一种高速磁浮列车制动系统及方法

技术领域

本申请涉及高速磁浮列车领域，尤其涉及一种高速磁浮列车制动系统及方法。

背景技术

目前，高速磁浮列车采用涡流制动方式进行安全制动。涡流制动方式主要通过控制车载涡流制动电磁铁电流来控制列车的制动力大小。一旦涡流制动方式失效，高速磁浮列车的安全性会受到威胁。因此，需要一种高速磁浮列车制动方式，在涡流制动方式失效时，能够代替涡流制动方式进行列车的制动，提高列车制动的安全可靠性。

发明内容

为了解决上述技术问题，本申请提供了一种高速磁浮列车制动系统及方法，能实现高速磁浮列车的分布式控制和精准制动控制，提高了高速磁浮列车制动的安全可靠性。

为了实现上述目的，本申请实施例提供的技术方案如下：

本申请实施例提供了一种高速磁浮列车制动系统，所述系统包括：牵引切断单元、短接制动控制单元、定子开关站控制单元、定子开关站和长定子直线电机；所述定子开关站包括馈线柜和短接制动柜；所述长定子直线电机包括长定子绕组；

所述牵引切断单元，用于发送牵引切断指令至所述短接制动控制单元；

所述短接制动控制单元，用于接收所述牵引切断指令，根据所述牵引切断指令，发送开关控制信号至所述定子开关站控制单元；

所述定子开关站控制单元，用于在接收到所述开关控制信号时，根据所述开关控制信号控制第一支路中的真空接触器断开，控制第二支路中的真空断路器闭合；所述第一支路位于定子开关站中的馈线柜，所述第二支路位于定子开关站中的短接制动柜；所述第一支路和所述第二支路并联；

所述长定子直线电机，用于将所述长定子绕组和所述第二支路组成短接制动回路；当所述第一支路中的真空接触器断开，所述第二支路中的真空断路器闭合时，所述短接制动回路和所述高速磁浮列车相互作用，产生制动力；所述制动力用于所述高速磁浮列车进行制动。

可选的，所述系统还包括分区运控单元；

所述分区运控单元，用于发送列车信息至所述短接制动控制单元；

所述短接制动控制单元，还用于接收所述列车信息，根据所述列车信息计算制动电阻的阻值信息，并将所述制动电阻的阻值信息发送给所述定子开关站控制单元；所述制动电阻位于所述短接制动柜的所述第二支路；

所述定子开关站控制单元，还用于接收所述制动电阻的阻值信息，根据所述制动电阻的阻值信息调节所述制动电阻，进而控制所述制动力的大小。

可选的，所述短接制动控制单元具体用于接收所述牵引切断指令，根据所述牵引切断指令，通过PROFIBUS总线发送开关控制信号至所述定子开关站控制单元。

可选的，所述短接制动控制单元具体还用于接收所述列车信息，根据所述列车信息计算制动电阻的阻值信息，并将所述制动电阻的阻值信息通过PROFIBUS总线发送给所述定子开关站控制单元。

可选的，所述分区运控单元具体用于通过RS485总线和开放式传输网络发送列车信息至所述短接制动控制单元。

可选的，所述短接制动控制单元还用于通过开放式传输网络接收所述定子开关站控制单元发送的反馈信息。

本申请实施例还提供了一种高速磁浮列车制动方法，所述方法应用于高速磁浮列车制动系统，所述系统包括牵引切断单元、短接制动控制单元、定子开关站控制单元、定子开关站和长定子直线电机；所述定子开关站包括馈线柜和短接制动柜；所述长定子直线电机包括长定子绕组；所述方法包括：

牵引切断单元发送牵引切断指令至短接制动控制单元；

所述短接制动控制单元接收所述牵引切断指令，根据所述牵引切断指令，发送开关控制信号至定子开关站控制单元；

所述定子开关站控制单元接收所述开关控制信号，根据所述开关控制信号控制第一支路中的真空接触器断开，控制第二支路中的真空断路器闭合；所述第一支路位于定子开关站中的馈线柜，所述第二支路位于定子开关站中的短接制动柜；所述第一支路和所述第二支路并联；

长定子直线电机中的长定子绕组和所述第二支路组成短接制动回路；当所述第一支路中的真空接触器断开，所述第二支路中的真空断路器闭合时，所述短接制动回路和所述高速磁浮列车相互作用，产生制动力；所述制动力用于所述高速磁浮列车进行制动。

