城市軌道交通牽引系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種城市軌道交通牽引系統(tǒng)，包括：控制單元、儲能單元、牽引變流單元和牽引電機。牽引變流單元連接于外部供電單元的兩直流母線之間，儲能單元分別與外部供電單元的直流母線和牽引變流單元連接，儲能單元用于存儲外部供電單元提供的電能，牽引變流單元分別與控制單元和牽引電機連接，控制單元用于控制牽引變流單元對儲能單元充電儲能和/或放電釋能；將儲能單元存儲的直流電能轉(zhuǎn)換為交流電能，輸出至牽引電機驅(qū)動列車運行。本發(fā)明提供的城市軌道交通牽引系統(tǒng)，儲能單元在列車進站停靠時充電，在列車運行期間依靠儲能單元存儲的電能為列車供電，無需采用不間斷的接觸網(wǎng)為列車供電，降低了工程造價，也降低了不間斷接觸網(wǎng)帶來的安全隱患。
【專利說明】
城市軌道交通牽引系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及動力牽引技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及城市軌道交通牽引系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]城市軌道交通主要指的是城市地鐵、城市快軌、輕軌、有軌電車等。城市軌道交通的牽引系統(tǒng)的基本功能是為城市軌道列車的運行提供動力驅(qū)動。
[0003]在現(xiàn)有技術(shù)中，城市軌道交通一般都采用連續(xù)受電的方式，通過采用架空接觸網(wǎng)或者地面供電軌，隨著列車的運行為列車提供不間斷的電能。相應(yīng)的，目前城軌交通的牽引系統(tǒng)一般采用“逆變器+牽引電機”的主電路拓撲，逆變器的作用是把來自架空接觸網(wǎng)或者地面供電軌的電能變換為適合牽引電機的電能，牽引電機的作用是把電能轉(zhuǎn)換為機械能從而驅(qū)動城軌列車的運行。
[0004]但是，現(xiàn)有技術(shù)的牽引系統(tǒng)需要來自電網(wǎng)不間斷的直流電為其供電，因此受電系統(tǒng)必須采用接觸網(wǎng)或者供電軌等方式，而采用不間斷的接觸網(wǎng)或者供電軌的方式，無疑增加了工程造價，也具有一定的安全隱患。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是提供一種城市軌道交通牽引系統(tǒng)，用以解決現(xiàn)有技術(shù)的全程架設(shè)供電接觸網(wǎng)的方式存在一定的安全問題，增加了工程造價，也具有一定的安全隱患的問題。
[0006]本發(fā)明提供一種城市軌道交通牽引系統(tǒng)，包括:
[0007]控制單元、儲能單元、牽引變流單元和牽引電機；
[0008]所述牽引變流單元連接于外部供電單元的兩直流母線之間，所述儲能單元分別與外部供電單元的一直流母線和牽引變流單元連接；
[0009]所述儲能單元用于存儲外部供電單元提供的電能；
[0010]所述牽引變流單元分別與控制單元和所述牽引電機連接，所述控制單元用于控制所述牽引變流單元對所述儲能單元進行充電儲能和/或放電釋能;并將儲能單元存儲的直流電能轉(zhuǎn)換為交流電能，輸出至牽引電機驅(qū)動列車運行。
[0011]本發(fā)明提供的城市軌道交通牽引系統(tǒng)中，可以通過儲能單元在列車進站?？繒r充電，而在列車運行期間依靠儲能單元存儲的電能為列車供電，從而無需采用不間斷的接觸網(wǎng)為列車供電，只需在車站地面安裝一小段的外部供電單元，降低了工程造價，并且也降低了不間斷接觸網(wǎng)帶來的安全隱患。
【附圖說明】
[0012]圖1為本發(fā)明實施例一提供的城市軌道交通牽引系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0013]圖2為本發(fā)明實施例二提供的城市軌道交通牽引系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0014]圖3為本發(fā)明實施例二提供的又一城市軌道交通牽引系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0015]附圖標記:[ΟΟ??]?-控制單元；2-儲能單元；
[0017]3-牽引變流單元；4-牽引電機；
[0018]5-外部供電單元；6-開關(guān)切換單元；
[0019]611-第一開關(guān)；621-第二開關(guān)；
[0020]622-限流電阻；31-充放電子單元；
[0021]32-逆變子單元；21-續(xù)流電抗器；
[0022]7-高速斷路器。
【具體實施方式】
[0023]實施例一
