一种双源制电力机车变流装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及机车用变流设备领域，尤其涉及一种双源制电力机车变流装置。
【背景技术】
[0002]为使电力系统三相负荷尽可能平衡，电气化铁道的接触网采用分段换相供电。为防止相间短路，在不同相供电臂之间的连接处用绝缘装置分割，形成了二个供电臂之间绝缘分割区域，称为分相区。电力机车在进入分相区前，通过“人控”(司机操作)或“机控”(设备控制)2种方法，切断机车用电负载，使电力机车受电弓在无电流情况下滑行通过分相区后，再恢复机车用电负载。上述“人控”和“机控”的2种过分相操作方法，由于受操作者可能存在的失误和设备故障失控，带电过分相的现象还难以杜绝，而一旦发生，轻则受电弓、分相装置受损，严重时造成接触网烧损，中断铁路运输，给电气化铁路行车安全构成严重威胁。
[0003]同时，传统电力机车仅靠接触网进行供电，在无电网区域，比如北方高原地带，电力机车的优势无法发挥出来。传统大功率电力机车牵引功率是由25kV接触网提供，通过牵引变压器变压成牵引负载所需的功率，若整车功率全部由牵引变压器提供，则变压器的体积、重量相对较大，在机车上安装相对困难。
【发明内容】
[0004]本发明要解决的技术问题就在于:针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种具备电网电源供电和储能模块电源供电两种供电方式，能够在机车过分相区提供持续动力，以及能够在无电区保证机车正常运行，在不缩减整车功率的前提下减轻机车变压器体积和重量，节约电能的双源制电力机车变流装置。
[0005]为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为:一种双源制电力机车变流装置，包括牵引供电模块、PWM整流模块、中间直流电路模块、逆变模块、直流变换模块、储能模块和传动控制模块；
所述牵引供电模块的网侧输入端口与供电电网连接，牵引供电模块的输出端口与PWM整流模块的交流侧端口连接；
所述PffM整流模块的直流侧端口与中间直流电路模块的直流母线连接；
所述逆变模块的中间侧端口与所述中间直流电路模块的直流母线连接；
所述逆变模块的输出侧端口与用电设备连接；
所述直流变换模块的中间侧端口与中间直流电路模块的直流母线连接；
所述储能模块与所述直流变换模块的储能侧端口连接；
所述传动控制模块用于监测所述牵引供电模块、PWM整流模块、中间直流电路模块、逆变模块、直流变换模块的运行状态，并提供控制信号。
[0006]作为本发明的进一步改进，所述牵引供电模块包括至少一个牵引供电单元，所述牵引供电单元包括串联的取电电路和预充电电路。
[0007]作为本发明的进一步改进，所述PWM整流模块包括至少一个PWM整流单元，所述PWM整流单元的交流侧端口与所述牵引供电单元连接，所述PWM整流单元的直流侧端口并联，与所述中间直流电路模块的直流母线连接。
[0008]作为本发明的进一步改进，所述中间直流电路模块包括与所述直流母线连接的放电端子、并联在直流母线两极之间的接地检测装置、LC滤波单元、二次电容放电装置、中间电压检测装置和放电指示灯。
[0009]作为本发明的进一步改进，所述逆变模块包括至少一个为机车牵引电机提供电源的牵引逆变单元和为机车辅助设备提供电源的辅助逆变单元;所述牵引逆变单元的中间侧端口与所述辅助逆变单元的中间侧端口并联，并与所述中间直流电路模块的直流母线连接。
[0010]作为本发明的进一步改进，所述直流变换模块包括至少一个直流变换单元，所述直流变换单元的中间侧端口并联。
[0011]作为本发明的进一步改进，所述储能模块包括至少一个储能单元，所述储能单元与一个直流变换单元的储能侧端口连接。
[0012]作为本发明的进一步改进，所述储能单元为超级电容或蓄电池。
[0013]作为本发明的进一步改进，包括至少一个超级电容和一个蓄电池。
[0014]作为本发明的进一步改进，所述储能模块还包括牵引预充电电路，所述牵引预充电电路一端与储能模块连接，另一端与中间直流电路模块的直流母线连接。
[0015]与现有技术相比，本发明的优点在于:
1、本发明具备电网电源供电和储能模块电源供电两种供电方式，能够在机车过分相区提供持续动力，以及能够在无电区保证机车正常运行。
[0016]2、本发明通过储能模块作为机车的补充牵引供电电源，在不缩减整车功率的前提下减轻机车变压器体积和重量。
[0017]3、本发明在机车制动工况下能够将制动能量存储至储能模块，或者反馈至电网，节约电能。
【附图说明】
[0018]图1为本发明双源制电力机车变流装置结构示意图。
[0019]图2为本发明双源制电力机车电路拓扑示意图。
[0020]图3为本发明一种优先方案结构示意图。
[0021 ]图4为本发明在牵引工况下能量流动示意图。
[0022]图5为本发明在制动工况下能量流动示意图。
