CN109484180A - 一种双电源制式电力机车列车供电***及其供电方法 - Google Patents

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彭希予
徐景秋
彭自坚
范斌
刘毅
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Abstract

本发明公开一种双电源制式电力机车列车供电***及其供电方法，该装置包括一个以上的双电源供电模块，双电源供电模块包括整流单元、三相逆变单元、第一开关单元以及第二开关单元，整流单元的输入端接入供电电源，输出端的一路通过第一开关单元连接至***输出端以构成直流电源支路、另一路通过第二开关单元、三相逆变单元连接至***输出端以构成交流电源支路，通过控制第一开关单元、第二开关单元输出直流电源或三相交流电源；该方法为利用上述装置的供电方法。本发明能够实现双电源制式供电，且具有结构简单、所需成本低、使用灵活且供电电能质量好等优点。

Description

一种双电源制式电力机车列车供电***及其供电方法
技术领域
本发明涉及电力机车供电技术领域，尤其涉及一种双电源制式电力机车列车供电***及其供电方法。
背景技术
目前列车供电***主要采用两种供电制式：一种为三相交流380V/50Hz供电制式，通常是采用空调发电车或者内燃机车集中供电的方式；另一种为DC600V供电制式，通常是采用电力机车集中供电的方式，但是上述供电***均是采用单一供电制式，即要么采用DC600V供电制式，要么采用三相交流380V/50Hz供电制式；而在铁路列车中，同时存在DC600V以及AC380V两种供电制式列车，则上述单一供电制式的列车供电***仅能满足一种供电制式列车需求，无法满足不同供电制式的供电需求，使得不便于对各类机车进行调度和运用，降低了机车的运用效率，且目前的AC380V供电制式通常是通过大功率柴油发电机获得，该方式需要加挂空调发电车以进行共享，需要占用大量空间，且通过柴油机燃烧柴油转化成机械能带动发电机运转产生电能，存在能耗及成本高且环境污染大等问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种能够实现双电源制式供电，且结构简单、所需成本低、使用灵活且供电电能质量好的双电源制式电力机车列车供电***，及实现方法简单、能够实现双电源制式供电自动控制的供电方法。
为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：
一种双电源制式电力机车列车供电***，包括一个双电源供电模块，所述双电源供电模块包括整流单元、三相逆变单元、第一开关单元以及第二开关单元，所述整流单元的输入端接入供电电源，输出端的一路通过所述第一开关单元连接至***输出端以构成直流电源支路、另一路通过所述第二开关单元、所述三相逆变单元连接至***输出端以构成交流电源支路，通过控制所述第一开关单元、第二开关单元输出直流电源或三相交流电源。
作为本发明的进一步改进：所述***输出端设置有直流输出端口、交流输出端口以及用于控制输出端口接入的输出控制单元，所述输出控制单元的输入端分别连接所述直流电源支路、交流电源支路的输出端，输出端分别连接所述直流输出端口、所述交流输出端口。
作为本发明的进一步改进：所述输出控制单元具体为具有切换开关的切换回路，通过控制所述切换开关控制接入所述直流输出端口或所述交流输出端口。
作为本发明的进一步改进：还包括分别与所述第一开关单元、第二开关单元、输出控制单元连接的控制单元，所述控制单元发送控制信号给所述第一开关单元、第二开关单元、输出控制单元，以控制输出所需直流电或交流电。
作为本发明的进一步改进：所述整流单元为半控整流桥电路。
作为本发明的进一步改进：所述整流单元的输出侧设置有用于进行稳压的直流回路。
