一種動(dòng)車組牽引系統(tǒng)及能量控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及動(dòng)車牽引控制技術(shù)領(lǐng)域，具體地說，涉及一種動(dòng)車組牽引系統(tǒng)及能量控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)有國(guó)產(chǎn)化動(dòng)車組的供電電網(wǎng)為單相25kV/50Hz，其牽引系統(tǒng)不適用于其他國(guó)家如格魯吉亞鐵路DC3000V電網(wǎng)供電系統(tǒng)。當(dāng)供電電網(wǎng)的電壓范圍超出國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)IEC60850的規(guī)定，對(duì)系統(tǒng)控制和電氣絕緣極為不利。
[0003]另外，現(xiàn)有國(guó)產(chǎn)化動(dòng)車組牽引系統(tǒng)采用主、輔變流器分離方式，電路器件較多、成本高、故障率高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為解決以上問題，本發(fā)明提供了一種動(dòng)車組牽引系統(tǒng)及能量控制方法，用以對(duì)牽引系統(tǒng)進(jìn)行過電壓保護(hù)，并簡(jiǎn)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)，降低產(chǎn)品成本和故障率。
[0005]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種動(dòng)車組牽引系統(tǒng)，包括:
[0006]高速斷路器，與供電電網(wǎng)連接；
[0007]主/輔逆變器，通過中間直流回路與所述高速斷路器連接，用于將供電電網(wǎng)提供的直流電逆變?yōu)榻涣麟姾筝敵觯?br>[0008]高壓檢測(cè)箱，與所述供電電網(wǎng)連接，用于對(duì)供電電網(wǎng)的電壓進(jìn)行檢測(cè)；
[0009]傳動(dòng)控制單元，基于所述高壓檢測(cè)箱的檢測(cè)結(jié)果判斷供電電網(wǎng)的電壓是否正常，并在供電電網(wǎng)的電壓過高時(shí)，斷開所述高速斷路器，以對(duì)所述主/輔逆變器進(jìn)行過電壓保護(hù)。
[0010]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，所述高壓檢測(cè)箱設(shè)置有限流電阻及與所述限流電阻串聯(lián)電壓傳感器，所述電壓傳感器用以將檢測(cè)到的電壓信號(hào)輸出給所述傳動(dòng)控制單元。
[0011]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，所述主/輔逆變器包括主逆變模塊和輔助逆變模塊，其中，所述主逆變模塊和所述輔助逆變模塊均從所述中間直流回路的支撐電容兩端取電，所述主逆變模塊將直流電逆變?yōu)榻涣麟姾筝敵鼋o牽引電機(jī)，所述輔助逆變模塊將直流電逆變?yōu)榻涣麟姾筝敵鼋o輔助負(fù)載。
[0012]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，所述牽引系統(tǒng)還包括與供電電網(wǎng)連接的避雷器，用以在出現(xiàn)雷電過電壓時(shí)對(duì)所述牽弓I系統(tǒng)進(jìn)行過電壓保護(hù)。
[0013]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，所述牽引系統(tǒng)還包括與所述輔助逆變模塊連接的輔助濾波柜，所述輔助濾波柜設(shè)置有三相LC濾波電路以將所述輔助逆變模塊輸出的交流電變壓及濾波處理后輸出給輔助負(fù)載。
