一種用于電力機車及電動車組的車載儲能裝置及方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種用于電力機車及電動車組的車載儲能裝置及方法以實現(xiàn)避免電力機車及電動車組在過分相時的牽引力和速度損失的目的，包括：并聯(lián)于牽引變流器的直流回路上的儲能模塊，用于接收控制模塊的釋放能量控制信號，工作于能量釋放工作狀態(tài)，在能量釋放工作狀態(tài)期間，將所釋放的能量提供給牽引變流器；以及，接收控制模塊的存儲能量控制信號，工作于能量存儲工作狀態(tài)，在能量存儲工作狀態(tài)期間，存儲所從直流回路上獲取的能量；與儲能模塊連接的控制模塊，用于當判斷出處于過分相狀態(tài)時，向儲能模塊發(fā)出釋放能量控制信號；以及，當判斷出電力機車和/或電動車組處于制動和/或直流回路電壓過高時，向儲能模塊發(fā)出存儲能量控制信號。
【專利說明】—種用于電力機車及電動車組的車載儲能裝置及方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及電力機車及電動車組領域，特別涉及一種用于電力機車及電動車組的車載儲能裝置及方法。
【背景技術】
[0002]當前世界能源日趨緊張，節(jié)能降耗已成為世界性的研究課題，而能量的回收再利用是節(jié)能降耗的有效手段。隨著我國電氣化鐵路高速化、重載化的發(fā)展，作為消耗能源重點行業(yè)的鐵路，在能量的回收再利用方面具有很大潛力。
[0003]目前對電力機車及電動車組制動產(chǎn)生的能量進行回收再利用普遍采用的技術方案分為耗能型和饋能型兩種。耗能型方案采用斬波器與制動電阻配合，將制動能量消耗在制動電阻上，能量以熱量的形式消耗掉；饋能型方案一般為交直交傳動電力機車和電動車組所普遍采用，通過機車牽引變流器將制動能量回饋至牽引供電網(wǎng)。
[0004]其中，制動能量是在電力機車或電動車組行駛過程中減速制動時，牽引電機的轉子轉速大于牽引電機的同步轉速，轉子繞組感應電動勢與電流方向改變，電磁轉矩方向也隨之改變并與轉子轉向相反，列車減速制動，牽引電機工作于發(fā)電工況所產(chǎn)生的再生制動電能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]但是，現(xiàn)有的能量回收再利用的方案都未解決電力機車及電動車組在過分相時所存在的牽引力和速度損失的問題。過分相是指，電力機車及電動車組行駛通過由于電氣化鐵路相鄰兩個牽引供電段電壓的相位不同而導致的相鄰兩個供電段之間的無電區(qū)的過程。
[0006]有鑒于此，本發(fā)明實施例的主要目的在于提供一種用于電力機車及電動車組的車載儲能裝置及方法以實現(xiàn)避免電力機車及電動車組在過分相時的牽引力和速度損失的目的。
[0007]為了解決以上技術問題，本發(fā)明實施例采取的技術方案是:
[0008]第一方面，本發(fā)明實施例提供了一種用于電力機車及電動車組的車載儲能裝置，所述裝置可以包括:
[0009]并聯(lián)于電力機車和/或電動車組的牽引變流器的直流回路上的儲能模塊，用于接收控制模塊的釋放能量控制信號，根據(jù)釋放能量控制信號工作于能量釋放工作狀態(tài)，在能量釋放工作狀態(tài)期間，將所釋放的能量提供給所述牽引變流器；以及，接收控制模塊的存儲能量控制信號，根據(jù)存儲能量控制信號工作于能量存儲工作狀態(tài)，在能量存儲工作狀態(tài)期間，存儲所從所述直流回路上獲取的能量；
