一种列车供电系统及方法

技术领域

本申请涉及轨道交通技术领域，尤其涉及一种列车供电系统及方法。

背景技术

目前铁路冷链物流车供电方式为通过加挂空调发电车为列车提供380V交流电。

由于需要额外增设一节空调发电车，使得空调发电车占用一节列车编组位置，导致列车成本高。且由于空调发电车的能源是柴油，通过在空调发电车底部悬挂柴油箱来为空调发电车提供发电能源，不仅进一步增加了列车成本而且柴油燃烧会造成环境污染，柴油泄漏还会存在安全隐患的问题。

发明内容

有鉴于此，本申请提供一种列车供电系统及方法，以解决现有技术中通过空调发电车对列车供电导致列车成本高、存在安全隐患且环境污染严重的问题。

本申请提供了一种列车供电系统，包括：

依次连接的牵引变压器、整流单元、直流支撑电容、逆变单元、隔离滤波单元和列车用电设备；所述隔离滤波单元包括隔离变压器和滤波单元；

所述牵引变压器将从受电弓获取到的高压交流电转换为低压交流电；

所述整流单元从所述牵引变压器的次级绕组获取低压交流电，并对获取到的低压交流电进行整流后得到直流电，并经过所述直流支撑电容对整流后的直流电进行稳压，将稳压后的直流电输出至所述逆变单元；

所述逆变单元将直流电逆变为三相交流电，并输出至所述隔离滤波单元；

所述隔离滤波单元对接收到的三相交流电进行隔离滤波处理，并将隔离滤波处理后的交流电输出至所述列车用电设备；

还包括：

双向整流逆变单元和蓄电池组；

所述双向整流逆变单元的第一端与所述滤波单元的输出端连接，所述第一端还与所述列车用电设备连接，所述双向整流逆变单元的第二端与所述蓄电池组连接，对所述滤波单元输出的交流电进行整流后为所述蓄电池组充电；并对所述蓄电池组输出的直流电进行逆变后输出至所述列车用电设备；

所述蓄电池组接收到所述双向整流逆变单元输出的直流电后进行储能，并在所述滤波单元不输出交流电的情况下放电。

优选地，所述滤波单元包括：

所述隔离变压器的次级绕组阻抗和滤波电容。

优选地，还包括：供电连接器；

则，所述滤波单元和所述列车用电设备连接包括：

所述滤波单元的输出端与供电连接器的一端连接，所述供电连接器的另一端与列车的贯通母线连接；

所述贯通母线分别与列车每节车厢上的列车用电设备连接，以为每节车厢上的列车用电设备供电。

优选地，还包括：交流接触器；

所述交流接触器的一端与所述贯通母线连接，所述交流接触器的另一端与所述双向整流逆变单元以及每节车厢上的列车用电设备分别连接，以在所述交流接触器处于闭合状态时，通过所述贯通母线为每节车厢上的列车用电设备提供交流电，并在所述交流接触器处于断开状态时，通过所述蓄电池组经过所述双向整流逆变单元的逆变后为每节车厢上的列车用电设备供电。

优选地，所述列车为冷链运输列车，则所述列车用电设备为制冷设备。

本申请还提供了一种列车供电系统，包括：

依次连接的牵引变压器、牵引变流器、直流支撑电容、逆变单元、隔离滤波单元和列车用电设备；所述隔离滤波单元包括隔离变压器和滤波单元；

所述牵引变压器将从受电弓获取到的高压交流电转换为低压交流电；

所述牵引变流器包括单相三电平脉冲整流器、中间直流电路，所述单相三电平脉冲整流器的输入端与所述牵引变压器连接，所述单相三电平脉冲整流器的输出端与所述中间直流电路连接，将所述牵引变压器转换后的低压交流电进行整流后通过所述中间直流电路输出直流电；并经过所述直流支撑电容对整流后的直流电进行稳压，将稳压后的直流电输出至所述逆变单元；

所述逆变单元将直流电逆变为三相交流电，并输出至所述隔离滤波单元；

所述隔离滤波单元对接收到的三相交流电进行隔离滤波处理，并将隔离滤波处理后的交流电输出至所述列车用电设备；

还包括：

双向整流逆变单元和蓄电池组；

所述双向整流逆变单元的第一端与所述滤波单元的输出端连接，所述第一端还与所述列车用电设备连接，所述双向整流逆变单元的第二端与所述蓄电池组连接，对所述滤波单元输出的交流电进行整流后为所述蓄电池组充电；并对所述蓄电池组输出的直流电进行逆变后输出至所述列车用电设备；

