一种混合动力机车能量转换的控制装置、机车及控制方法与流程

本发明涉及混合动力机车领域，具体涉及一种混合动力机车能量转换的控制装置、机车及控制方法。

背景技术：

1、混合动力机车在能量转换工程中，dcdc控制系统作为混合动力机车能量转换的核心变换部件，其控制方式直接关系到机车是否能够由一种能量源平滑过渡到另一种能量源，而不产生冲动。现有的混合动力机车dcdc控制系统的控制方法为电压线控制，即dcdc控制系统控制第一条电压线，当母线电压低于预设值，dcdc控制系统的变换器升压控制，使母线电压达到预设值。柴油机起动后，由主发励磁系统控制第二条电压线(第二条电压线高于第一条电压线)，当母线电压高于预设值，dcdc控制系统控制为充电，并设定充电功率上限。dcdc控制系统根据母线电压的变化情况，决定充电状态还是放电状态。

2、上述控制方法在机车柴油机起动后，主发电机能量输出接管动力电池能量输出时，功率接管不够线性，母线电压调节过程中，会造成主发功率突然加大，柴油机负荷突增，供油量增加导致燃烧不充分，使柴油机排放出黑烟；另外，主发功率的波动也会造成机车牵引力输出的波动，导致转换过程机车发生抖动，影响司机驾驶体验。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种混合动力机车能量转换的控制装置及控制方法，可以使柴油机能量输出与动力电池能量输出转换时功率呈线性变化，平滑过渡；能量转换时不会发生功率不稳而导致机车抖动等问题，解决了柴油机负载突然增加导致柴油机负载率较高而导致的冒黑烟现象。

2、为了实现上述发明的目的，本发明提供一种混合动力机车能量转换的控制装置，包括微机控制系统、动力电池系统，主发励磁系统，dcdc控制系统，牵引变流控制系统；其中，

3、所述动力电池系统的输出与dcdc控制系统连接；所述主发励磁系统的输入端与机车的柴油机连接；所述dcdc控制系统和主发励磁系统的输出并联，并通过母线连接牵引变流控制系统；

4、当机车进行能量转换时，所述微机控制系统通过调节dcdc控制目标预设电压值vdc与主发励磁系统控制目标预设电压值vch差值，来控制两个系统功率输出比例。

5、根据本发明所述的一种混合动力机车能量转换的控制装置，优选地，当机车进行能量转换时，所述微机控制系统通过如下公式(1)对dcdc控制系统和主发励磁系统进行调节：

6、2k(vch-vdc)+pdt＝pct      (1)

7、vch为主发励磁系统控制的目标预设电压值；

8、vdc为dcdc控制系统控制的目标预设电压值；

9、pdt为dcdc控制系统的实际输出功率；

10、pct为柴油机的实际输出功率；

11、k为比例系数。

12、根据本发明所述的一种混合动力机车能量转换的控制装置，优选地，当机车进行能量转换时，所述微机控制系统通过如下公式(2)对dcdc控制系统和主发励磁系统进行调节：

13、

14、根据本发明所述的一种混合动力机车能量转换的控制装置，优选地，所述母线的功率为pm＝pct+pdt。

15、根据本发明所述的一种混合动力机车能量转换的控制装置，优选地，所述dcdc控制系统设有电压调节模块和功率调节模块，所述主发励磁系统设有电压调节模块和功率调节模块。

16、另外，本发明还提供一种安装有如上所述的一种混合动力机车能量转换的控制装置的机车，所述机车的柴油机的输出端与主发励磁系统的输入端连接。

17、再次，本发明还提供上述机车的能量转换的控制方法，包括如下步骤：

18、所述主发励磁系统和动力电池系统混合作为能量源输出时：

19、当机车需要进行能量转换时，所述微机控制系统通过调节dcdc控制系统控制的目标预设电压值vdc与主发励磁系统控制的目标预设电压值vch的差值呈线性变化，来控制两种能量源的功率输出变化呈线性，直至达到转换后的比例。

