CN111162598B - 大功率电力机车的辅助供电装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种大功率电力机车的辅助供电装置，当电力机车无法通过弓网供电时，至少两个初级供电模块对应的第一开关中的任一开关处于闭合状态，以使处于闭合状态的开关所对应的初级供电模块用于对蓄电模块输出的第一直流电压进行升压处理，得到第二直流电压；牵引模块用于将从正负母线获取的第二直流电压转换为交流电压，以控制与牵引模块连接的电机切换为制动状态；牵引模块还用于将电机处于制动状态所输出的电能转换为第三直流电压；辅助变换模块用于将从正负母线获取的第三直流电压进行转换处理，以向与辅助变换模块连接的第一负载进行辅助供电，实现了在电力机车无法通过弓网供电时，第一负载可以正常运行，从而提高乘客的乘车体验。

Description

大功率电力机车的辅助供电装置

技术领域

本发明涉及电力机车技术领域，尤其涉及一种大功率电力机车的辅助供电装置。

背景技术

电力机车已经成为人们出行的重要交通工具。电力机车的正常供电对于电力机车正常运行以及乘客安全地乘坐起着至关重要的作用。

然而在运行过程中，电力机车可能会因无法通过弓网供电等原因导致故障停车。通常情况下，通过正常电力机车拖动故障电力机车，以对故障电力机车进行维修等处理。但在故障电力机车被拖动过程中，由于无外接接触网供电，使得电力机车上的辅助负载(例如，空调和/或热水器等)往往由于没有电力供应而不能正常运行，导致乘客无法舒服地乘坐。

因此，当电力机车无外接接触网供电时，如何保证辅助负载能够正常运行，是亟待解决的问题。

发明内容

本发明实施例提供一种大功率电力机车的辅助供电装置，实现了在电力机车无外接接触网供电时，辅助负载依然可以正常运行。

第一方面，本发明实施例提供一种大功率电力机车的辅助供电装置，包括：蓄电模块、至少两个初级供电模块、至少一个牵引模块、至少一个电机、至少一个辅助变换模块以及至少一个第一负载；

其中，所述至少两个初级供电模块的第一端分别通过对应的第一开关连接至所述蓄电模块的正极，所述至少两个初级供电模块的第二端分别连接至所述蓄电模块的负极；所述至少两个初级供电模块的第三端和第四端分别连接至正负母线；所述至少一个牵引模块的两个输入端分别连接至所述正负母线；所述至少一个辅助变换模块的两个输入端分别连接至所述正负母线；所述至少一个牵引模块的输出端分别与对应的所述电机连接；所述至少一个辅助变换模块的输出端分别与对应的所述第一负载连接；

当电力机车无法通过弓网供电时，所述至少两个初级供电模块对应的第一开关中的任一开关处于闭合状态，以使所述开关对应的所述初级供电模块用于对所述蓄电模块输出的第一直流电压进行升压处理，得到第二直流电压；

所述牵引模块用于将从所述正负母线获取的所述第二直流电压转换为交流电压，以控制与所述牵引模块连接的电机切换为制动状态；

所述牵引模块还用于将所述电机输出的电能转换为第三直流电压；

所述辅助变换模块用于将从所述正负母线获取的所述第三直流电压进行转换处理，以向与所述辅助变换模块连接的第一负载进行辅助供电。

在一种可能的实现方式中，若所述至少两个初级供电模块中存在故障供电模块，则所述至少两个初级供电模块中的任一个非故障供电模块对应的第一开关处于闭合状态；其中，所述非故障供电模块为所述至少两个初级供电模块中除所述故障供电模块之外的其它初级供电模块。

在一种可能的实现方式中，至少一个所述初级供电模块包括：单向直流DC/DC变换器；其中，所述单向DC/DC变换器的第一端通过对应的第一开关连接至所述蓄电模块的正极，所述单向DC/DC变换器的第二端连接至所述蓄电模块的负极，所述单向DC/DC变换器的第三端和第四端分别连接至所述正负母线。

在一种可能的实现方式中，当所述单向DC/DC变换器对应的第一开关处于闭合状态时，所述单向DC/DC变换器用于对所述蓄电模块输出的第一直流电压进行升压处理，得到所述第二直流电压。

在一种可能的实现方式中，所述单向DC/DC变换器的第三端与正母线之间设置有二极管。

在一种可能的实现方式中，至少一个所述初级供电模块包括：双向DC/DC变换器；其中，所述双向DC/DC变换器的第一端通过对应的第一开关连接至所述蓄电模块的正极，所述双向DC/DC变换器的第二端连接至所述蓄电模块的负极，所述双向DC/DC变换器的第三端和第四端分别连接至所述正负母线；

当所述双向DC/DC变换器对应的第一开关处于闭合状态，且所述双向DC/DC变换器处于升压运行模式时，所述双向DC/DC变换器用于对所述蓄电模块输出的第一直流电压进行升压处理，得到所述第二直流电压。

