CN113500919A - 三供电制式轮齿轨列车供电转换电路、轨道交通系统及方法 - Google Patents

三供电制式轮齿轨列车供电转换电路、轨道交通系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及三供电制式轮齿轨列车供电转换电路、轨道交通系统及方法，通过列车高压电路从接触网接收AC25kV或DC3000V的供电，将供电进行分配和转换后直接用于牵引系统运行，同时给蓄电池储电，当蓄电池电能充足时可以在没有高压电的情况下给列车牵引系统提供低速运行的电能。在列车有高压供电的情况下通过高压供电使列车运行，在列车没有高压供电的情况下通过DC110V供电使列车运行。本发明满足了轮齿轨列车在不同线路情况下的运行需要，无需供电系统统一供电制式，利于减少线路供电改造的成本，降低供电系统建设的时间。

Description

三供电制式轮齿轨列车供电转换电路、轨道交通系统及方法
技术领域
本发明涉及轨道交通技术领域，尤其涉及三供电制式轮齿轨列车供电转换电路、轨道交通系统及方法。
背景技术
目前，轨道交通列车一般采用单供电制式供电，主要供电制式有：AC 3x380V、DC750V ，DC1500V，DC 3000V和AC 25kV供电。当一个项目中，有多种供电制式存在，并且列车需要在这多种供电制式的线路上运行时，单供电制式的列车便无法满足运营的需求。例如：AC 25kV供电的干线线路，与其接驳的新线路采用DC 3000V 供电方式，但是列车需要在两条线路之间运行，现有的单制式供电的列车的电路设计方案便无法满足运营的需求，必须对原有列车的供电系统或供电线路行改造，来适应运营的要求，这样便会导致改造费用和时间的增加。
发明内容
本申请为了解决上述技术问题提供三供电制式轮齿轨列车供电转换电路、轨道交通系统及方法。
本申请通过下述技术方案实现：
三供电制式轮齿轨列车供电转换电路，通过列车高压电路从接触网接收第一供电制式或第二供电制式的供电，将供电进行分配和转换后直接用于牵引系统运行，同时给蓄电池储电，当蓄电池电能充足时可以在没有高压电的情况下给列车牵引系统提供低速运行的电能。
进一步的，在列车有高压供电的情况下通过AC25kV或DC3000V供电使列车运行，在列车没有高压供电的情况下通过DC110V 供电使列车运行，最终实现满足这三种供电制式的轮齿轨列车的电路设计。
与现有技术相比，本申请具有以下有益效果：
1，具有本发明的三供电制式轮齿轨列车供电转换电路的轮齿轨列车，可在三种供电制式下运行，能适用一个项目中存在三种供电制式的线路条件，满足了轮齿轨列车在不同线路情况下的运行需要，无需供电系统统一供电制式，利于减少线路供电改造的成本，降低供电系统建设的时间；
2，本申请提供了可以在AC25kV，DC3000V 和DC110V电压制式下的运行的轮齿轨列车的电路结构，应用此电路的轮齿轨列车，可以针对不同的项目来满足项目运营的需求；业主可以根据规划的实际情况来选择某段线路的供电制式，不必担心轮齿轨列车无法同时适应多种供电制式的情况，并且在某些特定的无电区域也可以短时低速运行，这样可以根据项目需求实现供电资源的合理分配，减少供电线路的成本和建造时间，使齿轨系统的项目适应性更强。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本申请实施方式的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施方式的限定。
图1是三供电制式轮齿轨列车供电转换电路的示意图；
图2是三供电制式山地旅游轨道交通系统的示意图。
具体实施方式
