CN114024362A - 一种动力集中动车组拖车过分相不间断供电系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及动力集中动车组拖车过分相不间断供电系统，包括逆变器和拖车交流负载、充电机、蓄电池组和应急供电电源，在列车过分相前降低拖车交流负载的总功率，切断列供电源，蓄电池组的电能经应急供电电源升压和逆变器逆变后向拖车交流负载供电；过分相完成后，拖车交流负载切换至列供电源供电，蓄电池由列供电源充电保证下一次过分相区时不间断供电。采用本发明不间断供电控制方案，拖车可以不受列车运行速度及列供电源限制，通过拖车本身备用电源实现拖车交流负载在过分相时不间断供电，同时在机车列供电源突发故障时，也能保证拖车重要用电设备继续运行一定的时间，减少了设备突然失电而产生的故障率，提高列车运行的可靠性、舒适性。

Description

一种动力集中动车组拖车过分相不间断供电系统

技术领域

本发明属于动力集中动车组列车过分相控制领域，特别涉及一种列车过分相不间断供电装置和控制方法。

背景技术

既有铁路客车或160km动力集中动车组拖车供电普遍采用电力机车提供DC600V电源，客车或拖车设置逆变电源将DC600V逆变成AC380V电供本车交流负载供电。当列车通过分相区间时，机车采用分主断，停止向客车或拖车提供DC600V电源，过完分相区后，再次向客车或拖车供电。技术缺陷表现以下两个方面：

1、当列车过分相区时，客车或拖车上没有交流电源，空调机组、制氧设备、电热器、厨房设备等不能工作，影响客车舒适性。

2、列车过分相时，客车或拖车上设备频繁启动停止工作，降低了设备使用寿命，增加了故障率。

将检索发现中国发明专利申请CN201510944835.7公开一种列车过分相能量再利用装置和方法，中国发明专利申请CN201480024964.8公开了铁路列车过分相时辅助绕组不停电的控制方法。

上述两文献中记载的方案均采用电动机、控制器、辅助绕组等装置在过分相时将车辆动能转化为电能的方式为列车供电。

该方式受限于列车运行速度，在进入分相区的时候列车速度越高则动能越大，所产生的电能越大，在列车低速运行时动能转化效率低，产生的能量不足以满足车辆用电需求，第一种适合速度等级大于200km/h动力分散电动车组列车。第二种方式仅能满足机车本身用电需求，且列车速度较低时所产生的电压不稳定，供电品质较差，分相区段无法向客车或拖车供电。

现有铁路客车或160km动力集中动车组其最高运行速度小于160km/h,部分区段运行在80-120km/h，受到线路条件限速时速度更低。受限于客车本身没有辅助回路，供电由机车集中提供，而因速度等级较低，过分相时利用动能转化的方式产生的电能不足以供整列车用电需求。

发明内容

本发明的目的主要是针对上述现有技术的缺陷，提供一种动力集中动车组拖车过分相不间断供电系统，拖车通过蓄电池组、应急供电电源及逆变器实现各拖车过分相区不间断供电。

为了解决以上技术问题，本发明提供的动力集中动车组拖车过分相不间断供电系统，包括逆变器和拖车交流负载，其特征在于：还包括充电机、蓄电池组和应急供电电源，在列车过分相前降低拖车交流负载的总功率，切断列供电源，蓄电池组的电能经应急供电电源升压和逆变器逆变后向拖车交流负载供电；过分相完成后，拖车交流负载切换至列供电源供电，蓄电池由列供电源充电保证下一次过分相区时不间断供电。

进一步的，动力集中动车组拖车过分相不间断供电系统还具有综合控制柜，所述综合控制柜接收由动车组发送的过分相预告信号，并控制充电机、应急供电电源和逆变器的工作状态，所述工作状态分为正常工况和不间断供电工况。

进一步的，逆变器具有两路输入线路，其中第一输入线路与提供列供电源的供电干线连接，第二输入线路与应急供电电源连接，所述第一输入线路上设置有主接触器；正常工况时，主接触器闭合，不间断供电工况时，主接触器断开。正常工况时，应急供电电源备热；不间断供电工况时，应急供电电源输出功率。本专利中，应急供电电源的输出电压低于列供电源的额定电压。

