CN111969855B - 导轨电力机车辅助供电装置、导轨电力机车及其供电方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种导轨电力机车辅助供电装置、导轨电力机车及其供电方法，解决现有辅助供电设备体积大、维修拆卸均不便，且功能少、制造成本高的问题。辅助供电装置包括中央控制器模块、前级稳压模块、高频逆变模块、高频DC/DC模块、主接触器以及蓄电池；中央控制器模块与机车司机驾驶室、前级稳压模块、高频逆变模块通讯、以及高频DC/DC模块之间均通讯连接，与主接触器之间电连；前级稳压模块的输入端与导轨电力机车弓网电连，输出端同时与高频逆变模块和高频DC/DC模块的输入端电连；高频逆变模块的输出端通过主接触器与需要交流电的第一机车负载电连；高频DC/DC模块的输出端与需要直流电的第二机车负载及蓄电池电连；蓄电池用于给中央控制器模块供电。
Description
技术领域
本发明属于导轨电力机车供电技术，具体涉及一种导轨电力机车辅助供电装置、导轨电力机车及其供电方法。
背景技术
随着生活水平的不断提高、交通系统的不断发展，电力机车已逐渐成为大中型城市的主要交通工具之一，地铁车辆的辅助电源系统作为地铁车辆的核心组成部分，是车辆不可或缺的重要系统部件。近年来由于环境的污染，国家大力推行电力清洁能源，所以导轨电车几年来发展迅速。电力导轨电车由于安装形式多样，体积要求较高，对供电设备提出更高的要求，而且由于是公共交通所以安全性和可靠性是必须要保证的。
现有导轨电力机车的辅助供电装置大多采用IGBT加散热器的方式，体积较大、维修拆卸均不方便，且功能较少、制造成本较高。
发明内容
本发明的目的在于解决现有辅助供电设备体积较大、维修拆卸均不方便，且功能较少、制造成本较高的不足之处，而提供了一种新型导轨电力机车辅助供电装置、导轨电力机车及其供电方法。
为实现上述目的，本发明所提供的技术解决方案是：
一种导轨电力机车辅助供电装置，其特殊之处在于，包括中央控制器模块、前级稳压模块、高频逆变模块、高频DC/DC模块、主接触器以及蓄电池；
所述中央控制器模块与机车司机驾驶室、前级稳压模块、高频逆变模块通讯、以及高频DC/DC模块之间均通讯连接，与主接触器之间电连；该中央控制器模块上设置有故障存储电路及存储模块，用于在掉电情况下记录并导出故障时刻的数据和波形；
所述前级稳压模块的输入端与导轨电力机车弓网电连，输出端同时与高频逆变模块和高频DC/DC模块的输入端电连，用于实现对输入电压的升降压控制；
所述高频逆变模块的输出端通过主接触器与需要交流电的第一机车负载电连；
所述高频DC/DC模块的输出端与需要直流电的第二机车负载及蓄电池电连；
所述蓄电池用于给中央控制器模块供电。
进一步地，还包括应急供电电路；所述应急供电电路的输入端与导轨电力机车弓网电连，输出端与中央控制器模块电连，用于将电力机车弓网输入电压转换成直流电压提供给中央控制器模块。当出现高频逆变故障以及蓄电池欠压/损坏等异常时可以对设备应急启动，避免机车不能启动、停止运行。
进一步地，所述应急供电板的电压较蓄电池和高频DC/DC模块的电压低，且三者之间串接有二极管。
进一步地，还包括与中央控制器模块电连的互锁电路及扩展接触器；
所述互锁电路用于确保所述扩展接触器与所述主接触器不会同时吸合；
所述扩展接触器用于在高频逆变模块出现异常时吸合，使主接触器断开，切换第一机车负载的供电电源。
进一步地，所述前级稳压模块采用BUCK_BOOST稳压拓扑，将输出电压稳定至DC700V；所述高频逆变模块采用高频LLC隔离结合三相逆变拓扑，输出AC380V的电压；所述高频DC/DC模块采用高频LLC拓扑，输出DC24V的电压，保证与负载隔离、并减小变换器体积；所述应急供电电路将导轨电力机车弓网输入电压转换成DC24V直流电压提供给中央控制器模块。
