CN109606204A - 可实现城轨列车车载储能装置移动充电的供电系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种可实现城轨列车车载储能装置移动充电的供电系统及方法，该系统包括牵引电机，牵引DC/AC变换器，辅助DC/AC变换器，车载动力电池模块，供电接触网，地面DC/DC变换器，不控整流机组，降压变压器和城市电网模块。城市电网模块，降压变压器，不控整流机组，地面DC/DC变换器与供电接触网组成地面恒流供电系统。本发明应用于城轨列车运行在线路架设供电接触网区域，地面恒流供电系统不仅能够提供城轨列车运行时牵引负载和辅助负载所需的能量，还能够在城轨列车运行时实现对车载储能系统进行恒流充电。本发明一定程度上解决车体预留空间对车载储能装置体积限制和将功率等级高、重量大的DC/DC变换器放置在车体上所造成城轨列车运行时电能浪费的问题。

Description

可实现城轨列车车载储能装置移动充电的供电系统及方法

技术领域

本发明涉及一种公共交通运输供电系统，特别涉及一种可实现城轨列车车载储能装置移动充电的供电系统及方法。

背景技术

业内周知，传统城轨列车供电方式为车辆顶部通过受电弓与专用的架空线缆接触直接取电，但考虑到专用的架空线缆对城市景观的影响，采用全线架设接触网的供电方案容易对视觉造成污染。为解决城轨列车可靠供电与城市景观之间的矛盾，可以采用线路部分架设接触网供电+无网区域车载储能系统供电的城轨列车供电系统解决方案。

因为城轨列车某些线路无供电区域总规划里程长、相邻站间距长，然而车体空间有限，车载储能装置的最大允许体积受到很大限制，很难实现将满足功率等级要求的DC/DC变换器放置于车上，并且，单个地面DC/DC变换器无法实现对多列城轨列车同时进行有效充电。所以，对可实现城轨列车车载储能装置移动充电的供电系统有如下要求：

1、重量大、很占体积的大功率DC/DC变换器放置于地面，与城市电网、降压变压器、不控整流机组和供电接触网一起构成城轨列车地面恒流供电系统，提供城轨列车运行在供电区域时牵引负载和辅助负载所需能量，同时为城轨列车车载储能系统进行恒流充电。

2、需要对线路架设供电接触网区域进行供电分段，保证每个供电分段区间至多只有一列城轨列车在运行。

为了上述要求，发明出这种用于城轨列车车载储能装置移动供电的供电系统及工作方式。

发明内容

本发明主要应用于采用线路部分架设供电接触网+无网区域车载储能供电的城轨列车供电系统解决方案，提出一种新型地面恒流供电系统拓扑。城轨列车运行在有网区域时，地面恒流供电系统既能提供列车牵引负载与辅助负载所需的能量，又能实现对车载储能系统进行移动恒流充电。在城轨列车无供电区域规划里程长的情况下，本发明不但可以在一定程度上解决车体预留空间对车载储能装置体积限制的问题，还可以解决将功率等级高、重量大的DC/DC变换器放置在车体上所造成城轨列车运行时电能浪费的问题。

为了达到以上目的，本发明技术方案如下：

一种可实现城轨列车车载储能装置移动充电的供电系统，包括牵引电机1、牵引DC/AC变换器2、辅助DC/AC变换器3、车载动力电池模块4、供电接触网5、地面DC/DC变换器6、不控整流机组7、降压变压器8、城市电网模块9；

所述牵引DC/AC变换器2交流侧通过导线与牵引电机1相连接，直流侧通过导线与供电接触网5相连接，供电接触网5通过导线与车载动力电池模块4的总正端和总负端相连接，同时，供电接触网5通过导线与辅助DC/AC变换器3的直流侧相连接，辅助DC/AC变换器3的交流侧与辅助负载相连接；所述城市电网模块9依次与降压变压器8、不控整流机组7输入侧相连接，降压变压器8与不控整流机组7用于将城市电网模块9中的三相交流电降压整流为直流电，地面DC/DC变换器6一侧与不控整流机组7输出侧相连接，另一侧通过导线与供电接触网5相连接。

所述城市电网模块9、降压变压器8、不控整流机组7、地面DC/DC变换器6和供电接触网5构成城轨列车地面恒流供电系统，地面恒流供电系统不仅能够提供城轨列车运行时在供电区域时牵引负载和辅助负载所需的能量，还能够在城轨列车运行时实现对车载动力电池模块4进行恒流充电。

