CN112104065A - 动车组应急牵引用双向充电机的控制方法 - Google Patents

动车组应急牵引用双向充电机的控制方法 Download PDF

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孙庆文
黎梅云
何欣宇
赵俊博
李海洋
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Abstract

本发明实施例涉及一种动车组应急牵引用双向充电机的控制方法，所述方法应用于动车组，所述动车组包括网络控制系统、交流母线、应急牵引用双向充电机、蓄电池组、动力电池组、直流负载、牵引系统交流负载和空调交流负载，所述方法包括：支持四种工作模式，在不同的模式下对动车组上的电池组或负载进行充放电操作；本发明实施例实现了对蓄电池组和动力电池组的正向充电及对交流设备的反向供电，完善并增强了动车组的充电功能。

Description

动车组应急牵引用双向充电机的控制方法
技术领域
本发明涉及轨道交通技术领域，尤其涉及一种动车组应急牵引用双向充电机的控制方法。
背景技术
接触网故障或者动车组受电弓故障时列车将无法获得电能，从而导致牵引系统无法正常工作，动车组失去动力，只能原地等待救援，会造成列车晚点、线路阻塞等问题，甚至会引发安全事故。
为应对这种工况，可以通过在动车组中加装动力电池和双向充电机，在动车组不能正常供电时，通过动力电池来驱动牵引系统实现自走行。本发明实施例的应急牵引用双向充电机作为应急自走行系统新增的关键设备，在原有直流(Direct Current,DC)110伏(volt,V)蓄电池组充电功能的基础上，增加了DC650V动力电池组的充放电功能。在动车组正常运行时从交流(Alternating Current,AC)380V母线取电对DC110V蓄电池组和DC650V动力电池组进行充电，对整车负载进行供电；当动车组不能正常获得供电时，从动力电池取电为整车提供AC380V交流电源，给牵引冷却系统及空调等负载供电保障应急自走行功能的实现。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的缺陷，提供一种动车组应急牵引用双向充电机的控制方法，该双向充电机支持四种工作模式，在不同的模式下对动车组上的电池组或负载进行充放电操作，实现了对蓄电池组和动力电池组的正向充电及对交流设备的反向供电，完善并增强了动车组的充电功能。
有鉴于此，本发明实施例提供了一种动车组应急牵引用双向充电机的控制方法，所述方法应用于动车组，所述动车组包括网络控制系统、交流母线、应急牵引用双向充电机、蓄电池组、动力电池组、直流负载、牵引系统交流负载和空调交流负载，所述方法包括：
S1，所述应急牵引用双向充电机从所述网络控制系统，获取第一指令，并从所述第一指令中获取模式数据；
S2，所述应急牵引用双向充电机在所述模式数据为第一模式时，从所述交流母线取电，对所述动力电池组、所述蓄电池组和所述直流负载进行供电处理；
S3，所述应急牵引用双向充电机在所述模式数据为第二模式时，从所述动力电池组取电，对所述牵引系统交流负载、所述蓄电池组和所述直流负载进行供电处理；
S4，所述应急牵引用双向充电机在所述模式数据为第三模式时，从所述动力电池组取电，对所述空调交流负载、所述蓄电池组和所述直流负载进行供电处理；
S5，所述应急牵引用双向充电机在所述模式数据为第四模式时，从所述动力电池组取电，对所述蓄电池组和所述直流负载进行供电处理。
优选的，所述应急牵引用双向充电机包括预充电回路、交流漏电检测电路、三相工频变压器、交流滤波电容、接触器、交流电感、三相全桥电路、第一漏电检测电路、移相全桥电路及第二漏电检测电路。
优选的，所述应急牵引用双向充电机在所述模式数据为第一模式时，从所述交流母线取电，对所述动力电池组、所述蓄电池组和所述直流负载进行供电处理，具体包括：
所述应急牵引用双向充电机在所述模式数据为所述第一模式时，将所述模式数据向所述动力电池组进行发送；
闭合所述接触器用于连接所述动力电池组；
使用所述预充电回路对所述应急牵引用双向充电机进行预充电处理；
从所述交流母线取电，得到第一交流电；使用所述三相全桥电路，对所述第一交流电进行脉冲宽度调制PWM整流处理，得到第一直流电；并使用所述第一直流电对所述动力电池组进行供电处理；所述第一交流电的电压为380伏；所述第一直流电的电压为650伏；
使用所述移相全桥电路，对所述第一直流电进行电压变换处理，得到第二直流电；并使用所述第二直流电对所述蓄电池组和所述直流负载进行供电处理；所述第二直流电的电压为110伏。
优选的，所述应急牵引用双向充电机在所述模式数据为第二模式时，从所述动力电池组取电，对所述牵引系统交流负载、所述蓄电池组和所述直流负载进行供电处理，具体包括：
所述应急牵引用双向充电机在所述模式数据为所述第二模式时，将所述模式数据向所述动力电池组进行发送；
闭合所述接触器用于连接所述动力电池组；
使用所述预充电回路对所述应急牵引用双向充电机进行预充电处理；
从所述动力电池组取电，得到第三直流电；使用所述三相全桥电路，对所述第三直流电进行逆变处理，得到第二交流电；利用所述第二交流电对所述牵引系统交流负载进行供电处理；所述第三直流电电压为650伏；所述第二交流电电压为380伏；
使用所述移相全桥电路，对所述第三直流电进行电压变换处理，得到第四直流电；利用所述第四直流电对所述蓄电池组和所述直流负载进行供电处理；所述第四直流电的电压为110伏。
