储能型高速重载列车及其滚动试验系统

本发明涉及高速、重载列车控制与牵引动力学试验方法及系统，特别是针对未来智能高速列车短距追踪技术、新型重载组合列车虚拟重联协同技术的试验验证，以及列车控制与牵引动力学性能的优化完善。

背景技术：

1、高速与重载是铁路发展的两大主要方向，随着轨道交通发展的迫切需要，需要开展新一代高速列车、重载列车等重大轨道交通理论和技术架构创新，实现高效率、高安全、高品质服务，对此，新型试验体系的建立更为迫切。现有技术未提供相关试验体系。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是，针对新型高速列车、重载列车不同系统进行列车运行智能控制及牵引动力学试验，提供一种储能型高速重载列车及其滚动试验系统，即提供牵引滚动运行平台，实现新型高速列车、重载组合列车虚拟编组牵引运行追踪控制的基础上试验列车牵引动力学性能。

2、为解决上述技术难题，本发明所采用的技术方案是：一种储能型高速重载列车滚动试验系统，包括：

3、供电主回路；

4、牵引传动系统，包括牵引驱动模组，与所述牵引驱动模组连接的牵引电机；所述牵引电机与变矩传动模组连接；所述变矩传动模组通过电磁离合器驱动对应轮对转动；所述牵引驱动模组与所述供电主回路电连接；

5、辅助系统，包括用于冷却所述牵引驱动模组的牵引变流器风机，用于冷却所述牵引电机的牵引电机通风机，用于冷却所述变矩传动模组的齿轮箱冷却站；所述牵引变流器风机、牵引电机通风机、齿轮箱冷却站均与交流电源连接；

6、升降桥架及引导轨系统，包括与所述交流电源连接的液压系统，所述液压系统用于驱动升降桥架及引导轨；

7、所述供电主回路、牵引传动系统、辅助系统、升降桥架及引导轨系统均与信息处理及控制系统通信。

8、所述供电主回路系统包括依次连接的高压电容支撑模组、直流三电平变换模组、储能系统模组和充电机；所述高压电容支撑模组、直流三电平变换模组、储能系统模组均与所述信息处理及控制系统通信。

9、所述变矩传动模组包括高速齿轮箱和中速齿轮箱；所述高速齿轮箱通过同步联轴节与所述中速齿轮箱连接；所述高速齿轮箱通过第一电磁离合器控制第一轮对转动；所述中速齿轮箱通过第二电磁离合器控制第二轮对转动。

10、1、所述液压系统包括液压站；所述液压站与所述交流电源电连接；所述液压站通过第一液压阀、第二液压阀与液压缸连通；所述液压缸用于驱动桥架及引导轨系统抬升或下降。

11、2、所述信息处理及控制系统向所述牵引驱动模组发送牵引/制动指令、调速级位信号、运行方向信号、外部充电短接状况信号、主接触器状况信号、电机转速信号、温度信号，控制牵引驱动模组运行，同时获取牵引驱动模组的牵引/制动力矩、牵引逆变电压、电机电流、温度、逆变电力电子器件运行工况反馈信息；以及，采集牵引电机的温度及速度信号进行牵引控制。

12、3、所述信息处理及控制系统控制液压站启动/停止，通过抬升控制液压阀向升/降液压缸充油，以及控制下降控制液压阀得电，向升/降液压缸hc排油。

13、4、所述信息处理及控制系统控制第一电磁离合器、第二电磁离合器接合/分离，并获取第一轮对及第二轮对的转速、振动频谱及温度。

14、信息处理及控制系统包括：

15、平台资源虚拟化层prvl，用于构建虚拟化线路所需的设备，完成运行场景的构建，并与地面牵引滚动运行支撑层gtrl交换列车属性、运行线路区段及列车目标-距离曲线、线路纵断面、线路限速、线路环境信息；

16、地面牵引滚动运行支撑层gtrl，用于在构建的运行场景内模拟列车运行，即模拟列车在区间线路内以约束条件运行，所述约束条件包括所试验列车对应的列车目标-距离曲线、线路纵断面、线路限速、线路环境场景；

17、车-地异地实时数据联动层vgdl，用于实现地面牵引滚动运行支撑层gtrl与半实物仿真及数据注入层hsil的数据交互；

18、半实物仿真及数据注入层hsil，输入为列车实验运行的牵引/制动特性曲线，列车牵引/制动的包络线，根据列车运行工况-线路纵断面参数进行列车动力学的激扰设置，同时进行列车控制系统与牵引传动系统中控制异常指令、反馈参数、部件、电气线路的故障设置，进行列车编组参数设置及故障模拟；

19、列车模拟运行试验层tstl，与所述半实物仿真及数据注入层hsil进行数据交互，实现高速列车、重载列车的列车控制与牵引动力学试验；

20、应用及人机接口层amil，用于与列车模拟运行试验层tstl进行数据交互，进行列车属性、运行线路区段及列车目标-距离曲线、线路纵断面、线路限速、线路环境以及滚动试验台运行参数的设置，以及滚动运行平台、列车的信息显示、远程交互。

