CN109861367A - 一种电力机车供电*** - Google Patents

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Abstract

一种电力机车供电***，其包括：储能装置；直流供电电路，其用于对储能装置传输来的直流电进行变压；交流供电电路，其用于对牵引变压器传输来的交流电进行整流，得到相应的直流电；中间直流电路；牵引逆变电路，其用于将中间直流电路传输来的直流电转换为相应的交流电并传输至与之连接的牵引电机；辅助逆变电路，其用于将中间直流电路传输来的直流电转换为相应的交流电；其中，当电力机车处于分相区时，直流供电电路处于工作状态，且交流供电电路处于非工作状态。本***能够使得钢轨打磨工程车在过分相区时采用储能装置来向打磨作业***供电，该***更加环保节能，并且无需像现有的柴油机供电方式一样在过分相区前后频繁启动柴油机。

Description

一种电力机车供电***
技术领域
本发明涉及轨道交通技术领域，具体地说，涉及一种电力机车供电***，特别是一种钢轨打磨工程车的供电***。
背景技术
现有的高速钢轨打磨工程车多采用被动式的打磨方式来对钢轨进行打磨，打磨设备并不配备驱动电机，而是通过工程车保持较高的运行速度来利用打磨设备与钢轨之间的摩擦来实现对钢轨的打磨作业。
对于现有的高速钢轨打磨工程车来说，在对接触网不供电的过分相区的钢轨进行打磨作业时，为了保证对工程车牵引***、打磨作业***的持续供电，工程车需要采用电制动给辅助***供电的方式来维持供电需求。然而，这种供电方式存在诸多缺陷。例如，这种供电方式的供电功率较小，无法满足牵引***以及打磨作业控制***的用电需求。而由于这种供电方式所采用的是制动过程中所产生的电能，这样也就会造成工程车的速度快速衰减，致使机车速度无法满足被动式打磨所需的速度要求。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供了一种电力机车供电***，所述供电***包括：
储能装置；
直流供电电路，其与所述储能装置连接，用于对所述储能装置传输来的直流电进行变压；
交流供电电路，其用于与牵引变压器连接，用于对所述牵引变压器传输来的交流电进行整流，得到相应的直流电；
中间直流电路，其与所述直流供电电路和交流供电电路连接；
牵引逆变电路，其与所述中间直流电路连接，用于将所述中间直流电路传输来的直流电转换为相应的交流电并传输至与之连接的牵引电机，以驱动所述牵引电机运行；
辅助逆变电路，其与所述中间直流电路连接，用于将所述中间直流电路传输来的直流电转换为相应的交流电；
其中，当电力机车处于分相区时，所述直流供电电路处于工作状态，且所述交流供电电路处于非工作状态。
根据本发明的一个实施例，所述直流供电电路包括：
第一预充电电路，其与所述储能装置连接；
直流变压电路，其与所述第一预充电电路和中间直流电路连接，用于对所述第一预充电电路或中间直流电路传输来的电能进行升压或降压处理。
根据本发明的一个实施例，所述直流变压电路包括BOOST升压电路。
根据本发明的一个实施例，所述交流供电电路包括：
第二预充电电路，其用于与所述牵引变压器连接；
整流电路，其与所述第二预充电电路和中间直流电路连接，用于对所述第二预充电电路所传输来的交流电进行整流处理，或是对所述中间直流电路所传输来的直流电进行逆变处理。
根据本发明的一个实施例，所述供电***还包括：
供电控制电路，其与所述直流供电电路和交流供电电路连接，用于控制所述直流供电电路和交流供电电路的运行状态。
根据本发明的一个实施例，所述供电控制电路配置为在接收到进分相区信号时，封锁所述交流供电电路以使得所述交流供电电路处于非工作状态，并启动所述直流供电电路以使得所述直流供电电路处于工作状态，从而使得所述储能装置通过所述直流供电电路向所述中间直流电路提供电能。
根据本发明的一个实施例，当接收到进分相区信号时，所述供电控制电路配置为启动所述直流供电电路以使得所述直流供电电路将所述储能***传输来的直流电的电压转换为预设电压，随后封锁所述交流供电电路以使得所述交流供电电路处于非工作状态，其中，所述预设电压小于或等于交流供电电路处于工作状态时的输出电压。
根据本发明的一个实施例，当接收到进分相区信号时，所述交流供电电路的输出功率逐渐减小，当减小至预设功率阈值时，所述供电控制电路配置为启动所述直流供电电路以使得所述直流供电电路将所述储能***传输来的直流电的电压转换为预设电压，并封锁所述交流供电电路以使得所述交流供电电路处于非工作状态。