所述蓄电池组接收到所述双向整流逆变单元输出的直流电后进行储能，并在所述滤波单元不输出交流电的情况下放电。

优选地，所述列车为冷链运输列车，则所述列车用电设备为制冷设备。

本申请提供了一种列车供电方法，应用在上述的供电系统，包括：

确定是否能够从受电弓获取电能；

若确定能够从受电弓获取电能，则通过所述牵引变压器将从受电弓获取到的高压交流电转换为低压交流电，并通过所述整流单元对所述低压交流电进行整流后输出直流电，并经过所述直流支撑电容对整流后的直流电进行稳压，将稳压后的直流电输出至所述逆变单元；通过所述逆变单元将直流电逆变为三相交流电，并输出至所述隔离滤波单元，通过所述隔离滤波单元对接收到的三相交流电进行隔离滤波处理，并将隔离滤波处理后的交流电输出至所述列车用电设备；并通过所述双向整流逆变单元对所述滤波单元输出的交流电进行整流后为所述蓄电池组充电；

若确定不能从受电弓获取电能，则控制所述蓄电池组放电，并通过所述双向整流逆变单元将接收到的直流电进行逆变后输出至所述列车用电设备。

优选地，所述若确定不能从受电弓获取电能，则控制所述蓄电池组放电，并通过所述双向整流逆变单元将接收到的直流电进行逆变后输出至所述列车用电设备，包括：

若确定不能从受电弓获取电能，则控制交流接触器断开；

控制所述蓄电池组放电，并通过所述双向整流逆变单元将接收到的直流电进行逆变后输出至所述列车用电设备。

本申请还提供了一种列车供电方法，应用在上述供电系统，包括：

确定是否能够从受电弓获取电能；

若确定能够从受电弓获取电能，则通过所述牵引变压器将从受电弓获取到的高压交流电转换为低压交流电，并通过所述牵引变流器中的单相三电平脉冲整流器对所述低压交流电进行整流后通过所述中间直流电路输出直流电；并经过所述直流支撑电容对整流后的直流电进行稳压，将稳压后的直流电输出至所述逆变单元；通过所述逆变单元将直流电逆变为三相交流电，并输出至所述隔离滤波单元，通过所述隔离滤波单元对接收到的三相交流电进行隔离滤波处理，并将隔离滤波处理后的交流电输出至所述列车用电设备；并通过所述双向整流逆变单元对所述滤波单元输出的交流电进行整流后为所述蓄电池组充电；

若确定不能从受电弓获取电能，则控制所述蓄电池组放电，并通过所述双向整流逆变单元将接收到的直流电进行逆变后输出至所述列车用电设备。

从上述技术方案可以看出，本申请公开的列车供电系统及方法，在电气化铁路条件下通过牵引变压器将从受电弓获取到的高压交流电转换为低压交流电，并通过整流单元的整流、直流支撑电容的稳压、逆变单元的逆变以及隔离滤波单元的隔离滤波后为列车用电设备供电，并同时可通过所述双向整流逆变单元对隔离滤波单元提供的交流电进行整流后为所述蓄电池组充电；在无电气化铁路条件下通过蓄电池组放电并经过双向整流逆变单元的逆变后为列车用电设备提供交流电。实现了为列车持续供电，而不需要额外增设一节空调发电车，进而解决了增设空调发电车导致列车成本高，且空调发电车是借助柴油燃烧提供电能，导致环境污染严重并且存在柴油泄漏导致安全隐患的问题。

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，下面描述中的附图仅仅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为本申请公开的一种列车供电系统的结构示意图；

图2为本申请公开的整流单元的电路结构图；

图3为本申请公开的逆变单元的电路结构图；

图4为本申请公开的列车供电方法的流程图。

具体实施方式

现有技术中通过加挂空调发电车为列车提供380V交流电，进而为列车上的用电设备供电，以冷链运输列车为例，每节冷链车厢内都包括制冷设备，需要在运输过程中持续为制冷设备供电，保证制冷设备的运行进而避免运输货物的变质。

