[發明專利]高可靠性機車電傳動系統及其控制方法

有效

• 申請號: 202010569975.1
• 申請日: 2020-06-21
• 公開（公告）號: CN111775972B
• 公開（公告）日: 2021-06-22
• 發明（設計）人: 于森林;葸代其;張瑞峰;詹哲軍;梁海剛;賀志學
• 申請（專利權）人: 中車永濟電機有限公司
• 主分類號: B61C3/00
• 分類號: B61C3/00;B61C3/02;B60L9/00;H02J9/06;H02J9/08;H02J9/04
• 代理公司: 太原科衛專利事務所(普通合伙) 14100
• 代理人: 朱源

本發明涉及機車電傳動系統，具體為一種高可靠性機車電傳動系統及其控制方法。解決現有機車電傳動系統的牽引系統的供電冗余能力較差的問題，以及列車供電系統的直流電側含有二次脈動的問題。高可靠性機車電傳動系統，包括變壓器、牽引系統、列車供電系統、柴油發電機供電系統和蓄電池。本發明通過多層冗余主電路拓撲設計和多層冗余的控制切換等方式，大大提高了牽引系統、列車供電系統的可靠性和靈活性的同時，提升了旅客乘坐的舒適性和便捷性；本發明同時具備為牽引系統提供長時和短時供電能力，大幅降低了機車急迫的概率，提高了機車靈活性和安全性。

技術領域

本發明涉及機車電傳動系統，具體為一種高可靠性機車電傳動系統及其控制方法。

背景技術

機車電傳動系統包括牽引系統、輔助系統和列車供電系統。在我國高原、偏遠地區，弓網因各種原因導致供電中斷時，牽引系統仍需要長時運行且能在極端情況下，讓機車具有動力能夠駛離隧道和橋梁；列車供電系統需具有不間斷供電能力，尤其是在隧道內，制氧機、制熱系統等需要正常工作，以避免發生旅客缺氧及凍傷情況。

傳統機車的牽引系統及四象限整流的供電方案，在正常弓網供電下具有高功率的牽引能力，而在弓網供電中斷時，機車動力完全消失，牽引系統不具備冗余能力，靈活性較差，不適用于多山、高原等偏遠地區。四象限整流的列車供電系統，雖然能夠提供較為穩定的直流電，但其對電路的參數設計要求較高，四象限整流的直流電側含有二次脈動，在負載突投、突切時，容易引起負載電流震蕩，嚴重時容易產生諧振，影響列車供電正常運行。尤其在冬季運行模式下，制熱電阻為阻性元件，突投時產生較大電流沖擊，造成隔離接觸器發生誤跳閘等工況。

發明內容

本發明解決現有機車電傳動系統的牽引系統的供電冗余能力較差的問題，以及列車供電系統的直流電側含有二次脈動的問題，提供一種高可靠性機車電傳動系統及其控制方法。本發明能夠在牽引系統、列車供電系統和冗余系統之間進行供電切換，并給出了一種高供電品質的AC-DC、DC-DC、DC-AC的列車供電主電路拓撲結構，充分保證整車牽引和列車供電系統的可靠性。

本發明是采用如下技術方案實現的：高可靠性機車電傳動系統，包括變壓器、牽引系統、列車供電系統、柴油發電機供電系統和蓄電池；

變壓器的原邊連接弓網并有多個副邊；牽引系統和列車供電系統分別從變壓器副邊取電；

列車供電系統包括供電電路1，供電電路1包括四象限變流器1，四象限變流器1的輸入從變壓器副邊取電，四象限變流器1的直流輸出的正極上串接有IGBT3，IGBT3的反并聯的續流二極管的陰極和四象限變流器1的負極作為供電電路1的正負輸出端，為列車負載1（包括輔助逆變、照明、空調、制氧機、電加熱設備等）供電；蓄電池的正負端經接觸器KM2連接于供電電路1的正負輸出端；

柴油發電機供電系統包括柴油發動機、發電機，蓄電池經接觸器KM3為柴油發電機供電系統軟啟動提供電能，發電機的輸出被整流后經接觸器KM4連接于供電電路1的正負輸出端。

工作時，弓網正常供電時，牽引系統由弓網通過變壓器正常供電；接觸器KM2閉合，接觸器KM3和接觸器KM4斷開，供電電路1中的IGBT3驅動脈沖為低電平信號而處于斷開狀態，只使用其反并聯的續流二極管進行續流，從而為列車負載1供電，同時為蓄電池充電；充電完成后的蓄電池相當于列車負載1的一個不間斷供電電源（UPS）；在機車過分相階段，弓網處于失電狀態，蓄電池為列車負載1供電；過分相完成后，切換至正常供電工況，避免了過分相時列車負載1的頻繁啟動所產生的影響；

弓網供電下四象限變流器1損壞時，需采用柴油發電機供電系統為列車負載1進行長時供電：斷開KM2/KM4，閉合KM3，為柴油發電機供電系統提供能量實現自啟動，啟動完成后斷開KM3，閉合KM2/KM4，由柴油發電機供電系統為列車負載1供電，蓄電池恢復其UPS功能；