作为本发明的进一步改进：所述三相逆变单元的输出端设置有用于对输出交流电进行滤波的交流滤波单元。
作为本发明的进一步改进：所述交流电源支路的输出端还设置有第三开关单元。
作为本发明的进一步改进：所述直流电源支路的输出端还设置有用于对输出直流电进行滤波的直流滤波单元。
作为本发明的进一步改进：每个所述双电源供电模块的输入端连接至牵引变压器的供电绕组。
本发明进一步提供一种利用上述双电源制式电力机车列车供电***的供电方法，其特征在于，该方法包括：接收电源模式控制信号并进行判断，若判断到需要输出直流电源，控制所述第一开关单元以接入所述直流电源支路、以及所述第二开关单元以断开所述交流电源支路，通过控制所述整流单元输出所需直流电；若判断到需要输出交流电源，控制所述第一开关单元以断开所述直流电源支路、以及所述第二开关单元以接入所述交流电源支路，通过控制所述整流单元、三相逆变单元输出所需三相交流电。
作为本发明供电方法的进一步改进：若判断到需要输出直流电源时，控制所述***输出端接入所述直流输出端口，以将输出的直流电源通过所述直流输出端口输出；若判断需要输出交流电源时，控制所述***输出端接入所述交流输出端口，以将输出的三相交流电通过所述交流输出端口输出。
作为本发明供电方法的进一步改进：若判断到需要输出直流电源，具体控制所述整流单元处于相控整流桥模式，将输入的单相交流电源整流为所需直流电输出；若判断需要输出交流电源时，具体控制所述整流单元处于单相不可控整流桥模式，将输入的单相交流电源进行单相不可控整流输出脉流。
与现有技术相比，本发明双电源制式电力机车列车供电***的优点在于：
1)本发明双电源制式电力机车列车供电***，包括整流单元、三相逆变单元以及第一开关单元、第二开关单元，通过由整流单元输出的直流电一路直接提供直流电源，另一路经过三相逆变单元逆变后提供交流电源，使得通过一套供电***能够同时提供直流电源、交流电源的双电源输出，实现双电源制式供电，且可以方便的实现直流与交流电输出的控制切换，使用控制灵活。
2)本发明双电源制式电力机车列车供电***，通过整流单元、三相逆变单元构成交流供电支路以提供三相交流电源，***占用空间小，且所需成本及能耗低，与传统的三相交流电供电模式相比，所提供的电能质量好，不会对环境造成污染。
3)本发明双电源制式电力机车列车供电***，进一步通过控制单元发送控制信号给第一开关单元、第二开关单元、输出控制单元，以控制输出所需直流电或交流电，可以实现双电源模式的自动切换，使供电***自动控制工作在直流供电模式或交流供电模式。
4)本发明双电源制式电力机车列车供电***，进一步通过采用可控整流桥电路，根据直流电、交流电供电模式需求控制整流单元工作在不同模式，可满足不同供电需求，提供精确的所需直流电源、交流电源。
5)本发明双电源制式电力机车列车供电***，进一步由整流单元、直流回路、三相逆变单元、交流滤波单元构成交流电源支路，单相交流供电电源依次经交流电源支路中AC-DC-AC多环节变换，能够得到稳定、高质量的三相交流电。
与现有技术相比，本发明双电源制式电力机车列车供电***的供电方法优点在于：本发明供电方法，通过接收电源模式控制信号并进行判断，在不同电源模式时，通过控制第一开关单元、第二开关单元以控制接入直流电源支路或交流电源支路，以及控制整流单元、三相逆变单元进行电源变换，可以输出所需直流电或三相交流电，从而自动控制列车供电***工作在三相交流电供电模式或直流供电模式，控制实现简单，且智能化程度及供电安全性高。
附图说明
图1是本发明实施例1双电源制式电力机车列车供电***的结构示意图。
图2是本发明实施例2中列车供电***的具体结构示意图。
图3是本发明实施例2中AC380V模式选择逻辑的原理示意图。
图4是本发明实施例2中DC600V模式选择逻辑的原理示意图。