应急供电电源始终与蓄电池联通，正常工况时应急供电电源输出电压DC570V处于热备状态不对外输出功率，不间断供电状态时，应急供电电源以DC570V对逆变器供电。

本发明还要求保护一种动力集中动车组拖车过分相不间断供电控制方法，其特征在于：通过前述的系统实现。

具体来说，动力集中动车组拖车过分相不间断供电控制方法包含进入过分相的控制步骤和过分相完成的控制步骤，其中

步骤1.1、动车组即将进入分相区前，发出过分相预告信号；

步骤1.2、综合控制柜接收到分相预告信号后降低拖车交流负载的总功率，控制充电机和逆变器的工作状态从正常工况切换至不间断供电工况；

步骤1.3、充电机封锁脉冲，停止工作；应急供电电源对蓄电池组输出的电压进行升压，应急供电电源从热备状态自动投入供电；当检测到列供电压低于预设电压阈值时，断开逆变器第一输入线路上的主接触器；

步骤1.4、蓄电池组的电能经应急供电电源升压和逆变器逆变后向拖车交流负载供电；

过分相完成的控制步骤如下：

步骤2.1、检测到列供电压恢复正常后，闭合逆变器第一输入线路上的主接触器，并发出过分相完成信号；

步骤2.2、控制充电机和逆变器的工作状态从不间断供电工况换至正常工况切；

步骤2.3、拖车交流负载恢复正常工作；充电机正常起动；当列供电源电压大于应急供电电源电压，应急供电电源自动退出功率输出并进入热备状态；供电干线的电能经逆变器逆变后给拖车交流负载供电。

本发明在拖车设置充电机、蓄电池组、应急供电电源逆变器、，列车在接近分相区时，由机车提前向拖车发送过分相预告信号，拖车控制系统在过分相前提前减载，关闭部分非重要的交流负载，降低功率，拖车通过蓄电池组、应急供电电源及逆变器实现各拖车过分相区不间断供电。

本发明的有益效果是：采用本发明不间断供电控制方案，拖车可以不受列车运行速度及列供电源限制，通过拖车本身备用电源实现拖车空调、制氧系统、厨房电气设备等大功率交流负载在过分相时不间断供电，同时在机车列供电源突发故障时，也能保证拖车重要用电设备继续运行一定的时间，减少了设备突然失电而产生的故障率，提高列车运行的可靠性、舒适性。

附图说明

图1是本发明动力集中动车组拖车过分相不间断供电系统的组成框图。

图2是本发明动力集中动车组拖车过分相不间断供电系统原理图。

具体实施方式

下面对本发明的实施方式做解释说明。

如图1所示，本发明实施例动力集中动车组拖车过分相不间断供电系统，包括综合控制柜4、逆变器8、拖车交流负载9、充电机5、蓄电池组6（DC110V）和应急供电电源7（用于将DC110V电源变换为DC570V左右输出），在列车过分相前降低拖车交流负载9的总功率，切断列供电源，蓄电池组6的电能经应急供电电源7升压和逆变器8逆变后向拖车交流负载9供电；过分相完成后，切换至列供电源供电。列供电源的额定电压为DC600V，应急供电电源的额定输出电压为DC570V，两路供逆变器的电路通过二极管隔离后并联。过分相过程为列供失电后自动转为应急电源供电，实现不间断运行。故此发明的关键创新点在于：两路直流电路利用电压差并联，运行过程中始终由电压高的一路供电，实现不间断运行。应急供电电源与蓄电池在工作状态下始终是联通的，即热备状态。

综合控制柜4进行列供电源（DC600V，从供电干线3取电）的分配，以及接收由动车组发送的过分相预告信号，并控制充电机5和逆变器8的工作状态，工作状态分为正常工况和不间断供电工况。

其中，逆变器8具有两路输入线路，其中第一输入线路通过二极管与提供列供电源的供电干线3连接，第二输入线路与应急供电电源7连接，第一输入线路上设置有主接触器；正常工况时，主接触器闭合，不间断供电工况时，主接触器断开。应急供电电源7始终与蓄电池组6联通，正常工况时应急供电电源输出电压DC570V处于热备状态不对外输出功率，不间断供电状态时，应急供电电源以DC570V对逆变器供电。

