CN112721958B - 适合过断电区的牵引辅助系统、方法及车辆 - Google Patents

Abstract

本发明属于轨道交通领域，提供了一种适合过断电区的牵引辅助系统、方法及车辆。其中，适合过断电区的牵引辅助系统包括受流器、高压箱、牵引逆变器、牵引电机、制动电阻和辅助逆变器，其特征在于，在牵引逆变器与辅助逆变器之间连接有馈线，所述馈线的起点连接至牵引逆变器的预充电电路后端，终点连接至辅助逆变器的输入端，从起点至终点馈线上依次连接有接触器和第一二极管，所述接触器用来连接和断开牵引逆变器再生能量进入辅助逆变器，所述第一二极管用于防止三轨电流通过馈线流向牵引逆变器。其克服了辅助系统过断电区不能正常工作的问题，提高了辅助系统的可用性，降低了车辆配置成本。

Description

适合过断电区的牵引辅助系统、方法及车辆

技术领域

本发明属于轨道交通领域，尤其涉及一种适合过断电区的牵引辅助系统、方法及车辆。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

列车配置牵引和辅助系统，受流器从第三轨取电，进入高压箱分别为牵引和辅助系统供电，列车通常配有高压母线，当一个受流器故障或者进入断电区时，其他正常工作的受流器可为列车的牵引和辅助系统供电，该方法存在将无电区的三轨导通带电的情况，给运营方带来风险，目前可行的方法包括取消高压母线的方案和增加储能装置的方案。

其中，消高压母线的方案，本车的受流器仅为本车的高压箱供电，但发明人发现，该方法存在当列车驶入断电区时，进入断电区的车辆无高压，本车的牵引和辅助系统无法正常工作，当再次进入有电区域时，本车的牵引和辅助系统将恢复工作，如果断电区较多，牵引和辅助系统将频繁启动、关断，特别是辅助系统后端负载频繁启动、关断会对乘客的舒适性有较大影响。

对于增加储能装置的方案，当三轨不可用时通过储能装置为列车提供高压电，提升车辆过无电区时车辆的性能，但发明人发现，该方法需要额外增加储能装置，增高了车辆配置成本，且该方案更适合于较长距离无电区的车辆。

发明内容

为了解决上述背景技术中存在的至少一项技术问题，本发明提供一种适合过断电区的牵引辅助系统、方法及车辆，其采用牵引电机作为发电机将动能转换为电能，通过一条馈线为辅助逆变器提供电能的技术手段，克服了辅助系统过断电区不能正常工作的问题，提高了辅助系统的可用性，降低了车辆配置成本。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明的第一个方面提供一种适合过断电区的牵引辅助系统。

一种适合过断电区的牵引辅助系统，包括受流器、高压箱、牵引逆变器、牵引电机、制动电阻和辅助逆变器，在牵引逆变器与辅助逆变器之间连接有馈线，所述馈线的起点连接至牵引逆变器的预充电电路后端，终点连接至辅助逆变器的输入端，从起点至终点馈线上依次连接有接触器和第一二极管，所述接触器用来连接和断开牵引逆变器再生能量进入辅助逆变器，所述第一二极管用于防止三轨电流通过馈线流向牵引逆变器。

作为一种实施方式，在接触器与第一二极管之间还串接有熔断器，所述熔断器用来保护牵引逆变器和高压箱之间的馈线电路，以防止馈线电路过流或短路。

作为一种实施方式，所述熔断器设置在牵引逆变器中。

作为一种实施方式，所述接触器设置在牵引逆变器中。

作为一种实施方式，所述第一二极管设置在高压箱内。

作为一种实施方式，所述高压箱内的辅助熔断器与辅助逆变器设置有第二二极管，所述第二二极管用于防止再生电能或辅助系统输入端放电流向三轨。

本发明的第二个方面提供一种适合过断电区的牵引辅助系统的工作方法。

一种适合过断电区的牵引辅助系统的工作方法，包括：

当检测到车辆驶入断电区时，控制接触器闭合，不管牵引系统处于任何操作模式，均将牵引电机作为发电机，通过牵引逆变器的逆变电路提供直流电通过馈线为辅助逆变器供电，同时利用第一二极管防止三轨电流通过馈线流向牵引逆变器；当检测到车辆驶出断电区时，控制接触器断开。

作为一种实施方式，车辆正常工作且处于再生制动工况时，将能量回馈电网，辅助系统可使用再生制动产生的能量。

作为一种实施方式，在车辆行驶通过断电区时，牵引系统自动恢复到牵引状态。

本发明的第三个方面提供一种车辆。

一种车辆，其包括如上述所述的适合过断电区的牵引辅助系统。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明在牵引逆变器与辅助逆变器之间连接馈线，其中馈线的起点连接至牵引逆变器的预充电电路后端，终点连接至辅助逆变器的输入端，采用牵引电机作为发电机将动能转换为电能，通过一条馈线为辅助逆变器提供电能的技术手段，克服了辅助系统过断电区不能正常工作的问题，提高了辅助系统的可用性，降低了车辆配置成本。