图5是本发明实施例2中DC600V模式时列车供电***的等效电路结构示意图。
图6是本发明实施例2中AC380V模式时列车供电***的等效电路结构示意图。
图例说明：1、双电源供电模块；2、牵引变压器；11、整流单元；12、三相逆变单元；13、第一开关单元；14、第二开关单元；15、输出控制单元；16、直流回路；17、交流滤波单元；18、第三开关单元；19、直流滤波单元。
具体实施方式
以下结合说明书附图和具体优选的实施例对本发明作进一步描述，但并不因此而限制本发明的保护范围。
实施例1：
如图1所示，本实施例双电源制式电力机车列车供电***包括一个双电源供电模块1，双电源供电模块1包括用于将交流电转换为直流电的整流单元11、用于将直流电转换为三相交流电的三相逆变单元12以及第一开关单元13、第二开关单元14，整流单元11的输入端接入单相交流供电电源，输出端的一路通过第一开关单元13连接至供电***的***输出端以构成直流电源支路、另一路通过第二开关单元14、三相逆变单元12连接至供电***的***输出端以构成交流电源支路，通过控制第一开关单元13、第二开关单元14输出直流电源或三相交流电源。
上述双电源制式电力机车列车供电***，当需要输出直流电时，控制第一开关单元13接入直流电源支路、第二开关单元14断开交流电源支路，单相交流供电电源经上述列车供电***的整流单元11进行整流后，输出所需直流电源；当需要输出交流电时，控制第一开关单元13断开直流电源支路、第二开关单元14接入交流电源支路，单相交流供电电源依次经上述列车供电***的整流单元11、三相逆变单元12后，输出所需的三相交流电源。
本实施例采用上述结构，由整流单元11输出的直流电一路直接提供直流电源，另一路经过三相逆变单元12逆变后提供交流电源，使得通过一套供电***能够同时提供直流电源、交流电源的双电源输出，实现双电源制式供电，且可以方便的实现直流与交流电输出的控制切换，使用控制灵活。
本实施例上述双电源制式电力机车列车供电***，通过整流单元11、三相逆变单元12构成交流供电支路以提供三相交流电源，***占用空间小，且所需成本及能耗低，与传统的三相交流电供电模式相比，所提供的电能质量好，不会对环境造成污染。
本实施例中每个双电源供电模块1的输入端具体连接至牵引变压器的供电绕组，牵引变压器接入电网电源，进行降压后输出单相交流电给双电源供电模块1，由双电源供电模块1进行变换后输出所需直流电或交流电。
本实施例中，上述双电源制式电力机车列车供电***的***输出端设置有直流输出端口、交流输出端口以及用于控制输出端口接入的输出控制单元15，输出控制单元15的输入端分别连接直流电源支路、交流电源支路的输出端，输出端分别连接直流输出端口、交流输出端口，通过输出控制单元15控制接入所需的输出端口。当需要输出直流电时，通过输出控制单元15控制接入直流输出端口，将直流电源支路输出的直流电输出；当需要输出交流电时，通过输出控制单元15控制接入交流输出端口，将交流电源支路输出的交流电输出。
本实施例中，输出控制单元15具体采用具有切换开关的切换回路，通过控制切换开关控制接入直流输出端口或交流输出端口，也可以根据实际需求采用其他类型输出接口控制结构。
本实施例中，还包括分别与第一开关单元13、第二开关单元14、输出控制单元15连接的控制单元，控制单元发送控制信号给第一开关单元13、第二开关单元14、输出控制单元15，以控制输出所需直流电或交流电，可以实现双电源模式的自动切换，使供电***自动控制工作在直流供电模式或交流供电模式。
本实施例中，整流单元11为可控整流桥电路，控制整流桥电路工作在不同工作模式，可以使得满足直流供电模式、交流供电模式的不同供电需求。当需要输出直流电时，控制半控整流桥电路处于相控整流桥模式，将输入的单相交流电源整流为所需直流电输出，直流电源产生过程简单且电能质量好；当需要输出交流电时，控制半控整流桥电路处于单相不可控整流桥，将输入的单相交流电源进行单相不可控整流输出脉流，再经过三相逆变单元12转换为所需的三相交流电。通过采用可控整流桥电路，根据直流电、交流电供电模式需求控制整流单元11工作在不同模式，可满足不同供电需求，提供精确的所需直流电源、交流电源。