在一种可能的实现方式中，所述装置还包括：通过第二开关连接至所述双向DC/DC变换器的第一端和第二端的第二负载；

当所述正负母线电压达到所述第三直流电压、所述双向DC/DC变换器切换为降压运行模式且所述第二开关处于闭合状态时，所述双向DC/DC变换器还用于将从所述正负母线获取的所述第三直流电压进行转换处理，以向所述第二负载进行辅助供电。

在一种可能的实现方式中，当所述电机所产生的电能使所述正负母线之间的电压达到所述第三直流电压、所述双向DC/DC变换器切换为降压运行模式且所述双向DC/DC变换器对应的第一开关切换为闭合状态时，所述双向DC/DC变换器还用于将从所述正负母线获取的所述第三直流电压传输给所述蓄电模块。

在一种可能的实现方式中，所述装置还包括：外部供电模块，所述外部供电模块的输入端连接至所述弓网，所述外部供电模块的两个输出端分别连接至所述正负母线；

当所述弓网通过所述外部供电模块为所述电力机车供电使所述正负母线之间的电压达到第三直流电压、所述双向DC/DC变换器切换为降压运行模式且所述双向DC/DC变换器对应的第一开关切换为闭合状态时，所述双向DC/DC变换器还用于将从所述正负母线获取的所述第三直流电压传输给所述蓄电模块。

在一种可能的实现方式中，所述正负母线之间还包括：用于对所述正负母线上的电压进行维护处理的母线处理模块。

在一种可能的实现方式中，所述母线处理模块包括：电压传感器；其中，所述电压传感器的两端分别连接至所述正负母线，用于检测所述正负母线之间的电压。

在一种可能的实现方式中，所述母线处理模块包括：支撑电容；其中，所述支撑电容的两端分别连接至所述正负母线，用于去除所述正负母线上的纹波。

在一种可能的实现方式中，所述母线处理模块包括：滤波单元；其中，所述滤波单元的两端分别连接至所述正负母线，用于去除所述正负母线上的谐波。

本申请实施例中提供的大功率电力机车的辅助供电装置可以包括：蓄电模块、至少两个初级供电模块、至少一个牵引模块、至少一个电机、至少一个辅助变换模块以及至少一个第一负载。当电力机车无法通过弓网供电时，至少两个初级供电模块对应的第一开关中的任一开关处于闭合状态，以使处于闭合状态的开关所对应的初级供电模块用于对蓄电模块输出的第一直流电压进行升压处理，得到第二直流电压；牵引模块用于将从正负母线获取的第二直流电压转换为交流电压，以控制与牵引模块连接的电机切换为制动状态，使得电机将电力机车被拖动所产生的机械能转换为电能；牵引模块还用于将电机处于制动状态所输出的电能转换为第三直流电压；辅助变换模块用于将从正负母线获取的第三直流电压进行转换处理，以向与辅助变换模块连接的第一负载进行辅助供电，实现了在电力机车无法通过弓网供电时，第一负载依然可以正常运行，从而提高了乘客的乘车体验。

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一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图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为本申请一实施例提供的大功率电力机车的辅助供电装置的结构示意图；

图2为本申请另一实施例提供的大功率电力机车的辅助供电装置的结构示意图；

图3为本申请另一实施例提供的大功率电力机车的辅助供电装置的结构示意图；

图4为本申请另一实施例提供的大功率电力机车的辅助供电装置的结构示意图；

图5为本申请另一实施例提供的大功率电力机车的辅助供电装置的结构示意图。

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。

首先，对本申请实施例所涉及的部分词汇进行介绍。

本申请实施例中涉及的蓄电模块可以包括但不限于蓄电池，当然，还可以包括具有蓄电功能的其它模块，本申请实施例中对此并不作限制。

本申请实施例中涉及的初级供电模块用于对其输入的电压进行升压处理。示例性地，本申请实施例中涉及的初级供电模块可以包括但不限于：单向直流(Direct Current，DC)/DC变换器或双向DC/DC变换器。其中，单向DC/DC变换器是指高压(低压)直流电源变换为低压(高压)直流电源，其中电能只能单向传输。双向DC/DC变换器是指能够根据能量的需要调节能量双向传输的直流到直流的变换器，其输入、输出电压极性不变，输入、输出电流的方向可以改变。

本申请实施例中涉及的双向DC/DC变换器的运行模式可以包括但不限于：升压运行模式和降压运行模式。需要说明的是，所述双向DC/DC变换器处于所述升压运行模式时的运行方式，不同与所述双向DC/DC变换器处于所述降压运行模式时的运行方式。

示例性地，当所述双向DC/DC变换器处于升压运行模式时，所述双向DC/DC变换器可以用于对所述蓄电模块输出的第一直流电压进行升压处理；当所述双向DC/DC变换器处于降压运行模式时，所述双向DC/DC变换器可以用于将从所述正负母线获取的所述第三直流电压进行转换处理以便于为第二负载进行辅助供电，和/或将从所述正负母线获取的所述第三直流电压传输给所述蓄电模块。

本申请实施例中涉及的牵引模块用于对其输入的电压进行转换(例如，直流电压转换为交流电压，或者交流电压转换为直流电压)。示例性地，本申请实施例中涉及的牵引模块可以包括但不限于逆变器。