进一步地，前级稳压模块、高频逆变模块和高频DC/DC模块之间为快插式连接方式；所述中央控制器模块与机车司机驾驶室之间采用MVB通讯机制，与前级稳压模块、高频逆变模块和高频DC/DC模块之间均采用CAN通讯机制，与主接触器、互锁电路以及扩展接触器均采用硬线连接。
同时，本发明还提供了一种导轨电力机车，其特殊之处在于：包含两台上述导轨电力机车辅助供电装置，分别为主用导轨电力机车辅助供电装置和备用导轨电力机车辅助供电装置；每台导轨电力机车辅助供电装置的扩展接触器均连接在另外一台导轨电力机车辅助供电装置主接触器与第一机车负载之间。备用导轨电力机车辅助供电装置的加入是为了避免因主用导轨电力机车辅助供电装置出现故障而导致导轨电力机车无法运行的弊端。
另外，本发明还提供了利用上述导轨电力机车辅助供电装置给导轨电力机车供电的方法，其特殊之处在于，包括以下步骤：
1)给主用导轨电力机车辅助供电装置的中央控制器模块正常上电，使中央控制器模块处于请求启停命令状态；
2)判读主用导轨电力机车辅助供电装置前级稳压模块有无故障信号上报：
若无故障信号上报，则中央控制器模块通过MVB或者硬件启停信号收到启动指令，下发前级稳压模块启动，并进入步骤3)；
若有故障信号上报，则不启动，并将故障内容上报至机车司机驾驶室，进行通知售后维修；
3)判读主用导轨电力机车辅助供电装置的高频逆变模块和高频DC/DC模块状态，并下发启动或者停机命令，通过硬节点信号反馈给机车司机驾驶室“高频逆变模块正常”(SIV_OK)或者“高频DC/DC模块”(DD_OK)正常,使司机了解主用导轨电力机车辅助供电装置中各模块的运行状态；
若高频逆变模块和高频DC/DC模块状态均正常，则通过中央控制器模块吸合主接触器，实现辅助供电功能；
若高频DC/DC模块状态异常，则直接启动备用导轨电力机车辅助供电装置中的高频DC/DC模块，实现第二机车负载的辅助供电功能；
若高频逆变模块状态异常，则需启动扩展供电功能，主用导轨电力机车辅助供电装置接收备用导轨电力机车辅助供电装置“高频逆变模块正常”(SIV_OK)，然后断开主用导轨电力机车辅助供电装置的主接触器，并吸合扩展接触器，实现第一机车负载的辅助供电功能。
进一步地，在步骤1)之前还包括，
0)判断主用导轨电力机车辅助供电装置的蓄电池供电是否正常：
若蓄电池供电正常，则直接进入步骤1)；
若蓄电池供电亏电，则需司机驾驶室闭合紧急启动按钮，通过控制输入供电经过应急供电电路给主用导轨电力机车辅助供电装置的中央控制器模块正常供电；在中央控制器模块接收到紧急启动按钮的信号后，按照步骤1)正常启动，并为所述蓄电池充电。
本发明的优点是：
1.本发明导轨电力机车辅助供电装置结构不同于传统辅助变流器一体式结构，具有高频化、模块化、便携式结构，体积小、维护性强、便于拆卸维修，且具备故障录播功能，在装置发生故障时，中央控制器模块可以记录故障时刻装置数据和波形，便于维修人员快速定位故障类型；且该装置可以实现与整车其他设备通讯上传数据信息和故障信息，方便司机监控电源状态。
2.本发明导轨电力机车辅助供电装置具备应急供电功能，可靠性更高，在蓄电池提供控制供电异常时，可为电源以及车内应急开关提供供电，使得电源可以正常工作，减少故障造成的影响。
3.本发明导轨电力机车辅助供电装置可满足当弓网输入电压宽范围变化时，正常提供机车，空调压缩机、电加热、电热玻璃等需要的AC380V供电；照明、散热系统、电笛、蓄电池充电等需要的DC24V供电。