整流单元11具体可采用半控整流桥电路，当然也可以根据实际需求采用其他可控整流桥电路。
本实施例中，整流单元11的输出侧还设置有用于进行稳压的直流回路16，第二开关单元14具体设置在直流回路16与三相逆变单元12之间，直流回路16接收整流单元11输出的直流电进行稳压，输出稳定的直流电压。
本实施例中，三相逆变单元12的输出端还设置有用于对输出交流电进行滤波的交流滤波单元17，交流滤波单元17接收三相逆变单元12输出的三相交流电进行滤波，输出滤波后的三相交流电。
本实施例中，交流电源支路的输出端还设置有第三开关单元18，第三开关单元18具体设置在交流滤波单元17的输出端，通过第三开关单元18控制接入或断开交流滤波单元17输出的三相交流电。第三开关单元18具体与控制单元连接，由控制单元控制第三开关单元18的通断。
本实施例中，直流电源支路的输出端还设置有用于对输出直流电进行滤波的直流滤波单元19，直流滤波单元19具体设置在第一开关单元13与输出控制单元15之间，第一开关单元13接通时，将整流单元11输出的直流电进行滤波，滤波后直流电输出给输出控制单元15，可以提供高质量的交流电源。
本实施例上述结构中依次由整流单元11、直流回路16、三相逆变单元12、交流滤波单元17构成交流电源支路，单相交流供电电源依次经上述交流电源支路中AC-DC-AC多环节变换，能够得到稳定、高质量的三相交流电。
本实施例进一步利用双电源制式电力机车列车供电***的供电方法包括：接收电源模式控制信号并进行判断，若判断到需要输出直流电源，控制第一开关单元13以接入直流电源支路、以及第二开关单元14以断开交流电源支路，通过控制整流单元11输出所需直流电；若判断到需要输出交流电源，控制第一开关单元13以断开直流电源支路、以及第二开关单元14以接入交流电源支路，通过控制整流单元11、三相逆变单元12输出所需三相交流电。
本实施例首先控制单元接收电源模式控制信号，并对接收到的电源模式信号进行判断，若判断到三相交流电源模式或直流电源模式信号为有效，持续指定时间后，判断启动信号是否有效，如果启动信号有效，则将当前电源模式将锁定，控制上述列车供电***按照所需供电模式输出电源，如果需要执行模式切换，使启动信号无效且逆变停机后，再切换电源模式。
在电源模式配置成功后，对列车供电***进行相应的配置，以控制第一开关单元13、第二开关单元14、第三开关单元18、输出控制单元15的通断，以及控制整流单元11、三相逆变单元12的变换输出，使得输出所需要的直流电源或三相交流电源。
本实施例中，若判断到需要输出直流电源时，控制供电***的***输出端接入直流输出端口，以将输出的直流电源通过直流输出端口输出；若判断需要输出交流电源时，控制供电***的***输出端接入交流输出端口，以将输出的三相交流电通过交流输出端口输出，能够自动切换合适的输出端口，以正确输出不同模式的电源信号。
本实施例中整流单元11采用可控整流桥电路时，若判断到需要输出直流电源，具体控制整流单元11处于相控整流桥模式，将输入的单相交流电源整流为所需直流电输出；若判断需要输出交流电源时，具体控制整流单元11处于单相不可控整流桥模式，将输入的单相交流电源进行单相不可控整流输出脉流，能够结合可控整流桥电路控制进行不同模式整流，从而满足不同供电模式需求。
采用本实施例上述供电方法，控制实现简单，可以自动控制列车供电***工作在三相交流电供电模式或直流供电模式，智能化程度及供电安全性高。
实施例2：
