一種更為靈活的電力動車組編組方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于基于新型電力電子變壓器電力動車組車輛的動車組編組方法領(lǐng)域，具體涉及一種更為靈活的電力動車組編組方法。
【背景技術(shù)】
[0002]傳統(tǒng)的普通列車僅依靠牽引車頭為全列車輛提供牽引動力，除牽引車頭以外的其余拖車車廂自身均不具被牽引動力，是一種動力集中牽引技術(shù)。
[0003]與之相對的，所謂動車組則是把動力裝置分散安裝在牽引車頭以及其他多節(jié)車廂上，除了牽引車頭以外，其余部分車廂也同樣具有各自獨立的牽引動力裝置，這種普通車廂也具備獨立牽引裝置的軌道客車便叫做動車，屬于一種動力分散牽引技術(shù)。
[0004]現(xiàn)有的動力分散型動車已普遍采用電力供電裝置作為動力來源，其每節(jié)動車車廂的轉(zhuǎn)向架系統(tǒng)均具有獨立的電力牽引裝置和電力制動裝置。由于動力裝置和制動裝置均分布在整列列車的眾多車廂上，因此動車能夠?qū)崿F(xiàn)較大的整體牽引力或制動力，從而具有更為優(yōu)良的機動性，能更好地適應(yīng)斜坡、彎道、城鐵等需要頻繁變換車輛運行速度的路段。另外，動車組上的動力軸對路軌黏著力的要求較低，每個車軸的載重亦較少，因此動車列車對鐵軌載重的基建要求也相對降低。
[0005]國內(nèi)現(xiàn)有的動車通常四節(jié)車廂編為一個基本動車組編組單元，包括兩節(jié)動車車廂D和兩節(jié)無動力拖車車廂T，其中相鄰的兩節(jié)動車車廂D均由一節(jié)拖車車廂T間隔分開，四節(jié)基本動車組編組單元中的連續(xù)三節(jié)車廂共同載有一套舊有的供電裝置，其余一節(jié)無動力拖車車廂T則不裝載供電裝置。所述舊有電力供電裝置的基本結(jié)構(gòu)如圖1所示，每一組舊有的供電裝置均包括一個鐵芯變壓器2、一個受電弓I和兩個牽引變流器3，其中，載有鐵芯變壓器2的無動力拖車T頂端設(shè)有一個受電弓1，拖車T前、后兩端的兩節(jié)車廂均為載有一個牽引變流器3的動車D，受電弓I用于將外部電源輸送至鐵芯變壓器2，經(jīng)鐵芯變壓器2變壓后的電能再通過次級動力電纜6分別傳送至前、后兩節(jié)動車D中的牽引變流器3上，實現(xiàn)電能的分配。
[0006]受此舊有電力供電裝置結(jié)構(gòu)限制，現(xiàn)有動車的編組方式十分刻板，編組靈活度受到很大限制。一方面，傳統(tǒng)的鐵芯變壓器2體積大、重量沉，因此在每一動車車廂D內(nèi)均安置一個鐵芯變壓器2的方案將占用大量車廂空間和增加車輛載荷，不是理想的選擇。另一方面，若直接去掉第四節(jié)無動力拖車車廂T則又會導(dǎo)致傳動比效率的大幅下降，進而造成電力資源的浪費。
[0007]基于上述原因，現(xiàn)有的國內(nèi)動車僅有兩種動車編組形式，即全列八節(jié)的動車車型或全列十六節(jié)的動車車型。全列八節(jié)的動車車型如圖2所示，其是由兩個圖1所示的基本動車組編組單元尾部對接所形成的串聯(lián)結(jié)構(gòu)，在第四節(jié)和第五節(jié)車廂通過車鉤彼此聯(lián)掛的同時，第四節(jié)和第五節(jié)車廂內(nèi)各自的通訊控制總線接口也自動完成對接并由車輛控制系統(tǒng)中的(XU(Central Control Unit)中央控制單元完成總線聯(lián)掛識別。此外，兩個基本動車組編組單元內(nèi)各自的受電弓I也自動通過初級動力電纜7完成串聯(lián)，并通過新聯(lián)通的通訊控制總線與CCU電控單元完成重新識別和編號排序，最終成為全列八節(jié)的動車車型上的第一受電弓1-1和第二受電弓1-2。其中，第一受電弓1-1或第二受電弓1-2互為備份，動車運行時，車頭駕駛室內(nèi)的CCU中央控制單元通過通訊控制總線控制第一受電弓1-1升起并與外部電源線路連通，為車輛提供電力，第二受電弓1-2則處于收縮備用狀態(tài)并與外部電源線路分離和絕緣。