所述的牵引DC/AC变换器2可以采用不同拓扑，不同功率，不同开关器件的变换器。

所述的辅助DC/AC变换器3可以采用不同拓扑，不同功率，不同开关器件的变换器。

所述的车载动力电池模块4可以采用不同电压等级，不同容量，不同型号的电池。

所述地面DC/DC变换器6可以采用不同拓扑，不同功率，不同开关器件的变换器。

所述不控整流机组7可以采用不同拓扑，不同功率，不同开关器件的整流机组。

所述降压变压器8可以采用不同电压等级和不同功率的变压器。

另外本发明提供一种应用所述供电系统的方法，包括以下步骤：

步骤1、城轨列车运行在线路架设供电接触网区域时，城轨列车中的车速传感器采集城轨列车实时车速信息，GPS模块获取当前城轨列车实时的位置信息，档位位置传感器采集城轨列车实时的档位位置信息，电压电流传感器采集城轨列车辅助DC/AC变换器3直流输入侧的电压电流信号，电池管理系统获取城轨列车车载动力电池模块4实时的电压、电流、温度以及电池荷电状态信息；

步骤2、城轨列车通过车地通讯设备将得到的全部列车状态信息发送给地面DC/DC变换器6，地面DC/DC变换器6根据接收到的状态信息得出城轨列车实时的牵引功率与辅助功率，并结合车载动力电池模块4实时的电压、电流、温度以及电池荷电状态信息得到地面恒流供电系统的实时所需输出功率值；

步骤3、降压变压器8与不控整流机组7将城市电网模块9中的三相交流电降压整流变成特定电压的直流电，之后通过地面DC/DC变换器6变成可控的直流电汇入供电接触网5；

步骤4、辅助DC/AC变换器3从供电接触网5取电，变换为特定电压、频率的三相交流电后为辅助负载中各交流负荷提供所需电能；

牵引DC/AC变换器2从供电接触网5取电变换为三相交流电驱动牵引电机1旋转；

步骤5、车载动力电池模块4从供电接触网5取电，城轨列车在有网区运行时，地面恒流供电系统实现对车载动力电池模块4移动恒流充电。

在上述方案的基础上，对车载动力电池模块4设置相应的充电阈值，使得城轨列车在运行时，车载动力电池模块4可以实现制动能量回收。

在上述方案的基础上，步骤2中所述辅助负载包括空调机组、通风装置、控制系统与客室照明等。

本发明所述的可实现城轨列车车载储能装置移动充电的供电系统及方法，在城轨列车现有地面供电系统的不控整流机组7与供电接触网5之间设置地面DC/DC变换器6，移除车载DC/DC变换器，车载动力电池模块4通过导线与供电接触网5连接。对线路架设供电接触网区域进行供电分段，保证每个供电分段区间至多只有一列城轨列车在运行，使得每个供电分段的地面恒流供电系统单独对城轨列车车载动力电池4进行移动充电。

本发明的有益效果是：

1.移除体积大、重量大的车载DC/DC模块，在城轨列车供电系统的不控整流机组7与供电接触网5之间设置地面DC/DC变换器6，可以解决车体预留空间对车载储能装置体积限制的问题，扩大城轨列车运行范围。

2.城轨列车运行在有网区时，本发明可以对车载动力电池模块4进行恒流移动充电，并设置充电阈值，进而使得车载动力电池模块4负责制动能量回收，避免造成能量浪费，具有良好的经济性。

3.本发明采用的设备工程应用较为成熟，应用可靠性得以保证。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例，下面将对实施例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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的可实现城轨列车车载储能装置移动充电的供电系统拓扑结构示意图。

图2有网区供电分段拓扑结构示意图。

图中1.牵引电机 2.牵引DC/AC变换器 3.辅助DC/AC变换器 4.车载动力电池模块5.供电接触网 6.地面DC/DC变换器 7.不控整流机组 8.降压变压器 9.城市电网模块。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图1和2，以某城轨列车供电系统为实施例对其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作出创造性劳动前提下所获得的所有其他城轨列车供电系统实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示是可实现城轨列车车载储能装置移动充电的供电系统拓扑结构示意图，包括牵引电机1、牵引DC/AC变换器2、辅助DC/AC变换器3、车载动力电池模块4、供电接触网5、地面DC/DC变换器6、不控整流机组7、降压变压器8、城市电网模块9。

实施例中车载动力电池模块4电压采用DC750V；城市电网模块9电压等级为10kV。

城轨列车运行在线路架设供电接触网区域时，牵引变电站的降压变压器8与不控整流机组7将城市电网模块9中的三相交流电降压整流变成特定电压等级的直流电，之后通过地面DC/DC变换器6变成可控直流电汇入供电接触网5。

