專利名稱：雙動力源內燃機車電傳動系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及機車傳動技術領域，特別涉及一種雙動力源內燃機車電傳動系統(tǒng)。
背景技術：
傳統(tǒng)內燃機車以柴油(也稱燃油)為燃料，以柴油機為單一動力源，通過液力傳動或電傳動方式實現(xiàn)機車的牽引液力傳動機車主要由液力傳動箱，車軸齒輪箱，萬向軸等組成，液力變扭器(又稱變矩器)是液力傳動機車最重要的傳動元件，由泵輪、渦輪、導向輪組成。泵輪和柴油機曲軸相連，泵輪葉片帶動工作液體使其獲得能量，并在渦輪葉片流道內流動將能量傳給渦輪葉片，由渦輪輸出機械輪做功，通過萬向軸、車軸齒輪箱將柴油機功率傳給機車動輪；工作液體從渦輪葉片流出后，經(jīng)導向輪葉片的引導，又重新返回泵輪。電傳動內燃機車一般分為兩種一種是“交直”傳動機車，即柴油機帶動三相同步交流牽引發(fā)電機，發(fā)出的三相交流電通過整流變?yōu)橹绷麟姡绷麟娭苯庸┙o各牽引直流電動機，驅動機車動輪。另一種是“交直交”傳動機車，即柴油機帶動三相同步交流牽引發(fā)電機，發(fā)出的三相交流電通過整流到達中間直流環(huán)節(jié)，中間直流環(huán)節(jié)恒定的直流電壓通過逆變器調頻調壓，逆變?yōu)槿嘟涣麟姡┙o三相異步牽引電動機，驅動機車動輪。目前的內燃機車至少存在以下缺點(1)在電阻制動工況，牽引電機處于發(fā)電狀態(tài)，發(fā)出的電能一般消耗在制動電阻上，以熱能的方式由專用風機消散在大氣中，造成能源的浪費。(2)理論上來說，在柴油機高速度額定工況下運轉時，燃油消耗率較低，柴油機的輸出功率較大，機車運用經(jīng)濟性好。但由于實際運行過程中受機車運用的負荷影響、以及柴油機轉速的范圍和升降速速度的限制等等，內燃機車柴油機很大一部分情況都工作在轉速較低的低效率區(qū)，燃油整體燃燒不充分，柴油機經(jīng)濟性效益偏低，尤其是內燃調車機車，隨著負載變化、工況切換的頻繁，表現(xiàn)更為明顯。而且，無論是液力傳動機車還是電傳動機車， 單一的柴油機提供動力，使得柴油機功率設計必須滿足并超過機車要求的最大牽引功率要求，而多數(shù)情況下，機車并不是以最大牽引功率進行牽引，柴油機功率發(fā)揮不飽和、效率低。針對上述這種情況，目前已開始大力開發(fā)雙動力源內燃機車，而針對這種雙動力源，如何實現(xiàn)其電傳動系統(tǒng)，現(xiàn)有技術還沒有有效的解決方案。

實用新型內容本實用新型實施例提供一種雙動力源內燃機車電傳動系統(tǒng)，以解決現(xiàn)有技術的電傳動內燃機車會造成能源浪費，柴油機功率效率低的問題。為此，本實用新型實施例提供如下技術方案一種雙動力源內燃機車電傳動系統(tǒng)， 所述雙動力源分別為柴油機發(fā)電機組和儲能動力源，所述系統(tǒng)包括主發(fā)電機電路，儲能動力源電路，分別與所述主發(fā)電機電路和所述儲能動力源電路耦接的中間直流回路，與所述中間直流回路耦接的逆變器，以及控制裝置；所述控制裝置根據(jù)外部控制信息、機車反饋信息以及所述中間直流回路反饋的檢測信號，控制所述柴油機發(fā)電機組和/或所述儲能動力源工作，并向所述逆變器發(fā)送逆變輸出指令。
優(yōu)選地，所述主發(fā)電機電路包括整流單元，用于將所述柴油機發(fā)電機組輸入的三相交流電整流成直流，并將該直流輸出到所述中間直流回路。可選地，所述儲能動力源電路包括可控開關或DC/DC變換器，用于根據(jù)所述控制裝置的控制使所述儲能動力源與所述中間直流回路連接或斷開。優(yōu)選地，所述中間直流回路包括測量單元，用于測量所述主發(fā)電機電路輸出的電流及電壓、以及所述儲能動力源電路輸出的電流，并將測量結果作為檢測信號反饋給所述控制裝置；制動電阻，用于將牽引電機在制動工況下產(chǎn)生的電能轉化為熱能。