[0008]全列十六節(jié)的動車車型如圖3所示，其是由四個圖1所示的基本動車組編組單元尾部對接所形成串聯(lián)結(jié)構(gòu)，其連接過程與全列八節(jié)的動車車型的連接過程基本相同，其區(qū)別僅在于，最終在全列十六節(jié)的動車車型上形成第一受電弓1-1和第二受電弓1-2通過一條初級動力電纜7完成串聯(lián)，第三受電弓1-3和第四受電弓1-4通過另一條初級動力電纜7完成串聯(lián)。動車運行時，車頭駕駛室內(nèi)的CCU中央控制單元通過通訊控制總線控制第一受電弓1-1和第三受電弓1-3同時升起并與外部電源線路連通，為車輛提供電力，第二受電弓1-2作為第一受電弓1-1的備份，第四受電弓1-4作為第三受電弓1-3的備份，作為備份的受電弓在動車運行時均處于收縮備用狀態(tài)并與外部電源線路分離和絕緣。
[0009]受到前述動車組編組靈活度差的情況制約，現(xiàn)有的動車編組方式無法很好地適應(yīng)中國人在節(jié)假日出行過飽和以及日常出行欠飽和的出行習(xí)慣，比如，全列八節(jié)的動車車型無法通過簡單追加單節(jié)動車車廂使之增長成為包含新動車車廂的全列九節(jié)的臨時加長車型，又比如，全列十六節(jié)的動車車型也無法通過簡單地縮減車廂總數(shù)，成為臨時精簡的較短車型。因此，現(xiàn)有的欠缺靈活性的動車組編組方法無法適應(yīng)動車組上座率有時過高，有時又過低的狀況。
[0010]另一方面，在公開號為CN 104253548.A的中國發(fā)明專利中公開了一種無工頻變壓器的三電平電力電子牽引變壓器，該新型電力電子變壓器同時兼具變壓器和四象限整流器二者的功能，該新型電力電子變壓器與牽引逆變器集成后可以替代由一個鐵芯變壓器2連接兩個牽引變流器3的舊有供電裝置的模式裝配動車。
[0011]此外，現(xiàn)有國內(nèi)動車系統(tǒng)均采用軌道車輛MVB總線作為通訊控制總線，軌道車輛MVB總線是用于連接軌道車輛內(nèi)固定設(shè)備的車輛級通信總線，目前該技術(shù)在軌道車輛上的應(yīng)用方法比較成熟，而工業(yè)以太網(wǎng)也可以視作另一種較為成熟的通訊總線，相較于軌道車輛MVB總線而言，工業(yè)以太網(wǎng)具有傳輸數(shù)據(jù)量大、傳輸速率快、在新增或減少設(shè)備時編組控制更為靈活等優(yōu)點。比如，對多組并聯(lián)的相同電氣設(shè)備進行統(tǒng)一管理時，用工業(yè)以太網(wǎng)可以更快速地完成大量數(shù)據(jù)與中央控制單元的通訊過程，從而使中央控制單元更快捷地完成新增設(shè)備的掛接識別、故障診斷、編號排序等過程。因此，工業(yè)以太網(wǎng)的基本特性使其更適用于替代軌道車輛MVB總線作為動車組的通訊控制總線，然而，目前尚沒有將工業(yè)以太網(wǎng)用于替代軌道車輛MVB總線來控制車載的電力設(shè)備的先例。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012]為了解決現(xiàn)有動車組的編組方式刻板而不夠靈活，舊有電力供電裝置結(jié)構(gòu)的基本形式嚴(yán)重制約了動車組整車編組的靈活性，無法通過更靈活地編組方式適應(yīng)動車組上座率有時過高，有時又過低的狀況，并且容易產(chǎn)生由傳動比差形成資源浪費的技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種更為靈活的電力動車組編組方法。
