一种列车牵引系统及其控制方法与流程

本发明属于列车技术领域，尤其涉及一种列车牵引系统及其控制方法。

背景技术：

当列车发生故障或者需要进行检修时，需要将该列车附挂到救援列车上，由该救援列车将其拖行至指定地点，例如维修厂。按照相关规定，被拖行的列车禁止升弓，这一过程称为无火回送。

列车在无火回送过程中禁止升弓，为了避免列车的蓄电池亏电，列车辅助设备不能长时间开启。其中，列车辅助设备包括但不限于照明设备、通讯设备、监控设备、空调设备。这会导致乘务人员的舒适度很低，而且也给行车安全造成一定的隐患。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种列车牵引系统及其控制方法，通过一套装置实现列车的蓄电池牵引功能和无火回送功能，并保证列车辅助设备在无火回送过程中能够正常运行。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

本发明提供一种列车牵引系统，包括：蓄电池、牵引逆变器、辅助逆变器、牵引电机、直流接触器和传动控制单元；

所述蓄电池的电源端通过所述直流接触器连接至直流母线；

所述牵引逆变器的直流侧连接至所述直流母线，所述牵引逆变器的交流侧与所述牵引电机连接；

所述辅助逆变器的直流侧连接至所述直流母线，所述辅助逆变器的交流侧与列车辅助设备连接；

所述传动控制单元用于：在接收到蓄电池牵引指令，且满足预设的蓄电池牵引条件时，确定进入蓄电池牵引模式，控制所述直流接触器闭合，控制所述牵引逆变器运行于逆变模式，将直流电转换为交流电为所述牵引电机供电；在接收到无火回送指令，且满足预设的无火回送条件时，确定进入无火回送模式，控制所述直流接触器闭合，控制所述牵引逆变器运行于逆变模式，由所述蓄电池通过所述牵引逆变器为所述牵引电机提供励磁电压，以使得所述牵引电机进入发电模式，控制所述直流接触器断开，控制所述牵引逆变器运行于整流模式，所述牵引电机产生的电能经所述牵引逆变器和所述辅助逆变器处理后为所述列车辅助设备供电。

可选的，在上述列车牵引系统的基础上，进一步设置升压模块；

所述升压模块的输入侧通过所述直流接触器连接至所述蓄电池的电源端，所述升压模块的输出侧连接至所述直流母线；

或者，

所述升压模块的输入侧连接至所述蓄电池的电源端，所述升压模块的输出侧通过所述直流接触器连接至所述直流母线。

可选的，在上述列车牵引系统的基础上，进一步设置输入变流模块；

所述输入变流模块的输入侧连接至列车的受电器，所述输入变流模块的输出侧连接至所述直流母线，所述输入变流模块通过所述受电器从接触网获取电能，将从接触网获取的交流电转换为直流电并输出至所述直流母线。

可选的，在上述列车牵引系统中，所述传动控制单元在判断是否满足预设的蓄电池牵引条件方面，具体用于：

判断所述列车的真空断路器是否断开，判断所述列车的充电短接接触器是否断开，判断中间直流电压是否小于预设的蓄电池最大允许电压，判断所述列车的网络状态是否正常，判断所述列车的方向是否有效，判断所述列车的牵引指令是否有效，判断所述牵引变流器是否正常；在判断结果均为是的情况下，确定满足预设的蓄电池牵引条件。

可选的，在上述列车牵引系统中，所述传动控制单元在判断是否满足预设的无火回送条件方面，具体用于：

判断所述列车的真空断路器是否断开，判断所述列车的充电短接接触器是否断开，判断所述列车的运行速度是否达到预设的速度阈值，判断所述列车的网络状态是否正常，判断所述列车的方向是否有效，判断所述列车的无电制动切除指令是否有效，判断所述牵引变流器是否正常；在判断结果均为是的情况下，确定满足预设的无火回送条件。

