用于牵引电源的电能存储系统技术方案

一种用于连接至向电动车辆提供电力的牵引电源的能量存储系统。该能量存储系统包括电力控制器，其对DC-DC转换器进行控制以在列车制动时将电能从牵引电源输送至电能存储器。该电力控制器还对转换器进行控制以在列车加速时将电能从电能存储器输送至牵引电源。该控制器分别在接近电能存储器的上电压边界限制和下电压边界限制时减缓能量输送的速率。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于牵引电源的电能存储系统
本专利技术涉及一种用于牵引电源的电能存储系统，并且更具体地涉及一种用来捕捉在牵引电源上所检测的过度电力（作为制动恢复系统）和/或在需要电力时将一些电力释放至牵引电源（作为加速辅助系统）的系统。
技术介绍
本领域已知提供电能存储系统（ESS）以使用经由双向DC-DC转换器电源进行连接的通常被称作“超级电容器”的电双电层电容器（EDLC）来帮助对轻轨网络等的牵引电源（TPS）进行调整。然而，由于所要求的高压直流（HVDC）输电的快速性以及对由于ESS存储组接近上边界或下边界电压状况所导致的任何突发电力输送的管理，从而这样的EES利用不同EDLC的全部存储容量的能力有限。当TPS电压降至可接受的低压阈值以下时，EES能够向TPS提供所要求的附加电力是至关重要的，并且相反地，考虑到（在高于上阈值的电压水平）在TPS处出现的过度能量通常导向负载以通过TPS自身以热量进行消除，当TPS电压超过可接受的高压阈值时，EES能够尽可能快地恢复TPS线路上的过度电力是至关重要的。因此，需要一种有所改进的电能存储系统。
技术实现思路
依据本专利技术，提供了一种用于连接至为电动车辆提供电力的牵引电源的能量存储系统。该能量存储系统包括用于连接至牵引电源的升降压DC-DC转换器、电能存储器、将电能存储器连接至转换器的存储器总线，和可通信连接至转换器的电力控制器。该电力控制器在车辆制动时以再生模式进行操作并且在车辆加速时以辅助模式进行操作。当该电力控制器处于再生模式时，该电力控制器对转换器进行控制以将电能从牵引电源输送至电能存储器。当该电力控制器处于辅助模式时，该电力控制器对转换器进行控制以将电能从电能存储器输送至牵引电源。该控制器分别在接近电能存储器的上和下电压边界限制时减缓牵引电源和电能存储器之间的电能输送速率。附图说明本专利技术的特征、方面和优势将关于以下描述、所附权利要求和附图而被更好地理解，其中：图1是依据本专利技术实施例的用于随轻轨网络的牵引电源使用的能量存储系统的示意图；图2是在制动事件期间由图1的能量存储系统进行稳定的牵引电源电压分布的示意性图形表示，其中该能量存储系统处于再生模式；图3是图1的能量存储系统的通用电力控制器的示意图；图4是图3的通用电力控制器的第一混合控制回路的示意图；和图5是图3的通用电力控制器的第二混合控制回路的示意图。具体实施方式应当注意的是，在以下的详细描述中，无论它们是否在本专利技术的不同实施例中示出，相同的组件都具有相同的附图标记。还应当注意的是，为了清楚并准确地公开本专利技术，附图并不必依比例绘制并且本专利技术的某些特征可以以稍显示意性的形式被示出。现在参考图1，示出了依据本专利技术的实施例所构建的电能存储系统（ESS）10。ESS10用于随向列车的电动机提供电力的牵引电源12使用。ESS10可操作以在列车加速以及列车制动时对牵引电源12的DC电压进行稳定。当列车进行加速时，ESS10处于辅助模式，其中它向牵引电源12提供电力。当列车制动时，ESS10处于再生模式，其中它从牵引电源12恢复能量并且对其进行存储以便随后在ESS10处于辅助模式时使用。ESS10系统包括双向DC-DC电力转换器单元14，其通过存储器总线17电连接至至少一个能量存储单元16。该电力转换单元14电连接至牵引电源12以在牵引电源12和（多个）电能存储单元16之间输送电能。当多个能量存储单元16连接至电力转换器单元14时，它们如图1所示并联连接，其中第二能量存储单元16以虚线示出。连接至电力转换器单元14的能量存储单元16的数量通常取决于电力转换器单元14能够在牵引电源12的电压（VTPS）所应对的最大能量输送。每个能量存储单元16包括电存储器50，诸如通常被称作“超级电容器”的双电层电容器（EDLC）。如以上所描述的，电力转换器单元14可在不同时间进行操作以（i）恢复来自牵引电源12的制动能量并且将其存储在（多个）能量存储单元16中，以及（ii）使用（多个）能量存储单元16中所存储的能量在峰值需求期间对牵引电源12进行辅助。电力转换器单元14的电流流动方向（无论是辅助还是回复）由双向升降压DC-DC转换器22的切换模式进行控制，该双向升降压DC-DC转换器22由通用电力控制器20经由桥接驱动器24进行控制。转换器22包括部署在开关桥中的多个绝缘栅双极晶体管（IGBT）。功率转换器单元14具有用于分别连接至牵引电源12和（多个）能量存储单元16的接口，以允许高压直流（HVDC）牵引电力在电力转换器单元14和牵引电源12之间以及电力转换器单元14和（多个）能量存储单元16之间进行流动。电力转换器单元14还具有用于连接至100VDC电力和115VAC电力源的接口，或者如果在北美以外，其具有连接至200VDC电力和230VAC电力源的接口。另外，电力转换器单元14具有用于与（多个）能量存储单元16进行通信的通信接口以及位于远程的监视和/或控制系统。一种这样的通信接口可以是SCADA（监测控制和数据采集）接口25，其可以连接至远程监视和/或控制系统。