【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于管理轨道车辆的功率消耗的方法以及具有改进的功率消耗管理的轨道车辆
[0001]本专利技术涉及一种用于管理轨道车辆的功率消耗的方法。此外,本专利技术还涉及一种具有改进的功率消耗管理的轨道车辆。
技术介绍
[0002]轨道车辆是公共交通的支柱,因为它们可以以合理的成本运输大量乘客。轨道车辆用于长途运输(例如城市之间的运输)以及城市公共交通(例如地铁和有轨电车)。
[0003]为了提高乘客的舒适度,现代轨道车辆除了车辆运行所需的设备之外还包括供热、通风、空调(HVAC)和信息娱乐系统等等。列车运行所需的设备为例如牵引马达、为气动制动系统提供压缩空气的空气产生和处理单元(AGTU)、车门电子驱动装置、内部和外部灯。所有这些设备都消耗电能。
[0004]鉴于环境问题和消耗能量的电子设备数量的增加,现代轨道车辆也必须解决电能的经济使用问题。
[0005]轨道车辆通过架空线或第三轨(或者甚至第四轨)(也称为带电轨或电轨)来供应电能。在下文中,架空线和第三(第四)轨被简称为能量供应线路。由轨道车辆感测到的能量供应线路的电压不是恒定的,并且取决于轨道车辆与变电站和其他车辆的距离而变化,变电站向能量供应线路提供能量,其他车辆也从能量供应线路汲取能量或者在电动制动期间将能量馈送到能量供应线路。
[0006]为了说明,简化的网络模型包括变电站和轨道车辆。变电站可被视为电压发生器。根据运行模式,轨道车辆可以被视为具有不同符号的电流发生器,即在加速/恒定速度过程中消耗能量,而在电动制动过程中产生能量。 >[0007]图5举例说明了能量供应线路的电压变化。将电能馈送到能量供应线路中的变电站由611、612、613表示。在变电站611、612、613将电能馈送到能量供应线中的位置处,能量供应线路的电压(简称为Ucat)是固定的并且对应于额定电压,例如750V DC。Ucat代表接触网的电压,即架空线的电压。在整个描述中,使用Ucat而不限于此。旨在还包括诸如第三轨其它能量供应线路。
[0008]当在两个相邻变电站611和612之间的段中行驶的轨道车辆电动制动时,收集的能量被反馈到能量供应线路中,因此电压Ucat在该段中升高。这由向上指向的箭头620表示。如果也在变电站611和612之间的段中行驶的另一个轨道车辆加速,则该另一个轨道车辆消耗能量,导致如向下指向的箭头630所示的Ucat的电压降。由于两个轨道车辆位于同一段内的不同的位置处,如箭头620和630所示,因此电压Ucat在变电站611和612之间变化。在下一段中,变电站612和613之间,只有一辆加速的轨道车辆移动并从能量供应线路汲取能量,导致Ucat下降。这由向下指向的箭头640指示。
[0009]除了轨道车辆的能量消耗外,能量供应线路中的欧姆损耗也消耗能量。由于变电站之间的距离能够相对大,例如,对于以15kV AC运行的能量供应线路而言,可达50km,因此
欧姆损耗能够是显著的。因此,即使轨道车辆只汲取少量能量,两个变电站之间也可能由于欧姆损耗而存在显著的电压降。此外,当轨道车辆汲取高电流时,能量供应线路中的欧姆损耗增加,这对于在750V或1500V DC下运行的能量供应线路尤其相关。
[0010]在I EC 60850中定义了由能量供应线路提供的电压的允许变化。本标准规定了针对各个轨道电气化系统的每个额定电压的电压变化允许范围。欧洲轨道电气化系统的典型例子750V DC、1.5kV DC、3kV DC、15kVAC和25kV AC。
[0011]图4更详细地说明了轨道车辆(如地铁)在分别设置在位置P1和P3的两个变电站之间的给定位置p处汲取的电压变化和电流的变化。在这两个变电站处,都有一个轨道站供乘客上轨道车辆或下轨道车辆。另外一个车站位于P2位置处。曲线510表示轨道车辆的速度(动态)。
[0012]在离开P1处的车站/变电站后,轨道车辆在区间511中加速。因此,轨道车辆位置处的电压Ucat随着轨道车辆与变电站P1的距离的增加而下降。假设轨道车辆需要恒定的牵引功率,则轨道车辆从能量供应线路汲取更多的电流I cat,以补偿Ucat的下降。注意,负的I cat表示电流从能量供应线路流到轨道车辆。