优选的，所述应急牵引用双向充电机在所述模式数据为第三模式时，从所述动力电池组取电，对所述空调交流负载、所述蓄电池组和所述直流负载进行供电处理，具体包括：
所述应急牵引用双向充电机在所述模式数据为所述第三模式时，将所述模式数据向所述动力电池组进行发送；
闭合所述接触器用于连接所述动力电池组；
使用所述预充电回路对所述应急牵引用双向充电机进行预充电处理；
从所述动力电池组取电，得到第五直流电；使用所述三相全桥电路，对所述第五直流电进行逆变处理，得到第三交流电；利用所述第三交流电对所述空调交流负载进行供电处理；所述第五直流电电压为650伏；所述第三交流电电压为380伏；
使用所述移相全桥电路，对所述第五直流电进行电压变换处理，得到第六直流电；利用所述第六直流电对所述蓄电池组和所述直流负载进行供电处理；所述第六直流电的电压为110伏。
优选的，所述应急牵引用双向充电机在所述模式数据为第四模式时，从所述动力电池组取电，对所述蓄电池组和所述直流负载进行供电处理，具体包括：
所述应急牵引用双向充电机在所述模式数据为所述第四模式时，将所述模式数据向所述动力电池组进行发送；
闭合所述接触器用于连接所述动力电池组；
使用所述预充电回路对所述应急牵引用双向充电机进行预充电处理；
从所述动力电池组取电，得到第七直流电；使用所述移相全桥电路，对所述第七直流电进行电压变换处理，得到第八直流电；利用所述第八直流电对所述蓄电池组和所述直流负载进行供电处理；所述第七直流电的电压为650伏；所述第八直流电的电压为110伏。
优选的，所述方法还包括：
所述应急牵引用双向充电机在所述模式数据为所述第一模式时，使用所述三相全桥电路，对所述第一交流电进行PWM整流处理时，将由所述三相全桥电路的直流电压传感器采集的当前的直流电压作为第一电压数据；将从所述动力电池组的电池管理系统BMS获取的最大允许充电电压作为第一参考电压数据；将由所述三相全桥电路的总电流传感器采集的当前的总电流作为第一总电流数据；将预设的最大允许直流输出电流作为第一参考总电流数据；将由所述三相全桥电路的充电电流传感器采集的当前的充电电流作为第一充电电流数据；将从所述BMS获取的最大允许充电电流作为第一参考充电电流数据；所述三相全桥电路包括所述直流电压传感器、所述总电流传感器和所述充电电流传感器；所述动力电池组包括所述BMS；
所述应急牵引用双向充电机根据所述第一电压数据与所述第一参考电压数据的比值，生成第一比值；根据所述第一总电流数据与所述第一参考总电流数据的比值，生成第二比值；根据所述第一充电电流数据与所述第一参考充电电流数据的比值，生成第三比值；
所述应急牵引用双向充电机判断所述第一比值是否同时大于所述第二比值和所述第三比值，当所述第一比值同时大于所述第二比值和所述第三比值时，将所述第一比值作为所述三相全桥电路的外环反馈值；当所述第一比值小于所述第二比值或所述第三比值时，将所述第二比值与所述第三比值中的偏大值，作为所述外环反馈值；
所述三相全桥电路根据所述外环反馈值对外环电压进行切换处理。
优选的，所述方法还包括：
所述应急牵引用双向充电机从所述网络控制系统获取网络日期数据、从本地获取第一电路累计运行时间数据、第二电路累计运行时间数据与第一电路状态数据、第二电路状态数据以及第一规定时间数据；所述应急牵引用双向充电机包括两个三相全桥电路：第一电路和第二电路；
判断所述网络日期数据是否为单日；当所述网络日期为单日时，将调用电路数据设置为第一电路标识，当所述第一电路累计运行时间减去所述第二电路累计运行时间的差大于所述第一规定时间数据时，将所述调用电路数据设置为第二电路标识；当所述网络日期数据为双日时，将所述调用电路数据设置为所述第二电路标识，当所述第二电路累计运行时间减去所述第一电路累计运行时间的差大于所述第一规定时间数据时，将所述调用电路数据设置为所述第一电路标识；
当所述调用电路数据为所述第一电路标识时，将调用电路状态设置为所述第一电路状态数据；当所述调用电路数据为所述第二电路标识时，将调用电路状态设置为所述第二电路状态数据；
当所述调用电路状态为正常时，激活所述第一电路和所述第二电路中与所述调用电路数据对应的电路；
当所述调用电路状态为故障时，将所述第一电路和所述第二电路中另一个电路的电路状态数据作为新调用电路状态；当所述新调用电路状态为所述正常时，激活所述第一电路和所述第二电路中与所述调用电路数据对应的电路；当所述新调用电路状态为所述故障时，停止对交直流进行转换处理。
优选的，所述方法还包括：
所述应急牵引用双向充电机根据不同的电压母线，使用对应的漏电检测电路进行母线漏电检测处理；在所述交流母线上，使用所述交流漏电检测电路进行交流母线漏电检测处理；在第一直流电压母线上，使用所述第一漏电检测电路进行第一直流母线漏电检测处理；在第二直流电压母线上，使用所述第二漏电检测电路进行第二直流母线漏电检测处理；其中，所述电压母线包括所述交流母线、所述第一直流电压母线和所述第二直流电压母线；所述第一直流电压母线的电压高于所述第二直流电压母线的电压；
所述应急牵引用双向充电机根据所述模式数据，使用对应的漏电检测电路进行母线漏电检测处理；当所述模式数据为所述第一模式时，断开所述交流漏电检测电路，使用所述第一漏电检测电路进行第一直流母线漏电检测处理，使用所述第二漏电检测电路进行第二直流母线漏电检测处理；当所述模式数据为所述第二模式时，使用所述交流漏电检测电路进行交流母线漏电检测处理，断开所述第一漏电检测电路，使用所述第二漏电检测电路进行第二直流母线漏电检测处理；当所述模式数据为所述第三模式时，使用所述交流漏电检测电路进行交流母线漏电检测处理，使用所述第一漏电检测电路进行第一直流母线漏电检测处理，使用所述第二漏电检测电路进行第二直流母线漏电检测处理；当所述模式数据为所述第四模式时，断开所述交流漏电检测电路，使用所述第一漏电检测电路进行第一直流母线漏电检测处理，使用所述第二漏电检测电路进行第二直流母线漏电检测处理。