动力集中动车组拖车过分相不间断供电控制方法，通过本实施例的系统实现。具体来说，包含进入过分相的控制步骤和过分相完成的控制步骤，其中

进入过分相的控制步骤如下：

步骤1.1、动车组即将进入分相区前，发出过分相预告信号；

步骤1.2、综合控制柜4接收到分相预告信号后降低拖车交流负载9的总功率，控制充电机5、应急供电电源7和逆变器8的工作状态从正常工况切换至不间断供电工况；

步骤1.3、充电机5封锁脉冲，停止工作；应急供电电源7对蓄电池组6输出的电压进行升压，应急供电电源7从热备状态自动投入供电；当检测到列供电压低于预设电压阈值时，断开逆变器8第一输入线路上的主接触器；本实施例预设电压阈值设置为500V；

步骤1.4、蓄电池组6的电能经应急供电电源7升压和逆变器8逆变后向拖车交流负载9供电。

过分相完成的控制步骤如下：

步骤2.1、检测到列供电压恢复正常后，闭合逆变器8第一输入线路上的主接触器，并发出过分相完成信号；

步骤2.2、控制充电机5、应急供电电源7和逆变器8的工作状态从不间断供电工况换至正常工况切；

步骤2.3、拖车交流负载9恢复正常工作；充电机正常起动；当列供电源电压大于应急供电电源7电压，应急供电电源7自动退出功率输出并进入热备状态；供电干线3的电能经逆变器8逆变后给拖车交流负载9供电。

下面具体以动力集中动车组拖车重要负载制氧系统压缩机不间断供电为例进行详细说明，动力集中动车组采用动力车集中供电（DC600V），拖车分散变流的供电方式，各拖车设置DC110V蓄电池组、DC600V/DC110V充电机、DC110V/DC600V应急供电电源、DC600V/AC380V逆变器。

各设备控制原理如图2所示，在动力集中动车组过分相区时接触网断电，动力车停止供电，拖车根据动力车过分相预告信号，拖车控制系统提前将本车普通交流负载断开，由本车蓄电池组经过应急供电电源及逆变模块向车辆重要交流负载供电，保证制氧系统压缩机在过分相时不间断运行。

逆变电源检测到输入DC600V电压在DC500—DC660V时，逆变器模块1、逆变器模块2闭合主接触器开始给逆变器内部的预充电电容预充电，预充电完成后以VVVF起动。逆变模块正常启动后，逆变器模块1发出201信号（逆变器模块1正常）、205信号（过分相完成信号），逆变器模块2发出301信号（逆变器模块2正常）。逆变器诊断出故障时，封锁脉冲，断开主接触器、预充电接触器、输出接触器，并发出301信号（逆变器模块1故障）或303信号（逆变器模块2故障）。

充电机检测到输入DC600V电压在DC500—DC660V时，闭合主接触器开始预充电，预充电完成后，开始软起动。起动完成后，发出202信号（充电机正常）。充电机诊断出故障时，封锁脉冲，断开主接触器，发出302信号（充电机故障）。

应急电源接收到逆变器1发出的205信号后，当蓄电池电压＞90V，转热备状态。输出电压跟踪列供DC600V电源电压，控制输出电压比列供电压低30V，而定输出电压为DC570V，处于热备状态。应急电源输出电压大于DC500V后，发出431信号（应急电源正常）、450信号（热备状态）。应急电源故障时，发出432信号（应急电源故障）。

应急电源在满足如下条件之一时，停机：

a.收到本车充电机故障信号立即停机（应急模式下不响应充电机故障信号）；

b.收到本车逆变器减载信号立即停机；

c. 列供无电，且无应急供电模式信号，持续时间运行时间暂定90s，90s后停机；

d.输入电压欠压小于86V立即停机。

动车组进入分相区的前3s，动力车发出过自动过分相预告信号（预告到断列供DC600V时间约3s脉冲）：

1）制氧系统执行减载，减载后的负载为额定负载的55%。

2）充电机接收到772信号（自动过分相预告信号）后，封锁脉冲，断开主接触器、预充电接触器。

3）应急电源接收到772信号（自动过分相预告信号）后，切换到不间断供电状态，输出电压按照DC570V控制。

4）逆变电源接收到450信号后，进入不间断供电状态，当检测到列供DC600V电压低于500V时，断开主接触器、预充电接触器，控制板继续控制输出3AC380V，维持制氧机压缩机供电。