为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施方式的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。基于本发明中的实施方式，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方式，都属于本发明保护的范围。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。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。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
如图1所示，本发明公开的三供电制式轮齿轨列车供电转换电路，包括：
受电弓1，接收接触网上的电能；
互感器箱2，与受电弓、第一断路器和第二断路器连接，用于检测接触网上得到电能的电压和/或电流，以根据检测结果控制第一断路器、第二断路器的开闭；
第一断路器3，连接受电弓与变压器，用于连接或分断受电弓和变压器箱之间的电能；
第二断路器4，连接受电弓与牵引和辅助变流器箱，用于连接或分断受电弓与牵引和辅助变流器箱之间的电能；
变压器箱5，连接辅助变流器箱，用于将受电弓接收的第一供电制式的供电电压转换成牵引和辅助变流器箱可以接收的第二供电制式的供电电压；
RFID接收器6：接收RFID标签的信息，将信息用来控制第一断路器3或第二断路器4的分合。
牵引和辅助变流器箱7，连接充电机9和牵引电机8，用于给充电机9和牵引电机8等车辆电气设备供电；
充电机9，与蓄电池10连接，利用牵引和辅助变流器箱7得到的电能转换成蓄电池可接收的第三供电制式的供电电压给蓄电池10充电；
蓄电池10，与牵引和辅助变流器箱7连接，用于提供第三供电制式供电。
该三供电制式轮齿轨列车供电转换电路可适用的场景包括但不限于以下两种：
1. 干线铁路线路与市内铁路线路连接的项目：由于干线铁路线路采用的是AC25kV的供电系统，山地旅游轮齿轨铁路线路采用的是DC3000V的供电，山地旅游轮齿轨列车需要在两条线路之间进行运行时，需要此列车电路来满足双供电制式的需要；
2. 干线铁路线路与区域内特定线路（例如：工业园区，旅游景区等）直接连接的项目：由于干线铁路线路采用的是AC25kV的供电系统，区域内特定线路采用的是DC3000V的供电，并且区域内特定线路的某些路段没有高压供电，需要通过蓄电池的DC110V来供电时，需要此种轮齿轨列车供电转换电路来满足三供电制式的需要。
以上两种场景下，变压器箱5为高压变压器箱，高压变压器箱用于将AC25kV的电压转换成牵引和辅助变流器箱可以接收的DC3000V电压。
下面，结合具体的应用场景对三供电制式轮齿轨列车供电转换电路的工作原理作进一步说明。
应用场景1：项目始于与国铁铁路相接轨，在国铁接入段的供电电源是：AC25kV；进入本段列车运行段的供电电源是DC3000V；在接轨段两端不同供电电源之间有一段过渡段为：无电区段。
当山地轮齿轨列车运行至与国铁接轨段，通过受电弓1从接触网上获取AC25kV 供电，当接收到AC25kV 电能时，通过互感器箱2检测电压电流，当检测到AC25kV 的电压时，控制第一断路器3闭合，电能通过高压变压器箱5变压后进入牵引和辅助变流器箱7，牵引和辅助变流器箱7变流变压后驱动牵引电机8工作，使列车运行；同时牵引和辅助变流器箱7变流变压后给充电机9供电，充电机9变流变压后给蓄电池10充电。
当山地轮齿轨列车进入到无电区域时，当接触网上没有电压时，列车通过蓄电池10给牵引和辅助变流器箱7供电，牵引和辅助变流器箱7逆变后驱动牵引电机8工作，使列车运行。
当该山地轮齿轨列车进入到DC3000V 供电区段时，列车通过受电弓1从接触网上获取DC3000V 供电，当接收到DC3000V电能时，通过互感器箱2检测电压电流，当检测到DC3000V 的电压时，控制第二断路器4闭合，电能通过牵引和辅助变流器箱7变流变压后驱动牵引电机8工作，使列车运行。同时牵引和辅助变流器箱7变流变压后给充电机9供电，充电机9变流变压后给蓄电池10充电。
