阅读说明：本技术 基于超级电容供电和弓网双电源供电系统的胶轮导轨电车控制方法 (Rubber wheel guide rail trolley control method based on super capacitor power supply and bow net dual-power supply system ) 是由 胡肖飞 王泉策 张利娟 李�东 徐亚昆 王雷 于 2021-08-25 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种基于超级电容供电和弓网双电源供电系统的胶轮导轨电车控制方法,涉及胶轮导轨电车的控制领域。该控制方法利用软件算法和硬件信号采集完成导轨电车的进出站自动升降弓和充放电,根据检测导标信号、弓网电压信号、升弓信号、降弓信号、保持制动信号和车速信号等参数,通过软件判断车辆进出站需要充电或者放电,实现导轨电车进出站过程中的自动充放电,在整个工作过程中,充电桩全程上高压电无需切换,距站台一定距离设置有导标系统,根据充放电过程和胶轮导轨电车的到站状态,将工作过程分成了五个阶段。本发明可以在保证车辆有效充电的前提下,缩短车辆在站台停留的时间,有利于提高车辆的续航能力和乘客体验,减轻司机压力,保障安全。(The invention discloses a rubber-tyred trolley bus control method based on a super-capacitor power supply system and an arch network dual-power supply system, and relates to the field of control of rubber-tyred trolley buses. The control method utilizes software algorithm and hardware signal acquisition to complete automatic pantograph lifting and discharging of the tramcar when the tramcar enters and exits the station, judges whether the tramcar needs to be charged or discharged when the tramcar enters and exits the station through software according to parameters such as detected beacon signals, pantograph network voltage signals, pantograph lifting signals, pantograph lowering signals, brake keeping signals, speed signals and the like, and realizes automatic charging and discharging of the tramcar when the tramcar enters and exits the station. The invention can shorten the time of the vehicle staying at the platform on the premise of ensuring the effective charging of the vehicle, is beneficial to improving the cruising ability and passenger experience of the vehicle, reduces the pressure of a driver and ensures the safety.)

基于超级电容供电和弓网双电源供电系统的胶轮导轨电车控 制方法

技术领域

本发明涉及胶轮导轨电车的控制领域，具体为一种基于超级电容供电和弓网双电源供电系统的胶轮导轨电车控制方法。

背景技术

随着社会的发展，城市市区的交通阻塞、环境污染的问题越来越严重。地铁成为城市轨道交通的最好选择，但是由于地铁建设周期长、成本高、受地质环境影响较大，所以建设周期短、采用共享路权、爬坡能力强的胶轮导轨电车成为城市轨道交通一种较好的选择，目前胶轮导轨车多采用DC750V供电，造成建设成本和电磁污染较大，且具有一定的局限性；有些胶轮导轨电车为了增加续航，采用了牵引蓄电池作为动力源，但是由于牵引蓄电池充电时间较长且容量有限，无法进行长距离的交通。超级电容具有功率密度高，充电时间短，循环寿命长，工作温度范围宽等优点，成为轨道交通牵引系统供电来源的新宠，但是基于超级电容的导轨电车进出站的控制方法，目前国内外均处于研发阶段。

在现有技术中，超级电容供电导轨电车进出站的充放电控制方法，包括如下步骤：

1） 车辆进站时，车辆由超级电容供电，车辆行驶到指定充电位置，司机进行制动，车辆转为停止状态，并自动施加保持制动。司机将超级电容投入按钮断开。司机进行升弓操作，并提示充电桩可以上高压电，充电桩的操作人员进行上高压电。闭合预充电接触器KM2，对直流母线电容进行预充电后，闭合主接触器KM1，断开KM2；司机将超级电容投入按钮按下，闭合超级电容内部主接触器；双向DC/DC充电机启动，对超级电容进行充电。

2）车辆充电完毕，准备出站时，司机将超级电容投入按钮断开，司机提升充电桩的操作人员可以断开高压电，充电桩断开高压电，并提升司机高压已断开，司机进行降弓操作。司机将超级电容投入按钮按下，双向DC/DC充电机停止充电，并转为放电状态，车辆由超级电容进行供电。司机踩加速踏板，保持制动缓解，车辆驶出站台。

上述充放电控制方法，可以对超级电容进行充放电，但所需的人为操作步骤较多，必须由经过相关培训的司机和地面充电桩人员配合进行充电，且地面充电桩频繁进行启停，影响电气元件寿命；并且由于需要专业人员进行判断后手动操作，进站到出站的时间需要在进行充电时间的基础上额外多出一些时间，影响车辆在站台停靠的有效充电时间和乘客体验。因此针对现有技术无法对超级电容和弓网混合供电的导轨电车进行自动充放电控制的问题，需要提出一种新的控制方法来解决。