4.本发明导轨电力机车辅助供电装置各模块之间通过快插式连接方式连接，连接方便，占用空间更小，有利于缩小整个装置的体积。
5.本发明导轨电力机车辅助供电装置中设置有扩展接触器以及互锁电路，导轨电力机车中包含有两台导轨电力机车辅助供电装置，有主用与备用之分，在车内一台导轨电力机车辅助供电装置的高频逆变模块或高频DC/DC模块异常时，另外一台导轨电力机车辅助供电装置可为整车负载扩展供电，并且具备互锁功能。
6.采用本发明导轨电力机车辅助供电装置进行供电，装置接收司机驾驶室启动命令后，中央控制器模块接收命令下发给前级稳压模块、高频DC/DC模块、高频逆变模块给机车负载供电，当出现高频逆变故障或者蓄电池欠压等异常时均有相应的处理方法，从而保证机车运行的安全性和可靠性。
附图说明
图1为本发明辅助供电装置的电路框图；
图2为本发明辅助供电装置的控制框图；
图3为本发明辅助供电装置的结构示意图；
图4为前级稳压模块拓扑图；
图5为高频逆变模块拓扑图；
图6为高频DC/DC模块拓扑图；
附图标号如下：
1-中央控制器模块；2-前级稳压模块；3-高频逆变模块；4-高频DC/DC模块。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明的内容作进一步的详细描述：
如图1-图3所示，一种导轨电力机车辅助供电装置包括插装在同一壳体内的中央控制器模块1、前级稳压模2块、高频逆变模块3、高频DC/DC模块4、蓄电池、应急供电电路、互锁电路、主接触器以及扩展接触器。
中央控制器模块与机车司机驾驶室之间采用MVB通讯机制，与前级稳压模块、高频逆变模块和高频DC/DC模块之间均采用CAN通讯机制，与互锁电路、主接触器和扩展接触器采用硬线连接；需要注意CAN通讯的电气走线方式有唯一起始端，有唯一末端保证可靠的通讯组网方式；且中央控制器模块上设置有故障存储电路及存储模块(该存储模块具有存储设备接口，比如USB接口)，用于在掉电情况下记录并导出故障时刻的数据和波形，便于维修人员快速定位故障类型。
前级稳压模块的输入端与导轨电力机车弓网电连，输出端同时与高频逆变模块和高频DC/DC模块的输入端电连；前级稳压模块、高频逆变模块和高频DC/DC模块之间采用快插式连接方式。
该前级稳压模块采用BUCK_BOOST稳压拓扑实现对输入电压的升降压控制，参见图4，当电压低于DC700V时，给前级稳压模块发升压命令，将输出电压稳定到DC700V,当弓网电压高于DC700V时，则给前级稳压模块发降压命令，将输出电压控制在DC700V，保障弓网侧电压变化对高频逆变模块和高频DC/DC模块不会产生影响。
高频逆变模块采用高频LLC隔离结合三相逆变拓扑，参见图5，将AC380V的电压通过主接触器输出至第一机车负载，该第一机车负载通常是指机车，空调压缩机、电加热、电热玻璃等辅助设备。
高频DC/DC模块采用高频LLC拓扑，参见图6，输出DC24V的电压至第二机车负载及蓄电池，该第二机车负载通常是指照明、散热系统、电笛等辅助设备。
蓄电池用于为中央控制器模块供电。
应急供电电路的输入端与导轨电力机车弓网电连，输出端与中央控制器模块电连，用于将电力机车弓网输入的DC400-900V电压转换成直流电压转换成DC24V直流电压提供给中央控制器模块，当出现高频逆变故障以及蓄电池欠压/损坏等异常时可以对设备应急启动，避免机车不能启动、停止运行。应急供电板的电压较蓄电池和高频DC/DC模块的电压稍低，且三个供电来源需要串二极管。
互锁电路用于确保扩展接触器与主接触器不会同时吸合；
扩展接触器用于在高频逆变模块出现异常时吸合，使主接触器断开，切换第一机车负载的供电电源。