本申请实施例中涉及的电机用于将电力机车被拖动所产生的机械能转换为电能。示例性地，本申请实施例中涉及的电机可以为三相交流电机，例如可以包括但不限于异步电机或永磁电机。需要说明的是，若电机采用异步电机，则需要对电机进行预励磁；若电机采用永磁电机，则无需对电机进行预励磁。

本申请实施例中涉及的辅助变换模块用于对其输入的电压进行转换(例如，直流电压转换为交流电压，或者降压转换)。可选地，若与辅助变换模块连接的第一负载包括交流负载，则辅助变换模块用于对其输入的直流电压转换为交流电压；若与辅助变换模块连接的第一负载包括直流负载，则辅助变换模块用于对其输入的直流电压进行降压转换，以供直流负载使用。

示例性地，若辅助变换模块用于对其输入的直流电压转换为交流电压，则辅助变换模块可以包括但不限于逆变器；若辅助变换模块用于对其输入的直流电压进行降压转换，则辅助变换模块可以包括但不限于单向DC/DC。

本申请实施例中涉及的各开关的闭合或断开，可以通过控制器进行控制，具体地控制闭合或断开的方式可以参考相关技术中的控制方式，本申请实施例中对此并不作限制。

相关技术中，在运行过程中，电力机车可能会因无法通过弓网供电等原因导致故障停车。通常情况下，通过正常电力机车拖动故障电力机车，以对故障电力机车进行维修等处理。但在故障电力机车被拖动过程中，由于无外接接触网供电，使得电力机车上的辅助负载(例如，空调和/或热水器等)往往由于没有电力供应而不能正常运行，导致乘客无法舒服地乘坐电力机车。

本申请实施例提供的大功率电力机车的辅助供电装置可以包括：蓄电模块、至少两个初级供电模块、至少一个牵引模块、至少一个电机、至少一个辅助变换模块以及至少一个第一负载。当电力机车无法通过弓网供电时，至少两个初级供电模块对应的第一开关中的任一开关处于闭合状态，以使处于闭合状态的开关所对应的初级供电模块用于对蓄电模块输出的第一直流电压进行升压处理，得到第二直流电压；牵引模块用于将从正负母线获取的第二直流电压转换为交流电压，以控制与牵引模块连接的电机处于制动状态，使得电机将电力机车被拖动所产生的机械能转换为电能；牵引模块还用于将电机处于制动状态所输出的电能转换为第三直流电压；辅助变换模块用于将从正负母线获取的第三直流电压进行转换处理，以向与辅助变换模块连接的第一负载进行辅助供电，实现了在电力机车无法通过弓网供电时，第一负载依然可以正常运行，从而提高了乘客的乘车体验。

下面以具体地实施例对本发明的技术方案进行详细说明。下面这几个具体的实施例可以相互结合，对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例不再赘述。

图1为本申请一实施例提供的大功率电力机车的辅助供电装置的结构示意图。如图1所示，本实施例提供的大功率电力机车的辅助供电装置可以包括：蓄电模块101、至少两个初级供电模块102、至少一个牵引模块103、至少一个电机104、至少一个辅助变换模块105以及至少一个第一负载106(为了便于描述，图1中以两个初级供电模块、一个牵引模块、一个电机、一个辅助变换模块以及一个第一负载为例进行示出)。

其中，至少两个初级供电模块102的第一端分别通过对应的第一开关107连接至蓄电模块101的正极，至少两个初级供电模块102的第二端分别连接至蓄电模块101的负极；至少两个初级供电模块102的第三端和第四端分别连接至正负母线(示例性地，各初级供电模块102的第三端连接至正母线DC+，各初级供电模块102的第四端连接至负母线DC-)。

至少一个牵引模块103的两个输入端分别连接至正负母线(示例性地，各牵引模块103的第一输入端连接至正母线DC+，各牵引模块103的第二输入端连接至负母线DC-)。至少一个牵引模块103的输出端分别与对应的电机104连接(可选地，牵引模块103的输出端可以与一个电机104连接，也可以与多个电机104连接。需要说明的是，为了便于描述，图1中以牵引模块103与一个电机104连接为例进行示出的)。

至少一个辅助变换模块105的两个输入端分别连接至正负母线(示例性地，各辅助变换模块105的第一输入端连接至正母线DC+，各辅助变换模块105的第二输入端连接至负母线DC-)。至少一个辅助变换模块105的输出端分别与对应的第一负载106连接，以便于辅助变换模块105将从正负母线获取的直流电压进行转换处理后，以向对应的第一负载106进行辅助供电。

本申请实施例中，当电力机车无法通过弓网供电时，至少两个初级供电模块102对应的各第一开关107中的任一开关处于闭合状态，以使处于闭合状态的第一开关所对应的初级供电模块102用于对蓄电模块101输出的第一直流电压(例如，110V或24V)进行升压处理，得到第二直流电压(例如，600V)，以使正负母线之间的电压达到第二直流电压。