20、根据本发明所述的一种机车的能量转换的控制方法，优选地，还包括如下步骤：

21、所述动力电池系统单独作为能量源输出时：

22、所述微机控制系统发送dcdc控制系统使能信号，dcdc控制系统控制目标预设电压值vdc、输出功率限制值pdc；当dcdc控制系统实际输出功率pdt超过pdc，进行功率闭环控制。

23、根据本发明所述的一种机车的能量转换的控制方法，优选地，还包括如下步骤：

24、所述动力电池系统单独作为能量源输出时：

25、所述dcdc控制系统实际输出的电压值vt低于预设目标电压值vdc，则牵引变流控制系统降低功率输出，使dcdc控制系统的输出电压维持目标预设值进行功率闭环控制。

26、根据本发明所述的一种机车的能量转换的控制方法，优选地，还包括如下步骤：

27、所述柴油发电机单独作为能量源输出时：

28、所述主发励磁系统控制目标预设电压值vch、柴油机的输出功率目标值pch，牵引变流控制系统以柴油机的输出目标功率pch进行功率闭环控制。

29、本发明的有益效果是：

30、本发明的本发明提出一种混合动力机车的能量转换的控制装置，该控制装置能够线性调节多能量源之间的能量分配，从而达到能量转换时机车的平顺性能，防止因功率抖动导致司乘人员不良的驾驶感受，也可防止柴油机过载而导致燃油燃烧不充分冒黑烟的现象，防止转换时柴油机负荷突增而导致的动力组部件损伤。

技术特征：

1.一种混合动力机车能量转换的控制装置，其特征在于，包括微机控制系统、动力电池系统，主发励磁系统，dcdc控制系统，牵引变流控制系统；其中，

2.根据权利要求1所述的一种混合动力机车能量转换的控制装置，其特征在于，当机车进行能量转换时，所述微机控制系统通过如下公式(1)对dcdc控制系统和主发励磁系统进行调节：

3.根据权利要求2所述的一种混合动力机车能量转换的控制装置，其特征在于，当机车进行能量转换时，所述微机控制系统通过如下公式(2)对dcdc控制系统和主发励磁系统进行调节：

4.根据权利要求3所述的一种混合动力机车能量转换的控制装置，其特征在于，所述母线的功率为pm＝pct+pdt。

5.根据权利要求3所述的一种混合动力机车能量转换的控制装置，其特征在于，所述dcdc控制系统设有电压调节模块和功率调节模块，所述主发励磁系统设有电压调节模块和功率调节模块。

6.一种安装有权利要求5所述的一种混合动力机车能量转换的控制装置的机车，其特征在于，所述机车的柴油机的输出端与主发励磁系统的输入端连接。

7.一种如权利要求6所述的机车的能量转换的控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

8.根据权利要求7所述的控制方法，其特征在于，还包括如下步骤：

9.根据权利要求8所述的控制方法，其特征在于，还包括如下步骤：

10.根据权利要求7所述的控制方法，其特征在于，还包括如下步骤：

技术总结本发明公开了一种混合动力机车能量转换的控制装置、机车及控制方法，包括微机控制系统、动力电池系统，主发励磁系统，DCDC控制系统，牵引变流控制系统；动力电池系统的输出与DCDC控制系统连接；主发励磁系统的输入端与机车的柴油机连接；DCDC控制系统和主发励磁系统的输出并联，并通过母线连接牵引变流控制系统；微机控制系统通过调节DCDC控制目标预设电压值V<subgt;dc</subgt;与主发励磁系统控制目标预设电压值V<subgt;ch</subgt;差值，来控制两个系统功率输出比例。本发明的控制装置可以使柴油机能量输出与动力电池能量输出转换时功率呈线性变化，平滑过渡；避免发生功率不稳而导致机车抖动、冒黑烟等问题。技术研发人员：王志强,董骏骐,李昭宇,高磊,徐朝林,吕世伟,宋杨,温吉斌,董飞受保护的技术使用者：中车大连机车车辆有限公司技术研发日：技术公布日：2024/2/6