但是在冷链运输列车上增设空调发电车导致列车成本高，且空调发电车是借助柴油燃烧提供电能，导致环境污染严重并且存在柴油泄漏导致安全隐患的问题。

针对此，本申请提出了一种列车供电系统，包括两路供电回路，第一路供电回路为通过牵引变压器将从受电弓获取到的高压交流电转换为低压交流电，并通过整流单元的整流后得到直流电，经过直流支撑电容对整流后的直流电进行稳压，将稳压后的直流电输出至逆变单元，经过逆变单元的逆变以及隔离滤波单元的隔离滤波后为列车用电设备供电，由于该第一路供电回路是从受电弓获取电能，因此必须在电气化铁路条件下才能利用该第一路供电回路为列车用电设备供电；而为了保证在无电气化铁路条件或者第一路供电回路故障的情况下仍然能保证对列车用电设备供电，本申请中列车供电系统还包括第二路供电回路，第二路供电回路为通过蓄电池组为列车用电设备进行供电，其中，在第一路供电回路为列车用电设备供电的情况下，同时利用第一路供电回路为蓄电池组充电，由于第一路供电回路输出的为交流电因此需要将交流电整流为直流电后为蓄电池组充电，使得在不能利用第一路供电回路为列车用电设备供电的情况下控制蓄电池组放电并逆变为交流电后为列车用电设备供电。由于本申请中在电气化铁路条件下，通过从受电弓获取电能并进行整流、逆变以及隔离滤波后为列车供电，在无电气化铁路条件下通过蓄电池组为列车供电，实现了为列车持续供电，而不需要额外增设一节空调发电车，进而解决了增设空调发电车导致列车成本高，且空调发电车是借助柴油燃烧提供电能，导致环境污染严重并且存在柴油泄漏导致安全隐患的问题。

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。

参见图1所示，本申请实施例提供的列车供电系统包括：

依次连接的牵引变压器110、整流单元120、直流支撑电容C1、逆变单元130、隔离滤波单元140和列车用电设备150。

依次连接指的是牵引变压器110的次级绕组连接整流单元120的输入端，整流单元120的输出端连接逆变单元130的输入端，逆变单元130的输出端与隔离滤波单元140的输入端连接，隔离滤波单元140的输出端与列车用电设备150连接，从而利用从受电弓获取的电能为列车用电设备150供电。

受电弓是从接触网获得电能的主要设备，是列车主要电路的高压设备之一。

在实际应用中，可以通过牵引变压器实现从受电弓获取电能，也可以通过牵引变压器获取到电能后，通过从牵引变压器后连接的牵引变流器实现从受电弓获取电能。

本实施例中重点介绍通过牵引变压器从受电弓获取电能的方案。后续实施例将介绍通过牵引变压器后连接的牵引变流器实现从受电弓获取电能的方案。

牵引变压器110的次级绕组与整流单元120的输入端连接；牵引变压器110将从受电弓获取到的25KV高压电转换为后续牵引变流器及其他用电设备工作所适合的低压交流电。

参见图2所示，整流单元120由开关元器件组成，能够将交流电整流为直流电。

本实施例中整流单元120从牵引变压器110的次级绕组获取低压交流电，并将低压交流电整流为直流电。

参见图3所示，逆变单元130由开关元器件组成，能够将输入的直流电逆变为交流电并输出。

本实施例中为了提高电压的稳定性，如图1所示，在整流单元120以及逆变单元130之间设置有直流支撑电容C1。直流支撑电容C1对整流后的直流电进行稳压。

本实施例中逆变单元130将整流单元120输出的经过稳压后的直流电逆变为三相交流电，并输出至隔离滤波单元140。隔离滤波单元140包括隔离变压器141和滤波单元142。

通过设置隔离变压器141，提高了电源的稳定性，其中，隔离变压器141的初级绕组与逆变单元130的输出端连接，在隔离变压器141的次级绕组两端连接滤波电容，通过隔离变压器141的次级绕组阻抗和滤波电容构成滤波单元142。

其中，隔离变压器141为三相变压器，三相变压器的每相分别与三相交流电的各相连接。参见图1所示，隔离变压器141的每两相次级绕组之间连接有一个滤波电容C2，通过隔离变压器141进行隔离降压，并利用隔离变压器141阻抗与滤波电容C2组成滤波单元142，并对逆变得到的三相交流电进行滤波处理，使得输出稳定地AC380V电源。隔离滤波单元140对接收到的三相交流电进行隔离滤波处理，并将隔离滤波处理后的交流电输出至列车用电设备150。

通过上述结构已经实现了从受电弓获取电能并为列车用电设备供电的功能。但是，由于必须在电气化铁路条件下才能从受电弓获取电能，因此仅基于上述结构仅能够实现在电气化铁路条件下为列车用电设备供电的功能，而在无电气化铁路条件下不能为列车用电设备供电。