基于上述三供电制式轮齿轨列车供电转换电路，本发明还公开了三供电制式山地旅游轨道交通系统。该三供电制式山地旅游轨道交通系统包括轮齿轨列车、第一供电制式接触网、无电接触网、第二供电制式接触网以及地面RFID 标签。轮齿轨列车包含上述三供电制式轮齿轨列车供电转换电路，RFID 标签包含此段接触网线路信息以及前方线路信息，可以通过无线感应的方式将信息传输至RFID 接收器。
对于应用场景1，轮齿轨列车为包含上述三供电制式轮齿轨列车供电转换电路的水平轮齿轨列车；第一供电制式接触网为AC25kV 供电制式的接触网，第二供电制式接触网为DC3000V供电制式的接触网。
如图2所示，无电接触网13为无电能供应的接触网，在AC25kV接触网12线路段的尾端设置有RFID 标签A15，在DC3000V 接触网14线路段的起始端设有RFID 标签B16。
RFID 标签A15：自身包含此段AC25kV接触网线路信息以及前方线路信息，可以通过无线感应的方式将信息传输至RFID 接收器。
RFID 标签B16：自身包含此段DC3000V接触网线路信息以及前方线路信息，可以通过无线感应的方式将信息传输至RFID 接收器。
基于应用场景1，结合图1、图2，以下对三供电制式山地旅游轨道交通系统的工作原理作进一步说明，具体如下：
当轮齿轨列车11从AC25kV 供电区域开始运行，轮齿轨列车11从AC25kV接触网12区域，通过受电弓1从AC25kV接触网取电驱动列车运行。
当轮齿轨列车11运行到RFID 标签A15位置时，车载RFID 接收器6接收到RFID 标签A15的信息，知道前方即将进入无电区域，此时RFID 接收器6向第一断路器3发出断开指令，使列车在进入无电接触网13区域前失电，当列车失去高压电后，列车通过蓄电池10给牵引和辅助变流器箱7供电，牵引和辅助变流器箱7逆变后驱动牵引电机8工作，使列车继续运行。
当轮齿轨列车11运行至DC3000V 接触网14区域时，列车运行到RFID标签B16位置时，车载RFID 接收器6接收到RFID标签B16的信息，知道已经进入DC3000V 供电范围，此时当互感器箱2检测到接触网电压为DC3000V时，列车的第二断路器4收到互感器箱2的控制指令闭合，列车从DC3000V 接触网取电，电能通过牵引和辅助变流器箱7变流变压后驱动牵引电机8工作，使列车继续运行。
本实施例中的电能切换过程仅为多种线路情况中的电能切换的一种，针对不同的线路供电情况，供电的切换方式都可以按照此原理执行。
本申请通过列车高压电路从接触网接收AC25kV 或DC3000V 的供电，将供电进行分配和转换后直接用于牵引系统运行，同时给蓄电池储电，当蓄电池电能充足时可以在没有高压电的情况下给列车牵引系统提供低速运行的电能；在列车有高压供电的情况下通过高压供电使列车运行，在列车没有高压供电的情况下通过DC110V 供电使列车运行，最终实现满足这三种供电制式的轮齿轨列车的电路设计。
以上的具体实施方式，对本申请的目的、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)

1.三供电制式轮齿轨列车供电转换电路，其特征在于：包括：
受电弓，用于接收接触网上的电能；
互感器箱，与受电弓、第一断路器和第二断路器连接，用于检测接触网上得到电能的电压和电流，并根据检测结果控制第一断路器、第二断路器的开闭；
第一断路器，连接受电弓与变压器，用于连接或分断受电弓和变压器箱之间的电能；
第二断路器，连接受电弓与牵引和辅助变流器箱，用于连接或分断受电弓与牵引和辅助变流器箱之间的电能；
变压器箱，连接牵引和辅助变流器箱，用于将受电弓接收的第一供电制式的供电电压转换成牵引和辅助变流器箱可接收的第二供电制式的供电电压；
