本發(fā)明涉一種適用于儲(chǔ)能式有軌電車的主電路系統(tǒng), 屬于現(xiàn)代有軌電車交通領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
現(xiàn)代有軌電車主電路系統(tǒng)通過受電弓從架空接觸網(wǎng)取得電能，并通過高壓母線分配至牽引逆變器和輔助逆變器，供牽引電機(jī)、輔助系統(tǒng)設(shè)備使用。隨著蓄電池、超級(jí)電容等儲(chǔ)能技術(shù)的發(fā)展，有軌電車無接觸網(wǎng)儲(chǔ)能供電已成為趨勢(shì)，現(xiàn)有主電路系統(tǒng)已不適應(yīng)新型供電形式，需加以改進(jìn)。
現(xiàn)有主電路系統(tǒng)主要包括受電弓、高壓箱、高壓母線、牽引逆變器、輔助逆變器、制動(dòng)電阻等。受電弓與接觸網(wǎng)接觸，從變電所取流。高壓箱、高壓母線起電能分配作用。牽引逆變器、輔助逆變器將電能提供給牽引、輔助設(shè)備。制動(dòng)電阻用于消耗電制動(dòng)時(shí)再生電能。
現(xiàn)有主電路系統(tǒng)必須實(shí)時(shí)從接觸網(wǎng)取流，以保證列車運(yùn)行需要。一旦接觸網(wǎng)供電中斷，列車將不能繼續(xù)運(yùn)行。該主電路系統(tǒng)對(duì)牽引供電系統(tǒng)、接觸網(wǎng)可靠性要求高，運(yùn)營調(diào)度不靈活。且接觸網(wǎng)等供電設(shè)施造價(jià)高，維護(hù)成本高。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的上述不足，提供一種適用于儲(chǔ)能式有軌電車的主電路系統(tǒng)。
為了解決以上技術(shù)問題，本發(fā)明提供的適用于儲(chǔ)能式有軌電車的主電路系統(tǒng)，其特征在于包括：集電裝置、高壓箱、牽引逆變器、輔助逆變器、儲(chǔ)能裝置和制動(dòng)電阻，所述牽引逆變器設(shè)置有第1至第4開關(guān)，所述第1開關(guān)經(jīng)高壓正母線連接高壓箱，第2開關(guān)經(jīng)輔助高壓正母線連接輔助逆變器，第三開關(guān)經(jīng)制動(dòng)電阻高壓正母線連接制動(dòng)電阻，第4開關(guān)經(jīng)儲(chǔ)能裝置高壓正母線連接儲(chǔ)能裝置，所述制動(dòng)電阻、儲(chǔ)能裝置分別通過制動(dòng)電阻高壓負(fù)母線、儲(chǔ)能裝置高壓負(fù)母線連接牽引逆變器，牽引逆變器通過（三相交流）線纜與牽引電機(jī)相連，通過高壓回流母線、車輪與鋼軌相連，所述輔助逆變器的電能輸入端通過輔助高壓正母線連接高壓箱，輔助逆變器用于為車輛的380V中壓母線提供交流電，為車輛的24VDC母線提供直流電，輔助逆變器通過高壓回流母線、車輪與鋼軌相連。
為了解決以上技術(shù)問題，本發(fā)明還具有以下特征：
1、具有兩套由所述牽引逆變器、輔助逆變器、儲(chǔ)能裝置和制動(dòng)電阻構(gòu)成的機(jī)構(gòu)，分別設(shè)置于車輛的兩側(cè)，其中牽引逆變器、制動(dòng)電阻和儲(chǔ)能裝置設(shè)置于車端轉(zhuǎn)向架模塊，輔助逆變器設(shè)置于客室模塊。
2、牽引逆變器的第1開關(guān)依次通過高壓正母線、第一熔斷器連接集電裝置，所述第一熔斷器設(shè)置于高壓箱內(nèi)。
3、所述輔助逆變器的電能輸入端依次通過輔助高壓正母線、二極管、第二熔斷器連接集電裝置，所述二極管、第二熔斷器設(shè)置于高壓箱內(nèi)。