可选的，所述方法还包括：

分区运控单元发送列车信息至所述短接制动控制单元；

所述短接制动控制单元接收所述列车信息，根据所述列车信息计算制动电阻的阻值信息，并将所述制动电阻的阻值信息发送给所述定子开关站控制单元；所述制动电阻位于所述短接制动柜的所述第二支路；

所述定子开关站控制单元接收所述制动电阻的阻值信息，根据所述制动电阻的阻值信息调节所述制动电阻，进而控制所述制动力的大小。

可选的，所述短接制动控制单元接收所述牵引切断指令，根据所述牵引切断指令，发送开关控制信号至定子开关站控制单元，包括：

所述短接制动控制接收所述牵引切断指令，根据所述牵引切断指令，通过PROFIBUS总线发送开关控制信号至所述定子开关站控制单元。

可选的，所述短接制动控制单元接收所述列车信息，根据所述列车信息计算制动电阻的阻值信息，并将所述制动电阻的阻值信息发送给所述定子开关站控制单元，包括：

所述短接制动控制单元接收所述列车信息，根据所述列车信息计算制动电阻的阻值信息，并将所述制动电阻的阻值信息通过PROFIBUS总线发送给所述定子开关站控制单元。

可选的，所述分区运控单元发送列车信息至所述短接制动控制单元，包括：

所述分区运控单元通过RS485总线和开放式传输网络发送列车信息至所述短接制动控制单元。

可选的，所述方法还包括：

所述短接制动控制单元通过开放式传输网络接收所述定子开关站控制单元发送的反馈信息。

通过上述技术方案可知，本申请具有以下有益效果：

本申请实施例提供了一种高速磁浮列车制动系统，该系统包括牵引切断单元、短接制动控制单元、定子开关站控制单元、定子开关站和长定子直线电机，定子开关站包括馈线柜和短接制动柜。牵引切断单元将牵引切断指令发送至短接制动控制单元。短接制动控制单元根据牵引切断指令发送开关控制信号至定子开关站控制单元。定子开关站控制单元根据开关控制信号控制馈线柜的第一支路中的真空接触器断开，控制短接制动柜的第二支路中的真空断路器闭合。第二支路和长定子直线电机中的长定子绕组组成短接制动回路。当第一支路中的真空接触器断开，第二支路中的真空断路器闭合时，短接制动回路和高速磁浮列车相互作用，产生制动力，用于高速磁浮列车的制动。当列车上的涡流制动失效时，本申请实施例提供的高速磁浮列车制动系统可以代替涡流制动方式进行制动，提高了高速磁浮列车制动的安全可靠性。

附图说明

为了更清楚地说明本申请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使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例提供的一种高速磁浮列车制动系统的结构示意图；

图2为本申请实施例提供的另一种高速磁浮列车制动系统的结构示意图；

图3为本申请实施例提供的对应于图2的定子开关站和长定子直线电机的连接示意图；

图4为本申请实施例提供的对应于图2的高速磁浮列车制动系统的信号发送过程图；

图5为本申请实施例提供的牵引分区内控制网络的示意图；

图6为本申请实施例提供的一种高速磁浮列车制动方法的流程图。

具体实施方式

为使本申请的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本申请实施例作进一步详细的说明。

为了便于理解和解释本申请实施例提供的技术方案，下面先对本申请实施例的背景技术进行说明。

目前，高速磁浮列车采用涡流制动方式进行制动，涡流制动方式为高速磁浮列车的安全制动方式。涡流制动方式主要是通过控制车载涡流制动电磁铁电流来控制列车的制动力大小。涡流制动方式占据高速磁浮列车较多空间，会增加列车车身重量，并且需要消耗列车的电能，安全性要求高且限制较多。因此，涡流制动方式存在制动失效的情况，一旦涡流制动方式失效，高速磁浮列车的安全性会受到威胁。由于涡流制动方式已经占据了高速磁浮列车的较多空间，且需要消耗列车的电能，因此，需要一种冗余的高速磁浮列车制动方式，该冗余的制动方式不占用列车空间，不需要消耗列车电能，且能代替涡流制动方式进行列车的制动，提高列车制动的安全可靠性。

基于此，本申请实施例提供了一种高速磁浮列车制动系统，该系统包括牵引切断单元、短接制动控制单元、定子开关站控制单元、定子开关站和长定子直线电机，定子开关站包括馈线柜和短接制动柜。牵引切断单元将牵引切断指令发送至短接制动控制单元。短接制动控制单元根据牵引切断指令发送开关控制信号至定子开关站控制单元。定子开关站控制单元根据开关控制信号控制馈线柜的第一支路中的真空接触器断开，控制短接制动柜的第二支路中的真空断路器闭合。第二支路和长定子直线电机中的长定子绕组组成短接制动回路。当第一支路中的真空接触器断开，第二支路中的真空断路器闭合时，短接制动回路和高速磁浮列车相互作用，产生制动力，用于高速磁浮列车的制动。

