一种轨道车辆供电系统的制作方法

本发明涉及轨道交通技术领域，更具体的说，是涉及一种轨道车辆供电系统。

背景技术：

目前国内外许多轨道车辆，例如中低速磁浮车辆、地铁车辆、轻轨、跨座式单轨等，其外部供电方式采用直流供电方式，但在轨道交通领域，有许多轨道车辆除了依靠直流供电方式供电之外，还依靠蓄电池作为牵引或者辅助牵引进行供电，主要是考虑到车辆无外部电源供电的情况下，通过蓄电池提供车辆的牵引电能需要。

但目前给轨道车辆提供直流供电结合蓄电池供电的供电系统，存在着不节能的问题。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明提供了一种轨道车辆供电系统，以解决现有技术中的供电系统不节能的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种轨道车辆供电系统，所述轨道车辆供电系统至少包括：直流供电电源、逆变器、交流电机、升/降压斩波器以及牵引蓄电池；所述直流供电电源包括：直流供电轨正极以及直流供电轨负极；所述升/降压斩波器至少包括：并联的升压器件以及降压器件，以及三个单刀双掷开关km1、km2、km3；

所述直流供电轨正极、降压器件的输入端正极、升压器件的输入端正极以及逆变器的直流侧正极相连；

并且所述直流供电轨负极、所述降压器件的输入端负极、所述升压器件的输入端负极、所述升压器件的输出端负极、所述降压器件的输出端负极相连，所述直流供电轨负极与单刀双掷开关km1的其中一个静触点相连接，所述单刀双掷开关km1的另外一个静触点悬空，所述单刀双掷开关km1的动触点与逆变器的直流侧负极以及所述牵引蓄电池的负极端相连接；

所述降压器件的输入端负极还与单刀双掷开关km3的其中一个静触点相连接，降压器件的输出端正极与所述单刀双掷开关km3另外一个静触点相连接，所述单刀双掷开关km3的动触点与单刀双掷开关km2其中一个静触点相连接，所述单刀双掷开关km2另外一个静触点与升压器件的输出端正极相连接，所述单刀双掷开关km2的动触点与牵引蓄电池的正极端相连接；

所述逆变器的交流侧与交流电机相连接。

优选的，所述单刀双掷开关km1、km2、km3的触点连接关系包括：

所述单刀双掷开关km1的动触点与悬空的静触点相连接，所述单刀双掷开关km3的动触点与与降压器件的输入端负极连接的静触点相连接，所述单刀双掷开关km2的动触点与与单刀双掷开关km3连接的静触点相连接。

优选的，所述单刀双掷开关km1、km2、km3的触点连接关系包括：

所述单刀双掷开关km1的动触点与与直流供电轨负极连接的静触点相连接，所述单刀双掷开关km3的动触点与与降压器件的输出端正极连接的静触点相连接，所述单刀双掷开关km2的动触点与与单刀双掷开关km3连接的静触点相连接。

优选的，所述单刀双掷开关km1、km2、km3的触点连接关系包括：

所述单刀双掷开关km1的动触点与与直流供电轨负极连接的静触点相连接，所述单刀双掷开关km3的动触点与与降压器件的输出端正极连接的静触点相连接，所述单刀双掷开关km2的动触点与与升压器件的输出端正极连接的静触点相连接。

优选的，所述单刀双掷开关km1、km2、km3的触点连接关系包括：

所述单刀双掷开关km1的动触点与与直流供电轨负极连接的静触点相连接，所述单刀双掷开关km3的动触点与与降压器件的输出端正极连接的静触点相连接，所述单刀双掷开关km2的动触点与与单刀双掷开关km3连接的静触点相连接。