牵引和辅助变流器箱，连接充电机和牵引电机，用于给充电机和牵引电机供电；
充电机，与蓄电池连接，利用从牵引和辅助变流器箱得到的电能转换成蓄电池可接收的第三供电制式的供电电压给蓄电池充电；
蓄电池，与牵引和辅助变流器箱连接，用于提供第三供电制式供电。
2.根据权利要求1所述的三供电制式轮齿轨列车供电转换电路，其特征在于：还包括连接第一断路器和第二断路器的RFID接收器。
3.根据权利要求1或2所述的三供电制式轮齿轨列车供电转换电路，其特征在于：所述第一供电制式为AC25kV，所述第二供电制式为DC3000V，所述第三供电制式为DC110V。
4.如权利要求1-3所述的三供电制式轮齿轨列车供电转换电路的转换方法，其特征在于：
当轮齿轨列车通过受电弓从接触网上获取AC25kV电能，通过互感器箱检测到AC25kV的电压时，控制第一断路器闭合，电能通过高压变压器箱变压后进入牵引和辅助变流器箱，牵引和辅助变流器箱变流变压后驱动牵引电机工作，使列车运行；同时牵引和辅助变流器箱变流变压后给充电机供电，充电机变流变压后给蓄电池充电；
当轮齿轨列车进入到无电区域时，当检测到接触网上没有电压时，列车通过蓄电池给牵引和辅助变流器箱供电，牵引和辅助变流器箱逆变后驱动牵引电机工作，使列车运行；
当轮齿轨列车通过受电弓从接触网上获取DC3000V电能，通过互感器箱检测到DC3000V的电压时，控制第二断路器闭合，电能通过牵引和辅助变流器箱变流变压后驱动牵引电机工作，使列车运行；同时牵引和辅助变流器箱变流变压后给充电机供电，充电机变流变压后给蓄电池充电。
5.三供电制式山地旅游轨道交通系统，其特征在于：包括轮齿轨列车，所述轮齿轨列车包括如权利要求1-3中任一项所述的三供电制式轮齿轨列车供电转换电路。
6.根据权利要求5所述的三供电制式山地旅游轨道交通系统，其特征在于：所述轮齿轨列车为水平轮齿轨列车。
7.根据权利要求5所述的三供电制式山地旅游轨道交通系统，其特征在于：还包括第一供电制式接触网、无电接触网、第二供电制式接触网中的至少两种接触网，以及设于地面的RFID 标签。
8.根据权利要求7所述的三供电制式山地旅游轨道交通系统，其特征在于：第一供电制式接触网为AC25kV接触网，第二供电制式接触网为DC3000V 接触网。
9.根据权利要求7或8所述的三供电制式山地旅游轨道交通系统，其特征在于：RFID 标签包括设于第一供电制式接触网区域的RFID 标签A以及设于第二供电制式接触网区域的RFID 标签B；
RFID 标签A，包含此段第一供电制式接触网线路信息以及前方线路信息；
RFID 标签B，包含此段第二供电制式接触网线路信息以及前方线路信息。
10.如权利要求5-9中任一项所述的三供电制式山地旅游轨道交通系统的电源转换方法，其特征在于：AC25kV接触网、无电接触网、DC3000V 接触网沿轨道线路依次设置；
当轮齿轨列车从AC25kV 供电区域开始运行，轮齿轨列车通过受电弓从AC25kV接触网取电驱动列车运行；
当轮齿轨列车运行到RFID 标签A位置时，车载RFID 接收器接收到RFID 标签A的信息，知道前方即将进入无电区域，此时RFID 接收器向第一断路器发出断开指令，使列车在进入无电接触网区域前失电，当列车失去高压电后，列车通过蓄电池给牵引和辅助变流器箱供电，牵引和辅助变流器箱逆变后驱动牵引电机工作，使列车继续运行；
当轮齿轨列车运行至DC3000V 接触网区域时，列车运行到RFID标签B位置时，车载RFID接收器接收到RFID标签B的信息，知道已经进入DC3000V 供电区，此时互感器箱也检测到接触网电压为DC3000V时，列车的第二断路器收到互感器箱的控制指令闭合，列车从DC3000V接触网取电，电能通过牵引和辅助变流器箱变流变压后驱动牵引电机工作，使列车继续运行。
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