優(yōu)選地，所述逆變器包括逆變單元，用于根據(jù)所述控制裝置發(fā)送的逆變輸出指令，在牽引工況下將所述中間直流回路輸入的直流電轉變?yōu)槿嗫勺冾l變壓交流電，以拖動牽引電機；在制動工況下將所述牽引電機輸出的三相交流電轉變?yōu)橹绷麟姺答伣o所述中間直流回路，以使所述中間直流回路通過所述儲能動力源電路給所述儲能動力源供電；斬波單元，用于在所述逆變單元反饋給所述儲能動力源充電的電流超過設定值時，接通所述制動電阻，進行多余能量的分流。優(yōu)選地，所述控制裝置通過控制所述柴油機發(fā)電機組中柴油機的轉速和主發(fā)電機勵磁電流，控制所述柴油機發(fā)電機組工作在額定轉速和額定輸出功率。優(yōu)選地，所述控制裝置包括額定功率計算單元，用于計算柴油機當前運行轉速下的額定輸出功率；功率反饋計算單元，用于計算柴油機當前的實際輸出功率；第一 PID調節(jié)單元，用于閉環(huán)調節(jié)所述柴油機的實際輸出功率；第二 PID調節(jié)單元，用于閉環(huán)調節(jié)儲能動力源的充電、放電電流；比較器，用于對所述第一 PID調節(jié)單元的調節(jié)輸出結果、第二 PID調節(jié)單元的調節(jié)輸出結果、以及中間直流回路電壓限制三個信號進行優(yōu)選，選擇輸出同時滿足三者的最小值，以使所述柴油機的實際輸出功率恒定在柴油機額定功率，所述儲能動力源的充放電不過充、過放，中間直流回路電壓不過壓；PWM斬波輸出單元，用于根據(jù)所述比較器輸出的比較結果，控制主發(fā)電機勵磁，以控制所述柴油機的實際輸出功率；輔助功率估算單元，用于根據(jù)柴油機轉速、柴油機信息、以及外部控制信息對機車輔助系統(tǒng)消耗的功率進行估算；牽引力矩計算單元，用于根據(jù)所述額定功率計算單元得到的柴油機額定輸出功率與所述輔助功率估算單元得到的估算功率的差值，以及機車速度、外部控制信息、內置的機車牽引力曲線，計算機車牽引力矩；第三PID調節(jié)單元，用于在牽引工況下對所述機車牽引力矩進行閉環(huán)調節(jié)；第一逆變控制單元，用于在牽引工況下根據(jù)所述第三PID調節(jié)單元的調節(jié)結果， 向所述逆變器輸出逆變控制指令。[0032]優(yōu)選地，所述功率反饋計算單元，具體用于根據(jù)所述測量單元測量的主發(fā)電機電路輸出的電流及電壓，計算柴油機當前的實際輸出功率。優(yōu)選地，所述控制裝置還包括額定制動力計算單元，用于計算牽引電機當前額定制動力；第四PID調節(jié)單元，用于在制動工況下對所述牽引電機的實際制動力進行閉環(huán)調節(jié)；第二逆變控制單元，用于在制動工況下根據(jù)所述第四PID調節(jié)單元的調節(jié)結果輸出逆變控制指令；斬波調節(jié)控制單元，用于在制動工況下將對所述儲能動力源充電多余的電能傳送到所述制動電阻上。優(yōu)選地，所述系統(tǒng)還包括輔助逆變器，與所述中間直流回路耦接，用于根據(jù)所述控制裝置發(fā)送的逆變控制指令將所述中間直流回路輸入的直流電轉變?yōu)槿嗫勺冾l變壓交流電和直流電，為所述內燃機車的輔助負載供電。本實用新型實施例提供的雙動力源內燃機車電傳動系統(tǒng)，在牽引工況下，可以使柴油機工作在額定功率高效率區(qū)，柴油機燃油燃燒充分，運行經(jīng)濟，并降低柴油機廢氣排放；在制動工況下，可以回收機車電阻制動工況下的能量，使得牽引電機再生制動能量得到儲存和重復利用。

為了更清楚地說明本實用新型實施例中的技術方案，下面將對實施例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實用新型的一些實施例， 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。圖1是本實用新型實施例雙動力源內燃機車電傳動系統(tǒng)與機車的雙動力源及牽引電機和輔助負載的接口示意圖；圖2是本實用新型雙動力源內燃機車電傳動系統(tǒng)的一種實施例原理框圖；圖3是本實用新型雙動力源內燃機車電傳動系統(tǒng)的的另一種實施例原理框圖；圖4是本實用新型雙動力源內燃機車電傳動系統(tǒng)的一種具體結構示意圖；圖5是本實用新型雙動力源內燃機車電傳動系統(tǒng)中的控制裝置在牽引工況下的控制原理示意圖；圖6是本實用新型雙動力源內燃機車電傳動系統(tǒng)中的控制裝置在制動工況下的控制原理示意圖。