经由上述的技术方案可知，本发明实施例公开了一种轨道车辆供电系统，所述轨道车辆供电系统至少包括：直流供电电源、逆变器、交流电机、升/降压斩波器以及牵引蓄电池；所述直流供电电源包括：直流供电轨正极以及直流供电轨负极；所述升/降压斩波器至少包括：并联的升压器件以及降压器件，以及三个单刀双掷开关km1、km2、km3；所述直流供电轨正极、降压器件的输入端正极、升压器件的输入端正极以及逆变器的直流侧正极相连；并且所述直流供电轨负极、所述降压器件的输入端负极、所述升压器件的输入端负极、所述升压器件的输出端负极、所述降压器件的输出端负极相连，所述直流供电轨负极与单刀双掷开关km1的其中一个静触点相连接，所述单刀双掷开关km1的另外一个静触点悬空，所述单刀双掷开关km1的动触点与逆变器的直流侧负极以及所述牵引蓄电池的负极端相连接；所述降压器件的输入端负极还与单刀双掷开关km3的其中一个静触点相连接，降压器件的输出端正极与所述单刀双掷开关km3另外一个静触点相连接，所述单刀双掷开关km3的动触点与单刀双掷开关km2其中一个静触点相连接，所述单刀双掷开关km2另外一个静触点与升压器件的输出端正极相连接，所述单刀双掷开关km2的动触点与牵引蓄电池的正极端相连接；所述逆变器的交流侧与交流电机相连接。通过单刀双掷开关km1、km2、km3的动作，将直流供电电源以及牵引蓄电池两端的电压都加载到逆变器输入端，能够显著提高逆变器输入端的端电压，再通过合理调节逆变器输出电压，从而使得车辆在更高的速度点就进入再生制动工作模式，这样交流电机可以回馈更多的能量到电网，达到节能的目的。

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为本发明实施例提供的一种轨道车辆供电系统的电路结构图；

图2为本发明实施例提供的一种具体的轨道车辆供电系统的电路结构图；

图3为本发明实施例提供的另一种具体的轨道车辆供电系统的电路结构图；

图4为本发明实施例提供的又一种具体的轨道车辆供电系统的电路结构图；

图5为本发明实施例提供的又一种具体的轨道车辆供电系统的电路结构图。

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。

再生制动亦称反馈制动，是一种使用在电动车辆上的制动技术。在制动时把车辆的动能转化及储存起来；而不是变成无用的热。

再生制动在制动工况将电动机切换成发电机运转，利用车的惯性带动电动机转子旋转而产生反转力矩，将一部分的动能或势能转化为电能并加以储存或利用，因此这是一个能量回收的过程。

目前给轨道车辆提供直流供电结合蓄电池供电的供电系统在轨道车辆制动的过程中，由于施加给逆变器输入端的端电压不高，逆变器输出端的端电压也不高，导致交流电机再生制定的速度点比较低，车辆再生制动的工作区间(速度范围)比较短，只能回馈少量的电能到电网。也就是说，单靠上述供电系统无法使得轨道车辆的再生制动工作区间(速度范围)延长，列车不够节能。

本发明实施例为了能够将轨道车辆的再生制动的工作区间(速度范围)延长，使得列车能够回馈更多的能量到电网，以达到更节能的目的，，提供了如下一种轨道车辆供电系统。

如图1所示，为本申请实施例公开的一种轨道车辆供电系统的电路结构图，本申请实施例公开的轨道车辆供电系统至少包括：直流供电电源0、逆变器3、交流电机4、升/降压斩波器5以及牵引蓄电池6；

所述直流供电电源0包括：直流供电轨正极1以及直流供电轨负极2；

所述升/降压斩波器5至少包括：并联的升压器件7以及降压器件8，以及三个单刀双掷开关km1、km2、km3；

所述直流供电轨正极1、降压器件8的输入端正极、升压器件7的输入端正极以及逆变器3的直流侧正极相连；

并且所述直流供电轨负极2、所述降压器件8的输入端负极、所述升压器件7的输入端负极、所述升压器件7的输出端负极、所述降压器件8的输出端负极相连，所述直流供电轨负极2与单刀双掷开关km1的其中一个静触点相连接，所述单刀双掷开关km1的另外一个静触点悬空，所述单刀双掷开关km1的动触点与逆变器3的直流侧负极以及所述牵引蓄电池6的负极端相连接；

