CN113193745A - 一种轨道车辆零压启动装置、控制方法及轨道车辆 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种轨道车辆零压启动装置、控制方法及轨道车辆，该装置包括：受电单元，用于接收受电弓的第一直流电压输入，并向斩波单元供电；斩波单元，用于将所述第一直流电压输入降压斩波为第二直流电压输出，所述第二直流电压小于所述第一直流电压；逆变控制单元，用于在所述斩波单元的第二直流电压供电下，对主辅助逆变器进行控制；主辅助逆变器，用于在所述逆变控制单元的控制下，将所述受电弓输入的所述第一直流电压转换为第一交流电压，通过中压母线输出。本发明无需配置充电机，无需额外耗费时间对蓄电池充电，加快了轨道车辆投入运行的速度。

Description

一种轨道车辆零压启动装置、控制方法及轨道车辆

技术领域

本发明涉及轨道车辆技术领域，尤其涉及一种轨道车辆零压启动装置、控制方法及轨道车辆。

背景技术

现有技术中轨道车辆的唤醒启动方式为，通过蓄电池向列车网络控制系统供电，列车网络控制系统启动后，控制各辅助逆变器启动，辅助逆变器对受电弓输入的电流进行转换，得到轨道车辆各设备、系统所需的直流/交流电压。

当出现蓄电池使用寿命减短、充电线路故障或轨道车辆存放过久等情形时，会导致蓄电池亏电的状态，影响到轨道车辆的正常投入运营。现有技术中通过地面充电机对亏电的蓄电池进行充电，直到蓄电池充电结束后再投入使用。这种充电过程较为复杂，需要配置地面充电机，并且充电等待耗时较长，影响到了轨道车辆的快速投入运营。

发明内容

本发明提供一种轨道车辆零压启动装置、控制方法及轨道车辆，用以解决现有技术中轨道车辆唤醒启动时亏电蓄电池充电过程复杂、轨道车辆投入运营耗时较长的缺陷，实现轨道车辆的快速投入运营。

第一方面，本发明提供一种轨道车辆零压启动装置，包括：

受电单元，用于接收受电弓的第一直流电压输入，并向斩波单元供电；

斩波单元，用于将所述第一直流电压输入降压斩波为第二直流电压输出，所述第二直流电压小于所述第一直流电压；

逆变控制单元，用于在所述斩波单元的第二直流电压供电下，对主辅助逆变器进行控制；

主辅助逆变器，用于在所述逆变控制单元的控制下，将所述受电弓输入的所述第一直流电压转换为第一交流电压，通过中压母线输出。

根据本发明提供的一种轨道车辆零压启动装置，所述受电单元，包括：

连接所述斩波单元的接地线；以及

连接所述受电弓与所述斩波单元的连接线，所述连接线上设置有熔断器和零压启动接触器。

根据本发明提供的一种轨道车辆零压启动装置，所述逆变控制单元的连接蓄电池的连接线上设置有二极管，所述二极管的正极连接所述蓄电池正极，所述二极管的负极连接所述逆变控制单元的正极输入。

第二方面，本发明提供一种轨道车辆零压启动控制方法，应用于第一方面任一项所述轨道车辆零压启动装置，包括：

确定蓄电池处于亏电状态，受电弓为第一直流电压有效，且各辅助逆变器未启动，则进入零压启动状态；

利用斩波单元将受电弓输入的所述第一直流电压降压斩波为第二直流电压，所述第二直流电压小于所述第一直流电压；

逆变控制单元在所述第二直流电压供电下启动，控制主辅助逆变器将受电弓输入的所述第一直流电压转换为第一交流电压，并通过中压母线输出第一交流电压向轨道车辆供电。

根据本发明提供的一种轨道车辆零压启动控制方法，所述逆变控制单元在第二直流电压供电下启动，控制主辅助逆变器将受电弓输入的所述第一直流电压转换为第一交流电压，并通过中压母线输出第一交流电压向轨道车辆供电，之后还包括：

