轨道车辆的混合动力系统以及高速动车组的制作方法

本发明涉及轨道车辆的牵引技术，尤其涉及一种轨道车辆的混合动力系统以及高速动车组。

背景技术：

近年来，轨道车辆尤其是高速动车组已经逐渐成为人们出行的首选；为了使更多的人们能够享受到高速动车组所带来的便利，为了提高高速动车组的适用性，需要研发一种既可以在电气化干线铁路运行又可以在非电气化铁路运行的轨道车辆。

现有技术中，混合动力系统通常包括柴油发电机和电动力包，柴油发电机的输出与电动力包的整流器的输入端连接；接触网的25kV交流电，通过电动力包的受电弓引入列车的主变压器，主变压器将其降压成900V的交流电，作为网侧变流器的交流输入电压；在无接触网时，采用柴油发电机直接发出900V的交流电作为网侧变流器的交流输入电压。

由于在无接触网时，柴油发电机发出的是三相交流电，而接触网供电时是两路单相交流电，因此上述混合动力系统要求网侧变流器的输入能够从两路单相供电切换到一路三相供电，需要做好两种模式的切换匹配控制，导致混合动力系统的控制环节比较复杂，控制难度较大。

技术实现要素：

针对现有技术中的上述缺陷，本发明提供一种轨道车辆的混合动力系统以及高速动车组，能够简化混合动力系统的控制环节，降低混合动力系统的控制难度。

本发明的第一个方面是提供一种轨道车辆的混合动力系统，包括：电动力单元、内燃动力单元以及直流环节单元；所述电动力单元、内燃机动力组都与直流环节单元连接；所述电动力单元包括：受电弓、牵引变压器、第一整流器；

所述内燃动力单元包括：柴油发电机以及第二整流器。

进一步地，所述直流环节单元通过牵引逆变器与牵引电机连接。

进一步地，所述轨道车辆的混合动力系统还包括：控制单元，用于控制所述轨道车辆进入电力牵引控制模式或者内燃驱动控制模式。

进一步地，所述控制单元包括：主断路器；所述主断路器处于闭合状态时，所述轨道车辆为电力牵引控制模式；所述主断路器处于断开状态时，所述轨道车辆为内燃驱动控制模式。

进一步地，所述轨道车辆的混合动力系统还包括：辅助供电单元，与所述直流环节单元连接，且与所述牵引逆变器、牵引电机并联设置。

进一步地，所述辅助供电单元包括：辅助变流器、充电机以及蓄电池；其中，所述辅助变流器与所述中间环节连接。

进一步地，所述轨道车辆的两端分别设置有两个电动力单元。

进一步地，所述轨道车辆的两端分别设置有两个内燃动力单元。

进一步地，所述轨道车辆的混合动力系统还包括：冷却单元，用于对所述混合动力系统进行冷却。

本发明的另一个方面是提供一种高速动车组，包括：动力转向架以及混合动力系统，所述混合动力系统用于驱动所述动力转向架中的车轮运行；

其中，所述混合动力系统为前述任一项所述的轨道车辆的混合动力系统。

本发明提供的轨道车辆的混合动力系统以及高速动车组，通过在电动力单元设置独立的第一整流器，在内燃动力单元中设置独立的第二整流器，能够减少整流器的切换匹配环节，简化混合动力系统的控制环节，降低混合动力系统的控制难度，并且，能够避免现有技术中网侧变流器出现故障两种供电模式都无法工作的问题，提高了轨道车辆的运行可靠性。

附图说明

图1为本发明实施例轨道车辆的混合动力系统的结构示意图；

图2为本发明实施例轨道车辆的牵引变压器、第一整流器、直流环节单元、牵引逆变器以及辅助变流器的电气原理图。

具体实施方式

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。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

需要说明的是，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”仅用于方便描述不同的部件，而不能理解为指示或暗示顺序关系、相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。

图1为本发明实施例轨道车辆的混合动力系统的结构示意图；图2为本发明实施例轨道车辆的牵引变压器、第一整流器、直流环节单元、牵引逆变器以及辅助变流器的电气原理图。

请参照图1-2，本实施例提供一种轨道车辆的混合动力系统，包括：电动力单元、内燃动力单元以及直流环节单元300。

其中，电动力单元、内燃机动力组都与直流环节单元300连接。

电动力单元包括：受电弓110、牵引变压器120、第一整流器130。

内燃动力单元包括：柴油发电机210以及第二整流器220。

具体地，受电弓110用于将接触网的交流电引入牵引变压器120，牵引变压器120用于对该交流电进行降压，并将其输出电压作为第一整流器130的输入电压，第一整流器130具备对单相交流电进行整流的功能，第一整流器130将其整流后的直流电输出给直接环节单元；其中，第一整流器130可以包括两个四象限整流器。