为了便于理解本申请实施例提供的高速磁浮列车制动系统，下面结合图1对本申请实施例的高速磁浮列车制动系统的结构进行说明，其中图1为本申请实施例提供的一种高速磁浮列车制动系统的结构示意图，高速磁浮列车制动系统包括：

牵引切断单元1、短接制动控制单元2、定子开关站控制单元3、定子开关站4和长定子直线电机5。定子开关站4包括馈线柜和短接制动柜，长定子直线电机5包括长定子绕组。

具体实现，当高速磁浮列车进行制动时，牵引切断单元1会发出牵引切断指令至短接制动控制单元2。牵引切断单元1属于高速磁浮列车的运行控制系统。

短接制动控制单元2接收到牵引切断指令后，根据牵引切断指令，发送开关控制信号至定子开关站控制单元3。在一种实施方式中，短接制动控制单元2可以通过PROFIBUS总线将开关控制信号发送至定子开关站控制单元3。

定子开关站控制单元3接收到开关控制信号后，根据开关控制信号控制第一支路中的真空接触器断开，控制第二支路中的真空断路器闭合。其中，第一支路位于定子开关站4中的馈线柜，第二支路位于定子开关站4中的短接制动柜，第一支路和所述第二支路并联。在一种实施方式中，第一支路中的真空接触器和第二支路中的真空断路器通过安全联锁开关连接在一起。

长定子直线电机5中的长定子绕组和第二支路组成短接制动回路。当第一支路中的真空接触器断开，第二支路中的真空断路器闭合后，短接制动回路和高速磁浮列车相互作用，会产生制动力，制动力用于高速磁浮列车进行制动。可以理解的是，当真空接触器断开时，断开了列车正常行驶时的供电回路。当真空断路器闭合时，短接制动回路闭合，高速磁浮列车相当于电机动子。列车在经过长定子直线电机5时，相当于电机的动子相对转子进行运动，会产生阻碍高速磁浮列车制动的磁场，进而在长定子绕组中产生感应电动势，由于短接制动回路闭合，则会在闭合回路中产生感应电流，形成制动力，实现短接制动。

通过本申请实施提供的高速磁浮列车制动系统，列车和长定子绕组相互运动可以产生制动力，在原有的列车安全制动方式失效的情况下，可以代替列车的安全制动方式，提高了列车制动的安全可靠性。而且，本申请实施例提供的高速磁浮列车制动系统实现列车的制动的过程不需要电能，可节约能源。

进一步，在上述的短接制动回路可以产生制动力的基础上，需要达到制动力精确控制的目的。基于此，在图1所示的高速磁浮列车制动系统的基础上，增加分区运控单元6，如图2所示，图2为本申请实施例提供的另一种高速磁浮列车制动系统的结构示意图。

分区运控单元6属于高速磁浮列车的运行控制系统，并且和短接制动控制单元2相连接。分区运控单元6用于发送列车信息至短接制动控制单元2。其中，列车信息包括列车的位置、速度、制动曲线等信息。在一种实施方式中，分区运控单元6通过RS485总线挂接在开放式传输网络的网络节点上，与短接制动控制单元2进行通信，例如将列车信息发送至短接制动控制单元2。

在图2所示的系统中，短接制动控制单元2还用于接收分区运控单元6发送的列车信息，根据列车信息计算制动电阻的阻值信息，并将制动电阻的阻值信息发送给定子开关站控制单元3。制动电阻位于短接制动柜的第二支路。根据列车信息计算制动电阻的阻值信息包括：通过列车的位置和速度获得列车的制动加速度，根据列车的加速度获得列车制动所需的制动力，进而根据制动力计算制动电流，进而计算制动电阻的阻值。其中，制动力和制动电流成正比，控制制动电流的大小可以通过调节制动电阻的大小实现，因此，制动力的大小可以通过调整制动电阻实现。在一种实施方式中，短接制动控制单元2通过PROFIBUS总线将制动电阻的阻值信息发送给定子开关站控制单元3。

在一种实施方式中，短接制动控制单元2还可以通过开放式传输网络接收定子开关站控制单元3发送的反馈信息。其中，反馈信息包括监测、诊断信息，例如，监测第一支路中的真空接触器的状态是否为断开，第二支路中的真空断路器的状态是否为闭合，检测制动电阻的阻值信息等，并将监测的结果反馈给短接制动控制单元2。短接制动控制单元2可以根据反馈信息进行相应的操作。

