CN109720220B - 电气车辆分布式电源供电系统及运行方法 - Google Patents

电气车辆分布式电源供电系统及运行方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开的电气车辆分布式电源供电系统及其运行方法，为各车站和长大坡道配置网侧分立电源及其馈电线路，所述分立电源设有负载检测电路、供电状态切换开关和控制电路，车辆进入馈电区间，该区间的分立电源进入供电状态，驱动车辆并给车载蓄电装置充电，车辆离开馈电区间，该区间的分立电源进入关闭状态，由车载蓄电装置驱动车辆。无需设立高压变电所，各分立电源可直接采用380VAC输入，大幅度降低设备成本；分立电源可实现有车供电，无车关闭，避免空载捐耗，提高供电安全；车辆在站内依靠分立电源供电起动加速，减少了车载蓄电装置的电量消耗，提高了车辆的续航能力。

Description

电气车辆分布式电源供电系统及运行方法
技术领域
本发明属于电气车辆供电技术领域，具体涉及一种电气车辆分布式电源供电系统及运行方法。
背景技术
传统电气车辆一般采用变电所供电系统向整个线路集中供电，通常为AC10000V/750VDC高压输电方式，相关设备包括高压输电柜、变压器、整流器、上网开关柜、正极柜、低压柜、负极柜、以及网络传输系统，技术复杂，成本昂贵且维护工作量大。这种系统一旦发生故障，将造成区间内所有车辆运行中断。为保证在高峰时段区间所有车辆的正常运行，变电所需有足够的容量支持；而在低谷时段，这种大容量不可必免地会存在较大的空载损耗，造成经济上的浪费。
近年来，出现了一种超级电容电车方案，在车站内采用充电桩为车辆供电。这种方案尝试在车辆停靠站点对车载超级电容进行快速充电，从而取消沿线的供电网络。采用这种方案，充电桩需要高达1500VDC的高电压输出，充电电流高达1000～2000A。为了保证快速充电，充电桩的充电电流电压还要根据车载超级电容的状态进行动态调整。由于不同车辆运行时的电容电量的差异，车站充电桩只能一次对一列车充电，不能一枪多充，造成每个站台都需充电桩布置。因此，这种方案不仅进一步提高了变电所的成本，并且技术复杂，故障繁多，维护工作量大。为保证一次充电后车辆能够走行足够远的距离，需要配置较大容量的车载超级电容，这势必占用车辆较大的空间和重量，尤其是在长大坡道时难以实现。在车辆的运行过程中，车载超级电容的电压呈不断降低趋势，这必然使车辆的传动效率也随之降低。还有一种为电动公共汽车充电的380V交流输入的充电桩技术。这种技术需要检测车辆电池的工作状态，充电桩与车载设备在通讯状态下进行充电，并计算充电电量、电流。另外，这些充电桩方案都普遍存在空载损耗较大的问题。
发明内容
本发明的目的就是克服上述现有技术之不足，提供一种提高效率、降低成本的电气车辆分布式电源供电系统及运行方法。
本发明的目的是这样实现的：一种电气车辆分布式电源供电系统，包括车载部分和地面部分，其特征在于
车载部分，受电输入线路由单向二极管D1构成，车载蓄电装置的正极和车辆用电设备输入线路与所述单向二极管受电输入线路的阴极连接，计算机检测控制系统检测单向二极管受电输入线路、车辆用电设备输入线路和车载蓄电装置的电气参数状态，控制车载蓄电装置的工作状态，网侧无电时，由车载蓄电装置驱动车辆；网侧有电时，由网侧电源驱动车辆并向车载蓄电装置充电；再生制动时，用再生制动产生的电能向车载蓄电装置充电；
地面部分，为各车站和长大坡道配置网侧分立电源及其馈电线路，所述分立电源设有负载检测电路、升压整流电路、供电状态切换开关和控制电路，车辆进入馈电区间，该区间的分立电源进入供电状态，驱动车辆并给车载蓄电装置充电；车辆离开馈电区间，该区间的分立电源进入关闭状态，由车载蓄电装置驱动车辆。