所述降压器件8的输入端负极还与单刀双掷开关km3的其中一个静触点相连接，降压器件8的输出端正极与所述单刀双掷开关km3另外一个静触点相连接，所述单刀双掷开关km3的动触点与单刀双掷开关km2其中一个静触点相连接，所述单刀双掷开关km2另外一个静触点与升压器件7的输出端正极相连接，所述单刀双掷开关km2的动触点与牵引蓄电池6的正极端相连接；

所述逆变器3的交流侧与交流电机4相连接。

需要说明的是，直流供电轨正极1以及直流供电轨负极2为整个车辆牵引系统提供直流1500v或直流750v的外部电能。

本发明实施例通过单刀双掷开关km1、km2、km3的动作，将直流供电电源以及牵引蓄电池两端的电压都加载到逆变器输入端，能够显著提高逆变器输入端的端电压，通过合理调节逆变器输出电压，从而使得车辆在更高的速度点就进入再生制动工作模式，也即再生制动的工作区间(速度范围)延长，这样交流电机可以回馈更多的能量到电网，车辆更节能。

本发明实施例中的上述电路结构，升/降压斩波器5内部具备更多的工作模式转换功能，例如：降压充电模式、升压牵引模式、再生制动模式等，各种模式的切换通过升/降压斩波器5内部的切换开关km1、km2、km3来实现，从而丰富电路结构，使电路具有更多的功能。

需要说明的是，本发明实施例中切换开关km1、km2、km3的动作功能可用通过软件程序实现，也可利用专门的可编程逻辑控制器实现，本发明实施例不做具体限定。

如图2所示，为本申请实施例公开的一种具体的轨道车辆供电系统的电路结构图，本申请实施例公开的轨道车辆供电系统至少包括：直流供电电源0、逆变器3、交流电机4、升/降压斩波器5以及牵引蓄电池6；

所述直流供电电源0包括：直流供电轨正极1以及直流供电轨负极2；

所述升/降压斩波器5至少包括：并联的升压器件7以及降压器件8，以及三个单刀双掷开关km1、km2、km3；

所述直流供电轨正极1、降压器件8的输入端正极、升压器件7的输入端正极以及逆变器3的直流侧正极相连；

并且所述直流供电轨负极2、所述降压器件8的输入端负极、所述升压器件7的输入端负极、所述升压器件7的输出端负极、所述降压器件8的输出端负极相连，所述直流供电轨负极2与单刀双掷开关km1的其中一个静触点相连接，所述单刀双掷开关km1的另外一个静触点悬空，所述单刀双掷开关km1的动触点与逆变器3的直流侧负极以及所述牵引蓄电池6的负极端相连接，所述单刀双掷开关km1的动触点与悬空的静触点相连接；

所述降压器件8的输入端负极还与单刀双掷开关km3的其中一个静触点相连接，降压器件8的输出端正极与所述单刀双掷开关km3另外一个静触点相连接，所述单刀双掷开关km3的动触点与单刀双掷开关km2其中一个静触点相连接，所述单刀双掷开关km2另外一个静触点与升压器件7的输出端正极相连接，所述单刀双掷开关km2的动触点与牵引蓄电池6的正极端相连接，所述单刀双掷开关km3的动触点与与降压器件8的输入端负极连接的静触点相连接，所述单刀双掷开关km2的动触点与与单刀双掷开关km3连接的静触点相连接；

