CN113752834A - 列车自供电系统、方法以及列车 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及列车供电技术领域，具体涉及一种列车自供电系统、方法以及列车，解决了相关技术中列车部分设备故障导致列车无法供电以及列车在备用电源用尽后旅客舒适度大幅下降的技术问题。该系统包括：自供电电源子系统、控制保护子系统、系统终端和隔离开关；所述自供电电源子系统设置在列车外部，用于将可再生能源转变为电能给所述系统终端供电；所述控制保护子系统设置在列车预设位置，且与所述自供电电源子系统连接，用于控制和保护所述自供电电源子系统；所述隔离开关设置于所述自供电电源子系统与所述系统终端之间，用于控制所述自供电电源子系统与所述系统终端的连接或断开。
Description
技术领域
本申请涉及列车供电技术领域，特别地涉及一种列车自供电系统、方法以及列车。
背景技术
随着生活水平的提高，客运电力机车技术也得到了快速发展。目前国内客运电力机车普遍采用DC600V直供电技术给客车供电，部分地区采用AC380V供电技术给客车供电，其原理均是从机车主变压器其中一个绕组取电，采用整理、逆变技术，根据机、客车的供电允许条件进行控制，从而在机车上形成DC600V或AC380V以满足客车车厢用电需求，下文中简称该系统为“列车供电系统”。
相关技术中，当机车部分设备故障，如主变压器、受电弓、列车供电系统以及电网(停电)等发生故障时，无法输出DC600V或AC380V电压，导致列车无法得电，空调、餐车等系统无法工作，只能采用应急电源进行照明等基本用电，但在应急电源使用完之后，列车无法照明，空调停运，列车上又闷又热使得旅客舒适度大幅下降，严重情况下会引起“路风事件”。
所以在既有供电条件下，需增加一个不受列车供电约束的备用列车自供电系统，对于提高列车旅客的舒适度，降低事故频率是非常必要的。
发明内容
针对上述问题，本申请提供一种列车自供电系统、方法以及列车，解决了相关技术中列车部分设备故障导致列车无法供电以及列车在备用电源用尽后旅客舒适度大幅下降的技术问题。
第一方面，本申请提供了一种列车自供电系统，所述方法包括：自供电电源子系统、控制保护子系统、系统终端和隔离开关；
所述自供电电源子系统设置在列车外部，用于将可再生能源转变为电能给所述系统终端供电；
所述控制保护子系统设置在列车预设位置，且与所述自供电电源子系统连接，用于控制和保护所述自供电电源子系统；
所述隔离开关设置于所述自供电电源子系统与所述系统终端之间，用于控制所述自供电电源子系统与所述系统终端的连接或断开。
根据本申请的实施例，可选的，上述列车自供电系统中，所述自供电电源子系统包括光伏组件和蓄电池；
所述光伏组件用于获取太阳能，并将所述太阳能转换为电能；
所述蓄电池用于存储所述电能。
根据本申请的实施例，可选的，上述列车自供电系统中，所述控制保护子系统包括光伏控制器和保护器；
所述光伏控制器用于控制所述光伏组件获取太阳能和所述蓄电池存储电源；
所述保护器用于控制所述自供电电源子系统与所述系统终端的安全通电。
根据本申请的实施例，可选的，上述列车自供电系统中，所述控制保护子系统还包括逆变器，用于将所述蓄电池存储的电源转换成预设电压值的交流电源。
第二方面，本申请提供一种列车供电系统，包括主电源子系统和上述列车自供电系统，所述主电源子系统连接到所述系统终端；
所述列车自供电系统配置在至少一节列车车厢中，其中所述自供电电源子系统通过所述隔离开关连接到所述系统终端。
根据本申请的实施例，可选的，上述列车自供电系统中，所述主电源子系统包括输入电源、整流器；
所述整流器用于将所述输入电源整流为预设电压值的直流电源。
第三方面，本申请提供一种列车，包括上述列车自供电系统或列车供电系统。
第四方面，本申请提供一种使用了上述列车自供电系统的列车自供电方法，所述方法包括：
基于设置在列车外部的自供电电源子系统将可再生能源转变为电能给所述列车的系统终端供电；
通过设置在列车预设位置，且与所述自供电电源子系统连接的控制保护子系统控制和保护所述自供电电源子系统；
通过设置于所述自供电电源子系统与所述列车的系统终端的隔离开关，控制所述自供电电源子系统与所述列车的系统终端的连接或断开。
根据本申请的实施例，可选的上述列车自供电方法，通过设置在所述自供电电源子系统与所述列车的系统终端之间的逆变器，将所述蓄电池存储的电源转换成预设电压值的交流电源。