4、所述集電裝置為與接觸網(wǎng)相適應(yīng)的受電弓，或與供電軌相適應(yīng)的集電靴，或與感應(yīng)供電裝置相適應(yīng)的感應(yīng)集電裝置。
此外，本發(fā)明還提供了所述主回路的控制方法，包括列車停站充電控制方法，步驟如下：
1）、車站設(shè)有電網(wǎng)，牽引逆變器通過內(nèi)部控制邏輯閉合第1開關(guān)（高壓正母線連接開關(guān)），列車的集電裝置動(dòng)作，接受來自接電網(wǎng)的電能，通過高壓箱向高壓正母線、輔助高壓正母線供電；
2）、高壓正母線向牽引逆變器供電，牽引逆變器通過內(nèi)部控制邏輯閉合第4開關(guān)(儲(chǔ)能開關(guān))，通過儲(chǔ)能裝置高壓正母線、儲(chǔ)能裝置高壓負(fù)母線向儲(chǔ)能裝置充電；同時(shí)牽引逆變器通過內(nèi)部控制邏輯斷開第3開關(guān)（制動(dòng)電阻開關(guān)），使制動(dòng)電阻高壓正母線不帶電，不啟用制動(dòng)電阻；
3）、輔助高壓正母線向輔助逆變器供電，輔助逆變器輸出380V中壓交流電和24V直流電，分別向中壓母線和24VDC母線供電；
4）、牽引逆變器、輔助逆變器通過高壓回流母線、車輪與鋼軌形成回流通路；
5）、列車離站時(shí)，牽引逆變器保持第1開關(guān)閉合，并適當(dāng)提升高壓正母線電壓，確保集電裝置和電網(wǎng)脫離接觸時(shí)不拉弧，當(dāng)集電裝置完全脫離時(shí)，牽引逆變器通過內(nèi)部控制邏輯斷開第1開關(guān)。
進(jìn)一步的，所述主回路的控制方法還包括區(qū)間無電網(wǎng)牽引/制動(dòng)控制方法，其中，
a、區(qū)間無電網(wǎng)牽引方法如下：
1）、牽引逆變器通過內(nèi)部控制邏輯斷開第1開關(guān)，切除與高壓正母線的電氣連通，保證牽引逆變器不向高壓箱、集電裝置、電網(wǎng)饋電，確保供電安全；
2）、牽引逆變器通過內(nèi)部控制邏輯閉合第4開關(guān)，儲(chǔ)能裝置通過第4開關(guān)、儲(chǔ)能裝置高壓正母線、儲(chǔ)能裝置高壓負(fù)母線向牽引逆變器供電；牽引逆變器結(jié)合牽引制動(dòng)指令通過輸出變頻變壓的三相交流電控制牽引電機(jī)驅(qū)動(dòng)力；
3）、牽引逆變器通過內(nèi)部控制邏輯閉合第2開關(guān)，通過輔助高壓正母線向輔助逆變器供電，高壓箱內(nèi)設(shè)置有與輔助高壓正母線連接的二極管，確保了高壓箱、集電裝置不帶電，保證供電安全；
b、區(qū)間無接觸網(wǎng)制動(dòng)方法如下：
牽引電機(jī)進(jìn)入發(fā)電機(jī)工況，將再生電能反饋至牽引逆變器，牽引逆變器通過第2開關(guān)、輔助高壓正母線向輔助逆變器供電；當(dāng)輔助逆變器不能消耗全部再生制動(dòng)電能時(shí)，牽引逆變器通過內(nèi)部控制邏輯閉合第3開關(guān)，通過制動(dòng)電阻高壓正母線、制動(dòng)電阻高壓負(fù)母線向制動(dòng)電阻供電，由制動(dòng)電阻消耗剩余電能。
進(jìn)一步的，所述主回路的控制方法還包括區(qū)間有電網(wǎng)牽引/制動(dòng)控制方法，其中，
c、區(qū)間有電網(wǎng)牽引方法如下：
1）、在有電網(wǎng)區(qū)段，牽引逆變器通過內(nèi)部控制邏輯閉合第1開關(guān)，列車集電裝置動(dòng)作，接受來自電網(wǎng)的電能，通過高壓箱向高壓正母線、輔助高壓正母線供電；
