一种混合动力机车的控制方法及相关组件

技术领域

本发明涉及机车供电领域，特别是涉及一种混合动力机车的控制方法及相关组件。

背景技术

随着中国机械工业的发展，动力机车领域也在飞速进步，如今已经出现了混合动力机车。混合动力机车指的是具有不同动力源的机车，常见的混合动力机车一般采用接触网和柴油机两种动力源构成双动力源的供电系统，且混合动力机车中需要动力源进行供电的部分包括用于牵引制动的牵引系统和由空调模块、照明模块等辅助负载构成的辅助系统。请参考图1，图1为常见的混合动力机车的供电系统的结构示意图：双动力源经整流模块103和中间直流电路104后，分别与辅助负载105和牵引逆变器106连接，即双动力源提供的电压经整流模块整流和中间直流电路滤波后可以直接为辅助负载供电，但在为牵引系统供电时，还需要经过牵引逆变器后再供给牵引电机107。

现有技术中，由于接触网和柴油机产生的电压之间存在压差，为了避免两种动力源同时为混合动力机车供电时，出现短路导致动力源烧坏等故障问题，两种动力源均独立运行，即同时只能够有一套动力源为混合动力机车供电：当电网正常供电时，混合动力机车上的受电弓升弓，混合动力机车通过受电弓从接触网受流，为混合动力机车供电；当电网断电或混合动力机车经过无电气化区段时，混合动力机车上的受电弓降弓，柴油机在通过预热模块完成预热后，燃烧燃料以产生的电能为混合动力机车供电。采用这种控制方法，当供电方式在两种供电源之间进行切换时，混合动力机车会暂时断电，即牵引系统和辅助负载暂时失去动力源供电而停止工作，待动力源切换完毕后才能恢复供电、重新工作，影响乘客的乘坐体验。

发明内容

本发明的目的是提供一种混合动力机车的控制方法及相关组件，消除了接触网和柴油机两种动力源产生的电压之间的压差，使得两种动力源可以同时为混合动力机车供电，通过对可控开关模块的控制实现了对动力源切换的控制，在进行动力源切换的过程中，不会失去供电，可以实现无缝切换。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种混合动力机车的控制方法，应用于混合动力机车的供电系统的处理器，所述供电系统还包括可控开关模块和可控整流模块，所述可控开关模块的输入端与柴油机供电模块连接，所述可控开关模块的第一输出端分别与接触网供电模块和整流模块的输入端连接，所述可控开关模块的第二输出端与所述可控整流模块的输入端连接，所述可控整流模块的输出端分别与所述整流模块的输出端和中间直流电路的输入端连接，所述控制方法包括：

当接收到动力源切换指令时，控制所述可控开关模块的输入端和第二输出端之间导通，以使所述柴油机供电模块与所述可控整流模块的输入端连接；

根据所述整流模块的输出端的第一电压，调节所述可控整流模块输出的第二电压，以使所述第一电压和所述第二电压之间的电压差在预设的额定安全电压差范围内；

当切换动力源满足预设的供电条件时，断开所述混合动力机车的初始动力源与所述混合动力机车的连接，所述初始动力源为接收到所述动力源切换指令之前，所述混合动力机车的动力源，所述切换动力源为双动力源中与所述初始动力源不同的动力源。