动车组出分相区后，列供DC600V电源起动：

1）逆变电源检测到输入DC600V电压在DC500—DC660V时，闭合主接触器、预充电接触器，发出205信号（过分相完成信号）。

2）应急电源、充电机、制氧机接收到逆变电源的205信号（过分相完成信号），执行如下动作：

①应急电源——转换到热备状态。

②制氧机——制氧压缩机恢复正常工作。

③充电机——正常起动。

除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。

Claims (9)

1.一种动力集中动车组拖车过分相不间断供电系统，包括逆变器（8）和拖车交流负载（9），其特征在于：还包括充电机（5）、蓄电池组（6）和应急供电电源（7），在列车过分相前降低拖车交流负载（9）的总功率，切断列供电源，蓄电池组（6）的电能经应急供电电源（7）升压和逆变器（8）逆变后向拖车交流负载（9）供电；过分相完成后，拖车交流负载（9）切换至列供电源供电。

2.根据权利要求1所述的动力集中动车组拖车过分相不间断供电系统，其特征在于：还具有综合控制柜（4），所述综合控制柜（4）接收由动车组发送的过分相预告信号，并控制充电机（5）和逆变器（8）的工作状态，所述工作状态分为正常工况和不间断供电工况。

3.根据权利要求2所述的动力集中动车组拖车过分相不间断供电系统，其特征在于：逆变器（8）具有两路输入线路，其中第一输入线路与提供列供电源的供电干线（3）连接，第二输入线路与应急供电电源（7）连接，所述第一输入线路上设置有主接触器；正常工况时，主接触器闭合，不间断供电工况时，主接触器断开。

4.根据权利要求3所述的动力集中动车组拖车过分相不间断供电系统，其特征在于：正常工况时，应急供电电源（7）备热；不间断供电工况时，应急供电电源（7）输出功率。

5.根据权利要求4所述的动力集中动车组拖车过分相不间断供电系统，其特征在于：应急供电电源（7）的输出电压低于列供电源的额定电压。

6.动力集中动车组拖车过分相不间断供电控制方法，其特征在于：通过权利要求1-5任一项所述的系统实现。

7.根据权利要求6所述的动力集中动车组拖车过分相不间断供电控制方法，其特征在于：包含进入过分相的控制步骤和过分相完成的控制步骤，其中，

进入过分相的控制步骤如下：

步骤1.1、动车组即将进入分相区前，发出过分相预告信号；

步骤1.2、综合控制柜（4）接收到分相预告信号后降低拖车交流负载（9）的总功率，控制充电机（5）和逆变器（8）的工作状态从正常工况切换至不间断供电工况；

步骤1.3、充电机（5）封锁脉冲，停止工作；应急供电电源（7）对蓄电池组（6）输出的电压进行升压，应急供电电源（7）从热备状态自动投入供电；当检测到列供电压低于预设电压阈值时，断开逆变器（8）第一输入线路上的主接触器；

步骤1.4、蓄电池组（6）的电能经应急供电电源（7）升压和逆变器（8）逆变后向拖车交流负载（9）供电。

8.根据权利要求7所述的动力集中动车组拖车过分相不间断供电控制方法，其特征在于：

过分相完成的控制步骤如下：

步骤2.1、检测到列供电压恢复正常后，闭合逆变器（8）第一输入线路上的主接触器，并发出过分相完成信号；

步骤2.2、控制充电机（5）和逆变器（8）的工作状态从不间断供电工况换至正常工况切；

步骤2.3、拖车交流负载（9）恢复正常工作；充电机正常起动；当列供电源电压大于应急供电电源（7）电压，应急供电电源（7）自动退出功率输出并进入热备状态；供电干线（3）的电能经逆变器（8）逆变后给拖车交流负载（9）供电。

9.根据权利要求8所述的动力集中动车组拖车过分相不间断供电控制方法，其特征在于：列供电源的额定电压为600V，步骤1.3中，预设电压阈值的取值范围为480V-520V。

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