CN112172846B - 一种机车降级运行控制方法与控制装置及机车 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种机车降级运行控制方法与控制装置及机车。所述机车降级运行控制方法包括如下步骤：步骤1：当机车动力源发生故障时，计算各个动力源的可用功率之和P_total=P₁+P₂+……+P_K；步骤2：定义k为机车的效率系数，P_a为机车固定负载功率，P_b为功率安全裕量，利用下式计算机车当前速度为v时的第一牵引力F_v’=k*(P_total‑P_a‑P_b)/v；步骤3：将F_v’与F_v进行比较，取较小值作为机车当前速度为v时允许发挥的牵引力最大值。本发明采用的降级运行控制方法达到机车可发挥牵引力在限定能源降级模式下，依旧能发挥大牵引力，实现了机车在能源降级情况下，依旧能有大牵引力输出，显著提高了机车的可用性。

Description

一种机车降级运行控制方法与控制装置及机车

技术领域

本发明涉及一种机车降级运行控制方法与控制装置及机车，属于轨道交通领域。

背景技术

目前的机车中，牵引力的发挥是由初始牵引力特性曲线限制的，牵引力特性曲线的横轴表示机车速度，纵轴表示可发挥牵引力。在一定速度下，可发挥的机车牵引力不可超过牵引力特性曲线中与该速度对应的可发挥牵引力。当机车的部件故障或者部件降级运行模式下，其降级运行往往是通过降低整条牵引力曲线中的牵引功率/牵引力来实现降级模式运行，例如，若动力源发生故障后其可用功率变为原来的50%，则机车的牵引力也变为原来的50%，即原本在低速正常时可以发挥180kN的牵引力，降级后，仅允许发挥90kN牵引力。该种降级模式运行可导致整车没有足够的牵引力发挥，如果存在后端载重较大或爬坡，将难以实现大牵引力输出，影响机车运行。

发明内容

本发明要解决的问题是针对现有技术中机车因动力源故障而降级运行时没有足够的牵引力发挥影响机车运行的问题，提供一种机车降级运行控制方法与控制装置及机车。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种机车降级运行控制方法，机车包括为机车牵引提供动力的K个动力源，K≥1，且当K≥2时，K个动力源相互并联，定义机车初始牵引力特性曲线中机车当前速度为v时允许发挥的牵引力最大值为F_v，所述机车运行控制方法包括如下步骤：

步骤1：当动力源发生故障时，计算各个动力源的可用功率之和P_total=P₁+P₂+……+P_K，其中P_i为动力源发生故障时第i个动力源的可用功率，i=1,2,……,K；

步骤2：定义k为机车的效率系数，P_a为机车固定负载功率，P_b为功率安全裕量，利用下式计算机车当前速度为v时的第一牵引力F_v’=k*(P_total-P_a-P_b)/v；

步骤3：将F_v’与F_v进行比较，取较小值作为机车当前速度为v时允许发挥的牵引力最大值。

本发明中，若判断机车发生故障且故障类型为动力源故障，则根据各个动力源的可用功率之和、机车的效率系数、机车固定负载功率、功率安全裕量计算机车当前速度为v时的第一牵引力，并将第一牵引力与机车牵引力特性曲线中与机车速度v对应的牵引力值进行比较，取较小值作为机车当前速度为v时允许发挥的牵引力最大值。相比于现有技术中根据动力源发生故障前后可发挥功率变化的百分比来确定最大可发挥牵引力变化的百分比的方案，本发明可以在动力源降级模式下（即动力源故障而无法发挥最大功率），依旧能发挥较大的机车牵引力，从而尽量减少动力源故障时对机车运行的影响，显著提高了机车的可用性。

上述技术方案中，定义i=1,2,……,K；若第i个动力源发生故障，则第i个动力源的可用功率P_i=a_i×Ini_P_i，其中a_i为第i个动力源发生故障时设定的百分比系数，Ini_P_i为第i个动力源的初始可用功率。