一方面，在控制所述可控开关模块的输入端和第二输出端之间导通之前，还包括：

判断所述初始动力源是否为所述接触网供电模块；

若否，控制所述接触网供电模块中的受电弓升起，以使所述混合动力机车通过所述受电弓从所述接触网供电模块中的接触网受流。

一方面，判断初始动力源是否为所述接触网供电模块，包括：

判断所述受电弓是否与所述接触网连接；

若是，则判定所述初始动力源为所述接触网供电模块；

若否，则判定所述初始动力源不为所述接触网供电模块。

一方面，切换动力源满足预设的供电条件，包括：

判断所述切换动力源的输出电压是否均等于预设的供电电压；

若是，则判定所述切换动力源满足预设的供电条件。

一方面，当所述初始动力源为所述接触网供电模块时，断开所述混合动力机车的初始动力源与所述混合动力机车的连接，包括：

控制所述接触网供电模块中的受电弓下降；

控制所述可控开关模块的输入端和第一输出端之间导通。

另一方面，当所述初始动力源为所述柴油机供电模块时，断开所述混合动力机车的初始动力源与所述混合动力机车的连接，包括：

控制所述可控开关模块的输入端和第二输出端之间断开；

在控制所述可控开关模块的输入端和第二输出端之间导通之前，还包括：

控制所述可控开关模块的输入端和第一输出端之间断开。

一方面，所述可控开关模块包括：

转换开关，所述转换开关的第一静触点分别与所述转换开关的第二静触点和所述柴油机供电模块连接，所述转换开关的第一动触点分别与所述接触网供电模块和所述整流模块的输入端连接，所述可控开关模块的第二动触点与所述可控整流模块的输入端连接。

一方面，所述柴油机供电模块中还包括：

预热模块，所述预热模块的供电端与所述接触网供电模块连接，用于在接收到动力源切换指令之前，当所述初始动力源为所述接触网供电模块中时，通过所述接触网供电模块对所述柴油机供电模块中的柴油机进行预热。

本发明还提供了一种混合动力机车的供电系统，应用于混合动力机车，包括：

处理器，所述处理器与可控开关模块的控制端连接，用于执行如上述所述的混合动力机车的控制方法的步骤；

所述可控开关模块，所述可控开关模块的输入端与柴油机供电模块连接，所述可控开关模块的第一输出端分别与接触网供电模块和整流模块的输入端连接，所述可控开关模块的第二输出端与所述可控整流模块的输入端连接；

所述柴油机供电模块；

所述接触网供电模块；

所述可控整流模块，所述可控整流模块的输出端分别与所述整流模块的输出端和中间直流电路的输入端连接；

所述整流模块；

所述中间直流电路。

本发明还提供了一种计算机可读存储介质，所述目标计算机可读存储介质上储存有计算机程序，所述目标计算机程序被处理器执行时实现如上述所述的加密硬盘的启动方法的步骤。

本发明提供了一种混合动力机车的控制方法及相关组件，通过整流模块调节可控整流模块输出的第二电压，即调节柴油机供电模块输入到中间直流电路上的电压，也即消除了接触网和柴油机两种动力源产生的电压之间的压差，使得两种动力源可以同时为混合动力机车供电；同时，通过可控开关模块的输入端与第一输出端及第二输出端之间的导通与断开，实现了对柴油机供电模块与中间直流电路的连接方式的控制，即实现了对柴油机供电模块与混合动力机车的辅助负载和牵引系统的连接关系的控制，也即通过对可控开关模块的控制实现了对动力源切换的控制，在进行动力源切换的过程中，不会失去供电，可以实现无缝切换。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对现有技术和实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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为常见的混合动力机车的供电系统的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的一种混合动力机车的控制方法的流程图；

图3为本发明实施例提供的一种混合动力机车的供电系统的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的另一种混合动力机车的供电系统的结构示意图。

具体实施方式

本发明的核心是提供一种混合动力机车的控制方法及相关组件，消除了接触网和柴油机两种动力源产生的电压之间的压差，使得两种动力源可以同时为混合动力机车供电，通过对可控开关模块的控制实现了对动力源切换的控制，在进行动力源切换的过程中，不会失去供电，可以实现无缝切换。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

请参考图2，图2为本发明实施例提供的一种混合动力机车的控制方法的流程图，应用于混合动力机车的供电系统的处理器，请参考图3，图3为本发明实施例提供的一种混合动力机车的供电系统的结构示意图，供电系统还包括可控开关模块201和可控整流模块202，可控开关模块201的输入端与柴油机供电模块102连接，可控开关模块201的第一输出端分别与接触网供电模块101和整流模块103的输入端连接，可控开关模块201的第二输出端与可控整流模块202的输入端连接，可控整流模块202的输出端分别与整流模块103的输出端和中间直流电路104的输入端连接，控制方法包括：

