CN113043868A - 一种列车的牵引控制***及运行模式切换方法 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种列车的牵引控制***及运行模式切换方法，该***包括：列车的受电弓经第一接触器与牵引辅助变流器连接；牵引辅助变流器包括牵引逆变器和辅助逆变器，牵引逆变器的输出端接至列车的牵引电机，辅助逆变器的输出端通过第二接触器接至交流母线；双向充电机的交流端接至交流母线，直流端通过第三接触器与蓄电池连接；蓄电池通过第四接触器与牵引辅助变流器的输入端连接；在正常运行时，双向充电机为蓄电池充电；在进行列车应急牵引时，由蓄电池为牵引电机和辅助负载供电；在列车过分相时，由蓄电池为辅助负载供电。本申请不仅简化了对列车过分相不断电与应急牵引的控制方式，而且在不同速度段均可实现过分相不断电控制，适用性高。

Description

一种列车的牵引控制***及运行模式切换方法
技术领域
本申请涉及机车牵引技术领域，特别涉及一种列车的牵引控制***及运行模式切换方法。
背景技术
在轨道电力列车领域中，列车过分相不断电控制和应急牵引控制是两个需要重点解决的控制问题。
在当前相关技术中，列车过分相不断电的控制通常是通过过分相时由牵引电机发电，再通过牵引逆变器和辅助逆变器变换后为辅助负载供电，实现过分相的辅助负载不断电控制，确保列车在过分相时能维持空调、照明等辅助负载运行，提升列车的舒适性。但是，这种方式仍然需要在列车速度大于一定值的情况下才能实现，否则，牵引电机无法发出足够电能使过分相区段维持辅助负载运行。
列车的蓄电池应急牵引是通过车载蓄电池供电，经牵引逆变器变换后驱动牵引电机运行，实现列车的应急牵引，从而能够在紧急情况下能驱动列车运行，提升列车的可用性，减少列车救援情况的发生。
但是，上述列车过分相不断电控制和蓄电池应急牵引控制是分立的两种控制方式，采用不同的供电源，因此不仅控制方式复杂，且未充分利用蓄电池功能。鉴于此，提供一种解决上述技术问题的方案，已经是本领域技术人员所亟需关注的。
发明内容
本申请的目的在于提供一种列车的牵引控制***及运行模式切换方法，以便有效简化对列车过分相不断电与应急牵引的控制方式。
为解决上述技术问题，一方面，本申请公开了一种列车的牵引控制***，包括牵引辅助变流器、双向充电机、蓄电池、第一接触器、第二接触器、第三接触器、第四接触器；
所述列车的受电弓通过所述第一接触器与所述牵引辅助变流器的输入端连接；所述牵引辅助变流器包括牵引逆变器和辅助逆变器，所述牵引逆变器的输出端连接至所述列车的牵引电机，所述辅助逆变器的输出端通过所述第二接触器连接至为辅助负载供电的交流母线；
所述双向充电机的交流端连接至所述交流母线，所述双向充电机的直流端通过所述第三接触器与所述蓄电池连接；所述蓄电池通过所述第四接触器与所述牵引辅助变流器的输入端连接；
在正常运行时，所述双向充电机为所述蓄电池充电；在进行列车应急牵引时，由所述蓄电池为所述牵引电机和所述辅助负载供电；在列车过分相时，由所述蓄电池为所述辅助负载供电。
可选地，所述双向充电机包括相连的AC/DC模块和DC/DC模块。
可选地，所述蓄电池包括动力蓄电池和110V控制蓄电池；
所述动力蓄电池通过所述第三接触器与所述AC/DC模块的直流端连接，并通过所述第四接触器与所述牵引辅助变流器的输入端连接，用于提供驱动电压；所述110V控制蓄电池与所述DC/DC模块的直流端连接，用于提供控制电压。
可选地，所述交流母线为380V交流母线。
又一方面，本申请公开了一种列车的运行模式切换方法，应用于如上所述的任一种牵引控制***，包括：
在接收到模式切换指令后，判断当前运行模式是否为正常运行模式；
若是，则确定目标模式，并执行对应的模式切换操作；