所述逆变器3的交流侧与交流电机4相连接。

在接收到制动指令的情况下，将所述单刀双掷开关km1的动触点与悬空的静触点相连接，所述单刀双掷开关km3的动触点与与降压器件的输入端负极连接的静触点相连接，所述单刀双掷开关km2的动触点与与单刀双掷开关km3连接的静触点相连接；轨道车辆供电系统进入扩大再生制动范围工作模式，逆变器3工作在整流状态，升/降压斩波器5工作在直通状态(所述升/降压斩波器5中的单刀双掷开关km1的触点b和触点c导通，单刀双掷开关km2的触点b和触点c导通，单刀双掷开关km3的触点b和触点c导通)，此时牵引蓄电池6处于再生能量充电状态，见图2，电流有一个方向流动：从逆变器3的直流侧正极依次经线路②、线路①到达直流供电轨正极1，再经过外部变电所、直流供电轨负极2、线路⑤、km3的触点b和触点c、km2的触点b和触点c、线路⑧进入牵引蓄电池6的正极，后从牵引蓄电池6的负极流出经线路⑦、线路③回到逆变器3的直流侧负极，如环路e所示。

上述工作状态下，通过将单刀双掷开关km1的触点b和触点c导通，单刀双掷开关km2的触点b和触点c导通，单刀双掷开关km3的触点b和触点c导通，从而将直流供电电源以及牵引蓄电池两端的电压都加载到逆变器两端，能够显著提高逆变器输入端的端电压，通过合理调节逆变器输出电压，从而使得车辆在更高的速度点就进入再生制动工作模式，这样交流电机可以回馈更多的能量到电网。，通过上述扩大再生制动范围就能够使得轨道车辆更加节能。

如图3所示，为本申请实施例公开的另一种具体的轨道车辆供电系统的电路结构图，本申请实施例公开的轨道车辆供电系统至少包括：直流供电电源0、逆变器3、交流电机4、升/降压斩波器5以及牵引蓄电池6；

所述直流供电电源0包括：直流供电轨正极1以及直流供电轨负极2；

所述升/降压斩波器5至少包括：并联的升压器件7以及降压器件8，以及三个单刀双掷开关km1、km2、km3；

所述直流供电轨正极1、降压器件8的输入端正极、升压器件7的输入端正极以及逆变器3的直流侧正极相连；

并且所述直流供电轨负极2、所述降压器件8的输入端负极、所述升压器件7的输入端负极、所述升压器件7的输出端负极、所述降压器件8的输出端负极相连，所述直流供电轨负极2与单刀双掷开关km1的其中一个静触点相连接，所述单刀双掷开关km1的另外一个静触点悬空，所述单刀双掷开关km1的动触点与逆变器3的直流侧负极以及所述牵引蓄电池6的负极端相连接，所述单刀双掷开关km1的动触点与与直流供电轨负极2连接的静触点相连接；

所述降压器件8的输入端负极还与单刀双掷开关km3的其中一个静触点相连接，降压器件8的输出端正极与所述单刀双掷开关km3另外一个静触点相连接，所述单刀双掷开关km3的动触点与单刀双掷开关km2其中一个静触点相连接，所述单刀双掷开关km2另外一个静触点与升压器件7的输出端正极相连接，所述单刀双掷开关km2的动触点与牵引蓄电池6的正极端相连接，所述单刀双掷开关km3的动触点与与降压器件8的输出端正极连接的静触点相连接，所述单刀双掷开关km2的动触点与与单刀双掷开关km3连接的静触点相连接；