针对此，本实施例中列车供电系统还包括：

双向整流逆变单元160和蓄电池组170。

双向整流逆变单元160的第一端与滤波单元140的输出端连接，所述第一端还与列车用电设备150连接，双向整流逆变单元160的第二端与蓄电池组170连接，对滤波单元140输出的交流电进行整流后为蓄电池组170充电；并对蓄电池组170输出的直流电进行逆变后输出至列车用电设备150。蓄电池组170接收到双向整流逆变单元160输出的直流电后进行储能，并在滤波单元140不能提供交流电的情况下放电。

本实施例中隔离滤波单元140的输出端不仅与列车用电设备150连接，还与双向整流逆变单元160的第一端连接。

双向整流逆变单元160为同时具备整流、逆变功能的结构。

在电气化铁路条件下，即能够从受电弓获取到电能的情况下，通过隔离滤波单元140输出端输出能够供列车用电设备使用的交流电，实现为列车用电设备供电的同时，双向整流逆变单元160接收到该交流电，利用双向整流逆变单元160对该交流电进行整流处理，整流处理后得到直流电并为蓄电池组170充电。

在无电气化铁路条件下，即不能从受电弓获取到电能的情况下，隔离滤波单元140的输出端不能输出供列车用电设备使用的交流电，不能实现为列车用电设备供电，此时，蓄电池组170释放电能，输出直流电至双向整流逆变单元160。双向整流逆变单元160接收到该直流电，利用双向整流逆变单元160对该直流电进行逆变处理，逆变处理后得到能供列车用电设备使用的交流电，实现为列车用电设备供电。

由于在无电气化铁路条件下，才会利用蓄电池组170放电来为列车用电设备供电，即蓄电池组170只作为应急电源使用，因此只需要保证能够存储的电量能够支持应急使用即可，从而蓄电池组的体积小，有效降低了蓄电池组的体积和成本。且，通常状态下不会利用蓄电池组放电来为列车用电设备供电，从而避免了蓄电池组频繁充放电而降低蓄电池组的使用寿命的问题产生。

且由于在为列车用电设备供电的同时为蓄电池组充电，因此无需额外的充电时间，提高了使用效率，同时不需要为蓄电池组额外设置配套的充电桩，从而降低了系统成本。

通过本实施例公开的列车供电系统，在电气化铁路条件下通过牵引变压器从受电弓获取电能，经过整流单元的整流并经过直流支撑电容对整流后的直流电进行稳压，逆变单元的逆变以及隔离滤波单元的隔离滤波后为列车用电设备供电，并同时通过所述双向整流逆变单元对隔离滤波单元提供的交流电进行整流后为所述蓄电池组充电；在无电气化铁路条件下通过蓄电池组放电并经过双向整流逆变单元的逆变后为列车用电设备提供交流电。实现了为列车持续供电，而不需要额外增设一节空调发电车，进而解决了增设空调发电车导致列车成本高，且空调发电车是借助柴油燃烧提供电能，导致环境污染严重并且存在柴油泄漏导致安全隐患的问题。

通常列车具有多节车厢，每节车厢上都包括列车用电设备，如照明设备、制冷设备等，因此需要分别为各节车厢上的列车用电设备提供电源。

在本实施例中，通过设置供电连接器180将经过滤波后输出的交流电提供给各节车厢上的列车用电设备使用。

具体地，参见图1所示，供电连接器180包括供电连接器插座以及供电连接器插头，隔离滤波单元140的输出端与供电连接器插座连接，供电连接器插头与列车的380V贯通母线连接。在使用时将供电连接器插头插入匹配的供电连接器插座上，使得经过隔离滤波后的交流电传输至列车的380V贯通母线上，列车的各节车厢上的列车用电设备分别挂接在380V贯通母线上，即与贯通母线连接，使得各节车厢上的列车用电设备都可以从380V贯通母线上获取电能，保证各节车厢上的列车用电设备的正常运行。

其中，在隔离滤波单元140与供电连接器插座之间还设置有交流接触器KM1。闭合交流接触器KM1时，通过本实施例的供电系统可以为列车用电设备150提供380V交流电；断开交流接触器KM1时，将不能使用本实施例的供电系统为列车用电设备150供电。

