[发明专利]高速动车组动力牵引和再生制动的能量储放电系统

说明书

本发明涉及高速动车组动力牵引和再生制动的能量储放电系统，该系统由车载能量储放电路、车外充电电路和动车组CRH型既有部分电路组成。由车外充电电路经压力开关K1，输入车载能量储放电路的输入端；由主变流器输出的直流电经压力开关K2输至电动机逆变器后，给牵引电动机供电；由发电机变流器通过压力开关K3，输入能量储放电路的输入端；由车载能量储放电路的输出端输出的直流电，通过压力开关K4，并经变压器输至蓄电池充电机，再经可控二极管给蓄电池充电和车内直流用电供电。本发明电路结构简单，可避免变压器和充电机给列车的载荷负担；车载能量储放电路容量大，制动电能无需反馈至供电网，直接回馈至能量储放电路，可避免制动电阻的能量耗损。

技术领域：

高速动车组的制动是保证动车安全、可靠、有效的重要设施，在设计和实施中既要保证能量尽量回收、线路结构可靠，又要节省人力、物力和财力的原则，已成为当今高速动车的势在必行。本发明提出一种高速动车组动力牵引和再生制动的能量储放电系统，属于电气化动车组的制动和节能领域。

背景技术：

列车运行速度超过200km/h，其制动所需的能量是普通制动能量的4～9倍，当列车运行速度达到或超过350km/h，许多疑难问题暴露出来，便更加复杂。因此，对高速动车组的制动要求与普通列车不同，高速动车组需要更加快捷、有效、安全的制动系统。

列车已有的制动方式，主要有闸瓦踏面制动、盘形制动、涡流盘形制动、轨道电磁制动、线性涡流制动、电阻制动及飞轮储能型再生制动、电容储能型再生制动和逆变回馈型再生电制动。盘形制动是在转向架车轴上安装制动轴盘或在车轮上安装制动轮盘，制动时，摩擦闸片夹紧制动盘实现制动。因盘形制动是两侧夹紧，夹紧面积大，所以制动容量大，磨损量小，散热好，现行的制动盘是带有通风，散热筋由高强度合金锻造而成。逆变回馈型再生电制动，是列车制动时，把牵引电动机转变为制动发电机的电能加以利用。要将电能回馈给电网，必须满足再生电能和电网的频率、相序、相位和电网严格相同。

要解决电气化高速列车的制动问题，涉及外部供电、内部供电和车载能量储放电的问题。所述外部供电，由发电厂G发出的3.15～20KV三相交流电的电压经升压变压器升压后输至地区变电所，再降为110KV或220KV三相交流电，与三相A、B、C供电网相连，或者由三相高压公用供电网经降压变压器降至110KV或220KV与三相A、B、C供电网相连。由110KV或220KV三相供电网经牵引变压器降为27.5KV(额定电压为25KV)交流电输给牵引供电网，如图5所示。所述内部供电，单相牵引交流电与受电弓T1或T2接触相连，当T1(T2)升起，T2(T1)必须降下。受电弓与切断开关Kα或Kβ相连，经切断开关Kα或Kβ输至动车组的内部动力供电和辅助供电系统。中国现有的CRH型动车组主要有CRH1、CRH2、CRH3型和CRH5四种类型。它们的排列顺序和受电弓设置的车顶不同。它们的内部线路结构和元器件设置基本相同，而且制动系统都是采用盘形+再生电制动方式，以既有的CRH1型8厢动车组线路为例具有代表性，如图4所示。能量储放电路的核心内容是超级电容器和高能蓄电池，以及双向开关。

超级电容器最大的优点是功率密度高，可达300W/kg～5000W/kg，相当于普通蓄电池的数十倍，可提供大电流放电功率，超强功率转换效率高，大电流能量循环效率≥90％，充电电流高达1500A～3000A，充满单块超级电容器只需几秒钟，上百块串联在一起充电，只需几十秒钟到6分钟便可充满95％以上。此外，尚有循环使用寿命长，深度充放电循环使用次数可达50万次。温度特性好，使用环境温度范围宽达-40℃～+70℃。使用、储存以及拆解过程均无污染，可在无负载电阻情况下直接充电。超级电容器的比能量虽然远远大于电解电容，但是相对于蓄电池，超级电容器的比能量还是偏低。现有的超级电容器电压超过标称电压时，将会导致电解液分解，寿命缩短。近年来，日本研发的一种新型超级电容器，其标称电压可达100V以上。