專利名稱：回收軌道車輛制動能量的系統(tǒng)、變電站、方法和軌道車輛的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種用于回收M車輛制動能量的系統(tǒng)、具有靜態(tài)轉換器的變 電站和方法，以及用于該系統(tǒng)的斬道車輛。
背景鉢
申請人熟悉的^il車輛的供電系統(tǒng)以及制動能量回收系統(tǒng)包拾
-至少一M電線，沿著4iii^伸以便向在4fetJii^行的^ii車輛供給電
力，
-多個變電站Sk,用于回收制動能量，這些變電站相互之間的間隔距離Dk 大于100m,每個變電站Skxjfc^接點Pk處電連接至供電線并具有
電轉換器，能夠將電^^己電網(wǎng)^#輸?shù)焦╇娋€，并JU^供電線傳輸?shù)脚?電網(wǎng)絡以便回收4/cit車輛的制動能量，
用于連接點Pk區(qū)域的電壓Usk的傳感器或者4古計器，
用于控制電轉換器的模塊，只要測量或者估計的電壓Ussk大于門限值Uc3k, 該微能夠使電轉換器自動轉換到再生模式，在該再生模式中，電轉換11#^ 3tMf電負^w供電線傳輸?shù)脚潆娋W(wǎng)絡來回收i^ii車輛的制動能量，這,個變電 站都與其各自的制動能量回收區(qū)域Zfu相關聯(lián)，其中，不管^it車輛在該區(qū)域 內的位置4W可，變電站Sk都能回jRil個4^t車輛的至少"一l^^動能量。
制動能量回收區(qū)域Zft被定義為供電線的一個區(qū)段LGfu; LmJ,該區(qū)段以 點Pk為中心，其限制值Lok、 LDfc在點Pk的"H^和另-H^的間隔距離為Fk，
Fk等于(Uc鵬-Uc3齒k)/ (pUj，其中，
U c是供電線上允許的最大非永久電壓，
U 03 ^是在#^變電站期間門限值Uak可以取的最小值， P是每扭狄的供電線的電阻值， l自是供電線上的最大允許電流強度。
在說明書的剩^分，使用的術語;W"有在^itit輸領域中的通常含義。 特別的，例如供電線上的最大非永久電壓、標稱電壓或者最小允許非永久電壓 在歐洲標準EN50163/CEI60850中M^。
當供電紋懸錄的時候，供電線上的每扭狄的電嚴且值包括平行* 或奢'鵬"的每#狄的電阻。
這種狀況下的供電線指高架懸g和第三^iiit兩者，斬道車輛的集電弓 ^itit^擦高架懸，獲得電能，而第三^it被沿著^i車輛的斬道布置。在 第三^it的情況下，集電弓架被稱為"集流^K"。
為了制動M車輛，可以控制^it車輛的牽引馬達使它作為發(fā)電M轉。 由馬達產生的電淑皮傳彩'J供電線。這被稱為是制動能量。
這種制動能量由臨近的其它斬道車輛或者可逆的變電站來使用。
當變電站消耗制動能量的時候，^^動能量從供電線傳it^配電網(wǎng)絡， it才羊就可以用于M的目的。
但是，通常和特別的，在操怍的非高峰時間，由斬il車輛產生的制動能量 在附近沒有消耗者。更精確的，當^Lii車輛在供電線上產生制動能量的時候， 這種能量的電壓為集電弓電壓水平的電壓UT。該電壓值UT不^^過預定的門 限值Uc。另一方面，變電站Sk只f化其處于比門限值Uc3^大的電壓lU 的情況下才可以消耗制動能量。因此可以理解，變電站Sk在理論上只負腺其與 4iit車輛之間的距離小于距離Fk的情況下才可以從4^1車輛消耗制動能，即，
小于(UUc3^)/ (pimax)的情況。