优选的，所述动力电池组为直流650伏动力电池组，所述蓄电池组为直流110伏蓄电池组，所述交流电压母线为交流380伏母线，所述第一直流电压母线为直流650伏母线，所述第二直流电压母线为直流110伏母线，所述交流漏电检测电路为交流380伏漏电检测电路，所述第一漏电检测电路为直流650伏漏电检测电路，所述第二漏电检测电路为直流110伏漏电检测电路。
本发明实施例提供的一种动车组应急牵引用双向充电机的控制方法，至少具有如下技术效果或优点：1、动车组用应急牵引用双向充电机，在原有充电机DC110V供电的基础上，能够实现DC650V电池充电及反向AC380V供电，充电机功能更加全面；2、优化脉冲宽度调制(Pulse width modulation，PWM)整流算法，在传统电压外环的基础上，为应对动力电池充电限流等特殊需求，增加了与输出电流和充电电流的切换，能够自动在各中输出模式下切换；3、新型的功率模块调度方法，综合日期单双号和工作时间进行判断，解决了传统模块互备方案中两个模块工作时间不一致的问题，使功率模块的寿命趋于一致，更加有利于检修维护；4、结合充电机双向输出特点，提出充电机接地检测系统方案，保证各个区间在不同工作模式下均有接地检测电路，并且保证接地检测功能不与其他设备重复，避免产生问题。
附图说明
图1为本发明实施例一提供的动车组应急牵引用双向充电机的控制方法示意图；
图2为本发明实施例一提供的应急牵引用双向充电机的示意图；
图3a为本发明实施例一提供的第一模式拓扑图；
图3b为本发明实施例一提供的第二模式拓扑图；
图3c为本发明实施例一提供的第三模式拓扑图；
图3d为本发明实施例一提供的第四模式拓扑图；
图4为本发明实施例二提供的三相全桥电路外环反馈值处理方法示意图；
图5为本发明实施例三提供的三相全桥电路调度方法示意图；
图6a为本发明实施例四提供的交流380伏漏电检测电路示意图；
图6b为本发明实施例四提供的直流650伏漏电检测电路示意图；
图6c为本发明实施例四提供的直流110伏漏电检测电路示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
实施例一
图1为本发明实施例一提供的动车组应急牵引用双向充电机的控制方法示意图，本发明实施例涉及的动车组至少包括网络控制系统、交流母线、应急牵引用双向充电机、直流110伏蓄电池组、直流650伏动力电池组、直流负载、牵引系统交流负载和空调交流负载等，如图1所示，本发明实施例一的动车组应急牵引用双向充电机的控制方法，包括以下步骤：
S1，应急牵引用双向充电机从网络控制系统，获取第一指令；并从第一指令中获取模式数据；
其中，第一指令包括模式数据；模式数据包括第一模式、第二模式、第三模式和第四模式；应急牵引用双向充电机包括预充电回路、交流380伏漏电检测电路、三相工频变压器、交流滤波电容、接触器、交流电感、三相全桥电路、直流650伏漏电检测电路、移相全桥电路及直流110伏漏电检测电路。
此处，第一指令为从动车组网络控制系统下发的用于启动应急牵引用双向充电机进入具体工作模式的指令信息，第一指令包括四种模式：第一、二、三和四模式。
这里，应急牵引用双向充电机的内部模块结构，如图2为本发明实施例一提供的应急牵引用双向充电机的示意图所示。
S2，应急牵引用双向充电机在模式数据为第一模式时，从交流母线取电，对直流650伏动力电池组、直流110伏蓄电池组和直流负载进行供电处理；
具体包括：S21，应急牵引用双向充电机在模式数据为第一模式时，将模式数据向直流650伏动力电池组进行发送；
此处，在实际应用场景中，第一模式常被称之为正常模式；在该模式下动车组正常升弓，动车组使用应急牵引用双向充电机对DC110V蓄电池进行充电，对DC650动力电池组进行充电；具体的网络拓扑结构，如图3a为本发明实施例一提供的第一模式拓扑图所示；
应急牵引用双向充电机在获得模式数据后，需要与DC650动力电池组取得同步，使其也处于预备接收充电的状态；
S22，闭合接触器用于连接直流650伏动力电池组；
此处，通过闭合接触器实现与直流650伏动力电池组的连接；
S23，使用预充电回路对应急牵引用双向充电机进行预充电处理；
此处，预充电是为了保证应急牵引用双向充电机内部的处理单元可以正常工作；
S24，从交流母线取电，得到第一交流电；使用三相全桥电路，对第一交流电进行脉冲宽度调制(Pulse width modulation，PWM)整流处理，得到第一直流电；并使用第一直流电对直流650伏动力电池组进行供电处理；
其中，第一交流电的电压为380伏；第一直流电的电压为650伏；
此处使用的三相全桥电路，具备AC/DC双向转换的功能，这里是使用其的AC/DC转换功能，将380V交流电转换为650V直流电，再对直流650伏动力电池组进行充电；
S25，使用移相全桥电路，对第一直流电进行电压变换处理，得到第二直流电；并使用第二直流电对直流110伏蓄电池组和直流负载进行供电处理；
其中，第二直流电的电压为110伏。
此处，对第一直流电进行电压变换处理，是将第一直流电从650V降到110V，再用于对直流110伏蓄电池组进行充电。
