本發(fā)明涉及動車組技術(shù)領(lǐng)域，更具體地說，涉及一種內(nèi)燃動車組的供電系統(tǒng)，還涉及一種包括上述供電系統(tǒng)的內(nèi)燃動車組及一種內(nèi)燃動車組的牽引控制方法。

背景技術(shù)：

動車組是鐵路旅客運輸?shù)闹饕α俊，F(xiàn)行主要動車組大致可以分為兩類：一類為電動動車組；另一類為內(nèi)燃動車組。列車供電主電路是列車動力之源。

內(nèi)燃電傳動動車組的主電路一般由如下部分構(gòu)成：內(nèi)燃動力包，主逆變器，輔助逆變器。在傳統(tǒng)的內(nèi)燃動車組主電路結(jié)構(gòu)中目前還出現(xiàn)了蓄電池混合結(jié)構(gòu)，內(nèi)燃電力混合結(jié)構(gòu)，其主要思想就是在傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)中并入蓄電池或者牽引網(wǎng)，實現(xiàn)多種能量源混合給動車組供電。

然而，上述各種供電主電路其內(nèi)燃動力包的功率較大，體積及重量大，布局較為不便。

綜上所述，如何有效地解決內(nèi)燃動車組的供電系統(tǒng)的內(nèi)燃動力包功率大、體積及重量大、布局不便等問題，是目前本領(lǐng)域技術(shù)人員急需解決的問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明的第一個目的在于提供一種內(nèi)燃動車組的供電系統(tǒng)，該內(nèi)燃動車組的供電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計可以有效地解決供電系統(tǒng)的內(nèi)燃動力包功率大、體積及重量大、布局不便的問題，本發(fā)明的第二個目的是提供一種包括上述供電系統(tǒng)成的內(nèi)燃動車組，本發(fā)明的第三個目的是提供一種內(nèi)燃動車組牽引控制方法。

為了達到上述第一個目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

一種內(nèi)燃動車組的供電系統(tǒng)，包括內(nèi)燃動力包、與所述內(nèi)燃動力包連接的牽引逆變器和輔助逆變器，所述牽引逆變器與牽引電機連接，所述輔助逆變器與整車負載連接；還包括通過直流斬波器與所述內(nèi)燃動力包并聯(lián)的超級電容器，所述直流斬波器和所述柴油動力包均通過牽引逆變器中間直流環(huán)節(jié)與所述牽引逆變器和所述輔助逆變器連接。

優(yōu)選地，上述內(nèi)燃動車組的供電系統(tǒng)中，所述直流斬波器為諧振型雙向直流斬波器。

優(yōu)選地，上述內(nèi)燃動車組的供電系統(tǒng)中，所述輔助逆變器與所述整車負載之間連接有濾波裝置。

優(yōu)選地，上述內(nèi)燃動車組的供電系統(tǒng)中，所述內(nèi)燃動力包包括柴油機、與所述柴油機連接的永磁發(fā)電機和與所述永磁發(fā)電機連接的二極管整流器。

優(yōu)選地，上述內(nèi)燃動車組的供電系統(tǒng)中，所述超級電容器與所述直流斬波器之間連接有用于對所述超級電容器過流保護的隔離接觸器。

優(yōu)選地，上述內(nèi)燃動車組的供電系統(tǒng)中，所述內(nèi)燃動力包與所述直流斬波器之間連接有隔離接觸器。

本發(fā)明提供的內(nèi)燃動車組的供電系統(tǒng)包括內(nèi)燃動力包、牽引逆變器、輔助逆變器和直流斬波器、超級電容器、牽引逆變器中間直流環(huán)節(jié)。其中，牽引逆變器與牽引電機連接，輔助逆變器與整車負載連接，直流斬波器的輸出側(cè)與內(nèi)燃動力包連接，輸入側(cè)與超級電容器連接。直流斬波器的輸出側(cè)和內(nèi)燃動力包均與牽引逆變器中間直流環(huán)節(jié)的一端連接，牽引逆變器中間直流環(huán)節(jié)的另一端分別與牽引逆變器和輔助逆變器連接。

