助逆变模块连接；
所述传动控制单元用于获取机车的控制手柄位置和机车速度，并根据所述控制手柄位置和机车速度确定机车的目标制动力；
所述传动控制单元还用于获取机车的牵引电机实际制动力，并根据所述目标制动力，以所述牵引电机实际制动力为反馈，通过PWM斩波控制所述牵引逆变模块的输出，控制牵引电机的制动力发挥；
所述传动控制单元还用于获取机车的状态参数，并根据所述状态参数确定所述隔离变压器的输出目标电压和隔离变压器的输出目标频率；通过闭环反馈的方式，通过PWM斩波控制辅助逆变模块的输出，使得隔离变压器输出所需的电能。
2.根据权利要求1所述的内燃机车电制动能量回馈变流装置，其特征在于：所述传动控制单元包括机车控制参数接口、状态参数接口和电能状态参数接口，所述机车控制参数接口用于接收获取机车的控制参数；所述状态参数接口用于接收获取机车的状态参数，所述电能状态参数接口用于接收获取电能参数。
3.根据权利要求2所述的内燃机车电制动能量回馈变流装置，其特征在于：所述控制参数包括机车速度、控制手柄位置、牵引电机实际制动力；所述状态参数包括机车的柴油机出口水温、空压机压力；所述电能参数包括隔离变压器的输出实际电压和隔离变压器的输出实际频率；或者电能参数包括辅助逆变模块的输出实际电压和辅助逆变模块的输出实际频率。
4.一种内燃机车电制动能量回馈变流装置控制方法，其特征在于，包括：
S1. 传动控制单元获取机车的控制手柄位置和机车速度，并根据所述控制手柄位置和机车速度确定机车的目标制动力；
S2. 传动控制单元获取机车的牵引电机实际制动力，并根据所述目标制动力，以所述牵引电机实际制动力为反馈，通过PWM斩波控制牵引逆变模块的输出，控制牵引电机的制动力发挥；
S3. 传动控制单元获取机车的状态参数，并根据所述状态参数确定隔离变压器的输出目标电压和隔离变压器的输出目标频率；
S4. 通过闭环反馈的方式，通过PWM斩波控制辅助逆变模块的输出，使得隔离变压器输出所需的电能。
5.根据权利要求4所述的内燃机车电制动能量回馈变流装置控制方法，其特征在于：步骤S1中所述目标制动力根据所述控制手柄位置和机车速度，通过预先确定的机车制动特性曲线计算得出。
6.根据权利要求5所述的内燃机车电制动能量回馈变流装置控制方法，其特征在于：步骤S3中所述状态参数包括机车的柴油机出口水温和空压机压力。
7.根据权利要求6所述的内燃机车电制动能量回馈变流装置控制方法，其特征在于：步骤S4的具体步骤为：
S4.1.1. 传动控制单元获取隔离变压器的输出实际电压和隔离变压器的输出实际频率；
S4.1.2. 传动控制单元根据所述隔离变压器的输出目标电压和隔离变压器的输出目标频率，以所述隔离变压器的输出实际电压和隔离变压器的输出实际频率为反馈通过PWM斩波控制辅助逆变模块的输出。
8.根据权利要求6所述的内燃机车电制动能量回馈变流装置控制方法，其特征在于：步骤S4的具体步骤为：
S4.2.1. 传动控制单元根据所述隔离变压器的变比由隔离变压器的输出目标电压计算确定辅助逆变模块的输出目标电压，以所述隔离变压器的输出目标频率为辅助逆变模块的输出目标频率；
S4.2.2. 传动控制单元获取辅助逆变模块的输出实际电压和辅助逆变模块的输出实际频率；
S4.2.3. 传动控制单元根据所述辅助逆变模块的输出目标电压和辅助逆变模块的输出目标频率，以所述辅助逆变模块的输出实际电压和辅助逆变模块的输出实际频率为反馈通过PWM斩波控制辅助逆变模块的输出。
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