另一方面，本发明提供一种列车牵引系统的控制方法，所述列车牵引系统包括蓄电池、牵引逆变器、辅助逆变器、牵引电机、直流接触器和传动控制单元；所述蓄电池的电源端通过所述直流接触器连接至直流母线；所述牵引逆变器的直流侧连接至所述直流母线，所述牵引逆变器的交流侧与所述牵引电机连接；所述辅助逆变器的直流侧连接至所述直流母线，所述辅助逆变器的交流侧与列车辅助设备连接；所述控制方法应用于所述传动控制单元，所述控制方法包括：

接收控制指令；

在接收到的控制指令为蓄电池牵引指令的情况下，判断是否满足预设的蓄电池牵引条件；

在满足预设的蓄电池牵引条件的情况下，确定进入蓄电池牵引模式；

控制所述直流接触器闭合，控制所述牵引逆变器运行于逆变模式，将直流电转换为交流电为所述牵引电机供电；

在接收到的控制指令为无火回送指令的情况下，判断是否满足预设的无火回送条件；

在满足预设的无火回送条件的情况下，确定进入无火回送模式；

控制所述直流接触器闭合，控制所述牵引逆变器运行于逆变模式，由所述蓄电池通过所述牵引逆变器为所述牵引电机提供励磁电压，以使得所述牵引电机进入发电模式；

控制所述直流接触器断开，控制所述牵引逆变器运行于整流模式，所述牵引电机产生的电能经所述牵引逆变器和所述辅助逆变器处理后为所述列车辅助设备供电。

可选的，在上述控制方法中，所述判断是否满足预设的蓄电池牵引条件，包括：

判断所述列车的真空断路器是否断开，判断所述列车的充电短接接触器是否断开，判断中间直流电压是否小于预设的蓄电池最大允许电压，判断所述列车的网络状态是否正常，判断所述列车的方向是否有效，判断所述列车的牵引指令是否有效，判断所述牵引变流器是否正常；

在判断结果均为是的情况下，确定满足预设的蓄电池牵引条件。

可选的，在上述控制方法中，所述判断是否满足预设的无火回送条件，包括：

判断所述列车的真空断路器是否断开，判断所述列车的充电短接接触器是否断开，判断所述列车的运行速度是否达到预设的速度阈值，判断所述列车的网络状态是否正常，判断所述列车的方向是否有效，判断所述列车的无电制动切除指令是否有效，判断所述牵引变流器是否正常；

在判断结果均为是的情况下，确定满足预设的无火回送条件。

由此可见，本发明的有益效果为：

本发明提供的列车牵引系统，包括蓄电池、牵引逆变器、辅助逆变器、牵引电机、直流接触器和传动控制单元。其中，蓄电池的电源端通过直流接触器连接至直流母线，牵引逆变器的直流侧连接至直流母线、交流侧与牵引电机连接，辅助逆变器的直流侧连接至直流母线、交流侧与列车辅助设备连接，传动控制单元通过调整直流接触器和牵引逆变器的状态，实现蓄电池牵引功能和无火回送功能。并且，当列车处于无火回送模式时，列车在救援列车的拖拽下行进，该列车的牵引电机处于发电模式，牵引电机产生的交流电经过牵引逆变器的整流以及辅助逆变器的逆变处理后为列车辅助设备供电，能够保证列车辅助设备在无火回送过程中正常使用。

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，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的一种列车牵引系统的结构示意图；

图2为本发明提供的另一种列车牵引系统的结构示意图；

图3为本发明提供的另一种列车牵引系统的结构示意图；

图4为本发明提供的列车控制系统的控制方法的流程图。

其中，10为传动控制单元、20为蓄电池、30为牵引逆变器、40为辅助逆变器、50为牵引电机、dck为直流接触器、60为升压模块、70为输入变流模块、k为输入开关、c为电容。

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。

本发明提供一种列车牵引系统及其控制方法，通过一套装置实现列车的蓄电池牵引功能和无火回送功能，并保证列车辅助设备在无火回送过程中能够正常运行。

参见图1，图1为本发明提供的一种列车牵引系统的结构示意图。该列车牵引系统包括：传动控制单元10、蓄电池20、牵引逆变器30、辅助逆变器40、牵引电机50和直流接触器dck。