利用整流单元将所述第一交流电压转换为所述第二直流电压；

利用所述整流单元输出的所述第二直流电压，对连接所述整流单元的所述蓄电池进行充电。

根据本发明提供的一种轨道车辆零压启动控制方法，所述利用所述整流单元输出的所述第二直流电压，对连接所述整流单元的所述蓄电池进行充电，之后还包括：

确定所述蓄电池达到所述第二直流电压且持续超过预设时长后，退出零压启动状态；

在蓄电池供电下，启动车辆网络控制系统，控制各辅助逆变器顺序启动、并网。

根据本发明提供的一种轨道车辆零压启动控制方法，所述逆变控制单元在所述第二直流电压供电下启动，控制主辅助逆变器将受电弓输入的所述第一直流电压转换为第一交流电压，并通过中压母线输出第一交流电压向轨道车辆供电，之后还包括：

利用整流单元将所述第一交流电压转换为所述第二直流电压；

列车网络控制系统在所述整流单元输出的所述第二直流电压供电下启动，控制未启动的从辅助逆变器顺序启动、并网。

根据本发明提供的一种轨道车辆零压启动控制方法，还包括：

确认各从辅助逆变器并网完成，则断开零压启动接触器，退出零压启动状态。

第三方面，本发明提供一种零压启动轨道车辆，包括第一方面任一项所述轨道车辆零压启动装置。

根据本发明提供的一种零压启动轨道车辆，所述轨道车辆分为多个单元，相邻单元间的中压母线上设置有中压母线接触器，所述中压母线接触器在进入零压启动状态时断开；

列车网络控制系统，还用于在单元内的主辅助逆变器启动后，控制单元内未启动的从辅助逆变器在单元内顺序启动、并网。

本发明提供的一种轨道车辆零压启动装置、控制方法及轨道车辆，通过斩波单元将受电弓输入的第一直流电压降压斩波为第二直流电压给逆变控制单元供电，通过主辅助逆变器在逆变控制单元的控制下，将受电弓输入的第一直流电压转换为第一交流电压，并输出至中压母线，对轨道车辆进行供电。本实施例直接将受电弓输入第一直流电压转换为第二直流电压作为初始启动电源，唤醒启动轨道车辆，无需配置充电机，无需额外耗费时间对蓄电池充电，加快了轨道车辆投入运行的速度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，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是本发明提供的一种轨道车辆零压启动装置的结构示意图；

图2是本发明提供的一种轨道车辆零压启动控制方法的流程示意图；

图3是本发明提供的一种零压启动轨道车辆内的供电网络结构示意图。

附图标记：

11：受电单元； 12：斩波单元； 13：逆变控制单元；

14：主辅助逆变器； 15：受电弓； 16：接地线；

17：中压母线； 18：蓄电池； 19；中压母线接触器。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

为解决现有技术中蓄电池充电过程复杂、轨道车辆投入运营耗时较长的缺陷，本发明通过零压启动，将受电弓输入的直流电压进行转换作为轨道车辆的初始启动电源，进而控制启动轨道车辆的整个供电系统。

下面结合图1-图3描述本发明。

第一方面，本发明提供一种轨道车辆零压启动装置。

如图1所示，在一个实施例中，一种轨道车辆零压启动装置包括：受电单元11、斩波单元12、逆变控制单元13、主辅助逆变器14。

受电单元11，用于接收受电弓15的第一直流电压输入，并向斩波单元12供电。

具体地，受电单元11为零压启动装置的电源接入部分，获取受电弓15的第一直流电压，为斩波单元12提供电源输入。第一直流电压为根据轨道车辆运营线路的实际供电标准确定的，例如可以为DC1500V，也可以为DC750V，此处不作具体限定。