應(yīng)用本發(fā)明提供的內(nèi)燃動車組的供電系統(tǒng)，內(nèi)燃動力包直接給牽引變壓器中間直流環(huán)節(jié)供電，超級電容器作為儲能器通過直流斬波器給牽引逆變器和輔助逆變器供電。牽引逆變器輸出變頻變壓的三相交流電給牽引電機供電，輔助逆變器輸出定頻定壓的三相交流電給車載三相輔助負載供電，并輸出直流110V(或者直流24V)電源給車載直流負載供電。在牽引過程中，超級電容可以短時提供大功率供列車啟動加速，因而列車可以選用較小的內(nèi)燃動力包，從而減小內(nèi)燃動力包的體積重量，方便內(nèi)燃動力包在列車上安裝，同時可減輕列車重量。在制動過程中，牽引電機反饋的制動能量可以被超級電容吸收存儲供下次列車啟動使用，因此在整個列車運行期間，列車制動再生能量可以得到循環(huán)利用，從而可以起到節(jié)能減排的效果。同時，引入超級電容器作為中間支撐環(huán)節(jié)，極大簡化了中間電壓控制，增強了系統(tǒng)穩(wěn)定性和控制簡潔性。

為了達到上述第二個目的，本發(fā)明還提供了一種內(nèi)燃動車組，該內(nèi)燃動車組包括上述任一種供電系統(tǒng)。由于上述的供電系統(tǒng)具有上述技術(shù)效果，具有該供電系統(tǒng)的內(nèi)燃動車組也應(yīng)具有相應(yīng)的技術(shù)效果。

為了達到上述第三個目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

一種內(nèi)燃動車組牽引控制方法，設(shè)置如上所述的供電系統(tǒng)；

內(nèi)燃動力包啟動，輸出直流電向超級電容器充電；

直流斬波器檢測當(dāng)前超級電容器的電壓是否達到設(shè)定值，若是，則啟動牽引逆變器和輔助逆變器，列車啟動；否則保持所述牽引逆變器和所述輔助逆變器的停止?fàn)顟B(tài)直至所述超級電容器的電壓達到設(shè)定值。

應(yīng)用本發(fā)明提供的內(nèi)燃動車組牽引控制方法，極大簡化了中間電壓控制，減小了內(nèi)燃動力包功率，進而減小內(nèi)燃動力包體積和重量，方便內(nèi)燃動力包在列車上的布置，同時減輕列車重量。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明提供的內(nèi)燃動車組的供電系統(tǒng)一種具體實施方式的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為圖1中牽引工況的能量流動示意圖；

圖3為圖1中制動工況的能量流動示意圖。

附圖中標記如下：

內(nèi)燃動力包101，牽引逆變器中間直流環(huán)節(jié)102，超級電容器103，直流斬波器104，牽引逆變器105，輔助逆變器106，牽引電機107；圖中箭頭所述方向為能量流動方向。

具體實施方式

本發(fā)明實施例公開了一種內(nèi)燃動車組的供電系統(tǒng)，以減小內(nèi)燃動力包功率，減小內(nèi)燃動力包體積和重量，方便其布局。

下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。

請參閱圖1-圖3，圖1為本發(fā)明提供的內(nèi)燃動車組的供電系統(tǒng)一種具體實施方式的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為圖1中牽引工況的能量流動示意圖；圖3為圖1中制動工況的能量流動示意圖。

在一種具體實施方式中，本發(fā)明提供的內(nèi)燃動車組的供電系統(tǒng)包括內(nèi)燃動力包101、牽引逆變器105、輔助逆變器106和直流斬波器104、超級電容器103和牽引逆變器中間直流環(huán)節(jié)102。

其中，牽引逆變器105與牽引電機107連接，輔助逆變器106與整車負載連接，直流斬波器104的輸出側(cè)與內(nèi)燃動力包101連接，輸入側(cè)與超級電容器103連接，且直流斬波器104的輸出側(cè)和內(nèi)燃動力包101均與牽引逆變器中間直流環(huán)節(jié)102的一端連接，牽引逆變器中間直流環(huán)節(jié)102的另一端分別與牽引逆變器105和輔助逆變器106連接。也就是超級電容器103與內(nèi)燃動力包101并聯(lián)，且均通過牽引逆變器中間直流環(huán)節(jié)102與牽引逆變器105和輔助逆變器106連接，以為二者供電，即如圖1所示的牽引逆變器105的一側(cè)與牽引逆變器中間直流環(huán)節(jié)102連接，輔助逆變器106的一側(cè)也與牽引逆變器中間直流環(huán)節(jié)102連接。牽引逆變器中間直流環(huán)節(jié)102(DC-link)主要起起到限流或緩沖等作用，其具體電路結(jié)構(gòu)請參考現(xiàn)有技術(shù)，此處不再贅述。具體的，內(nèi)燃動力包101輸出可變壓直流電，一方面向牽引逆變器中間直流環(huán)節(jié)102供電，同時經(jīng)過直流斬波器104(DC/DC)，向超級電容模組充電，超級電容作為儲能器給牽引逆變器105和輔助逆變器106供電；牽引逆變器105輸出三相變頻變壓交流電向牽引電機107供電；輔助逆變器106輸出三相交流電和直流電向三相交流負載和直流負載供電。

