[發(fā)明專利]高速動車組動力牽引和再生制動的能量儲放電系統(tǒng)

有效

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• 申請日: 2017-09-25
• 公開（公告）號: CN107499190B
• 公開（公告）日: 2023-09-22
• 發(fā)明（設計）人: 管曉芳;宋玉泉
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: B60M3/00
• 分類號: B60M3/00;B60M3/02;B60L7/16;H02J7/34;H02J7/14
• 代理公司: 長春吉大專利代理有限責任公司 22201
• 代理人: 朱世林

本發(fā)明涉及高速動車組動力牽引和再生制動的能量儲放電系統(tǒng)，該系統(tǒng)由車載能量儲放電路、車外充電電路和動車組CRH型既有部分電路組成。由車外充電電路經(jīng)壓力開關K1，輸入車載能量儲放電路的輸入端；由主變流器輸出的直流電經(jīng)壓力開關K2輸至電動機逆變器后，給牽引電動機供電；由發(fā)電機變流器通過壓力開關K3，輸入能量儲放電路的輸入端；由車載能量儲放電路的輸出端輸出的直流電，通過壓力開關K4，并經(jīng)變壓器輸至蓄電池充電機，再經(jīng)可控二極管給蓄電池充電和車內(nèi)直流用電供電。本發(fā)明電路結構簡單，可避免變壓器和充電機給列車的載荷負擔；車載能量儲放電路容量大，制動電能無需反饋至供電網(wǎng)，直接回饋至能量儲放電路，可避免制動電阻的能量耗損。

技術領域：

高速動車組的制動是保證動車安全、可靠、有效的重要設施，在設計和實施中既要保證能量盡量回收、線路結構可靠，又要節(jié)省人力、物力和財力的原則，已成為當今高速動車的勢在必行。本發(fā)明提出一種高速動車組動力牽引和再生制動的能量儲放電系統(tǒng)，屬于電氣化動車組的制動和節(jié)能領域。

背景技術：

列車運行速度超過200km/h，其制動所需的能量是普通制動能量的4～9倍，當列車運行速度達到或超過350km/h，許多疑難問題暴露出來，便更加復雜。因此，對高速動車組的制動要求與普通列車不同，高速動車組需要更加快捷、有效、安全的制動系統(tǒng)。

列車已有的制動方式，主要有閘瓦踏面制動、盤形制動、渦流盤形制動、軌道電磁制動、線性渦流制動、電阻制動及飛輪儲能型再生制動、電容儲能型再生制動和逆變回饋型再生電制動。盤形制動是在轉向架車軸上安裝制動軸盤或在車輪上安裝制動輪盤，制動時，摩擦閘片夾緊制動盤實現(xiàn)制動。因盤形制動是兩側夾緊，夾緊面積大，所以制動容量大，磨損量小，散熱好，現(xiàn)行的制動盤是帶有通風，散熱筋由高強度合金鍛造而成。逆變回饋型再生電制動，是列車制動時，把牽引電動機轉變?yōu)橹苿影l(fā)電機的電能加以利用。要將電能回饋給電網(wǎng)，必須滿足再生電能和電網(wǎng)的頻率、相序、相位和電網(wǎng)嚴格相同。

要解決電氣化高速列車的制動問題，涉及外部供電、內(nèi)部供電和車載能量儲放電的問題。所述外部供電，由發(fā)電廠G發(fā)出的3.15～20KV三相交流電的電壓經(jīng)升壓變壓器升壓后輸至地區(qū)變電所，再降為110KV或220KV三相交流電，與三相A、B、C供電網(wǎng)相連，或者由三相高壓公用供電網(wǎng)經(jīng)降壓變壓器降至110KV或220KV與三相A、B、C供電網(wǎng)相連。由110KV或220KV三相供電網(wǎng)經(jīng)牽引變壓器降為27.5KV(額定電壓為25KV)交流電輸給牽引供電網(wǎng)，如圖5所示。所述內(nèi)部供電，單相牽引交流電與受電弓T1或T2接觸相連，當T1(T2)升起，T2(T1)必須降下。受電弓與切斷開關Kα或Kβ相連，經(jīng)切斷開關Kα或Kβ輸至動車組的內(nèi)部動力供電和輔助供電系統(tǒng)。中國現(xiàn)有的CRH型動車組主要有CRH1、CRH2、CRH3型和CRH5四種類型。它們的排列順序和受電弓設置的車頂不同。它們的內(nèi)部線路結構和元器件設置基本相同，而且制動系統(tǒng)都是采用盤形+再生電制動方式，以既有的CRH1型8廂動車組線路為例具有代表性，如圖4所示。能量儲放電路的核心內(nèi)容是超級電容器和高能蓄電池，以及雙向開關。

超級電容器最大的優(yōu)點是功率密度高，可達300W/kg～5000W/kg，相當于普通蓄電池的數(shù)十倍，可提供大電流放電功率，超強功率轉換效率高，大電流能量循環(huán)效率≥90％，充電電流高達1500A～3000A，充滿單塊超級電容器只需幾秒鐘，上百塊串聯(lián)在一起充電，只需幾十秒鐘到6分鐘便可充滿95％以上。此外，尚有循環(huán)使用壽命長，深度充放電循環(huán)使用次數(shù)可達50萬次。溫度特性好，使用環(huán)境溫度范圍寬達-40℃～+70℃。使用、儲存以及拆解過程均無污染，可在無負載電阻情況下直接充電。超級電容器的比能量雖然遠遠大于電解電容，但是相對于蓄電池，超級電容器的比能量還是偏低。現(xiàn)有的超級電容器電壓超過標稱電壓時，將會導致電解液分解，壽命縮短。近年來，日本研發(fā)的一種新型超級電容器，其標稱電壓可達100V以上。