进一步地，当电力机车被拖动运行时，牵引模块103用于将从正负母线获取的第二直流电压转换为交流电压，以控制与牵引模块103连接的电机104处于制动状态，从而将电力机车被拖动所产生的机械能转换为电能。1)示例性地，若电机104为异步电机，则牵引模块103将从正负母线获取的第二直流电压转换为交流电压，并通过电机104的定子绕组对电机104进行预励磁；在预励磁后，由于在电力机车被拖动过程中电机104的转子处于转动状态，从而电机104开始切换为制动状态。2)又一示例性地，若电机104为永磁电机，则牵引模块103将从正负母线获取的第二直流电压转换为交流电压，并传送给电机104；由于在电力机车被拖动过程中电机104的转子处于转动状态，从而使得电机104开始切换为制动状态。

需要说明的是，在电机104切换为制动状态后，考虑到电机104所产生的电能已经足够供负载正常使用了，此时可以无需蓄电模块101通过初级供电模块102向正负母线提供电压了，从而将此前处于闭合状态的第一开关切换为断开状态。

进一步地，牵引模块103还用于将电机104在制动状态所输出的电能转换为第三直流电压，以使正负母线之间的电压达到第三直流电压。示例性地，第三直流电压约等于电力机车在有外接接触网正常供电时，辅助变换模块105正常运行所需的电压(例如，3600V)。

进一步地，辅助变换模块105用于将从正负母线获取的第三直流电压进行转换处理，使得转换处理后的电压满足与辅助变换模块105连接的第一负载106的输入电压要求，从而实现了向与辅助变换模块105连接的第一负载106进行辅助供电，使得第一负载106可以正常运行。

本申请实施例提供的大功率电力机车的辅助供电装置可以包括：蓄电模块、至少两个初级供电模块、至少一个牵引模块、至少一个电机、至少一个辅助变换模块以及至少一个第一负载。当电力机车无法通过弓网供电时，至少两个初级供电模块对应的第一开关中的任一开关处于闭合状态，以使处于闭合状态的开关所对应的初级供电模块用于对蓄电模块输出的第一直流电压进行升压处理，得到第二直流电压；牵引模块用于将从正负母线获取的第二直流电压转换为交流电压，以控制与牵引模块连接的电机切换为制动状态，使得电机将电力机车被拖动所产生的机械能转换为电能；牵引模块还用于将电机处于制动状态所输出的电能转换为第三直流电压；辅助变换模块用于将从正负母线获取的第三直流电压进行转换处理，以向与辅助变换模块连接的第一负载进行辅助供电，实现了在电力机车无法通过弓网供电时，第一负载依然可以正常运行，从而提高了乘客的乘车体验。

在上述实施例的基础上，本申请实施例中考虑到至少两个初级供电模块102中可能会存在故障供电模块，为了保证在电力机车无法通过弓网供电时辅助负载仍然可以正常运行，本申请实施例中，至少两个初级供电模块102中的任一个非故障供电模块对应的第一开关处于闭合状态，以保证处于闭合状态的第一开关所对应的非故障供电模块用于对蓄电模块101输出的第一直流电压进行升压处理，得到第二直流电压。其中，非故障供电模块为至少两个初级供电模块102中除故障供电模块之外的其它初级供电模块。

可见，本申请实施例提供的大功率电力机车的辅助供电装置可以实现在电力机车无法通过弓网供电且检测到至少两个初级供电模块中存在故障供电模块时，通过任一非故障供电模块对蓄电模块输出的第一直流电压进行升压处理，得到第二直流电压，以便于牵引模块将从正负母线获取的第二直流电压转换为交流电压，以控制与牵引模块连接的电机切换为制动状态，并将电机处于制动状态所输出的电能转换为第三直流电压；进一步地，辅助变换模块用于将从正负母线获取的第三直流电压进行转换处理，以向与辅助变换模块连接的第一负载进行辅助供电。

在上述实施例的基础上，本申请实施例中对初级供电模块102的可实现方式进行介绍。图2为本申请另一实施例提供的大功率电力机车的辅助供电装置的结构示意图，图3为本申请另一实施例提供的大功率电力机车的辅助供电装置的结构示意图。

第一种可能的实现方式中，如图2所示，至少一个初级供电模块包括：单向DC/DC变换器(为了便于描述，图2中以两个初级供电模块中的一个初级供电模块包括单向DC/DC变换器为例进行示出的)。如图2所示，单向DC/DC变换器的第一端通过对应的第一开关107连接至蓄电模块101的正极，单向DC/DC变换器的第二端连接至蓄电模块101的负极，单向DC/DC变换器的第三端和第四端分别连接至正负母线。

相应地，当单向DC/DC变换器对应的第一开关(即单向DC/DC变换器的第一端与蓄电模块101的正极之间的开关)处于闭合状态时，单向DC/DC变换器用于对蓄电模块101输出的第一直流电压进行升压处理，得到第二直流电压，以便于牵引模块将从正负母线获取的第二直流电压转换为交流电压，以控制与牵引模块连接的电机切换为制动状态，并将电机处于制动状态所输出的电能转换为第三直流电压；进一步地，辅助变换模块用于将从正负母线获取的第三直流电压进行转换处理，以向与辅助变换模块连接的第一负载进行辅助供电。