[0014]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，所述牽引系統(tǒng)還包括與所述主逆變模塊連接的制動(dòng)電阻箱，用以消耗所述牽引系統(tǒng)在制動(dòng)過程中產(chǎn)生的能量。
[0015]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，在所述中間直流回路串聯(lián)設(shè)置一與所述中間直流回路上的支撐電容構(gòu)成濾波回路的線路電抗器箱，以使得供電電網(wǎng)輸出的直流電經(jīng)所述線路電抗器箱和所述支撐電容濾波后到達(dá)所述主/輔逆變器。
[0016]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，所述牽引系統(tǒng)還包括與所述輔助濾波柜連接的低壓配電柜，用以向輔助負(fù)載提供所需的工作電壓。
[0017]根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，還提供了一種用于動(dòng)車組牽引系統(tǒng)的能量控制方法，包括:
[0018]檢測(cè)供電電網(wǎng)的網(wǎng)壓；
[0019]當(dāng)檢測(cè)到起機(jī)時(shí)供電電網(wǎng)的網(wǎng)壓超過預(yù)定電壓范圍的最大值時(shí)，則斷開連通供電電網(wǎng)和牽引系統(tǒng)的高速斷路器，用以禁止供電電網(wǎng)接入牽引系統(tǒng)，使得控制牽引電機(jī)不啟動(dòng)；
[0020]當(dāng)檢測(cè)到牽引系統(tǒng)運(yùn)行中出現(xiàn)供電電網(wǎng)的網(wǎng)壓超過預(yù)定電壓范圍的最大值時(shí)，則封鎖牽引系統(tǒng)并斷開所述高速斷路器，用以禁止供電電網(wǎng)接入牽引系統(tǒng)，使得控制牽引電機(jī)輸出功率線性下降到零；
[0021]當(dāng)檢測(cè)到供電電網(wǎng)的網(wǎng)壓低于牽引系統(tǒng)的預(yù)定工作電壓范圍的最大值時(shí)，閉合所述高速斷路器，用以將供電電網(wǎng)接入牽引系統(tǒng)，并使得牽引系統(tǒng)輸出所需功率。
[0022]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，使得牽引系統(tǒng)輸出所需功率進(jìn)一步包括:
[0023]當(dāng)檢測(cè)到供電電網(wǎng)的網(wǎng)壓處于牽引系統(tǒng)的預(yù)定電壓工作范圍時(shí)，通過控制主/輔逆變器中主逆變模塊的交流電輸出使得牽引電機(jī)輸出額定功率，通過控制主/輔逆變器中的輔助逆變模塊向輔助負(fù)載輸出所需功率；
[0024]當(dāng)檢測(cè)到供電電網(wǎng)的網(wǎng)壓處于低于牽引系統(tǒng)的所述預(yù)定電壓工作范圍的最小值的第一范圍時(shí)，通過控制主/輔逆變器中的主逆變模塊的交流電輸出，使得牽引電機(jī)輸出功率線性緩慢下降到額定功率的第一比例值，通過控制主/輔逆變器中的輔助逆變模塊向輔助負(fù)載輸出所需功率；
[0025]當(dāng)檢測(cè)到供電電網(wǎng)的網(wǎng)壓處于低于牽引系統(tǒng)的所述第一范圍的最小值的第二范圍時(shí)，通過控制主/輔逆變器中的主逆變模塊的交流電輸出，使得牽引電機(jī)輸出功率線性下降到零，通過控制主/輔逆變器中的輔助逆變模塊向輔助負(fù)載輸出所需功率。
[0026]本發(fā)明的有益效果:
[0027]本發(fā)明針對(duì)供電電網(wǎng)電壓波動(dòng)范圍大的特點(diǎn)，設(shè)置了高壓檢測(cè)箱進(jìn)行供電電網(wǎng)網(wǎng)壓限制及保護(hù)措施，實(shí)現(xiàn)了牽引系統(tǒng)在供電電網(wǎng)電壓波動(dòng)范圍大的情況下的應(yīng)用。同時(shí)，本發(fā)明采用主、輔逆變器一體化設(shè)計(jì)方案，簡(jiǎn)化了系統(tǒng)電路、降低了產(chǎn)品成本和故障率。