如果情;W目反，也^ i說，如果所有的變電站^于與正在制動的斬道車 輛相-E^過Fk的位置的話，制動能J^U^皮消耗。^些情況下，供電線上產 生的制動能量在集電弓水平的供電線上的電壓uT的增加時變得很明顯。為了阻
止電壓UT超過門限值U Cmax， 4^的^ii車輛中，只要電壓UT超過了一個 低于門P艮值U c鵬的閾值UTG， ^ii車輛停錄供電線上產生制動能量并以熱 能的形式將制動能量消^車栽的可變電阻器中。為了安全的原因，門P艮值Urc
^^擇為比閾值Uc小很多。結果就是，需^MME制動的軌道車輛從變電站
分離的最;^巨離事實上小于(UTG-Uc3幽u)/ (pUx)。在已知的不iMI并m變器
控制的整流器系統(tǒng)中，例如，電壓差值UTC-Uc3一是標浙橫電壓的7Q/。。因此
將jL^制動的^ii車輛與消M分離的距離與距離Dk相比非常小。這樣小的距
離導致了，被車輛的很大""^^^動能量沒有被回收。因itbit作為電能的急 劇損失非常明顯。
本發(fā)明的目的是提^f^^種回收電制動能量的系統(tǒng)來^JUi迷問題，該系統(tǒng) 限制了可變電阻器的使用并因此限制了電能的急劇損失。
因此，本發(fā)明涉及一種制動能量回收系統(tǒng)，其中，P艮制值Uc3^使得距離
Fk大于或者等于Dk/2。
在上述的系統(tǒng)中，因為距離Fk大于或者等于Dk/2，不管4iii車輛沿著供電 線的位置^f可，其至少處于變電站的區(qū)域Zft中。^Lit樣的情況下，不管^il車 輛沿著供電線的位置:M可;tPT以回收制動能量，這使得回收的制動能量的量增 加。甚至可能回收至少99%的制動能量，并因此可以從^ii車輛上去除用于消 耗制動能量的可變電阻器。上迷的系統(tǒng)因此允許簡化^t車輛的結構并允許節(jié) 約車輛的重量，il^節(jié)約能量的附加因素。
本系統(tǒng)的實施例包桐口下的特征
限制值Uc3油k使得距離Fk大于或者等于Dk。
制動能量回收系統(tǒng)的實施例進一步包括以下的優(yōu)勢
選擇限制Uc3牆k使得距離Fk大于或者等于Dk確保了 ，即^f化變電站Sk出 現(xiàn)故障的情況下，變電站Sw和Sw將可以用于回收制動能量，而不管"制動 的斬道車輛M兩個變電站Sw和Sk+1之間的位置:H可。這也使得兩個相鄰的變 電站同時用于回收制動能量并因此允許對制動能量回收進行分享。
本發(fā)明還涉及一種變電站，用于回收可在上迷的系統(tǒng)中使用的勒il車輛的 制動能量。
這個變電站的實施例包^-個或者多個以下的特征 電轉換器可以將電^^Si電網(wǎng)絡向供電線傳輸來向^1車輛提供牽引力，
這樣，變電站Sk也與區(qū)域Ztk相關聯(lián)以便向^ii車輛提供牽引，不管^it車輛
在區(qū)域中的位置如何，變電站Sk可以向斬道車輛的電牽引馬達提供動力， 牽引條區(qū)域Z^是供電線的以Pk為中心點的LGtk; L她區(qū)段，其限制值 Lctk、 Lda在點Pk的一側和另一側的間隔距離為Tk， Tk等于(U,^-U Cmin)/ (pl隨)，其中
lUaxuA^ 了向^il車輛提供牽引，變電站Sk的電轉換器在Pk點的區(qū)域中 能產生的最大電壓，
Uonin是供電線上的最小允許的非永久電壓，限制值IU她使得距離Tk大
于或者等于Dk/2或者Dk，
只要測量或者估計的電壓U純低于門P艮值U他,控制^^可以引起電轉換器
