[发明专利]一种多源多流制电力机车牵引传动系统拓扑

说明书

本发明公开了一种基于车载混合储能的多源多流制电力机车牵引传动系统拓扑，包括牵引负载部分和牵引电能输入部分，二者通过直流环节进行耦合；牵引电能输入部分包括交流牵引网、直流牵引网以及车载混合储能系统，通过复用交流供电制式拓扑结构中的牵引变压器低压侧绕组作为直流供电制式中的直流平流电抗器，及复用交流供电制式拓扑结构中的网侧整流器和二次滤波支路作为直流供电制式中的DC/DC斩波器，使直流环节电压在任意供电制式下均稳定可控，减少多源多流制电力机车牵引传动系统拓扑的设备数量，进而降低体积和重量，节约成本；另外克服传统的多流制牵引传动系统能量传输方式单一、运输效率低的缺点，增强系统的故障穿越能力，提高可靠性。

技术领域

本发明涉及轨道交通牵引传动电能变换技术领域，特别涉及一种基于车载混合储能的多源多流制电力机车牵引传动系统拓扑。

背景技术

由于历史、运输需求不同等原因，目前世界上的轨道交通存在多种供电制式，其中主流的牵引供电制式包括交流25kV/50Hz和60Hz、交流15kV/16.7Hz以及直流3kV和直流1.5kV，不同供电制式的轨道运输系统设立之初，彼此独立运行，但是随着跨国、跨区域运输市场的需求不断扩大，同时降低基础设施的建设成本，提高运输效率，能够跨越不同供电制式的多流制电力机车迅速发展。

对于我国而言，城市圈的扩大城际、市郊、城市轨道交通跨线运行、跨国铁道运输以及机车企业出口国外地区，都需要研制多流制电力机车，而且多流制电力机车存在较长无电区。但是，现有的多流制电力机车，不具备车载储能系统使得在换流无电区无法正常运行，需要调车导致运输效率降低并造成环境污染，而且不同供电制式的牵引传动系统分别使用各自的元器件构成，使得多源多流制电力机车的牵引传动系统整体结构的体积和重量偏大，成本偏高。

发明内容

本发明提供一种基于车载混合储能的多源多流制电力机车牵引传动系统拓扑，降低了多源多流制电力机车的牵引传动系统整体结构的体积和重量，克服了传统的多流制牵引传动系统能量传输方式单一、运输效率低的缺点。

为实现上述技术目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于车载混合储能的多源多流制电力机车牵引传动系统拓扑，包括：交流受电弓(1)、直流受电弓(2)、交流主断路器(3)、直流主断路器(4)、牵引变压器(5)、直流平波电抗器(6)、网侧整流器(7)、动力电池(8)、超级电容(9)、动力电池的储能变流器(10)、超级电容的储能变流器(11)、直流环节(12)、牵引逆变器(13)、牵引电机系统(15)以及若干开关单元；

所述交流受电弓(1)的第一端与交流牵引供电接触网相连，第二端通过交流主断路器(3)与牵引变压器(5)的高压侧一端相连，牵引变压器(5)的高压侧另一端与轮轨相连；牵引变压器(5)的低压侧经过网侧整流器(7)输出到直流环节(12)；所述网侧整流器采用单相全桥整流器；

所述直流受电弓(2)的第一端与直流牵引供电接触网相连，第二端通过直流主断路器(4)连接到直流平波电抗器(6)的第一端，直流平波电抗器(6)的第二端通过DC/DC斩波器或者直接输出到直流环节(12)；其中，所述直流平波电抗器，通过开关单元复用牵引变压器(5)的低压侧绕组构成；

所述动力电池(8)和超级电容(9)分别通过各自的储能变流器连接到直流环节(12)；

所述直流环节(12)经由牵引逆变器(13)为牵引电机系统(15)供能。

在更优的技术方案中，直流平波电抗器(6)复用牵引变压器(5)的低压侧绕组的结构为：通过开关断开牵引变压器(5)的低压侧绕组与网侧变压器之间的连接，通过开关将牵引变压器(5)的N个低压绕组串联作为直流平波电抗器(6)，N＝1。

在更优的技术方案中，在由交流牵引供电接触网供电时，所述直流环节(12)还并联有单调谐的二次滤波支路。