[0010]與所述儲能模塊連接的控制模塊，用于當判斷出所述電力機車和/或電動車組處于過分相狀態(tài)時，向所述儲能模塊發(fā)出釋放能量控制信號；以及，當判斷出所述電力機車和/或電動車組處于制動和/或直流回路電壓過高時，向所述儲能模塊發(fā)出存儲能量控制信號。[0011]在第一方面的第一種可能的實現(xiàn)方式中，當所述電力機車和/或電動車組中包括兩組或兩組以上相互獨立的牽引變流器的直流回路時，一個所述車載儲能裝置的儲能模塊與一組牽引變流器的直流回路并聯(lián)。
[0012]在第一方面的第二種可能的實現(xiàn)方式中，當所述電力機車和/或電動車組中包括兩組或兩組以上并聯(lián)的牽引變流器的直流回路時，一個所述車載儲能裝置的儲能模塊與所述兩組或兩組以上并聯(lián)的牽引變流器的直流回路并聯(lián)。
[0013]在第一方面的第三種可能的實現(xiàn)方式中，所述控制模塊，還用于在供電電網(wǎng)斷電或者電力機車和/或電動車組加速爬坡導致能量消耗超過閾值時，向所述儲能模塊發(fā)出釋放能量控制信號。
[0014]在第一方面的第四種可能的實現(xiàn)方式中，所述儲能模塊，還用于在能量存儲工作狀態(tài)期間，存儲通過牽引變流器的四象限整流器從供電電網(wǎng)獲取的能量。
[0015]第二方面，本發(fā)明實施例提供了一種用于電力機車及電動車組的車載儲能方法，所述方法可以包括:
[0016]當控制模塊判斷出所述電力機車和/或電動車組處于過分相狀態(tài)時，向儲能模塊發(fā)出釋放能量控制信號，其中，所述儲能模塊并聯(lián)于電力機車和/或電動車組的牽引變流器的直流回路上，所述儲能模塊根據(jù)所述釋放能量控制信號工作于能量釋放工作狀態(tài)，在能量釋放工作狀態(tài)期間，將所釋放的能量提供給所述牽引變流器；以及，
[0017]當控制模塊判斷出所述電力機車和/或電動車組處于制動和/或直流回路電壓過高時，向儲能模塊發(fā)出存儲能量控制信號，所述儲能模塊根據(jù)所述存儲能量控制信號工作于能量存儲工作狀態(tài)，在能量存儲工作狀態(tài)期間，存儲從直流回路上獲取的能量。
[0018]在第二方面的第一種可能的實現(xiàn)方式中，還可以包括:
[0019]所述控制模塊在供電電網(wǎng)斷電或者電力機車和/或電動車組加速爬坡導致能量消耗超過閾值時，向所述儲能模塊發(fā)出釋放能量控制信號。
[0020]在第二方面的第二種可能的實現(xiàn)方式中，還可以包括:
[0021]所述儲能模塊在能量存儲工作狀態(tài)期間，存儲通過牽引變流器的四象限整流器從供電電網(wǎng)獲取的能量。
[0022]可見本發(fā)明具有如下有益效果:
[0023]本發(fā)明實施例提供的車載儲能裝置可以在電力機車和/或電動車組制動或直流回路電壓升高時，由控制模塊控制儲能模塊存儲回收的能量，并在電力機車和/或電動車組過分相時，由控制模塊控制儲能模塊將所存儲的能量釋放出來提供給牽引變流器，以維持電力機車和/或電動車組短時正常運行，實現(xiàn)了避免電力機車及電動車組在過分相時的牽引力和速度損失的目的。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0024]為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術中的技術方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0025]圖1是本發(fā)明實施例提供的用于電力機車及電動車組的車載儲能裝置的結構示意圖；