S21：当接收到动力源切换指令时，控制可控开关模块201的输入端和第二输出端之间导通，以使柴油机供电模块102与可控整流模块202的输入端连接；

S22：根据整流模块103的输出端的第一电压，调节可控整流模块202输出的第二电压，以使第一电压和第二电压之间的电压差在预设的额定安全电压差范围内；

S23：当切换动力源满足预设的供电条件时，断开混合动力机车的初始动力源与混合动力机车的连接，初始动力源为接收到动力源切换指令之前，混合动力机车的动力源，切换动力源为双动力源中与初始动力源不同的动力源。

具体实施例中，当混合动力机车需要从柴油机供电切换为接触网供电，或者从接触网供电切换到柴油机供电时，向混合动力机车的供电系统的处理器下发动力源切换指令，此时可控开关模块201受控进行状态的改变，使得柴油机供电模块102通过可控开关模块201的输入端和第二输出端与可控整流模块202的输入端连接；当可控整流模块202接收到输入电压后，可控整流模块202根据整流模块103的输出端的第一电压调节自身输出的第二电压，即通过可控整流模块202，使得柴油机供电模块102和接触网供电模块101为混合动力机车提供的电压在预设的额定安全电压差范围内，其中，预设的额定安全电压差范围指接触网和柴油机同时为混合动力机车供电时，不会出现短路导致动力源烧坏等故障问题的电压差；当两个动力源均可以稳定为混合动力机车提供的电能后，断开混合动力机车的初始动力源与混合动力机车的连接，即不再通过初始动力源为混合动力机车供电，转而由切换动力源为混合动力机车供电，也即完成动力源的切换操作。

进一步的，当初始动力源为接触网供电模块101时，断开混合动力机车的初始动力源与混合动力机车的连接的方式，可以是控制受电弓降弓，或者也可以是控制接触网供电模块101中的断路器断开；当初始动力源为柴油机供电模块102时，断开混合动力机车的初始动力源与混合动力机车的连接的方式，可以是控制柴油机停止工作，或者也可以是控制可控开关模块201的输入端和第二输出端之间断开，即通过可控开关模块201断开柴油机供电模块102和整流模块103的连接，也即断开柴油机供电模块102和辅助负载105和牵引逆变器106之间的连接。

需要说明的是，切换动力源满足预设的供电条件的具体方法，可以是通过电压进行判断，也可以是切换动力源运行时间达到预设的时间长度后，就认为满足预设的供电条件，当然也可以是其他判断方法，本实施例并不做具体限定，只要能实现对切换动力源的状态进行判定即可。

本实施例并不限定可控开关模块201的具体结构，例如可以是两个由处理器控制的接触器，第一接触器的第一端分别与第二接触器的第一端和柴油机供电模块102连接，第一接触器的第二端分别与接触网供电模块101和整流模块103的输入端连接，第二接触器的第二端与可控整流模块202的输入端连接，或者可以是转换开关，转换开关的第一静触点分别与转换开关的第二静触点和柴油机供电模块102连接，转换开关的第一动触点分别与接触网供电模块101和整流模块103的输入端连接，可控开关模块201的第二动触点与可控整流模块202的输入端连接，或者可以是其他的结构，只要能实现受处理器控制而改变柴油机供电模块102和可控整流模块202及整流模块103的连接关系即可，可由本领域的技术人员根据实际情况进行选择。

需要说明的是，在一些实施例中，可控整流模块202包括可控整流器，可控整流器的功率与辅助负载105功率相当，即可控整流器只相当于动力源的一个小负载，并不会对整个供电系统造成大的扰动。

本发明提供了一种混合动力机车的控制方法及相关组件，通过整流模块103调节可控整流模块202输出的第二电压，即调节柴油机供电模块102输入到中间直流电路104上的电压，也即消除了接触网和柴油机两种动力源产生的电压之间的压差，使得两种动力源可以同时为混合动力机车供电；同时，通过可控开关模块201的输入端与第一输出端及第二输出端之间的导通与断开，实现了对柴油机供电模块102与中间直流电路104的连接方式的控制，即实现了对柴油机供电模块102与混合动力机车的辅助负载105和牵引系统的连接关系的控制，也即通过对可控开关模块201的控制实现了对动力源切换的控制，在进行动力源切换的过程中，不会失去供电，可以实现无缝切换。