S3，应急牵引用双向充电机在模式数据为第二模式时，从直流650伏动力电池组取电，对牵引系统交流负载、直流110伏蓄电池组和直流负载进行供电处理；
具体包括：S31，应急牵引用双向充电机在模式数据为第二模式时，将模式数据向直流650伏动力电池组进行发送；
此处，在实际应用场景中，第二模式常被称之为应急自走行模式；在该模式下弓网出现故障，动车组失去外部供电，动车组需从直流650伏动力电池组取电，对牵引系统交流负载、直流110伏蓄电池组和直流负载进行供电，具体的网络拓扑结构，如图3b为本发明实施例一提供的第二模式拓扑图所示；
S32，闭合接触器用于连接直流650伏动力电池组；
此处，通过闭合接触器实现与直流650伏动力电池组的连接；
S33，使用预充电回路对应急牵引用双向充电机进行预充电处理；
此处，预充电是为了保证应急牵引用双向充电机内部的处理单元可以正常工作；
S34，从直流650伏动力电池组取电，得到第三直流电；使用三相全桥电路，对第三直流电进行逆变处理，得到第二交流电；利用第二交流电对牵引系统交流负载进行供电处理；
其中，第三直流电电压为650伏；第二交流电电压为380伏；
此处使用的三相全桥电路，具备AC/DC双向转换的功能，这里是使用其的DC/AC逆变功能，将650V直流电转换为380V交流电，然后再使用转换后的交流电对牵引系统交流负载进行供电；这里的牵引系统交流负载包括牵引变流器、辅助变流器、牵引冷却系统等等；
S35，使用移相全桥电路，对第三直流电进行电压变换处理，得到第四直流电；利用第四直流电对直流110伏蓄电池组和直流负载进行供电处理；
其中，第四直流电的电压为110伏。
此处，要对直流110伏蓄电池组和直流负载进行供电，所以要使用移相全桥电路，将直流电从650V降至110V。
S4，应急牵引用双向充电机在模式数据为第三模式时，从直流650伏动力电池组取电，对空调交流负载、直流110伏蓄电池组和直流负载进行供电处理；
具体包括：S41，应急牵引用双向充电机在模式数据为第三模式时，将模式数据向直流650伏动力电池组进行发送；
此处，在实际应用场景中，第三模式常被称之为应急空调模式；在该模式下动车组不能升弓，动车组失去外部供电，动车组需从直流650伏动力电池组取电，对空调交流负载、直流110伏蓄电池组和直流负载进行供电，具体的网络拓扑结构，如图3c为本发明实施例一提供的第三模式拓扑图所示；
S42，闭合接触器用于连接直流650伏动力电池组；
此处，通过闭合接触器实现与直流650伏动力电池组的连接；
S43，使用预充电回路对应急牵引用双向充电机进行预充电处理；
此处，预充电是为了保证应急牵引用双向充电机内部的处理单元可以正常工作；
S44，从直流650伏动力电池组取电，得到第五直流电；使用三相全桥电路，对第五直流电进行逆变处理，得到第三交流电；利用第三交流电对空调交流负载进行供电处理；
其中，第五直流电电压为650伏；第三交流电电压为380伏；
此处使用的三相全桥电路，具备AC/DC双向转换的功能，这里是使用其的DC/AC逆变功能，将650V直流电转换为380V交流电，然后再使用转换后的交流电对牵引系统交流负载进行供电；这里的空调交流负载具体为整个动车组空调负载(与牵引系统相关的除外)等等；
S45，使用移相全桥电路，对第五直流电进行电压变换处理，得到第六直流电；利用第六直流电对直流110伏蓄电池组和直流负载进行供电处理；
其中，第六直流电的电压为110伏。
此处，要对直流110伏蓄电池组和直流负载进行供电，所以要使用移相全桥电路，将直流电从650V降至110V。
S5，应急牵引用双向充电机在模式数据为第四模式时，从直流650伏动力电池组取电，对直流110伏蓄电池组和直流负载进行供电处理；
具体包括：S51，应急牵引用双向充电机在模式数据为第四模式时，将模式数据向直流650伏动力电池组进行发送；
此处，在实际应用场景中，第四模式常被称之为降弓充电模式；通常在调试或检修等情况下，弓网不工作时，会启动降弓充电功能进入降弓充电模式；在该模式下动车组失去外部供电，动车组需从直流650伏动力电池组取电，只对直流110伏蓄电池组和直流负载进行供电，具体的网络拓扑结构，如图3d为本发明实施例一提供的第四模式拓扑图所示；
S52，闭合接触器用于连接直流650伏动力电池组；
此处，通过闭合接触器实现与直流650伏动力电池组的连接；
S53，使用预充电回路对应急牵引用双向充电机进行预充电处理；
此处，预充电是为了保证应急牵引用双向充电机内部的处理单元可以正常工作；
S54，从直流650伏动力电池组取电，得到第七直流电；使用移相全桥电路，对第七直流电进行电压变换处理，得到第八直流电；利用第八直流电对直流110伏蓄电池组和直流负载进行供电处理；
其中，第七直流电的电压为650伏；第八直流电的电压为110伏。
此处，要对直流110伏蓄电池组和直流负载进行供电，所以要使用移相全桥电路，将直流电从650V降至110V。
实施例二
双向充电机工作在正常模式时，从交流母线取电通过三相全桥电路将AC380V转化成DC650V并为动力电池组充电，同时为后级移相全桥电路供电。由于电路功率有限，三相全桥电路的输出应优先保证移相全桥电路的供电，在此基础上对动力电池的充电电流不能大于电池管理系统(BATTERY MANAGEMENT SYSTEM,BMS)限定的最大充电电流值。本实施例中的应急牵引用双向充电机优化了三相全桥电路的PWM整流算法，相对于传统的外环电压为设定值的处理方法，为应对动力电池组充电限流等特殊需求，增加了与输出电流和充电电流的切换处理，能够自动在各种输出模式下调整外环反馈值，继而三相全桥电路可以基于外环反馈值对电流进行调配。