2）、高壓正母線向牽引逆變器供電，牽引逆變器通過內(nèi)部控制邏輯閉合第4開關(guān)，通過儲(chǔ)能裝置高壓正母線、儲(chǔ)能裝置高壓負(fù)母線向儲(chǔ)能裝置充電；牽引逆變器結(jié)合牽引制動(dòng)指令通過輸出變頻變壓的3相交流電控制牽引電機(jī)驅(qū)動(dòng)力；同時(shí)，牽引逆變器通過內(nèi)部控制邏輯斷開第3開關(guān)，使制動(dòng)電阻高壓正母線不帶電，不啟用制動(dòng)電阻；
3）、輔助高壓正母線向輔助逆變器供電；
4）、牽引逆變器、輔助逆變器通過高壓回流母線、車輪與鋼軌形成回流通路；
d、區(qū)間有電網(wǎng)制動(dòng)方法如下：
牽引電機(jī)進(jìn)入發(fā)電機(jī)工況，將再生制動(dòng)電能反饋至牽引逆變器，通過第1開關(guān)、高壓正母線、高壓箱、集電裝置向電網(wǎng)饋能，由電網(wǎng)和輔助逆變器消耗再生制動(dòng)電能；當(dāng)電網(wǎng)和輔助逆變器不能消耗全部制動(dòng)電能時(shí)，牽引逆變器通過內(nèi)部控制邏輯閉合第3開關(guān)，通過制動(dòng)電阻高壓正母線、制動(dòng)電阻高壓負(fù)母線向制動(dòng)電阻供電，由制動(dòng)電阻消耗剩余再生電能。
本發(fā)明的有益效果如下：
本發(fā)明可以實(shí)現(xiàn)有軌電車區(qū)間無接觸網(wǎng)運(yùn)行。車輛在停站或運(yùn)行時(shí)利用局部設(shè)置的接觸網(wǎng)為車載儲(chǔ)能裝置充電，無接觸網(wǎng)區(qū)段車輛利用車載儲(chǔ)能裝置電能保持運(yùn)行。在有網(wǎng)或無網(wǎng)區(qū)段，均可回收利用車輛制動(dòng)時(shí)電能，還可以實(shí)現(xiàn)進(jìn)入有網(wǎng)區(qū)升弓、離開有網(wǎng)區(qū)降弓時(shí)不產(chǎn)生明顯拉弧，保護(hù)接觸網(wǎng)和受電弓。
應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做若干改進(jìn)，這些改進(jìn)也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
附圖說明
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。
圖1為本發(fā)明適用于儲(chǔ)能式有軌電車的主電路系統(tǒng)原理圖。
具體實(shí)施方式
如圖1所示，為本發(fā)明適用于儲(chǔ)能式有軌電車的主電路系統(tǒng)原理圖。本實(shí)施例以5模塊編組的現(xiàn)代有軌電車主電路為例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行說明。圖1中：1-受電弓；2-高壓箱；3-高壓正母線；4-輔助高壓正母線；5-制動(dòng)電阻高壓正母線；6-儲(chǔ)能裝置高壓正母線；7-牽引逆變器；8-儲(chǔ)能裝置；9-制動(dòng)電阻；10-輔助逆變器；11-儲(chǔ)能裝置高壓負(fù)母線；12-制動(dòng)電阻高壓負(fù)母線；13-高壓回流母線；14-中壓母線1；15-中壓母線2；16-24VDC母線；17-接觸網(wǎng)。