其中：

蓄电池20的电源端通过直流接触器dck连接至直流母线。

牵引逆变器30的直流侧连接至直流母线，牵引逆变器30的交流侧与牵引电机50连接。

辅助逆变器40的直流侧连接至直流母线，辅助逆变器40的交流侧与列车辅助设备连接。

传动控制单元10用于：在接收到蓄电池牵引指令，且满足预设的蓄电池牵引条件时，确定进入蓄电池牵引模式，控制直流接触器dck闭合，控制牵引逆变器30运行于逆变模式，将直流电转换为交流电为牵引电机50供电；在接收到无火回送指令，且满足预设的无火回送条件时，确定进入无火回送模式，控制直流接触器dck闭合，控制牵引逆变器30运行于逆变模式，由蓄电池20通过牵引逆变器30为牵引电机50提供励磁电压，以使得牵引电机50进入发电模式，控制直流接触器dck断开，控制牵引逆变器30运行于整流模式，牵引电机50产生的电能经牵引逆变器30和辅助逆变器40处理后为列车辅助设备供电。

在蓄电池牵引模式中，传动控制单元10控制直流接触器dck闭合，控制牵引逆变器30运行于逆变模式，蓄电池20输出的直流电经过直流母线接入牵引逆变器30，牵引逆变器30将接入的直流电处理为交流电为牵引电机50供电，实现列车的蓄电池牵引运行。

当被救援列车需要进行无火回送时，利用救援列车拖拽被救援列车运行。在被救援列车的无火回送模式中，传动控制单元10控制直流接触器dck闭合，控制牵引逆变器30运行于逆变模式，蓄电池20输出的直流电经过直流母线接入牵引逆变器30，牵引逆变器30将接入的直流电处理为交流电，为牵引电机50提供励磁电压，以使得牵引电机50进入发电模式。在牵引电机50进入发电模式时，控制直流接触器dck断开，并控制牵引逆变器30切换至整流模式，牵引电机50产生的交流电经过牵引逆变器30整流为直流电，再经过辅助逆变器40处理为交流电，为列车辅助设备供电，保证列车辅助设备在列车无火回送过程中也能够正常运行。其中，列车辅助设备包括但不限于照明设备、通讯设备、监控设备、空调设备。

实施中，还可以在直流母线的正母线和负母线之间设置电容c。

本发明提供的列车牵引系统，包括蓄电池20、牵引逆变器30、辅助逆变器40、牵引电机50、直流接触器dck和传动控制单元10。其中，蓄电池20的电源端通过直流接触器dck连接至直流母线，牵引逆变器30的直流侧连接至直流母线、交流侧与牵引电机50连接，辅助逆变器40的直流侧连接至直流母线、交流侧与列车辅助设备连接，传动控制单元10通过调整直流接触器dck和牵引逆变器30的状态，实现蓄电池牵引功能和无火回送功能。并且，当列车处于无火回送模式时，列车在救援列车的拖拽下行进，该列车的牵引电机50处于发电模式，牵引电机50产生的交流电经过牵引逆变器30的整流以及辅助逆变器40的逆变处理后为列车辅助设备供电，能够保证列车辅助设备在无火回送过程中正常使用。

参见图2，图2为本发明提供的另一种列车牵引系统的结构示意图。

与图1所示列车牵引系统相比，图2所示的列车牵引系统进一步设置升压模块60。其中，升压模块60的输入侧通过直流接触器dck连接至蓄电池20的电源端，升压模块60的输出侧连接至直流母线。

需要说明的是，图2中示出了升压模块60的一种安装位置。在另一种可能的实现方式中，升压模块60的输入侧连接至蓄电池20的电源端，升压模块60的输出侧通过直流接触器dck连接至直流母线。