如图4为本发明实施例二提供的三相全桥电路外环反馈值处理方法示意图所示，本发明实施例二的三相全桥电路外环反馈值处理方法，包括以下步骤：
S71，应急牵引用双向充电机在模式数据为第一模式时，使用三相全桥电路，对第一交流电进行PWM整流处理时，将由三相全桥电路的直流电压传感器采集的当前的直流电压作为第一电压数据；将从动力电池组的BMS获取的最大允许充电电压作为第一参考电压数据；将由三相全桥电路的总电流传感器采集的当前的总电流作为第一总电流数据；将预设的最大允许直流输出电流作为第一参考总电流数据；将由三相全桥电路的充电电流传感器采集的当前的充电电流作为第一充电电流数据；将从BMS获取的最大允许充电电流作为第一参考充电电流数据；
其中，三相全桥电路包括直流电压传感器、总电流传感器和充电电流传感器；动力电池组包括BMS；
此处，直流电压传感器用于采集输出电压的实时数值，总电流传感器用于采集直流输出总电流的实时数值，充电电流传感器用于采集充电电流的实时数值；应急牵引用双向充电机可以从动力电池组的BMS处获得实时的最大允许充电电压和最大允许充电电流；
S72，应急牵引用双向充电机根据第一电压数据与第一参考电压数据的比值，生成第一比值；根据第一总电流数据与第一参考总电流数据的比值，生成第二比值；根据第一充电电流数据与第一参考充电电流数据的比值，生成第三比值；
此处，通过比值计算体现信号或数据的变化性；
S73，应急牵引用双向充电机判断第一比值是否同时大于第二比值和第三比值，当第一比值同时大于第二比值和第三比值时，转至S74；当第一比值小于第二比值或第三比值时，转至S75；
S74，应急牵引用双向充电机将第一比值作为三相全桥电路的外环反馈值；转至S76；
此处，外环反馈值为第一比值；
S75，应急牵引用双向充电机将第二比值与第三比值中的偏大值，作为外环反馈值；
此处，外环反馈值为MAX(第二比值，第三比值)，这里MAX()是取最大值函数；
S76，三相全桥电路根据外环反馈值对外环电压进行切换处理。
此处，三相全桥电路会根据外环反馈值的取值和变化，对外环电压进行调配，以保证输出电压和输出电流不会超过BMS限定的最大充电电流值、最大充电电压值以及直流输出总电流值。
实施例三
应急牵引用双向充电机内部两个三相全桥电路互备工作，同一时间只有一个工作，为避免过度使用其中一个模块，本发明实施例使用了一种三相全桥电路调度方法，根据网络日期、累计运行时间、电路状态进行调度。
如图5为本发明实施例三提供的三相全桥电路调度方法示意图所示，本发明实施例三的三相全桥电路调度方法，包括以下步骤：
S81，应急牵引用双向充电机从网络控制系统获取网络日期数据、从本地获取第一电路累计运行时间数据、第二电路累计运行时间数据与第一电路状态数据、第二电路状态数据以及第一规定时间数据；
其中，应急牵引用双向充电机包括两个三相全桥电路：第一电路和第二电路；
此处，网络日期数据是从动车组的网络控制系统获取的，其他数据都存储在应急牵引用双向充电机的本地介质中；第一电路累计运行时间数据、第二电路累计运行时间数据分别用来记录第一、第二电路总共累计的运行时长，数据越大，表示设备使用时间越长；第一电路状态数据、第二电路状态数据分别用来记录第一、第二电路的当前状态，至少包括两类状态信息：正常和故障；
S82，判断网络日期数据是否为单日，当网络日期为单日时，转至S83；当网络日期数据为双日时，转至S85；
此处的单日，指的是日期当中，日子的数值；例如网络日期数据为20200203(表示2020年2月3日)就是个单日，网络日期数据为20200202(表示2020年2月2日)就是个双日；
S83，将调用电路数据设置为第一电路标识；
此处，调用电路数据是用来缓存第一、二电路的电路标识的，在完成所有处理之后，如果调用电路数据中缓存的是第一电路标识，就说明要激活第一电路；如果调用电路数据中缓存的是第二电路标识，就说明要激活第二电路；
S84，当第一电路累计运行时间减去第二电路累计运行时间的差大于第一规定时间数据时，将调用电路数据设置为第二电路标识；转至S87；
此处，常见的第一规定时间数据会被设定为96小时，应急牵引用双向充电机通过调整第一规定时间数据的长短，来平衡两个三相全桥电路的平均工作时长；
S85，将调用电路数据设置为第二电路标识；
S86，当第二电路累计运行时间减去第一电路累计运行时间的差大于第一规定时间数据时，将调用电路数据设置为第一电路标识；
此处，与S84近似，不做赘述；
S87，当调用电路数据为第一电路标识时，将调用电路状态设置为第一电路状态数据；当调用电路数据为第二电路标识时，将调用电路状态设置为第二电路状态数据；
此处，调用电路状态是用来统计第一、二电路当前的具体工作状态的：第一、二电路状态数据；
S88，当调用电路状态为正常时，激活第一电路和第二电路中与调用电路数据对应的电路；当调用电路状态为故障时，将第一电路和第二电路中另一个电路的电路状态数据作为新调用电路状态，继而当新调用电路状态为正常时激活第一电路和第二电路中与调用电路数据对应的电路，当新调用电路状态为故障时停止对交直流进行转换处理。
例如，调用电路数据为第一电路标识，调用电路状态为正常，则激活对应的第一电路；
又例如，调用电路数据为第一电路标识，调用电路状态为故障；则将第二电路标识作为新的调用电路数据，将第二电路状态数据作为新调用电路状态；如果新调用电路状态为正常，激活对应的第二电路；