本實(shí)施例適用于儲(chǔ)能式有軌電車的主電路系統(tǒng)，包括：受電弓（集電裝置）1、高壓箱2、牽引逆變器7、輔助逆變器10、儲(chǔ)能裝置8和制動(dòng)電阻9，由牽引逆變器7、輔助逆變器10、儲(chǔ)能裝置8和制動(dòng)電阻9構(gòu)成的機(jī)構(gòu)有兩套，分別設(shè)置在車輛兩側(cè)，其中牽引逆變器7、制動(dòng)電阻9和儲(chǔ)能裝置8設(shè)置于車端轉(zhuǎn)向架模塊，輔助逆變器10設(shè)置于客室模塊。牽引逆變器7設(shè)置有第1至第4開關(guān)K1、K2、K3、K4，第1開關(guān)K1經(jīng)高壓正母線3連接高壓箱2，第2開關(guān)K2經(jīng)輔助高壓正母線4連接輔助逆變器10，第3開關(guān)K3經(jīng)制動(dòng)電阻高壓正母線5連接制動(dòng)電阻9，第4開關(guān)K4經(jīng)儲(chǔ)能裝置高壓正母線6連接儲(chǔ)能裝置8，制動(dòng)電阻9、儲(chǔ)能裝置8分別通過制動(dòng)電阻高壓負(fù)母線12、儲(chǔ)能裝置高壓負(fù)母線11連接牽引逆變器7，牽引逆變器7通過三相交流線纜與牽引電機(jī)M相連，通過高壓回流母線13、車輪與鋼軌相連，輔助逆變器10的電能輸入端通過輔助高壓正母線4連接高壓箱2，輔助逆變器10用于為車輛的380V中壓母線15提供交流電，為車輛的24VDC母線16提供直流電，輔助逆變器10通過高壓回流母線13、車輪與鋼軌相連。如圖1所述，牽引逆變器3的第1開關(guān)K1依次通過高壓正母線3、第一熔斷器連接受電弓1，第一熔斷器設(shè)置于高壓箱2內(nèi)；輔助逆變器10的電能輸入端依次通過輔助高壓正母線4、二極管、第二熔斷器連接受電弓1，二極管、第二熔斷器設(shè)置于高壓箱2內(nèi)。
出了使用受電弓外，集電裝置為也可以使與供電軌相適應(yīng)的集電靴，或與感應(yīng)供電裝置相適應(yīng)的感應(yīng)集電裝置。
以5模塊編組的現(xiàn)代有軌電車主電路為例，主電路可以實(shí)現(xiàn)以下3種功能：
1）列車停站充電；2）區(qū)間無接觸網(wǎng)牽引/制動(dòng)；3）區(qū)間有接觸網(wǎng)牽引/制動(dòng)。
下面以BM1模塊為例進(jìn)行說明，BM5模塊與BM1模塊類似，不再重復(fù)說明。
列車停站充電：
1）車站設(shè)有接觸網(wǎng)。當(dāng)列車升弓時(shí)，7-牽引逆變器通過內(nèi)部控制邏輯閉合K1，安裝于BM3車頂上的1-受電弓升起，通過弓網(wǎng)接觸接受來自接觸網(wǎng)的電能（電壓等級(jí)為750VDC），通過2-高壓箱向3-高壓正母線、4-輔助高壓正母線供電。
2）3-高壓正母線向7-牽引逆變器供電（此時(shí)K1已閉合）。7-牽引逆變器通過內(nèi)部控制邏輯閉合K4，通過6-儲(chǔ)能裝置高壓正母線、11-儲(chǔ)能裝置高壓負(fù)母線向8-儲(chǔ)能裝置充電。同時(shí)，7-牽引逆變器通過內(nèi)部控制邏輯斷開K3，使5-制動(dòng)電阻高壓正母線不帶電，不啟用制動(dòng)電阻。
3）4-輔助高壓正母線向10-輔助逆變器供電，10-輔助逆變器輸出380V中壓交流電和24V直流電。
4）7-牽引逆變器、10-輔助逆變器通過17-高壓回流母線、車輪與鋼軌形成回流通路。
5）列車升弓離站時(shí)，7-牽引逆變器保持K1閉合，并適當(dāng)提升3-高壓正母線電壓，確保弓網(wǎng)脫離接觸時(shí)不拉弧。當(dāng)1-受電弓完全降下時(shí)，7-牽引逆變器通過內(nèi)部控制邏輯斷開K1。