考虑到对单向DC/DC变换器的保护，可选地，单向DC/DC变换器的第三端与正母线之间还可设置有二极管(图2中未示出)，以限制电流的流动方向，防止对单向DC/DC变换器的损坏。示例性地，单向DC/DC变换器的第三端连接至二极管的输入端，二极管的输出端连接至正母线。

第二种可能的实现方式中，如图3所示，至少一个初级供电模块包括：双向DC/DC变换器(为了便于描述，图3中以两个初级供电模块中的一个初级供电模块包括双向DC/DC变换器为例进行示出的)。如图3所示，双向DC/DC变换器的第一端通过对应的第一开关107连接至蓄电模块101的正极，双向DC/DC变换器的第二端连接至蓄电模块的负极，双向DC/DC变换器的第三端和第四端分别连接至正负母线。

相应地，当双向DC/DC变换器对应的第一开关(即双向DC/DC变换器的第一端与蓄电模块101的正极之间的开关)处于闭合状态，且双向DC/DC变换器处于升压运行模式时，双向DC/DC变换器用于对蓄电模块101输出的第一直流电压进行升压处理，得到第二直流电压，以便于牵引模块将从正负母线获取的第二直流电压转换为交流电压，以控制与牵引模块连接的电机切换为制动状态，并将电机处于制动状态所输出的电能转换为第三直流电压；进一步地，辅助变换模块用于将从正负母线获取的第三直流电压进行转换处理，以向与辅助变换模块连接的第一负载进行辅助供电。

进一步地，考虑到初级供电模块包括双向DC/DC变换器，如图3所示，本实施例中的大功率电力机车的辅助供电装置还包括：通过第二开关108连接至双向DC/DC变换器的第一端和第二端的第二负载109；示例性地，第二开关108可以包括但不限于双刀双掷开关。需要说明的是，在双向DC/DC变换器用于对蓄电模块101输出的第一直流电压进行升压处理过程中，第二开关108处于断开状态。

可选地，当正负母线电压达到第三直流电压、双向DC/DC变换器切换为降压运行模式(如图3所示电流右流运行方式切换为电流左流运行方式)且第二开关108处于闭合状态时，双向DC/DC变换器还用于将从正负母线获取的第三直流电压进行转换处理，以向第二负载109进行辅助供电。

当然，初级供电模块102还可以采用其它可实现方式，本申请实施例中对此并不作限制。

需要说明的是，当电力机车无法通过弓网供电时，通过上述初级供电模块102(例如，单向DC/DC变换器和/或双向DC/DC变换器)对蓄电模块101输出的第一直流电压进行升压处理得到第二直流电压，以便于牵引模块将从正负母线获取的第二直流电压转换为交流电压，以控制与牵引模块连接的电机切换为制动状态，从而通过电机所产生的电能进行供电。

可选地，当电机所产生的电能使正负母线之间的电压达到第三直流电压、双向DC/DC变换器切换为降压运行模式且双向DC/DC变换器对应的第一开关切换为闭合状态时，双向DC/DC变换器还用于将从正负母线获取的第三直流电压传输给蓄电模块101，从而对蓄电模块101进行充电。

需要说明的是，当电力机车可以通过弓网供电时，本申请实施例提供的大功率电力机车的辅助供电装置还可以包括：外部供电模块，外部供电模块的输入端连接至外部的弓网，外部供电模块的两个输出端分别连接至正负母线。可选地，本申请实施例中涉及的外部供电模块可以包括但不限于：变压器、预充电电路和整流器。

当弓网通过外部供电模块为电力机车供电使正负母线之间的电压达到第三直流电压、双向DC/DC变换器切换为降压运行模式且双向DC/DC变换器对应的第一开关切换为闭合状态时，双向DC/DC变换器还用于将从正负母线获取的第三直流电压传输给蓄电模块101，从而对蓄电模块101进行充电。

图4为本申请另一实施例提供的大功率电力机车的辅助供电装置的结构示意图。在上述实例的基础上，如图4所示，本申请实施例提供的大功率电力机车的辅助供电装置中的正负母线之间还包括：用于对正负母线上的电压进行维护处理的母线处理模块110。本申请下述实施例对母线处理模块110的可实现方式进行介绍。

第一种可能的实现方式中，母线处理模块110可以包括：电压传感器；其中，电压传感器的两端分别连接至正负母线，用于检测正负母线之间的电压。

第二种可能的实现方式中，母线处理模块110可以包括：支撑电容；其中，支撑电容的两端分别连接至正负母线，用于去除正负母线上的纹波。

第三种可能的实现方式中，母线处理模块110可以包括：滤波单元；其中，滤波单元的两端分别连接至正负母线，用于去除正负母线上的谐波。

需要说明的是，母线处理模块110可以包括上述三种可能的实现方式中的任意两种或三种组合；当然，母线处理模块110还可以采用其它可实现方式，本申请实施例中对此并不作限制。

本申请实施例提供的大功率电力机车的辅助供电装置中，通过在正负母线之间设置有母线处理模块，实现了可以对正负母线之间的电压测量和/或去除正负母线上的杂波，从而可以为牵引模块以及辅助变换模块提供更可靠的电能。

