軌道車輛的混合動力系統以及高速動車組的制作方法

本發明涉及軌道車輛的牽引技術，尤其涉及一種軌道車輛的混合動力系統以及高速動車組。

背景技術：

近年來，軌道車輛尤其是高速動車組已經逐漸成為人們出行的首選；為了使更多的人們能夠享受到高速動車組所帶來的便利，為了提高高速動車組的適用性，需要研發一種既可以在電氣化干線鐵路運行又可以在非電氣化鐵路運行的軌道車輛。

現有技術中，混合動力系統通常包括柴油發電機和電動力包，柴油發電機的輸出與電動力包的整流器的輸入端連接；接觸網的25kV交流電，通過電動力包的受電弓引入列車的主變壓器，主變壓器將其降壓成900V的交流電，作為網側變流器的交流輸入電壓；在無接觸網時，采用柴油發電機直接發出900V的交流電作為網側變流器的交流輸入電壓。

由于在無接觸網時，柴油發電機發出的是三相交流電，而接觸網供電時是兩路單相交流電，因此上述混合動力系統要求網側變流器的輸入能夠從兩路單相供電切換到一路三相供電，需要做好兩種模式的切換匹配控制，導致混合動力系統的控制環節比較復雜，控制難度較大。

技術實現要素：

針對現有技術中的上述缺陷，本發明提供一種軌道車輛的混合動力系統以及高速動車組，能夠簡化混合動力系統的控制環節，降低混合動力系統的控制難度。

本發明的第一個方面是提供一種軌道車輛的混合動力系統，包括：電動力單元、內燃動力單元以及直流環節單元；所述電動力單元、內燃機動力組都與直流環節單元連接；所述電動力單元包括：受電弓、牽引變壓器、第一整流器；

所述內燃動力單元包括：柴油發電機以及第二整流器。

進一步地，所述直流環節單元通過牽引逆變器與牽引電機連接。

進一步地，所述軌道車輛的混合動力系統還包括：控制單元，用于控制所述軌道車輛進入電力牽引控制模式或者內燃驅動控制模式。

進一步地，所述控制單元包括：主斷路器；所述主斷路器處于閉合狀態時，所述軌道車輛為電力牽引控制模式；所述主斷路器處于斷開狀態時，所述軌道車輛為內燃驅動控制模式。

進一步地，所述軌道車輛的混合動力系統還包括：輔助供電單元，與所述直流環節單元連接，且與所述牽引逆變器、牽引電機并聯設置。

進一步地，所述輔助供電單元包括：輔助變流器、充電機以及蓄電池；其中，所述輔助變流器與所述中間環節連接。

進一步地，所述軌道車輛的兩端分別設置有兩個電動力單元。

進一步地，所述軌道車輛的兩端分別設置有兩個內燃動力單元。

進一步地，所述軌道車輛的混合動力系統還包括：冷卻單元，用于對所述混合動力系統進行冷卻。

本發明的另一個方面是提供一種高速動車組，包括：動力轉向架以及混合動力系統，所述混合動力系統用于驅動所述動力轉向架中的車輪運行；

其中，所述混合動力系統為前述任一項所述的軌道車輛的混合動力系統。

本發明提供的軌道車輛的混合動力系統以及高速動車組，通過在電動力單元設置獨立的第一整流器，在內燃動力單元中設置獨立的第二整流器，能夠減少整流器的切換匹配環節，簡化混合動力系統的控制環節，降低混合動力系統的控制難度，并且，能夠避免現有技術中網側變流器出現故障兩種供電模式都無法工作的問題，提高了軌道車輛的運行可靠性。

附圖說明

圖1為本發明實施例軌道車輛的混合動力系統的結構示意圖；

圖2為本發明實施例軌道車輛的牽引變壓器、第一整流器、直流環節單元、牽引逆變器以及輔助變流器的電氣原理圖。

具體實施方式

為使本發明實施例的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。

基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。在不沖突的情況下，下述的實施例及實施例中的特征可以相互組合。

需要說明的是，在本發明的描述中，術語“第一”、“第二”僅用于方便描述不同的部件，而不能理解為指示或暗示順序關系、相對重要性或者隱含指明所指示的技術特征的數量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隱含地包括至少一個該特征。

圖1為本發明實施例軌道車輛的混合動力系統的結構示意圖；圖2為本發明實施例軌道車輛的牽引變壓器、第一整流器、直流環節單元、牽引逆變器以及輔助變流器的電氣原理圖。

請參照圖1-2，本實施例提供一種軌道車輛的混合動力系統，包括：電動力單元、內燃動力單元以及直流環節單元300。

其中，電動力單元、內燃機動力組都與直流環節單元300連接。

電動力單元包括：受電弓110、牽引變壓器120、第一整流器130。

內燃動力單元包括：柴油發電機210以及第二整流器220。

具體地，受電弓110用于將接觸網的交流電引入牽引變壓器120，牽引變壓器120用于對該交流電進行降壓，并將其輸出電壓作為第一整流器130的輸入電壓，第一整流器130具備對單相交流電進行整流的功能，第一整流器130將其整流后的直流電輸出給直接環節單元；其中，第一整流器130可以包括兩個四象限整流器。