本发明从起点至终点馈线上依次连接有接触器和第一二极管，其中，接触器用来连接和断开牵引逆变器再生能量进入辅助逆变器，第一二极管避免了三轨电流通过馈线流向牵引逆变器，保证了进入断电区的辅助系统仍可以正常工作。

本发明附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1是本发明实施例的适合过断电区的牵引辅助系统结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

为了解决背景技术中提及到的辅助系统过断电区不能正常工作的问题，本实施例提供了一种适合过断电区的牵引辅助系统。

本实施例适合过断电区的牵引辅助系统具体包括受流器、高压箱、牵引逆变器、牵引电机、制动电阻和辅助逆变器。

其中，受流器一般布置在车辆两侧的转向架上，从三轨取电，为列车提供电能；

高压箱中一般包含轨道间隙探测电流传感器、电压传感器、三位置闸刀开关、高速断路器、熔断器、二极管等器件，将受流器的电能分为两路，一路为牵引系统供电，一路为辅助系统供电。

牵引逆变器主要包括预充电电路、滤波电抗器、支撑电容、IGBT逆变电路、制动斩波电路、电压传感器、电流传感器等，列车牵引时，牵引逆变器将三轨直流电转换为三相变频变压交流电，用来驱动牵引电机；列车电制动时，牵引逆变器可将电机的动能转换为直流电回馈电网，当电能超过电网的吸收能力时，多余的电能将消耗在制动电阻上。

辅助逆变器将三轨的直流电转化为三相交流电和DC110V直流电，为相应的负载供电。

此处需要说明的是，受流器、高压箱、牵引逆变器、牵引电机、制动电阻和辅助逆变器的结构均为现有结构。

如图1所示，本实施例适合过断电区的牵引辅助系统，在牵引逆变器与辅助逆变器之间连接有馈线，所述馈线的起点连接至牵引逆变器的预充电电路后端，终点连接至辅助逆变器的输入端，从起点至终点馈线上依次连接有接触器LC1和第一二极管VD1，所述接触器LC1用来连接和断开牵引逆变器再生能量进入辅助逆变器，所述第一二极管VD1用于防止三轨电流通过馈线流向牵引逆变器。

在一些实施例中，在接触器与第一二极管VD1之间还串接有熔断器FU1，所述熔断器FU1用来保护牵引逆变器和高压箱之间的馈线电路，以防止馈线电路过流或短路。

在另一些实施例中，所述高压箱内的辅助熔断器与辅助逆变器设置有第二二极管VD2，所述第二二极管VD2用于防止再生电能或辅助系统输入端放电流向三轨。

此处需要说明的是，在本实施例中，熔断器设置在牵引逆变器中，接触器设置在牵引逆变器中，第一二极管设置在高压箱内。

在其他实施例中，本领域技术人员也可根据实际情况来设置熔断器、接触器和第一二极管的具体位置。

其中：接触器和熔断器设置在牵引逆变器中，接触器LC1用来连接和断开牵引逆变器再生能量进入辅助系统，当轨道间隙探测电流传感器1和2检测到车辆驶入断电区时，牵引逆变器控制单元将接触器LC1闭合，当检测到车辆驶出断电区时，牵引逆变器控制单元将接触器LC1断开；第一二极管VD1和第二二极管VD2均设置在高压箱中，第二二极管VD2防止再生电能或者辅助系统输入端放电流向三轨，第一二极管VD1防止三轨电流通过馈线流向牵引系统。

列车正常工作且处于再生制动工况时，会将能量回馈电网，辅助系统可以使用再生制动产生的能量；当高压箱中轨道间隙探测电流传感器监测到断电区时，不管牵引系统处于任何操作模式，如牵引、制动、惰行，牵引系统自动切换至一种模式，将牵引电机作为发电机，通过牵引逆变器的IGBT逆变电路提供直流电通过馈线为辅助逆变器供电。

此处需要说明的是，在本实施例的牵引逆变器数量为两个，每个在牵引逆变器与辅助逆变器之间均连接有馈线，而且馈线的起点及终点和馈线上的元器件均相同。

在其他实施例中，牵引逆变器的数量，本领域技术人员可根据实际情况来具体设置。

本实施例在牵引逆变器与辅助逆变器之间连接馈线，其中馈线的起点连接至牵引逆变器的预充电电路后端，终点连接至辅助逆变器的输入端，采用牵引电机作为发电机将动能转换为电能，通过一条馈线为辅助逆变器提供电能的技术手段，克服了辅助系统过断电区不能正常工作的问题，提高了辅助系统的可用性，降低了车辆配置成本。