斩波单元12，用于将所述第一直流电压输入降压斩波为第二直流电压输出，所述第二直流电压小于所述第一直流电压。

具体地，斩波是指将直流电变为另一固定电压或可调电压的直流电，本发明中的斩波单元12将受电单元输入的电压值较高的第一直流电压换为电压值较低的第二直流电压，以适应轨道车辆的逆变控制单元13的供电需求。第二直流电压为根据逆变控制单元13的实际供电需求设定，例如，可以为DC110V。

逆变控制单元13，用于在所述斩波单元的第二直流电压供电下，对主辅助逆变器14进行控制。

具体地，逆变控制单元13在第二直流电压供电下，输出控制参数，对辅助逆变器14进行控制。

主辅助逆变器14，用于在所述逆变控制单元13的控制下，将所述受电弓15输入的所述第一直流电压转换为第一交流电压，通过中压母线17输出。

具体地，轨道车辆一般为多编组，每个编组内的有一台或多台辅助逆变器，以满足车辆的供电需求。为避免各辅助逆变器同时启动、并网过程中，各辅助逆变器输出交流电压相序不一致导致的并网失败或者烧坏逆变器的问题，为此，辅助逆变器的启动过程为依次启动。本发明中执行零压启动的主辅助逆变器为多个辅助逆变器中首先启动的辅助逆变器。

主辅助逆变器14在逆变控制单元13的控制下，将受电弓输入的第一直流电压转换为第一交流电压，通过中压母线17输出。中压母线17为轨道车辆内的供电母线，各辅助逆变器能够通过中压母线17并网运行。输出至中压母线17的第一交流电压为根据实际需求设定的，例如，可以为AC380V。中压母线17得电后即可执行后续的供电系统启动过程。

本实施例中，通过斩波单元将受电弓输入的第一直流电压降压斩波为第二直流电压给逆变控制单元供电，通过主辅助逆变器在逆变控制单元的控制下，将受电弓输入的第一直流电压转换为第一交流电压，并输出至中压母线，对轨道车辆进行供电。本实施例直接将受电弓输入第一直流电压转换为第二直流电压作为初始启动电源，唤醒启动轨道车辆，无需配置充电机，无需额外耗费时间对蓄电池充电，加快了轨道车辆投入运行的速度。

在一个实施例中，所述受电单元11，包括：连接所述斩波单元12的接地线16；以及连接所述受电弓15与所述斩波单元12的连接线，所述连接线上设置有熔断器和零压启动接触器。

其中，熔断器用于防止电流过大，损坏斩波单元12。零压启动接触器用于零压启动时闭合，为斩波单元12接入受电弓15的第一直流电压输入。

本实施例中零压启动接触器在确定零压启动时闭合，通过受电单元为斩波单元提供电源输入，通过熔断器进行电路保护。为零压启动提供了零压启动控制控制和电路保护功能。

在一个实施例中，所述逆变控制单元13的连接蓄电池18的连接线上设置有二极管，所述二极管的正极连接所述蓄电池18正极，所述二极管的负极连接所述逆变控制单元13的正极输入。

具体地，正常情况下，蓄电池电压正常时，轨道车辆通过蓄电池向列车网络控制系统(Train Control and Managment System，TCMS)和逆变控制单元供电，列车网络控制系统启动后，控制逆变控制单元依序启动各辅助逆变器，本实施例中，通过斩波单元12为逆变控制单元13引入了新的电源输入，在蓄电池18也连接逆变控制单元的情况下，会出现斩波单元12输出的第二直流电压向蓄电池18充电的情形，这增大了斩波单元的负荷，为此需要增大斩波单元12的功率，相应地需要增大斩波单元12的体积和成本。为避免这一缺陷，本实施例在逆变控制单元13的连接蓄电池18的连接线上设置有二极管，二极管的正极连接蓄电池18正极，二极管的负极连接逆变控制单元13的正极输入。防止斩波单元12直接对蓄电池18充电，避免增加斩波单元12不必要的负荷。

本实施例通过在逆变控制单元的连接蓄电池的连接线上设置有二极管，二极管的正极连接蓄电池正极，二极管的负极连接逆变控制单元的正极输入。避免了斩波单元直接对蓄电池充电，保证了斩波单元向逆变控制单元供电的功率，减小了斩波单元的体积和成本。