第五方面，本申请提供一种列车供电方法，该方法使用上述的列车供电系统为列车供电；当所述隔离开关闭合时，所述自供电电源子系统给所述列车的系统终端供电。
本申请提供的一种列车自供电系统、方法以及列车，相交于现有技术的有益效果包括：
1、通过再生能源太阳能实现列车供电，降低了供电成本；
2、在列车部分设备故障时，采用本系统作为列车的应急供电系统，可提升旅客舒适度，避免列车停电带来的影响；
3、本系统无需更改列车既有供电系统的布线布局方案，仅需在列车外部设置光伏组件和蓄电池获取太阳能，且结构简单、安装方便。
附图说明
在下文中将基于实施例并参考附图来对本申请进行更详细的描述：
图1为DC600V列车供电系统原理拓扑图；
图2为AC380V列车供电系统原理拓扑图；
图3为本申请实施例提供的列车自供电系统的原理示意图；
图4为太阳能发电原理示意图；
图5为本申请实施例提供的一种包括列车自供电系统的DC600V列车供电系统的原理示意图；
图6为本申请实施例提供的一种包括列车自供电系统的AC380V列车供电系统的原理示意图。
在附图中，相同的部件使用相同的附图标记，附图并未按照实际的比例绘制。
具体实施方式
以下将结合附图及实施例来详细说明本申请的实施方式，借此对本申请如何应用技术手段来解决技术问题，并达到相应技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。本申请实施例以及实施例中的各个特征，在不相冲突前提下可以相互结合，所形成的技术方案均在本申请的保护范围之内。
现有技术中列车供电系统普遍采用DC600V直供电，部分采用AC380V供电技术，其原理均是从主变压器中一个绕组取电，通过整流、逆变处理后，根据机、客车的供电允许条件进行控制，从而在列车上形成DC600V或AC380V以满足列车车厢用电需求。
图1为本申请实施例提供的DC600V列车供电系统原理拓扑图，如图1所示，DC600V列车供电系统采用集中整流供电、客车分散变流的供电方式，即电力机车设置两个独立的供电绕组(AC860V)，经整流电源整流后提供两路完全独立的DC600V输出，再由各车厢上的变流器将DC600V电压变换成多个规格的电源提供给客车负载。
其中，多个规格的电源包括：3AC380V电源，AC220V电源，DC110V。将3AC380V电源提供给车厢三相交流负载(通风机、空调压缩机等)，AC220V电源提供给车厢插座、电视机等，DC110V电源提供给蓄电池和照明。
图2为本申请实施例提供的AC380V列车供电系统原理拓扑图，如图2所述，AC380V列车供电系统对原有DC600V的供电系统原理拓扑图进行了优化，将原来各车厢的分散逆变改为由电力机车集中逆变，即仍利用两个独立的供电绕组(AC860V)，经整流、滤波、逆变和隔离处理后为列车提供两路独立的3AC380V供电电源，输出功率保持不变，简化了车厢的三相逆变器和单相逆变器等电气设备。
不管是采用DC600V供电制式还是AV380V供电制式，当在一定的情况下，比如受电弓故障，或者电站停电，或者机车上的列供装置(即列车供电装置)故障，都会影响到客车的用电需求。在特别严重的情况下，客车无电无空调，乘客舒适度会降低，从而引起乘客的极大不满意，导致乘客投诉、愤怒甚至做出一些极端的事情来。
本公开提供一种列车自供电系统、方法以及列车，通过给列车加装一个不受列车供电约束的备用列车自供电系统，来解决因列车部分设备故障导致列车无法供电以及列车在无电状态下旅客舒适度大幅下降的技术问题。
实施例一
图3为本申请实施例提供的列车自供电系统的原理示意图；如图3所示，本系统包括：自供电电源子系统、控制保护子系统、系统终端和隔离开关；
所述自供电电源子系统设置在列车车顶，用于将可再生能源转变为电能给系统终端供电；
所述控制保护子系统设置在列车预设位置，且与所述自供电电源子系统连接，用于控制和保护所述自供电电源子系统；
所述隔离开关设置于所述自供电电源子系统与所述系统终端之间，用于控制所述自供电电源子系统与所述系统终端的连接或断开。
具体的，自供电电源子系统可将太阳能转化为电能并进行存储，通过隔离开关给系统终端供电；也可将风能转化为电能并进行存储，通过隔离开关给系统终端供电；还可将其他可再生能源转化为电能并进行存储，本实施例以太阳能为例进行说明。