上述技术方案中，所述K个动力源为柴油机、牵引电池、超级电容中的一种或多种组合。

上述技术方案中，k的取值范围为0.5≤k≤1。

上述技术方案中，动力源的故障包括过温故障、低温故障、容量过低故障、过压故障、欠压故障。

本发明还提供一种机车降级运行控制装置，机车包括为机车牵引提供动力的K个动力源，K≥1，且当K≥2时，K个动力源相互并联，定义k为机车的效率系数，P_a为机车固定负载功率，P_b为功率安全裕量，定义机车初始牵引力特性曲线中机车当前速度为v时允许发挥的牵引力最大值为F_v，所述机车运行控制装置包括：

处理模块：用于在动力源发生故障时，计算各个动力源的可用功率之和P_total=P₁+P₂+……+P_K，并计算机车当前速度为v时的第一牵引力F_v’=k*(P_total-P_a-P_b)/v，其中P_i为机车动力源发生故障时第i个动力源的可用功率，i=1,2,……,K；

比较模块：用于将F_v’与F_v进行比较，取较小值作为机车当前速度为v时允许发挥的牵引力最大值。

本发明提供一种机车，包括上述机车降级运行控制装置。

本发明具有的优点和积极效果是：本发明基于动力源可用功率计算机车可用功率，通过调整功率发挥曲线，并动态计算机车牵引力。

本发明采用的降级运行控制方法达到机车可发挥牵引力在限定能源降级模式下，依旧能发挥大牵引力，实现了机车在能源降级情况下，依旧能有大牵引力输出，显著提高了机车的可用性。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，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申请的一些实施例，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是本发明的机车降级运行控制方法的步骤示意图；

图2是本发明的机车初始牵引力特性曲线、现有技术中动力源发生故障后的牵引力特性曲线、本发明的机车降级运行控制方法优化后的牵引力特性曲线的对比示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。

如图1所示，本发明提供一种机车降级运行控制方法，机车包括为机车牵引提供动力的K个动力源，K≥1，且当K≥2时，K个动力源相互并联，定义机车初始牵引力特性曲线中机车当前速度为v时允许发挥的牵引力最大值为F_v，所述机车运行控制方法包括如下步骤：

步骤1：当动力源发生故障时，计算各个动力源的可用功率之和P_total=P₁+P₂+……+P_K，其中P_i为动力源发生故障时第i个动力源的可用功率，i=1,2,……,K。此处P_total指的是动力源发生故障时各个动力源的可用功率之和。

步骤2：定义k为机车的效率系数，P_a为机车固定负载功率，P_b为功率安全裕量，利用下式计算机车当前速度为v时的第一牵引力F_v’=k*(P_total-P_a-P_b)/v。

在步骤2中，计算可用功率和在不同的速度等级下，机车可以发挥的牵引力值。即：

可用牵引功率=动力源1的可发挥功率+动力源2的可发挥功率+……-固定负载功率-安全裕量

步骤3：将F_v’与F_v进行比较，取较小值作为机车当前速度为v时允许发挥的牵引力最大值。根据本发明的降级运行控制方法，在当前速度v下，机车实际允许发挥的牵引力最大设定值，即为第一牵引力F_v’、在当前速度v时初始牵引力特性曲线的牵引力值F_v之中的最小值。

定义i=1,2,……,K；若第i个动力源发生故障，则第i个动力源的可用功率P_i=a_i×Ini_P_i，其中a_i为第i个动力源发生故障时设定的百分比系数，Ini_P_i为第i个动力源的初始可用功率。若第i个动力源未发生故障，则第i个动力源的可用功率P_i与其初始可用功率Ini_P_i相同。

所述K个动力源为柴油机、牵引电池、超级电容中的一种或多种组合。即K个动力源可均为柴油机或均为牵引电池或均为超级电容，或为柴油机、牵引电池、超级电容中任意两种或三种的组合。