发明内容

本发明为了解决现有技术中对于胶轮导轨电车的控制方法，依赖人为操作较多带来的时间损耗，以及超级电容和充电桩需要频繁进行启停切换的问题，提供了一种新型的基于超级电容供电和弓网双电源供电系统的胶轮导轨电车控制方法。

本发明是通过如下技术方案来实现的：一种基于超级电容供电和弓网双电源供电系统的胶轮导轨电车控制方法，所述控制方法在如下电路拓扑里实现：牵引变流器包括预充电电阻R1、预充电接触器KM2、主接触器KM1、母线电容Cd以及双向DC/DC充电机和逆变斩波模块，所述预充电电阻R1、预充电接触器KM2串联后并联在主接触器KM1的两端，然后接母线电容Cd和逆变斩波模块；超级电容电路包括超级电容本体和预充电回路Ⅱ，其中预充电回路Ⅱ包括预充电电阻R2、预充电接触器K2、主接触器K1，所述预充电电阻R2、预充电接触器K2串联后并联在主接触器K1的两端，然后接双向DC/DC充电机，所述双向DC/DC充电机接入母线；将双向DC/DC充电机向超级电容充电的工作状态称为充电，将双向DC/DC充电机由超级电容放电给直流母线的工作状态称为放电；在整个工作过程中，充电桩全程上高压电无需切换，距站台一定距离设置有导标系统，并对各个工作状态进行信号定义：检测弓网电压在700-900V的正常范围内，定义为站台状态，令站台状态=1；检测导标为1到在站台充电阶段，定义为进站状态，令进站状态=1；检测充电完毕动车到离开站台阶段，定义为出站状态，令出站状态=1；

具体的控制过程如下：

1）阶段Ⅰ：车辆进站前，车辆由超级电容供电，车辆行驶到导标位置时，导标向车辆发送导标信号，控制器接收到导标信号=1后，控制受电弓进行自动升弓，升弓指令=1，并将导标状态置1，进站状态置1，出站状态置0，在此阶段内，受电弓未接触到弓网，车辆检测到弓网电压=0，超级电容经过DC/DC放电，母线电压控制为750V；

2）阶段Ⅱ：车辆行驶过导标位置但未接触到弓网时，导标向车辆发送导标信号，控制器接收到导标信号以后，控制受电弓进行自动升弓，升弓指令=1，并将导标状态置1，进站状态置1，出站状态置0；

3）阶段Ⅲ：受电弓自动升起后，车辆继续行驶到站台，司机停车并进行乘客上下车，受电弓与弓网接触；控制器采集到弓网电压信号在弓网正常电压范围内，以及车辆停车和保持制动信号，自动将KM1合闸，并控制DC/DC双向充电机，由放电运行改为充电运行，对超级电容进行充电；

4）阶段Ⅳ：乘客上下车完毕，司机准备出站，开始动车到受电弓和弓网脱离接触，司机按正常驾驶操作，踩加速踏板，控制器采集加速踏板电流信号和车速信号，采集到弓网电压信号在正常范围内，控制器控制DC/DC双向充电机由充电运行切换为放电运行，并将母线电压抬升至稍高于弓网电压；

5）阶段Ⅴ：车辆离站，受电弓与弓网脱离接触，控制器采集到弓网电压低于200V时，控制母线电压降为750V，并控制受电弓自动降弓，出站状态置1，进站状态置0，导标状态置0。

本发明是根据检测导标信号、弓网电压信号、升弓信号、降弓信号、保持制动信号和车速信号等参数，通过软件判断车辆进出站需要充电或者放电，实现导轨电车进出站过程中的自动充放电，根据导轨电车的工作过程分成了五个阶段，每个工作阶段内电路进行不同的充放电动作，以消除人为操作较多带来的时间损耗。

与现有技术相比本发明具有以下有益效果：本发明所提供的一种基于超级电容供电和弓网双电源供电系统的胶轮导轨电车控制方法，解决现有方法依赖人为操作较多带来的时间损耗，以及超级电容和充电桩需要频繁进行启停切换的缺陷，并且可以在保证车辆有效充电的前提下，缩短车辆在站台停留的时间，有利于提高车辆的续航能力和乘客体验；同时减少很多司机手动执行的操作，减轻司机压力，保障安全，可应用于工程实践当中。

