專利名稱：鐵道車輛的電源裝置及電源啟動方法
技術領域：
本發(fā)明涉及包括將來自架設電線的直流成交流電源的電力變換為規(guī)定交流電的多個單元的鐵道車輛的電源裝置及電源啟動方法。
背景技術：
將交流電供給鐵道車輛的輔助電路的輔助電源裝置具有這樣的冗余性，通常每一編組上搭載多個輔助電源裝置，即使一個輔助電源裝置發(fā)生故障也可從其余的健全的輔助電源裝置向編組的各車輛的負載供應必要的電力。
有這樣的輔助電源裝置的并聯(lián)冗余系統(tǒng)，在該冗余性電源系統(tǒng)的一個上使多個輔助電源裝置并聯(lián)同步運行并輸出到同一負載母線。圖5是一編組中并聯(lián)同步運行3個輔助電源裝置的并聯(lián)冗余系統(tǒng)的結構圖。通過集電裝置12a、12b、12c從架設電線11向各輔助電源裝置13a、13b、13c供電，各輔助電源裝置13a、13b、13c通過負載接觸器15a、15b、15c連接到負載母線14。熒光燈和空調(diào)等輔助電路用負載16(以下稱為負載16)連接到負載母線14。另外，圖5中的17是交交部。
各輔助電源裝置13a、13b、13c上設置有檢測負載母線14的電壓的電壓檢測裝置18a、18b、18c，首先啟動多個輔助電源裝置13a、13b、13c中的一個。例如，啟動輔助電源裝置13a，向負載母線14供應輸出電壓，其余的輔助電源裝置13b、13c根據(jù)負載母線14的電壓和相位信息依次啟動。
這種并聯(lián)同步運行的并聯(lián)冗余系統(tǒng)，由于在一個輔助電源裝置13發(fā)生故障的情況下可以用2個輔助電源裝置13來支援(backup)，所以作為輔助電源裝置13的額定容量相當于準備通常運行時容量的3/2倍的容量。在通過架設電線11的交交部17時即使一個輔助電源裝置13發(fā)生停電，因為可以用其他的輔助電源裝置13來支援(backup)，所以不會整體停電。但是，最先啟動的一臺輔助電源裝置13在其余的輔助電源裝置13接入負載母線14以前承載全部負載。
另一方面，如圖6所示，有單個運行的并聯(lián)冗余系統(tǒng)，對應于多個輔助電源裝置13a、13b、13c以母線接觸器19a、19b來分割負載母線14，并且從各輔助電源裝置13a、13b、13c分別向由母線接觸器19a、19b分割的負載母線14a、14b、14c供電。
這種單個運行的并聯(lián)冗余系統(tǒng)中，因為單個地向負載母線14的負載供電，所以一個輔助電源裝置不承載全部的負載。但是，因為在通過架設電線11的交交部17時發(fā)生停電，在該停電時有必要由蓄電池對熒光燈等的負載16供電，另外，在一個輔助電源裝置13發(fā)生故障的情況下，由于閉合母線接觸器18、用鄰接的輔助電源13來支援(backup)，所以作為輔助電源裝置13的額定容量需要準備通常運行時容量的2倍的容量。
另外，有可以這樣并聯(lián)運行的裝置，為了減小輔助電源裝置13的額定容量，設置抑制電力變換器的輸出電壓的相位單元間的偏差的相位偏差抑制裝置和抑制電力變換器的輸出電流單元間的偏差的輸出電流偏差抑制裝置，共通連接多個單元的電力變換器輸出側(cè)并供給負載(例如，參考專利文獻1)。
再者，如圖7所示，有這樣的并聯(lián)冗余系統(tǒng)，其設置模擬母線20，并且根據(jù)模擬母線20的電壓和相位，使各輔助電源裝置13a、13b、13c與負載母線14并聯(lián)同步。即，由電壓檢測裝置18a、18b、18c檢測模擬母線20的電壓，由電流檢測裝置21a、21b、21c檢測模擬母線20的電流，由電壓和電流判定相位，并根據(jù)模擬母線20的電壓和相位，各輔助電源裝置13a、13b、13c進行同步運行準備，之后，一并接通各輔助電源裝置13a、13b、13c的負載接觸器15a、15b、15c并向負載母線14輸出電源。但是，這種情況下需要在車輛間拉通的模擬母線20。
