一种应用于有轨电车储能装置的高压隔离系统的制作方法

本发明属于储能装置断电保护技术领域，更具体地，涉及一种应用于有轨电车储能装置的高压隔离系统。

背景技术：

全线无网车载储能式有轨电车由于全线不需要或者仅仅只在部分路段需要架设少量接触网，对城市景观及限高几乎无影响因而在近年得到了快速的发展。

现有的有轨电车储能装置直接挂接在列车的高压直流母线上，从而导致列车的高压直流母线始终处于带电状态；因此目前的储能式有轨电车在登车顶作业前均需要对车载储能装置进行放电操作，从而保证登顶作业人员安全。待车顶作业完成后，需再次对列车进行充电或采用公铁两用车牵引，列车才能移动。根据车辆修程修制，有轨电车一般有日检、周检、月检、定修、架修及大修共计6个修程，其中部分日检、全部月检及以上修程均有登车顶作业内容，因此若每次登顶作业前均对列车进行放电操作，将储能装置中的残余电量全部释放，将造成储能装置电能的极大浪费，并且还增加了车辆段内列车充放电装置的设置数量；此外，若每次登顶作业前后均对列车进行“放电-充电”操作，极大的影响了工作效率。

为提高登顶作业效率，降低运营成本，需尽量避免每次登顶作业均将列车储能装置的剩余电量完全释放，因此怎样在能保证检修人员人身安全的前提下合理的解决列车车载储能装置的高压隔离问题是急需解决的关键技术。

技术实现要素：

针对现有技术的至少一个缺陷或改进需求，本发明提供了一种应用于有轨电车储能装置的高压隔离系统，其目的在于解决现有的有轨电车在登顶作业前后需要对储能装置进行“放电-充电”操作，造成储能装置电能的极大浪费，并且增加了车辆段内列车充放电装置的设置数量，极大的影响工作效率的问题。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种应用于有轨电车储能装置的高压隔离系统，包括双向dc/dc变换器和预充电电路；所述双向dc/dc变换器放置在列车内部，其一端与高压母线相连，另一端通过所述预充电电路与储能装置相连；

所述预充电电路在列车休眠检修时断开，以切断高压母线与储能装置之间的通电回路，使高压母线处于无电状态。

优选的，上述高压隔离系统，其预充电电路在有接触网区段时导通，双向dc/dc变换器通过高压母线获取接触网提供的高压电并将其转换为储能装置所需的电压，以对储能装置充电。

优选的，上述高压隔离系统，其预充电电路在无接触网区段时导通，双向dc/dc变换器将储能装置输出的电压转换为高压母线对应的高压直流电，以驱动列车行驶。

优选的，上述高压隔离系统，还包括与高压母线相连的牵引装置，所述牵引装置在有接触网区段时直接通过高压母线获取接触网提供的高压直流电以驱动列车行驶；在无接触网区段时，通过高压母线获取储能装置输出的电压以驱动列车行驶。

优选的，上述高压隔离系统，其牵引装置还用于在列车制动时将牵引装置自身产生的交流电整流为直流电，并通过双向dc/dc变换器向储能装置充电，实现制动能量回收。

优选的，上述高压隔离系统，其牵引装置包括牵引逆变器和牵引电机；

所述牵引逆变器的一端与高压母线相连，另一端与牵引电机相连；

牵引逆变器用于获取高压母线上的高压直流电，将高压直流电逆变为三相交流电以驱动牵引电机。

优选的，上述高压隔离系统，其牵引逆变器还用于将牵引电机制动时发电产生的交流电整流为直流电。

优选的，上述高压隔离系统，还包括制动电阻；所述制动电阻的一端与储能装置相连，另一端与牵引逆变器相连。

优选的，上述高压隔离系统，其预充电电路设于双向dc/dc变换器和储能装置的正极端之间，包括接触器k11、熔断器f1，以及串联后与所述接触器k11并联的接触器k21和限流电阻r11。

优选的，上述高压隔离系统，其预充电电路与储能装置之间还设有手动开关。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：