图5为本申请另一实施例提供的大功率电力机车的辅助供电装置的结构示意图。在上述实施例的基础上，本申请实施例以大功率电力机车的辅助供电装置包括两个初级供电模块(例如初级供电模块1～2)、三个牵引模块(例如牵引模块1～3)、三个电机(例如电机1～3)、两个辅助变换模块(例如辅助变换模块1～2)、两个第一负载(例如交流负载和直流负载1)和一个第二负载(例如直流负载2)为例对本申请的实现方式进行详细介绍。

如图5所示，本实施例提供的大功率电力机车的辅助供电装置中可以包括：外部供电模块(如包括变压器、预充电电路1、预充电电路2、整流器1和整流器2)、母线处理模块、牵引模块1、牵引模块2、牵引模块3、逆变器(即辅助变换模块1)、单向DC/DC1变换器(即辅助变换模块2)、单向DC/DC2变换器(即初级供电模块1)、双向DC/DC1变换器(即初级供电模块2)、蓄电池以及开关K1～K12等。

其中，预充电电路1的A端连接到变压器副边绕组1的一端，预充电电路1的B端连接到整流器1的A端，整流器1的B端连接到变压器副边绕组1的另一端。预充电电路2的A端连接到变压器副边绕组2的一端，预充电电路2的B端连接到整流器2的A端，整流器2的B端连接到变压器副边绕组2的另一端。

整流器1的C端和整流器2的C端连接到正母线DC+，整流器1的D端和整流器2的D端连接到负母线DC-。

母线处理模块的一端连接到正母线DC+，母线处理模块的另一端连接到负母线DC-。

牵引模块1的A端(即第一输入端)通过开关K1连接到正母线DC+、牵引模块2的A端(即第一输入端)通过开关K2连接到正母线DC+、牵引模块3的A端(即第一输入端)通过开关K3连接到正母线DC+、逆变器的A端(即第一输入端)通过开关K4连接到正母线DC+、单向DC/DC1变换器的A端(即第一输入端)通过开关K5连接到正母线DC+、双向DC/DC1变换器的A端(即第三端)通过开关K6连接到正母线DC+、单向DC/DC2变换器的C端(即第三端)通过二极管D1连接到正母线DC+。

牵引模块1的B端(即第二输入端)、牵引模块2的B端(即第二输入端)、牵引模块3的B端(即第二输入端)、逆变器的B端(即第二输入端)、单向DC/DC1变换器的B端(即第二输入端)、双向DC/DC1变换器的B端(即第四端)以及单向DC/DC2变换器的D端(即第四端)均连接到负母线DC-。

牵引模块1通过开关K9连接到电机1、牵引模块2通过开关K10连接到电机2、牵引模块3通过开关K11连接到电机3。

逆变器的输出端连接到交流负载、单向DC/DC1变换器的输出端连接到直流负载1。

双向DCDC1变换器的C端和D端通过开关K12连接到直流负载2，双向DC/DC1变换器的C端(即第一端)通过开关K7连接到蓄电池的正极，双向DC/DC1变换器的D端(即第二端)连接到蓄电池的负极。

单向DC/DC2变换器的A端(即第一端)通过开关K8连接到蓄电池的正极，单向DC/DC2变换器的B端(即第二端)连接到蓄电池的负极。

蓄电池的正负极之间设置有电压传感器。

本申请下述实施例中对各开关的作用进行介绍：

1)一方面，当牵引模块故障或者电机故障时，可以通过断开开关K1、K2、K3来隔开相应的牵引模块；另一方面，当对电机输出功率要求不高时，可以通过开关断开部分牵引模块，以减少牵引模块的使用时间，从而提升牵引模块的使用寿命；另一方面，可以更加灵活地配置输出。

2)当逆变器故障时，可以通过开关K4将逆变器隔开，避免影响其它器件。

3)当单向DC/DC1变换器故障时，可以通过开关K5将单向DC/DC1变换器隔开，避免影响其它器件。

4)当双向DC/DC1变换器故障时，可以通过开关K6可以将双向DC/DC1变换器隔开，避免影响其它器件。

5)开关K7用于将蓄电池与双向DC/DC1变换器隔开。

6)考虑到若电机为永磁同步电机，永磁同步电机被拖动时会产生反电动势，开关K9、K10、K11可以将电机与对应的牵引模块隔开，起到保护电机或者牵引模块的作用。

7)开关K12用于隔开直流负载2与双向DC/DC1变换器。

本申请下述实施例中对具体的工作过程进行介绍：

1)当电力机车可以通过弓网供电时，默认开关K8处于断开状态(即单向DC/DC2变换器不运行)。当电压传感器检测到蓄电池电压不足时，开关K7切换为闭合状态，通过双向DC/DC1变换器给蓄电池充电。当电压传感器检测到蓄电池电压达到预设电压时，开关K7切换为断开状态。