在上述实施例的基础上：

在一些实施例中，在控制可控开关模块201的输入端和第二输出端之间导通之前，还包括：

判断初始动力源是否为接触网供电模块101；

若否，控制接触网供电模块101中的受电弓升起，以使混合动力机车通过受电弓从接触网供电模块101中的接触网受流。

具体实施例中，在根据动力源切换指令控制动力源进行切换时，还要对初始动力源的种类进行判断，一方面，当混合动力机车的初始动力源是接触网供电模块101时，接收到动力源切换指令后，还要控制柴油机供电模块102中柴油机启动，即控制柴油机供电模块102开始提供电能，而当混合动力机车的初始动力源是柴油机供电模块102时，则需要接触网供电模块101中的受电弓升起，以使混合动力机车通过受电弓从接触网供电模块101中的接触网受流；另一方面，可以根据初始动力源的种类，对动力源切换指令是否有效进行判断，例如当操作人员输入的指令是从接触网切换为柴油机供电，但初始动力源为柴油机供电模块102时，就可以根据对初始动力源进行判断，再判断初始动力源和动力源切换指令是否可以对应，来判断操作人员输入的指令是否合理。

本实施例并不限定判断初始动力源是否为接触网供电模块101的具体方法，例如可以根据受电弓的情况进行判断，或者也可以根据柴油机的运行情况进行判断，或者可以在接触网供电模块101和柴油机供电模块102向外输出电能的位置设置电压检测模块，通过检测电压来判断初始动力源，或者可以是其他方式，应由本领域的技术人员根据实际情况进行决定。

本实施例在控制可控开关模块201的输入端和第二输出端之间导通之前，还对初始动力源的种类进行判断和检测，增加控制准确性的同时，实现了一键控制动力源全自动转换，无需操作人员关注动力源情况，方便快捷，提高效率。

在一些实施例中，判断初始动力源是否为接触网供电模块101，包括：

判断受电弓是否与接触网连接；

若是，则判定初始动力源为接触网供电模块101；

若否，则判定初始动力源不为接触网供电模块101。

本实施例通过受电弓的状态判断初始动力源是否为接触网供电模块101，判断结果准确，且不需要增添其他的设备或器件，降低成本。

在一些实施例中，切换动力源满足预设的供电条件，包括：

判断切换动力源的输出电压是否均等于预设的供电电压；

若是，则判定切换动力源满足预设的供电条件。

本实施例通过切换动力源的输出电压判断切换动力源是否满足预设的供电条件，即当切换动力源的输出电压可以为混合动力机车进行供电且电压稳定时，则判定切换动力源满足预设的供电条件，保证供电系统供电稳定。

在一些实施例中，当初始动力源为接触网供电模块101时，断开混合动力机车的初始动力源与混合动力机车的连接，包括：

控制接触网供电模块101中的受电弓下降；

控制可控开关模块201的输入端和第一输出端之间导通。

本实施例通过控制受电弓下降，实现对接触网供电模块101与混合动力机车的连接的断开，无需安装额外的设备或装置，降低成本的同时，稳定性更好。

在一些实施例中，当初始动力源为柴油机供电模块102时，断开混合动力机车的初始动力源与混合动力机车的连接，包括：

控制可控开关模块201的输入端和第二输出端之间断开；

在控制可控开关模块201的输入端和第二输出端之间导通之前，还包括：

控制可控开关模块201的输入端和第一输出端之间断开。

本实施例通过控制可控开关模块201的导通与关断，实现对柴油机供电模块102与混合动力机车的连接的断开，同时也实现了对动力源转换的控制，方便快捷。

在一些实施例中，请参考图4，图4为本发明实施例提供的另一种混合动力机车的供电系统的结构示意图，可控开关模块201包括：

转换开关4，转换开关4的第一静触点分别与转换开关4的第二静触点和柴油机供电模块102连接，转换开关4的第一动触点分别与接触网供电模块101和整流模块103的输入端连接，可控开关模块201的第二动触点与可控整流模块202的输入端连接。

