[发明专利]一种导轨电车的供电系统及其控制方法

权利要求书

1.一种导轨电车的供电系统的控制方法，所述导轨电车包括4节车厢，前后两节车厢为车头，其特征在于：所述控制方法在如下供电系统中实现，所述供电系统包括整车共用的一套高压箱和一套超级电容装置，所述高压箱与750V弓网电源进行电连接；每个车头内包含有一套牵引控制单元和一套受控于牵引控制单元的牵引变流器，每一套牵引变流器中包含有一个DC/DC装置、一个斩波模块、一个能量回馈模块及一个三相逆变器模块，所述三相逆变器模块输出通过隔离接触器KM11与永磁同步电动机相连；高压箱内设有受控于牵引控制单元且对应于不同电源给定方式的接触器QS和高速断路器HSCB，两套牵引控制单元可以独立控制高压箱；所述电源给定方式包括弓网电源供电、库内电源供电及接地；所述高压箱同时给两个车头内的两套牵引变流器供电，所述超级电容装置的两路接口分别连接两套牵引变流器中的DC/DC装置，所述超级电容装置内自带有电源管理系统，通过CAN网络实时向外发送充电电流限值，所述控制方法的具体实现步骤如下：

牵引控制单元得电，程序进行初始化后，Step=0；程序进入设备自检状态，检测高压箱、牵引变流器各个接触器、网络状态是否正常；如果检测到非正常初始状态，则禁止其对应的牵引变流器工作，上报系统自检未完成，并重新自检；如果没有检测到故障，令Step=1，则系统自检完成，自检完成后，程序根据不同的工况模式执行，其中QS状态是司机在启动车辆上电前已经确定好的；程序具体执行步骤如下：

（1）特殊故障工况：程序检测QS状态，当QS=00时，程序跳出，表示高压箱选择存在问题或传输QS状态的信号线路故障，需要断电后进行故障排查；

（2）检修模式：程序检测QS状态，当QS=02时，表示高压箱选择在接地位，导轨电车处于无电状态；高压箱输入与导轨电车轨道地连接，整车处于无高压电状态，供不带电维修调试使用；

（3）库内电源供电模式：程序检测QS状态，当QS=01时，表示高压箱选择在库内电源供电位，允许库内电源提供高压电进入高压箱；司机执行合闸按钮后，库内电源通过高压箱QS和HSCB接入牵引变流器及车辆用电设备，供带电维修调试使用；在库内电源供电模式下，DC/DC装置充放电具体条件及其动作和在有弓网路线运行模式下一致；

（4）正常运行模式：程序检测QS状态，当QS=10时，表示高压箱选择在弓网电源位，允许弓网提供高压电进入高压箱；程序按照设计逻辑执行动作，具体动作如下：司机执行升弓合闸按钮时，头车牵引控制单元检测到接触器QS和合闸按钮信号，按钮信号来自车头操控台，使高压箱内HSCB闭合，高压电从高压箱进入头车和尾车牵引变流器的输入端；2个牵引变流器进行各自的牵引变流器预充电动作；当牵引变流器预充电完成以后，程序检测Power_Select的状态，Power_Select的状态由司机控制，Power_Select有0和1两种状态，默认Power_Select=0；

a.有弓网路线运行模式：当牵引控制单元检测到Power_Select=1时，属于导轨电车运行在有弓网路线模式，弓网电源直接提供750V直流电源给牵引变流器直流母线，整车直接由弓网电源提供电能，程序控制DC/DC装置不必启动充放电功能，直接跳转到下一步等待动车命令，执行相应动车功能；整车直接由弓网电源提供电能；

b.无弓网路线运行模式：当牵引控制单元检测到Power_Select=0时，属于导轨电车运行在无弓网路线模式，程序根据外界检测信息来控制DC/DC装置启动充放电功能；当DC/DC装置处于放电状态时，车辆处于等待动车命令状态，允许执行相应动车功能；

当导轨电车运行在无弓网路线上时，全程Power_Select=0，其进站时DC/DC装置作为充电功能，从弓网电源给超级电容充电；出站时DC/DC装置作为放电功能，从超级电容放电给牵引变流器直流母线；当导轨电车运行出站驶出弓网区时，自动切断导轨电车与弓网电源的连接；