具體實施方式
下面將結合本實用新型實施例中的附圖，對本實用新型實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本實用新型一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本實用新型中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本實用新型保護的范圍。本實用新型雙動力源內燃機車電傳動系統(tǒng)應用于雙動力源內燃機車中，其與機車的雙動力源及牽引電機和輔助負載的接口如圖1所示。 圖1中，本實用新型雙動力源內燃機車電傳動系統(tǒng)100接收兩個動力源一是柴油機111拖動主發(fā)電機112，由電傳動系統(tǒng)100中的控制裝置(未圖示)控制主發(fā)電機112勵磁電流，主發(fā)電機112輸出的可控三相交流電輸入到電傳動系統(tǒng)100 ；另一個是儲能動力源 121比如蓄電池組，輸出直流電輸入至電傳動系統(tǒng)100中間直流環(huán)節(jié)。本實用新型雙動力源內燃機車電傳動系統(tǒng)，可以根據(jù)外部控制信息和機車反饋信息，使機車工作在不同狀態(tài)，主要有以下幾種狀態(tài)(1)接受柴油機和儲能動力源聯(lián)合供電，實現(xiàn)對牽引電機(還可以包括機車輔助負載)供電，完成機車牽引；(2)單獨接受柴油機供電，實現(xiàn)對牽引電機(還可以包括機車輔助負載)供電，完成機車牽引；(3)單獨接受儲能動力源供電，實現(xiàn)對牽引電機(還可以包括機車輔助負載)供電，完成機車牽引；(4)電阻制動工況下，完成機車制動力控制，同時回收牽引電機再生制動能量，儲存在儲能動力源中。如圖2所示，是本實用新型雙動力源內燃機車電傳動系統(tǒng)的結構示意圖。在該實施例中，雙動力源內燃機車電傳動系統(tǒng)200應用于雙動力源內燃機車中， 如前面所述，上述雙動力源可以分別為柴油機發(fā)電機組和儲能動力源，其中，儲能動力源可以是蓄電池組或超級電容等。該電傳動系統(tǒng)包括主發(fā)電機電路201，儲能動力源電路202，分別與上述主發(fā)電機電路201和儲能動力源電路202耦接的中間直流回路203，與上述中間直流回路203耦接的逆變器204，以及控制裝置205。本實用新型雙動力源內燃機車電傳動系統(tǒng)采用電傳動的“交直交”方式，由上述控制裝置205根據(jù)外部控制信息、機車反饋信息以及上述中間直流回路203反饋的檢測信號， 控制所述柴油機發(fā)電機組和/或所述儲能動力源工作，并向上述逆變器204發(fā)送逆變控制指令。具體地，上述控制裝置205通過控制所述柴油機發(fā)電機組中柴油機的轉速和主發(fā)電機勵磁電流，來控制所述柴油機發(fā)電機組輸出的功率，為充分提高柴油機的效率，控制所述柴油機發(fā)電機組一般工作在額定轉速和額定輸出功率。上述中間直流回路203的一種具體結構可以包括測量單元和制動電阻(未圖示)，其中，所述測量單元用于測量上述主發(fā)電機電路201輸出的電流及電壓、以及上述儲能動力源電路202輸出的電流，并將測量結果作為檢測信號反饋給上述控制裝置205。所述制動電阻用于將牽引電機在制動工況下產(chǎn)生的電能轉化為熱能。上述逆變器的一種具體結構可以包括逆變單元和斬波單元(未圖示)，其中，所述逆變單元根據(jù)上述控制裝置205發(fā)送的逆變控制指令，在牽引工況下將上述中間直流回路203輸入的直流電轉變?yōu)槿嗫勺冾l變壓交流電，以拖動牽引電機；在制動工況下將所述牽引電機輸出的三相交流電轉變?yōu)橹绷麟姺答伣o上述中間直流回路203，以使上述中間直流回路203通過上述儲能動力源電路202給所述儲能動力源供電。所述斬波單元用于在所述逆變單元通過上述中間直流回路203反饋給所述儲能動力源充電的電流超過設定值時，通過觸發(fā)所述斬波單元開關器件導通角接通所述制動電阻，進行多余能量的分流，在滿足所述儲能動力源充電的同時，多余的制動能量通過所述制動電阻以熱能的方式消耗。