2)当电力机车无法通过弓网供电(例如弓网侧或整流器故障等)且电力机车被拖动时，电力机车内的辅助负载无法运行。本申请实施例中，开关K4、K5、K6和K7处于断开状态，开关K8(即第一开关)处于闭合状态，通过单向DC/DC2变换器(即初级供电模块1)对蓄电池输出的第一直流电压进行升压处理，以使正负母线之间的电压达到第二直流电压；进一步地，根据对电机输出功率要求的高低不同，可以通过开关K1～K3选择部分或全部牵引模块，用于将从正负母线获取的第二直流电压转换为交流电压，以控制与其连接的电机切换为制动状态，从而利用电机所产生的电能为辅助负载(例如交流负载、直流负载1和/或直流负载2)进行供电。需要说明的是，在电机切换为制动状态后，考虑到电机所产生的电能已经足够供辅助负载正常使用了，从而将开关K8切换为断开状态。

可选地，在利用电机所产生的电能使正负母线之间的电压达到第三直流电压(即母线建立)后，当电压传感器检测到蓄电池电压不足时，开关K6和K7切换为闭合状态，从而利用电机所产生的电能通过双向DC/DC1变换器给蓄电池充电。可选地，当电压传感器检测到蓄电池电压达到预设电压时，开关K7切换为断开状态。

3)当电力机车无法通过弓网供电(例如弓网侧或整流器故障等)且电力机车被拖动时，电力机车内的辅助负载无法运行。本申请实施例中，假设单向DC/DC2变换器(即初级供电模块1)发生故障了，则无法通过上述2)中描述的过程为辅助负载供电了。本申请实施例中，开关K8和K12处于断开状态，开关K6和K7(即第一开关)处于闭合状态，通过双向DC/DC1变换器(即初级供电模块2)对蓄电池输出的第一直流电压进行升压处理，以使正负母线之间的电压达到第二直流电压；进一步地，根据对电机输出功率要求的高低不同，可以通过开关K1～K3选择部分或全部牵引模块，用于将从正负母线获取的第二直流电压转换为交流电压，以控制与其连接的电机切换为制动状态，从而利用电机所产生的电能为辅助负载(例如交流负载和/或直流负载1)进行供电。需要说明的是，在电机切换为制动状态后，考虑到电机所产生的电能已经足够供辅助负载正常使用了，从而将开关K6和开关K7切换为断开状态。

进一步地，在双向DC/DC1变换器切换为降压运行模式(如图5所示电流左流运行方式切换为电流右流运行方式)后，将开关6和开关12(即第二开关)切换为闭合状态，从而利用电机所产生的电能也可以为直流负载2进行供电。

可选地，在利用电机所产生的电能使正负母线之间的电压达到第三直流电压(即母线建立)，且在双向DC/DC1变换器切换为降压运行模式(如图5所示电流左流运行方式切换为电流右流运行方式)后，当电压传感器检测到蓄电池电压不足时，将开关6和开关7切换为闭合状态，从而利用电机所产生的电能通过双向DC/DC1变换器给蓄电池充电。可选地，当电压传感器检测到蓄电池电压达到预设电压时，开关K7切换为断开状态。

本申请实施例中，当电力机车无法通过弓网供电时，通过单向DC/DC2变换器(即初级供电模块1)或双向DC/DC1变换器(即初级供电模块2)对蓄电池输出的第一直流电压进行升压处理，以使正负母线之间的电压达到第二直流电压；进一步地，牵引模块1～3中的部分或全部用于将从正负母线获取的第二直流电压转换为交流电压，以控制与其连接的电机切换为制动状态，从而利用电机所产生的电能为辅助负载(例如交流负载、直流负载1和/或直流负载2)进行供电。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。

可以理解的是，上述装置中的相关特征可以相互参考。另外，上述实施例中的“第一”、“第二”等是用于区分各实施例，而并不代表各实施例的优劣。

在此处所提供的说明书中，说明了大量具体细节。然而，能够理解，本发明的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在一些实例中，并未详细示出公知的结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。

类似地，应当理解，为了精简本公开并帮助理解各个发明方面中的一个或多个，在上面对本发明的示例性实施例的描述中，本发明的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该公开的装置解释成反映如下意图：即所要求保护的本发明要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多的特征。更确切地说，如下面的权利要求书所反映的那样，发明方面在于少于前面公开的单个实施例的所有特征。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本发明的单独实施例。

本领域那些技术人员可以理解，可以对实施例中的装置中的部件进行自适应性地改变并且把它们设置在与该实施例不同的一个或多个装置中。可以把实施例中的部件组合成一个部件，以及此外可以把它们分成多个子部件。除了这样的特征中的至少一些是相互排斥之外，可以采用任何组合对本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的所有特征以及如此公开的任何装置的所有部件进行组合。除非另外明确陈述，本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的每个特征可以由提供相同、等同或相似目的的替代特征来代替。

此外，本领域的技术人员能够理解，尽管在此所述的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本发明的范围之内并且形成不同的实施例。例如，在下面的权利要求书中，所要求保护的实施例的任意之一都可以以任意的组合方式来使用。本发明的各个部件实施例可以以硬件实现，或者以它们的组合实现。