所述逆变器3的交流侧与交流电机4相连接。

上述电路结构为外部正常供电情况下提供的，通过将所述单刀双掷开关km1的动触点与与直流供电轨负极2连接的静触点相连接，将所述单刀双掷开关km3的动触点与与降压器件8的输出端正极连接的静触点相连接，所述单刀双掷开关km2的动触点与与单刀双掷开关km3连接的静触点相连接，使得逆变器3工作在逆变状态，升/降压斩波器5工作在降压斩波状态(升/降压斩波器5中的单刀双掷开关km1的触点a和触点c导通，单刀双掷开关km2的触点b和触点c导通，单刀双掷开关km3的触点a和触点c导通)，此时牵引蓄电池处于充电状态，见图3，电流有两个方向流动：一是外部供电从直流供电轨正极1经线路①、线路②流入逆变器3的直流侧正极，再从逆变器3的直流侧负极流出经线路③、线路④、单刀双掷开关km1的触点a和触点c、线路⑤后流入直流供电轨负极2，如环路a所示；二是从直流供电轨正极1经线路①、⑥流入升/降压斩波器5输入端正极进入降压器件8，再经单刀双掷开关km3的触点a和触点c，单刀双掷开关km2的触点b和触点c，线路⑧流入牵引蓄电池6的正极，后从牵引蓄电池6的负极流出经线路⑦、线路④和单刀双掷开关km1的触点a和触点c、线路⑤后流入直流供电轨负极2，如环路b所示。

上述电路结构为外部正常供电情况下提供的，上述电路结构，通过将所述单刀双掷开关km1的动触点与与直流供电轨负极连接的静触点相连接，所述单刀双掷开关km3的动触点与与降压器件的输出端正极连接的静触点相连接，所述单刀双掷开关km2的动触点与与单刀双掷开关km3连接的静触点相连接。使得所述升/降压斩波器5将外部直流供电电源0降压成适当的直流提供给所述牵引蓄电池单元6，给牵引蓄电池单元6充电，同时所述逆变器3将外部直流供电电源0逆变成可变电压可变频率的交流电能提供给所述交流电机4。即利用外部点能一方面供交流电机正常工作，另一方面给牵引蓄电池单元充电，使得车辆正常运转。

如图4所示，为本申请实施例公开的另一种具体的轨道车辆供电系统的电路结构图，本申请实施例公开的轨道车辆供电系统至少包括：直流供电电源0、逆变器3、交流电机4、升/降压斩波器5以及牵引蓄电池6；

所述直流供电电源0包括：直流供电轨正极1以及直流供电轨负极2；

所述升/降压斩波器5至少包括：并联的升压器件7以及降压器件8，以及三个单刀双掷开关km1、km2、km3；

所述直流供电轨正极1、降压器件8的输入端正极、升压器件7的输入端正极以及逆变器3的直流侧正极相连；

并且所述直流供电轨负极2、所述降压器件8的输入端负极、所述升压器件7的输入端负极、所述升压器件7的输出端负极、所述降压器件8的输出端负极相连，所述直流供电轨负极2与单刀双掷开关km1的其中一个静触点相连接，所述单刀双掷开关km1的另外一个静触点悬空，所述单刀双掷开关km1的动触点与逆变器3的直流侧负极以及所述牵引蓄电池6的负极端相连接，所述单刀双掷开关km1的动触点与与直流供电轨负极2连接的静触点相连接；

所述降压器件8的输入端负极还与单刀双掷开关km3的其中一个静触点相连接，降压器件8的输出端正极与所述单刀双掷开关km3另外一个静触点相连接，所述单刀双掷开关km3的动触点与单刀双掷开关km2其中一个静触点相连接，所述单刀双掷开关km2另外一个静触点与升压器件7的输出端正极相连接，所述单刀双掷开关km2的动触点与牵引蓄电池6的正极端相连接，所述单刀双掷开关km3的动触点与与降压器件8的输出端正极连接的静触点相连接，所述单刀双掷开关km2的动触点与与升压器件7的输出端正极连接的静触点相连接；

所述逆变器3的交流侧与交流电机4相连接。

需要说明的是，上述电路结构为仅在牵引蓄电池牵引供电情况下提供的，逆变器3工作在逆变状态，升/降压斩波器5工作在升压斩波状态(升/降压斩波器5中的单刀双掷开关km1的触点a和触点c导通，单刀双掷开km2的触点a和触点c导通，单刀双掷开km3的触点a和触点c导通)，此时牵引蓄电池放电，见图4，电流有一个方向流动：从牵引蓄电池6正极经线路⑧、km2的触点a和触点c、线路⑥、线路②流入逆变器3的直流侧端正极，再从逆变器3的直流侧端负极流出经线路③、线路⑦后回到牵引蓄电池6的负极，如环路c所示。