在图2所示的系统中，定子开关站控制单元3还用于接收短接制动控制单元2发送的第二支路中的制动电阻的阻值信息。定子开关站4在接收制动电阻的阻值信息之后，根据制动电阻的阻值信息调节制动电阻，进而控制制动力的大小。

通过本申请实施例提供的高速磁浮列车制动系统，不仅可以生成制动力用于高速磁浮列车进行制动，还可通过控制制动电阻阻值的大小，精准控制高速磁浮列车的制动力的大小，从而实现高速磁浮列车的精确制动控制。

为了更好的理解和说明图2所示的高速磁浮列车制动系统的结构，结合图3和图4进行进一步的详细说明。图3为本申请实施例提供的对应于图2的定子开关站和长定子直线电机的连接示意图，图4为本申请实施例提供的对应于图2的高速磁浮列车制动系统的信号发送过程图。

如图3所示，定子开关站包括进出线柜7、馈线柜8、短接制动柜9和星接柜10。馈线柜8中的电路为第一支路，短接制动柜9中的电路为第二支路。第一支路中包括真空接触器K1，第二支路中包括真空断路器K2和制动电阻11，制动电阻11为可调电阻。真空接触器K1和真空断路器K2通过安全联锁开关12进行控制。长定子直线电机5包括长定子绕组13和长定子铁芯14。一个牵引分区内包含多个定子开关站4，多个定子开关站4通过进出线柜7连接在一起。

如图4所示，当高速磁浮列车进行制动时，牵引切断单元1会发出牵引切断指令至短接制动控制单元2。同时，分区运控单元6通过RS485总线挂接到开放式传输网络节点上，将列车的位置、速度、制动曲线等列车信息发送至短接制动控制单元2。

短接制动控制单元2接收到牵引切断指令和列车信息后，一方面，根据牵引切断指令，通过PROFIBUS总线发送开关控制信号至定子开关站控制单元3。另一方面，根据列车信息计算制动电阻11的阻值信息，通过PROFIBUS总线将制动电阻11的阻值信息发送给定子开关站控制单元3。

定子开关站控制单元3接收到开关控制信号和制动电阻11的阻值信息后，一方面，定子开关站控制单元3根据开关控制信号控制定子开关站4中第一支路的真空接触器K1断开，控制第二支路中的真空断路器K2闭合。当第一支路的真空接触器K1断开，第二支路的真空断路器K2闭合之后，第二支路和长定子绕组13形成短接制动回路，制动电阻11在短接制动回路中。短接制动回路和高速磁浮列车相互作用，产生制动力，制动力用于高速磁浮列车进行制动。另一方面，定子开关站控制单元3根据制动电阻11的阻值信息调节制动电阻11的大小，进而控制制动力的大小。

通过本申请实施例提供的一种高速磁浮列车制动系统，当列车上的涡流制动失效时，本申请实施例提供的高速磁浮列车制动系统可以代替涡流制动方式进行制动，并且可以通过调节制动电阻阻值的大小来控制制动力的大小，提高了高速磁浮列车制动的安全可靠性，实现了高速磁浮列车制动的精确控制。

需要注意的是，本申请提供的高速磁浮列车制动系统在每个牵引分区均有设置，在这种情况下，每个分区的高速磁浮列车制动系统可以通过控制网络连接在一起。如图5所示，图5为本申请实施例提供的控制网络的示意图，图5给出了一个牵引分区内的通信结构，一个牵引分区包括两个牵引变电站。

高速磁浮列车制动系统的制动回路距离和长定子直线电机的长度相等，例如，一个牵引分区的距离为20km～50km，高速磁浮列车制动系统的制动回路可为800m～1200m。各个分区的高速磁浮列车制动系统通过控制网络进行通信，形成地面分布式实时控制。当部分制动系统损坏时，其他分区的制动系统仍能工作，不影响高速磁浮列车的制动性能，提高高速磁浮列车制动的安全可靠性。需要注意的是，本申请实施例提供的高速磁浮列车制动系统在每个牵引分区均有设置，则可实现轨道全线路的地面制动，增加列车制动方式和提高列车制动的安全可靠性。

在一种实施方式中，一个牵引分区内的短接制动控制单元和定子开关站控制单元通过开放式传输网络15连接在一起，不同牵引分区之间短接制动控制单元通过开放式传输网络15进行通信。可选的，开放式传输网络采用光纤介质，并采用双环网络的形式，传输距离长，可靠性高。