若否，则判断目标模式是否为正常运行模式；
若所述目标模式也不为正常运行模式，则先将当前运行模式切换至正常运行模式或者停机状态，进而通过执行对应的模式切换操作而切换至所述目标模式。
可选地，在判定当前运行模式为正常运行模式之后，所述确定目标模式并执行对应的模式切换操作，包括：
判断所述目标模式是否为应急牵引模式；
若所述目标模式为应急牵引模式，则控制所述受电弓降下、并控制所述第一接触器和所述第二接触器断开；
维持所述第三接触器闭合、并控制所述双向充电机进行反向变换，以使所述蓄电池为所述辅助负载供电；
控制所述第四接触器闭合，以使所述蓄电池为所述牵引电机供电。
可选地，在切换到应急牵引模式之后，还包括：
若接收到用于指示切换至正常运行模式的模式切换指令，则控制所述第四接触器和所述第三接触器断开；
控制所述受电弓升弓，并控制所述第一接触器闭合；
控制所述第二接触器闭合；
控制所述双向充电机进行正向充电。
可选地，在所述判断所述目标模式是否为应急牵引模式之后，还包括：
若所述目标模式为过分相模式，则维持受电弓的升起状态，维持所述第四接触器断开和所述第三接触器闭合；
控制所述双向充电机进行反向变换；
控制所述第一接触器和所述第二接触器断开，以使所述蓄电池为所述辅助负载供电。
可选地，在切换到过分相模式之后，还包括：
若接收到用于指示切换至正常运行模式的模式切换指令，则维持所述第四接触器断开和所述第三接触器闭合；
控制所述第一接触器和所述第二接触器闭合；
控制所述双向充电机进行正向充电。
可选地，还包括：
在完成运行模式切换之后，生成对应的模式指示信息。
本申请所提供的列车的牵引控制***及运行模式切换方法所具有的有益效果是：本申请基于三相交流母线，将蓄电池作为列车过分相和应急牵引时的统一供电来源，不仅有效简化了对列车过分相不断电与应急牵引的控制方式，而且在列车的不同速度段均可利用蓄电池实现过分相时辅助负载的不断电控制，具有更高的适用性。
附图说明
为了更清楚地说明现有技术和本申请实施例中的技术方案，下面将对现有技术和本申请实施例描述中需要使用的附图作简要的介绍。当然，下面有关本申请实施例的附图描述的仅仅是本申请中的一部分实施例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图，所获得的其他附图也属于本申请的保护范围。
图1为本申请实施例公开的一种列车的牵引控制***的结构示意图；
图2为本申请实施例公开的又一种列车的牵引控制***的结构示意图；
图3为本申请实施例公开的一种列车在正常运行模式下的能量流向图；
图4为本申请实施例公开的一种列车在应急牵引模式下的能量流向图；
图5为本申请实施例公开的一种列车在过分相模式下的能量流向图；
图6为本申请实施例公开的一种列车的运行模式切换方法的流程图。
具体实施方式
本申请的核心在于提供一种列车的牵引控制***及运行模式切换方法，以便有效简化对列车过分相不断电与应急牵引的控制方式。
为了对本申请实施例中的技术方案进行更加清楚、完整地描述，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行介绍。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
在当前相关技术中，列车过分相不断电的控制通常是通过过分相时由牵引电机发电，再通过牵引逆变器和辅助逆变器变换后为辅助负载供电，实现过分相的辅助负载不断电控制，确保列车在过分相时能维持空调、照明等辅助负载运行，提升列车的舒适性。但是，这种方式仍然需要在列车速度大于一定值的情况下才能实现，否则，牵引电机无法发出足够电能使过分相区段维持辅助负载运行。
列车的蓄电池应急牵引是通过车载蓄电池供电，经牵引逆变器变换后驱动牵引电机运行，实现列车的应急牵引，从而能够在紧急情况下能驱动列车运行，提升列车的可用性，减少列车救援情况的发生。