第二方面，本发明提供一种轨道车辆零压启动控制方法，下文描述的轨道车辆零压启动控制方法与上文描述的轨道车辆零压启动装置可相互对应参照。

如图2所示，在一个实施例中，一种轨道车辆零压启动控制方法，应用于第一方面的任一项轨道车辆零压启动装置，该方法包括：

S100、确定蓄电池18处于亏电状态，受电弓15为第一直流电压有效，且各辅助逆变器未启动，则进入零压启动状态。

具体地，零压启动为蓄电池启动的备用方案，因此，在蓄电池18亏电无法正常启动时才进行零压启动；零压启动时还需要受电弓15从接触网接入第一直流电压作为零压启动的电源输入，因此需要确定受电弓15状态为第一直流电压有效；如果已有辅助逆变器在运行中，则中压母线17得电，无需再进行零压启动，避免辅助逆变器重复启动扰乱正常供电，需要确定各辅助逆变器未启动才允许进入零压启动状态。

S200、利用斩波单元12将受电弓15输入的所述第一直流电压降压斩波为第二直流电压，所述第二直流电压小于所述第一直流电压。

具体地，斩波是指将直流电变为另一固定电压或可调电压的直流电，本发明中的斩波单元11将受电单元输入的电压值较高的第一直流电压换为电压值较低的第二直流电压，以适应轨道车辆逆变控制单元13的供电需求。第二直流电压为根据逆变控制单元13的实际供电需求设定，例如，可以为DC110V。

S300、逆变控制单元13在所述第二直流电压供电下启动，控制主辅助逆变器14将受电弓15输入的所述第一直流电压转换为第一交流电压，并通过中压母线17向轨道车辆供电。

具体地，逆变控制单元13在第二直流电压供电下，输出控制参数，对主辅助逆变器14进行控制，主辅助逆变器14在逆变控制单元13的控制下，将受电弓15输入的第一直流电压转换为第一交流电压，通过中压母线17输出。中压母线17为轨道车辆内的供电母线，各辅助逆变器能够通过中压母线17并网运行。输出至中压母线17的第一交流电压为根据实际需求设定的，例如，可以为AC380V。中压母线17得电后即可执行后续的供电系统启动过程。

在一个实施例中，所述逆变控制单元13在第二直流电压供电下启动，控制主辅助逆变器14将受电弓15输入的所述第一直流电压转换为第一交流电压，并通过中压母线17输出第一交流电压向轨道车辆供电，之后还包括：利用整流单元将所述第一交流电压转换为所述第二直流电压；利用所述整流单元输出的所述第二直流电压，对连接所述整流单元的所述蓄电池18进行充电。

具体地，整流单元连接中压母线17，将中压母线17输入的第一交流电压整流为第二直流电压，此处整流输出的第二直流电压与上文所述斩波单元12降压斩波输出的第二直流电压幅值相同。利用整流输出的第二直流电压为亏电的蓄电池18充电。整流输出的第二直流电压还可以为通讯、应急照明、车辆网络控制系统等单元供电。

本实施例中，通过轨道车辆已有的整流单元将中压母线输入的第一交流电压整流为第二直流电压对蓄电池充电，无需配置地面充电机，且避免了通过降压斩波单元输出的第二直流电压直接为蓄电池充电，不会增加斩波单元的负荷，无需增大斩波单元的体积和成本。

在一个实施例中，所述利用所述整流单元输出的所述第二直流电压，对连接所述整流单元的所述蓄电池18进行充电，之后还包括：确定所述蓄电池18达到所述第二直流电压且持续超过预设时长后，退出零压启动状态；在蓄电池18供电下，启动车辆网络控制系统，控制各辅助逆变器顺序启动、并网。