專利文獻1特開平JP11-215602號公報但是，對于圖5所示的系統(tǒng)，雖然具有可以減小輔助電源裝置13的額定容量，即使通過交交部時也不發(fā)生停電的優(yōu)點，但也存在這樣的問題，最先啟動的一個輔助電源裝置在其余的輔助電源裝置13接入負載母線14之前將承載全部的負載。
此外，對于如圖6所示的系統(tǒng)，由于單個地向負載母線14的負載供電，所以一個輔助電源裝置13不承載全部的負載，但是為預防在通過架設電線11的交交部17時發(fā)生停電而必須準備蓄電池，另外，其他輔助電源裝置13為預防發(fā)生故障，作為輔助電源裝置13的額定容量需要準備通常運行時容量的2倍的容量。
另外，對于圖7所示的系統(tǒng)，由于通過使用模擬母線20而各輔助電源裝置13可相互同步地動作，所以可以將各輔助電源裝置13的輸出一齊連接到以非絕緣方式連接的負載母線14上，消除了啟動時僅一個輔助電源裝置13承載所有的負載的問題，但是存在著必須在編組間拉通模擬母線20的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供可以單個地啟動多個輔助電源裝置且能夠進行并聯(lián)同步運行的鐵道車輛的電源裝置和電源啟動方法。
本發(fā)明的鐵道車輛的電源裝置，具有向鐵道車輛的輔助電路供應交流電的多個輔助電源裝置，包括母線接觸器，與多個輔助電源裝置相對應地分割連接有鐵道車輛的輔助電路負載的負載母線；負載接觸器，用于將與各輔助電源裝置的輸出側(cè)連接到對應的負載母線上；以及電量檢測裝置，通過該負載母線檢測鄰接到編組車輛的前端側(cè)或后尾側(cè)的輔助電源裝置的電量，所述輔助電源裝置根據(jù)來自外部的啟動指令接通所述負載接觸器，同時進行并聯(lián)同步運行準備，當基于所述電量檢測裝置檢測出的電量而判定出與鄰接的輔助電源裝置并聯(lián)同步運行條件成立時，接通所述母線接觸器使得相互同步。
本發(fā)明的鐵道車輛的電源啟動方法，其特征在于，由母線接觸器與多個輔助電源裝置相對應地分割連接有鐵道車輛輔助電路用負載的負載母線，通過負載母線檢測與編組車輛的前端側(cè)或者后尾側(cè)相鄰接的其他輔助電源裝置的電量，基于該其他輔助電源裝置的電量進行并聯(lián)同步運行準備的控制，在準備結束的時刻接通連接各負載母線的母線接觸器，進入并聯(lián)同步運行模式。
根據(jù)本發(fā)明，在穩(wěn)定運行時實現(xiàn)來自輔助裝置輸出的均等化，并且即使在啟動時不供給以單個運行規(guī)定的負載以外的過大電力，不必增大啟動時的耐過載量，可實現(xiàn)小型化、輕量化。
此外，并聯(lián)同步運行的準備控制是通過經(jīng)由負載母線檢測車輛前端側(cè)或者后尾側(cè)的輔助電源裝置的電量(電壓或相位)而進行的，所以不需要用于并聯(lián)同步運行準備的模擬母線。再者，即使在對編組彼此進行混編時，即便混編之前編組彼此為非同步運行，但混編后通過經(jīng)同步運行準備閉合母線接觸器這樣的動作，包含混編車輛的并聯(lián)同步運行也很容易實現(xiàn)。


圖1是根據(jù)本發(fā)明第一實施例的鐵道車輛的電源裝置的結構圖。
圖2是根據(jù)本發(fā)明第一實施例的鐵道車輛的電源裝置的啟動動作順序的說明圖。
圖3是根據(jù)本發(fā)明第二實施例的鐵道車輛的電源裝置的結構圖。