上述故障存储电路、应急供电电路以及互锁电路可根据其实现的功能，从现有的电路中选择相匹配的电路，也可根据功能重新设计电路，对于本领域技术人员来说，均属于容易实现的电路，在此不再赘述。
导轨电力机车中设置两台导轨电力机车辅助供电装置，分别为主用导轨电力机车辅助供电装置和备用导轨电力机车辅助供电装置；每台导轨电力机车辅助供电装置的扩展接触器均连接在另外一台导轨电力机车辅助供电装置主接触器与第一机车负载之间。在主用导轨电力机车辅助供电装置出现故障时，备用导轨电力机车辅助供电装置可及时供电，避免因主用导轨电力机车辅助供电装置出现故障而导致导轨电力机车无法运行的弊端。
利用上述导轨电力机车辅助供电装置给导轨电力机车供电的方法，包括以下步骤：
0)判断主用导轨电力机车辅助供电装置的蓄电池供电是否正常：
若蓄电池供电正常，则直接进入步骤1)；
若蓄电池供电亏电，则需司机驾驶室闭合紧急启动按钮，通过控制输入供电经过应急供电电路给主用导轨电力机车辅助供电装置的中央控制器模块正常供电；在中央控制器模块接收到紧急启动按钮的信号后，按照步骤1)正常启动，并为蓄电池充电，避免蓄电池亏电带来无控制供电的问题；
1)给主用导轨电力机车辅助供电装置的中央控制器模块正常上电，使中央控制器模块处于请求启停命令状态；
2)判读主用导轨电力机车辅助供电装置前级稳压模块有无故障信号上报：
若无故障信号上报，则中央控制器模块通过MVB或者硬件启停信号收到启动指令，下发前级稳压模块启动，并进入步骤3)；
若有故障信号上报，则不启动，并将故障内容上报至机车司机驾驶室，进行通知售后维修；
3)判读主用导轨电力机车辅助供电装置的高频逆变模块和高频DC/DC模块状态，并下发启动或者停机命令，通过硬节点信号反馈给机车司机驾驶室“高频逆变模块正常”(SIV_OK)或者“高频DC/DC模块”(DD_OK)正常,使司机了解主用导轨电力机车辅助供电装置中各模块的运行状态；
若高频逆变模块和高频DC/DC模块状态均正常，则通过中央控制器模块吸合主接触器，实现辅助供电功能；
若高频DC/DC模块状态异常，则直接启动备用导轨电力机车辅助供电装置中的高频DC/DC模块，实现第二机车负载的辅助供电功能；
若高频逆变模块状态异常，则需启动扩展供电功能，主用导轨电力机车辅助供电装置接收备用导轨电力机车辅助供电装置“高频逆变模块正常”(SIV_OK)，然后断开主用导轨电力机车辅助供电装置的主接触器，并吸合扩展接触器，实现第一机车负载的辅助供电功能。
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公开的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种导轨电力机车辅助供电装置给导轨电力机车供电的方法，
所述导轨电力机车辅助供电装置包括中央控制器模块、前级稳压模块、高频逆变模块、高频DC/DC模块、主接触器以及蓄电池；
所述中央控制器模块与机车司机驾驶室、前级稳压模块、高频逆变模块通讯、以及高频DC/DC模块之间均通讯连接，与主接触器之间电连；该中央控制器模块上设置有故障存储电路及存储模块，用于在掉电情况下记录并导出故障时刻的数据和波形；
所述前级稳压模块的输入端与导轨电力机车弓网电连，输出端同时与高频逆变模块和高频DC/DC模块的输入端电连，用于实现对输入电压的升降压控制；所述前级稳压模块采用BUCK_BOOST稳压拓扑，将输出电压稳定至DC700V；所述高频逆变模块的输出端通过主接触器与需要交流电的第一机车负载电连；
所述高频DC/DC模块的输出端与需要直流电的第二机车负载及蓄电池电连；
