CN113060007A - 用于轨道车辆的能量吸收系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及轨道交通控制技术领域，具体涉及一种用于轨道车辆的能量吸收系统，包括：列车信息采集装置：用于在列车制动时，获取列车的供电信息，所述供电信息包括直流供电和交流供电；交直流吸收选择装置：用于在识别到直流供电时，将能量吸收装置接入直流母线；还用于在识别到交流供电时，将能量吸收装置接入三相变单相变压器的两输出端；能量吸收装置：用于吸收制动时向直流母线或三相变单相变压器回馈的能量。本发明能够将列车制动的能量进行充分吸收，维持电网电压稳定的同时并避免站内及洞内温度升高。

Description

用于轨道车辆的能量吸收系统

技术领域

本发明涉及轨道交通控制技术领域，具体涉及一种用于轨道车辆的能量吸收系统。

背景技术

随着我国城市轨道交通建设的迅速发展，地铁已成为城市轨道交通的主要模式，但同时也带来不少问题。由于地铁站之间的距离较短，列车运行过程中需要频繁启动和制动，而在制动过程中地铁列车蕴藏着的大量机械能将会转换为电能、热能等，若不加以手段进行处理或回收利用，容易对电站设备和列车的运行带来不利的影响。例如，地铁列车在制动过程中大量的机械能被制动电阻等设备消耗，只有少部分被吸收再利用，不仅能量的利用率低而且大量的热量排向周围环境，造成站内及洞内温度升高。而且列车在制动时会向电网回馈能量，当这部分能量不能完全被其他车辆或用电设备吸收时，会造成电网电压升高，这对电站设备和车辆的运行非常不利，因此需要有装置将剩余能量消耗掉，以维持电网电压稳定，避免站内及洞内温度升高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于轨道车辆的能量吸收系统，能够将列车制动的能量进行充分吸收，维持电网电压稳定的同时并避免站内及洞内温度升高。

为了达到上述目的，提供了一种用于轨道车辆的能量吸收系统，包括：

列车信息采集装置：用于在列车制动时，获取列车的供电信息，所述供电信息包括直流供电和交流供电；

直交流吸收选择装置：用于在识别到直流供电时，将能量吸收装置接入直流母线；还用于在识别到交流供电时，将能量吸收装置接入三相变单相变压器的两输出端；

能量吸收装置：用于吸收制动时向直流母线或三相变单相变压器回馈的能量。

原理及优点：

1.直交流吸收选择装置的设置，便于根据列车的供电方式来进行线路的切换，例如在列车选择直流供电时，直交流吸收选择装置内部对应直流的线路或器件导通，在列车选择直流供电时，直交流吸收选择装置内部对应交流的线路或器件导通，从而方便使用同一能量吸收装置能够完成两种供电模式下的能量吸收。从而避免设置多台能量吸收装置，导致设备成本增加。

2.能量吸收装置能够吸收列车制动时，向直流母线或三相变单相变压器回馈的能量，将能量转换为热能，仅需将能量吸收装置设置在外界，就能避免散发的热量集中在站内或洞内，而导致站内及洞内温度升高，而且将能量消耗掉后，可以维持电网电压的稳定，从而使得列车供电更为稳定，行驶更为安全。

进一步，所述能量吸收装置包括电连接在直流母线两端或三相变单相变压器两输出端的正极端和负极端，以及位于正极端和负极端之间且依次电连接的开关柜、滤波柜、斩波柜和能量吸收电阻。

效果：开关柜的设置便于能量吸收装置整体的启闭控制，避免外界电力直接输入到能量吸收装置整体中，而导致能量吸收装置容易损坏的情况。能量吸收电阻用于对经过滤波柜、斩波柜处理的直流电进行吸收。从而避免制动时产生的能量回馈到直流母线或三相变单相变压器，而造成电网电压不稳定，以及导致站内及洞内温度升高的问题。而且采用功能模块化的设计，安装、更换、拆卸、维护等都十分方便。并且将容易产生热量的电路分隔设置，可以避免热量集中在一个位置，导致装置过热而损坏。