根据本发明的一个实施例，所述供电控制电路配置为在接收到出分相区信号时，启动所述交流供电电路以使得所述交流供电电路处于工作状态，从而使得所述直流供电电路接收所述牵引变压器提供的电能。
根据本发明的一个实施例，所述供电控制电路配置为在接收到出分相区信号时，启动所述直流供电电路以使得所述直流供电电路处于工作状态，使得所述直流供电电路对所述中间直流电路所传输来的直流电进行电压转换后传输至所述储能装置，从而对所述储能装置充电。
本发明还提供了一种钢轨打磨工程车，其包括如上任一项所述的供电***。
本发明所提供的供电***能够使得钢轨打磨工程车在过分相区时采用储能装置(例如超级电容等)来向打磨作业***供电，相较于现有的供电方式，该方式更加环保节能，并且无需像现有的柴油机供电方式一样在过分相区前后频繁启动柴油机。
同时，该供电***实现了储能装置与接触网双动力的无缝切换，这样也就能够满足高速钢轨打磨车的作业特性要求，使得工程车能够在接触网无电区(即分相区)和有电区进行双动力的无缝切换并进行连续作业。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要的附图做简单的介绍：
图1是根据本发明一个实施例的电力机车供电***的结构示意图；
图2是根据本发明一个实施例的钢轨打磨工程车过分相区的示意图；
图3是根据本发明一个实施例的供电***过分相区的切换时序示意图。
具体实施方式
以下将结合附图及实施例来详细说明本发明的实施方式，借此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。需要说明的是，只要不构成冲突，本发明中的各个实施例以及各实施例中的各个特征可以相互结合，所形成的技术方案均在本发明的保护范围之内。
同时，在以下说明中，出于解释的目的而阐述了许多具体细节，以提供对本发明实施例的彻底理解。然而，对本领域的技术人员来说显而易见的是，本发明可以不用这里的具体细节或者所描述的特定方式来实施。
为了避免高速钢轨打磨工程车在过分相区时速度衰减过快，供电***可以配备独立的电源来使得工程车能够在过分相区不进行制动。目前高速钢轨打磨车都采用柴油机供电，然而，柴油机供电存在不环保节能、噪声大以及需要频繁起停机、操作繁琐等问题。
针对现有技术中所存在的上述问题，本发明提供了一种新的电力机车供电***以及应用该供电***的钢轨打磨工程车，该供电***能够实现不采用柴油机供电仍可实现工程车过分相不间断供电。
图1示出了本实施例所提供的钢轨打磨工程车的供电***的结构示意图。
如图1所示，本实施例所提供的供电***优选地包括：储能装置101、直流供电电路102、交流供电电路105、中间直流电路103、牵引逆变电路106以及辅助逆变电路107。其中，储能装置101与直流供电电路102连接，其能够将自身存储的电能传输至直流供电电路102。同时，在需要的情况下，储能装置101还能够接收直流供电电路102所传输来的电能并存储。
本实施例中，储能装置101优选地采用超级电容来实现。当然，在本发明的其它实施例中，根据实际需要，储能装置101还可以采用其它合理的电路或器件(例如蓄电池)来实现，本发明不限于此。
直流供电电路102与储能装置101连接，其能够将储能装置101所传输来的直流电进行变压。具体地，如图1所示，本实施例中，直流供电装置102优选地包括：第一预充电电路102a和直流变压电路102b。其中，第一预充电电路102a连接在储能装置101与直流变压电路102b之间，其包括第一可控开关K1、第二可控开关K2以及第一电阻R1，第一可控开关K1与第一电阻R1串联构成的电路与第二可控开关K2并联。第二可控开关的一端与储能电路101连接，另一端与直流变压电路102b连接。
直流变压电路102b能够将预充电电路102a所传输来的直流电进行升压，并将升压后的直流电传输至与之连接的中间直流电路103。同时，当需要为储能装置101充电时，直流变压电路102b还能够将中间直流电路103所传输来的直流电进行降压，并将降压后的直流电通过预充电电路102a传输至储能装置101，从而对储能装置101进行充电。