机车的效率系数k的取值范围为0.5≤k≤1。

动力源的故障包括过温故障、低温故障、容量过低故障、过压故障、欠压故障。过温、低温是可由传感器采集，由内部控制器决定是否属于故障，并决定降低的等级。容量过低，一般指蓄电池电量或者指柴油机油量或者指超级电容的电量等，可设定保护值，当低于容量的保护值时进行降功率处理。

本发明中，动力源发生故障可能表示1个动力源发生故障，也可能表示多个动力源发生故障。如果多个动力源发生故障，不同动力源发生的故障可能不同，也可能相同。

动力源发生故障时，由动力源所在系统（例如柴油机模块、蓄电池模块、超级电容模块）自行进行判断需要降级（即动力源可用功率降低）的百分比，这属于现有技术的内容，本领域技术人员可以理解。

本发明还提供一种机车降级运行控制装置，机车包括为机车牵引提供动力的K个动力源，K≥1，且当K≥2时，K个动力源相互并联，定义k为机车的效率系数，P_a为机车固定负载功率，P_b为功率安全裕量，定义机车初始牵引力特性曲线中机车当前速度为v时允许发挥的牵引力最大值为F_v，所述机车运行控制装置包括：

处理模块：用于在动力源发生故障时，计算各个动力源的可用功率之和P_total=P₁+P₂+……+P_K，并计算机车当前速度为v时的第一牵引力F_v’=k*(P_total-P_a-P_b)/v，其中P_i为动力源发生故障时第i个动力源的可用功率，i=1,2,……,K；

比较模块：用于将F_v’与F_v进行比较，取较小值作为机车当前速度为v时允许发挥的牵引力最大值。

处理模块、比较模块可在机车的控制器中实现。

本发明还提供一种机车，包括上述机车降级运行控制装置。

本发明中，可以对故障模式进行细分，细分后，对于由于能源供应限定的降级模式可在原有基础上进行优化，使得机车虽处于降级模式运行，但仍能提供原始牵引力，使得机车仍可以牵引较大负载运行，可大大提高机车的可用性。

本发明中，限定能源即为动力源。限定能源的故障形式可以是过温、低温、容量偏低等任意影响原能源单元发挥的故障。在故障产生后，会对不同故障进行评估，并对功率输出进行不同的限制，以维持运用，且保护不发生更大范围的故障。其优化后的牵引曲线如图2所示，尤其在机车速度较低时，本发明的机车降级运行控制方法得到的允许发挥的牵引力最大值明显优于现有技术中动力源发生故障时允许发挥的牵引力最大值。

本发明提供一种降级运行控制方法，通过基于动力源的可用功率，计算机车可用功率，通过调整牵引力特性曲线，并动态计算机车牵引力，可以解决混合动力中动力包与储能元件自适应匹配发挥的问题。该方法适合于限定能源的情况，限定能源是指其典型的具有最大发挥功率的能源，当超过允许值，可能导致该限定能源系统供应不稳定，或者加剧故障等。例如柴油机供电、蓄电池供电、混合动力供电、超级电容等所有限定能源供电运行的方式。

例如，如表1所示，假设动力源1因过温故障限制功率为原来的60%为300kW；动力源2因容量故障限制功率为原来的50%为150kW，固定负载功率为50kW，功率安全裕量为25kW，则可用功率为375kW，则在机车速度为20km/h时，根据初始牵引力特性曲线，对应的牵引力最大值为128kN，降级后，按照现有技术的方法，则最大允许牵引力值调整的百分比也为50%，即最大允许牵引力值变为64kN，而根据本发明的机车运行控制方法，优化后机车当前速度为20km/h时允许发挥的牵引力最大值为68kN；在机车速度为10km/h时，根据初始牵引力特性曲线，对应的牵引力最大值为163kN，降级后，降级后，按照现有技术的方法，则最大允许牵引力值调整的百分比也为50%，即最大允许牵引力值变为81.5kN，而根据本发明的机车运行控制方法，优化后，机车当前速度为10km/h时允许发挥的牵引力最大值为135kN；在机车速度为7km/h时，根据初始牵引力特性曲线，对应的牵引力最大值为170kN，降级后，按照现有技术的方法，则最大允许牵引力值调整的百分比也为50%，即最大允许牵引力值变为85kN，而根据本发明的机车运行控制方法，机车当前速度为7km/h时允许发挥的牵引力最大值为170kN。