圖4是根據(jù)本發(fā)明第二實施例的鐵道車輛的電源裝置的啟動動作順序的說明圖。
圖5是示出現(xiàn)有的并聯(lián)冗余系統(tǒng)的一例的結構圖。
圖6是示出現(xiàn)有的并聯(lián)冗余系統(tǒng)另一例的結構圖。
圖7是示出現(xiàn)有的并聯(lián)冗余系統(tǒng)又一例的結構圖。
具體實施例方式
下面，將說明本發(fā)明的實施例。圖1是根據(jù)本發(fā)明第一實施例的鐵道車輛的電源裝置的結構圖。以交交部17來分割架設電線11并向其供電。架設電線11的電源通過集電裝置12a、12b、12c向各輔助電源裝置13a、13b、13c供電。各輔助電源裝置13a、13b、13c通過負載接觸器15a、15b、15c向連接在負載母線14上的負載16供電。在此，將車輛的左側(cè)作為前端側(cè)。
負載母線14這樣構成，對應于多個輔助電源裝置13a、13b、13c被母線接觸器19a、19b分割，并且從各輔助電源裝置13a、13b、13c分別向被母線接觸器19a、19b分割的負載母線14a、14b、14c供電。
在各輔助電源裝置13a、13b、13c設置有檢測負載母線14電量的電量檢測裝置22a、22b、22c。電量是并聯(lián)同步運行時所需的電量，是判定負載母線14的電壓、相位所需的電量例如電流等。
輔助電源裝置13b的電量檢測裝置22b檢測鄰接的前端側(cè)的負載母線14a的電量，輔助電源裝置13c的電量檢測裝置22c同樣地檢測鄰接的前端側(cè)的負載母線14b的電量。另外，雖然在前端側(cè)的車輛的輔助電源裝置13a上設置有電量檢測裝置22a，但是由于前端側(cè)沒有負載母線14，所以為非連接。
在母線接觸器19a、19b的斷開狀態(tài)下，輔助電源裝置13a、13b、13c根據(jù)來自外部的啟動指令接通負載接觸器15a、15b、15c。并且，輔助電源裝置13a、13b、13c自身的電壓上升。輔助電源裝置13a由此確立自身的負載母線14a的電壓。輔助電源裝置13b、13c進行并聯(lián)同步運行準備，同時當基于電量檢測裝置22b、22c檢測的電量而判定出與鄰接的輔助電源裝置13a、13b并聯(lián)同步運行條件成立時，接通母線接觸器19a、19b使得相互同步。
圖2是根據(jù)本發(fā)明第一實施例的鐵道車輛的電源裝置的啟動動作順序的說明圖。使負載母線14的母線接觸器19a、19b處于斷開狀態(tài)。也就是說，使各負載母線14a、14b、14c為絕緣狀態(tài)。在該狀態(tài)下，各輔助電源裝置13a、13b、13c一齊輸出來自外部的啟動信號。
各輔助電源裝置13a、13b、13c通過單個運行(非同步運行)使輸出電壓進行上升而動作。前端的輔助電源裝置13a閉合負載接觸器15a(S1)，并且以軟啟動等方式使輸出電壓上升，從而向負載母線14a供電。
輔助電源裝置13b以單個運行(非同步運行)使輸出電壓上升而動作，確立電壓后閉合負載接觸器15b(S2)，以確立的輸出電壓向負載母線14b供電。并且，輔助電源裝置13b從負載母線14a檢測輔助電源裝置13a的輸出電壓和相位條件，并且進行將電壓和相位調(diào)到能夠和輔助電源裝置13a并聯(lián)同步運行的狀態(tài)這樣的同步運行準備(S3)。完成同步運行準備(S4)時，閉合將負載母線14a和負載母線14b連接在一起的母線接觸器19a(S5)，輔助電源裝置13a和輔助電源裝置13b進入并聯(lián)同步運行。