[0026]圖2是安裝了本發(fā)明實施例提供的車載儲能裝置的交直交電力機車及動車組交流傳動系統(tǒng)的結構示意圖之一；
[0027]圖3是安裝了本發(fā)明實施例提供的車載儲能裝置的交直交電力機車及動車組交流傳動系統(tǒng)的結構示意圖之二；
[0028]圖4是本發(fā)明實施例提供的用于電力機車及電動車組的車載儲能方法的流程示意圖。
【具體實施方式】
[0029]為使本發(fā)明實施例的上述目的、特征和優(yōu)點能夠更加明顯易懂，下面結合附圖和【具體實施方式】對本發(fā)明實施例作進一步詳細的說明。
[0030]例如，參見圖1所示的本發(fā)明實施例提供的用于電力機車和/或電動車組的車載儲能裝置的結構示意圖。本發(fā)明實施例所述的車載儲能裝置可以連接于電力機車和/或電動車組的牽引變流器的直流回路上，包括:
[0031]并聯(lián)于所述電力機車和/或電動車組的牽引變流器的直流回路上的儲能模塊110，用于接收控制模塊120的釋放能量控制信號，根據(jù)所述釋放能量控制信號工作于能量釋放工作狀態(tài)，在能量釋放工作狀態(tài)期間，將所釋放的能量提供給所述牽引變流器；以及，接收控制模塊120的存儲能量控制信號，根據(jù)所述存儲能量控制信號工作于能量存儲工作狀態(tài)，在能量存儲工作狀態(tài)期間，存儲從所述直流回路上獲取的能量；
[0032]與所述儲能模塊110連接的控制模塊120，用于當判斷出所述電力機車和/或電動車組處于過分相狀態(tài)時，向所述儲能模塊110發(fā)出釋放能量控制信號；以及，當判斷出所述電力機車和/或電動車組處于制動和/或直流回路電壓過高時，向所述儲能模塊110發(fā)出存儲能量控制信號。
[0033]下面對本發(fā)明實施例所述的儲能模塊110的可能的實現(xiàn)方式進行介紹:
[0034]例如，本發(fā)明實施例所述的儲能模塊110可以包括能量變換電路1101與儲能元件1102。其中，所述能量變換電路1101，可以用于接收控制模塊120的釋放能量控制信號，根據(jù)釋放能量控制信號工作于能量釋放工作狀態(tài)，在能量釋放工作狀態(tài)期間，將所釋放的能量轉換為所述牽引變流器中的牽引逆變器及輔助逆變器可使用的能量形式，并提供給所述牽引變流器中的牽引逆變器及輔助逆變器使用；以及，用于接收控制模塊120的存儲能量控制信號，根據(jù)存儲能量控制信號工作于能量存儲工作狀態(tài)，在能量存儲工作狀態(tài)期間，從直流回路上獲取能量，將所獲取的能量轉換為儲能元件1102所需的能量形式存儲于儲能元件1102中；
[0035]所述儲能元件1102，可以用于存儲能量，可以是各種電池、超級電容、超導、飛輪、或者多種儲能元件的混合，例如可以由其中一種或幾種儲能元件串并聯(lián)組成。
[0036]需要說明的是，由于本領域技術人員能夠在本發(fā)明實施例的啟示之下結合公知常識獲知控制模塊、以及可與牽引變流器進行能量交換的儲能模塊的各種類型及結構，本文實施例中僅以框圖的形式示意出車載儲能裝置的基本結構，只要該車載儲能裝置與牽引變流器的連接方式、控制能量存儲與釋放的時機及目的與本發(fā)明實施例相同，都應在本專利申請的保護范圍之內(nèi)。[0037]可見，應用本發(fā)明實施例提供的車載儲能裝置可以在電力機車和/或電動車組制動或直流回路電壓升高時，由控制模塊120控制儲能模塊110存儲回收的能量，并在電力機車和/或電動車組過分相時，由控制模塊120控制儲能模塊110將所存儲的能量釋放出來提供給牽引變流器，以維持電力機車和/或電動車組短時正常運行，避免電力機車及電動車組在過分相時的牽引力和速度損失，并且還可以用于維持輔助變流器正常運行，保證空調(diào)、照明等必需。