區(qū)間無接觸網(wǎng)牽引/制動(dòng)：
a、區(qū)間無接觸網(wǎng)牽引：
1）7-牽引逆變器通過內(nèi)部控制邏輯斷開K1，切除與3-高壓正母線的電氣聯(lián)通，保證牽引逆變器不向2-高壓箱、1-受電弓、接觸網(wǎng)饋電，確保供電安全。
2）7-牽引逆變器通過內(nèi)部控制邏輯閉合K4。8-儲(chǔ)能裝置通過K4、6-儲(chǔ)能裝置高壓正母線、11-儲(chǔ)能裝置高壓負(fù)母線向7-牽引逆變器供電。7-牽引逆變器結(jié)合牽引制動(dòng)指令通過輸出變頻變壓的3相交流電控制牽引電機(jī)驅(qū)動(dòng)力。
3）7-牽引逆變器通過內(nèi)部控制邏輯閉合K2，通過4-輔助高壓正母線向10-輔助逆變器供電。由于2-高壓箱內(nèi)4-輔助高壓正母線設(shè)置了二極管，確保了2-高壓箱、1-受電弓不帶電，保證供電安全。
b、區(qū)間無接觸網(wǎng)制動(dòng)：
1）牽引電機(jī)進(jìn)入發(fā)電機(jī)工況，將再生電能反饋至7-牽引逆變器，7-牽引逆變器通過K2、4-輔助高壓正母線向10-輔助逆變器供電。當(dāng)10-輔助逆變器不能消耗全部再生制動(dòng)電能時(shí)，7-牽引逆變器通過內(nèi)部控制邏輯閉合K3，通過5-制動(dòng)電阻高壓正母線、12-制動(dòng)電阻高壓負(fù)母線向9-制動(dòng)電阻供電，由制動(dòng)電阻消耗剩余電能。
區(qū)間有接觸網(wǎng)牽引/制動(dòng)時(shí)：
c、區(qū)間有接觸網(wǎng)牽引：
1）在有接觸網(wǎng)區(qū)段，當(dāng)列車升弓時(shí)，7-牽引逆變器通過內(nèi)部控制邏輯閉合K1，安裝于BM3車頂上的1-受電弓升起，通過弓網(wǎng)接觸接受來自接觸網(wǎng)的電能（電壓等級(jí)為750VDC），通過2-高壓箱向3-高壓正母線、4-輔助高壓正母線供電。
2）3-高壓正母線向7-牽引逆變器供電（此時(shí)K1已閉合）。7-牽引逆變器通過內(nèi)部控制邏輯閉合K4，通過6-儲(chǔ)能裝置高壓正母線、11-儲(chǔ)能裝置高壓負(fù)母線向8-儲(chǔ)能裝置充電。7-牽引逆變器結(jié)合牽引制動(dòng)指令通過輸出變頻變壓的3相交流電控制牽引電機(jī)驅(qū)動(dòng)力。同時(shí)，7-牽引逆變器通過內(nèi)部控制邏輯斷開K3，使5-制動(dòng)電阻高壓正母線不帶電，不啟用制動(dòng)電阻。
3）4-輔助高壓正母線向10-輔助逆變器供電。
4）7-牽引逆變器、10-輔助逆變器通過17-高壓回流母線、車輪與鋼軌形成回流通路。
d、區(qū)間有接觸網(wǎng)制動(dòng)：
牽引電機(jī)進(jìn)入發(fā)電機(jī)工況，將再生制動(dòng)電能反饋至7-牽引逆變器，通過K1、3-高壓正母線、2-高壓箱、1-受電弓向接觸網(wǎng)饋能，由接觸網(wǎng)和10-輔助逆變器消耗再生制動(dòng)電能。當(dāng)接觸網(wǎng)和10-輔助逆變器不能消耗全部制動(dòng)電能時(shí)，7-牽引逆變器通過內(nèi)部控制邏輯閉合K3，通過5-制動(dòng)電阻高壓正母線、12-制動(dòng)電阻高壓負(fù)母線向9-制動(dòng)電阻供電，由制動(dòng)電阻消耗剩余再生電能。
除上述實(shí)施例外，本發(fā)明還可以有其他實(shí)施方式。凡采用等同替換或等效變換形成的技術(shù)方案，均落在本發(fā)明要求的保護(hù)范圍。