如圖3所示，在本實用新型的另一實施例中，所述電傳動系統(tǒng)還可進一步包括輔助逆變器206，與中間直流回路203耦接，用于根據(jù)控制裝置205發(fā)送的逆變控制指令將中間直流回路203輸入的直流電轉變?yōu)槿嗫勺冾l變壓交流電和直流電，為所述內燃機車的輔助負載供電。傳統(tǒng)交流傳 動機車中間直流回路中的直流電壓按照柴油機轉速成線性關系上升， 由于中間直流回路中的直流電壓幅值變化范圍寬(從幾百伏到上千伏不等)，以及牽引電機的高次諧波影響等因素，使得輔助逆變器不能直接從中間直流回路取電，需要設置專門的輔助交流發(fā)電機，通過小型的“交直交”變換，來滿足輔助電機等負載的功率、電壓、頻率要求，通過“交直”變換，來滿足直流負載要求。而本實用新型雙動力源內燃機車電傳動系統(tǒng)中，在所述儲能動力源電路202的電壓穩(wěn)定嵌位下，輔助逆變器206可以從本系統(tǒng)的中間直流回路直接取電，節(jié)省了輔助交流發(fā)電機、整流等裝置，過程環(huán)節(jié)的減少，使得可靠性和經(jīng)濟性都得以提升。在圖3中，所述輔助逆變器206以一路交流和一路直流輸出為例進行示意，在實際應用中，可以按照負載的數(shù)量布置多路不同電壓等級、不同頻率要求的交流或直流輸出。本實用新型雙動力源內燃機車電傳動系統(tǒng)，在制動工況下，可以將制動能量進行回收，并由儲能動力源如蓄電池組、超級電容等進行存儲。通過雙動力源的互補作用，可以利用額定輸出功率較小的柴油機，使其始終工作在高效區(qū)，在機車小負載情況下，利用牽引電機產(chǎn)生的再生能量向儲能動力源充電，在機車大負載情況下，柴油機牽引不足的能量由儲能動力源進行補充，從而極大地提高柴油機的功率效率，并達到節(jié)能減排效果。如圖4所示，是本實用新型雙動力源內燃機車電傳動系統(tǒng)的一種具體結構示意圖。在該實施例中，雙動力源內燃機車電傳動系統(tǒng)300的主發(fā)電機電路主要包括整流單元301 ；儲能動力源電路主要包括可控開關302 ；中間直流回路主要包括測量單元(包括且不限于圖4中的II、12、13、VI)、制動電阻(包括圖3中的BR1、BR2、BR3、BR4、BR5、 BR6)，還可進一步包括放電電阻(包括圖3中的R1、R2)、接地保護裝置303、濾波電容Cl ； 逆變器有6個，如圖4中的逆變器1、逆變器2、逆變器3、逆變器4、逆變器5和逆變器6，各逆變器分別包括逆變單元和斬波單元，機車牽引工況下拖動不同的牽引電機，制動工況下牽引電機制動力控制，并控制多余的能量以熱能方式消耗)。在實際應用中，上述輔助逆變器306可以與上述6個逆變器集成為一個逆變單元 316，即設計為主輔一體化的結構，由控制裝置305向逆變單元316輸出統(tǒng)一的逆變控制指令，輔助逆變器306和上述6個逆變器分別根據(jù)該逆變控制指令進行相應的動作。當然，上述輔助逆變器306和上述6個逆變器也可以設計為多個獨立的逆變單元。上述整流單元301用于將所述柴油機發(fā)電機組輸入的三相交流電整流成直流，并將該直流輸出到所述中間直流回路。上述可控開關302用于根據(jù)控制裝置305的控制使所述儲能動力源與所述中間直流回路連接或斷開。上述測量單元中的I1、I2、I3分別用于檢測上述整流單元301、所述儲能動力源和輔助逆變器306輸出的電流，并將測量結果反饋給控制裝置305 ；Vl用于檢測中間直流回路的電壓，并將測量結果反饋給控制裝置305。上述放電電阻Rl、R2除用于機車卸載工況下中間直流回路的固定放電外，與所述接地保護裝置303 —起用于主發(fā)電機電路的接地檢測以及保護。當中間直流回路母線正極或負極接地時，接地保護裝置303檢測到Rl、R2中性點電壓的失衡，通過切斷電源方式進行電路的自我保護。上述濾波電容Cl用于單獨柴油機供電時的中間直流回路高次諧波濾波和中間回路的儲能作用。上述各逆變器由逆變單元和斬波單元組成，其中，所述逆變單元可以由6個 IGBTdnsulated Gate Bipolar ^Transistor，絕緣柵雙極型晶體管)組成，所述斬波單元可以由2個IGBT組成。