但是，上述列车过分相不断电控制和蓄电池应急牵引控制是分立的两种控制方式，采用不同的供电源，因此不仅控制方式复杂，且未充分利用蓄电池功能。鉴于此，本申请提供了一种列车的牵引控制方案，可有效解决上述问题。
参见图1所示，本申请实施例公开了一种列车的牵引控制***，主要包括牵引辅助变流器101、双向充电机102、蓄电池103、第一接触器K1、第二接触器K2、第三接触器K3、第四接触器K4；
列车的受电弓通过第一接触器K1与牵引辅助变流器101的输入端连接；牵引辅助变流器101包括牵引逆变器和辅助逆变器，牵引逆变器的输出端连接至列车的牵引电机，辅助逆变器的输出端通过第二接触器K2连接至为辅助负载供电的交流母线；
双向充电机102的交流端连接至交流母线，双向充电机102的直流端通过第三接触器K3与蓄电池103连接；蓄电池103通过第四接触器K4与牵引辅助变流器101的输入端连接；
在正常运行时，双向充电机102为蓄电池103充电；在进行列车应急牵引时，由蓄电池103为牵引电机和辅助负载供电；在列车过分相时，由蓄电池103为辅助负载供电。
其中，受电弓是列车上用于从电网获取能量输送给列车的取电装置。当受电弓升起时，将与电网接触而拾取能量；当受电弓降下时，便脱离电网而停止拾取能量。
牵引辅助变流器101中集成有四象限整流器、牵引逆变器和辅助逆变器，通过牵引逆变器的变换为牵引电机供电，驱动牵引电机运行；并通过辅助逆变器的变换为辅助负载的交流母线供电，维持辅助负载运行。
交流母线是贯穿列车的供电线，列车的辅助负载挂在交流母线以获取电能。一般地，如图1所示，在电力轨道列车(如高铁、动车)中用于为辅助负载(如空调、照明)供电的交流母线电压为380V，因此辅助逆变器输出三相交流380V电压，且各个辅助逆变器输出的电压并联到380V交流母线上，用于为辅助负载供电。
需要强调的是，本申请还设置有与蓄电池103连接的双向充电机102。双向充电机102可以进行正向充电变换，将三相交流电压变换为直流电压，为蓄电池103充电；同时也可以进行反向变换，将蓄电池103的直流电压变换为三相交流电压，输送至交流母线上以便为辅助负载供电。
当列车在正常运行时，受电弓升弓后从电网拾取能量，经第一接触器K1传输至牵引辅助变流器101。牵引逆变器的输出驱动了牵引电机，使列车稳定前进；辅助逆变器的输出经第二接触器K2供给至交流母线，辅助负载得以工作，同时，双向充电机102将交流母线上的电能进行交直变换，再经第三接触器K3为蓄电池103充电。
一般地，作为一种具体实施例，双向充电机102可具体包括相连的AC/DC模块和DC/DC模块。AC/DC模块的交流端与交流母线连接，如此，交流母线电压经AC/DC变换后，再输至DC/DC模块经DC/DC变换后输至蓄电池103。
而当需要进行列车应急牵引时，即无法通过受电弓拾取电网能量时，对于本申请所提供的上述牵引控制***，可以由蓄电池103作为应急牵引的能量源。具体地，可令双向充电机102工作在反向逆变状态，以便经第三接触器K3将蓄电池103的直流电逆变为交流电并传输至交流母线供辅助负载使用；同时，蓄电池103的电能可经第四接触器K4输至牵引逆变器，以驱动牵引电机运行。
而当列车过分相需要保障辅助负载不断电时，依旧可以由蓄电池103作为辅助负载的供电电源。具体地，可令双向充电机102工作在反向逆变状态，经第三接触器K3将蓄电池103的直流电逆变为交流电并传输至交流母线供辅助负载使用。
由此可见，本申请实施例所公开的列车的牵引控制***，基于三相交流母线，将蓄电池作为列车过分相和应急牵引时的统一供电来源，不仅有效简化了对列车过分相不断电与应急牵引的控制方式，而且在列车的不同速度段均可利用蓄电池实现过分相时辅助负载的不断电控制，具有更高的适用性。