[0038]另外，本發(fā)明實施例提供的車載儲能裝置不僅可以在電力機車和/或電動車組過分相時提供能量，還可以供電電網(wǎng)斷電需要緊急救援時、爬坡加速時提供能量。具體地，例如:
[0039]所述控制模塊120，還可以用于在供電電網(wǎng)斷電或者電力機車和/或電動車組加速爬坡導致能量消耗超過閾值時，向所述儲能模塊發(fā)出釋放能量控制信號。
[0040]其中，本發(fā)明實施例提供的車載儲能裝置的儲能模塊110在能量存儲工作狀態(tài)期間，不僅可以存儲從牽引變流器的直流回路上獲取的制動能量、由于牽引網(wǎng)電壓波動或牽引電機功率波動所引起的直流回路電壓過高產(chǎn)生的多余能量，還可以存儲通過牽引變流器的四象限整流器從供電電網(wǎng)獲取的能量。
[0041 ] 下面，再對本發(fā)明實施例的車載儲能裝置的安裝方式進行介紹。
[0042]例如，參見圖2，適于安裝本發(fā)明實施例提供的車載儲能裝置的交直交電力機車及動車組交流傳動系統(tǒng)一般采用多重化結構，包括牽引變壓器230、牽引變流器240及交流牽引電機250三部分，另外，輔助逆變器還可以與空調(diào)、照明等輔助設備260相連。其中，牽引變流器240又包括四象限整流器2401、直流回路2402、牽引逆變器2403及輔助逆變器2404等。其中，牽引變壓器230每個次邊繞組連接一重四象限整流器2401，每個牽引逆變器2403連接一個或多個交流牽引電機250。其中，當所述電力機車和/或電動車組中包括兩組或兩組以上牽引變流器時，多組牽引變流器之間的直流回路可以是相互獨立的，也可以相互并聯(lián)。
[0043]在一種可能的實現(xiàn)方式中，如圖2所示，所述電力機車和/或電動車組中包括兩組或兩組以上相互獨立的牽引變流器的直流回路，相應地，一個所述車載儲能裝置的儲能模塊210與一組牽引變流器的直流回路并聯(lián)。也就是每組牽引變流器的直流回路可分別與一個所述車載儲能裝置的儲能模塊并聯(lián)；
[0044]在另一種可能的實現(xiàn)方式中，如圖3所示，所述電力機車和/或電動車組中包括兩組或兩組以上并聯(lián)的牽引變流器的直流回路，相應地，一個所述車載儲能裝置的儲能模塊310與所述兩組或兩組以上并聯(lián)的牽引變流器的直流回路并聯(lián)。在這種結構中，儲能模塊的儲能容量相應需要增大。
[0045]再例如，參見圖4所示的本發(fā)明實施例提供的用于電力機車及電動車組的車載儲能方法的流程示意圖。如圖所示，該方法實施例可以包括:
[0046]S410、當控制模塊判斷出電力機車和/或電動車組處于過分相狀態(tài)時，向儲能模塊發(fā)出釋放能量控制信號，其中，所述儲能模塊并聯(lián)于電力機車和/或電動車組的牽引變流器的直流回路上；
[0047]S420、所述儲能模塊根據(jù)所述釋放能量控制信號工作于能量釋放工作狀態(tài)，在能量釋放工作狀態(tài)期間，將所釋放的能量釋放出來提供給所述牽引變流器；以及，[0048] S430、當控制模塊判斷出所述電力機車和/或電動車組處于制動和/或直流回路電壓過高時，向儲能模塊發(fā)出存儲能量控制信號；
[0049]S440、所述儲能模塊根據(jù)所述存儲能量控制信號工作于能量存儲工作狀態(tài)，在能量存儲工作狀態(tài)期間，存儲從直流回路上獲取的能量。