自動轉換到牽引4^^模式，其中電轉換器^J4^^電網(wǎng)絡向供電線傳輸電能，
限制值Uc3^k嚴榭氐于門限值U他，
當測量或者估計的電壓IU處于P艮制值Uc3^和門限值U他之間的時候， 控制才^^可以才娥在電壓IU處于P艮制Uc3油k與門限值U他之間之前轉換器所
處的模式使電轉換器轉換到再生模M牽引力^"模式；
變電站Sk包括用來調整門P艮值Uc3k的^，可以使這個門限M下限 Uc3^k變化到大于或者等于供電線上允許的最大電壓Ucmax的90 %的上限
UC3maxk，該調整#*:可以保持門限值11014嚴格大于測量或者#^十的電壓IU， 只要測量或者估計的電壓lU的增加^Mt為低t^定門限值a^;
當穿過電轉換器的電流強>1^零的時候，調整^可以減小門限值Uc3k到 限制值UC3mink，如果電壓IU的增加大于或者等ffl定門限值u;
控制微可以控制電轉換器，使^""，慢或者估計的電壓IU超過大于
或者等于限制值U C3maxk的門限值U Cmax2k ，電轉換器從供電線向配電網(wǎng),輸
^^#時間內盡可能多的電能；
電轉換器是受控制的轉換器，具有至少兩個^艮(quadrant),并^JD半導
體閘流管或者功率晶體管來制造，控制才^:可以控制電轉換器來將電壓IU維
持在一個恒定的水平，只，電線上產生的電功率或者從供電線吸收的電功率
沒有變艦過50%。
回收制動能量的變電站的實施例進一步具有以下的優(yōu)勢
-選擇距離Tk為大于或者等于距離Dk的一半，允"i"吏用相同的標準來定
位用于為融道車輛供電和回收制動能量的變電站，不"^il車輛沿著供電線的
位置:W可。
-選擇門限值Uamink低于門限值UdK，并當電壓處于這兩個門限之間
的時候，給與再生模式^y51，允許變電站的區(qū)域z^增加超過區(qū)域4。
—械門限值Ue3k接錄大限制Uc3咖xK，允iW^僅傾過供電錄被
車輛之間直接交換能量。
-在電壓IU突,加的時候減小門限值Uc3k，允許區(qū)域Zfe的范圍^^軌
道交通量自動調整并允許被回收的制動能量*在離^1車輛最近的變電站 間。
-控制轉換^吏#-旦電壓iu超過門限U Cmax2k，棄降電食^w供電線^^可 能多地向配電網(wǎng)雑輸，允許限制(clip辨電線上的過電壓而^a害4/lil車輛之 間的能量交換。
本發(fā)明也涉及沿著具有上迷制動能量回收系統(tǒng)的軌道網(wǎng)絡運行的^il車
輛，其中斬道車輛沒有位于車輛內部、允許^ii車輛的所有電制動能量以熱能 的形式M的車載電阻。
本發(fā)明還涉及回收4iii車輛的制動能量的方法，該方法包^:
-提供至少一g電線，其沿著^ii^f申以便向沿著^it^行的4iii車輛 ^^給電能。
-提供多個變電站Sk來回收電制動能量，這些變電站相互之間距離Dk大 于100m，每個變電站Sk^i^接點Pk電連接到供電線并具有電轉換器，該電轉 換器可以將電^A供電線向配電網(wǎng),輸來回收^il車輛的制動能量，
-^i^接點Pk區(qū)域測量或者估計電壓IU，
-控制電轉換器，以便一S3!']量或者估計的電壓lU大于門限值Uc3k，則 使其自動向再生模式轉換，在該再生模式中，電轉換器連續(xù)職電育^v供電線 向配電網(wǎng)^^輸來回收4iii車輛的制動能量，使#^個變電站與其自身的制動 能量回收區(qū)域Ziu相關聯(lián)，其中，不管4iii車輛在區(qū)域Ztu內的位置:H可，變電 站Sk可以回收該^it車輛的至少一^分制動能量。