进一步地，其特征在于所述负载检测电路包括一直流电源，其输出电压Vcheck略高于所述分立电源输出网侧正常电压的上限值V0max，该直流电源的输出通过电阻RJ接至分立电源的负载输出端，所述供电状态切换开关包括输入开关、输出开关和电子保护开关，所述电子保护开关串接在输出开关和负载输出端的隔离二极管DGl之间，分立电源的控制电路根据检测电阻RJ提供的信号，切换输入开关、输出开关和电子保护开关的状态。
一种上述电气车辆分布式电源供电系统的运行方法，其特征在于采取下列步骤：
A.分立电源
A1.检测分立电源输出端的负载状态；
A2.如果分立电源输出端的电压V0ut小于网侧正常电压下限值V0min，则进入步骤A6；否则进入下一步骤；
A3.判断是否有车辆进入其馈电区：是则进入步骤A5；否则进入下一步骤；
A4.使分立电源处于关闭状态，返回步骤A1；
A5.使分立电源处于供电状态，返回步骤A1；
A6.报警供电线路故障，使分立电源处于关闭状态。
B.车载蓄电装置
B1.检测受电输入线路、车辆用电设备输入线路和车载蓄电装置的电气参数状态；
B2.判断车辆是否处于再生制动状态：是则进入步骤B6；否则进入下一步骤；
B3.判断受电输入线路是否有电；是则进入步骤B5；否则进入下一步骤；
B4.由车载蓄电装置以其设定的供电电压值VCG向车辆用电设备供电，VCG略低于网侧正常电压下限值，返回步骤B1；
B5.由网侧电源向车辆用电设备供电；同时执行步骤B6；
B6.向车载蓄电装置充电，返回步骤B1。
进一步地，在所述步骤A3中，先断开电子保护开关，然后再断开输入开关和输出开关，使分立电源处于关闭状态；在步骤A4中，先接通输入开关和输出开关接通，然后再接通电子保护开关，使分立电源处于供电状态。
采用本发明的技术方案，无需设立高压变电所，各分立电源可直接采用380VAC输入，大幅度降低设备成本；分立电源可实现有车供电，无车关闭，避免空载捐耗，提高供电安全；车辆在站内依靠分立电源供电起动加速，减小了对车载蓄电装置的容量要求。
附图说明
图1a和图1b分别为本发明实施例的电气车辆分布式电源供电系统中的分立电源和车载蓄电装置原理示意图。
图2a和图2b分别为本发明实施例的电气车辆分布式电源供电系统的运行方法中分立电源和车载蓄电装置的流程示意图。
图3为图2b中的车载蓄电装置充电子程序流程示意图。
图4为图2b中的车载蓄电装置放电子程序流程示意图。
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。
参看图1a,在本发明实施例的电气车辆分布式电源供电系统中，为沿途各车站和长大坡道配置网侧分立电源DCFL及其馈电线路。分立电源DCFL采用6n脉升压整流电路SYZL，n为正整数，采用多路输入输出，实现良好的供电品质和系统的冗余，保证供电稳定可靠。所述分立电源DCFL设有负载检测电路FZJC、供电状态切换开关及控制电路KZDL。所述负载检测电路FZJC包括一直流电源DCJC，输入三相380VAC接“A”,其输出电压Vcheck略高于所述分立电源DCFL输出网侧正常电压的上限值Vomax，直流电源DCJC的输出“B”点通过电阻RJ接至分立电源DCFL的负载输出端“O”点。所述供电状态切换开关包括输入开关SWSR、输出开关SWSC和电子保护开关ESWBH。所述电子保护开关ESWBH串接在输出开关SWSC和负载输出端的隔离二极管DGL之间。分立电源DCFL的控制电路KZDL根据检测电阻RJ提供的信号，切换输入开关SWSR、输出开关SWSC和电子保护开关ESWBH的状态。