牽引工況下，所述逆變單元將中間直流回路輸入的直流電轉變?yōu)槿嗫勺冾l變壓交流電，拖動牽引電機，完成機車特性控制；制動工況，所述逆變單元將牽引電機輸出的三相交流電轉變?yōu)橹绷麟?，反饋給中間直流回路，給儲能動力源進行充電，充電剩余的部分能量通過所述斬波單元和制動電阻BR1/BR2/BR3/BR4/BR5/BR6以熱能的方式消耗在大氣中。需要說明的是，上述IGBT元件也可以用其他開關元件如GT0(feite Turn-Off Thyristor,可關斷晶閘管)、IPM(Intelligent Power Module,智能功率模塊)、 IGCT(Intergrated Gate Commutated Thyristors，集成門極換流晶閘管)等替代。上述可控開關302也可以采用DC/DC變換裝置或其他裝置來實現(xiàn)。利用本實用新型的電傳動系統(tǒng)，可以使內燃機車工作在不同狀態(tài)，主要有以下幾種(1)控制裝置305控制可控開關302閉合，使儲能動力源投入工作，對電傳動系統(tǒng) 300供電；同時，控制裝置305控制柴油機發(fā)電機組工作，對主發(fā)電機進行精確發(fā)電控制，即由柴油機發(fā)電機組和儲能動力源通過電傳動系統(tǒng)300聯(lián)合對牽引電機供電，控制裝置305 精確控制逆變器中的逆變單元中開關元件的開通角度，實現(xiàn)對牽引電機精確供電，完成機車牽引。該功能保障柴油機的功率輸出和效率優(yōu)先，柴油機輸出額定功率，該部分扣除機車輔助功率后，與機車速度、控制指令一起，按照內置的牽引力曲線通過逆變器輸出牽引電機給定力矩，控制逆變器的輸出。通過牽引電機能量要求對中間直流回路反映出的電壓升降平衡，多余的能量自動實現(xiàn)向儲能動力源充電，不足的部分由儲能動力源自動進行補充。 也可以通過DC/DC裝置由控制裝置305實現(xiàn)精確的充電、放電控制。(2)控制裝置305控制可控開關302斷開，使儲能動力源停止供電，同時，控制裝置 305控制柴油機發(fā)電機組工作，對主發(fā)電機進行精確發(fā)電控制，由柴油機發(fā)電機組通過電傳動系統(tǒng)300單獨對牽引電機供電，控制裝置305精確控制逆變器中的逆變單元中開關元件的開通角度，實現(xiàn)對牽引電機精確供電，完成機車牽引。(3)控制裝置305控制可控開關302閉合，使儲能動力源投入工作；同時，控制裝置305控制柴油機發(fā)電機組停止工作，主發(fā)電機停止發(fā)電，即由儲能動力源通過電傳動系統(tǒng)300單獨實現(xiàn)對牽引電機供電，控制裝置305精確控制逆變器中的逆變單元中開關元件的開通角度，實現(xiàn)對牽引電機精確供電，完成機車牽引。(4)機車要求的電阻制動工況下，控制裝置305控制可控開關302閉合，控制裝置305精確控制逆變器中的逆變單元中開關元件的開通角度，控制機車制動力，牽引電機工作在發(fā)電狀態(tài)，通過逆變單元整流成直流，返回至中間直流回路，對儲能動力源進行充電，多余的能量由斬波單元進行精確調節(jié)，通過制動電阻以熱能的方式消耗。下面進一步結合圖5和圖6說明本實用新型雙動力源內燃機車電傳動系統(tǒng)中的控制裝置在不同工況下的控制過程。如圖5所示，是本實用新型雙動力源內燃機車電傳動系統(tǒng)中的控制裝置在牽引工況下的控制原理示意圖。
在牽引工況下，上述控制裝置按照手柄負荷狀態(tài)(具體可以根據(jù)手柄所處檔位得至IJ)控制柴油機轉速。具體地，由額定功率計算單元501檢測柴油機實際轉速，按照柴油機功率轉速曲線計算柴油機當前運行轉速下能允許發(fā)揮的額定輸出功率，作為柴油機功率給定值；由功率反饋計算單元502根據(jù)電傳動系統(tǒng)中中間直流回路檢測的整流輸出電流11及中間直流電壓Vl計算柴油機當前的實際輸出功率，作為柴油機功率反饋值；柴油機功率給定值與反饋值進行差量運算，由第一 PID (比例-積分-微分)調節(jié)單元503閉環(huán)調節(jié)柴油機功率，調節(jié)結果作為比較器505的輸入。