另一种通信接口可以是以太网接口，其可以连接至（多个）能量存储单元16以便经由传输控制协议（TCP）进行通信。如图2所示，ESS10协助将牵引电源12中的操作电压（VTPS）保持在可接受的预设低LT和高HT电压阈值水平之内，低LT和高HT电压阈值水平低于和高于牵引电源12的基准电压水平VTPS-REF。牵引电源12通常可具有600VDC、750VDC、1500VDC或3000VDC的电压水平VTPS-REF。仅出于说明的目的，VTPS-REF在图2中被示为400VDC。与作为整体的ESS10相同，电力转换器单元14的通用电力控制器20当列车减速时以再生模式进行操作并且在列车加速时以辅助模式进行操作。通用电力控制器20基于牵引电源12的电压（VTPS）自动在再生和辅助模式之间进行切换。更具体地，当电压（VTPS）上升至高于HT电压阈值水平时，通用控制器20进入再生模式，并且当（VTPS）下降至低于LT电压阈值水平时，通用控制器20进入辅助模式。在再生模式中，通用电力控制器20对转换器22进行控制以在列车减速或制动时恢复并存储来自牵引电源12的过多能量（如图2所描绘），并且作为结果，牵引电源12的电压水平超出高阈值HT。所恢复的能量被存储在（多个）能量存储单元16中。在辅助模式中，通用电力控制器20对转换器22进行控制以在列车加速时将电能从（多个）能量存储单元16提供至牵引电源12，并且牵引电源12的电压水平下降至低阈值LT以下。如以上所描述的，通用电力控制器20通过驱动器24对转换器22进行控制。此外，通用电力控制器20对连接器开关23、29进行控制。通用电力控制器20包括主板26和计算单元组28，后者通常包括具有用于运行应用的处理器的PC-104印刷电路板，该应用包括可以是MatlabTM应用的控制应用32。该应用存储在PC-104上的存储器中。主板26对从计算单元组28所接收以及向其提供的信号进行调节。例如，主板26接收模拟信号，对它们进行调节并且将它们提供至计算单元组28中的模数（A/D）转换器27，后者对该信号进行数字化并且将它们提供至在PC-104的处理器上运行的应本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于连接至为电动车辆提供电力的牵引电源的能量存储系统，所述能量存储系统包括：（a）用于连接至所述牵引电源的升降压DC‑DC转换器；（b）电能存储器；（c）将所述电能存储器连接至所述转换器的存储器总线；和（d）电力控制器，其可通信连接至所述转换器并且能够在所述车辆制动时以再生模式进行操作而在所述车辆加速时以辅助模式进行操作；其中当所述电力控制器处于所述再生模式时，所述电力控制器对所述转换器进行控制以将电能从所述牵引电源输送至所述电能存储器；其中当所述电力控制器处于所述辅助模式时，所述电力控制器对所述转换器进行控制以将电能从所述电能存储器输送至所述牵引电源；并且其中所述控制器分别在接近所述电能存储器的上电压边界限制和下电压边界限制时减缓所述牵引电源和所述电能存储器之间的电能输送速率。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.08.05 US 61/573,0161.一种用于连接至为电动车辆提供电力的牵引电源的能量存储系统，所述能量存储系统包括：(a)用于连接至所述牵引电源的升降压DC-DC转换器；(b)电能存储器；(c)将所述电能存储器连接至所述转换器的存储器总线；和(d)电力控制器，其可通信连接至所述转换器并且能够在所述车辆制动时以再生模式进行操作而在所述车辆加速时以辅助模式进行操作；其中当所述电力控制器处于所述再生模式时，所述电力控制器对所述转换器进行控制以将电能从所述牵引电源输送至所述电能存储器；其中当所述电力控制器处于所述辅助模式时，所述电力控制器对所述转换器进行控制以将电能从所述电能存储器输送至所述牵引电源；其中所述控制器分别在接近所述电能存储器的上电压边界限制和下电压边界限制时减缓所述牵引电源和所述电能存储器之间的电能输送速率；并且其中所述电力控制器包括：第一控制器，其进行工作以减小所述牵引电源的电压和基准电压之间的差值；第二控制器，其进行工作以基于所述存储器总线电压和最大总线电压之间的差值而产生约束边界；和动态饱和器，其可操作以接收来自所述第一控制器的输出并且将输出界定为上饱和水平和下饱和水平，所述上饱和水平是所述第二控制器的输出。2.根据权利要求1的能量存储系统，其中所述电力控制器在所述存储器总线的电压接近所述上边界限制时减缓从所述牵引电源到所述电能存储器的电能输送；并且其中所述电力控制器在所述存储器总线的电压接近所述下边界限制时减缓从所述电能存储器到所述牵引电源的电能输送。3.根据权利要求1的能量存储系统，其中所述电能存储器包括双电层电容器。4.根据权利要求1的能量存储系统，其中所述电容器以一个或多个串进行部署，其中每个串包括多个串联连接的电容器。5.根据权利要求1的能量存储系统，其中所述能量存储器包括多个电池。6.根据权利要求1的能量存储系统，其中所述转换器包括多个绝缘栅双极晶体管(IGBT)。7.根据权利要求6的能量存储系统，其中所述转换器包括具有一对串联连接的IGBT的第一分叉，具有一对串联连接的IGBT的第二分叉，以及连接在所述第一和第二分叉的节点之间的电感器，所述第一分叉和所述第二分叉中的每一个中的所述节...

【专利技术属性】
技术研发人员：B·因尼斯，O·梅萨斯，
申请(专利权)人：ABB公司，
类型：发明
国别省市：加拿大;CA