进一步，所述能量吸收装置的正极端与直流母线或三相变单相变压器的输出端之间通过电缆电连接并设有第一控制开关，所述能量吸收装置的负极端与直流母线或三相变单相变压器的输出端之间通过电缆电连接并设有第二控制开关。

效果：第一控制开关和第二控制开关的设置，由于能量吸收装置不会紧靠直流母线设置，因此通过电缆和控制开关的设置，可以避免直流母线或三相变单相变压器降压整流后的直流电直接输入到能量吸收装置整体中，与开关柜形成多级控制。

进一步，所述第一控制开关为直流断路器或交流断路器，所述第二控制开关为电动隔离开关。

效果：直流断路器具有超一流的限流性能，能准确保护继电保护、自动装置免受过载、短路等故障危害。直流断路器具备的限流、灭弧能力优势，经过大量综合的科学试验，可实现3000Ah以下直流系统中主(分)屏、保护屏、继电屏级间的全选择性保护。电动隔离开关可以方便通过电控的作用不带负荷分断和接通线路。交流断路器能切断和接通线路及各种电气设备的空载和负载电流；当系统发生故障时，可以和继电保护配合，能迅速切断故障电流，以防止扩大事故范围。

进一步，所述三相变单相变压器一输出端与能量吸收装置之间设有降压整流组件，所述降压整流组件包括依次连接的降压变压器和整流器。

效果：降压整流组件能够将高压直流电转换为低压直流电，使得能量吸收装置既能够在列车的直流供电中使用，也能在列车的交流供电中使用，以便于节省能量吸收装置的安装成本。

进一步，所述第一控制开关和第二控制开关分别串联有分流器。

效果：分流器能够方便测量能量吸收装置的正极端与直流母线的正极是否连通，以及测量能量吸收装置的负极端与直流母线是否连通，从而方便监控第一开关和第二开关的状态，进而方便实现各个相联开关的联锁控制。

进一步，所述直流母线上设有用于检测直流母线实际电压的电压变送器，所述直流母线上整流变压器和整流器的电流电输入端设有第一电压互感器，用于检测向整流变压器和整流器所输入的交流电的输入电压。

效果：城市供电网提供的是10KV的三相交流电，需经过整流变压器和整流器进行降压整流得到直流电，但是城市供电网提供10KV的三相交流电不是一直恒定的，是有波动的。通过设置第一电压互感器，便于实时检测城市供电网向整流变压器和整流器所输入的交流电的电压。而直流母线上的电压变送器便于实时检测直流母线的电压，但是此时电压已受到列车制动时产生的能量反馈所干扰。将第一电压互感器检测的电压经过变换后再与电压变送器检测的电压相比较，便能方便且准确的判断列车在选用直流供电时是否制动。

进一步，还包括列车信息处理装置，所述列车信息处理装置包括：

电压计算测量模块：用于根据直流母线上的整流变压器和整流器的降压参数比例，计算整流变压器和整流器向直流母线正常输出的电压参数；

对比分析模块：用于将电压计算测量模块计算得到的电压参数与电压变送器检测的实际电压进行对比分析，当实际电压大于电压参数时，判断列车为直流供电且在制动。

效果：整流变压器和整流器将城市供电网提供高压交流电转换为低压直流电，而低压直流电的电压大小可以根据电压互感器所检测的城市供电网的真实电压以及降压参数比例来计算得到，计算得到的低压直流电也就是整流变压器和整流器向直流母线正常输出的电压参数，也就是列车未制动时，电压变送器所检测到的实际电压。当列车在制动时，电压变送器所检测到的实际电压会大于电压参数时，因此判断列车为直流供电且在制动，有存在往电网反馈能量的情况，需启动能量吸收装置来稳定直流母线的电压。本方案的电路结构精简，易于实现检测控制。

进一步，所述三相变单相变压器的三相交流电输入端设有用于检测交流电输入电压的第二电压互感器，所述三相变单相变压器的一输出端设有第三电压互感器，用于检测实际输出的交流电实际输出电压。