[0023]图例说明:1、牵引供电模块；11、牵引供电单元；111、取电电路；112、预充电电路；113、信号检测单元;2、PffM整流模块;21、PffM整流单元;3、中间直流电路模块;31、放电端子；32、接地检测装置;33、LC滤波单元;34、二次电容放电装置;35、中间电压检测装置;36、放电指示灯;4、逆变模块;41、牵引逆变单元;42、辅助逆变单元;5、直流变换模块;51、直流变换单元;6、储能模块;61、储能单元;62、牵引预充电电路;7、传动控制模块。
【具体实施方式】
[0024]以下结合说明书附图和具体优选的实施例对本发明作进一步描述，但并不因此而限制本发明的保护范围。
[0025]如图1所示，本实施例一种双源制电力机车变流装置，包括牵引供电模块1、P丽整流模块2、中间直流电路模块3、逆变模块4、直流变换模块5、储能模块6和传动控制模块7;牵引供电模块I的网侧输入端口与供电电网连接，牵引供电模块I的输出端口与PWM整流模块2的交流侧端口连接;PWM整流模块2的直流侧端口与中间直流电路模块3的直流母线连接;逆变模块4的中间侧端口与中间直流电路模块3的直流母线连接;逆变模块4的输出侧端口与用电设备连接;直流变换模块5的中间侧端口与中间直流电路模块3的直流母线连接;储能模块6与直流变换模块5的储能侧端口连接;传动控制模块7用于监测牵引供电模块1、PWM整流模块2、中间直流电路模块3、逆变模块4、直流变换模块5的运行状态，并提供控制信号。在图1中，实线用于表示各模块之间电气连接关系，带箭头的虚线用于表示传动控制模块7与各模块之间状态监测及控制信号传输连接关系。在本实施例中，供电电网提供25kV的单相交流电，通过牵引供电模块I降压成AC530V的单相交流电，再通过PWM整流模块2整流为DC900V直流电压，通过直流变换模块5为储能模块6进行充电，或者通过逆变模块4为机车牵引电机或者辅助用电设备进行供电。在制动工况下，机车牵引电机发出的三相电压经整流、逆变后通过牵引供电模块I反馈回供电电网，或者通过直流变换模块5，将制动能量储存至储能模块6，进行能量的回收，节约电能，绿色环保。
[0026]如图2所示，在本实施例中，牵引供电模块I包括至少一个牵引供电单元11，牵引供电单元11包括串联的取电电路111和预充电电路112。取电电路111的原边侧与供电电网连接，副边侧与预充电电路112串联，在取电电路111的副边侧还串联有信号检测单元113，用于检测牵引供电单元11的电流状态，用于保护牵引供电模块I和PWM整流模块2的安全。预充电电路112包括由一个旁路断路器与一个旁路电阻串联组成的旁路开关电路，和与该旁路开关电路并联的主断路器。在预充电时，断开主断路器，闭合旁路断路器，由旁路电阻对取电电路111的电压进行降压，为PWM整流模块2进行预充电，预充电完成后，闭合主断路器，断开旁路断路器，为HVM整流模块2进行正常供电。在本实施例中，在牵引工况下，牵引供电模块I为PffM整流模块2提供AC530V单相交流电，经PffM整流模块2进行整流输出直流电，当中间直流电路模块3直流母线间的中间电压达到DC750V时，闭合主断路器，断开旁路断路器，完成预充电。通过预充电，可有效减小储能模块6放电时的大电流对设备造成的冲击。
[0027]如图2所示，在本实施例中，Pmi整流模块2包括至少一个HVM整流单元21整流单元21的交流侧端口与牵引供电单元11连接，PffM整流单元21的直流侧端口并联，与中间直流电路模块3的直流母线连接。在本实施例中，包括4个牵引供电单元11，和4个PffM整流单元21，每个牵引供电单元11的输出端口均与一个PWM整流单元21的交流侧端口连接。PWM整流单元21为PWM整流器。需要说明的是，可以根据电力机车的实际需要，对牵引供电单元11和PffM整流单元21的数量进行合理的配置，增加或减少牵引供电单元11和PffM整流单元21的数量。
[0028]在本实施例中，各牵引供电单元11和HVM整流单元21可以单独控制，也可以2个为一组进行组合控制。如图2所示，第一个牵引供电单元和第二个牵引供电单元为一组，第三个牵引供电单元和第四个牵引供电单元为一组，只在第一个牵引供电单元和第三个牵引供电单元中设置预充电电路。在预充电时，断开主断路器KMl、KM2、KM4、KM5，闭合旁路断路器KM3、KM6，由与第一个牵引供电单元和第三个牵引供电单元连接的PWM整流单元进行预充电，预充电完成后，闭合主断路器珊1、珊2、枷4、枷5，断开旁路断路器珊3、珊6。在组合控制模式下，KMl和KM2，KM4和KM5是同时控制。
[0029]如图2所示，在本实施例中，中间直流电路模块3包括与直流母线连接的放电端子31、并联在直流母线两极之间的接地检测装置32、LC滤波单元33、二次电容放电装置34、中间电压检测装置35和放电指示灯36。放电端子31是将中间直流电路模块3中直流母线正极、负极、LC滤波单元33中二次谐振电容正端通过电缆连接到外部，在机车进行检修时，可将残余的电量