另外，由第二 PID調節(jié)單元504根據(jù)儲能動力源的容許充/放電電電流(給定值)及其實際的充/放電電流(反饋值，即上述測量單元測量得到的儲能動力源電路輸出的電流12)對儲能動力源的充/放電電流進行閉環(huán)調節(jié)，調節(jié)結果作為比較器505的輸入。比較器505對上述第一 PID調節(jié)單元503和第二 PID調節(jié)單元504的PID閉環(huán)調節(jié)的輸出結果進行比較，取其中的較小值，同時采用中間直流回路電壓作為限制條件(超限制值時將兩個PID取小后的值逐步降低，直至為零)，結果作為控制PWM(Pulse Width Modulation，脈寬調制)斬波輸出單元506的輸入值，也就是說，對上述第一 PID調節(jié)單元 503的調節(jié)輸出結果、第二 PID調節(jié)單元504的調節(jié)輸出結果、以及中間直流回路電壓限制三個信號進行優(yōu)選，選擇輸出同時滿足三者的最小值，調節(jié)主發(fā)電機勵磁來控制柴油機的實際輸出功率，使所述柴油機的實際輸出功率恒定在柴油機額定功率，從而使柴油機盡可能地工作在高效區(qū)，多余的能量向儲能動力源進行充電，不足的能量由儲能動力源進行補充，同時對儲能動力源的充/放電電流的限制調節(jié)和中間直流電壓的限制，保障儲能動力源不過充、過放，滿足儲能動力源的充/放電電流要求，同時還保障了中間直流回路電壓不過壓。需要說明的是，上述柴油機功率轉速曲線是指柴油機轉速與輸出功率的對應曲線，是與實際使用的柴油機的型號及功率相適應的，由柴油機生產(chǎn)廠商提供。另外，還可以由輔助功率估算單元507根據(jù)柴油機轉速、柴油機信息(比如機車反饋信息中的冷卻通風機、牽引電機通風機、變流器通風機、空壓機、主發(fā)電機通風機、空調、 控制照明用電等信息)、以及外部控制信息(比如手柄信息)，系統(tǒng)內部輔助逆變器輸出信息等對機車輔助功率進行估算，由牽引力矩計算單元508根據(jù)額定功率計算單元501得到的柴油機額定輸出功率與輔助功率估算單元507得到的估算功率的差值、以及機車速度、 外部控制信息、內置的機車牽引力曲線等，計算出機車牽引力矩，由第三PID調節(jié)單元509 對該牽引力矩進行閉環(huán)調節(jié)，調節(jié)結果輸入到第一逆變控制單元510，第一逆變控制單元 510在牽引工況下輸出逆變控制指令，作為逆變單元開關元件的觸發(fā)脈沖，通過觸發(fā)脈沖的開通角度來調節(jié)牽引電機牽引力矩(即第一逆變控制單元510的輸出，該輸出作為反饋值)，使其跟隨給定值(即牽引力矩計算單元508的輸出)；另外，第一逆變控制單元510還將中間直流回路直流電源逆變?yōu)槿嘧冾l變壓交流電源，給牽引電機供電。逆變器開關元件的有序導通將中間直流回路的直流逆變?yōu)樽冾l變壓三相交流電， 驅動牽弓I電機，通過傳動齒輪驅動機車動輪軸。如圖6所示，是本實用新型雙動力源內燃機車電傳動系統(tǒng)中的控制裝置在制動工況下的控制原理示意圖。電阻制動工況下，逆變器控制牽引電機工作在發(fā)電狀態(tài)，儲能動力源接受牽引電機制動反饋能量的回收。首先，由額定制動力計算單元601根據(jù)當前控制手柄的信息，按照機車制動曲線計算出當前制動力的額定值，作為制動力的給定值；由第二逆變控制單元603的輸出力矩作為反饋值。給定值和反饋值進行差量計算后，至第四PID調節(jié)單元602，由第四PID調節(jié)單元602對牽引電機的實際制動力進行閉環(huán)調節(jié)，調節(jié)結果輸出到第二逆變控制單元603， 第二逆變控制單元603根據(jù)第四PID調節(jié)單元602的調節(jié)結果輸出逆變控制指令，作為開關元件的觸發(fā)脈沖，使牽引電機處于制動狀態(tài)，牽引電機發(fā)電，發(fā)出的三相交流電通過第二逆變控制單元603轉換成直流，返回到中間直流回路，對儲能動力源701進行充電，為保障儲能動力源701不發(fā)生過充，由斬波調節(jié)控制單元604進行精確調節(jié)，多余的電能通過制動斬波調節(jié)以熱能的方式消耗在制動電阻702上。