双能源交流电传动机车控制系统及具有该系统的机车的制作方法

本发明涉及轨道机车技术领域，更具体地说，涉及一种双能源交流电传动机车控制系统及具有该系统的机车。

背景技术：

目前，国内轨道机车行业采用车载内燃机组和电网电源两种能源形式驱动的轨道牵引机车较少，在电网供电模式和内燃机组供电模式下，整车的控制系统一致，即在内燃机组供电牵引模式下，整车级控制系统仍采用接触网供电模式下的电力牵引系统，内燃机组采用恒速控制，内燃机组控制系统独立于整车，即单独控制。

该方式的优点在于整车控制系统较简单、整合较容易。但存在的不足在于：内燃机组不能调速，始终处于额定转速，从而造成机组空载或轻载情况下磨耗加大、油耗加大、噪音加大，这对于较大功率柴油机组影响明显；内燃机组不是按照恒功率控制，额定转速下的功率发挥不充分，效率会降低；由于内燃机组供电模式下，整车级控制系统未包括内燃机组的控制，内燃机组输出功率只是“被动”地满足负载功率需求，故转速波动较大，稳定性较差。

以上问题对于较大功率柴油机组以及较长时间运行在怠速工况下的调车机车来说，存在较多的不足之处。

综上所述，如何提供一种双能源交流电传动机车的控制系统，是目前本领域技术人员亟待解决的问题。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的是提供一种双能源交流电传动机车控制系统，该控制系统能够实现两种模式的主动调节，并可以实现机组的功率调节与控制。

另外，本发明的另一目的是提供一种包括上述控制系统的机车。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种双能源交流电传动机车控制系统，包括：

用于控制牵引逆变器工作的电力控制装置、用于控制柴油机和发电机工作的内燃机控制装置，所述电力控制装置和所述内燃机控制装置均连接逆变器控制装置；

司机控制器，用于控制所述内燃机控制装置、所述电力控制装置中的一者工作；

用于检测所述柴油机的转速和所述发电机的电压的传感器，所述传感器与所述内燃机控制装置连接，当所述柴油机的转速和所述发电机的电压均到达设定值时，所述内燃机控制装置控制所述逆变器控制装置调节输出功率。

优选的，所述传感器包括转速传感器和电压传感器，所述转速传感器设于所述柴油机和所述发电机连接部，所述电压传感器设于所述发电机的输出端，所述转速传感器和所述电压传感器均与所述内燃机控制装置连接。

优选的，所述内燃机控制装置通过柴油机电子控制装置连接所述柴油机；

所述内燃机控制装置通过发电机电压控制装置连接所述发电机。

优选的，所述柴油机电子控制装置连接所述转速传感器，所述发电机电压控制装置连接所述电压传感器。

优选的，所述司机控制器通过转换开关连接所述电力控制装置和内燃机控制装置，所述司机控制器控制连接所述转换开关。

优选的，所述发电机通过整流装置连接所述牵引逆变器，和/或所述发电机通过整流装置连接辅助逆变器。

优选的，所述内燃机控制装置还包括功率调整装置和用于检测内燃机组输出功率的检测装置，所述检测装置与所述功率调整装置连接；

当所述功率调整装置控制所述内燃机控制装置输送给内燃机组的功率为p+△p，并当检测到所述内燃机组输出功率为p+△p时，所述功率调整装置控制所述内燃机控制装置输送给所述逆变器控制装置的功率为p；

其中，p为所述司机控制器输出的级位信号的功率，所述△p为预设阈值。

优选的，所述功率调整装置包括用于延迟控制的延迟计时装置，所述延迟及时装置用于使所述功率调整装置在预设时间段后控制所述内燃机控制装置输送给所述逆变器控制装置。

一种机车，包括控制系统，所述控制系统为上述任意一项所述的双能源交流电传动机车控制系统。

本发明提供的双能源交流电传动机车控制系统中，当车辆处于电网牵引模式下，司机控制器向电力控制装置发送级位信号，电力控制装置直接将级位信号发送至逆变器控制装置，逆变器控制装置按照牵引特性进行功率的输出调节。当车辆处于内燃机牵引模式下，司机控制器向内燃机控制装置发送级位信号，内燃机控制装置将级位信号分别发送给柴油机和发电机。