表1

可见，在越低速情况下，越可以接近原始曲线进行牵引力能力控制发挥。因此，如果在能源限制的情况下，机车和调车机车仍可发挥较大牵引力，从而提高机车可用性。

本申请中，限定能源指的是功率有限，在故障情况下，无法满足原始设定功率发挥的能源，例如柴油机供电、蓄电池供电、混合动力供电、超级电容等所有限定能源供电运行的方式。

本申请中，以上所提到的牵引力最大设定为实际机车允许发挥的最大牵引力最大设定值，司机可操控机车在可发挥最大牵引力最大设定值的范围内，以期望的牵引力运行。

需要说明的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。

以上对本发明的实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本专利涵盖范围之内。在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落入本申请所附权利要求所限定的范围。在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

Claims (7)

1.一种机车降级运行控制方法，机车包括为机车牵引提供动力的K个动力源，K≥1，且当K≥2时，K个动力源相互并联，定义机车初始牵引力特性曲线中机车当前速度为v时允许发挥的牵引力最大值为F_v，其特征在于：所述机车运行控制方法包括如下步骤：

步骤1：当动力源发生故障时，计算各个动力源的可用功率之和P_total=P₁+P₂+……+P_K，其中P_i为动力源发生故障时第i个动力源的可用功率，i=1,2,……,K；

步骤2：定义k为机车的效率系数，P_a为机车固定负载功率，P_b为功率安全裕量，利用下式计算机车当前速度为v时的第一牵引力F_v’=k*(P_total-P_a-P_b)/v；

步骤3：将F_v’与F_v进行比较，取较小值作为机车当前速度为v时允许发挥的牵引力最大值。

2.根据权利要求1所述的机车降级运行控制方法，其特征在于：若第i个动力源发生故障，则第i个动力源的可用功率P_i=a_i×Ini_P_i，其中a_i为第i个动力源发生故障时设定的百分比系数，Ini_P_i为第i个动力源的初始可用功率。

3.根据权利要求1所述的机车降级运行控制方法，其特征在于：所述K个动力源为柴油机、牵引电池、超级电容中的一种或多种组合。

4.根据权利要求1所述的机车降级运行控制方法，其特征在于：k的取值范围为0.5≤k≤1。

5.根据权利要求1所述的机车降级运行控制方法，其特征在于：动力源的故障包括过温故障、低温故障、容量过低故障、过压故障、欠压故障。

6.一种机车降级运行控制装置，机车包括为机车牵引提供动力的K个动力源，K≥1，且当K≥2时，K个动力源相互并联，定义k为机车的效率系数，P_a为机车固定负载功率，P_b为功率安全裕量，定义机车初始牵引力特性曲线中机车当前速度为v时允许发挥的牵引力最大值为F_v，其特征在于，所述机车运行控制装置包括：

处理模块：用于在动力源发生故障时，计算各个动力源的可用功率之和P_total=P₁+P₂+……+P_K，并计算机车当前速度为v时的第一牵引力F_v’=k*(P_total-P_a-P_b)/v，其中P_i为动力源发生故障时第i个动力源的可用功率，i=1,2,……,K；

比较模块：用于将F_v’与F_v进行比较，取较小值作为机车当前速度为v时允许发挥的牵引力最大值。

7.一种机车，其特征在于，包括如权利要求6所述的机车降级运行控制装置。

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