需要说明的是，图1中的蓄电池103不仅需要为辅助负载、牵引电机提供动力，而且还需要为列车上相关电子控制器件提供控制电压。而由于需要提供的动力电压高于需要提供的控制电压，因此，可进一步将蓄电池103分成两部分：110V控制蓄电池和动力蓄电池。
具体可参见图2所示，图2为本申请实施例公开的又一种列车的牵引控制***的结构示意图。
具体地，蓄电池包括动力蓄电池和110V控制蓄电池；动力蓄电池通过第三接触器K3与AC/DC模块的直流端连接，并通过第四接触器K4与牵引辅助变流器101的输入端连接，用于提供驱动电压；110V控制蓄电池与DC/DC模块的直流端连接，用于提供控制电压。
其中，动力蓄电池所能提供的电压、容量均高于110V控制蓄电池，因此，动力蓄电池的电池电压可直接与AC/DC模块的直流端电压相匹配，即，将动力蓄电池通过第三接触器K3与AC/DC模块的直流端连接。
如此，110V控制蓄电池可专用于为***中的控制单元、接触器、继电器等提供电压；而动力蓄电池则专用于在弓网故障或者车辆库内移车等工况时实现车辆短距离的应急牵引，以及在过分相时为辅助负载供电。
此时，列车在各种运行模式下的能量流向与图1中单块蓄电池的情况类似，具体可参见图3～图5。
其中，图3为列车在正常运行模式下的能量流向图。此时列车的受电弓升起，列车从供电网获取能量，第一接触器K1、第二接触器K2、第三接触器K3闭合，第四接触器K4断开。列车能量流入牵引辅助变流器101中，经过牵引逆变器变换后为牵引电机供电，驱动列车运行；同时经过辅助逆变器后输出三相交流380V电压，并联在380V交流母线上，为列车380V交流负载供电。双向充电机102从380V交流母线取电，通过AC/DC模块将380V整流成中间直流电压，并直接为动力蓄电池充电；同时中间直流电压经过DC/DC变换后变为110V电压，为110V控制蓄电池充电。
图4为列车在应急牵引模式下的能量流向图。此时，列车降下受电弓，不从供电网获取电能。列车从动力蓄电池获取能量，第一接触器K1、第二接触器K2断开，第三接触器K3、第四接触器K4闭合。动力蓄电池的能量通过第四接触器K4接入牵引辅助变流器101中，经过牵引逆变器的变换后，为牵引电机供电，驱动列车运行；同时动力蓄电池的能量通过第三接触器K3后，接入双向充电机102，经过DC/AC变换后变为三相380V交流电，并联在380V母线上，为列车的辅助负载供电，从而实现列车的蓄电池应急牵引。
图5为列车在过分相模式下的能量流向图。此时列车从动力蓄电池获取能量，第一接触器K1、第二接触器K2、第四接触器K4断开，第三接触器K3闭合。动力蓄电池的能量通过第三接触器K3后，接入双向充电机102，经过DC/AC变换后变为三相380V交流电，并联在380V母线上，为列车的辅助负载供电，实现列车过分相时辅助负载不断电。
参见图6所示，本申请实施例公开了一种列车的运行模式切换方法，应用于如上所述的任一种牵引控制***，主要包括：
S201：在接收到模式切换指令后，判断当前运行模式是否为正常运行模式；若是，则进入S202；若否，则进入S203。
S202：确定目标模式，并执行对应的模式切换操作。
具体地，本申请实施例所提供的列车的运行模式切换方法可在正常运行模式、应急牵引模式、过分相模式这三种模式间相互切换。当需要从正常运行模式切换至其他两种模式时，可按照与目标模式对应的切换操作直接执行切换。
S203：判断目标模式是否为正常运行模式；若否，则进入S204；若是，则进入S205。
若当前运行模式和目标模式均不是正常运行模式，即当需要进行应急牵引模式、过分相模式两者间的切换时，为了保障电路运行安全，并不能直接进行切换，而是应先切换至正常运行模式或者停机状态再切换至目标模式。