效果：三相变单相变压器的输入端所输入的为城市供电网提供的10KV的三相交流电，通过第二电压互感器可以实时准确的检测三相交流电电压的真实大小，以便于后续分析时作为准确可参考的对比数据。而三相变单相变压器一输出端设置的第三电压互感器，便于实时检测三相变单相变压器向列车所提供的交流电的电压。将第二电压互感器检测的电压经过变换后再与第三电压互感器检测的电压相比较，便能方便且准确的判断列车在选用交流供电时是否制动。

进一步，所述电压计算测量模块：还用于根据三相变单相变压器的降压参数比例和三相变单相变压器输入端所输入的交流电输入电压，计算三相变单相变压器一输出端正常应输出的交流电正常输出电压；

对比分析模块：还用于将计算得到的交流电正常输出电压与电压互感器检测的交流电实际输出电压进行对比分析，当交流电实际输出电压大于交流电正常输出电压时，判断列车为交流供电且在制动。

效果：三相变单相变压器将城市供电网的三相高压交流电转换为单相交流电，单相交流电提供给列车，单相交流电的大小具体通过第二电压互感器检测的交流电输入电压和降压参数比例计算得到。当列车未制动时，不会向接触网反馈能量，因此交流电正常输出电压与交流电实际输出电压相当。而当列车在制动时，会向接触网反馈能量，第三电压变送器检测的交流电实际输出电压会大于交流电正常输出电压，即可准确判断此时列车为交流供电且在制动，有存在往接触网反馈能量的情况，需启动能量吸收装置来稳定接触网的电压。

附图说明

图1为本发明实施例用于轨道车辆的能量吸收系统的逻辑框图；

图2为用于轨道车辆的能量吸收系统的电路原理图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式进一步详细说明：

说明书附图中的附图标记包括：降压整流组件1、能量吸收装置2、电压变送器3、分流器4、直流断路器216、电动隔离开关316、第二电压互感器5、第三电压互感器6、第一电压互感器7。

实施例

一种用于轨道车辆的能量吸收系统，基本如附图1、图2所示，包括：

列车信息采集装置：用于在列车制动时，获取列车的供电信息，所述供电信息包括直流供电和交流供电；

交直流吸收选择装置：用于在识别到直流供电时，将能量吸收装置2接入直流母线；还用于在识别到交流供电时，将能量吸收装置2接入三相变单相变压器的两输出端。能量吸收装置2接入直流母线或接入三相变单相变压器的两输出端，本实施例中具体可通过双刀双掷型的电动控制开关S来实现，在其他实施例中可用其他控制开关来实现，主要用于将能量吸收装置2切入直流母线或三相变单相变压器的两输出端。

所述三相变单相变压器一输出端与能量吸收装置2之间设有降压整流组件1，所述降压整流组件1包括依次连接的降压变压器和整流器。降压整流组件1用于将27.5KV的单相交流电降压整流为1500V的直流电。当供电信息为直流供电时，电动控制开关S向右闭合，使直流母线与能量吸收装置2接通；当供电信息为交流供电时，电动控制开关S向左闭合，使在三相变单相变压器一输出端与能量吸收装置2之间接通降压整流组件1。

能量吸收装置2：用于吸收制动时向直流母线或三相变单相变压器回馈的能量。所述能量吸收装置2包括电连接在直流母线两端或三相变单相变压器两输出端的正极端和负极端，以及位于正极端和负极端之间且依次串联的开关柜、滤波柜、斩波柜和能量吸收电阻。其中，滤波柜中采用现有的滤波电路，用于滤去输出电压中的纹波。斩波柜采用现有的斩波电路，用于控制能量吸收电阻上的电流大小，能量吸收电阻用于消耗能量，将电能转换为热能消耗掉。

所述能量吸收装置2的正极端与直流母线或三相变单相变压器的输出端之间通过电缆电连接并设有第一控制开关，所述能量吸收装置2的负极端与直流母线或三相变单相变压器的输出端之间通过电缆电连接并设有第二控制开关。第一控制开关和第二控制开关比能量吸收装置2更靠近直流母线或三相变单相变压器的输出端，以便于与开关柜形成多级开关控制，从而保护电路。