辅助DC/AC变换器3从供电接触网5取电，变换为380V/50Hz的三相交流电后为城轨列车辅助负载中的空调机组、通风装置、控制系统与客室照明等提供所需电能。

牵引DC/AC变换器2从供电接触网5取电变换为三相交流电驱动牵引电机1旋转。

城轨列车中具有档位位置传感器、GPS模块、车速传感器、电压电流传感器、电池管理系统与车地通讯设备。

城轨列车运行在线路架设供电接触网区域时，车速传感器采集城轨列车实时车速信息，GPS模块获取当前城轨列车实时的位置信息，档位位置传感器采集城轨列车实时的档位位置信息，电压电流传感器采集城轨列车辅助DC/AC变换器3直流输入侧的电压电流信号，电池管理系统获取城轨列车车载动力电池模块4实时的电压、电流、温度以及电池荷电状态信息。

城轨列车运行在线路架设供电接触网区域时，将上述得到的全部列车状态信息通过车地通讯设备将得到的全部列车状态信息发送给地面DC/DC变换器6，地面DC/DC变换器6根据接收到的状态信息得出城轨列车实时的牵引功率与辅助功率，并结合车载动力电池模块4实时的电压、电流、温度以及电池荷电状态信息得到地面恒流供电系统的实时所需输出功率值。

地面DC/DC变换器6实时控制地面恒流供电系统的输出功率，使得地面恒流供电系统提供城轨列车运行时牵引负载所需能量与辅助负载所需能量的同时，实现对车载动力电池模块4进行移动恒流充电。

上所述仅为本发明的实施例之一而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (4)

1.一种可实现城轨列车车载储能装置移动充电的供电系统，其特征在于：包括牵引电机(1)、牵引DC/AC变换器(2)、辅助DC/AC变换器(3)、车载动力电池模块(4)、供电接触网(5)、地面DC/DC变换器(6)、不控整流机组(7)、降压变压器(8)、城市电网模块(9)；

所述牵引DC/AC变换器(2)交流侧通过导线与牵引电机(1)相连接，直流侧通过导线与供电接触网(5)相连接，供电接触网(5)通过导线与车载动力电池模块(4)的总正端和总负端相连接，供电接触网(5)通过导线与辅助DC/AC变换器(3)的直流侧相连接，辅助DC/AC变换器(3)的交流侧与辅助负载相连接；所述城市电网模块(9)依次与降压变压器(8)、不控整流机组(7)输入侧相连接，降压变压器(8)与不控整流机组(7)用于将城市电网模块(9)中的三相交流电降压整流为直流电，地面DC/DC变换器(6)一侧与不控整流机组(7)输出侧相连接，另一侧通过导线与供电接触网(5)相连接；

所述城市电网模块(9)、降压变压器(8)、不控整流机组(7)、地面DC/DC变换器(6)和供电接触网(5)构成城轨列车地面恒流供电系统，地面恒流供电系统不仅能够提供城轨列车运行时在供电区域时牵引负载和辅助负载所需的能量，还能够在城轨列车运行时实现对车载动力电池模块(4)进行恒流充电。

2.一种应用权利要求1所述供电系统的方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1、城轨列车运行在线路架设供电接触网区域时，城轨列车中的车速传感器采集城轨列车实时车速信息，GPS模块获取当前城轨列车实时的位置信息，档位位置传感器采集城轨列车实时的档位位置信息，电压电流传感器采集城轨列车辅助DC/AC变换器(3)直流输入侧的电压电流信号，电池管理系统获取城轨列车车载动力电池模块(4)实时的电压、电流、温度以及电池荷电状态信息；

步骤2、城轨列车通过车地通讯设备将得到的全部列车状态信息发送给地面DC/DC变换器(6)，地面DC/DC变换器(6)根据接收到的状态信息得出城轨列车实时的牵引功率与辅助功率，并结合车载动力电池模块(4)实时的电压、电流、温度以及电池荷电状态信息得到地面恒流供电系统的实时所需输出功率值；

步骤3、降压变压器(8)与不控整流机组(7)将城市电网模块(9)中的三相交流电降压整流变成特定电压的直流电，之后通过地面DC/DC变换器(6)变成可控的直流电汇入供电接触网(5)；

步骤4、辅助DC/AC变换器(3)从供电接触网(5)取电，变换为特定电压、频率的三相交流电后为辅助负载中各交流负荷提供所需电能；

牵引DC/AC变换器(2)从供电接触网(5)取电变换为三相交流电驱动牵引电机(1)旋转；

步骤5、车载动力电池模块(4)从供电接触网(5)取电，城轨列车在有网区运行时，地面恒流供电系统实现对车载动力电池模块(4)移动恒流充电。

3.如权利要求2所述的应用所述供电系统的方法，其特征在于：对车载动力电池模块(4)设置相应的充电阈值，使得城轨列车在运行时，车载动力电池模块(4)实现制动能量回收。

4.如权利要求2所述的应用所述供电系统的方法，其特征在于：步骤2中所述辅助负载包括空调机组、通风装置、控制系统与客室照明。