具体实施例中，接触网供电模块101包括与电网1接触的受电弓5和将受电弓5从电网1上取得的高压转换成合适电压的变压器2，柴油机供电模块102包括柴油机组6，整流模块103包括四象限模块3，可控整流模块202包括可控整流器7，转换开关4包括第一可控开关K1和第二可控开关K2，第一可控开关K1和第二可控开关K2的静触点连接。

本实施例通过转换开关4实现可控开关模块201的功能，转换开关4的体积小、性能可靠、操作方便、安装灵活，使得对动力源转换的控制更加方便快捷。

在一些实施例中，柴油机供电模块102中还包括：

预热模块，预热模块的供电端与接触网供电模块101连接，用于在接收到动力源切换指令之前，当初始动力源为接触网供电模块101中时，通过接触网供电模块101对柴油机供电模块102中的柴油机进行预热。

具体实施例中，柴油机起动前需要对柴油机辅助系统中的冷却水和机油等进行预热，当初始动力源为接触网供电模块101时，通过接触网供电模块101产生的电能对柴油机供电模块102中的柴油机进行预热，使柴油机辅助系统中的冷却水和机油保持在柴油机允许起动的温度，但此时柴油机并不起动。

本实施例通过预热模块对柴油机供电模块102中的柴油机进行预热，即当初始动力源为接触网供电模块101，通过接触网供电模块101提供柴油机预热所需的能源，实现节能减排，充分利用了双动力源的优势。

在一些实施例中，混合动力机车包括电网1模式、内电模式、内燃模式三种模式，由操作人员下发的控制指令控制混合动力机车进入对应的模式。

当混合动力机车受控进入电网1模式时，混合动力机车的供电系统的处理器向混合动力机车的受电弓5下发升弓信号，以使机车从电网1取电，此时第一可控开关K1和第二可控开关K2均处于断开的状态；同时操作人员下发内燃辅助系统启动信号，通过接触网供电模块101为预热模块供电，使柴油机辅助系统中的冷却水和机油保持在柴油机允许起动的温度，但此时柴油机并不起动；且此时可以通过司控器控制混合动力机车在电网1模式下进入牵引状态、惰行状态或制动状态。

当混合动力机车受控进入内电模式时，若初始动力源为接触网供电模块101，则柴油机供电模块102受控起动；若初始动力源为柴油机供电模块102，则接触网供电模块101受控起动。同时牵引逆变器106断开，不再向牵引电机107供电，机车进入惰行状态，且第二可控开关K2受控闭合。此模式下，混合动力机车仍然从电网1取电，但仅通过变压器2、四象限模块3、中间直流电路104向辅助负载105供电。同时，柴油机供电模块102起动并向可控整流器7供电；该可控整流器7将电源整流成与中间直流电路104电压相当的电压，也为辅助负载105供电。因此，在内电模式下，由柴油机供电模块102和接触网供电模块101共同向机车辅助电源供电。

当混合动力机车受控进入内燃模式时，混合动力机车的供电系统的处理器向混合动力机车的受电弓5下发降弓信号，以使机车仅由柴油机供电模块102提供牵引，此时第一可控开关K1闭合、第二可控开关K2断开。此时可以通过司控器控制混合动力机车在内燃模式下进入牵引状态、惰行状态或制动状态。

本发明还提供了一种混合动力机车的供电系统，应用于混合动力机车，包括：

处理器，处理器与可控开关模块201的控制端连接，用于执行如上述的混合动力机车的控制方法的步骤；

可控开关模块201，可控开关模块201的输入端与柴油机供电模块102连接，可控开关模块201的第一输出端分别与接触网供电模块101和整流模块103的输入端连接，可控开关模块201的第二输出端与可控整流模块202的输入端连接；

柴油机供电模块102；

接触网供电模块101；

可控整流模块202，可控整流模块202的输出端分别与整流模块103的输出端和中间直流电路104的输入端连接；

整流模块103；

中间直流电路104。

本发明还提供了一种计算机可读存储介质，目标计算机可读存储介质上储存有计算机程序，目标计算机程序被处理器执行时实现如上述的加密硬盘的启动方法的步骤。

还需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二等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操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，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。

专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

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发明。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发明的精神或范围的情况下，在其他实施例中实现。因此，本发明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。