一种基于定速发电机组的混合动力机车主电路拓扑结构的制作方法

本实用新型属于新能源调车机车的技术领域，具体而言，涉及一种基于定速发电机组的混合动力机车主电路拓扑结构。

背景技术：

调车机车是调车工作的基本动力，在技术上要求与一般牵引列车的本务机车有所不同。由于需要在短距离内起动牵引或推送车组，故不需要较高的构造速度，但需要一定的牵引力，由于需要经常前进或后退，故要求有良好的了望条件，由于主要在站内作业，需要通过较小半径的曲线，故要求机车的固定轴距要小，由于经常需要起、停车。故要求机车操纵灵活，制动性能良好，由于经常在夜间作业，头尾灯照明要求亮度好；此外，还要求便利调车人员安全上下车等等。

现有的调车机车基本都是基于柴油机的电传动或液力传动调车机车，机车噪音大、能耗高，检修维护困难，电传动调车机车电路拓扑复杂。部分新能源混合动力调车机车基于专用柴油机及主发电机，成本高，匹配困难，结构复杂。

技术实现要素：

鉴于此，为了解决现有技术存在的上述问题，本实用新型的目的在于提供一种基于定速发电机组的混合动力机车主电路拓扑结构以达到满足机车动力电池和柴油发电机组混合控制的需要的目的。

本实用新型所采用的技术方案为：一种基于定速发电机组的混合动力机车主电路拓扑结构，包括负载，还包括动力电池组、柴油发电机组和地面电源，所述负载包括辅助系统、牵引电机以及蓄电池，所述动力电池组连接有中间直流回路，中间直流回路包括预充电电路、牵引变流器和蓄电池充电机，预充电电路的另一端分别与牵引变流器和蓄电池充电机连接且两者分别连接至所述牵引电机和蓄电池；

还包括四象限整流模块，所述四象限整流模块的一端连接至中间直流回路，另一端连接至柴油发电机组、地面电源和所述辅助系统。

进一步地，所述负载由动力电池组、柴油发电机组或地面电源单独供电，或由动力电池组和柴油发电机组混合供电，以切换不同的工作模式，进而实现不同的功能。

进一步地，所述四象限整流模块包括四象限整流器和与其连接的lcl滤波电路，所述四象限整流器与预充电电路连接，lcl滤波电路分别连接至柴油发电机组和地面电源，四象限整流器的功能强大，能够满足不同供电电源的功能需求。

进一步地，所述蓄电池为110v蓄电池，且110v蓄电池连接有110v直流电供电接口，以作为外部的110v直流供电。

进一步地，所述动力电池组包括至少两组动力电池，各组动力电池呈并联连接，以通过多组动力电池提供充足的直流电源。

进一步地，所述柴油发电机组输出ac380v/50hz的交流电源，供牵引用电或者辅助系统用电。

进一步地，所述辅助系统包括至少一个牵引电机通风机和空调/生活用电端口，以满足机车的辅助功能实现。

本实用新型的有益效果为：

1.采用本实用新型所提供的一种基于定速发电机组的混合动力机车主电路拓扑结构，利用四象限整流模块的功能多样性，简化主电路拓扑结构，减少一个辅助变频器，配置更简单，四象限整流模块能实现升压整流和逆变两种功能，满足机车动力电池和柴油发电机组混合控制的需要，同时能够作为变频器向辅助系统提供交流电，亦可起到充电机的作用，向动力电池组充电，整体电路结构简单且功能完善。

附图说明

图1是本实用新型所提供的基于定速发电机组的混合动力机车主电路拓扑结构的整体结构示意图。

具体实施方式

下面详细描述本申请的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的模块或具有相同或类似功能的模块。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。相反，本申请的实施例包括落入所附加权利要求书的精神和内涵范围内的所有变化、修改和等同物。

实施例1

如图1所示，在本实施例中提供了一种基于定速发电机组的混合动力机车主电路拓扑结构，机车主电路的主要作用是：将动力电池组的直流电及柴油发电机组的交流电转换后，控制交流异步牵引电机运行、能够为动力电池组充电、实现机车制动能量回馈以及控制牵引通风机工作；同时，向外部提供ac380v/220v交流电、dc110v直流电，具体设计如下：

其主要包括辅助系统、牵引电机、蓄电池、动力电池组、柴油发电机组和地面电源，其中，柴油发电机组用以提供ac380v/50hz交流电源；动力电池组用以提供直流电源，优选的，动力电池组包括两组动力电池，各组动力电池呈并联连接，且均连接至中间直流回路；地面电源用以提供ac380v/50hz交流电源。而辅助系统包括至少一个牵引电机通风机和空调/生活用电端口，在本实施例中，为两个牵引电机和一个空调/生活用电端口；蓄电池为110v蓄电池，且110v蓄电池连接有110v直流电供电接口，用以向机车外部提供110v直流电；牵引电机为机车的运动提供动力，实现机车的调度。