在蓄电池牵引模式中，传动控制单元10控制直流接触器dck闭合，控制牵引逆变器30运行于逆变模式，蓄电池20输出的直流电由升压模块60进行升压处理，经过升压的直流电通过直流母线接入牵引逆变器30，牵引逆变器30将接入的直流电处理为交流电为牵引电机50供电，实现列车的蓄电池牵引运行。

当被救援列车需要进行无火回送时，利用救援列车拖拽被救援列车运行。在被救援列车的无火回送模式中，传动控制单元10控制直流接触器dck闭合，控制牵引逆变器30运行于逆变模式，蓄电池20输出的直流电由升压模块60进行升压处理，经过升压处理的直流电通过直流母线接入牵引逆变器30，牵引逆变器30将接入的直流电处理为交流电，为牵引电机50提供励磁电压，以使得牵引电机50进入发电模式。在牵引电机50进入发电模式时，控制直流接触器dck断开，并控制牵引逆变器30切换至整流模式，牵引电机50产生的交流电经过牵引逆变器30整流为直流电，再经过辅助逆变器40处理为交流电，为列车辅助设备供电，保证列车辅助设备在列车无火回送过程中也能够正常运行。

本发明图2所示的列车牵引系统进一步设置升压模块60，蓄电池20输出的直流电由升压模块60进行升压处理后再接入牵引逆变器30，与图1所示的列车牵引系统相比，能够降低对蓄电池20输出的直流电的电压要求。

参见图3，图3为本发明提供的另一种列车牵引系统的结构示意图。

与图2所示的列车牵引系统相比，图3所示的列车牵引系统进一步设置输入变流模块70。其中，输入变流模块70的输入侧连接至列车的受电器(也称为受电弓)，输入变流模块70的输出侧连接至直流母线，输入变流模块70通过受电器从接触网获取电能，将从接触网获取的交流电转换为直流电并输出至直流母线。

当列车处于升弓状态时，输入变流模块70通过受电器从接触网获取交流电，将获取的交流电处理为直流电，并输出至直流母线，通过牵引逆变器30为牵引电机50供电，通过辅助逆变器40为列车辅助设备供电。

在本发明上述提供的各个列车牵引系统中，传动控制单元10在判断是否满足预设的蓄电池牵引条件方面，具体用于：

判断列车的真空断路器是否断开，判断列车的充电短接接触器是否断开，判断中间直流电压是否小于预设的蓄电池最大允许电压，判断列车的网络状态是否正常，判断列车的方向是否有效，判断列车的牵引指令是否有效，判断牵引变流器是否正常；在判断结果均为是的情况下，确定满足预设的蓄电池牵引条件。

需要说明的是，传动控制单元10判断是否满足预设的蓄电池牵引条件，并不限定于上述举例。实施中，预设的蓄电池牵引条件可以包含更多条件，或者仅上述所列举条件中的一部分。

在本发明上述提供的各个列车牵引系统中，传动控制单元10在判断是否满足预设的无火回送条件方面，具体用于：

判断列车的真空断路器是否断开，判断列车的充电短接接触器是否断开，判断列车的运行速度是否达到预设的速度阈值，判断列车的网络状态是否正常，判断列车的方向是否有效，判断列车的无电制动切除指令是否有效，判断牵引变流器是否正常；在判断结果均为是的情况下，确定满足预设的无火回送条件。

其中，上述的速度阈值是救援工况下启动被救援列车的无火回送救援发电的速度阈值。

需要说明的是，传动控制单元10判断是否满足预设的无火回送条件，并不限定于上述举例。实施中，预设的无火回送条件可以包含更多条件，或者仅上述所列举条件中的一部分。

下面对应用于上述列车牵引系统的控制方法进行说明。

参见图4，图4为本发明提供的列车牵引系统的控制方法的流程图。该控制方法包括：

s1：接收控制指令。

s2：在接收到的控制指令为蓄电池牵引指令的情况下，判断是否满足预设的蓄电池牵引条件。

s3：在满足预设的蓄电池牵引条件的情况下，确定进入蓄电池牵引模式。

在一种可能的实现方式中，预设的蓄电池牵引条件包括：列车的真空断路器断开、列车的充电短接接触器断开、中间直流电压小于预设的蓄电池最大允许电压、列车的网络状态正常、列车的方向有效、列车的牵引指令有效、以及牵引变流器正常。