通過以上調節(jié)，制動工況保障制動力的同時，優(yōu)先對儲能動力源701進行充電，多余的能量通過制動電阻以熱能的方式消耗。由以上描述可見，本實用新型雙動力源內燃機車電傳動系統(tǒng)，在牽引工況下，可以使柴油機工作在額定功率高效率區(qū)，柴油機燃油燃燒充分，運行經(jīng)濟，并降低柴油機廢氣排放；在制動工況下，可以回收機車電阻制動工況下的能量，使得牽引電機再生制動能量得到儲存和重復利用。而且，利用蓄電池組或其他儲能裝置，諧波含量減少，能源干凈清潔。需要說明的是，在實際應用中，本實用新型實施例中的控制裝置可以由軟件和/ 或硬件來實現(xiàn)。而且，上述控制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，而且，上述控制裝置可以采用集中式控制方式，也可以采用基于機車通信網(wǎng)絡的分布式控制方式來實現(xiàn)。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。另外，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。以上所述僅為本實用新型的較佳實施例而已，并非用于限定本實用新型的保護范圍。凡在本實用新型的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換、改進等，均包含在本實用新型的保護范圍內。
權利要求1.一種雙動力源內燃機車電傳動系統(tǒng)，所述雙動力源分別為柴油機發(fā)電機組和儲能動力源，其特征在于，所述系統(tǒng)包括主發(fā)電機電路，儲能動力源電路，分別與所述主發(fā)電機電路和所述儲能動力源電路耦接的中間直流回路，與所述中間直流回路耦接的逆變器，以及控制裝置；所述控制裝置根據(jù)外部控制信息、機車反饋信息以及所述中間直流回路反饋的檢測信號，控制所述柴油機發(fā)電機組和/或所述儲能動力源工作，并向所述逆變器發(fā)送逆變輸出指令。
2.根據(jù)權利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述主發(fā)電機電路包括整流單元，用于將所述柴油機發(fā)電機組輸入的三相交流電整流成直流，并將該直流輸出到所述中間直流回路。
3.根據(jù)權利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述儲能動力源電路包括可控開關或DC/ DC變換器，用于根據(jù)所述控制裝置的控制使所述儲能動力源與所述中間直流回路連接或斷開。
4.根據(jù)權利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述中間直流回路包括測量單元，用于測量所述主發(fā)電機電路輸出的電流及電壓、以及所述儲能動力源電路輸出的電流，并將測量結果作為檢測信號反饋給所述控制裝置；制動電阻，用于將牽引電機在制動工況下產(chǎn)生的電能轉化為熱能。
5.根據(jù)權利要求4所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述逆變器包括逆變單元，用于根據(jù)所述控制裝置發(fā)送的逆變輸出指令，在牽引工況下將所述中間直流回路輸入的直流電轉變?yōu)槿嗫勺冾l變壓交流電，以拖動牽引電機；在制動工況下將所述牽引電機輸出的三相交流電轉變?yōu)橹绷麟姺答伣o所述中間直流回路，以使所述中間直流回路通過所述儲能動力源電路給所述儲能動力源供電；斬波單元，用于在所述逆變單元反饋給所述儲能動力源充電的電流超過設定值時，接通所述制動電阻，進行多余能量的分流。
6.根據(jù)權利要求5所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述控制裝置通過控制所述柴油機發(fā)電機組中柴油機的轉速和主發(fā)電機勵磁電流，控制所述柴油機發(fā)電機組工作在額定轉速和額定輸出功率。