制動能量回收區(qū)域Ztu為供電線的一個區(qū)段LGfk; LmJ，該區(qū)段以點Pk 為中心，其限制值Lctu、 LDlk在點Pk的一側和另一側的間隔距離為Fk， Fk等于 (UCmax-UC3mink)/(pl,)，其中，
U c是供電線上允許的最大非永久電壓，
U C3nxink是在旨變電站過程中門限值U0k可以取的最小值，
p是每攤M的供電線的電阻值，
lmax是供電線上的最大允許電流強度，
限制u
C3mink
使得距離Fk大于或者等于Dk/2。 -當^ii車輛在區(qū)域4的界限產生制動能量的時候，調整門限值Uak到 限制值lWk。
回收制動能量的方法的實施例可以包f個或者多個以下的優(yōu)點
-該方法包M持門限值Uc3k嚴格大于測量或者估計的電壓lU，只要電
壓IU的增加##低 定的門限值assk;
_該方法包括減小門P艮值U C3k到限制值Uc3^，如果測量或者估計的電壓
IU大于或等預定的門限值u。
本發(fā)明還涉及一種數(shù)m己錄介質，包括當被電子處理^f亍的時候 ^/f亍上述回收制動能量的方法的指令。
附圖的簡^i兌明
閱讀以下給出了非限制性的例子的^兌明以及參考附圖將對本發(fā)明有更好的
-附

圖1是具有用于回收制動能量的可逆變電站的系統(tǒng)的抓逸網(wǎng)絡的結構 示意圖，
-附圖2是回收制動能量的方法的流程圖，
-附圖3-6是顯示回收制動能量的方法的##信號時序圖。
-附圖7U示附圖1中的軌道網(wǎng)絡的不同的可^^怍區(qū)域的圖。
^il些附圖中，相同的附圖相H己用于表甜目同的部件。
在說明書的剩^HP分，^4頁域技#員已知的特#功能將不進^#細的 描述。
附圖1顯示具有用于回收制動能量的系統(tǒng)4的M網(wǎng)絡2。
系統(tǒng)4包括"~^或者更多供電線以及沿著這些供電^#分布的多個變電 站。為了簡化附圖l，僅僅顯示了一條供電線6和三個變電站Sw、 Sk、 Sk+1。
下標k表示從變電站SQ開始的每個變電站的序列號，變電站So位于供電線 6的沿著附圖1中所示的F方向移動的一端。
供電線6上的電壓可以在最大非永久電壓UCmax和最小非永久電壓UCmin之 間變動。這些最大和最小的限制通常由例如歐洲標準EN50163或者CEI60850 這樣的標^)^i行定義。例如，扭種'j子中，對于##電壓UCn。m為750Vdc的 供電線，限制U Cmax等于1000Vdc而限制U Cmin等于500Vdc。
每個變電站Sk都與供電線6在連接點Pk連接。點Pk距離點Pk+1的距離是 Dk,距離點Pn的距離是Dk-,。距離Dk也妙電^J'司的距離。距離Dk大于
幾百米。這個距離Dk對于變電站Sk來i^夠的短，以向其集電弓架位于點Pw 的區(qū)域之中的^il車輛供給牽引力。在這種情況下，距離Dk對于標稱電壓 750Vdc是位于lOOOm和2000m之間，對于##電壓3000Vdc可iif，J 20km。
^it種情況下，^牽引指的是這樣的事實，即變電站在供電線6上產生 足夠的能量來供^Lii車輛的牽引發(fā)動機，并因此允許4iil車輛在上述固定的 電壓*下移動。
每個變電站Sk與一個牽引條昏區(qū)域Ztk相關聯(lián)。區(qū)域Ztu是供電線6的以 Pk為中心點的Lcek; L她區(qū)段。其n限制值L^、 L她距離點Pk的距離為 Tk, Tk由以下關系式定義