又例如，调用电路数据为第一电路标识，调用电路状态为故障；则将第二电路标识作为新的调用电路数据，将第二电路状态数据作为新调用电路状态；如果新调用电路状态为故障，应急牵引用双向充电机会停止对交直流进行转换处理，并同时向网络控制系统上传对应的错误或报警信息。
实施例四
本发明实施例中的应急牵引用双向充电机，结合充电机双向输出特点，在各个区间在不同工作模式下均有接地检测电路，并且保证接地检测功能不与其他设备重复，避免产生问题。
具体的，本实施例中的应急牵引用双向充电机所涉及的电压区间包括AC380V母线、DC650V回路和DC110V母线，在不同的电压区间通过隔离变压器进行隔离并设置漏电检测装置，主要包括：交流380伏漏电检测电路、直流650伏漏电检测电路和直流110伏漏电检测电路三种，分别如图6a为本发明实施例四提供的交流380伏漏电检测电路示意图、图6b为本发明实施例四提供的直流650伏漏电检测电路示意图和图6c为本发明实施例四提供的直流110伏漏电检测电路示意图所示。
其中，交流380伏漏电检测电路，如图6a所示，包括一个电阻网络和一个电容网络；电阻网络包括第一电阻、第二电阻、第三电阻和接地电阻，另外还有一个电压传感器(第一电压传感器)用于采集接地电阻的电压；第一电阻连接三相交流第一相线与电阻网络的第一中性点，第二电阻连接三相交流第二相线与电阻网络的第一中性点，第三电阻连接三相交流第三相线与电阻网络的第一中性点；电容网络包括第一电容、第二电容和第三电容；第一电容连接三相交流第一相线与电容网络的第二中性点，第二电容连接三相交流第二相线与电容网络的第二中性点，第三电容连接三相交流第三相线与电容网络的第二中性点；
应急牵引用双向充电机通过第一电压传感器采集接地电阻两端的电压值，当交流系统发生接地时，会通过第一、第二、第三电容回流，从而改变接地电阻两端电压，当接地电阻两端电压达到一定阈值后，应急牵引用双向充电机会激活接地保护处理流程，例如上报错误信息及对自身进行闭锁处理等。
直流650伏漏电检测电路如图6b所示，包括两个电阻：第四电阻和第五电阻，一个电容：第三电容；一个电压传感器：第二电压传感器；第四电阻与第五电阻串联，用于连接直流的正负端，且第四电阻阻值:第五电阻阻值＝3:1，第四电阻与第五电阻之间的中心点接地；第三电容连接第四、五电阻之间的中心点与直流负端；第二电压传感器连接第四、五电阻之间的中心点与直流负端；
应急牵引用双向充电机使用第二电压传感器检测第五电阻两端电压，通过检测此电压值与直流正负端压差的比值，判断是否发生接地及接地点的位置；当比值超过规定阈值之后，应急牵引用双向充电机将会激活对应的接地故障处理流程，例如上报交流接地故障信息等。
直流110伏漏电检测电路如图6c所示，包括三个电阻：第六、第七和第八电阻，一个电压传感器：第三电压传感器；第六电阻与第七电阻串联，用于连接直流110伏的正负端；第八电阻连接第六、第七电阻之间的中心点与地线；第三电压传感器连接直流110伏正端与第六、第七电阻之间的中心点，用于检测第六电阻两端电压；
当发生漏电时正负线对地阻值变化时，会造成第六电阻两端电压变化；因此，应急牵引用双向充电机以第六电阻两端电压与母线电压的比值，作为判断直流母线是否漏电的依据，当比值超过规定阈值之后，应急牵引用双向充电机将会激活对应的接地故障处理流程，例如上报错误信息及对自身电路进行闭锁处理等。
另外，由于应急牵引用双向充电机牵引变流器和辅助变流器存在共用回路，为避免漏电检测电路的重复设置，影响漏电检测的准确度，双向充电机内部的漏电检测装置设有接触器，在不同工作模式下根据双向充电机承担的作用，三个区间的漏电检测装置进行统一管理。
其中，交流380伏母线漏电检测通过继电器KM1控制，直流650伏回路漏电检测通过继电器KM4控制，直流110伏母线漏电检测电路时刻工作，不需分断；其中KM1、KM4如实施例一的图2所示。
另外，本发明实施例可以根据工作模式不同，而设定不同的漏电检测方案：
1)在第一模式(正常模式)时，应急牵引用双向充电机从三相交流母线取电，此时交流母线的漏电检测由辅助变流器承担，双向充电机内部的交流检测电路不投入，继电器KM1断开，交流650伏回路漏电检测由应急牵引用双向充电机承担，继电器KM4闭合；
2)在第二模式(应急自走行模式)时，辅助变流器停止工作，牵引变流器工作且从直流650伏回路取电，由应急牵引用双向充电机为交流母线供电，继电器KM1闭合，应急牵引用双向充电机内部的交流380伏漏电检测电路承担交流380伏交流母线的漏电检测功能。由于应急自走行模式下，应急牵引用双向充电机与牵引变流器均从直流650伏回路取电，此时继电器KM4断开，由牵引变流器中间直流环节的漏电检测电路承担直流650伏区间的漏电检测功能。
3)在第三模式(应急空调模式)时，牵引变流器及辅助变流器均不工作，应急牵引用双向充电机从直流650伏回路取电，逆变为交流380伏为交流母线供电，继电器KM1和继电器KM4均闭合，由应急牵引用双向充电机承担交流380伏母线和直流650伏区间的漏电检测功能。
4)在第四模式(降弓充电模式)时，，牵引、辅助及应急牵引用双向充电机的三相全桥电路均不工作，只有移相全桥电路从直流650伏电路取电变换为直流110伏，继电器KM4闭合，由应急牵引用双向充电机承担直流650伏区间的漏电检测，此时交流380伏回路无电，继电器KM1断开，不承担交流380伏母线漏电检测功能。