所述第一控制开关为直流断路器216或交流断路器，本实施例中，能量吸收装置2的正极端与直流母线之间的第一控制开关为直流断路器216，能量吸收装置2的正极端与三相变单相变压器的输出端之间的第一控制开关由于降压整流组件的加入，因此也为直流断路器216。所述第二控制开关为电动隔离开关316。所述第一控制开关和第二控制开关分别串联有分流器4。分流器4可以检测并分析第一控制开关和第二控制开关所在电缆是否通电。

本实施例中，断路器的合、断也可由控制中心发出指令，使本实施例的能量吸收装置2从供电网切除。

所述直流母线上设有用于检测直流母线实际电压的电压变送器3。所述直流母线上整流变压器和整流器的电流电输入端设有第一电压互感器7，用于检测向整流变压器和整流器所输入的交流电的输入电压。

所述三相变单相变压器的三相交流电输入端设有用于检测交流电输入电压的第二电压互感器5，所述三相变单相变压器的一输出端设有第三电压互感器6，用于检测实际输出的交流电实际输出电压。

列车信息处理装置：用于根据供电回路器材的电力参数和电压变送器3、第一电压互感器7、第二电压互感器5和第三电压互感器6的检测参数来分析列车的供电信息，以及制动情况。所述供电回路器材包括整流变压器和整流器，以及降压整理组件。所述检测参数包括整流变压器和整流器的降压参数比例，以及三相变单相变压器的降压参数比例。具体包括以下内容：

在直流供电的情况下：

电压计算测量模块：用于根据直流母线上的整流变压器和整流器的降压参数比例，计算整流变压器和整流器向直流母线正常输出的电压参数；例如，整流变压器和整流器的降压参数比例为0.15，那么城市供电网提供的10KV的三相交流电保持稳定的情况下，整流变压器和整流器会将三相交流电转换(10KV的三相交流电乘以0.15)为1500V的直流电，1500V的直流电作为整流变压器和整流器向直流母线正常输出的电压参数。

对比分析模块：用于将电压计算测量模块计算得到的电压参数与电压变送器检测的实际电压进行对比分析，当实际电压大于电压参数时，判断列车为直流供电且在制动。整流变压器和整流器向直流母线正常输出的电压参数为1500V，而此时电压变送器3检测的实际电压若超过1500V，说明列车有向电网反馈能量，则判断列车为直流供电且在制动。

当电压变送器3检测的实际电压大于整流变压器和整流器向直流母线正常输出的电压参数1500V时，能量吸收装置根据实际电压与电压参数的压差来调节能量吸收电阻两端的电流大小，压差越大，使其能量吸收电阻两端的电流越大，可以让能量吸收电阻快速消耗列车制动时向直流母线反馈的能量。

在交流供电的情况下：

电压计算测量模块：还用于根据三相变单相变压器的降压参数比例和三相变单相变压器输入端所输入的交流电输入电压，计算三相变单相变压器一输出端正常应输出的交流电正常输出电压；例如，三相变单相变压器的降压参数比例为2.75。城市供电网提供的10KV的三相交流电保持稳定的情况下，三相变单相变压器将10KV的三相交流电转换(10KV的三相交流电乘以2.75)为27.5KV的单相交流电，而降压整流组件1将27.5KV的单相交流电转换为1500V的直流电。

对比分析模块：还用于将计算得到的交流电正常输出电压与电压互感器检测的交流电实际输出电压进行对比分析，当交流电实际输出电压大于交流电正常输出电压时，判断列车为交流供电且在制动。例如，计算得到的交流电正常输出电压为27.5KV，而第三电压互感器6检测的电压若大于27.5KV，而不等于27.5KV，说明列车采用交流供电且在制动，其中向电网反馈的电能，导致电网电压身高，因此需启动能量吸收装置2。