[0028]本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點(diǎn)將在隨后的說明書中闡述，并且，部分地從說明書中變得顯而易見，或者通過實(shí)施本發(fā)明而了解。本發(fā)明的目的和其他優(yōu)點(diǎn)可通過在說明書、權(quán)利要求書以及附圖中所特別指出的結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)和獲得。
【附圖說明】
[0029]為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要的附圖做簡(jiǎn)單的介紹:
[0030]圖1是現(xiàn)有的單相25kV/50Hz供電動(dòng)車組牽引系統(tǒng)原理圖；以及
[0031]圖2是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的一種動(dòng)車組牽引系統(tǒng)原理圖。
【具體實(shí)施方式】
[0032]以下將結(jié)合附圖及實(shí)施例來詳細(xì)說明本發(fā)明的實(shí)施方式，借此對(duì)本發(fā)明如何應(yīng)用技術(shù)手段來解決技術(shù)問題，并達(dá)成技術(shù)效果的實(shí)現(xiàn)過程能充分理解并據(jù)以實(shí)施。需要說明的是，只要不構(gòu)成沖突，本發(fā)明中的各個(gè)實(shí)施例以及各實(shí)施例中的各個(gè)特征可以相互結(jié)合，所形成的技術(shù)方案均在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
[0033]現(xiàn)有國(guó)產(chǎn)化動(dòng)車組的供電電網(wǎng)為單相25kV/50Hz，該供電制式與其他國(guó)家的供電制式不同。例如，格魯吉亞電網(wǎng)電壓的波動(dòng)范圍為DC1900V?DC4000V，其中，3900V持續(xù)時(shí)間大于5分鐘，最高電壓可能達(dá)到4000V以上。因此，針對(duì)我國(guó)供電電網(wǎng)研制的牽引系統(tǒng)不適用于格魯吉亞鐵路的DC3000V電網(wǎng)供電系統(tǒng)。
[0034]為更好地說明本發(fā)明，首先對(duì)現(xiàn)有的動(dòng)車組牽引系統(tǒng)進(jìn)行說明。如圖1所示為我國(guó)現(xiàn)有的單相25kV/50Hz供電動(dòng)車組牽引系統(tǒng)原理圖。如圖所示，該牽引系統(tǒng)采用主、輔變流器分離方案。PAN為受電弓，VCB為高速斷路器，TM為牽引變壓器，CI1和CI2為牽引變流器等。單相25kV/50Hz供電電壓經(jīng)牽引變壓器(TM)隔離降壓后，向牽引變流器(CI1和CI2)供電，經(jīng)四象限脈沖整流器(4QS1和4QS2)整成直流電，然后經(jīng)三相逆變器(INV1和INV2)逆變?yōu)樽冾l變壓的三相交流電后驅(qū)動(dòng)牽引電機(jī)(Ml?M8)。
[0035]牽引變壓器(TM)輔助繞組(AC400V)向輔助變流器(APU)供電，經(jīng)升壓變壓器(TR1)、儲(chǔ)能電抗器(ACL1)、整流器(C0NVU)變換成直流電，由逆變器(INVU)變換成定頻定壓的三相交流電，經(jīng)正弦濾波器(ACL2)濾波后輸出三相400V/50HZ交流電，為輔助負(fù)載供電。
[0036]我國(guó)現(xiàn)有的單相25kV/50Hz供電電網(wǎng)的動(dòng)車組牽引系統(tǒng)的技術(shù)方案適用于交流供電電網(wǎng)，不能用于直流供電電網(wǎng)。并且，動(dòng)車組牽引系統(tǒng)中的主、輔變流器/逆變器分離方式成本高、器件多、電路復(fù)雜、故障率較高。
[0037]目前我國(guó)的DC1500V供電地鐵車輛牽引系統(tǒng)，其針對(duì)的是DC1500V供電電網(wǎng)，并且該牽引系統(tǒng)中主、輔變流器/逆變器也采用分離方式，導(dǎo)致牽引系統(tǒng)的成本高、器件多、電路復(fù)雜、故障率較高。