如图2所示，本实施例与实施例1基本相同，不同之处在于双电源制式供电***包括两个独立的列车供电柜，每个列车供电柜包括一个双电源供电模块1，即包括两个双电源供电模块1，每个列车供电柜中双电源供电模块1连接至牵引变压器2的供电绕组，由两个列车供电柜给列车负载设备提供DC600V或AC380V电源，可以提供两个独立的双电源以满足不同供电需求；且整流单元11具体采用半控整流桥、三相逆变单元12采用三相逆变器，第一开关单元13包括接触器KMA(KMA1；KMA2)、第二开关单元14包括接触器KMB(KMB1；KMB2)，第三开关单元18包括接触器KMC1，输出控制单元15采用切换回路，半控整流桥的一路通过接触器KMA、DC600V滤波电路连接切换回路，另一路依次通过直流回路、三相逆变器、交流滤波电路连接切换回路，切换回路的输出端分别连接三相交流输出端口以及DC600V直流输出端口。
本实施例供电***具体可提供AC380V三相交流电源、DC600V直流电源，每个双电源供电模块1接入AC860V牵引变压器2输出的降压后电压，由直流电源支路经DC600V输出端口输出DC600V电源，由交流电源支路经三相交流电输出端口输出AC380V交流电源。
本实施例供电***的***输出端口具体设置四个输出接口，交流输出端口与直流输出端口共用其中三个输出接口，如图2所示，交流输出端口的U1、V1、W1接口与直流输出端口的两个DC600V+接口、一个DC600V-接口共用，由切换回路配置输出接口以切换为所需的交流输出端口或直流输出端口。
本实施例每次上电时***通过设置进入一种供电模式，配置两种供电模式的具体步骤为：
①AC380模式配置
如图3所示，分别设置供电准备信号有效、AC供电启动信号有效、DC供电启动信号无效，延时指定时间(本实施例具体取1s)后，输出AC380V模式配置成功信号，并锁定当前AC380V模式，使得其它模式无效；若确认后的模式为无效，则控制停机。
②DC600V模式配置
如图4所示，分别设置供电准备信号有效、AC供电启动信号无效、DC供电启动信号有效，延时指定时间(本实施例具体取1s)后，输出DC600V模式配置成功信号，并锁定当前DC600V模式，使得其它模式无效；若确认后的模式为无效，则控制停机。
在电源模式配置成功后，对列车供电***进行相应的配置，以控制接触器KMB、KMC断开以及接触器KMA的通断、切换回路接入所需输出端口，以及控制整流单元11、三相逆变单元12的变换输出，使得输出所需要的DC600V直流电源或AC380V三相交流电源。
当采用图2所示的双电源制式供电***时，且需要工作于DC600V直流电源模式时，控制接触器KMB、KMC断开以及接触器KMA闭合，控制切换回路接入DC600V直流输出端口，供电***主电路可等效于如图5所示结构，在该供电模式下，控制半控整流桥工作模式为相控整流桥，控制单元调节半控整流电路，使得将牵引变压器2提供的单相交流电整流成DC600V，经过DC600V滤波电路后输出给切换回路，由切换回路输出DC600V供电电源。
当采用图2所示的双电源制式供电***时，且需要工作于AC380V供电模式时，控制接触器KMB、KMC闭合以及KMA接触器断开，切换回路接入AC380V三相交流输出端口，主电路可等效为如图6所示结构，在该模式下，控制半控整流桥工作模式为单相不可控整流桥，将输入单相交流AC860V/50Hz经过单相不可控整流输出脉流，通过直流回路形成相对稳定的直流电压，再通过三相逆变器输出AC380V/50Hz，再经过交流滤波回路输出高品质的交流电源，经过输出侧的切换回路输出该AC380V供电电源。
上述只是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本发明技术方案保护的范围内。

Claims (13)