参看图1b，在本发明实施例的电气车辆分布式电源供电系统中，车载部分的受电输入线路由单向二极管D1构成，车载蓄电装置的正极和车辆用电设备输入线路与所述单向二极管受电输入线路的阴极连接。为了网侧电源的输入质量，在单向二极管受电输入线路的阴极和车载蓄电装置的负极之间设有尖峰电压吸收电路，所述尖峰电压吸收电路由二极管D2、压敏电阻RYM和电容C3并联而成。所述车载蓄电装置，由瞬时失电补偿电路PDC和动力储能电路PSC构成。电容C1回路接在车载蓄电装置的正负端之间，构成瞬时失电补偿电路PDC。图中,电容C2和电池组Batt的正极分别通过各自的升降压调节电路Boost-Buck1和2接至车载蓄电装置的正极，负极接至车载蓄电装置的负极，构成动力储能电路PSC。升降压调节电路Boost-Buck1由开关管IGBT2、IGBT3和电感器L1构成；升降压调节电路Boost-Buck2由开关管IGBT4、IGBT5和电感器L2构成。在所述瞬时失电补偿电路PDC中，限流电阻RX和开关管IGBT1并联后与电容C1串联。计算机检测控制系统通过电流传感器ISR和IYD、电压传感器VC1和VC2检测单向二极管受电输入线路、车辆用电设备输入线路和车载蓄电装置的电气参数状态，控制车载蓄电装置的充放电工作状态。
参看图2a,本发明实施例的电气车辆分布式电源供电系统的运行方法，分立电源的运行从框0.0开始，进入框0.1，检测分立电源负载端的电压V0，如果V0小于网侧正常电压下限值V0min，则进入框0.5；否则进入框0.2。在框0.2，检测电阻RJ中是否有电流通过：是则说明有车辆进入其馈电区，进入框0.4；否则说明其馈电区内没有车辆，进入框0.3。在框0.3，电子保护开关断开，然后输入开关和输出开关断开，使分立电源处于关闭状态，然后返回框0.1。在框0.4，输入开关和输出开关接通，然后电子保护开关接通，使分立电源处于供电状态，返回框0.1。在框0.5，报警供电线路故障，使分立电源处于关闭状态。
参看图2b，本发明实施例的电气车辆分布式电源供电系统的运行方法，车载蓄电装置的运行从框1.0开始，进入框1.1，初始化，设定参数电容C1充电保护电压值VC1BH、电容C1充电上限压值VC1H、电容C2充电上限电压值VC2H、车载蓄电装置供电电压值VCG(VCG略低于网侧正常电压下限值)、电容C2放电下限电压值VC2L。进入框1.2，检测受电输入线路、车辆用电设备输入线路和车载蓄电装置的电气参数状态。进入框1.3，通过车辆用电设备输入线路中电流值IYD来判断车辆是否处于再生制动状态：IYD<0则车辆处于再生制动状态，进入框1.7；否则进入框1.4。在框1.4，通过受电输入线路中的电流值ISR判断受电输入线路是否有电；ISR>0则进入步骤1.6；否则进入框1.5。在框1.5，由车载蓄电装置以电压值VCG向车辆用电设备供电，返回框1.2。在框1.6，由网侧向车辆用电设备供电。进入框1.7，向车载蓄电装置充电，返回框1.2。
参看图3，车载蓄电装置充电流程从框1.70开始。进入框1.71，检测电容C1的电压VC1是否小于设定电压VC1BH：是则进入框1.72，开关管IGBT1断开；否则进入框1.73，开关管IGBT1导通。进入框1.74，向电容C1充电。进入框1.75，检测电容C1的电压VC1是否大于设定电压VC1H：否则返回框1.74；是则进入框1.76。在框1.76，通过升降压调节电路Boost-Buck1向电容C2充电。进入框1.77，检测电容C2的电压是否大于设定电压VC2H：否则返回框1.76；是则进入框1.78。在框1.78，通过升降压调节电路Boost-Buck2向电池组Batt充电。然后返回主程序的框1.2。