同樣地，輔助電源裝置13c通過單個運行(非同步運行)使輸出電壓進行上升而動作，確立電壓后閉合負載接觸器15c(S6)，以確立的輸出電壓向負載母線14c供電。并且，輔助電源裝置13c從負載母線14b檢測輔助電源裝置13b的輸出電壓和相位條件，并且進行將電壓和相位調(diào)到能夠和輔助電源裝置13b并聯(lián)同步運行的狀態(tài)這樣的同步運行準備(S7)。完成同步運行準備(S8)時，閉合將負載母線14b和負載母線14c連接在一起的母線接觸器19b(S9)，輔助電源裝置13b和輔助電源裝置13c進入并聯(lián)同步運行。
這樣，接通所有母線接觸器19a、19b后作為編組所有的輔助電源裝置13a、13b、13c變?yōu)椴⒙?lián)同步運行，完成并聯(lián)同步運行的啟動。
在上述說明中，雖然電量檢測裝置22依次檢測與編組車輛的前端側(cè)鄰接的負載母線14的電量使得同步運行，但是也可以依次檢測與后尾側(cè)鄰接的負載母線14的電量使得同步運行。
另外，雖然當前端的輔助電源裝置13a輸入啟動指令后閉合負載接觸器15a，并以軟啟動等方式使輸出電壓上升從而向負載母線14a供電，但是也可以在確定輸出后接通負載接觸器14a并向負載母線供電。相反地，雖然輔助電源裝置13b、13c使輸出電壓上升而動作，確立電壓后閉合負載接觸器15b、15c，但是也可以在輸入啟動指令后閉合負載接觸器15b、15c，以軟啟動等方式使輸出電壓上升并向負載母線14b、14c供電。
再者，輔助電源裝置13在自身的負載母線14或鄰接的負載母線14上發(fā)生故障的情況下，可以斷開母線接觸器19a、19b、斷開有故障的負載母線14。例如，負載母線14c有故障的情況下，斷開母線遮斷器19b。
因此，拉通編組車輛的負載母線14在每個輔助電源裝置13上由母線接觸器19絕緣，在負載母線14發(fā)生接地事故等故障的情況下，具有與其他負載母線14斷開的開放功能。
另外，負載母線14被母線接觸器19分割，并且輔助電源裝置13通過該負載母線14檢測與編組車輛的前端側(cè)(或者后尾側(cè))鄰接的輔助電源裝置13的輸出電壓，再根據(jù)該檢測輸出確立初始的并聯(lián)同步運行準備并接通母線接觸器19，進行并聯(lián)同步運行。
依據(jù)第一實施例，由于并聯(lián)同步運行的準備控制是通過經(jīng)由負載母線檢測車輛前端側(cè)或者后尾側(cè)的輔助電源裝置13的電量(電壓、相位)來進行，所以不需要用于并聯(lián)同步運行準備的模擬母線。
下面，將說明本發(fā)明的第二實施例。圖3是根據(jù)本發(fā)明第二實施例的鐵道車輛的電源裝置的結構圖。該第二實施例代替一編組的輔助電源裝置13的并聯(lián)同步運行，適用于對編組彼此進行混編時的并聯(lián)同步運行。下面，考慮對A編組的列車和B編組的列車進行混編的情況。在A編組的電源裝置的輔助電源裝置13A進行并聯(lián)同步運行，而B編組的電源裝置進行單個運行的情況下，對A編組和B編組進行混編時，B編組的前端的輔助電源裝置13Ba通過電量檢測裝置22Ba檢測A編組的負載母線14A的電量，完成同步運行準備后，閉合將負載母線14A和負載母線14Ba連接在一起的母線接觸器19B，并聯(lián)同步運行輔助電源裝置13A和輔助電源裝置13Ba。
同樣地，輔助電源裝置13Bb通過電量檢測裝置22Bb檢測A編組的負載母線14Ba的電量，完成同步運行準備，閉合將負載母線14Ba和負載母線14Bb連接在一起的母線接觸器19Ba，使輔助電源裝置13Ba和輔助電源裝置13Bb并聯(lián)同步運行。