本实施例从起点至终点馈线上依次连接有接触器和第一二极管，其中，接触器用来连接和断开牵引逆变器再生能量进入辅助逆变器，第一二极管避免了三轨电流通过馈线流向牵引逆变器，保证了进入断电区的辅助系统仍可以正常工作。

基于上述如图1所示的适合过断电区的牵引辅助系统的工作原理为：

当检测到车辆驶入断电区时，控制接触器闭合，不管牵引系统处于任何操作模式，均将牵引电机作为发电机，通过牵引逆变器的逆变电路提供直流电通过馈线为辅助逆变器供电，同时利用第一二极管防止三轨电流通过馈线流向牵引逆变器；当检测到车辆驶出断电区时，控制接触器断开。

在车辆正常工作且处于再生制动工况时，将能量回馈电网，辅助系统可使用再生制动产生的能量。

当车辆进入断电区时，牵引电机作为发电机将动能转换为电能，通过馈线为辅助逆变器提供电能，保证辅助系统正常工作，该功能满足以下要求:

1)在车辆速度超过设定速度下，若车辆能获得力值超过设定值的制动力，使反馈的能量能够支撑辅助系统；当速度低于设定速度(比如：10km/h)时，功能失效。

此处需要说明的是，速度设定可通过PTU调节，且是非易失的。

而且，此处的功能，指的是“牵引电机作为发电机将动能转换为电能，通过馈线为辅助逆变器提供电能，保证辅助系统正常工作”。

2)在车辆行驶通过断电区时，牵引系统自动恢复到牵引状态，恢复牵引和作为发电机的转换平稳，避免颠簸。

本实施例还提供了一种车辆，其包括如上述所述的适合过断电区的牵引辅助系统。

此处需要说明的是，本实施例的车辆为轨道交通车辆，而且车辆的其他结构均为现有结构，本领域技术人员可根据实际情况来具体设置。

本实施例通过轨道间隙探测装置探测第三轨断电区，牵引电机作为发电机将动能转换为电能，通过一条馈线为辅助逆变器提供电能，解决了辅助逆变器过断电区关断的问题；通过列车电路简单改造，实现了辅助逆变器过断电区正常工作，提高了辅助系统的可用性，降低了车辆配置成本。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种适合过断电区的牵引辅助系统，包括受流器、高压箱、牵引逆变器、牵引电机、制动电阻和辅助逆变器，其特征在于，在牵引逆变器与辅助逆变器之间连接有馈线，所述馈线的起点连接至牵引逆变器的预充电电路后端，终点连接至辅助逆变器的输入端，从起点至终点馈线上依次连接有接触器和第一二极管，所述接触器用来连接和断开牵引逆变器再生能量进入辅助逆变器，所述第一二极管用于防止三轨电流通过馈线流向牵引逆变器；

所述接触器设置在牵引逆变器中；所述第一二极管设置在高压箱内；所述高压箱内的辅助熔断器与辅助逆变器设置有第二二极管，所述第二二极管用于防止再生电能或辅助系统输入端放电流向三轨；

当检测到车辆驶入断电区时，控制接触器闭合，不管牵引系统处于任何操作模式，均将牵引电机作为发电机，通过牵引逆变器的逆变电路提供直流电通过馈线为辅助逆变器供电，同时利用第一二极管防止三轨电流通过馈线流向牵引逆变器；当检测到车辆驶出断电区时，控制接触器断开；在车辆行驶通过断电区时，牵引系统自动恢复到牵引状态，恢复牵引和作为发电机的转换平稳。

2.如权利要求1所述的适合过断电区的牵引辅助系统，其特征在于，在接触器与第一二极管之间还串接有熔断器，所述熔断器用来保护牵引逆变器和高压箱之间的馈线电路，以防止馈线电路过流或短路。

3.如权利要求2所述的适合过断电区的牵引辅助系统，其特征在于，所述熔断器设置在牵引逆变器中。

4.一种如权利要求1-3中任一项所述的适合过断电区的牵引辅助系统的工作方法，其特征在于，包括：

当检测到车辆驶入断电区时，控制接触器闭合，不管牵引系统处于任何操作模式，均将牵引电机作为发电机，通过牵引逆变器的逆变电路提供直流电通过馈线为辅助逆变器供电，同时利用第一二极管防止三轨电流通过馈线流向牵引逆变器；当检测到车辆驶出断电区时，控制接触器断开。

5.如权利要求4所述的适合过断电区的牵引辅助系统的工作方法，其特征在于，车辆正常工作且处于再生制动工况时，将能量回馈电网，辅助系统可使用再生制动产生的能量。

6.如权利要求4所述的适合过断电区的牵引辅助系统的工作方法，其特征在于，在车辆行驶通过断电区时，牵引系统自动恢复到牵引状态。

7.一种车辆，其包括如权利要求1-3中任一项所述的适合过断电区的牵引辅助系统。

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