[0038]因此，本發(fā)明提供了一種動(dòng)車組牽引系統(tǒng)，以適用于直流供電電網(wǎng)供電系統(tǒng)。在本發(fā)明中以格魯吉亞鐵路DC3000V電網(wǎng)供電系統(tǒng)為例進(jìn)行說明，但本發(fā)明不限于該直流電網(wǎng)供電系統(tǒng)。
[0039]如圖2所示為根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的一種動(dòng)車組主輔一體化牽引系統(tǒng)原理圖，以下參考圖2來對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0040]該動(dòng)車組牽引系統(tǒng)包括高速斷路器1Q02、主/輔逆變器、高壓檢測(cè)箱和傳動(dòng)控制單元DCU。其中，高速斷路器與供電電網(wǎng)連接，用于接通或斷開主/輔逆變器與供電電網(wǎng)的連接。主/輔逆變器通過中間直流回路與高速斷路器連接，用于將供電電網(wǎng)提供的直流電逆變?yōu)榻涣麟姾筝敵鼋o對(duì)應(yīng)的負(fù)載。高壓檢測(cè)箱與供電電網(wǎng)連接，用于對(duì)供電電網(wǎng)的電壓進(jìn)行檢測(cè)。傳動(dòng)控制單元與高壓檢測(cè)箱連接，基于高壓檢測(cè)箱的檢測(cè)結(jié)果判斷供電電網(wǎng)的電壓是否正常，并在供電電網(wǎng)的電壓過高時(shí)，控制斷開高速斷路器1Q02，斷開供電電網(wǎng)與主/輔逆變器的連接，以對(duì)主/輔逆變器進(jìn)行過電壓保護(hù)。
[0041]該高壓檢測(cè)箱內(nèi)部設(shè)置有限流電阻R5和電壓傳感器VH3，限流電阻R5用于限制流入電壓傳感器的電流，用于對(duì)電壓傳感器VH3進(jìn)行保護(hù)。電壓傳感器VH3用于實(shí)時(shí)檢測(cè)供電電網(wǎng)的電壓信號(hào)，并將電壓檢測(cè)信號(hào)發(fā)送給傳動(dòng)控制單元DCU。如檢測(cè)到供電電網(wǎng)的網(wǎng)壓電壓過高(如超過DC4000V)，則斷開高速斷路器1Q02。
[0042]如圖2所示，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，主/輔逆變器包括主逆變模塊和輔助逆變模塊，其中，主逆變模塊和輔助逆變模塊均從中間直流回路的支撐電容Cd兩端取電，主逆變模塊將直流電逆變?yōu)槿嘟涣麟姾筝敵鼋o牽引電機(jī)，輔助逆變模塊將直流電逆變?yōu)槿嘟涣麟姾筝敵鼋o輔助負(fù)載。
[0043]對(duì)應(yīng)格魯吉亞電網(wǎng)電壓波動(dòng)范圍及鐵路在DC3000V電壓下正常工作，此處的主逆變模塊和輔助逆變模塊均采用6500V高壓IGBT逆變模塊，從而實(shí)現(xiàn)高壓絕緣功能和牽引輔助逆變功能。
[0044]在本發(fā)明中，主逆變模塊和輔助逆變模塊采用一體化設(shè)計(jì)，將輔助逆變模塊設(shè)置于主逆變模塊箱體內(nèi)，與主逆變模塊一樣從中間直流回路支撐電容的兩端取電，從而簡(jiǎn)化了系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)，降低了產(chǎn)品成本和故障率。如圖2所示，通常情況下，在中間直流回路上設(shè)置有一個(gè)電力電容Cd (通常的支撐電容)。該電容兼具了濾波電容(平滑電壓波形)和儲(chǔ)能電容(提供暫態(tài)大電流需求)的作用。該電力電容Cd及其固定放電電阻R4等構(gòu)成中間直流回路，該中間直流回路通過直流母線P和N與供電電網(wǎng)連接。
[0045]直流母線P側(cè)一般設(shè)置有一個(gè)主接觸器KM1，由傳動(dòng)控制單元D⑶控制連接或切斷逆變器電源與逆變器。同時(shí)，還設(shè)置一個(gè)輔助電