圖4是根據(jù)本發(fā)明第二實施例的鐵道車輛的電源裝置的啟動動作順序的說明圖。在圖4中示出了A編組的電源裝置和B編組的電源裝置進行并聯(lián)同步運行時進行混編的情況。輔助電源裝置13Bb從負載母線14A檢測輔助電源裝置13A的輸出電壓和相位條件，并且進行將電壓和相位調(diào)到可與輔助電源裝置13A并聯(lián)同步運行的狀態(tài)這樣的同步運行準備(S11)。完成同步運行準備(S12)后，閉合將負載母線14A和負載母線14Ba連接在一起的母線接觸器19B(S13)，然后并聯(lián)同步運行輔助電源裝置13A和輔助電源裝置13Ba。
即使是對并聯(lián)同步運行的編組彼此的混編或者對單個運行的編組與并聯(lián)同步運行的編組彼此的混編也都成為相同的動作。也就是說，在混編時，一方的輔助電源裝置13從另一方的負載母線14檢測出電壓和相位信息，并聯(lián)同步運行的準備結束之后，接通母線接觸器19而實現(xiàn)被混編的編組的并聯(lián)同步運行。
依據(jù)第二實施例，即使在對編組彼此進行混編時，即便混編之前編組彼此為非同步運行，但混編后通過經(jīng)同步運行準備閉合母線接觸器這樣的動作，包含混編車輛的并聯(lián)同步運行也很容易實現(xiàn)。
權利要求
1.一種鐵道車輛的電源裝置，具有給鐵道車輛的輔助電路供應交流電的多個輔助電源裝置，其中包括母線接觸器，與多個輔助電源裝置相對應地分割連接有鐵道車輛的輔助電路用負載的負載母線；負載接觸器，用于將各輔助電源裝置的輸出側(cè)連接到對應的負載母線；以及電量檢測裝置，通過其負載母線檢測與編組車輛的前端側(cè)或后尾側(cè)鄰接的輔助電源裝置的電量，所述輔助電源裝置根據(jù)來自外部的啟動指令接通所述負載接觸器，同時進行并聯(lián)運行準備，當基于所述電量檢測裝置檢測出的電量而判定出與鄰接的輔助電源裝置的并聯(lián)同步運行條件成立時，接通所述母線接觸器使得相互同步。
2.根據(jù)權利要求1所述的鐵道車輛的電源裝置，其特征在于，所述輔助電源裝置在自身的負載母線或者鄰接的負載母線發(fā)生故障時，斷開母線接觸器從而斷開發(fā)生故障的負載母線。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的鐵道車輛的電源裝置，其特征在于，替代所述輔助電源裝置根據(jù)來自外部的啟動指令接通所述負載接觸器，根據(jù)來自外部的啟動指令而開始動作，當確定輸出時，接通負載接觸器并向負載母線供電。
4.一種鐵道車輛的電源啟動方法，其特征在于，由母線接觸器與多個輔助電源裝置相對應地分割連接有鐵道車輛的輔助電路用負載的負載母線，通過負載母線檢測與編組車輛的前端側(cè)或者后尾側(cè)鄰接的其他輔助電源裝置的電量，基于該其他輔助電源裝置的電量進行并聯(lián)同步運行準備的控制，在準備結束的時刻接通連接各負載母線的母線接觸器，進入并聯(lián)同步運行模式。
全文摘要
一種鐵道車輛的電源裝置，具有給鐵道車輛的輔助電路供應交流電的多個輔助電源裝置，包括母線接觸器，與多個輔助電源裝置相對應地分割連接有鐵道車輛的輔助電路用負載的負載母線；負載接觸器，用于將各輔助電源裝置的輸出側(cè)連接到對應的負載母線；以及電量檢測裝置，通過負載母線檢測與編組車輛的前端側(cè)或后尾側(cè)鄰接的輔助電源裝置的電量，所述輔助電源裝置根據(jù)來自外部的啟動指令接通所述負載接觸器，同時進行并聯(lián)同步準備，當基于由電量檢測裝置檢測的電量而判定出與鄰接的輔助電源裝置的并聯(lián)同步運行條件成立時，接通所述母線接觸器使得相互同步。
文檔編號B60L1/00GK1817678SQ20051012170
公開日2006年8月16日 申請日期2005年12月15日 優(yōu)先權日2004年12月15日
發(fā)明者中澤洋介, 古賀猛 申請人:株式會社東芝