上述电路是在没有外部直流供电的情况下，仅靠牵引蓄电池6供电，牵引蓄电池6为交流电机4提供工作电能。

如图5所示，为本申请实施例公开的另一种具体的轨道车辆供电系统的电路结构图，本申请实施例公开的轨道车辆供电系统至少包括：直流供电电源0、逆变器3、交流电机4、升/降压斩波器5以及牵引蓄电池6；

所述直流供电电源0包括：直流供电轨正极1以及直流供电轨负极2；

所述升/降压斩波器5至少包括：并联的升压器件7以及降压器件8，以及三个单刀双掷开关km1、km2、km3；

所述直流供电轨正极1、降压器件8的输入端正极、升压器件7的输入端正极以及逆变器3的直流侧正极相连；

并且所述直流供电轨负极2、所述降压器件8的输入端负极、所述升压器件7的输入端负极、所述升压器件7的输出端负极、所述降压器件8的输出端负极相连，所述直流供电轨负极2与单刀双掷开关km1的其中一个静触点相连接，所述单刀双掷开关km1的另外一个静触点悬空，所述单刀双掷开关km1的动触点与逆变器3的直流侧负极以及所述牵引蓄电池6的负极端相连接，所述单刀双掷开关km1的动触点与与直流供电轨负极连接的静触点相连接；

所述降压器件8的输入端负极还与单刀双掷开关km3的其中一个静触点相连接，降压器件8的输出端正极与所述单刀双掷开关km3另外一个静触点相连接，所述单刀双掷开关km3的动触点与单刀双掷开关km2其中一个静触点相连接，所述单刀双掷开关km2另外一个静触点与升压器件7的输出端正极相连接，所述单刀双掷开关km2的动触点与牵引蓄电池6的正极端相连接，所述单刀双掷开关km3的动触点与与降压器件的输出端正极连接的静触点相连接，所述单刀双掷开关km2的动触点与与单刀双掷开关km3连接的静触点相连接；

所述逆变器3的交流侧与交流电机4相连接。

需要说明的是，上述电路结构为牵引蓄电池再生制动供电情况下提供的，逆变器3工作在整流状态，升/降压斩波器5工作在降压斩波状态(升/降压斩波器5的单刀双掷开关km1的触点a和触点c导通，单刀双掷开关km2的触点b和触点c导通，单刀双掷开关km3的触点a和触点c导通)，此时牵引蓄电池处于再生能量充电状态，见图5，电流有一个方向流动：从逆变器3正极经线路②、线路⑥、单刀双掷开关km3的触点a和触点c、单刀双掷开关km2的触点b和触点c、线路⑧进入牵引蓄电池6正极的，后从牵引蓄电池6的负极流出经线路⑦、线路③回到逆变器3负极，如环路d所示。

通过上述电路结构，给牵引蓄电池6充电，从而进一步扩大牵引蓄电池6的续航能力。

需要说明的是，在实际工作过程中，本实施例中的牵引蓄电池再生制动供电的情况可以与上一实施例中的牵引蓄电池牵引供电情况交替执行，在满足第一触发条件下，利用上一实施例中的电路结构，使牵引蓄电池供电，在满足第二触发条件下，利用本实施例中的电路结构，给牵引蓄电池充电，从而进一步扩大牵引蓄电池6的续航能力。

需要说明的是，本申请实施例中的第一触发条件与第二触发条件可以依据时间来设定，还可以依据牵引蓄电池两端的电压而设定，本申请并不做具体限定。

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。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(ram)、内存、只读存储器(rom)、电可编程rom、电可擦除可编程rom、寄存器、硬盘、可移动磁盘、cd-rom、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。