应该注意的是上述实施例对本发明进行说明而不是对本发明进行限制，并且本领域技术人员在不脱离所附权利要求的范围的情况下可设计出替换实施例。在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。单词“包括”不排除存在未列在权利要求中的部件或组件。位于部件或组件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的部件或组件。本发明可以借助于包括有若干不同部件的装置来实现。在列举了若干部件的权利要求中，这些部件中的若干个可以是通过同一个部件项来具体体现。单词第一、第二、以及第三等的使用不表示任何顺序。可将这些单词解释为名称。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

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 (10)

1.一种大功率电力机车的辅助供电装置，其特征在于，包括：蓄电模块、至少两个初级供电模块、至少一个牵引模块、至少一个电机、至少一个辅助变换模块以及至少一个第一负载；

其中，所述至少两个初级供电模块的第一端分别通过对应的第一开关连接至所述蓄电模块的正极，所述至少两个初级供电模块的第二端分别连接至所述蓄电模块的负极；所述至少两个初级供电模块的第三端和第四端分别连接至正负母线；所述至少一个牵引模块的两个输入端分别连接至所述正负母线；所述至少一个辅助变换模块的两个输入端分别连接至所述正负母线；所述至少一个牵引模块的输出端分别与对应的所述电机连接；所述至少一个辅助变换模块的输出端分别与对应的所述第一负载连接；

当电力机车无法通过弓网供电时，所述至少两个初级供电模块对应的第一开关中的任一开关处于闭合状态，以使所述开关对应的所述初级供电模块用于对所述蓄电模块输出的第一直流电压进行升压处理，得到第二直流电压；

所述牵引模块用于将从所述正负母线获取的所述第二直流电压转换为交流电压，以控制与所述牵引模块连接的电机切换为制动状态；

所述牵引模块还用于将所述电机输出的电能转换为第三直流电压；

所述辅助变换模块用于将从所述正负母线获取的所述第三直流电压进行转换处理，以向与所述辅助变换模块连接的第一负载进行辅助供电；

若所述至少两个初级供电模块中存在故障供电模块，则所述至少两个初级供电模块中的任一个非故障供电模块对应的第一开关处于闭合状态；其中，所述非故障供电模块为所述至少两个初级供电模块中除所述故障供电模块之外的其它初级供电模块；

至少一个所述初级供电模块包括：双向DC/DC变换器；其中，所述双向DC/DC变换器的第一端通过对应的第一开关连接至所述蓄电模块的正极，所述双向DC/DC变换器的第二端连接至所述蓄电模块的负极，所述双向DC/DC变换器的第三端和第四端分别连接至所述正负母线；

当所述双向DC/DC变换器对应的第一开关处于闭合状态，且所述双向DC/DC变换器处于升压运行模式时，所述双向DC/DC变换器用于对所述蓄电模块输出的第一直流电压进行升压处理，得到所述第二直流电压；

所述装置还包括：通过第二开关连接至所述双向DC/DC变换器的第一端和第二端的第二负载；

当所述正负母线电压达到所述第三直流电压、所述双向DC/DC变换器切换为降压运行模式且所述第二开关处于闭合状态时，所述双向DC/DC变换器还用于将从所述正负母线获取的所述第三直流电压进行转换处理，以向所述第二负载进行辅助供电。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，至少一个所述初级供电模块包括：单向DC/DC变换器；其中，所述单向DC/DC变换器的第一端通过对应的第一开关连接至所述蓄电模块的正极，所述单向DC/DC变换器的第二端连接至所述蓄电模块的负极，所述单向DC/DC变换器的第三端和第四端分别连接至所述正负母线。

3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，当所述单向DC/DC变换器对应的第一开关处于闭合状态时，所述单向DC/DC变换器用于对所述蓄电模块输出的第一直流电压进行升压处理，得到所述第二直流电压。

4.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述单向DC/DC变换器的第三端与正母线之间设置有二极管。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，当所述电机所产生的电能使所述正负母线之间的电压达到所述第三直流电压、所述双向DC/DC变换器切换为降压运行模式且所述双向DC/DC变换器对应的第一开关切换为闭合状态时，所述双向DC/DC变换器还用于将从所述正负母线获取的所述第三直流电压传输给所述蓄电模块。

6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：外部供电模块，所述外部供电模块的输入端连接至所述弓网，所述外部供电模块的两个输出端分别连接至所述正负母线；

当所述弓网通过所述外部供电模块为所述电力机车供电使所述正负母线之间的电压达到第三直流电压、所述双向DC/DC变换器切换为降压运行模式且所述双向DC/DC变换器对应的第一开关切换为闭合状态时，所述双向DC/DC变换器还用于将从所述正负母线获取的所述第三直流电压传输给所述蓄电模块。

7.根据权利要求1-4中任一项所述的装置，其特征在于，所述正负母线之间还包括：用于对所述正负母线上的电压进行维护处理的母线处理模块。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述母线处理模块包括：电压传感器；其中，所述电压传感器的两端分别连接至所述正负母线，用于检测所述正负母线之间的电压。

9.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述母线处理模块包括：支撑电容；其中，所述支撑电容的两端分别连接至所述正负母线，用于去除所述正负母线上的纹波。

10.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述母线处理模块包括：滤波单元；其中，所述滤波单元的两端分别连接至所述正负母线，用于去除所述正负母线上的谐波。