(1)本发明提供的应用于有轨电车储能装置的高压隔离系统，将用于给储能装置充放电的双向dc/dc变换器设置在列车牵引箱内，储能装置由双向dc/dc变换器进行充放电的控制，而不是直接挂在高压母线上，解决了高压母线始终带电的问题；预充电电路在列车休眠检修时断开，以切断高压母线与储能装置之间的通电回路，使高压母线处于无电状态，因此在登顶作业前无需对列车进行放电操作，能极大的缩短登顶作业的准备时间，提高了列车检修作业效率；并且也避免了储能装置中残余电量的浪费；同时还减少了车辆段内列车充放电装置的设置数量，降低了成本；在保证检修人员人身安全的前提下，显著提高了列车运营检修效率，降低了运营成本，具有显著的经济效益。

(2)本发明提供的应用于有轨电车储能装置的高压隔离系统，在无接触网区段，车辆加速时，车载储能装置输出能量，双向dc/dc变换器作为升压斩波器，将超级电容的电压升高至直流母线电压，提供牵引功率；车辆减速和停车时，双向dc/dc变换器作为降压斩波器，将母线电压降低后对储能装置充电；同时在有接触网区域，若超级电容容量不满，通过接触网可持续为超级电容充电，可很好的解决大长坡道列车爬坡问题。

附图说明

图1是本发明提供的应用于有轨电车储能装置的高压隔离系统的逻辑框图；

图2是本发明实施例提供的高压隔离系统的逻辑框图；

图3是本发明实施例提供的高压隔离系统的电路图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

现有的有轨电车储能装置直接挂接在列车的高压直流母线上，从而导致列车的高压直流母线始终处于带电状态；因此在登车顶作业前均需要对车载储能装置进行放电操作，从而保证登顶作业人员安全；为了实现在储能式有轨电车的储能装置带电的前提下，无需对储能装置进行放电操作即可登顶进行车顶检修作业，本发明提供了一种应用于有轨电车储能装置的高压隔离系统，如图1所示，该高压隔离系统包括双向dc/dc变换器和预充电电路；该双向dc/dc变换器放置在列车的牵引箱内，其一端与高压母线相连，另一端通过预充电电路与储能装置相连；

该预充电电路在列车休眠检修时断开，以切断高压母线与储能装置之间的通电回路，使高压母线处于无电状态，有轨电车除储能装置外，其他设备均不带电；因此在登顶检修作业不需要将储能装置的残余电量完全放光，在检修作业完成后，列车储能装置中仍然是有电状态；从而在极大的提高列车检修作业效率的同时避免了列车残余电量的浪费，降低了运营费用。

下面通过具体的实施例对本发明提供的高压隔离系统的结构和工作原理进行说明。

本实施例以3模块有轨电车为例进行，整个列车共设2个动力转向架，每个动力转向架共设2根车轴，每根车轴设1台牵引电机。在长大坡道挂网行驶时，列车可直接由接触线引电至高压直流母线，然后分别通过2台牵引逆变器向同一转向架上两根车轴的2台牵引电机供电。在无网区段由车载储能供电时，超级电容经双向dc/dc变换器向高压直流母线供电，再分别通过牵引逆变器1给牵引电机1供电，通过牵引逆变器2给牵引电机2供电。此种构型可以保证任一组部件损坏，每个转向架只损失1/2动力，整个列车共2个转向架只损失1/4动力，确保列车在部件损坏时仍然可以稳定可靠的运行。双向dc/dc变换器在保持变换器两端直流电压极性不变的情况下，根据实际需要完成能量双向传输，可大幅度减轻系统体积、重量及成本。

图2是本实施例提供的应用于有轨电车储能装置的高压隔离系统的逻辑框图，如图2所示，高压隔离系统中的预充电电路在有接触网区段时导通，列车通过接触网充电，充电时列车的受电弓从接触线上引入dc750v直流电，经二极管钳位后引入双向dc/dc变换器；此时双向dc/dc变换器作为降压斩波器使用，将750v直流电降低为储能电容所需的410～550v直流电，通过预充电电路给超级电容充电；同时，当列车受电弓与接触线导通时，列车的牵引逆变器还可直接从高压直流母线得电，将直流750v电源逆变为三相交流电后，驱动牵引电机运行，以此实现了列车边充电边运行；此工况可对应于列车在长大坡道区间采用挂网方式通行时使用。