当第二电压互感器5检测的交流电实际输出电压大于整流变压器和交流电正常输出电压27.5KV时，能量吸收装置根据交流电实际输出电压与交流电正常输出电压的压差来调节能量吸收电阻两端的电流大小，压差越大，使其能量吸收电阻两端的电流越大，可以让能量吸收电阻快速消耗列车制动时向三相变单相变压器反馈的能量。

以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此过多描述，所属领域普通技术人员知晓申请日或者优先权日之前发明所属技术领域所有的普通技术知识，能够获知该领域中所有的现有技术，并且具有应用该日期之前常规实验手段的能力，所属领域普通技术人员可以在本申请给出的启示下，结合自身能力完善并实施本方案，一些典型的公知结构或者公知方法不应当成为所属领域普通技术人员实施本申请的障碍。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。

Claims (10)

1.用于轨道车辆的能量吸收系统，其特征在于，包括：

列车信息采集装置：用于在列车制动时，获取列车的供电信息，所述供电信息包括直流供电和交流供电；

交直流吸收选择装置：用于在识别到直流供电时，将能量吸收装置接入直流母线；还用于在识别到交流供电时，将能量吸收装置接入三相变单相变压器的两输出端；

能量吸收装置：用于吸收制动时向直流母线或三相变单相变压器回馈的能量。

2.根据权利要求1所述的用于轨道车辆的能量吸收系统，其特征在于：所述能量吸收装置包括电连接在直流母线两端或三相变单相变压器两输出端的正极端和负极端，以及位于正极端和负极端之间且依次电连接的开关柜、滤波柜、斩波柜和能量吸收电阻。

3.根据权利要求2所述的用于轨道车辆的能量吸收系统，其特征在于：所述能量吸收装置的正极端与直流母线或三相变单相变压器的输出端之间通过电缆电连接并设有第一控制开关，所述能量吸收装置的负极端与直流母线或三相变单相变压器的输出端之间通过电缆电连接并设有第二控制开关。

4.根据权利要求3所述的用于轨道车辆的能量吸收系统，其特征在于：所述第一控制开关为直流断路器或交流断路器，所述第二控制开关为电动隔离开关。

5.根据权利要求3所述的用于轨道车辆的能量吸收系统，其特征在于：所述三相变单相变压器一输出端与能量吸收装置之间设有降压整流组件，所述降压整流组件包括依次连接的降压变压器和整流器。

6.根据权利要求5所述的用于轨道车辆的能量吸收系统，其特征在于：所述第一控制开关和第二控制开关分别串联有分流器。

7.根据权利要求1所述的用于轨道车辆的能量吸收系统，其特征在于：所述直流母线上设有用于检测直流母线实际电压的电压变送器，所述直流母线上整流变压器和整流器的电流电输入端设有第一电压互感器，用于检测向整流变压器和整流器所输入的交流电的输入电压。

8.根据权利要求7所述的用于轨道车辆的能量吸收系统，其特征在于，还包括列车信息处理装置，所述列车信息处理装置包括：

电压计算测量模块：用于根据直流母线上的整流变压器和整流器的降压参数比例，计算整流变压器和整流器向直流母线正常输出的电压参数；

对比分析模块：用于将电压计算测量模块计算得到的电压参数与电压变送器检测的实际电压进行对比分析，当实际电压大于电压参数时，判断列车为直流供电且在制动。

9.根据权利要求5所述的用于轨道车辆的能量吸收系统，其特征在于：所述三相变单相变压器的三相交流电输入端设有用于检测交流电输入电压的第二电压互感器，所述三相变单相变压器的一输出端设有第三电压互感器，用于检测实际输出的交流电实际输出电压。

10.根据权利要求9所述的用于轨道车辆的能量吸收系统，其特征在于：所述电压计算测量模块：还用于根据三相变单相变压器的降压参数比例和三相变单相变压器输入端所输入的交流电输入电压，计算三相变单相变压器一输出端正常应输出的交流电正常输出电压；

对比分析模块：还用于将计算得到的交流电正常输出电压与电压互感器检测的交流电实际输出电压进行对比分析，当交流电实际输出电压大于交流电正常输出电压时，判断列车为交流供电且在制动。

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