上述电力控制装置和内燃机控制装置均通过同一个司机控制器控制，以便实现机车在内燃和电力两种模式下工作，在内燃机供电模式下，能够避免现有技术中功率的被动调节，以实现机组调速控制和功率控制。

本发明还提供了一种包括上述双能源交流电传动机车控制系统的机车。

附图说明

为了更清楚地说明本发明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发明的实施例，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明所提供的一种双能源交流电传动机车控制系统的示意图；

图2为本发明所提供的系统的控制流程示意图。

图1-2中：

1为司机控制器、2为中央控制装置、21为电力控制装置、22为内燃机控制装置、3为逆变器控制装置、4为柴油机电子控制装置、5为发电机电压控制装置、6为转速传感器、7为电压传感器、8为转换开关。

具体实施方式

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，所描述的实施例仅仅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。

本发明的核心是提供一种双能源交流电传动机车控制系统，该控制系统能够实现两种模式的主动调节，并可以实现机组的功率调节与控制。

另外，本发明的另一核心是提供一种包括上述控制系统的机车。

请参考图1和图2，图1为本发明所提供的一种双能源交流电传动机车控制系统的示意图；图2为本发明所提供的系统的控制流程示意图。

本发明所提供的一种双能源交流电传动机车的控制系统，主要包括电力控制装置21、内燃机控制装置22、司机控制器1和传感器。

其中，电力控制装置21用于控制牵引逆变器工作，内燃机控制装置22用于控制柴油机和发电机工作，电力控制装置21和内燃机控制装置22均连接逆变器控制装置3；

司机控制器1用于向内燃机控制装置22、电力控制装置21发送控制信号，以便控制内燃机控制装置22、电力控制装置21中的一者工作，并用于切换内燃机控制装置22或电力控制装置21工作；

传感器用于检测柴油机的转速和发电机的电压，传感器与内燃机控制装置22连接，当柴油机的转速和发电机的电压均到达设定值时，内燃机控制装置22控制逆变器控制装置调节输出功率。

需要说明的是，上述电力控制装置21和内燃机控制装置22均为中央控制装置2的一部分，且均与司机控制器1连接，电力控制装置21和内燃机控制装置22均通过同一个司机控制器1控制。

当车辆处于电网牵引模式下，司机控制器1向电力控制装置21发送级位信号，电力控制装置21直接将级位信号发送至逆变器控制装置3，逆变器控制装置按照牵引特性进行功率的输出调节。

当车辆处于内燃机牵引模式下，司机控制器1向内燃机控制装置22发送级位信号，内燃机控制装置22将级位信号分别发送给柴油机和发电机。同时，传感器获取柴油机的转速和发电机的电压，并将上述转速和电压发送给内燃机控制装置22，当上述转速和电压达到设定值时，内燃机控制装置22控制逆变器控制装置调节输出功率，其中，输出功率为与上述转速和电压匹配的输出功率，从而使得输出功率满足机车牵引特性曲线。

上述电力控制装置21和内燃机控制装置22均通过同一个司机控制器1控制，以便实现机车在内燃和电力两种模式下工作，在内燃机供电模式下，能够避免现有技术中功率的被动调节，以实现机组调速控制和功率控制。

在上述实施例的基础之上，传感器包括转速传感器和电压传感器，转速传感器设于柴油机和发电机连接部，电压传感器设于发电机的输出端，转速传感器和电压传感器均与内燃机控制装置22连接。需要说明的是，上述两个传感器分别设置在柴油机和发电机处，以便分别检测柴油机转速和发电机电压，并将检测的数据结果发送给内燃机控制装置22。