在无接触网区段时，列车通过超级电容储能驱动，此时预充电电路导通，双向dc/dc变换器作为升压斩波器使用，将超级电容输出的500v直流电升高为高压直流母线对应的750v直流电，再通过牵引逆变器逆变为三相交流电，用于驱动列车行驶。

当列车休眠检修时，双向dc/dc变换器停止工作不会对外放电，预充电电路断开，以切断高压母线与储能装置之间的通电回路，使高压母线处于无电状态，有轨电车除储能装置外，其他设备均不带电；因此在登顶检修作业不需要将储能装置的残余电量完全放光，在检修作业完成后，列车储能装置中仍然是有电状态；从而在极大的提高列车检修作业效率的同时避免了列车残余电量的浪费，降低了运营费用。

当列车处于制动工况时，则牵引逆变器作为两电平整流器使用，牵引电机作为发电机使用，牵引电机制动时发电产生的交流电将首先通过牵引逆变器整流为直流电，再通过双向dc/dc变换器向超级电容充电，实现制动能量回收。

本实施例提供的高压隔离系统中还包括制动电阻；制动电阻的一端与超级电容相连，另一端与牵引逆变器相连；当列车制动时，牵引电机由牵引工况转为发电工况；若此时超级电容电量不足，则牵引电机发出的三相交流电经牵引逆变器整流为直流电后通过dc/dc变换器给超级电容充电；若此时超级电容的电量较为充足，则牵引电机制动时发出的三相交流电通过制动电阻转换为热量进行消耗，避免基础制动装置的磨耗。

图3是本实施例提供的高压隔离系统的电路图，如图3所示，双向dc/dc变换器可采用双向cuk变换器、双向半桥buck/boost变换器等方式，本实施例中，双向dc/dc变换器包括基于igbt模块的双向半桥电路(由两个igbt功率原件、两个二极管构成)、电压传感器vh11、电流传感器lh14和储能电感r3，igbt功率原件上管连接到高压母线、下管连接到负线。当列车受电弓升起，由dc750v接触网供电时，则双向dc/dc电路从牵引主电路取电，igbt功率原件按一定频率打开/关断，对输入dc750v直流电进行限流降压后对超级电容充电。当列车处于无dc750v接触网区段，由超级电容供电时，通过igbt功率原件下管按一定频率打开，对超级电容输出进行升压斩波，为牵引主电路及辅助变流器提供稳定的dc750v直流电。

预充电电路包括接触器k11、k21、电阻r11、熔断器f1和手动开关，电路刚接通时，闭合k21、断开k11，通过电阻r11限制电流，在充电起始阶段保护超级电容；预充电完成后，闭合k11、断开k21，正常对超级电容进行充电。熔断器f1用于电路过流保护，可选用小电流保险丝；当列车休眠检修时，同时断开接触器k11和k21，则预充电电路断开，切断了高压母线与超级电容之间的通电回路，使高压母线处于无电状态。作为本实施例的一个优选，预充电电路和超级电容之间还设有手动开关，通过该手动开关同样可控制预充电电路的闭合或断开。

相比于现有的需要对储能装置放电才能登顶的有轨电车，本发明提供的应用于有轨电车储能装置的高压隔离系统，首先能极大的提高列车检修作业效率；另一方面，由于不需要对储能装置进行放电，可以大大的减少列车残余电量的浪费，降低运营费用；同时由于登顶作业不需要对列车进行放电操作，列车在检修作业完成后依然是有电的，因此段内的充放电装置数量也可相应减少；在保证检修人员人身安全的前提下，显著提高了列车运营检修效率，降低了运营成本，具有显著的经济效益。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。