具體的，內(nèi)燃動力包101包括柴油機、與柴油機連接的永磁發(fā)電機和與永磁發(fā)電機(PMG)連接的二極管整流器(AC/DC)。柴油機帶動永磁發(fā)電機通過二極管整流器輸出電壓可變的直流電。

上述供電系統(tǒng)在牽引工況時，列車靜止，柴油機啟機，永磁發(fā)電機通過二極管整流器輸出直流電，直流電輸入直流斬波器104，直流斬波器104檢測當(dāng)前超級電容器103的電壓，若當(dāng)前超級電容器103的電壓低于設(shè)定值，如DC 750V時，則牽引逆變器105與輔助逆變器106均不啟動，直流斬波器104給超級電容器103充電，直至超級電容器103電壓到達設(shè)定值。

當(dāng)超級電容器103電壓達到設(shè)定值時，啟動牽引逆變器105與輔助逆變器106，列車起動。超級電容器103和內(nèi)燃動力包101同時給牽引逆變器105與輔助逆變器106供電，超級電容器103電壓緩慢下降，內(nèi)燃動力包101運行在額定工況，也就是最大效率運行。

牽引工況能量流動請參閱圖2，圖2為圖1中牽引工況的能量流動示意圖。能量從內(nèi)燃動力包101包流向牽引逆變器中間直流環(huán)節(jié)102，超級電容器103通過直流斬波器104升壓后同時向牽引逆變器直流環(huán)節(jié)供電102，能量在中間直流環(huán)節(jié)102匯聚后流向超級電容器103和輔助逆變器106。

在制動工況時，列車施加電制動，柴油機停機，永磁發(fā)電機不輸出，直流斬波器104工作在降壓工況。牽引電機107運行在制動工況，作為發(fā)電機再生能量。牽引電機107再生的三相交流電通過牽引逆變器105斬波后，流向超級電容器103和輔助逆變器106。超級電容器103電壓緩慢升高，再生能量回收。

制動工況能量流動請參閱圖3，圖3為圖1中制動工況的能量流動示意圖。能量從牽引電機107流向牽引逆變器105，然后分流，分別流向輔助逆變器106并通過直流斬波器104流向超級電容器103。

惰行工況時，柴油機額定功率運行，牽引逆變器105控制牽引電機107輸出較小力矩，維持列車恒速運行，柴油機輸出的多余電量通過直流斬波器104流向超級電容器103，給超級電容器103充電，超級電容器103電量緩慢升高。

應(yīng)用本發(fā)明提供的內(nèi)燃動車組的供電系統(tǒng)，內(nèi)燃動力包101直接給牽引變壓器中間直流環(huán)節(jié)102供電，超級電容器103作為儲能器通過直流斬波器104給牽引逆變器105和輔助逆變器106供電。牽引逆變器105輸出變頻變壓的三相交流電給牽引電機107供電，輔助逆變器106輸出定頻定壓的三相交流電給車載三相輔助負載供電，并輸出直流110V(或者直流24V)電源給車載直流負載供電。在牽引過程中，超級電容可以短時提供大功率供列車啟動加速，因而列車可以選用較小的內(nèi)燃動力包，從而減小內(nèi)燃動力包101的體積和重量，方便內(nèi)燃動力包101在列車上安裝，同時可減輕列車重量。在制動過程中，牽引電機107反饋的制動能量可以被超級電容器103吸收存儲供下次列車啟動使用，因此在整個列車運行期間，列車制動再生能量可以得到循環(huán)利用，從而可以起到節(jié)能減排的效果。同時，引入超級電容器103作為中間支撐環(huán)節(jié)，極大簡化了中間電壓控制，增強了系統(tǒng)穩(wěn)定性和控制簡潔性。

