本發明涉一種適用于儲能式有軌電車的主電路系統, 屬于現代有軌電車交通領域。
背景技術：
現代有軌電車主電路系統通過受電弓從架空接觸網取得電能，并通過高壓母線分配至牽引逆變器和輔助逆變器，供牽引電機、輔助系統設備使用。隨著蓄電池、超級電容等儲能技術的發展，有軌電車無接觸網儲能供電已成為趨勢，現有主電路系統已不適應新型供電形式，需加以改進。
現有主電路系統主要包括受電弓、高壓箱、高壓母線、牽引逆變器、輔助逆變器、制動電阻等。受電弓與接觸網接觸，從變電所取流。高壓箱、高壓母線起電能分配作用。牽引逆變器、輔助逆變器將電能提供給牽引、輔助設備。制動電阻用于消耗電制動時再生電能。
現有主電路系統必須實時從接觸網取流，以保證列車運行需要。一旦接觸網供電中斷，列車將不能繼續運行。該主電路系統對牽引供電系統、接觸網可靠性要求高，運營調度不靈活。且接觸網等供電設施造價高，維護成本高。
技術實現要素：
本發明所要解決的技術問題是，針對現有技術的上述不足，提供一種適用于儲能式有軌電車的主電路系統。
為了解決以上技術問題，本發明提供的適用于儲能式有軌電車的主電路系統，其特征在于包括：集電裝置、高壓箱、牽引逆變器、輔助逆變器、儲能裝置和制動電阻，所述牽引逆變器設置有第1至第4開關，所述第1開關經高壓正母線連接高壓箱，第2開關經輔助高壓正母線連接輔助逆變器，第三開關經制動電阻高壓正母線連接制動電阻，第4開關經儲能裝置高壓正母線連接儲能裝置，所述制動電阻、儲能裝置分別通過制動電阻高壓負母線、儲能裝置高壓負母線連接牽引逆變器，牽引逆變器通過（三相交流）線纜與牽引電機相連，通過高壓回流母線、車輪與鋼軌相連，所述輔助逆變器的電能輸入端通過輔助高壓正母線連接高壓箱，輔助逆變器用于為車輛的380V中壓母線提供交流電，為車輛的24VDC母線提供直流電，輔助逆變器通過高壓回流母線、車輪與鋼軌相連。
為了解決以上技術問題，本發明還具有以下特征：
1、具有兩套由所述牽引逆變器、輔助逆變器、儲能裝置和制動電阻構成的機構，分別設置于車輛的兩側，其中牽引逆變器、制動電阻和儲能裝置設置于車端轉向架模塊，輔助逆變器設置于客室模塊。
2、牽引逆變器的第1開關依次通過高壓正母線、第一熔斷器連接集電裝置，所述第一熔斷器設置于高壓箱內。
3、所述輔助逆變器的電能輸入端依次通過輔助高壓正母線、二極管、第二熔斷器連接集電裝置，所述二極管、第二熔斷器設置于高壓箱內。
4、所述集電裝置為與接觸網相適應的受電弓，或與供電軌相適應的集電靴，或與感應供電裝置相適應的感應集電裝置。
此外，本發明還提供了所述主回路的控制方法，包括列車停站充電控制方法，步驟如下：
1）、車站設有電網，牽引逆變器通過內部控制邏輯閉合第1開關（高壓正母線連接開關），列車的集電裝置動作，接受來自接電網的電能，通過高壓箱向高壓正母線、輔助高壓正母線供電；
2）、高壓正母線向牽引逆變器供電，牽引逆變器通過內部控制邏輯閉合第4開關(儲能開關)，通過儲能裝置高壓正母線、儲能裝置高壓負母線向儲能裝置充電；同時牽引逆變器通過內部控制邏輯斷開第3開關（制動電阻開關），使制動電阻高壓正母線不帶電，不啟用制動電阻；
3）、輔助高壓正母線向輔助逆變器供電，輔助逆變器輸出380V中壓交流電和24V直流電，分別向中壓母線和24VDC母線供電；
4）、牽引逆變器、輔助逆變器通過高壓回流母線、車輪與鋼軌形成回流通路；
5）、列車離站時，牽引逆變器保持第1開關閉合，并適當提升高壓正母線電壓，確保集電裝置和電網脫離接觸時不拉弧，當集電裝置完全脫離時，牽引逆變器通過內部控制邏輯斷開第1開關。
進一步的，所述主回路的控制方法還包括區間無電網牽引/制動控制方法，其中，
a、區間無電網牽引方法如下：
1）、牽引逆變器通過內部控制邏輯斷開第1開關，切除與高壓正母線的電氣連通，保證牽引逆變器不向高壓箱、集電裝置、電網饋電，確保供電安全；
2）、牽引逆變器通過內部控制邏輯閉合第4開關，儲能裝置通過第4開關、儲能裝置高壓正母線、儲能裝置高壓負母線向牽引逆變器供電；牽引逆變器結合牽引制動指令通過輸出變頻變壓的三相交流電控制牽引電機驅動力；