[0013]即使汲取的电流I cat保持恒定,出现在轨道车辆位置的电压Ucat也会随着轨道车辆与变电站距离的增加而逐渐降低。随着距离的增加,能量供应线路的电阻增加。沿能量供应线路在P1处的变电站和远离该变电站的轨道车辆之间的出现的电压降与电阻R和流过该能量供应线路的电流I cat成比例。这种电压降降低了轨道车辆可用的电压。
[0014]在达到所需行驶速度后,轨道车辆(在理想情况下)在区间512中以恒定速度运行。在这种运行模式下,牵引装置只汲取足以使轨道车辆保持恒定速度的动力。轨道车辆的其他电气设备也可以从能量供应线路汲取能量。汲取的电流I cat保持基本恒定,但处于比加速区间末端低的水平。然而,Ucat随着与位置P1处变电站距离的增加而进一步减小。当总汲取功率保持不变时,汲取电流增加以补偿减少的功率,因此电流会变得进一步负向增加。这在示出简化表示的区间512中没有示出。在区间513中,轨道车辆电动制动并因此再生供应给能量供应线路的能量。这由“正”的电流I cat和增加的电压Ucat表示。Ucat中的“跳跃”是由于汲取电流I cat的突然变化导致沿能量供应线路的电压降的突然变化。
[0015]为了使轨道车辆完全停止,轨道车辆通常通过气动制动器来最终减速。因此,轨道车辆停在位于位置P2处的轨道站处。由于P2处的轨道站与P1和P3处的两个变电站相距一定距离,因此由能量供应线路供应的电压Ucat最低。当轨道车辆在区间515中再次加速时,电压Ucat随着汲取电流Icat的绝对量的增加而进一步减小。当轨道车辆靠近P3处的变电站时,电压Ucat更多地受P3处变电站供应的电压支配,因此电压变化变得较小。在区间516处,轨道车辆以恒定速度行驶。轨道车辆在区间517进行电动减速,在区间518使用气动制动器进行最终减速。
[0016]因此,由轨道车辆吸收或再生的电流以及轨道车辆与各自最近的变电站之间的距离会影响出现在能量供应线路上的电压Ucat。如果两个或更多个轨道车辆在两个变电站之间的同一段中,使得相应轨道车辆的减速和加速对电压产生不同的影响,则情况变得更加复杂。此外,由于能量供应线路仅能够在给定程度上吸收再生能量,因此能量供应线路可能在断开和再生能量期间对轨道车辆构成限制。在电动断开期间产生的多余能量可能不会被能量供应线路吸收。在这种情况下,变阻性断开(rheostatic breaking)将通过欧姆损耗消
耗多余的能量。
[0017]有一些为了解决上述问题并以经济的方式使用能量的尝试。
[0018]例如,WO 2020/115427A1描述了一种用于AGTU的控制系统,其考虑了轨道车辆的状态。AGTU监测轨道车辆的动态,并在轨道车辆电动制动时为压力容器提供压缩空气。用于运行AGTU的能量来自电动制动装本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于管理从能量供应线路接收电能的轨道车辆的功率消耗的方法,所述轨道车辆具有至少一个牵引马达、多个辅助设备以及列车控制和监测系统(TCMS),其中,每个辅助设备具有控制单元并且是电功率消耗器,所述列车控制和监测系统具有中央控制单元,所述中央控制单元与所述辅助设备中的每个的控制单元可操作地连接,所述方法包括:由所述中央控制单元接收表示基于由轨道车辆的驾驶员设置的牵引需求通过所述至少一个牵引马达对所述轨道车辆进行牵引所需的或者对所述轨道车辆进行电动制动产生的电牵引功率量的信息;由中央控制单元从各个辅助设备的控制单元接收表示辅助设备所需的电辅助功率量的信息;确定能够由能量供应线路提供的用于轨道车辆的总可用电功率;和如果牵引所需的电牵引功率和辅助设备所需的电辅助功率之和超过总可用电功率,则由中央控制单元基于总可用电功率和牵引所需的电牵引功率对辅助设备的运行进行优先级排序,以选择性地减少所有或选定辅助设备的电能的消耗。2.根据权利要求1所述的方法,其中,通过监测由轨道车辆的驾驶员操作以加速和减速轨道车辆的操纵器的位置和/或位置的时间导数来获得关于对轨道车辆进行牵引所需的电牵引功率量的信息。3.根据权利要求1或2所述的方法,其中,对辅助设备的运行进行优先级排序包括向相应辅助设备的控制单元发送指令以进行减载。4.根据前述权利要求中任一项所述的方法,其中,所述轨道...
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