当没有接触网或者电动力单元出现故障时，通过蓄电池启动柴油发电机210，通过燃烧柴油获取电能，并将其输出电压作为第二整流器220的输入电压，第二整流器220具备对三相电进行整流的功能，第二整流器220将其整流后的直流电输出给直接环节单元。

当然，本实施例中的柴油发电机210也可以由汽油发电机、天然气等发电机代替。

本实施例提供的轨道车辆的混合动力系统，通过在电动力单元设置独立的第一整流器130，在内燃动力单元中设置独立的第二整流器220，能够减少整流器的切换匹配环节，简化混合动力系统的控制环节，降低混合动力系统的控制难度，并且，能够避免现有技术中网侧变流器出现故障两种供电模式都无法工作的问题，提高了轨道车辆的运行可靠性。

其中，两种供电模式分别为由电动力单元供电的电力牵引控制模式、有柴油发电机210供电的内燃驱动控制模式。

进一步地，直流环节单元300通过牵引逆变器400与牵引电机500连接。

具体地，直流环节单元300连接两个牵引逆变器400，每个牵引逆变器400为两台并列的牵引电机500供电。其中，牵引逆变器400为脉宽调制(PWM)逆变器，牵引电机500采用并联供电方式，以保证牵引电机500负荷分配均匀。

进一步，轨道车辆的混合动力系统还包括：控制单元，用于控制轨道车辆进入电力牵引控制模式或者内燃驱动控制模式；控制单元可以包括主断路器。

具体地，当进入电气化线路时，轨道车辆通过受电弓110受流，主断路器闭合后，动车组进入电力牵引控制模式，由电动力单元向直流环节单元300供电，并通过牵引逆变器400将中间直流电压转换为三相VVVF交流电驱动牵引电机500运行。当将要进入非电气化线路时，内燃发电机组的柴油发电机210通过蓄电池起动，当检测到柴油发电机210的输出电压满足第二整流器220的工作要求时，柴油发电机210断开，受电弓110降下，轨道车辆进入内燃驱动控制模式，由内燃动力单元向直流环节单元300供电，并通过牵引逆变器400将中间直流电压转换为三相VVVF交流电驱动牵引电机500运行。

进一步地，轨道车辆的混合动力系统还包括：辅助供电单元600，与直流环节单元300连接，且与牵引逆变器400、牵引电机500并联设置。

具体地，辅助供电单元600包括：辅助变流器、充电机以及蓄电池等部件；其中，辅助变流器与中间环节连接；辅助供电单元600可以用于为其它用电设备进行供电。

本实施例中，在内燃驱动控制模式下，轨道车辆的制动能量还可以由辅助供电单元600吸收，实现能量的循环利用；在电力牵引控制模式下，轨道车辆的制动能量可以通过第一整流器130回馈至接触网，供线路上的其他车辆使用，以节约能源。

进一步地，轨道车辆的两端分别设置有两个电动力单元；轨道车辆的两端分别设置有两个内燃动力单元。

本实施例中，轨道车辆采用两端集中供电。轨道车辆的两端分别设置两个独立动力装置，每个独立动力装置均包括电动力单元、内燃动力单元、直接环节单元、牵引逆变器400以及牵引电机500；当其中一个独立动力装置出现故障时，可以单独切除该独立动力装置，而不影响其它独立动力装置的正常工作。

以轨道车辆采用8辆编组为例：在1至2车、7至8车设置电动力单元、内燃动力单元、直流环节单元300、牵引逆变器400以及牵引电机500；3至6车设置充电机和蓄电池；其中接触网为单相25kV、50Hz接触网，轨道车辆在电气化路段的最高速度为200km/h，在非电气化路段的最高速度为160km/h。

本实施例中，轨道车辆的混合动力系统还包括：冷却单元，用于对混合动力系统进行冷却。

本实施例中，轨道车辆设置有动力室和冷却室，动力室内设置有内燃动力单元，冷却室内设置有冷却单元，动力室和冷却室通过隔音墙与客室隔开。

本实施例还提供一种高速动车组，包括：动力转向架以及混合动力系统，混合动力系统用于驱动动力转向架中的车轮运行；混合动力系统为前述任一实施例中的轨道车辆的混合动力系统。

其中，混合动力系统的结构、功能与前述实施例类似，此处不再赘述。

本实施例提供的高速动车组，通过在电动力单元设置独立的第一整流器，在内燃动力单元中设置独立的第二整流器，能够减少整流器的切换匹配环节，简化混合动力系统的控制环节，降低混合动力系统的控制难度，并且，能够避免现有技术中网侧变流器出现故障两种供电模式都无法工作的问题，提高了高速动车组的运行可靠性。

本领域普通技术人员可以理解：实现上述各方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成。前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中。该程序在执行时，执行包括上述各方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。