[0050]其中，判斷電力機車和/或電動車組處于制動或過分相狀態(tài)的具體實現(xiàn)方式例如:可以與電力機車或電動車組的控制系統(tǒng)進行通信，接收制動、或過分相等所需的信號，從而根據(jù)所接收的信號判斷出電力機車和/或電動車組是否處于制動或過分相狀態(tài)；例如:可以在電力機車和/或電動車組正常行駛情況下，檢測直流回路電壓，當判斷出電壓高于某一閾值時，判斷出電力機車和/或電動車組處于制動狀態(tài)；或者，也可以將根據(jù)控制系統(tǒng)的信號判斷及根據(jù)直流回路的電壓判斷這兩種方式相結合，或者也可以有其他的實現(xiàn)方式，在本發(fā)明中并不進行限制。
[0051]另外，本發(fā)明實施例不僅可以在電力機車和/或電動車組過分相時提供能量，還可以在需要緊急救援、爬坡加速時提供能量。具體地，例如:
[0052]所述控制模塊還可以在供電電網(wǎng)斷電或者電力機車和/或電動車組加速爬坡導致能量消耗超過閾值時，向所述儲能模塊發(fā)出釋放能量控制信號。
[0053]并且，本發(fā)明實施例的儲能模塊不僅可以存儲從直流回路獲取的制動能量及由于牽引網(wǎng)電壓波動或牽引電機功率波動所引起的直流回路電壓過高產(chǎn)生的多余能量，還可以存儲通過牽引變流器的四象限整流器從供電電網(wǎng)獲取的能量。
[0054]可見，應用本發(fā)明實施例提供的方法可以在電力機車和/或電動車組制動或直流回路電壓升高時，由控制模塊控制儲能模塊存儲回收的能量，并在電力機車和/或電動車組過分相時，由控制模塊控制儲能模塊將所存儲的能量釋放出來提供給牽引變流器，以維持電力機車和/或電動車組短時正常運行，實現(xiàn)了避免電力機車及電動車組在過分相時的牽引力和速度損失的目的。
[0055]通過以上的實施方式的描述可知，本領域的技術人員可以清楚地了解到上述實施例方法中的全部或部分步驟可借助軟件加必需的通用硬件平臺的方式來實現(xiàn)。
[0056]需要說明的是，本說明書中的各個實施例均采用遞進的方式描述，各個實施例之間相同相似的部分互相參見即可，每個實施例重點說明的都是與其他實施例的不同之處。尤其，對于裝置實施例而言，由于其基本相似于方法實施例，所以描述得比較簡單，相關之處參見方法實施例的部分說明即可。以上所描述的裝置實施例僅僅是示意性的，其中作為分離部件說明的單元可以是或者也可以不是物理上分開的，作為單元顯示的部件可以是或者也可以不是物理單元，即可以位于一個地方，或者也可以分布到多個網(wǎng)絡單元上?？梢愿鶕?jù)實際的需要選擇其中的部分或者全部模塊來實現(xiàn)本實施例方案的目的。本領域普通技術人員在不付出創(chuàng)造性勞動的情況下，即可以理解并實施。
[0057]而且，在本文中，諸如第一和第二等之類的關系術語僅僅用來將一個實體或者操作與另一個實體或操作區(qū)分開來，而不一定要求或者暗示這些實體或操作之間存在任何這種實際的關系或者順序。而且，術語“包括”、“包含”或者其任何其他變體意在涵蓋非排他性的包含，從而使得包括一系列要素的過程、方法、物品或者設備不僅包括那些要素，而且還包括沒有明確列出的其他要素，或者是還包括為這種過程、方法、物品或者設備所固有的要素。在沒有更多限制的情況下，由語句“包括一個……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的過程、方法、物品或者設備中還存在另外的相同要素。
[0058]以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并非用于限定本發(fā)明的保護范圍。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換、改進等，均包含在本發(fā)明的保護范圍內(nèi)。