[0013]本發(fā)明解決技術(shù)問題所采取的技術(shù)方案如下:
[0014]一種更為靈活的電力動車組編組方法，其包括如下步驟:
[0015]步驟一:采用電力電子牽引變壓器替代舊有的基本動車組編組單元的電力供電裝置，即:將現(xiàn)有基本動車組編組單元中除車頭和車尾之外的動車車廂D和無動力拖車車廂T均改裝為完全相同的新型動車車廂M，并在新型動車車廂M上均采用前述的電力電子牽引變壓器作為單節(jié)動車車廂的新的電力供電裝置，車頭和車尾只作為帶有車輛控制系統(tǒng)以及CCU中央控制單元的無動力拖車T ;同時，為每一節(jié)新型動車車廂M均配備一個受電弓電源接口，并給每個新型動車車廂M中的新電力電子供電裝置均配備聯(lián)掛電纜接口，并且在與車頭相鄰的車廂以及與車尾相鄰的車廂上均配備一個受電弓；采用工業(yè)以太網(wǎng)作為各新型動車車廂M與駕駛控制系統(tǒng)之間的新通訊總線，替代傳統(tǒng)的軌道車輛MVB通訊總線，車輛控制系統(tǒng)中的CCU通過工業(yè)以太網(wǎng)分別對新增或減少動車車廂時各受電弓的識別、重新編號排序以及升起或降下進行全局控制；
[0016]步驟二:根據(jù)實際運營需求，在整列動車組的車頭和車尾之間的任意位置，增加N節(jié)(N多1，N為自然數(shù))新型動車車廂M，通過步驟一所述的聯(lián)掛電纜接口分別將任意相鄰兩節(jié)新型動車車廂M中的電力供電裝通過初級動力電纜7串聯(lián)起來；同時帶有車輛控制系統(tǒng)以及CCU中央控制單元的車頭通過工業(yè)以太網(wǎng)對整車的全部新型動車車廂M分別進行識另IJ，并重新編號、排序，此外，CCU中央控制單元還通過工業(yè)以太網(wǎng)在新排序后的車廂編號序列下重新識別各受電弓所分布的車廂位置，以及對各受電弓重新編排序號；
[0017]步驟三:在步驟二構(gòu)成的整列動車組中，按照如下方式確定整列車所需受電弓的個數(shù)、各受電弓的位置以及各受電弓升起的規(guī)律:設(shè)整列車的車廂總節(jié)數(shù)為K，5 1i (i為自然數(shù))，則整列車需要受電弓的總數(shù)為2i，其中，兩個受電弓通過受電弓接口分別連接在與車頭相鄰的車廂以及與車尾相鄰的車廂上，其余受電弓通過受電弓接口分別連接在除上述兩節(jié)車廂之外的車廂位置，且需要保證每10節(jié)車廂至少有兩個受電弓，動車組運行時只需要升起i個受電弓，且每間隔I個受電弓處于升起狀態(tài)，其余i個受電弓處于收縮備用狀態(tài)并與外部電源線路分離和絕緣。
[0018]本發(fā)明的有益效果是:該更為靈活的電力動車組編組方法提出了一種基于新型電力電子變壓器的新型動車組編組方法，在動車組除車頭和車尾之外的每一節(jié)車廂上均采用兼具變壓器和牽引變流器二者功能的新型電力電子變壓器作為新的供電裝置，使整車的牽引傳動系統(tǒng)更為高效、節(jié)能和輕量化，并以此為基礎(chǔ)對基本動車單元的受電弓布局和編組方法進行了改進，形成一種更為靈活的電力動車組編組方法。此外，采用工業(yè)以太網(wǎng)作為各新型動車車廂與駕駛控制系統(tǒng)之間的新通訊總線，替代傳統(tǒng)的軌道車輛MVB通訊總線，增加了數(shù)據(jù)傳送效率并降低了擁堵概率，提高了動車聯(lián)掛或解掛時的整體系統(tǒng)可靠性和列車運行時的安全性。
【附圖說明】
[0019]圖1是一組舊有的供電裝置在一個基本動車編組單元中的布局示意圖；
[0020]圖2是舊有供電裝置及受電弓在全列八節(jié)的動車車型上的應(yīng)用示意；
[0021]圖3是舊有受電弓在全列十六節(jié)的動車車型上的應(yīng)用示意簡圖；
[0022]圖4是本發(fā)明一種更為靈活的電力動車組編組方法中新的供電裝置在一個最基本新