[0024]圖1為本發(fā)明實施例一提供的城市軌道交通牽引系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖，如圖1所示，本實施例提供的城市軌道交通牽引系統(tǒng)包括:控制單元1、儲能單元2、牽引變流單元3和牽引電機4，其中，牽引變流單元3連接于外部供電單元5的兩直流母線之間，儲能單元2分別與外部供電單元5的一直流母線和牽引變流單元3連接，儲能單元2用于存儲外部供電單元5提供的電能，牽引變流單元3分別與控制單元I和牽引電機4連接，控制單元I用于控制牽引變流單元3對所述儲能單元2進行充電儲能和/或放電釋能，并將存儲單元2存儲的直流電能轉(zhuǎn)換為交流電能，輸出至牽引電機4驅(qū)動列車運行。
[0025]其中，牽引變流單元3包括但不限于兩電平逆變器、三電平逆變器中的一種。牽引電機4可以但不限于為三相異步電機、永磁同步電機、直線電機。儲能單元2可以為超級電容或蓄電池或并聯(lián)的超級電容和蓄電池中的一種。
[0026]超級電容具有能量密度大、充電放電速度快的優(yōu)勢，因此可以實現(xiàn)列車進站停靠的短時間內(nèi)存儲足夠的電能，以供列車運行期間的牽引。
[0027]具體的，儲能單元2可以在短時間進行大電流充電的，從而可以在列車停站時把來自外部供電單元的直流電能通過牽引變流單元3快速存儲在超能電容或者超級電容中。或者，在列車運行時，牽引變流單元3可以把來儲能單元2的直流電能轉(zhuǎn)換為適合牽引電機4的交流電能，進一步的，牽引電機4把電能轉(zhuǎn)換為機械能從而驅(qū)動列車運行。
[0028]本實施例提供的城市軌道交通牽引系統(tǒng)中，可以通過儲能單元2在列車進站?？繒r充電，而在列車運行期間依靠儲能單元2存儲的電能為列車供電，從而無需采用不間斷的接觸網(wǎng)為列車供電，只需在車站地面安裝一小段的外部供電單元，降低了工程造價，并且也降低了不間斷接觸網(wǎng)帶來的安全隱患。
[0029]實施例二
[0030]在上述實施例的基礎(chǔ)上，如圖1所示，本實施例提供的城市軌道交通牽引系統(tǒng)還包括:外部供電單元5與牽引變流單元3之間連接的開關(guān)切換單元6，開關(guān)切換單元6包括:相互并聯(lián)的第一開關(guān)支路和第二開關(guān)支路，其中，第一開關(guān)支路包括第一開關(guān)611，第二開關(guān)支路包括相互串聯(lián)的第二開關(guān)621和限流電阻622。開關(guān)切換單元6還與控制單元I連接，控制單元I用于控制第一開關(guān)611和第二開關(guān)621的閉合或者斷開。
[0031]具體的，當列車減速進站后，控制單元I控制第二開關(guān)621閉合，限流電阻622進行限流充電控制，控制單元I還控制牽引變流單元3處于充電工作模式下，外部供電單元I對儲能單元2供電。進一步的，控制單元I控制第二開關(guān)621斷開，第一開關(guān)611閉合，外部供電單元I對儲能單元2進行恒壓充電。
[0032]本實施例還提供一種牽引變流單元3的【具體實施方式】。圖2為本發(fā)明實施例二提供的城市軌道交通牽引系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖，如圖2所示，牽引變流單元3包括:充放電子單元31和逆變子單元32，其中，充放電子單元31用于接收控制單元I發(fā)送的外部充電控制信號，以根據(jù)外部充電控制信號對外部供電單元5輸出的電壓進行降壓，對儲能單元2進行充電儲會K。
[0033]充放電子單元31還用于接收控制單元I發(fā)送的放電控制信號，以根據(jù)放電控制信號對儲能單元2輸出的直流電壓進行升壓，對儲能單元2進行放電釋能，充放電子單元31還用于將升壓后的直流電壓輸出至逆變子單元32。
[0034]需要說明的是，充放電子單元31接收外部充電控制信號和放電控制信號時，可以是只接收其中的一種信號，即對于儲能單元2只進行充電儲能或者放電釋能。當然，充放電子單元31頁可以接收兩種信號，即儲能單元2可以在充電儲能的同時，也進行放電釋能。
[0035]逆變子單元32用于接收控制單元I發(fā)送的牽引控制信號，以根據(jù)牽引控制信號對充放電子單元32輸出的升壓后的直流電壓轉(zhuǎn)換為交流電壓輸出至牽引電機4，以驅(qū)動牽引電機4。
[0036]逆變子單元32還用于接收控制單元I發(fā)送的電制動回收信號，以根據(jù)電制動回收信號將牽引電機在制動時再生的交流電壓轉(zhuǎn)換為直流電壓輸出至充放電子單元31。
[0037]充放電子單元31用于接收控制單元I發(fā)送的電制動充電信號，以根據(jù)電制動充電信號將逆變子單元32輸出的直流電壓進行降壓輸出至儲能單元2，以對儲能單元2進行充電儲能。
[0038]具體的，本實施例對列車的進站充電模式、牽引運行模式、制動減速模式三種模式下牽引系統(tǒng)的工作狀態(tài)進行詳細的說明。