具体地，蓄电池18达到所述第二直流电压且持续超过预设时长，即充电完成，然后退出零压启动状态，斩波单元12停止工作。轨道车辆在蓄电池18供电下进行常规启动，车辆网络控制系统控制各辅助逆变器顺序启动、并网。

本实施例在整流单元输出的第二直流电压对蓄电池充电完成后退出零压启动状态，进入常规启动。避免了地面充电机对蓄电池充电的复杂操作，且对启动方式改动较小，无需较多的改动成本。

在一个实施例中，所述逆变控制单元13在所述第二直流电压供电下启动，控制主辅助逆变器14将受电弓15输入的所述第一直流电压转换为第一交流电压，并通过中压母线17输出第一交流电压向轨道车辆供电，之后还包括：利用整流单元将所述第一交流电压转换为所述第二直流电压；列车网络控制系统在所述整流单元输出的所述第二直流电压供电下启动，控制未启动的从辅助逆变器顺序启动、并网。

具体地，整流单元连接中压母线17，将中压母线17输入的第一交流电压整流为第二直流电压。整流输出的第二直流电压作为列车网络控制系统及各逆变控制单元的供电电源，列车网络控制系统控制未启动的从辅助逆变器顺序启动并网。其中从辅助逆变器的数量为一个或多个。

本实施例在主辅助逆变器通过零压启动后，通过列车网络控制系统直接控制各辅助逆变器顺序启动，省去了蓄电池的充电过程，省去了退出零压启动及主辅助逆变器重启的过程，加快了轨道车辆启动投入运营的速度。

在一个实施例中，轨道车辆零压启动控制方法，还包括：确认各从辅助逆变器并网完成，则断开零压启动接触器，退出零压启动状态。

具体地，各从辅助逆变器启动、并网完成后，中压母线17供电稳定，逆变控制单元13由整流单元输出的第二直流电压供电，此时可以退出零压启动状态，断开零压启动接触器，轨道车辆启动完成。

第三方面，本发明提供一种零压启动轨道车辆，包括第一方面的零压启动装置。

其中，零压启动装置包括：受电单元11、斩波单元12、逆变控制单元13、主辅助逆变器14。其中，受电单元11，用于接收受电弓15的第一直流电压输入，并向斩波单元12供电；斩波单元12，用于将所述第一直流电压输入降压斩波为第二直流电压输出，所述第二直流电压小于所述第一直流电压；逆变控制单元13，用于在所述斩波单元12的第二直流电压供电下，对主辅助逆变器14进行控制；主辅助逆变器14，用于在所述逆变控制单元13的控制下，将所述受电弓15输入的所述第一直流电压转换为第一交流电压，通过中压母线17输出。轨道车辆通过零压启动装置实现蓄电池18亏电情况下的零压启动。

如图3所示，在一个实施例中，所述轨道车辆分为多个单元，相邻单元间的中压母线17上设置有中压母线接触器19，所述中压母线接触器19在进入零压启动状态时断开；列车网络控制系统，还用于在单元内的主辅助逆变器启动后，控制单元内未启动的从辅助逆变器在单元内顺序启动、并网。

具体地，零压启动为蓄电池亏电时的异常启动状态，为保证轨道车辆供电的安全性，稳定性，将轨道车辆内的供电网络分为多个单元，相邻单元间的中压母线上设置有中压母线接触器，在进入零压启动状态时，通过中压母线接触器分断供电网络单元，列车网络控制系统控制单元内未启动的从辅助逆变器在单元内顺序启动、并网。

以单元1为例进行说明：确定进入零压启动后，中压母线接触器19断开，通过零压启动装置启动主辅助逆变器20，主辅助逆变器20将受电弓15输入的第一直流电压转换为第一交流电压输出到单元内中压母线17，单元1内中压母线17得电后，列车网络控制系统启动，控制从辅助逆变器21在单元1内并网。