由于本实施例中提供了两个供电回路，第一个供电回路为通过牵引变压器从受电弓处获取电能，经过整流、稳压、逆变以及隔离滤波后为列车各节车厢上的用电设备提供电源，第二个供电回路为通过蓄电池组为列车各节车厢上的用电设备提供电源。其中，蓄电池组为备用供电方式，只有在第一个供电回路由于处于无电气条件下或者第一个供电回路出现故障时，才会使用蓄电池组这一备用供电回路进行供电。为了实现两个供电回路之间的切换，使得两个供电回路之间不受影响，本实施例的供电系统中还包括交流接触器KM2。

交流接触器KM2的一端与所述380V贯通母线连接，交流接触器KM2的另一端与双向整流逆变单元160以及每节车厢上的列车用电设备分别连接，以在交流接触器KM2处于闭合状态时，通过所述380V贯通母线为每节车厢上的列车用电设备提供交流电，并在交流接触器KM2处于断开状态时，通过蓄电池组170经过双向整流逆变单元160的逆变后为每节车厢上的列车用电设备提供交流电。

在利用第一个供电回路为列车各节车厢上的列车用电设备供电的情况下，控制交流接触器KM2闭合，以将经过滤波后的交流电直接提供给每节车厢上的列车用电设备。同时，通过双向整流逆变单元160将交流电整流为直流电，并为蓄电池组170充电。

在利用第二个供电回路为列车各节车厢上的列车用电设备供电的情况下，控制交流接触器KM2断开，并控制蓄电池组170放电，经过双向整流逆变单元160对蓄电池组170输出的直流电逆变为交流电后为每节车厢上的列车用电设备供电，同时通过控制交流接触器KM2断开避免了蓄电池组170放电回路对第一个供电回路的影响。

本实施例公开的列车供电系统可以应用在冷链运输列车上，以为冷链运输列车上的制冷设备供电。

本实施例还提供了另一个实施例，区别于图1所示的供电系统之处在于，从受电弓获取电能的方式不同。本实施例为通过牵引变压器后连接的牵引变流器获取电能。

具体地，所述牵引变流器由单相三电平脉冲整流器、中间直流电路、三电平逆变器、真空交流接触器等主电路设备以及牵引控制装置等组成。

具体地，所述单相三电平脉冲整流器的输入端与牵引变压器110连接，所述单相三电平脉冲整流器的输出端与所述中间直流电路连接，将所述牵引变压器转换后的低压交流电进行整流后通过所述中间直流电路输出直流电。

后续对直流电的处理方式与图1所示供电系统对直流电的处理方式类似，此处不再赘述。

应用上述公开的列车供电系统，本申请实施例还提供了一种列车供电方法，参见图4所示，该列车供电方法可以包括以下步骤：

S401、确定是否能够从受电弓获取电能；

若确定能够从受电弓获取电能，则执行步骤S402；

若确定不能从受电弓获取电能，则执行步骤S403。

通过确定列车是否处于电气化铁路条件来确定是否能够从受电弓获取电能。其中，处于电气化铁路条件则确定能够从受电弓获取电能，若不处于电气化铁路条件则确定不能从受电弓获取电能。

S402、通过所述牵引变压器将从受电弓获取到的高压交流电转换为低压交流电，并通过所述整流单元对所述低压交流电进行整流后输出直流电，并经过所述直流支撑电容对整流后的直流电进行稳压，将稳压后的直流电输出至所述逆变单元；通过所述逆变单元将直流电逆变为三相交流电，并输出至所述隔离滤波单元，通过所述隔离滤波单元对接收到的三相交流电进行隔离滤波处理，并将隔离滤波处理后的交流电输出至所述列车用电设备；并通过所述双向整流逆变单元对所述滤波单元输出的交流电进行整流后为所述蓄电池组充电。

S403、控制所述蓄电池组放电，并通过所述双向整流逆变单元将接收到的直流电进行逆变后输出至所述列车用电设备。

可选地，为了避免切换供电回路后，切换后的蓄电池组放电回路对之前的供电回路产生影响，控制蓄电池组放电之前，先控制交流接触器断开。

通过本实施例公开的列车供电方法，不仅在电气化铁路条件下可以为列车供电，而且在无电气化铁路条件下仍然可以为列车供电。

需要注意的是，在确定能够从受电弓获取电能的情况下，除了可以通过所述牵引变压器将从受电弓获取到的高压交流电转换为低压交流电，并通过所述整流单元对所述低压交流电进行整流后输出直流电，还可以通过牵引变压器后连接的牵引变流器中的单相三电平脉冲整流器对低压交流电进行整流后，并通过牵引变流器中的中间直流电路输出直流电。

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。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

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申请的范围。

结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(RAM)、内存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。

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。