[0039]進站充電模式:列車進站后，控制單元I控制第二開關(guān)621閉合，限流電阻622進行限流充電控制，控制單元I還控制充放電子單元31處于充電工作模式下，即充放電子單元31接收控制單元I發(fā)送的外部充電控制信號，則充放電子單元31通過對外部供電單元5輸出的電壓進行PWM控制降壓后，把電能儲存在儲能單元2中，儲能單元2處于充電狀態(tài)。進一步的，控制單元I控制第二開關(guān)621斷開，第一開關(guān)611閉合，外部供電單元5對儲能單元2進行恒壓充電。
[0040]牽引運行模式:列車充電完畢后，列車啟動進入牽引運行模式，充放電子單元31接收控制單元I發(fā)送的放電控制信號，充放電子單元31根據(jù)該放電控制信號把儲能裝置2中存儲的電能進行PWM控制升壓后，把儲能單元2的電能釋放到逆變子單元32的直流母線上，另一方面控制逆變子單元32接收控制單元I發(fā)送的牽引控制信號，把直流母線上來自儲能單元2的直流電能進行PffM控制變換為適合驅(qū)動牽引電機4的交流電能，牽引電機4完成電能到機械能的轉(zhuǎn)換，從而驅(qū)動列車牽引運行。
[0041]制動減速模式:當列車制動減速時，牽引電機4可以將機械能轉(zhuǎn)換為電能，這部分轉(zhuǎn)換的電能就是再生電能。逆變子單元32—方面接收控制單元I發(fā)送的電制動回收信號，逆變子單元32根據(jù)該電制動回收信號將來自牽引電機4的再生交流電能進行PWM控制轉(zhuǎn)換為直流電能反饋到直流母線上，另一方面充放電子單元31同時接收控制單元I發(fā)送的電制動回收信號，充放電子單元31將直流母線上的再生直流電壓進行PffM控制降壓后，把再生的電能存儲至儲能單元2中，這部分再生的電能可以在下次牽引時重復(fù)使用。
[0042]由于城市軌道列車的特點就是頻繁的啟動和停車，本實施例提供的牽引變流單元3通過控制逆變子單元32和充放電子單元31可以實現(xiàn)對列車制動時的再生電能存儲至儲能單元2中，實現(xiàn)再生電能的重復(fù)利用，因此本發(fā)明提供的牽引系統(tǒng)具有很高的節(jié)能效果。
[0043]可選的，逆變子單元32可以為多個絕緣柵雙極型晶體管功率器件(InsulatedGate Bipolar Transistor，簡稱IGBT)組成的兩電平逆變器或者三電平逆變器。
[0044]圖3為本發(fā)明實施例二提供的又一城市軌道交通牽引系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖，如圖3所示，充放電子單元31包括兩個串聯(lián)的IGBT，逆變子單元32包括:相互并聯(lián)的三個橋臂，每個橋臂包括兩個串聯(lián)的IGBT。
[0045]牽引變流單元3可以等效為四橋臂的變流器，控制單元I通過控制充放電子單元31中的IGBT的導(dǎo)通時間、以及開關(guān)周期等實現(xiàn)降壓或升壓，通過控制逆變子單元32中的IGBT導(dǎo)通時間、以及開關(guān)周期等可以實現(xiàn)將儲能單元2輸出的直流電轉(zhuǎn)換為交流電，通過脈沖調(diào)制實現(xiàn)對驅(qū)動電機4的驅(qū)動。
[0046]可選的，儲能單元2的一端可以通過續(xù)流電抗器21連接在充放電子單元的兩個串聯(lián)的IGBT之間。續(xù)流電抗器21可以穩(wěn)定儲能單元2輸出的直流電壓，還可以隔斷外部供電單元5帶來的高頻干擾。
[0047]進一步的，在上述實施例的基礎(chǔ)上，為了保護電路的安全，可以在開關(guān)切換單元6與外部供電單元5之間設(shè)置高速斷路器7，從而可以在發(fā)生故障時可以快速切斷牽引變流單元3與外部供電單元5之間的線路，保證牽引變流單元3以及儲能單元2等的線路安全。
[0048]另外，在外部供電單元5與高速斷路器7之間可以設(shè)置有避雷針，避雷針可以吸收感應(yīng)過電壓或者操作過電壓保護電路的安全。
[0049]本實施例提供的城市軌道交通牽引系統(tǒng)，牽引變流單元3可以等效為四橋臂的變流器，控制單元I通過控制充放電子單元31中的IGBT的導(dǎo)通時間、開關(guān)周期等實現(xiàn)降壓或升壓，通過控制逆變子單元32中的IGBT導(dǎo)通時間、開關(guān)周期等可以實現(xiàn)將儲能單元2輸出的直流電轉(zhuǎn)換為交流電，進而實現(xiàn)對驅(qū)動電機4的驅(qū)動。