本实施例中通过将轨道车辆的供电网络分为多个单元，在相邻单元间的中压母线上设置中压母线接触器，在中压母线接触器进入零压启动时断开，分断了轨道车辆的供电网络，各单元内的辅助逆变器独立启动、并网，从而保证了零压启动过程中整车供电的安全性和稳定性。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种轨道车辆零压启动装置，其特征在于，包括：

受电单元，用于接收受电弓的第一直流电压输入，并向斩波单元供电；

斩波单元，用于将所述第一直流电压输入降压斩波为第二直流电压输出，所述第二直流电压小于所述第一直流电压；

逆变控制单元，用于在所述斩波单元的第二直流电压供电下，对主辅助逆变器进行控制；

主辅助逆变器，用于在所述逆变控制单元的控制下，将所述受电弓输入的所述第一直流电压转换为第一交流电压，通过中压母线输出。

2.根据权利要求1所述的轨道车辆零压启动装置，其特征在于，所述受电单元，包括：

连接所述斩波单元的接地线；以及

连接所述受电弓与所述斩波单元的连接线，所述连接线上设置有熔断器和零压启动接触器。

3.根据权利要求1所述的轨道车辆零压启动装置，其特征在于，所述逆变控制单元的连接蓄电池的连接线上设置有二极管，所述二极管的正极连接所述蓄电池正极，所述二极管的负极连接所述逆变控制单元的正极输入。

4.一种轨道车辆零压启动控制方法，应用于权利要求1-3任一项所述轨道车辆零压启动装置，其特征在于，包括：

确定蓄电池处于亏电状态，受电弓为第一直流电压有效，且各辅助逆变器未启动，则进入零压启动状态；

利用斩波单元将受电弓输入的所述第一直流电压降压斩波为第二直流电压，所述第二直流电压小于所述第一直流电压；

逆变控制单元在所述第二直流电压供电下启动，控制主辅助逆变器将受电弓输入的所述第一直流电压转换为第一交流电压，并通过中压母线向轨道车辆供电。

5.根据权利要求4所述的轨道车辆零压启动控制方法，其特征在于，所述逆变控制单元在第二直流电压供电下启动，控制主辅助逆变器将受电弓输入的所述第一直流电压转换为第一交流电压，并通过中压母线输出第一交流电压向轨道车辆供电，之后还包括：

利用整流单元将所述第一交流电压转换为所述第二直流电压；

利用所述整流单元输出的所述第二直流电压，对连接所述整流单元的所述蓄电池进行充电。

6.根据权利要求5所述的轨道车辆零压启动控制方法，其特征在于，所述利用所述整流单元输出的所述第二直流电压，对连接所述整流单元的所述蓄电池进行充电，之后还包括：

确定所述蓄电池达到所述第二直流电压且持续超过预设时长后，退出零压启动状态；

在蓄电池供电下，启动车辆网络控制系统，控制各辅助逆变器顺序启动、并网。

7.根据权利要求4所述的轨道车辆零压启动控制方法，其特征在于，所述逆变控制单元在所述第二直流电压供电下启动，控制主辅助逆变器将受电弓输入的所述第一直流电压转换为第一交流电压，并通过中压母线输出第一交流电压向轨道车辆供电，之后还包括：

利用整流单元将所述第一交流电压转换为所述第二直流电压；

列车网络控制系统在所述整流单元输出的所述第二直流电压供电下启动，控制未启动的从辅助逆变器顺序启动、并网。

8.根据权利要求7所述的轨道车辆零压启动控制方法，其特征在于，还包括：

确认各从辅助逆变器并网完成，则断开零压启动接触器，退出零压启动状态。

9.一种零压启动轨道车辆，其特征在于，包括权利要求1-3任一项所述轨道车辆零压启动装置。

10.根据权利要求9所述的零压启动轨道车辆，其特征在于，所述轨道车辆分为多个单元，相邻单元间的中压母线上设置有中压母线接触器，所述中压母线接触器在进入零压启动状态时断开；

列车网络控制系统，还用于在单元内的主辅助逆变器启动后，控制单元内未启动的从辅助逆变器在单元内顺序启动、并网。

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