【權利要求】
1.一種用于電力機車及電動車組的車載儲能裝置，其特征在于，包括: 并聯(lián)于電力機車和/或電動車組的牽引變流器的直流回路上的儲能模塊，用于接收控制模塊的釋放能量控制信號，根據(jù)釋放能量控制信號工作于能量釋放工作狀態(tài)，在能量釋放工作狀態(tài)期間，將所釋放的能量提供給所述牽引變流器；以及，接收控制模塊的存儲能量控制信號，根據(jù)存儲能量控制信號工作于能量存儲工作狀態(tài)，在能量存儲工作狀態(tài)期間，存儲所從所述直流回路上獲取的能量； 與所述儲能模塊連接的控制模塊，用于當判斷出所述電力機車和/或電動車組處于過分相狀態(tài)時，向所述儲能模塊發(fā)出釋放能量控制信號；以及，當判斷出所述電力機車和/或電動車組處于制動和/或直流回路電壓過高時，向所述儲能模塊發(fā)出存儲能量控制信號。
2.根據(jù)權利要求1所述的裝置，其特征在于，當所述電力機車和/或電動車組中包括兩組或兩組以上相互獨立的牽引變流器的直流回路時，一個所述車載儲能裝置的儲能模塊與一組牽引變流器的直流回路并聯(lián)。
3.根據(jù)權利要求1所述的裝置，其特征在于，當所述電力機車和/或電動車組中包括兩組或兩組以上并聯(lián)的牽引變流器的直流回路時，一個所述車載儲能裝置的儲能模塊與所述兩組或兩組以上并聯(lián)的牽引變流器的直流回路并聯(lián)。
4.根據(jù)權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述控制模塊，還用于在供電電網(wǎng)斷電或者電力機車和/或電動車組加速爬坡導致能量消耗超過閾值時，向所述儲能模塊發(fā)出釋放能量控制信號。
5.根據(jù)權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述儲能模塊，還用于在能量存儲工作狀態(tài)期間，存儲通過牽引變流器的四象限整流器從供電電網(wǎng)獲取的能量。
6.一種用于電力機車及電動車組的車載儲能方法，其特征在于，包括: 當控制模塊判斷出電力機車和/或電動車組處于過分相狀態(tài)時，向儲能模塊發(fā)出釋放能量控制信號，其中，所述儲能模塊并聯(lián)于電力機車和/或電動車組的牽引變流器的直流回路上，所述儲能模塊根據(jù)所述釋放能量控制信號工作于能量釋放工作狀態(tài)，在能量釋放工作狀態(tài)期間，將所釋放的能量提供給所述牽弓I變流器；以及， 當控制模塊判斷出所述電力機車和/或電動車組處于制動和/或直流回路電壓過高時，向儲能模塊發(fā)出存儲能量控制信號，所述儲能模塊根據(jù)所述存儲能量控制信號工作于能量存儲工作狀態(tài)，在能量存儲工作狀態(tài)期間，存儲從直流回路上獲取的能量。
7.根據(jù)權利要求6所述的方法，其特征在于，還包括: 所述控制模塊在供電電網(wǎng)斷電或者電力機車和/或電動車組加速爬坡導致能量消耗超過閾值時，向所述儲能模塊發(fā)出釋放能量控制信號。
8.根據(jù)權利要求6所述的方法，其特征在于，還包括: 所述儲能模塊在能量存儲工作狀態(tài)期間，存儲通過牽引變流器的四象限整流器從供電電網(wǎng)獲取的能量。
【文檔編號】B60L9/00GK103496326SQ201310435092
【公開日】2014年1月8日 申請日期:2013年9月23日 優(yōu)先權日:2013年9月23日
【發(fā)明者】張志學, 羅文廣, 尚敬, 倪大成, 章志兵, 陳志博, 孫璐 申請人:南車株洲電力機車研究所有限公司