太阳能是来自地球外部天体的能源，是太阳中的氢原子核在超高温时聚变释放的巨大能量。我们生活所需的煤炭、石油、天然气等化石燃料都是因为各种植物通过光合作用把太阳能转变成化学能在植物体内贮存下来后，再由埋在地下的动植物经过漫长的地质年代形成。此外，水能、风能、波浪能、海流能等也都是由太阳能转换来的。
本实施例通过太阳能发电，降低了供电成本，且由于太阳能为再生能源，既节能又环保。
图4为太阳能发电原理示意图；如图4所示，太阳能发电是利用由光伏组件组成的太阳能电池将太阳能直接转换为电能，SAJ光伏逆变器将通过光伏组件得到的电能转换为所需的交流电，连接家庭负载实现家庭照明。在广大的无电力网地区，通过太阳能发电可以方便地实现为用户照明及生活供电，一些发达国家还可与区域电网并网实现互补。
其中，光伏汇流箱保障光伏系统在维护、检查时易于切断电路，当光伏系统发生故障时减小停电的范围。太阳能电池(Solar cells)是利用半导体材料的电子学特性实现P-V转换的固体装置。
本申请将太阳能转换电能(存储)后，经过整流或逆变处理后，接入列车的供电系统，供列车空调、电视、电灯等设备取电，可用于列车在紧急无电状态下的应急方案，提高旅客列车运用的舒适度。
其中，隔离开关可控制自供电电源子系统和系统终端之间的通断以及保护本系统的电路安全，系统终端包括列车上的用电设备，如空调、灯光等负载。进一步的，所述自供电电源子系统包括光伏组件和蓄电池；所述光伏组件用于获取太阳能，并将所述太阳能转换为电能；所述蓄电池用于存储所述电能。
具体的，光伏组件接收太阳能并将太阳能转换为电能，并存储在存储器中。
具体的，通过光伏组件和蓄电池实现的太阳能发电的电气参数、机械及电气接口需与既有列车供电装置兼容。
进一步的，所述控制保护子系统包括光伏控制器和保护器；所述光伏控制器用于控制所述光伏组件获取太阳能和所述蓄电池存储电源；所述保护器用于控制所述自供电电源子系统与所述系统终端的安全通电。
具体的，光伏控制器控制光伏组件对蓄电池充电。
具体的，保护器用于用电安全保护，内置有智能的防高压装置，在列车上用电设备遭遇瞬间高电压的异常情况下，会智能启动内部保护装置，确保用电设备的用电安全。
具体的，列车上预设位置可以是电气柜中，也可以是不影响旅客和工作人员活动的列车上其他合适部位。
进一步的，所述控制保护子系统还包括逆变器，用于将所述蓄电池存储的电源转换成预设电压值的交流电源。
具体的，对于列车供电电源为交流电源时，需通过逆变器将直流电源转变成定频率定电压或调频调压的交流电源。
具体的，逆变器包括逆变桥、控制逻辑和滤波电路。
具体的，保护器可以根据输出电压范围进行选择，隔离开关可以根据列车供电所需的容量进行选择，逆变器可以根据输出电压范围进行选择。
其中，保护器、隔离开关和逆变器还可以根据列车实际的工作情况进行相关型号的选择。
本申请公开的列车自供电系统包括：自供电电源子系统、控制保护子系统、系统终端和隔离开关；所述自供电电源子系统设置在列车外部用于将可再生能源转变为电能给所述系统终端供电；所述控制保护子系统设置在列车预设位置，且与所述自供电电源子系统连接，用于控制和保护所述自供电电源子系统；所述隔离开关设置于所述自供电电源子系统与所述系统终端之间，用于控制所述自供电电源子系统与所述系统终端的连接或断开。将太阳能发电并入列车的既有供电系统，节省了电能的使用，降低了供电成本；在列车既有供电系统发生故障时作为应急电源为列车供电，可提升旅客舒适度，避免列车停电带来的影响；且本系统无需更改列车既有供电系统的布线布局方案，仅需在列车外部设置光伏组件和蓄电池获取太阳能，且结构简单、安装方便。
实施例二
本申请提供一种列车供电系统，该系统包括主电源子系统和实施例一所述的列车自供电系统，所述主电源子系统连接到所述系统终端；
所述列车自供电系统配置在至少一届列车车厢中，其中所述自供电电源子系统通过所述格力开关连接到所述系统终端。
进一步的，主电源子系统包括输入电源、整流器；
所述整流器用于将所述输入电源整流为预设电压值的直流电源。
其中，系统终端在本实施例中包括通风机、空调、车厢插座、电视机、照明设备以及蓄电池等负载。
图5为本申请实施例提供的一种包括列车自供电系统的DC600V列车供电系统的原理示意图，如图5所示，DC600V列车主电源子系统是采用集中整流供电、客车分散变流的供电方式，即电力机车设置两个独立的供电绕组(AC860V)，经整流电源整流后提供两路完全独立的DC600V输出，再由各车厢上的变流器将DC600V电压变换成多个规格的电源：3AC380V电源提供给车厢的通风机、空调等，AC220V电源提供给车厢插座、电视机等，DC110V电源提供给蓄电池和照明设备。