21、本发明还提供了一种储能型高速重载列车，其采用上述的储能型高速重载列车滚动试验系统。

22、本发明通过构建地面牵引滚动台与列车动力转向架“背靠背”对滚方式来进行新型高速、重载列车控制与牵引动力学试验，以便进行列车控制的关键理论与方法研究，建立了适合高转速及大扭矩相兼容的牵引传动系统、储能及供电可控直流变换系统、大容量高压支撑中间回路，可实现快速大负荷下的双向能量转换。同时，通过建立平台资源虚拟化层、地面牵引滚动运行支撑层、列车模拟运行试验层、车-地异地实时数据联动层、半实物仿真及数据注入层、应用及人机接口层的高速、重载列车数字化整体牵引运行试验架构，基于车-线-环境工况下列车半实物模拟的虚实结合方式实现列车虚拟编组列车运行试验，并通过地面牵引滚动运行试验台控制系统及列车车辆平台控制系统同步切换来实现高速、重载列车控制与牵引动力学试验。

23、本发明所具有的有意效果为：本发明构建了储能型列车控制与牵引动力学试验台，改变传统外部供电、列车控制与牵引动力学试验的松耦合模式，根据列车装备、线路、信号及列车协同运行融合特征方式形成跨域异地多车虚实结合的半实物仿真试验系统，基于轨道运行线路参数及列车的牵引/制动特性控制牵引滚动实验台滚动轮的运行，实现列车在地面滚动实验台上模拟真实环境的线路运行工况，并适应高速、重载列车牵引控制运行试验或不同线路条件的运行测试，能优化列车的牵引运行动力学性能。本发明针对新一代更高速度等级的高速列车自主协同运行、重载组合列车异构协同运行以及基不同车-线-环境耦合的虚拟编组重联追踪控制，满足高速列车、重载组合列车等车-线-环境耦合的牵引运行功能的验证及优化。同时，本发明根据列车装备、线路、信号及列车协同运行融合特征方式形成跨域异地多车虚实结合的半实物仿真试验为新型技术路线，实现高速列车、重载列车的切换试验，以及列车协同运行控制的沉浸式场景试验。本发明的技术路线强调基于资源共享及信息融合上的系统构建，为智能化高速、重载列车的发展打下了基础。

技术特征：

1.一种储能型高速重载列车滚动试验系统，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的储能型高速重载列车滚动试验系统，其特征在于，所述供电主回路系统包括依次连接的高压电容支撑模组、直流三电平变换模组、储能系统模组和充电机；所述高压电容支撑模组、直流三电平变换模组、储能系统模组均与所述信息处理及控制系统通信。

3.根据权利要求1所述的储能型高速重载列车滚动试验系统，其特征在于，所述变矩传动模组包括高速齿轮箱和中速齿轮箱；所述高速齿轮箱通过同步联轴节与所述中速齿轮箱连接；所述高速齿轮箱通过第一电磁离合器控制第一轮对转动；所述中速齿轮箱通过第二电磁离合器控制第二轮对转动。

4.根据权利要求1所述的储能型高速重载列车滚动试验系统，其特征在于，所述液压系统包括液压站；所述液压站与所述交流电源电连接；所述液压站通过第一液压阀、第二液压阀与液压缸连通；所述液压缸用于驱动桥架及引导轨系统抬升或下降。

5.根据权利要求1所述的储能型高速重载列车滚动试验系统，其特征在于，所述信息处理及控制系统向所述牵引驱动模组发送牵引/制动指令、调速级位信号、运行方向信号、外部充电短接状况信号、主接触器状况信号、电机转速信号、温度信号，控制牵引驱动模组运行，同时获取牵引驱动模组的牵引/制动力矩、牵引逆变电压、电机电流、温度、逆变电力电子器件运行工况反馈信息；以及，采集牵引电机的温度及速度信号进行牵引控制。

6.根据权利要求1所述的储能型高速重载列车滚动试验系统，其特征在于，所述信息处理及控制系统控制液压站启动/停止，通过抬升控制液压阀向升/降液压缸充油，以及控制下降控制液压阀得电，向升/降液压缸hc排油。

7.根据权利要求1所述的储能型高速重载列车滚动试验系统，其特征在于，所述信息处理及控制系统控制第一电磁离合器、第二电磁离合器接合/分离，并获取第一轮对及第二轮对的转速、振动频谱及温度。

8.根据权利要求1～7之一所述的储能型高速重载列车滚动试验系统，其特征在于，信息处理及控制系统包括：

9.一种储能型高速重载列车，其特征在于，其采用权利要求1～8之一所述的储能型高速重载列车滚动试验系统。

技术总结
本发明公开了一种储能型高速重载列车及其滚动试验系统，构建储能型列车控制与牵引动力学试验台，改变传统外部供电、列车控制与牵引动力学试验松耦合模式，构建储能系统模组、直流变换模组、高压电容支撑模组、传动模组、牵引驱动模组、辅助系统模组、可控升降桥架及引导轨模组、实时通信的信息处理及控制模组，基于轨道运行线路参数及列车的牵引/制动特性控制牵引滚动实验台滚动轮的运行，实现列车在地面滚动实验台上模拟真实环境的线路运行工况，并适应高速、重载列车牵引控制运行试验或不同线路条件的运行测试。

技术研发人员：李蔚,韩锟,张文璐
受保护的技术使用者：中南大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13