[發明專利]機車供電系統及其控制方法

有效

• 申請號: 202010569986.X
• 申請日: 2020-06-21
• 公開（公告）號: CN111775973B
• 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
• 代理公司: 太原科衛專利事務所(普通合伙) 14100
• 代理人: 朱源

本發明涉及機車供電系統，具體為一種機車供電系統及其控制方法。解決現有電力機車供電缺乏冗余的問題，以及供電品質及可靠性較差的問題。該機車供電系統，包括變壓器、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，大大提高了列車供電系統的可靠性和靈活性，提升了旅客乘坐的舒適性和便捷性；本發明具備為列車供電系統提供長時和短時供電能力，提高了機車供電的靈活性和安全性。

技術領域

本發明涉及機車供電系統，具體為一種機車供電系統及其控制方法。

背景技術

在我國偏遠地區，因各種原因導致弓網供電中斷時，列車供電及輔助系統需具有不間斷供電能力，尤其是在隧道內，制氧機需要正常工作，避免出現缺氧情況發生。但現有電力機車只有弓網供電，缺乏供電冗余，無法滿足不間斷供電的需求。

現有列車供電主要有兩種方案，一種是從變壓器副邊取電，四象限整流的列車供電方案；該方案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，在列車負載突投、突切時，容易引起負載電流震蕩，嚴重時容易產生諧振而觸發供電保護，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，降低供電能力和可靠性。另一種是從牽引系統的直流母線取電進行降壓斬波變換的列車供電方案；該方案在牽引系統的直流母線前級出現故障時，列車供電將失去供電能力，影響列車供電的可靠性；另一方面，牽引系統的直流母線受牽引電機的影響較大，在進行DC控制時，對控制的擾動較大，影響列車供電的控制精度和供電品質。

發明內容

本發明解決現有電力機車供電缺乏冗余的問題，以及供電品質及可靠性較差的問題，提供一種機車供電系統及其控制方法，以實現弓網供電中斷時，備用電源的切換和控制；同時，提高列車供電的品質和可靠性。

本發明是采用如下技術方案實現的：機車供電系統，包括變壓器、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；列車供電系統從變壓器副邊取電；

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二極管D1，D1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，接觸器KM2閉合，接觸器KM3和接觸器KM4斷開，供電電路1由四象限變流器1整流并經二極管D1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；

非弓網供電下，接觸器KM3和接觸器KM4閉合，啟動柴油發電機供電系統；柴油發電機供電系統為列車負載1供電，并為蓄電池充電；

非弓網供電下，柴油發電機供電系統出現問題時，蓄電池替代柴油發電機供電系統，為列車負載1供電。