1.一种双电源制式电力机车列车供电***，其特征在于包括一个以上的双电源供电模块(1)，所述双电源供电模块(1)包括整流单元(11)、三相逆变单元(12)、第一开关单元(13)以及第二开关单元(14)，所述整流单元(11)的输入端接入供电电源，输出端的一路通过所述第一开关单元(13)连接至***输出端以构成直流电源支路、另一路通过所述第二开关单元(14)、所述三相逆变单元(12)连接至***输出端以构成交流电源支路，通过控制所述第一开关单元(13)、第二开关单元(14)输出直流电源或三相交流电源。
2.根据权利要求1所述的双电源制式电力机车列车供电***，其特征在于：所述***输出端设置有直流输出端口、交流输出端口以及用于控制输出端口接入的输出控制单元(15)，所述输出控制单元(15)的输入端分别连接所述直流电源支路、交流电源支路的输出端，输出端分别连接所述直流输出端口、所述交流输出端口。
3.根据权利要求2所述的双电源制式电力机车列车供电***，其特征在于：所述输出控制单元(15)具体为具有切换开关的切换回路，通过控制所述切换开关控制接入所述直流输出端口或所述交流输出端口。
4.根据权利要求2所述的双电源制式电力机车列车供电***，其特征在于：还包括分别与所述第一开关单元(13)、第二开关单元(14)、输出控制单元(15)连接的控制单元，所述控制单元发送控制信号给所述第一开关单元(13)、第二开关单元(14)、输出控制单元(15)，以控制输出所需直流电或交流电。
5.根据权利要求1～4中任意一项所述的双电源制式电力机车列车供电***，其特征在于，所述整流单元(11)为可控整流桥电路。
6.根据权利要求1～4中任意一项所述的双电源制式电力机车列车供电***，其特征在于，所述整流单元(11)的输出侧设置有用于进行稳压的直流回路(16)。
7.根据权利要求1～4中任意一项所述的双电源制式电力机车列车供电***，其特征在于：所述三相逆变单元(12)的输出端设置有用于对输出交流电进行滤波的交流滤波单元(17)。
8.根据权利要求1～4中任意一项所述的双电源制式电力机车列车供电***，其特征在于，所述交流电源支路的输出端还设置有第三开关单元(18)。
9.根据权利要求1～4中任意一项所述的双电源制式电力机车列车供电***，其特征在于，所述直流电源支路的输出端还设置有用于对输出直流电进行滤波的直流滤波单元(19)。
10.根据权利要求1～4中任意一项所述的双电源制式电力机车列车供电***，其特征在于：每个所述双电源供电模块(1)的输入端连接至牵引变压器(2)的供电绕组。
11.一种利用权利要求1～10中任意一种所述的双电源制式电力机车列车供电***的供电方法，其特征在于，该方法包括：接收电源模式控制信号并进行判断，若判断到需要输出直流电源，控制所述第一开关单元(13)以接入所述直流电源支路、以及所述第二开关单元(14)以断开所述交流电源支路，通过控制所述整流单元(11)输出所需直流电；若判断到需要输出交流电源，控制所述第一开关单元(13)以断开所述直流电源支路、以及所述第二开关单元(14)以接入所述交流电源支路，通过控制所述整流单元(11)、三相逆变单元(12)输出所需三相交流电。
12.根据权利要求11所述的供电方法，其特征在于：若判断到需要输出直流电源时，控制所述***输出端接入所述直流输出端口，以将输出的直流电源通过所述直流输出端口输出；若判断需要输出交流电源时，控制所述***输出端接入所述交流输出端口，以将输出的三相交流电通过所述交流输出端口输出。
13.根据权利要求11或12所述的供电方法，其特征在于：若判断到需要输出直流电源，具体控制所述整流单元(11)处于相控整流桥模式，将输入的单相交流电源整流为所需直流电输出；若判断需要输出交流电源时，具体控制所述整流单元(11)处于单相不可控整流桥模式，将输入的单相交流电源进行单相不可控整流输出脉流。
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