3）、牽引逆變器通過內部控制邏輯閉合第2開關，通過輔助高壓正母線向輔助逆變器供電，高壓箱內設置有與輔助高壓正母線連接的二極管，確保了高壓箱、集電裝置不帶電，保證供電安全；
b、區間無接觸網制動方法如下：
牽引電機進入發電機工況，將再生電能反饋至牽引逆變器，牽引逆變器通過第2開關、輔助高壓正母線向輔助逆變器供電；當輔助逆變器不能消耗全部再生制動電能時，牽引逆變器通過內部控制邏輯閉合第3開關，通過制動電阻高壓正母線、制動電阻高壓負母線向制動電阻供電，由制動電阻消耗剩余電能。
進一步的，所述主回路的控制方法還包括區間有電網牽引/制動控制方法，其中，
c、區間有電網牽引方法如下：
1）、在有電網區段，牽引逆變器通過內部控制邏輯閉合第1開關，列車集電裝置動作，接受來自電網的電能，通過高壓箱向高壓正母線、輔助高壓正母線供電；
2）、高壓正母線向牽引逆變器供電，牽引逆變器通過內部控制邏輯閉合第4開關，通過儲能裝置高壓正母線、儲能裝置高壓負母線向儲能裝置充電；牽引逆變器結合牽引制動指令通過輸出變頻變壓的3相交流電控制牽引電機驅動力；同時，牽引逆變器通過內部控制邏輯斷開第3開關，使制動電阻高壓正母線不帶電，不啟用制動電阻；
3）、輔助高壓正母線向輔助逆變器供電；
4）、牽引逆變器、輔助逆變器通過高壓回流母線、車輪與鋼軌形成回流通路；
d、區間有電網制動方法如下：
牽引電機進入發電機工況，將再生制動電能反饋至牽引逆變器，通過第1開關、高壓正母線、高壓箱、集電裝置向電網饋能，由電網和輔助逆變器消耗再生制動電能；當電網和輔助逆變器不能消耗全部制動電能時，牽引逆變器通過內部控制邏輯閉合第3開關，通過制動電阻高壓正母線、制動電阻高壓負母線向制動電阻供電，由制動電阻消耗剩余再生電能。
本發明的有益效果如下：
本發明可以實現有軌電車區間無接觸網運行。車輛在停站或運行時利用局部設置的接觸網為車載儲能裝置充電，無接觸網區段車輛利用車載儲能裝置電能保持運行。在有網或無網區段，均可回收利用車輛制動時電能，還可以實現進入有網區升弓、離開有網區降弓時不產生明顯拉弧，保護接觸網和受電弓。
應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明原理的前提下，還可以做若干改進，這些改進也應視為本發明的保護范圍。
附圖說明
下面結合附圖對本發明作進一步的說明。
圖1為本發明適用于儲能式有軌電車的主電路系統原理圖。
具體實施方式
如圖1所示，為本發明適用于儲能式有軌電車的主電路系統原理圖。本實施例以5模塊編組的現代有軌電車主電路為例，對本發明進行說明。圖1中：1-受電弓；2-高壓箱；3-高壓正母線；4-輔助高壓正母線；5-制動電阻高壓正母線；6-儲能裝置高壓正母線；7-牽引逆變器；8-儲能裝置；9-制動電阻；10-輔助逆變器；11-儲能裝置高壓負母線；12-制動電阻高壓負母線；13-高壓回流母線；14-中壓母線1；15-中壓母線2；16-24VDC母線；17-接觸網。
本實施例適用于儲能式有軌電車的主電路系統，包括：受電弓（集電裝置）1、高壓箱2、牽引逆變器7、輔助逆變器10、儲能裝置8和制動電阻9，由牽引逆變器7、輔助逆變器10、儲能裝置8和制動電阻9構成的機構有兩套，分別設置在車輛兩側，其中牽引逆變器7、制動電阻9和儲能裝置8設置于車端轉向架模塊，輔助逆變器10設置于客室模塊。牽引逆變器7設置有第1至第4開關K1、K2、K3、K4，第1開關K1經高壓正母線3連接高壓箱2，第2開關K2經輔助高壓正母線4連接輔助逆變器10，第3開關K3經制動電阻高壓正母線5連接制動電阻9，第4開關K4經儲能裝置高壓正母線6連接儲能裝置8，制動電阻9、儲能裝置8分別通過制動電阻高壓負母線12、儲能裝置高壓負母線11連接牽引逆變器7，牽引逆變器7通過三相交流線纜與牽引電機M相連，通過高壓回流母線13、車輪與鋼軌相連，輔助逆變器10的電能輸入端通過輔助高壓正母線4連接高壓箱2，輔助逆變器10用于為車輛的380V中壓母線15提供交流電，為車輛的24VDC母線16提供直流電，輔助逆變器10通過高壓回流母線13、車輪與鋼軌相連。如圖1所述，牽引逆變器3的第1開關K1依次通過高壓正母線3、第一熔斷器連接受電弓1，第一熔斷器設置于高壓箱2內；輔助逆變器10的電能輸入端依次通過輔助高壓正母線4、二極管、第二熔斷器連接受電弓1，二極管、第二熔斷器設置于高壓箱2內。