當沒有接觸網或者電動力單元出現故障時，通過蓄電池啟動柴油發電機210，通過燃燒柴油獲取電能，并將其輸出電壓作為第二整流器220的輸入電壓，第二整流器220具備對三相電進行整流的功能，第二整流器220將其整流后的直流電輸出給直接環節單元。

當然，本實施例中的柴油發電機210也可以由汽油發電機、天然氣等發電機代替。

本實施例提供的軌道車輛的混合動力系統，通過在電動力單元設置獨立的第一整流器130，在內燃動力單元中設置獨立的第二整流器220，能夠減少整流器的切換匹配環節，簡化混合動力系統的控制環節，降低混合動力系統的控制難度，并且，能夠避免現有技術中網側變流器出現故障兩種供電模式都無法工作的問題，提高了軌道車輛的運行可靠性。

其中，兩種供電模式分別為由電動力單元供電的電力牽引控制模式、有柴油發電機210供電的內燃驅動控制模式。

進一步地，直流環節單元300通過牽引逆變器400與牽引電機500連接。

具體地，直流環節單元300連接兩個牽引逆變器400，每個牽引逆變器400為兩臺并列的牽引電機500供電。其中，牽引逆變器400為脈寬調制(PWM)逆變器，牽引電機500采用并聯供電方式，以保證牽引電機500負荷分配均勻。

進一步，軌道車輛的混合動力系統還包括：控制單元，用于控制軌道車輛進入電力牽引控制模式或者內燃驅動控制模式；控制單元可以包括主斷路器。

具體地，當進入電氣化線路時，軌道車輛通過受電弓110受流，主斷路器閉合后，動車組進入電力牽引控制模式，由電動力單元向直流環節單元300供電，并通過牽引逆變器400將中間直流電壓轉換為三相VVVF交流電驅動牽引電機500運行。當將要進入非電氣化線路時，內燃發電機組的柴油發電機210通過蓄電池起動，當檢測到柴油發電機210的輸出電壓滿足第二整流器220的工作要求時，柴油發電機210斷開，受電弓110降下，軌道車輛進入內燃驅動控制模式，由內燃動力單元向直流環節單元300供電，并通過牽引逆變器400將中間直流電壓轉換為三相VVVF交流電驅動牽引電機500運行。

進一步地，軌道車輛的混合動力系統還包括：輔助供電單元600，與直流環節單元300連接，且與牽引逆變器400、牽引電機500并聯設置。

具體地，輔助供電單元600包括：輔助變流器、充電機以及蓄電池等部件；其中，輔助變流器與中間環節連接；輔助供電單元600可以用于為其它用電設備進行供電。

本實施例中，在內燃驅動控制模式下，軌道車輛的制動能量還可以由輔助供電單元600吸收，實現能量的循環利用；在電力牽引控制模式下，軌道車輛的制動能量可以通過第一整流器130回饋至接觸網，供線路上的其他車輛使用，以節約能源。

進一步地，軌道車輛的兩端分別設置有兩個電動力單元；軌道車輛的兩端分別設置有兩個內燃動力單元。

本實施例中，軌道車輛采用兩端集中供電。軌道車輛的兩端分別設置兩個獨立動力裝置，每個獨立動力裝置均包括電動力單元、內燃動力單元、直接環節單元、牽引逆變器400以及牽引電機500；當其中一個獨立動力裝置出現故障時，可以單獨切除該獨立動力裝置，而不影響其它獨立動力裝置的正常工作。

以軌道車輛采用8輛編組為例：在1至2車、7至8車設置電動力單元、內燃動力單元、直流環節單元300、牽引逆變器400以及牽引電機500；3至6車設置充電機和蓄電池；其中接觸網為單相25kV、50Hz接觸網，軌道車輛在電氣化路段的最高速度為200km/h，在非電氣化路段的最高速度為160km/h。

本實施例中，軌道車輛的混合動力系統還包括：冷卻單元，用于對混合動力系統進行冷卻。

本實施例中，軌道車輛設置有動力室和冷卻室，動力室內設置有內燃動力單元，冷卻室內設置有冷卻單元，動力室和冷卻室通過隔音墻與客室隔開。

本實施例還提供一種高速動車組，包括：動力轉向架以及混合動力系統，混合動力系統用于驅動動力轉向架中的車輪運行；混合動力系統為前述任一實施例中的軌道車輛的混合動力系統。

其中，混合動力系統的結構、功能與前述實施例類似，此處不再贅述。

本實施例提供的高速動車組，通過在電動力單元設置獨立的第一整流器，在內燃動力單元中設置獨立的第二整流器，能夠減少整流器的切換匹配環節，簡化混合動力系統的控制環節，降低混合動力系統的控制難度，并且，能夠避免現有技術中網側變流器出現故障兩種供電模式都無法工作的問題，提高了高速動車組的運行可靠性。

本領域普通技術人員可以理解：實現上述各方法實施例的全部或部分步驟可以通過程序指令相關的硬件來完成。前述的程序可以存儲于一計算機可讀取存儲介質中。該程序在執行時，執行包括上述各方法實施例的步驟；而前述的存儲介質包括：ROM、RAM、磁碟或者光盤等各種可以存儲程序代碼的介質。

最后應說明的是：以上各實施例僅用以說明本發明的技術方案，而非對其限制；盡管參照前述各實施例對本發明進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解：其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分或者全部技術特征進行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應技術方案的本質脫離本發明各實施例技術方案的范圍。