进一步的，所述控制保护子系统还包括逆变器，用于将所述蓄电池存储的电源转换成预设电压值的交流电源。
具体的，本实施例中所述逆变器可将DC600V转为AC380V，从而为AC380V列车供电。
图6为本申请实施例提供的一种包括列车自供电系统的AC380V列车供电系统的原理示意图，如图6中所示，AC380V列车主电源子系统时采用集中逆变，即利用两个独立的供电绕组(AC860V)，经整流、滤波、逆变和隔离变化后为列车提供两路独立的3AC380V供电电源。再由各车厢上的变流器将AC380V电压变换成多个规格的电源：3AC380V电源提供给车厢的通风机、空调、电伴热等，AC220V电源提供给车厢插座、电视机等，DC48V电源提供给蓄电池和照明设备。
本申请公开的列车自供电系统与与列车原有供电系统配套使用，且列车的每节车厢均配置一套。使用过程中，当列供装置工作正常时，隔离开关闭合，列车自供电系统与列供装置一起给列车车厢负载设备供电；当列供装置或受电弓网发生故障时，切除列车的机车到客车的列供隔离开关，通过本申请的列车自供电系统给客车负载设备供电，且没有与机车连接的单节客车车厢也可以使用本系统供电；在不需要使用本系统时，将隔离开关断开即可。
实施例三
本实施例提供了一种列车，所述列车包括实施例一的列车自供电系统或实施例二中的列车供电系统。
本实施例中每节客车车厢均设置有一套列车自供电系统或列车供电系统，与列车原有的供电系统配套使用。
使用时，当列车原有的供电系统正常工作时，隔离开关合上，设置的列车自供电系统或列车供电系统与列车原有的供电系统一起给车厢负载设备供电；当不需要使用列车自供电系统或列车供电系统时，将隔离开关断开即可。
当列车原有的供电系统或受电弓网发生故障时，则切除列车原有的供电系统与车厢的列车供电隔离开关，仅用列车自供电系统或列车供电系统作为列车上的负载设备的应急供电即可。没有与列车原有的供电系统连接的单节客车车厢也可以使用列车自供电系统或列车供电系统供电。
实施例四
本实施例提供一种列车自供电方法，该方法使用了实施例一中的列车自供电系统，该方法包括：
基于设置在列车外部的自供电电源子系统将可再生能源转变为电能给所述列车的系统终端供电；
通过设置在列车预设位置，且与所述自供电电源子系统连接的控制保护子系统控制和保护所述自供电电源子系统；
通过设置于所述自供电电源子系统与所述列车的系统终端之间的隔离开关，控制所述自供电电源子系统与所述列车的系统终端的连接或断开。
进一步的，通过设置在所述自供电电源子系统与所述列车的系统终端之间的逆变器，将所述蓄电池存储的电源转换成预设电压值的交流电源。
本实施例提供的列车自供电方法，通过自供电电源子系统将可再生能源转变为电能，当设置于所述自供电电源子系统与所述列车的系统终端之间的隔离开关连接时，自供电电源子系统给所述列车的系统终端供电；当设置于所述自供电电源子系统与所述列车的系统终端之间的隔离开关断开时，自供电电源子系统停止给所述列车的系统终端供电。
其中，系统终端为列车的各类用电负载。
实施例五
本实施例提供一种列车供电方法，本方法使用实施例二中的列车供电系统为列车供电；当所述隔离开关闭合时，所述自供电电源子系统给所述列车的系统终端供电。
本实施例中的列车供电方法，在隔离开关断开时，列车主电源子系统为列车供电；在隔离开关闭合时，自供电电源子系统将可再生能源转换为电能为列车的系统终端供电。
其中，系统终端为列车的各类用电负载。
综上，本申请提供的一种列车自供电系统、方法以及列车，该系统包括：自供电电源子系统、控制保护子系统、系统终端和隔离开关；所述自供电电源子系统设置在列车外部，用于将可再生能源转变为电能给所述系统终端供电；所述控制保护子系统设置在列车预设位置，且与所述自供电电源子系统连接，用于控制和保护所述自供电电源子系统；所述隔离开关设置于所述自供电电源子系统与所述系统终端之间，用于控制所述自供电电源子系统与所述系统终端的连接或断开。