当然，若目标模式为正常运行模式，则依旧可以直接执行对应的切换操作。
S204：先将当前运行模式切换至正常运行模式或者停机状态，进而通过执行对应的模式切换操作而切换至目标模式。
S205：直接执行对应的模式切换操作而切换至正常运行模式。
可见，本申请所提供的列车的运行模式切换方法，应用于本申请所公开的牵引控制***，将蓄电池作为列车过分相和应急牵引时的统一供电来源，不仅有效简化了对列车过分相不断电与应急牵引的控制方式，提高了列车在不同运行模式间的切换效率与安全，而且在列车的不同速度段均可利用蓄电池实现过分相时辅助负载的不断电控制，具有更高的适用性。
作为一种具体实施例，本申请实施例所提供的列车的运行模式切换方法在上述内容的基础上，在判定当前运行模式为正常运行模式之后，确定目标模式并执行对应的模式切换操作，包括：
判断目标模式是否为应急牵引模式；
若目标模式为应急牵引模式，则控制受电弓降下、并控制第一接触器K1和第二接触器K2断开；
维持第三接触器K3闭合、并控制双向充电机102进行反向变换，以使蓄电池为辅助负载供电；
控制第四接触器K4闭合，以使蓄电池为牵引电机供电。
作为一种具体实施例，本申请实施例所提供的列车的运行模式切换方法在上述内容的基础上，在切换到应急牵引模式之后，还包括：
若接收到用于指示切换至正常运行模式的模式切换指令，则控制第四接触器K4和第三接触器K3断开；
控制受电弓升弓，并控制第一接触器K1闭合；
控制第二接触器K2闭合；
控制双向充电机102进行正向充电。
作为一种具体实施例，本申请实施例所提供的列车的运行模式切换方法在上述内容的基础上，在判断目标模式是否为应急牵引模式之后，还包括：
若目标模式为过分相模式，则维持受电弓的升起状态，维持第四接触器K4断开和第三接触器K3闭合；
控制双向充电机102进行反向变换；
控制第一接触器K1和第二接触器K2断开，以使蓄电池为辅助负载供电。
作为一种具体实施例，本申请实施例所提供的列车的运行模式切换方法在上述内容的基础上，在切换到过分相模式之后，还包括：
若接收到用于指示切换至正常运行模式的模式切换指令，则维持第四接触器K4断开和第三接触器K3闭合；
控制第一接触器K1和第二接触器K2闭合；
控制双向充电机102进行正向充电。
作为一种具体实施例，本申请实施例所提供的列车的运行模式切换方法在上述内容的基础上，还包括：
在完成运行模式切换之后，生成对应的模式指示信息。
例如，不同的运行模式可以用不同颜色的指示灯进行指示，本领域技术人员可自行设计并实现。
关于上述列车的运行模式切换方法的具体内容，可参考前述关于列车的牵引控制***的详细介绍，这里就不再赘述。
本申请中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的设备而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
还需说明的是，在本申请文件中，诸如“第一”和“第二”之类的关系术语，仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或者操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或者操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。此外，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上对本申请所提供的技术方案进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以对本申请进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本申请的保护范围内。