本发明实施例提供的一种动车组应急牵引用双向充电机的控制方法，至少具有如下技术效果或优点：1、动车组用新型双向充电机，在原有充电机DC110V供电的基础上，能够实现DC650V电池充电及反向AC380V供电，充电机功能更加全面；2、优化PWM整流算法，在传统电压外环的基础上，为应对动力电池充电限流等特殊需求，增加了与输出电流和充电电流的切换，能够自动在各中输出模式下切换；3、新型的功率模块调度方法，综合日期单双号和工作时间进行判断，解决了传统模块互备方案中两个模块工作时间不一致的问题，使功率模块的寿命趋于一致，更加有利于检修维护；4、结合充电机双向输出特点，提出充电机接地检测系统方案，保证各个区间在不同工作模式下均有接地检测电路，并且保证接地检测功能不与其他设备重复，避免产生问题。
专业人员应该还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(RAM)、内存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种动车组应急牵引用双向充电机的控制方法，其特征在于，所述方法应用于动车组，所述动车组包括网络控制系统、交流母线、应急牵引用双向充电机、蓄电池组、动力电池组、直流负载、牵引系统交流负载和空调交流负载，所述方法包括：
S1，所述应急牵引用双向充电机从所述网络控制系统，获取第一指令，并从所述第一指令中获取模式数据；
S2，所述应急牵引用双向充电机在所述模式数据为第一模式时，从所述交流母线取电，对所述动力电池组、所述蓄电池组和所述直流负载进行供电处理；
S3，所述应急牵引用双向充电机在所述模式数据为第二模式时，从所述动力电池组取电，对所述牵引系统交流负载、所述蓄电池组和所述直流负载进行供电处理；
S4，所述应急牵引用双向充电机在所述模式数据为第三模式时，从所述动力电池组取电，对所述空调交流负载、所述蓄电池组和所述直流负载进行供电处理；
S5，所述应急牵引用双向充电机在所述模式数据为第四模式时，从所述动力电池组取电，对所述蓄电池组和所述直流负载进行供电处理。
2.根据权利要求1所述的动车组应急牵引用双向充电机的控制方法，其特征在于，
所述应急牵引用双向充电机包括预充电回路、交流漏电检测电路、三相工频变压器、交流滤波电容、接触器、交流电感、三相全桥电路、第一漏电检测电路、移相全桥电路及第二漏电检测电路。
3.根据权利要求2所述的动车组应急牵引用双向充电机的控制方法，其特征在于，所述应急牵引用双向充电机在所述模式数据为第一模式时，从所述交流母线取电，对所述动力电池组、所述蓄电池组和所述直流负载进行供电处理，具体包括：
所述应急牵引用双向充电机在所述模式数据为所述第一模式时，将所述模式数据向所述动力电池组进行发送；
闭合所述接触器用于连接所述动力电池组；
使用所述预充电回路对所述应急牵引用双向充电机进行预充电处理；
从所述交流母线取电，得到第一交流电；使用所述三相全桥电路，对所述第一交流电进行脉冲宽度调制PWM整流处理，得到第一直流电；并使用所述第一直流电对所述动力电池组进行供电处理；所述第一交流电的电压为380伏；所述第一直流电的电压为650伏；
使用所述移相全桥电路，对所述第一直流电进行电压变换处理，得到第二直流电；并使用所述第二直流电对所述蓄电池组和所述直流负载进行供电处理；所述第二直流电的电压为110伏。
4.根据权利要求2所述的动车组应急牵引用双向充电机的控制方法，其特征在于，所述应急牵引用双向充电机在所述模式数据为第二模式时，从所述动力电池组取电，对所述牵引系统交流负载、所述蓄电池组和所述直流负载进行供电处理，具体包括：
所述应急牵引用双向充电机在所述模式数据为所述第二模式时，将所述模式数据向所述动力电池组进行发送；
闭合所述接触器用于连接所述动力电池组；
使用所述预充电回路对所述应急牵引用双向充电机进行预充电处理；
从所述动力电池组取电，得到第三直流电；使用所述三相全桥电路，对所述第三直流电进行逆变处理，得到第二交流电；利用所述第二交流电对所述牵引系统交流负载进行供电处理；所述第三直流电电压为650伏；所述第二交流电电压为380伏；
使用所述移相全桥电路，对所述第三直流电进行电压变换处理，得到第四直流电；利用所述第四直流电对所述蓄电池组和所述直流负载进行供电处理；所述第四直流电的电压为110伏。
5.根据权利要求2所述的动车组应急牵引用双向充电机的控制方法，其特征在于，所述应急牵引用双向充电机在所述模式数据为第三模式时，从所述动力电池组取电，对所述空调交流负载、所述蓄电池组和所述直流负载进行供电处理，具体包括：
所述应急牵引用双向充电机在所述模式数据为所述第三模式时，将所述模式数据向所述动力电池组进行发送；
闭合所述接触器用于连接所述动力电池组；
使用所述预充电回路对所述应急牵引用双向充电机进行预充电处理；
从所述动力电池组取电，得到第五直流电；使用所述三相全桥电路，对所述第五直流电进行逆变处理，得到第三交流电；利用所述第三交流电对所述空调交流负载进行供电处理；所述第五直流电电压为650伏；所述第三交流电电压为380伏；
使用所述移相全桥电路，对所述第五直流电进行电压变换处理，得到第六直流电；利用所述第六直流电对所述蓄电池组和所述直流负载进行供电处理；所述第六直流电的电压为110伏。
6.根据权利要求2所述的动车组应急牵引用双向充电机的控制方法，其特征在于，所述应急牵引用双向充电机在所述模式数据为第四模式时，从所述动力电池组取电，对所述蓄电池组和所述直流负载进行供电处理，具体包括：
所述应急牵引用双向充电机在所述模式数据为所述第四模式时，将所述模式数据向所述动力电池组进行发送；
闭合所述接触器用于连接所述动力电池组；
使用所述预充电回路对所述应急牵引用双向充电机进行预充电处理；