具体地，如图1所示，本实施例中，直流变压电路102b优选地包括BOOST升压电路。BOOST升压电路优选地包括电感以及整流模块，其中，整流模块采用了四象限整流电路来实现。与之对应地，本实施例实施例中，BOOST升压电路包括有两个电感(即第一电感L1和第二电感L2)，第一电感L1与四象限整流电路中的两个整流支路连接，第二电感L2与四象限整流电路中的另两个整流支路连接。电感与四象限整流电路能够配合地将预充电电路102a所传输来的直流电进行升压转换，并将转换得到的具有较高电压的直流电传输至与之连接的中间直流电路103。
交流供电电路105连接在牵引变压器104与中间直流电路103之间，由于牵引变压器104与接触网连接，因此交流供电电路105也就可以将接触网所提供的交流电转换为相应的直流电并传输至中间直流电路。
具体地，本实施例中，交流供电电路优选地包括第二预充电电路和整流电路。其中，第二预充电电路连接在牵引变压器104与整流电路之间，其电路结构与上述第一预充电电路102a的电路结构相同，故在此不再对第二预充电电路的相关内容进行赘述。
本实施例中，整流电路优选地采用四象限整流电路来实现。由于直流变压电路102b中同样可以使用四象限整流模块来实现电压变换，因此对于本实施例所提供的供电***来说，由于直流供电电路102与交流供电电路105中的部分电路结构能够共用，因此也就能够有效减少供电***的器件种类，从而有助于提高电路以及相关元器件的通用性，并方便后续电路安装与维护。
需要指出的是，在本发明的其它实施例中，根据实际需要，直流供电电路102和/或交流供电电路105还可以采用其它合理的器件或电路来实现，本发明不限于此。
如图1所示，本实施例所提供的供电***还包括有辅助逆变电路106以及牵引逆变电路108。由于该电机机车为钢轨打磨车，因此辅助逆变电路106与打磨作业***107连接，其能够将中间直流电路103所提供的直流电进行直-交转换，并将转换得到的交流电传输至与之连接的打磨作业***107，从而驱动打磨作业***107运行以实现对钢轨的打磨作业。
本实施例中，辅助逆变电路106优选地对中间直流电路103所传输来的直流电进行CVCF逆变，并输出电压固定、频率固定的三相交流SPWM电源输出。辅助逆变电路106所输出的三相交流SPWM电源在经过相关外部电路进行隔离变压滤波后，也就可以为整车提供辅助电源。
牵引逆变电路108连接在中间直流电路103与牵引电路109之间，其能够将中间直流电路103所提供的直流电进行直-交转换，并将转换得到的交流电传输至与之连接的牵引电机109，以驱动牵引电机109运行，从而驱动钢轨打磨工程车行驶。
本实施例中，牵引逆变电路108优选地对中间直流电路103所传输来的直流电进行VVVF逆变，从而为钢轨打磨工程车的前/后转向架牵引电机提供驱动电源。
如图1所示，本实施例所提供的钢轨打磨工程车的供电***还包括供电控制电路110。供电控制电路110与直流供电电路102以及交流供电电路105连接，其能够控制直流供电电路102以及交流供电电路105的运行状态。
为了更加清楚地阐述本实施例所通过的钢轨打磨工程车的供电***的工作原理以及工作过程，以下结合图2所示的钢轨打磨工程车过分相区的示意图来对该供电***作进一步的说明。
如图2所示，本实施例中，沿着轨道，在每个分相区(即无电区)之前有两个地面感应器(即第一地面感应器G1和第二地面感应器G2)。其中，第一地面感应器G1设置在左侧(即远离无电区的一侧)，第二地面感应器G2设置在右侧(即靠近无电区的一侧)。类似地，在每个分相区的尾部，同样设置有两个地面感应器(即第三地面感应器G3和第四地面感应器G4)，其中，第三地面感应器G3设置在左侧(即靠近无电区的一侧)，第四地面感应器设置在右侧(即远离无电区的一侧)。
当机车从左至右驶过分相区时，供电控制电路110首先会接收到第一地面感应器G1所传输来的进分相区信号。本实施例中，供电控制电路110在接收到上述进分相区信号后，会封锁供电***中的交流供电电路105以使得交流供电电路105处于非工作状态。并且，供电控制电路110还会启动直流供电电路102，以使得直流供电电路102处于工作状态。这样中间直流电路103所接收到的电能也就为直流供电电路102所传输来的对储能装置101所提供的直流电进行升压处理所得到的直流电。
具体地，由于由接触网供电时机车的轮周牵引功率较大，而储能装置101由于受到容量的限制可能无法提供该较大的轮周牵引功率，因此本实施例中，当接收到上述进分相信号后，交流供电电路105的输出功率会逐渐减小(例如将功率降低为323.3kW)。本实施例中，机车网络控制***可以对机车牵引力以可变斜率进行减载，这样交流供电电路105的输出功率也就可以随着轮周牵引功率的减小而降低。