动力电池组连接有中间直流回路，中间直流回路包括预充电电路、牵引变流器和蓄电池充电机，将预充电电路的另一端连接至牵引变流器和蓄电池充电机且牵引变流器和蓄电池充电机分别连接至所述牵引电机和蓄电池；其中，预充电电路的作用在于：在整流、整流回馈模块上有中间回路电容，如果接上功率模块功率模块电容也加在直流母线上，电容充电电流是对数曲线特性，如果不加限制起始电流将非常大，一下就可将电容冲毁。所以在slm单元投入时时序是：先投入预充电电源(与主电源相连)，给合闸命令，内部预充电接触器投入，电源经预充电阻给电容组充电，电压达到后，投入主电源，切断预充电接触器；预充电电路一般包括两路，一路为主继电器，另一路为阻抗较大的辅继电器和电阻r且辅继电器和电阻r串联，在预充电过程中，先接入辅继电器和电阻r，经预充电阻给电容组充电，电压达到后，投入主继电器所在电路，并切断辅继电器，上述为基本工作原理，而对于预充电电路的使用是现有技术，此处不再赘述。上述牵引变流器是通过空间矢量控制方式将中间直流电转换为交流电控制牵引电机动作。上述蓄电池充电机用以给110v蓄电池充电，进而给机车的控制回路供电。

还包括四象限整流模块，所述四象限整流模块的一端连接至中间直流回路，另一端分别连接至柴油发电机组、地面电源和所述辅助系统，即柴油发电机组、地面电源均与四象限整流模块连接，且柴油发电机组、地面电源均与所述辅助系统连接。其中，四象限整流模块包括四象限整流器和与其连接的lcl滤波电路，lcl滤波电路为四象限整流器的配套模块，起到滤波和电磁兼容作用；所述四象限整流器与预充电电路连接，由lcl滤波电路分别连接至柴油发电机组和地面电源。

本实施例所提供的基于定速发电机组的混合动力机车主电路拓扑结构主要分为以下四种工作模式，分别是：动力电池组、柴油发电机组或地面电源单独供电，或由动力电池组和柴油发电机组混合供电，在不同模式下，四象限整流模块所起的作用不同，具体如下：

当由柴油发电机组单独供电时，四象限整流模块起到pwm整流作用，将交流电升压后供给中间直流回路用电；

当由柴油发电机组和动力电池组混合供电时，四象限整流模块起到pwm整流作用，通过精确的控制使得柴油发电机组和动力电池组混合输出，增加机车输出功率，提高牵引能力；

当由地面电源或柴油发电机组供电给动力电池组充电时，四象限整流模块起到充电机作用，控制动力电池组恒流充电；

当由动力电池单独供电时，四象限整流模块起到变频器作用，将中间直流电逆变后经过正弦波滤波供给辅助系统用电。

基于上述所提供的电路拓扑结构，在实际应用中，在机车的各种工作模式下，能够实现不同的功能，工作原理具体如下：

通过控制指令对机车的工作模式切换，以实现由动力电池组单独供电、柴油发电机组单独供电或地面电源单独供电、或由动力电池组和柴油发电机组混合供电，在不同的工作模式下，能够实现不同的功能，各个模式下的供电方法如下：

①负载由动力电池组单独供电(地面电源、柴油发电机组不工作)：机车处于牵引状态时，由动力电池组向中间直流回路供电，中间直流回路向牵引变流器供电并通过牵引变流器控制牵引电机运行，同时，动力电池组的直流电经过四象限整流模块向辅助系统供电，此时，四象限整流模块起到变频器作用，将中间直流电逆变后经过正弦波滤波供给辅助系统用电；

在机车处于回馈制动时，由牵引电机发电并经过牵引变流器向动力电池组充电，同时，由牵引电机发电向中间直流回路供电，以经过四象限整流模块向辅助系统供电，以满足辅助系统的用电。

②负载由柴油发电机组单独供电(地面电源、动力电池组不工作)：由柴油发电机组发电产生的ac380v/50hz交流电直接向辅助系统供电，同时，ac380v/50hz交流电经过四象限整流模块整流并升压后向向中间直流回路供电，经预充电电路、牵引变流器向牵引电机供电；在柴油发电机组单独供电的工况下，禁止机车进行回馈制动，即牵引电机所发电流不会反馈至中间直流回路中。

③负载由动力电池组和柴油发电机组混合供电，此时，将四象限整流模块的工作状态切换为pwm整流模式，由柴油发电机组合动力电池组进行混合供电，具体方式如下：

由动力电池组和柴油发电机组作为混合供电时，若机车为低手柄位时，动力电池组优先供电，直至动力电池组的soc低于30％时，启动柴油发电机组，通过精确的控制，由柴油发电机组经过四象限整流模块后向中间直流回路供电和向动力电池组充电，此时，柴油发电机组产生的交流电也可直接对辅助系统供电；随着向动力电池组充电，直至动力电池组的soc高于95％时，停止运行柴油发电机组；此时，四象限整流模块的四象限整流器处于pwm整流模式；

若机车为高手柄位时，通过精确的控制，由柴油发电机组经过四象限整流模块后结合动力电池组共同对中间直流回路混合供电，增加机车输出功率，提高牵引能力，此时，柴油发电机组产生的交流电也可直接对辅助系统供电，四象限整流模块中四象限整流器的工作状态也处于pwm整流模式。

④负载由地面电源单独供电，由地面电源直接向辅助系统供电，和/或经过四象限整流模块整流后向动力电池组充电。由机车的显示屏输入充电电流，并启动充电，禁止柴油发电机组启动、禁止加载，由地面电源的380v/50hz交流电供电，经过四象限整流模块整流后向动力电池充电，四象限整流模块工作于恒流模式，能够精确控制动力电池的充电电流，同时，由地面电源直接向辅助系统供电。

需要说明的是，在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是指至少两个。

流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本申请的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本申请的实施例所属技术领域的技术人员所理解。

应当理解，本申请的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(pga)，现场可编程门阵列(fpga)等。

本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。

此外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。

上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管上面已经示出和描述了本申请的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本申请的限制，本领域的普通技术人员在本申请的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

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