在一种实施方式中，每个牵引变电站中的短接制动控制单元采用主从冗余结构。也就是说，每个牵引变电站中有两个短接制动控制单元，当其中一个短接制动控制单元发生故障时，另一个短接制动控制单元可以立即投入使用，开始工作，提高系统的安全可靠性。

可以理解的是，本申请实施例提供的高速磁浮列车制动系统中的牵引切断单元、分区运控单元、短接制动控制单元、定子开关站控制单元、定子开关站和长定子直线电机均不设置在高速磁浮列车上，则整个高速磁浮列车制动控制系统不会占用列车空间，也不会加重列车的重量。

此外，本申请实施例还提供了一种高速磁浮列车制动方法。参见图6，图6为本申请实施例提供的一种高速磁浮列车制动方法的流程图，该方法的流程应用于图1所呈现的高速磁浮列车制动系统，系统包括牵引切断单元、短接制动控制单元、定子开关站控制单元、定子开关站和长定子直线电机，定子开关站包括馈线柜和短接制动柜，长定子直线电机包括长定子绕组，该方法具体可以包括S601-S604：

S601：牵引切断单元发送牵引切断指令至短接制动控制单元。

S602：短接制动控制单元接收牵引切断指令，根据牵引切断指令，发送开关控制信号至定子开关站控制单元。

S603：定子开关站控制单元接收开关控制信号，根据开关控制信号控制第一支路中的真空接触器断开，控制第二支路中的真空断路器闭合，第一支路位于定子开关站中的馈线柜，第二支路位于定子开关站中的短接制动柜，第一支路和第二支路并联。

S604：长定子直线电机中的长定子绕组和第二支路组成短接制动回路，当第一支路中的真空接触器断开，第二支路中的真空断路器闭合时，短接制动回路和高速磁浮列车相互作用，产生制动力，制动力用于高速磁浮列车进行制动。

可选的，在本实施例的一些实施方式中，所述方法还包括：

分区运控单元发送列车信息至所述短接制动控制单元；

所述短接制动控制单元接收所述列车信息，根据所述列车信息计算制动电阻的阻值信息，并将所述制动电阻的阻值信息发送给所述定子开关站控制单元；所述制动电阻位于所述短接制动柜的所述第二支路；

所述定子开关站控制单元接收所述制动电阻的阻值信息，根据所述制动电阻的阻值信息调节所述制动电阻，进而控制所述制动力的大小。

可选的，在本实施例的一些实施方式中，所述短接制动控制单元接收所述牵引切断指令，根据所述牵引切断指令，发送开关控制信号至定子开关站控制单元，包括：

所述短接制动控制接收所述牵引切断指令，根据所述牵引切断指令，通过PROFIBUS总线发送开关控制信号至所述定子开关站控制单元。

可选的，在本实施例的一些实施方式中，所述短接制动控制单元接收所述列车信息，根据所述列车信息计算制动电阻的阻值信息，并将所述制动电阻的阻值信息发送给所述定子开关站控制单元，包括：

所述短接制动控制单元接收所述列车信息，根据所述列车信息计算制动电阻的阻值信息，并将所述制动电阻的阻值信息通过PROFIBUS总线发送给所述定子开关站控制单元。

可选的，在本实施例的一些实施方式中，所述分区运控单元发送列车信息至所述短接制动控制单元，包括：

所述分区运控单元通过RS485总线和开放式传输网络发送列车信息至所述短接制动控制单元。

可选的，在本实施例的一些实施方式中，所述方法还包括：

所述短接制动控制单元通过开放式传输网络接收所述定子开关站控制单元发送的反馈信息。

通过本申请实施例提供的高速磁浮列车制动方法，该方法应用于高速磁浮列车制动系统中，牵引切断单元将牵引切断指令发送至短接制动控制单元。短接制动控制单元根据牵引切断指令发送开关控制信号至定子开关站控制单元。定子开关站控制单元根据开关控制信号控制馈线柜的第一支路中的真空接触器断开，控制短接制动柜的第二支路中的真空断路器闭合。第二支路和长定子直线电机中的长定子绕组组成短接制动回路。当第一支路中的真空接触器断开，第二支路中的真空断路器闭合时，短接制动回路和高速磁浮列车相互作用，产生制动力，用于高速磁浮列车的制动。当列车上的涡流制动失效时，本申请实施例提供的高速磁浮列车制动系统可以代替涡流制动方式进行制动，提高了高速磁浮列车制动的安全可靠性。

需要说明的是，本说明书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。对于实施例公开的方法而言，由于其与实施例公开的系统相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见系统部分说明即可。

还需要说明的是，在本文中，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。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。