7.根據(jù)權利要求6所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述控制裝置包括額定功率計算單元，用于計算柴油機當前運行轉速下的額定輸出功率； 功率反饋計算單元，用于計算柴油機當前的實際輸出功率； 第一 PID調節(jié)單元，用于閉環(huán)調節(jié)所述柴油機的實際輸出功率； 第二 PID調節(jié)單元，用于閉環(huán)調節(jié)儲能動力源的充電、放電電流； 比較器，用于對所述第一 PID調節(jié)單元的調節(jié)輸出結果、第二 PID調節(jié)單元的調節(jié)輸出結果、以及中間直流回路電壓限制三個信號進行優(yōu)選，選擇輸出同時滿足三者的最小值，以使所述柴油機的實際輸出功率恒定在柴油機額定功率，所述儲能動力源的充放電不過充、 過放，中間直流回路電壓不過壓；PWM斬波輸出單元，用于根據(jù)所述比較器輸出的比較結果，控制主發(fā)電機勵磁，以控制所述柴油機的實際輸出功率；輔助功率估算單元，用于根據(jù)柴油機轉速、柴油機信息、以及外部控制信息對機車輔助系統(tǒng)消耗的功率進行估算；牽引力矩計算單元，用于根據(jù)所述額定功率計算單元得到的柴油機額定輸出功率與所述輔助功率估算單元得到的估算功率的差值，以及機車速度、外部控制信息、內置的機車牽引力曲線，計算機車牽引力矩；第三PID調節(jié)單元，用于在牽引工況下對所述機車牽引力矩進行閉環(huán)調節(jié)；第一逆變控制單元，用于在牽引工況下根據(jù)所述第三PID調節(jié)單元的調節(jié)結果，向所述逆變器輸出逆變控制指令。
8.根據(jù)權利要求7所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述功率反饋計算單元，具體用于根據(jù)所述測量單元測量的主發(fā)電機電路輸出的電流及電壓，計算柴油機當前的實際輸出功率。
9.根據(jù)權利要求7所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述控制裝置還包括額定制動力計算單元，用于計算牽引電機當前額定制動力；第四PID調節(jié)單元，用于在制動工況下對所述牽引電機的實際制動力進行閉環(huán)調節(jié)；第二逆變控制單元，用于在制動工況下根據(jù)所述第四PID調節(jié)單元的調節(jié)結果輸出逆變控制指令；斬波調節(jié)控制單元，用于在制動工況下將對所述儲能動力源充電多余的電能傳送到所述制動電阻上。
10.根據(jù)權利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)還包括輔助逆變器，與所述中間直流回路耦接，用于根據(jù)所述控制裝置發(fā)送的逆變控制指令將所述中間直流回路輸入的直流電轉變?yōu)槿嗫勺冾l變壓交流電和直流電，為所述內燃機車的輔助負載供電。
專利摘要本實用新型公開了一種雙動力源內燃機車電傳動系統(tǒng)，所述雙動力源分別為柴油機發(fā)電機組和儲能動力源，所述系統(tǒng)包括主發(fā)電機電路，儲能動力源電路，分別與所述主發(fā)電機電路和所述儲能動力源電路耦接的中間直流回路，與所述中間直流回路耦接的逆變器，以及控制裝置；所述控制裝置根據(jù)外部控制信息、機車反饋信息以及所述中間直流回路反饋的檢測信號，控制所述柴油機發(fā)電機組和/或所述儲能動力源工作，并向所述逆變器發(fā)送逆變控制指令。利用本實用新型雙動力源內燃機車電傳動系統(tǒng)，可以有效減低現(xiàn)有技術的電傳動內燃機車能源浪費，柴油機運行功率發(fā)揮效率低的問題。
文檔編號B61C9/38GK202080279SQ201120185229
公開日2011年12月21日 申請日期2011年6月2日 優(yōu)先權日2011年6月2日
發(fā)明者何良, 周少云, 張義, 彭學標, 李小文, 王健, 王雨, 饒沛南, 魏凱, 鮑睿 申請人:株洲南車時代電氣股份有限公司