在非站点或无弓网区停车后重新启动时，对应牵引控制单元根据检测到升弓状态及弓网电源电压的实际情况，控制DC/DC装置直接进行放电模式，保证整车系统具有平稳可靠的750V直流供电；

b1）导轨电车进站充电：导轨电车进站到弓网区后，若已经处于升弓合闸状态，则弓网电压通过受电弓进入高压箱，对应牵引控制单元检测到有弓网电压正常状态、牵引变流器输入电压正常状态、车速停车信息、牵引变流器预充电完成信号、网络生命信号正常状态、DC/DC装置无故障信息、超级电容无故障信息、超级电容接触器闭合状态、加速踏板信号的信息，发出启动DC/DC装置充电命令，启动充电功能；

导轨电车在运行中，处于升弓合闸状态或降弓分闸状态，导轨电车进站停车后，若没有处于升弓合闸状态，则司机根据实际工况进行升弓合闸操作；若处于升弓合闸状态，则牵引控制单元根据实际状态判断，DC/DC装置自动进入充电状态；

超级电容装置通过CAN网络实时向外发送充电电流限值，DC/DC装置根据充电电流限值、超级电容充电电压、充电电流的多种信息，进行闭环算法调节实现稳定可靠的充电：

①根据工况以及进站后车载储能元件的耗能情况，获取导轨电车储能元件所需要的充电电压、电流参数；控制器根据导轨电车储能元件所需要的充电电压、电流参数控制DC/DC装置进行充电运行；根据超级电容状态，实现恒流限压的充电控制；

②当超级电容装置反馈为已经充满电状态时，牵引控制单元控制DC/DC装置停止充电；

③DC/DC装置充电完成后，当导轨电车运行出站驶出弓网区时，自动切断有轨电车与弓网电源的供电连接；

④导轨电车收到充电完毕信号后，由司机决定或者降弓分闸，或者不降弓分闸；

b2）导轨电车出站放电：导轨电车出站时，对应牵引控制单元检测到有弓网电压正常状态、牵引变流器输入电压正常状态、车速停车信息、牵引变流器预充电完成信号、网络生命信号正常状态、DC/DC装置无故障信息、超级电容无故障信息、超级电容接触器闭合状态、加速踏板信号的信息，发出停止DC/DC装置充电、启动放电命令；

导轨电车在车站有弓网区内，DC/DC装置由充电状态转化为放电状态的过程中，还处于弓网连接状态，在车辆启动运行在有弓网区和无弓网区的切换瞬间，牵引变流器母线电压平稳；

当导轨电车准备运行出站时，牵引控制单元检测到司机操作加速踏板信号时，如果DC/DC装置还处于给超级电容充电状态，则首先牵引控制单元控制DC/DC装置转换在放电模式运行，再运行三相逆变器，隔离接触器KM11闭合后，电机开始输出扭矩转动；整个过程瞬时内完成，中间没有停顿；

在充放电的过程中，若单台DC/DC装置充放电系统的元件出现过流、过压或超温故障而不能正常工作时，控制系统将本台DC/DC装置切除；此时导轨电车由另一套DC/DC装置充放电系统进行工作；

c. 制动能耗利用：

c1）有弓网下制动能耗利用：导轨电车在有弓网路线上运行，在制动工况下，母线电压升高，当牵引控制单元检测母线电压值达到一级过压区域时，DC/DC装置直接给超级电容充电来稳定母线电压；当母线电压值达到二级过压区域时，则同时启动能量回馈模块，多余的制动能量通过高压箱回馈给弓网线路；当母线电压值达到三级过压区域时，则同时启动斩波模块，多余的制动能量可以通过斩波模块消耗在制动电阻上；

c2）无弓网下制动能耗利用：导轨电车在无弓网路线上运行，在制动工况下，母线电压升高，当牵引控制单元检测母线电压值达到一级过压区域时，DC/DC装置直接给超级电容充电来稳定母线电压；当母线电压值达到二级过压区域时，则多余的制动能量可以通过斩波模块消耗在制动电阻上。