可选的，上述传感器也可以为与车辆电子控制装置连接的获取装置，用于由车辆电子控制装置处获取柴油机的转速和发电机的电压。

在上述任意一个实施例的基础之上，内燃机控制装置22通过柴油机电子控制装置4连接柴油机；内燃机控制装置22通过发电机电压控制装置5连接发电机。

可选的，控制装置可以为外置设备，也可以设置在被控制装置的内部，柴油机内部可设置柴油机电子控制装置4，发电机的内部可设置电机电压控制装置5。

在上述实施例的基础之上，柴油机电子控制装置4连接转速传感器，发电机电压控制装置5连接电压传感器。

当车辆处于内燃机牵引模式下，内燃机控制装置22将级位信号分别发送给柴油机电子控制装置4和发电机电压控制装置5，柴油机电子控制装置4(柴油机ecm系统)连接柴油机，发电机电压控制装置5(发电机avr系统)连接发电机，级位信号通过柴油机电子控制装置4和发电机电压控制装置5分别建立柴油机的转速和发电机的电压。当上述转速和电压达到设定值时，内燃机控制装置22控制逆变器控制装置调节输出功率，其中，输出功率为与上述转速和电压匹配的输出功率，从而使得输出功率满足机车牵引特性曲线。

在上述实施例的基础之上，司机控制器1通过转换开关8连接电力控制装置21和内燃机控制装置22，司机控制器1控制连接转换开关8。需要说明的是，上述转换开关8可以为选择开关，以便实现司机控制器1仅与二者中的一者连接；或者转换开关8包括至少两个开关，分别位于与电力控制装置21、内燃机控制装置22的连接电路中，用于实现司机控制器1对电力控制装置21、内燃机控制装置22的分别控制。

可选的，发电机通过整流装置连接牵引逆变器，和/或发电机通过整流装置连接辅助逆变器。

为了控制负载功率在一定范围内，在上述任意一个实施例的基础之上，内燃机控制装置22还包括功率调整装置和用于检测内燃机组输出功率的检测装置，检测装置与功率调整装置连接。

当功率调整装置控制内燃机控制装置22输送给内燃机组的功率为p+△p，并当检测到内燃机组输出功率为p+△p时，功率调整装置控制内燃机控制装置22输送给内燃机组的功率为p；其中，p为司机控制器1输出的级位信号的功率，△p为预设阈值。

具体地，在内燃机组供电牵引模式下，司机控制器1给出的级位信号对应的功率输出是p，考虑到预设阈值△p，则机车中央控制单元(ccu)的内燃机控制装置22输出给内燃机组的功率应当是p+△p，内燃机组根据获取的功率实现输出，并当检测到内燃机组输出功率达到p+△p后，内燃机控制装置22控制逆变器控制装置3给出的功率输出是p。预设阈值△p主要包括使用该内燃机组供电的其它负载以及能量传递过程中的能量损耗等。

可选的，功率调整装置包括用于控制延迟计时装置，延迟及时装置用于使功率调整装置在预设时间段后控制内燃机控制装置22输送给逆变器控制装置3。

具体地，当与内燃机控制装置22连接的检测装置检测到内燃机组输出功率达到p+△p后，可以做出适当延时后，再将功率输出指令发送至逆变器控制单元3，以保证内燃机组工作的可靠性。

上述实施例中内燃机组可以在不同功率需求状态下运行在不同的转速，降低了现有双能源机车内燃机组的噪音、油耗及机械磨耗，从而满足大功率内燃机组电源在双能源机车上的应用。

上述实施例实现了内燃电力牵引模式下，牵引电机的功率可以跟随内燃机组输出功率的变化，使得负载功率需求在任意时刻都不大于内燃机组的功率供给，避免了机组转速的较大波动。

除了上述各个实施例所提供的双能源交流电传动机车控制系统，该控制系统的其他各部分的结构请参考现有技术，或参考附图所提供的方案，除了上述双能源交流电传动机车控制系统，本发明还提供了一种机车，该机车包括控制系统，控制系统为上述任意一个实施例所述的双能源交流电传动机车控制系统，本文不再赘述。

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。

以上对本发明所提供的双能源交流电传动机车控制系统和机车进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。