Claims (10)

1.一种列车的牵引控制***，其特征在于，包括牵引辅助变流器、双向充电机、蓄电池、第一接触器、第二接触器、第三接触器、第四接触器；
所述列车的受电弓通过所述第一接触器与所述牵引辅助变流器的输入端连接；所述牵引辅助变流器包括牵引逆变器和辅助逆变器，所述牵引逆变器的输出端连接至所述列车的牵引电机，所述辅助逆变器的输出端通过所述第二接触器连接至为辅助负载供电的交流母线；
所述双向充电机的交流端连接至所述交流母线，所述双向充电机的直流端通过所述第三接触器与所述蓄电池连接；所述蓄电池通过所述第四接触器与所述牵引辅助变流器的输入端连接；
在正常运行时，所述双向充电机为所述蓄电池充电；在进行列车应急牵引时，由所述蓄电池为所述牵引电机和所述辅助负载供电；在列车过分相时，由所述蓄电池为所述辅助负载供电。
2.根据权利要求1所述的牵引控制***，其特征在于，所述双向充电机包括相连的AC/DC模块和DC/DC模块。
3.根据权利要求2所述的牵引控制***，其特征在于，所述蓄电池包括动力蓄电池和110V控制蓄电池；
所述动力蓄电池通过所述第三接触器与所述AC/DC模块的直流端连接，并通过所述第四接触器与所述牵引辅助变流器的输入端连接，用于提供驱动电压；所述110V控制蓄电池与所述DC/DC模块的直流端连接，用于提供控制电压。
4.根据权利要求1所述的牵引控制***，其特征在于，所述交流母线为380V交流母线。
5.一种列车的运行模式切换方法，其特征在于，应用于如权利要求1至4任一项所述的牵引控制***，包括：
在接收到模式切换指令后，判断当前运行模式是否为正常运行模式；
若是，则确定目标模式，并执行对应的模式切换操作；
若否，则判断目标模式是否为正常运行模式；
若所述目标模式也不为正常运行模式，则先将当前运行模式切换至正常运行模式或者停机状态，进而通过执行对应的模式切换操作而切换至所述目标模式。
6.根据权利要求5所述的运行模式切换方法，其特征在于，在判定当前运行模式为正常运行模式之后，所述确定目标模式并执行对应的模式切换操作，包括：
判断所述目标模式是否为应急牵引模式；
若所述目标模式为应急牵引模式，则控制所述受电弓降下、并控制所述第一接触器和所述第二接触器断开；
维持所述第三接触器闭合、并控制所述双向充电机进行反向变换，以使所述蓄电池为所述辅助负载供电；
控制所述第四接触器闭合，以使所述蓄电池为所述牵引电机供电。
7.根据权利要求6所述的运行模式切换方法，其特征在于，在切换到应急牵引模式之后，还包括：
若接收到用于指示切换至正常运行模式的模式切换指令，则控制所述第四接触器和所述第三接触器断开；
控制所述受电弓升弓，并控制所述第一接触器闭合；
控制所述第二接触器闭合；
控制所述双向充电机进行正向充电。
8.根据权利要求6所述的运行模式切换方法，其特征在于，在所述判断所述目标模式是否为应急牵引模式之后，还包括：
若所述目标模式为过分相模式，则维持受电弓的升起状态，维持所述第四接触器断开和所述第三接触器闭合；
控制所述双向充电机进行反向变换；
控制所述第一接触器和所述第二接触器断开，以使所述蓄电池为所述辅助负载供电。
9.根据权利要求8所述的运行模式切换方法，其特征在于，在切换到过分相模式之后，还包括：
若接收到用于指示切换至正常运行模式的模式切换指令，则维持所述第四接触器断开和所述第三接触器闭合；
控制所述第一接触器和所述第二接触器闭合；
控制所述双向充电机进行正向充电。
10.根据权利要求5至9任一项所述的运行模式切换方法，其特征在于，还包括：
在完成运行模式切换之后，生成对应的模式指示信息。
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