附图说明

图1为胶轮导轨电车牵引变流器和超级电容拓扑图。

图2为本发明车辆在阶段Ⅰ经过导标位置时车辆、弓网和导标的示意图。

图3为本发明车辆在阶段Ⅱ进站前车辆、弓网和导标的示意图。

图4为本发明车辆在阶段Ⅲ内车辆、弓网和导标的示意图。

图5为本发明车辆在阶段Ⅳ内车辆、弓网和导标的示意图。

图6为本发明车辆在阶段Ⅴ内车辆、弓网和导标的示意图。

图7为本发明在进出站过程中的流程图。

图中标记如下：1-车辆，2-受电弓，3-弓网，4-导标。

具体实施方式

以下结合具体实施例对本发明作进一步说明。

一种基于超级电容供电和弓网双电源供电系统的胶轮导轨电车控制方法，所述控制方法在如下电路拓扑里实现，如图1所示：牵引变流器包括预充电电阻R1、预充电接触器KM2、主接触器KM1、母线电容Cd以及双向DC/DC充电机和逆变斩波模块，所述预充电电阻R1、预充电接触器KM2串联后并联在主接触器KM1的两端，然后接母线电容Cd和逆变斩波模块；超级电容电路包括超级电容本体和预充电回路Ⅱ，其中预充电回路Ⅱ包括预充电电阻R2、预充电接触器K2、主接触器K1，所述预充电电阻R2、预充电接触器K2串联后并联在主接触器K1的两端，然后接双向DC/DC充电机，所述双向DC/DC充电机接入母线；将双向DC/DC充电机向超级电容充电的工作状态称为充电，将双向DC/DC充电机由超级电容放电给直流母线的工作状态称为放电；在整个工作过程中，充电桩全程上高压电无需切换，距站台一定距离设置有导标系统，并对各个工作状态进行信号定义：检测弓网电压在700-900V的正常范围内，定义为站台状态，令站台状态=1；检测导标为1到在站台充电阶段，定义为进站状态，令进站状态=1；检测充电完毕动车到离开站台阶段，定义为出站状态，令出站状态=1；

具体的控制过程如下，控制方法通过利用软件算法和硬件信号采集完成导轨电车的进出站自动升降弓和充放电，流程图如图7所示：

1）阶段Ⅰ：车辆进站前，车辆由超级电容供电，车辆行驶到导标位置时，导标向车辆发送导标信号，控制器接收到导标信号=1后，控制受电弓进行自动升弓，升弓指令=1，并将导标状态置1，进站状态置1，出站状态置0，在此阶段内，受电弓未接触到弓网，车辆检测到弓网电压=0，超级电容经过DC/DC放电，母线电压控制为750V，如图2所示；

2）阶段Ⅱ：车辆行驶过导标位置但未接触到弓网时，导标向车辆发送导标信号，控制器接收到导标信号以后，控制受电弓进行自动升弓，升弓指令=1，并将导标状态置1，进站状态置1，出站状态置0，如图3所示；

3）阶段Ⅲ：受电弓自动升起后，车辆继续行驶到站台，司机停车并进行乘客上下车，受电弓与弓网接触；控制器采集到弓网电压信号在弓网正常电压范围内，以及车辆停车和保持制动信号，自动将KM1合闸，并控制DC/DC双向充电机，由放电运行改为充电运行，对超级电容进行充电，如图4所示；

4）阶段Ⅳ：乘客上下车完毕，司机准备出站，开始动车到受电弓和弓网脱离接触，司机按正常驾驶操作，踩加速踏板，控制器采集加速踏板电流信号和车速信号，采集到弓网电压信号在正常范围内，当车速大于5km/h时，控制器控制DC/DC双向充电机由充电运行切换为放电运行，并将母线电压抬升至稍高于弓网电压，如图5所示；

5）阶段Ⅴ：车辆离站，受电弓与弓网脱离接触，控制器采集到弓网电压低于200V时，控制母线电压降为750V，并控制受电弓自动降弓，出站状态置1，进站状态置0，导标状态置0，如图6所示。

进出站的五个阶段内的真值表，见下表：

	阶段1	阶段2	阶段3	阶段4	阶段5
						导标状态	1	1	1	1	0
站台状态	0	0	1	1	0
						进站状态	1	1	1	0	0
出站状态	0	0	0	1	1

本发明要求保护的范围不限于以上具体实施方式，而且对于本领域技术人员而言，本发明可以有多种变形和更改，凡在本发明的构思与原则之内所作的任何修改、改进和等同替换都应包含在本发明的保护范围之内。