出了使用受電弓外，集電裝置為也可以使與供電軌相適應的集電靴，或與感應供電裝置相適應的感應集電裝置。
以5模塊編組的現代有軌電車主電路為例，主電路可以實現以下3種功能：
1）列車停站充電；2）區間無接觸網牽引/制動；3）區間有接觸網牽引/制動。
下面以BM1模塊為例進行說明，BM5模塊與BM1模塊類似，不再重復說明。
列車停站充電：
1）車站設有接觸網。當列車升弓時，7-牽引逆變器通過內部控制邏輯閉合K1，安裝于BM3車頂上的1-受電弓升起，通過弓網接觸接受來自接觸網的電能（電壓等級為750VDC），通過2-高壓箱向3-高壓正母線、4-輔助高壓正母線供電。
2）3-高壓正母線向7-牽引逆變器供電（此時K1已閉合）。7-牽引逆變器通過內部控制邏輯閉合K4，通過6-儲能裝置高壓正母線、11-儲能裝置高壓負母線向8-儲能裝置充電。同時，7-牽引逆變器通過內部控制邏輯斷開K3，使5-制動電阻高壓正母線不帶電，不啟用制動電阻。
3）4-輔助高壓正母線向10-輔助逆變器供電，10-輔助逆變器輸出380V中壓交流電和24V直流電。
4）7-牽引逆變器、10-輔助逆變器通過17-高壓回流母線、車輪與鋼軌形成回流通路。
5）列車升弓離站時，7-牽引逆變器保持K1閉合，并適當提升3-高壓正母線電壓，確保弓網脫離接觸時不拉弧。當1-受電弓完全降下時，7-牽引逆變器通過內部控制邏輯斷開K1。
區間無接觸網牽引/制動：
a、區間無接觸網牽引：
1）7-牽引逆變器通過內部控制邏輯斷開K1，切除與3-高壓正母線的電氣聯通，保證牽引逆變器不向2-高壓箱、1-受電弓、接觸網饋電，確保供電安全。
2）7-牽引逆變器通過內部控制邏輯閉合K4。8-儲能裝置通過K4、6-儲能裝置高壓正母線、11-儲能裝置高壓負母線向7-牽引逆變器供電。7-牽引逆變器結合牽引制動指令通過輸出變頻變壓的3相交流電控制牽引電機驅動力。
3）7-牽引逆變器通過內部控制邏輯閉合K2，通過4-輔助高壓正母線向10-輔助逆變器供電。由于2-高壓箱內4-輔助高壓正母線設置了二極管，確保了2-高壓箱、1-受電弓不帶電，保證供電安全。
b、區間無接觸網制動：
1）牽引電機進入發電機工況，將再生電能反饋至7-牽引逆變器，7-牽引逆變器通過K2、4-輔助高壓正母線向10-輔助逆變器供電。當10-輔助逆變器不能消耗全部再生制動電能時，7-牽引逆變器通過內部控制邏輯閉合K3，通過5-制動電阻高壓正母線、12-制動電阻高壓負母線向9-制動電阻供電，由制動電阻消耗剩余電能。
區間有接觸網牽引/制動時：
c、區間有接觸網牽引：
1）在有接觸網區段，當列車升弓時，7-牽引逆變器通過內部控制邏輯閉合K1，安裝于BM3車頂上的1-受電弓升起，通過弓網接觸接受來自接觸網的電能（電壓等級為750VDC），通過2-高壓箱向3-高壓正母線、4-輔助高壓正母線供電。
2）3-高壓正母線向7-牽引逆變器供電（此時K1已閉合）。7-牽引逆變器通過內部控制邏輯閉合K4，通過6-儲能裝置高壓正母線、11-儲能裝置高壓負母線向8-儲能裝置充電。7-牽引逆變器結合牽引制動指令通過輸出變頻變壓的3相交流電控制牽引電機驅動力。同時，7-牽引逆變器通過內部控制邏輯斷開K3，使5-制動電阻高壓正母線不帶電，不啟用制動電阻。
3）4-輔助高壓正母線向10-輔助逆變器供電。
4）7-牽引逆變器、10-輔助逆變器通過17-高壓回流母線、車輪與鋼軌形成回流通路。
d、區間有接觸網制動：
牽引電機進入發電機工況，將再生制動電能反饋至7-牽引逆變器，通過K1、3-高壓正母線、2-高壓箱、1-受電弓向接觸網饋能，由接觸網和10-輔助逆變器消耗再生制動電能。當接觸網和10-輔助逆變器不能消耗全部制動電能時，7-牽引逆變器通過內部控制邏輯閉合K3，通過5-制動電阻高壓正母線、12-制動電阻高壓負母線向9-制動電阻供電，由制動電阻消耗剩余再生電能。
除上述實施例外，本發明還可以有其他實施方式。凡采用等同替換或等效變換形成的技術方案，均落在本發明要求的保護范圍。