参看图4，车载蓄电装置的放电流程从框1.50开始。进入框1.51，电容C1向车辆用电设备供电。进入框1.52，检测电容C1的电压是否小于VCG：否则返回框1.51；是则进入框1.53。在框1.53，电容C2通过升降压调节电路Boost-Buck1以电压值VCG向车辆用电设备供电。进入框1.54，检测电容C2的电压VC2是否小于VC2L：否则返回框1.53；是则进入框1.55。在框1.55，电池组Batt通过升降压调节电路Boost-Buck2以电压值VCG向车辆用电设备供电。然后返回主程序的框1.2。

Claims (3)

1.一种电气车辆分布式电源供电系统，包括车载部分和地面部分，其特征在于
车载部分，受电输入线路由单向二极管(D1)构成，车载蓄电装置的正极和车辆用电设备输入线路与所述单向二极管受电输入线路的阴极连接，计算机检测控制系统检测单向二极管受电输入线路、车辆用电设备输入线路和车载蓄电装置的电气参数状态，控制车载蓄电装置的工作状态，网侧无电时，由车载蓄电装置驱动车辆；网侧有电时，由网侧电源驱动车辆并向车载蓄电装置充电；再生制动时，用再生制动产生的电能向车载蓄电装置充电；
地面部分，为沿途各车站和长大坡道配置网侧分立电源及其馈电线路，所述分立电源设有负载检测电路、升压整流电路、供电状态切换开关及控制电路，车辆进入馈电区间，该区间的分立电源进入供电状态，驱动车辆并给车载蓄电装置充电；车辆离开馈电区间，该区间的分立电源进入关闭状态，由车载蓄电装置驱动车辆；
所述负载检测电路包括一直流电源，其输出电压略高于所述分立电源输出网侧正常电压的上限值V0max，该直流电源的输出通过电阻RJ接至分立电源的负载输出端，所述供电状态切换开关包括输入开关、输出开关和电子保护开关，所述电子保护开关串接在输出开关和负载输出端的隔离二极管DGl之间，分立电源的控制电路根据检测电阻RJ提供的信号，切换输入开关、输出开关和电子保护开关的状态。
2.一种权利要求1所述的电气车辆分布式电源供电系统的运行方法，其特征在于采取下列步骤：
A.分立电源
A1.检测分立电源输出端的负载状态；
A2.如果分立电源输出端的电压V0ut小于网侧正常电压下限值V0min，则进入步骤A6；否则进入下一步骤；
A3.判断是否有车辆进入其馈电区：是则进入步骤A5；否则进入下一步骤；
A4.使分立电源处于关闭状态，返回步骤A1；
A5.使分立电源处于供电状态，返回步骤A1；
A6.报警供电线路故障，使分立电源处于关闭状态；
B.车载蓄电装置
B1.检测受电输入线路、车辆用电设备输入线路和车载蓄电装置的电气参数状态；
B2.判断车辆是否处于再生制动状态：是则进入步骤B6；否则进入下一步骤；
B3.判断受电输入线路是否有电；是则进入步骤B5；否则进入下一步骤；
B4.由车载蓄电装置以其设定的供电电压值VCG向车辆用电设备供电，VCG略低于网侧正常电压下限值，返回步骤B1；
B5.由网侧电源向车辆用电设备供电；同时执行步骤B6；
B6.向车载蓄电装置充电，返回步骤B1。
3.根据权利要求2所述的电气车辆分布式电源供电系统的运行方法，其特征在于在所述步骤A4中，先断开电子保护开关，然后再断开输入开关和输出开关，使分立电源处于关闭状态；在步骤A5中，先接通输入开关和输出开关接通，然后再接通电子保护开关，使分立电源处于供电状态。
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