也就是说，判断是否满足预设的蓄电池牵引条件包括：

判断列车的真空断路器是否断开，判断列车的充电短接接触器是否断开，判断中间直流电压是否小于预设的蓄电池最大允许电压，判断列车的网络状态是否正常，判断列车的方向是否有效，判断列车的牵引指令是否有效，判断牵引变流器是否正常；

在判断结果均为是的情况下，确定满足预设的蓄电池牵引条件。

s4：控制直流接触器闭合，控制牵引逆变器运行于逆变模式，由牵引逆变器将直流电转换为交流电为牵引电机供电。

在蓄电池牵引模式中，传动控制单元控制直流接触器闭合，控制牵引逆变器运行于逆变模式，蓄电池输出的直流电经过直流母线接入牵引逆变器，牵引逆变器将接入的直流电处理为交流电为牵引电机供电，实现列车的蓄电池牵引运行。

s5：在接收到的控制指令为无火回送指令的情况下，判断是否满足预设的无火回送条件。

s6：在满足预设的无火回送条件的情况下，确定进入无火回送模式。

在一种可能的实现方式中，预设的无火回送条件包括：列车的真空断路器断开、列车的充电短接接触器断开、列车的运行速度达到预设的速度阈值、列车的网络状态正常、列车的方向有效、列车的无电制动切除指令有效、以及牵引变流器正常。

也就是说，判断是否满足预设的无火回送条件，包括：

判断列车的真空断路器是否断开，判断列车的充电短接接触器是否断开，判断列车的运行速度是否达到预设的速度阈值，判断列车的网络状态是否正常，判断列车的方向是否有效，判断列车的无电制动切除指令是否有效，判断牵引变流器是否正常；

在判断结果均为是的情况下，确定满足预设的无火回送条件。

s7：控制直流接触器闭合，控制牵引逆变器运行于逆变模式，由蓄电池通过牵引逆变器为牵引电机提供励磁电压，以使得牵引电机进入发电模式。

s8：控制直流接触器断开，控制牵引逆变器运行于整流模式，牵引电机产生的电能经牵引逆变器和辅助逆变器处理后为列车辅助设备供电。

当被救援列车需要进行无火回送时，利用救援列车拖拽被救援列车运行。在被救援列车的无火回送模式中，传动控制单元控制直流接触器闭合，控制牵引逆变器运行于逆变模式，蓄电池输出的直流电经过直流母线接入牵引逆变器，牵引逆变器将接入的直流电处理为交流电，为牵引电机提供励磁电压，以使得牵引电机进入发电模式。在牵引电机进入发电模式时，控制直流接触器断开，并控制牵引逆变器切换至整流模式，牵引电机产生的交流电经过牵引逆变器整流为直流电，再经过辅助逆变器处理为交流电，为列车辅助设备供电，保证列车辅助设备在列车无火回送过程中也能够正常运行。

本发明公开的列车牵引系统的控制方法，当接收到蓄电池牵引指令，且满足预设的蓄电池牵引条件时，确定进入蓄电池牵引模式，控制直流接触器闭合，并控制牵引逆变器运行于逆变模式，由牵引逆变器将直流电转换为交流电为牵引电机供电；当接收到无火回送指令，且满足预设的无火回送条件时，确定进入无火回送模式，控制直流接触器闭合，控制牵引逆变器运行于运行模式，由蓄电池通过牵引逆变器为牵引电机提供励磁电压，使得牵引电机进入发电模式，之后控制直流接触器断开，控制牵引逆变器运行于整流模式，牵引电机产生的交流电经过牵引逆变器的整流以及辅助逆变器的逆变处理后为列车辅助设备供电，能够保证列车辅助设备在无火回送过程中正常使用。

最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

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。