从所述动力电池组取电，得到第七直流电；使用所述移相全桥电路，对所述第七直流电进行电压变换处理，得到第八直流电；利用所述第八直流电对所述蓄电池组和所述直流负载进行供电处理；所述第七直流电的电压为650伏；所述第八直流电的电压为110伏。
7.根据权利要求3所述的动车组应急牵引用双向充电机的控制方法，其特征在于，所述方法还包括：
所述应急牵引用双向充电机在所述模式数据为所述第一模式时，使用所述三相全桥电路，对所述第一交流电进行PWM整流处理时，将由所述三相全桥电路的直流电压传感器采集的当前的直流电压作为第一电压数据；将从所述动力电池组的电池管理系统BMS获取的最大允许充电电压作为第一参考电压数据；将由所述三相全桥电路的总电流传感器采集的当前的总电流作为第一总电流数据；将预设的最大允许直流输出电流作为第一参考总电流数据；将由所述三相全桥电路的充电电流传感器采集的当前的充电电流作为第一充电电流数据；将从所述BMS获取的最大允许充电电流作为第一参考充电电流数据；所述三相全桥电路包括所述直流电压传感器、所述总电流传感器和所述充电电流传感器；所述动力电池组包括所述BMS；
所述应急牵引用双向充电机根据所述第一电压数据与所述第一参考电压数据的比值，生成第一比值；根据所述第一总电流数据与所述第一参考总电流数据的比值，生成第二比值；根据所述第一充电电流数据与所述第一参考充电电流数据的比值，生成第三比值；
所述应急牵引用双向充电机判断所述第一比值是否同时大于所述第二比值和所述第三比值，当所述第一比值同时大于所述第二比值和所述第三比值时，将所述第一比值作为所述三相全桥电路的外环反馈值；当所述第一比值小于所述第二比值或所述第三比值时，将所述第二比值与所述第三比值中的偏大值，作为所述外环反馈值；
所述三相全桥电路根据所述外环反馈值对外环电压进行切换处理。
8.根据权利要求2所述的动车组应急牵引用双向充电机的控制方法，其特征在于，所述方法还包括：
所述应急牵引用双向充电机从所述网络控制系统获取网络日期数据、从本地获取第一电路累计运行时间数据、第二电路累计运行时间数据与第一电路状态数据、第二电路状态数据以及第一规定时间数据；所述应急牵引用双向充电机包括两个三相全桥电路：第一电路和第二电路；
判断所述网络日期数据是否为单日；当所述网络日期为单日时，将调用电路数据设置为第一电路标识，当所述第一电路累计运行时间减去所述第二电路累计运行时间的差大于所述第一规定时间数据时，将所述调用电路数据设置为第二电路标识；当所述网络日期数据为双日时，将所述调用电路数据设置为所述第二电路标识，当所述第二电路累计运行时间减去所述第一电路累计运行时间的差大于所述第一规定时间数据时，将所述调用电路数据设置为所述第一电路标识；
当所述调用电路数据为所述第一电路标识时，将调用电路状态设置为所述第一电路状态数据；当所述调用电路数据为所述第二电路标识时，将调用电路状态设置为所述第二电路状态数据；
当所述调用电路状态为正常时，激活所述第一电路和所述第二电路中与所述调用电路数据对应的电路；
当所述调用电路状态为故障时，将所述第一电路和所述第二电路中另一个电路的电路状态数据作为新调用电路状态；当所述新调用电路状态为所述正常时，激活所述第一电路和所述第二电路中与所述调用电路数据对应的电路；当所述新调用电路状态为所述故障时，停止对交直流进行转换处理。
9.根据权利要求2所述的动车组应急牵引用双向充电机的控制方法，其特征在于，所述方法还包括：
所述应急牵引用双向充电机根据不同的电压母线，使用对应的漏电检测电路进行母线漏电检测处理；在所述交流母线上，使用所述交流漏电检测电路进行交流母线漏电检测处理；在第一直流电压母线上，使用所述第一漏电检测电路进行第一直流母线漏电检测处理；在第二直流电压母线上，使用所述第二漏电检测电路进行第二直流母线漏电检测处理；其中，所述电压母线包括所述交流母线、所述第一直流电压母线和所述第二直流电压母线；所述第一直流电压母线的电压高于所述第二直流电压母线的电压；
所述应急牵引用双向充电机根据所述模式数据，使用对应的漏电检测电路进行母线漏电检测处理；当所述模式数据为所述第一模式时，断开所述交流漏电检测电路，使用所述第一漏电检测电路进行第一直流母线漏电检测处理，使用所述第二漏电检测电路进行第二直流母线漏电检测处理；当所述模式数据为所述第二模式时，使用所述交流漏电检测电路进行交流母线漏电检测处理，断开所述第一漏电检测电路，使用所述第二漏电检测电路进行第二直流母线漏电检测处理；当所述模式数据为所述第三模式时，使用所述交流漏电检测电路进行交流母线漏电检测处理，使用所述第一漏电检测电路进行第一直流母线漏电检测处理，使用所述第二漏电检测电路进行第二直流母线漏电检测处理；当所述模式数据为所述第四模式时，断开所述交流漏电检测电路，使用所述第一漏电检测电路进行第一直流母线漏电检测处理，使用所述第二漏电检测电路进行第二直流母线漏电检测处理。
10.根据权利要求1-9任一所述的动车组应急牵引用双向充电机的控制方法，其特征在于，所述动力电池组为直流650伏动力电池组，所述蓄电池组为直流110伏蓄电池组，所述交流电压母线为交流380伏母线，所述第一直流电压母线为直流650伏母线，所述第二直流电压母线为直流110伏母线，所述交流漏电检测电路为交流380伏漏电检测电路，所述第一漏电检测电路为直流650伏漏电检测电路，所述第二漏电检测电路为直流110伏漏电检测电路。
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