具體的，直流斬波器104、牽引逆變器105和輔助逆變器106等的具體類型及結(jié)構(gòu)、連接關(guān)系可參考現(xiàn)有技術(shù)，此處不作具體限定。其中，直流斬波器104優(yōu)選的可采用諧振型雙向直流斬波器104。

進一步地，輔助逆變器106與整車負載之間連接有濾波裝置。濾波即將信號中特定波段頻率濾除的，是抑制和防止干擾的一項重要措施。具體濾波裝置可以為濾波器，即只允許一定頻率范圍內(nèi)的信號成分正常通過，而阻止另一部分頻率成分通過的電路。逆變后的三相交流電經(jīng)濾波裝置的濾波作用，電源的品質(zhì)得到改善。具體濾波裝置的結(jié)構(gòu)及工作原理請參考現(xiàn)有技術(shù)，此處不再贅述。根據(jù)需要牽引逆變器105與牽引電機107之間也可以連接濾波裝置。

在上述各實施例的基礎(chǔ)上，超級電容器103與直流斬波器104之間可以連接用于對超級電容器103過流保護的隔離接觸器。通過在超級電容器103和主電路母線之間設(shè)置隔離接觸器，能夠有效防止超級電容器103短路造成整個系統(tǒng)癱瘓。當(dāng)檢測到過流信號時，隔離接觸器斷開，進而對系統(tǒng)和超級電容進行保護。具體隔離接觸器的原理及內(nèi)部電路請參考現(xiàn)有技術(shù)，此處不再贅述。

進一步地，內(nèi)燃動力包101與直流斬波器104之間可以連接隔離接觸器。進而當(dāng)內(nèi)燃動力包101故障時，隔離接觸器斷開，系統(tǒng)隔離內(nèi)燃動力包101，以達到內(nèi)燃動力包101保護的目的。

基于上述實施例中提供的供電系統(tǒng)，本發(fā)明還提供了一種內(nèi)燃動車組，該內(nèi)燃動車組包括上述實施例中任意一種供電系統(tǒng)。由于該內(nèi)燃動車組采用了上述實施例中的供電系統(tǒng)，所以該內(nèi)燃動車組的有益效果請參考上述實施例。

本發(fā)明還公開了一種內(nèi)燃動車組牽引控制方法，用于上述各實施例中的供電系統(tǒng)，具體包括以下步驟：

S1：內(nèi)燃動力包啟動，輸出直流電經(jīng)直流斬波器向超級電容器充電；

S2：檢測當(dāng)前超級電容器的電壓是否達到設(shè)定值，若是，則啟動牽引逆變器和輔助逆變器，列車啟動；否則保持牽引逆變器和輔助逆變器的停止?fàn)顟B(tài)直至所述超級電容器的電壓達到設(shè)定值。

也就是啟動時，牽引逆變器和輔助逆變器先不啟動，內(nèi)燃動力包先運行，以為超級電容器充電，直至超級電容器的電壓達到預(yù)設(shè)電壓值時，一般為DC 750V時，則牽引逆變器和輔助逆變器啟動，從而內(nèi)燃動力包與超級電容器同時為牽引逆變器和輔助逆變器供電，牽引逆變器進而為牽引電機供電，相應(yīng)的牽引變流器和輔助變流器啟動，列車啟動。

上述內(nèi)燃動車組牽引控制方法，超級電容可以短時提供大功率供列車啟動加速，因而列車可以選用較小的內(nèi)燃動力包，從而減小內(nèi)燃動力包的體積和重量，方便內(nèi)燃動力包在列車上安裝，同時可減輕列車重量。同時，引入超級電容器作為中間支撐環(huán)節(jié)，極大簡化了中間電壓控制，增強了系統(tǒng)穩(wěn)定性和控制簡潔性。

本說明書中各個實施例采用遞進的方式描述，每個實施例重點說明的都是與其他實施例的不同之處，各個實施例之間相同相似部分互相參見即可。

對所公開的實施例的上述說明，使本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)或使用本發(fā)明。對這些實施例的多種修改對本領(lǐng)域的專業(yè)技術(shù)人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發(fā)明的精神或范圍的情況下，在其它實施例中實現(xiàn)。因此，本發(fā)明將不會被限制于本文所示的這些實施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點相一致的最寬的范圍。