本实施例中，当交流供电电路105的输出功率降至预设功率阈值(该预设功率阈值的具体取值可以根据实际需要配置为不同的合理值，本发明并不对其具体取值进行限定)后，供电控制电路110将会启动直流供电电路102并封锁交流供电电路105。当直流供电电路102启动后，其能够将储能装置102所传输来的直流电升压至预设电压。而交流供电电路105被封锁后，交流供电电路105的运行状态也就从工作状态转换为非工作状态，这样中间直流电路103所接收到的直流电也就从由交流供电电路105提供改为由直流供电电路102提供。其中，本实施例中，考虑到储能***102的供电能力，上述预设电压优选的小于或等于交流供电电路处于工作状态时的输出电压。
例如，当机车行驶在非分相区时，供电***中的中间直流电路103所接收到的为交流供电***105所提供的1800V直流电，而当驶过第一地面感应器G1后，中间直流电路103所接收到的则为直流供电***105所提供的1500V直流电。
需要指出的是，在本发明的其它实施例中，根据实际需要，该供电***还可以不降低交流供电电路的输出功率，而直流供电电路所输出的电压也可以大于交流供电电路处于工作状态时的输出电压，本发明不限于此。
此外，为了保证供电切换的可靠性，在本发明的其它实施例中，供电控制电路110还可以在交流供电电路105的输出功率降低的过程中，启动直流供电电路102，并在交流供电电路105的输出功率降低至预设功率阈值时，封锁交流供电电路105。
本实施例中，在封锁交流供电电路105的同时，供电控制电路110还会断开主断路器，以断开接触网与牵引变压器104之间的点连接。第一地面感应器G1与第二地面感应器G2的间隔距离为S1，交流控制电路110断开主断路器的操作也就需要在机车行驶至第二地面感应器G2前完成。
如果机车行驶至第二地面感应器G2时主断路器仍未正常断开，那么本实施例中供电控制电路110将会生成并输出相应的告警信号，以指示操作人员进行人工操作以手动断开主断路器。由于第二地面感应器G2与分相区的间隔距离为S2，因此操作人员也就可以由充裕的时间来实现手动断开主断路器的操作。
需要指出的是，在本发明的不同实施例中，上述距离S1以及S2的具体取值可以根据实际需要配置为不同的合理值，本发明并不对上述S1以及S2的具体取值进行限定。
本实施例中，当机车驶过第三地面感应器G3时，供电控制电路110会接收到地面感应器G3所传输来的出分相区信号，此时供电控制电路110将会闭合主断路器并启动交流供电电路105，这样交流供电电路105也就可以由非工作状态切换为工作状态，从而使得中间直流电路103能够接收交流供电电路105所传输来的电能。这样辅助逆变电路106和牵引逆变电路108所接收到的电能也就重新变为接触网提供。
当供电控制电路判断出满足闭合主断路器的条件(例如网压正常以及无禁止合主断路器故障等)后，供电控制电路将会闭合主断路器并启动交流供电电路105，此时中间直流电路103的电压也就可以恢复为诸如DC1800V的较高电压，而牵引轮周功率也可以恢复正常。
本实施例中，当交流供电电路105处于工作状态后，根据实际需要，供电控制电路110可以控制直流供电电路102来将中间直流电路103所传输来的直流电进行电压转换后传输至与之连接的储能电路101，从而为储能电路101充电。当储能电路101充电完成后，供电控制电路110则会控制直流供电电路102由工作状态转换为非工作状态，从而断开储能装置101与中间直流电路103之间的电连接。这样也就可以形成如图3所示的供电***过分相区的切换时序示意图。
由于钢轨上行驶的机车可能是双向的，因此第三地面感应器G3和第四地面感应器G4优选地与第二地面感应器G2和第一地面感应器G1相对分相区的中心位置对称设置，这样当机车右右侧向左侧行驶时，供电控制电路110可以采用相同的控制防止方式来进行供电电路的切换。
需要指出的是，在本发明的其它实施例中，根据实际需要，上述供电***还可以应用在其它电力机车上，以使得电力机车能够高速地通过分相区。
从上述描述中可以看出，本发明所提供的供电***能够使得钢轨打磨工程车在过分相区时采用储能装置(例如超级电容等)来向打磨作业***供电，相较于现有的供电方式，该方式更加环保节能，并且无需像现有的柴油机供电方式一样在过分相区前后频繁启动柴油机。
