[發明專利]一種智能化高效電機車牽引驅動控制系統及其方法

在審

• 申請號: 201710431423.2
• 申請日: 2017-06-09
• 公開（公告）號: CN107139736A
• 公開（公告）日: 2017-09-08
• 發明（設計）人: 鄧永紅;張全柱;馬紅梅;孫英娟;雷旻;薛偉寧;李園紅;陳海宇;葛艷香;錢會發
• 申請（專利權）人: 華北科技學院
• 主分類號: B60L11/00
• 分類號: B60L11/00;B60L11/18;B60L7/12;B60L7/16
• 代理公司: 北京科億知識產權代理事務所(普通合伙)11350
• 代理人: 湯東鳳

技術領域

本發明涉及電機車牽引控制技術領域，尤其涉及一種智能化高效電機車牽引驅動控制系統及其方法。

背景技術

電機車是工礦企業的一個傳統設備，主要用于礦用或者隧道作業。按照供電的方式不同可分為：架線電機車、蓄電池電瓶電機車；按照牽引力大小可分為：5t、8t、12t、20t、24t等系列電機車；按照調速方式的不同可分為：直流牽引電機串電阻調速，直流牽引電機斬波調速，交流牽引電機變頻調速。從技術發展的趨勢來看：架線車與蓄電池電瓶車會并行發展，而且以較大噸位（12t、20t）的蓄電池電瓶車占主導；直流斬波調速將取代傳統的串電阻調速；交流牽引電機變頻調速或者永磁同步電機變頻器調試將取代直流牽引電機調速。交流牽引電機車和永磁同步電機車與直流牽引電機車相比較，具有體積小、重量輕，可靠性高、維護量小，無滑環和換相器，易于安全防爆等優點，同時交流變頻調速具有明顯的節能效果，耗能和發熱量都明顯減少。所以說，交流牽引電機車取代直流牽引電機車，用先進的交流變頻調速技術取代傳統的直流串電阻和直流斬波調速技術是電機車發展的必然趨勢。

從隔爆、靈活性等方面考慮，蓄電池電機車是發展的趨勢。但電機車負載變化頻繁，電池電壓隨著工作的進行而減少，影響電機車的使用效率，工作環境惡劣，起動力矩大，同時要能在5‰的坡上停車，另外電機車制動頻繁，經常性急停，再生制動能量通過剎車轉成熱能浪費了，還影響電機車的壽命。根據實際應用背景，概括來說，電機車驅動控制系統應該具有如下要求：(1)驅動控制系統的容量從45kw-200kw；(2)蓄電池提供的電源電壓要穩壓；(3)再生制動能量要能吸收利用；(4) 實現電機車輛的智能識別、定位跟蹤、故障診斷；（5）提高蓄電池的使用壽命和運行效率；（6）電機車安全、綠色運行，運行可靠，設備體積小，質量輕，便于移動,運輸和維修。

目前蓄電池電機車有兩種方案。異步交流電機車方案和永磁同步同步電機方案，這兩種方案的驅動控制系統都相同，如圖1所示，是一種典型的直-交（DC/AC）逆變方式。該系統存在的突出問題是：第一、電機車起動電壓脈動較大，損傷蓄電池；第二、電機車再生制動能量主要通過剎車發熱消耗，損害電機車的壽命，浪費能量，同時瞬間給電池組充電影響電池組的壽命；第三、隨著電機車的運行，蓄電池電壓逐步降低，影響電機車的運行效率；第四、電機車過于頻率的起動制動、重載運行，損傷蓄電池，降低蓄電池的效率；第五、電機車輛的智能識別、定位跟蹤、故障診斷的能力不足。

發明內容

有鑒于現有技術的上述缺陷，本發明所要解決的技術問題是提供一種智能化高效電機車牽引驅動控制系統及其方法，提供了一種集電力電子技術、智能控制于一身的智能化高效電機車牽引控制系統及其方法，設計巧妙，控制有效，智能化程度高，既能穩壓又能吸收再生制動能量，提高蓄電池的效率和壽命，使用安全節能環保等優點。

為實現上述目的，本發明提供了一種智能化高效電機車牽引驅動控制系統及其方法，其特征在于：包括總控制系統、第一控制系統、第二控制系統、第一雙向DC/DC變流器、第二雙向DC/DC變流器、逆變器，所述總控制系統分別與第一控制系統、第二控制系統相連接，所述第一控制系統輸出端分別與第一雙向DC/DC變流器、第二雙向DC/DC變流器連接，所述第二控制系統輸出端與逆變器連接，所述第一雙向DC/DC變流器、第二雙向DC/DC變流器的輸出端均與逆變器連接，所述逆變器輸出端與電機車連接。

上述的一種智能化高效電機車牽引驅動控制系統及其方法，其特征在于：所述第一雙向DC/DC變流器、第二雙向DC/DC變流器的輸入端分別連接蓄電池組、超級電容組。

上述的一種智能化高效電機車牽引驅動控制系統及其方法，其特征在于：所述總控制系統與第一控制系統、第二控制系統分別通過CAN總線連接。

上述的一種智能化高效電機車牽引驅動控制系統及其方法，其特征在于：所述蓄電池組為兩個或者兩個以上蓄電池串聯和并聯。

上述的一種智能化高效電機車牽引驅動控制系統及其方法，其特征在于：所述超級電容組為兩個或者兩個以上超級電容串聯和并聯。

一種利用所述智能化高效電機車牽引驅動控制系統及其方法，其方法為：當系統處于牽引運行時候，能量從蓄電池流向電機車依次為：蓄電池組、雙向DC/DC變流器1、逆變器和電機車；

當系統處于再生制動運行時，能量從電機車流向超級電容依次為：電機車、逆變器、雙向DC/DC變流器2、超級電容組；