[0050]最后應(yīng)說明的是:以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對其限制;盡管參照前述實施例對本發(fā)明進行了詳細的說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當理解:其依然可以對前述各實施例所記載的技術(shù)方案進行修改，或者對其中部分技術(shù)特征進行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實施例技術(shù)方案的精神和范圍。
【主權(quán)項】
1.一種城市軌道交通牽引系統(tǒng)，其特征在于，包括:控制單元、儲能單元、牽引變流單元和牽引電機； 所述牽弓I變流單元連接于外部供電單元的兩直流母線之間； 所述儲能單元分別與外部供電單元的一直流母線和牽引變流單元連接，所述儲能單元用于存儲外部供電單元提供的電能； 所述牽引變流單元分別與控制單元和所述牽引電機連接，所述控制單元用于控制所述牽引變流單元對所述儲能單元進行充電儲能和/或放電釋能，并將儲能單元存儲的直流電能轉(zhuǎn)換為交流電能，輸出至牽引電機驅(qū)動列車運行。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的城市軌道交通牽引系統(tǒng)，其特征在于，所述外部供電單元與所述牽引變流單元之間還連接有開關(guān)切換單元，所述開關(guān)切換單元包括:相互并聯(lián)的第一開關(guān)支路和第二開關(guān)支路，所述第一開關(guān)支路包括第一開關(guān)，所述第二開關(guān)支路包括相互串聯(lián)的第二開關(guān)和限流電阻； 所述開關(guān)切換單元還與所述控制單元連接，所述控制單元用于控制所述第一開關(guān)和所述第二開關(guān)的閉合或者斷開。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的城市軌道交通牽引系統(tǒng)，其特征在于，牽引變流單元包括:充放電子單元和逆變子單元； 所述充放電子單元用于接收控制單元發(fā)送的外部充電控制信號，以根據(jù)所述外部充電控制信號對所述外部供電單元輸出的電壓進行降壓，對所述儲能單元進行充電儲能； 所述充放電子單元還用于接收控制單元發(fā)送的放電控制信號，以根據(jù)所述放電控制信號對所述儲能單元輸出的直流電壓進行升壓，對所述儲能單元進行放電釋能，所述充放電子單元還用于將升壓后的直流電壓輸出至所述逆變子單元。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的城市軌道交通牽引系統(tǒng)，其特征在于， 所述逆變子單元用于接收控制單元發(fā)送的牽引控制信號，以根據(jù)所述牽引控制信號對所述充放電子單元輸出的升壓后的直流電壓轉(zhuǎn)換為交流電壓輸出至牽引電機，以驅(qū)動所述牽引電機。5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的城市軌道交通牽引系統(tǒng)，其特征在于，所述逆變子單元還用于接收控制單元發(fā)送的電制動回收信號，以根據(jù)所述電制動回收信號將牽引電機在制動時再生的交流電壓轉(zhuǎn)換為直流電壓輸出至所述充放電子單元。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的城市軌道交通牽引系統(tǒng)，其特征在于，所述充放電子單元用于接收控制單元發(fā)送的電制動充電信號，以根據(jù)所述電制動充電信號將所述逆變子單元輸出的直流電壓進行降壓輸出至所述儲能單元，以對所述儲能單元進行充電儲能。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的城市軌道交通牽引系統(tǒng)，其特征在于，所述儲能單元為超級電容或蓄電池或并聯(lián)的超級電容和蓄電池。8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的城市軌道交通牽引系統(tǒng)，其特征在于，所述充放電子單元包括兩個串聯(lián)的IGBT，所述逆變子單元包括:相互并聯(lián)的三個橋臂，每個橋臂包括兩個串聯(lián)的IGBT09.根據(jù)權(quán)利要求8所述的城市軌道交通牽引系統(tǒng)，其特征在于，所述儲能單元的一端通過續(xù)流電抗器連接在所述充放電子單元的兩個串聯(lián)的IGBT之間。10.根據(jù)權(quán)利要求2所述的城市軌道交通牽引系統(tǒng)，其特征在于，所述開關(guān)切換單元與所述外部供電單元之間還連接有高速斷路器。
【文檔編號】B60L11/18GK105904987SQ201610279325
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年4月28日
【發(fā)明人】車向中, 郭建斌, 姜濤, 馬晨普
【申請人】中車大連電力牽引研發(fā)中心有限公司