同时，该供电***实现了储能装置与接触网双动力的无缝切换，这样也就能够满足高速钢轨打磨车的作业特性要求，使得工程车能够在接触网无电区(即分相区)和有电区进行双动力的无缝切换并进行连续作业。
应该理解的是，本发明所公开的实施例不限于这里所公开的特定结构或处理步骤，而应当延伸到相关领域的普通技术人员所理解的这些特征的等同替代。还应当理解的是，在此使用的术语仅用于描述特定实施例的目的，而并不意味着限制。
说明书中提到的“一个实施例”或“实施例”意指结合实施例描述的特定特征、结构或特性包括在本发明的至少一个实施例中。因此，说明书通篇各个地方出现的短语“一个实施例”或“实施例”并不一定均指同一个实施例。
虽然上述示例用于说明本发明在一个或多个应用中的原理，但对于本领域的技术人员来说，在不背离本发明的原理和思想的情况下，明显可以在形式上、用法及实施的细节上作各种修改而不用付出创造性劳动。因此，本发明由所附的权利要求书来限定。

Claims (11)

1.一种电力机车供电***，其特征在于，所述供电***包括：
储能装置；
直流供电电路，其与所述储能装置连接，用于对所述储能装置传输来的直流电进行变压；
交流供电电路，其用于与牵引变压器连接，用于对所述牵引变压器传输来的交流电进行整流，得到相应的直流电；
中间直流电路，其与所述直流供电电路和交流供电电路连接；
牵引逆变电路，其与所述中间直流电路连接，用于将所述中间直流电路传输来的直流电转换为相应的交流电并传输至与之连接的牵引电机，以驱动所述牵引电机运行；
辅助逆变电路，其与所述中间直流电路连接，用于将所述中间直流电路传输来的直流电转换为相应的交流电；
其中，当电力机车处于分相区时，所述直流供电电路处于工作状态，且所述交流供电电路处于非工作状态。
2.如权利要求1所述的供电***，其特征在于，所述直流供电电路包括：
第一预充电电路，其与所述储能装置连接；
直流变压电路，其与所述第一预充电电路和中间直流电路连接，用于对所述第一预充电电路或中间直流电路传输来的电能进行升压或降压处理。
3.如权利要求2所述的供电***，其特征在于，所述直流变压电路包括BOOST升压电路。
4.如权利要求1～3中任一项所述的供电***，其特征在于，所述交流供电电路包括：
第二预充电电路，其用于与所述牵引变压器连接；
整流电路，其与所述第二预充电电路和中间直流电路连接，用于对所述第二预充电电路所传输来的交流电进行整流处理，或是对所述中间直流电路所传输来的直流电进行逆变处理。
5.如权利要求1～4中任一项所述的供电***，其特征在于，所述供电***还包括：
供电控制电路，其与所述直流供电电路和交流供电电路连接，用于控制所述直流供电电路和交流供电电路的运行状态。
6.如权利要求5所述的供电***，其特征在于，所述供电控制电路配置为在接收到进分相区信号时，封锁所述交流供电电路以使得所述交流供电电路处于非工作状态，并启动所述直流供电电路以使得所述直流供电电路处于工作状态，从而使得所述储能装置通过所述直流供电电路向所述中间直流电路提供电能。
7.如权利要求6所述的供电***，其特征在于，当接收到进分相区信号时，所述供电控制电路配置为启动所述直流供电电路以使得所述直流供电电路将所述储能***传输来的直流电的电压转换为预设电压，随后封锁所述交流供电电路以使得所述交流供电电路处于非工作状态，其中，所述预设电压小于或等于交流供电电路处于工作状态时的输出电压。
8.如权利要求7所述的供电***，其特征在于，当接收到进分相区信号时，所述交流供电电路的输出功率逐渐减小，当减小至预设功率阈值时，所述供电控制电路配置为启动所述直流供电电路以使得所述直流供电电路将所述储能***传输来的直流电的电压转换为预设电压，并封锁所述交流供电电路以使得所述交流供电电路处于非工作状态。
9.如权利要求6～8中任一项所述的供电***，其特征在于，所述供电控制电路配置为在接收到出分相区信号时，启动所述交流供电电路以使得所述交流供电电路处于工作状态，从而使得所述直流供电电路接收所述牵引变压器提供的电能。
10.如权利要求9所述的供电***，其特征在于，所述供电控制电路配置为在接收到出分相区信号时，启动所述直流供电电路以使得所述直流供电电路处于工作状态，使得所述直流供电电路对所述中间直流电路所传输来的直流电进行电压转换后传输至所述储能装置，从而对所述储能装置充电。
11.一种钢轨打磨工程车，其特征在于，包括如权利要求1～10中任一项所述的供电***。
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