本申请将太阳能发电并入列车的既有供电系统，节省了电能的使用，降低了供电成本；在列车机油供电系统发生故障时作为应急电源为列车供电，可提升旅客舒适度，避免列车停电带来的影响；且本系统无需更改列车既有供电系统的布线布局方案，仅需在列车外部设置光伏组件和蓄电池获取太阳能，且结构简单、安装方便，解决了相关技术中列车部分设备故障导致列车无法供电以及列车在备用电源用尽后旅客舒适度大幅下降的技术问题。
在本申请实施例所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的方法、系统，也可以通过其它的方式实现。以上所描述的方法实施例仅仅是示意性的。
需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
虽然本申请所揭露的实施方式如上，但上述的内容只是为了便于理解本申请而采用的实施方式，并非用以限定本申请。任何本申请所属技术领域内的技术人员，在不脱离本申请所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式上及细节上作任何的修改与变化，但本申请的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。
Claims (10)
1.一种列车自供电系统，其特征在于，所述系统包括：自供电电源子系统、控制保护子系统、系统终端和隔离开关；
所述自供电电源子系统设置在列车外部，用于将可再生能源转变为电能给所述系统终端供电；
所述控制保护子系统设置在列车预设位置，且与所述自供电电源子系统连接，用于控制和保护所述自供电电源子系统；
所述隔离开关设置于所述自供电电源子系统与所述系统终端之间，用于控制所述自供电电源子系统与所述系统终端的连接或断开。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述自供电电源子系统包括光伏组件和蓄电池；
所述光伏组件用于获取太阳能，并将所述太阳能转换为电能；
所述蓄电池用于存储所述电能。
3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述控制保护子系统包括光伏控制器和保护器；
所述光伏控制器用于控制所述光伏组件获取太阳能和所述蓄电池存储电源；
所述保护器用于控制所述自供电电源子系统与所述系统终端的安全通电。
4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述控制保护子系统还包括逆变器，用于将所述蓄电池存储的电源转换成预设电压值的交流电源。
5.一种列车供电系统，包括主电源子系统和权利要求1～4中任意一项所述的列车自供电系统，所述主电源子系统连接到所述系统终端；
所述列车自供电系统配置在至少一节列车车厢中，其中所述自供电电源子系统通过所述隔离开关连接到所述系统终端。
6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述主电源子系统包括输入电源、整流器；
所述整流器用于将所述输入电源整流为预设电压值的直流电源。
7.一种列车，其特征在于，所述列车包括如权利要求1～4中任意一项所述的列车自供电系统或如权利要求5～6所述的列车供电系统。
8.一种列车自供电方法，使用了权利要求1～4所述的列车自供电系统，其特征在于，所述方法包括：
基于设置在列车外部的自供电电源子系统将可再生能源转变为电能给所述列车的系统终端供电；
通过设置在列车预设位置，且与所述自供电电源子系统连接的控制保护子系统控制和保护所述自供电电源子系统；
通过设置于所述自供电电源子系统与所述列车的系统终端之间的隔离开关，控制所述自供电电源子系统与所述列车的系统终端的连接或断开。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，通过设置在所述自供电电源子系统与所述列车的系统终端之间的逆变器，将所述自供电电源子系统提供的电源转换成预设电压值的交流电源。
10.一种列车供电方法，其特征在于，使用权利要求5～6中任意一项所述的列车供电系统为列车供电；当所述隔离开关闭合时，所述自供电电源子系统给所述列车的系统终端供电。
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|---|---|---|---|
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