所述蓄电池用于给中央控制器模块供电；
还包括应急供电电路；
所述应急供电电路的输入端与导轨电力机车弓网电连，输出端与中央控制器模块电连，用于将电力机车弓网输入电压转换成直流电压提供给中央控制器模块；
还包括与中央控制器模块电连的互锁电路及扩展接触器；
所述互锁电路用于确保所述扩展接触器与所述主接触器不会同时吸合；
所述扩展接触器用于在高频逆变模块出现异常时吸合，使主接触器断开，切换第一机车负载的供电电源；
所述导轨电力机车包含两台所述的导轨电力机车辅助供电装置,分别为主用导轨电力机车辅助供电装置和备用导轨电力机车辅助供电装置；
每台导轨电力机车辅助供电装置的扩展接触器均连接在另外一台导轨电力机车辅助供电装置主接触器与第一机车负载之间；
其特征在于，包括以下步骤：
0)判断主用导轨电力机车辅助供电装置的蓄电池供电是否正常：
若蓄电池供电正常，则直接进入步骤1)；
若蓄电池供电亏电，则需司机驾驶室闭合紧急启动按钮，通过控制输入供电经过应急供电电路给主用导轨电力机车辅助供电装置的中央控制器模块正常供电；在中央控制器模块接收到紧急启动按钮的信号后，按照步骤1)正常启动，并为所述蓄电池充电；
1)给主用导轨电力机车辅助供电装置的中央控制器模块正常上电，使中央控制器模块处于请求启停命令状态；
2)判读主用导轨电力机车辅助供电装置前级稳压模块有无故障信号上报：
若无故障信号上报，则中央控制器模块通过MVB或者硬件启停信号收到启动指令，下发前级稳压模块启动，并进入步骤3)；
若有故障信号上报，则不启动，并将故障内容上报至机车司机驾驶室，进行维修；
3)判读主用导轨电力机车辅助供电装置的高频逆变模块和高频DC/DC模块状态，并下发启动或者停机命令，通过硬节点信号反馈给司机驾驶室“高频逆变模块正常”或者“高频DC/DC模块正常”,使司机了解主用导轨电力机车辅助供电装置中各模块的运行状态；
若高频逆变模块和高频DCDC模块状态均正常，则通过中央控制器模块吸合主接触器，实现辅助供电功能；
若高频DC/DC模块状态异常，则直接启动备用导轨电力机车辅助供电装置中的高频DC/DC模块，实现第二机车负载的辅助供电功能；
若高频逆变模块状态异常，则需启动扩展供电功能，主用导轨电力机车辅助供电装置接收备用导轨电力机车辅助供电装置“高频逆变模块状态正常”，然后断开主用导轨电力机车辅助供电装置的主接触器，并吸合扩展接触器，实现第一机车负载的辅助供电功能。
2.根据权利要求1所述的导轨电力机车辅助供电装置给导轨电力机车供电的方法，其特征在于：
所述应急供电电路的电压较蓄电池和高频DC/DC模块的电压低，且三者之间串接有二极管。
3.根据权利要求2所述的导轨电力机车辅助供电装置给导轨电力机车供电的方法，其特征在于：
所述高频逆变模块采用高频LLC隔离结合三相逆变拓扑，输出AC380V的电压；
所述高频DC/DC模块采用高频LLC拓扑，输出DC24V的电压；
所述应急供电电路将导轨电力机车弓网输入电压转换成DC24V直流电压提供给中央控制器模块。
4.根据权利要求3所述的导轨电力机车辅助供电装置给导轨电力机车供电的方法，其特征在于：
所述中央控制器模块与机车司机驾驶室之间采用MVB通讯机制，与前级稳压模块、高频逆变模块和高频DC/DC模块之间均采用CAN通讯机制，与主接触器、互锁电路以及扩展接触器均采用硬线连接。
5.根据权利要求4所述的导轨电力机车辅助供电装置给导轨电力机车供电的方法，其特征在于：前级稳压模块、高频逆变模块和高频DC/DC模块之间采用快插式进行连接。
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