Tk =(1^8x1^ Cmin)/ (plmax)， (1) 其中，
lU^是為了向斬it車輛提供牽引，變電站Sk在Pk點的區(qū)域中能產生的最 大牽引電壓，
UonM是供電線上的最小允許的非暫時電壓，
P是每#狄的供電線6上的和平行"f^者其"饋線"的電阻值，
lmax是供電線6的最:kit^午電流強度。 ^il種情況下每^i^l的電陶皮iM;是每^i"Mt的電阻值。
區(qū)域4因此對應于供電線6的一個區(qū)段，其中不管輛道車輛在該區(qū)域中的
位置:W可，變電站Sk都能向^ii車輛供給牽引。超itF艮制Lctk和L她，每* ^^供電線6上由于電阻而導致的電壓下降是這樣的即4絞電站Sk在點Pk 的區(qū)域中產生電壓U皿^，斬il車輛的集電弓架級的電壓可能低于電壓UCmin。 4iif車輛可能因此^^itil些限制L^和的時候不再系統(tǒng)地由變電站Sk供 給牽引。
作為例示，U，礎大于或者等于Uc。不同的門FMl者限制值在附圖7中 顯示。這些選擇在網(wǎng)絡2的結構中被作出因Ab^a斜巨離Tk。接著，距離Dk >^4##于或者略少于距離Tk，這樣，不管斬道車輛沿著供電線6的位置4+， 其總是同時位于兩個區(qū)域4和4+1中。這樣的距離Dk的選擇允"^果iit^ii車 輛可以被皿電源而不管其沿著供電線6的位置4W可，即4^t一個變電站Sk出 現(xiàn)故障的情況下。
變電站Sk也與制動能量回收區(qū)域Z!u相關聯(lián)。區(qū)域Z^是供電線6的一個區(qū)
段Lg(r; LmJ，該區(qū)段以點Pk為中心。其限制值Lcfu、 L她與點Pk距離為Fk。 Fk由下列關系式定義
<formula>formula see original document page 13</formula>(2)
其中，
U cw是供電線6上允許的最大非永久電壓， U c3^k是將在以下定義的門限值Uc3k的下限。
^i^^子中，Uc3^選擇成小于或者等于UCn。m。輛這樣的方式，距
離Fk大于或者等于距離Dk。
例如，P艮制值Uc3mink選擇成等于700VdC。
區(qū)域Zft是這樣的區(qū)域，不管4制動的勒道車輛在該區(qū)域乙114中的位置如
何，變電站Sk可以從4iii車輛回收制動能量。
徊巨離Fk大于或者等于距離Dk的情況下，因此可以隊泉Pk-,的區(qū)域中或 者點PkM的區(qū)域中j^制動的斬道車輛回收制動能量。這樣，即使變電站Sk是 非工作的，變電站Sk-i和S^允許從l/tit車輛回收制動能量，而不管4iil車輛 位于點Pk-i和Pn之間的什么位置。因此可以保證，即4錄個變電站是非工作 的，^it車輛的所有制動能量nUfP肯^皮回收。
所有的變電站Sk^^接到同一^H^巨離配電網(wǎng)絡20。 ^ii種情況下，網(wǎng)絡 20是A類或者B類高壓^f目交流電網(wǎng)。A類或者B類交流高電壓^^it種情況 下是指1000 - 50000Vac之間的交流電壓。依照專利申請FR2873332的教導， 網(wǎng)絡20也可以是^目交流低壓網(wǎng)絡。在這種情況下，^f目交流^^是指低于 1000Vac的電壓。典型地，這個^目交流^a網(wǎng)^4f是B類或者BTB類的^^a 網(wǎng)絡，逸^61說，交流電壓是500到1000Vac之間。
這種情況下，所有的變電站Sk^目之間是等同的，附圖l中僅僅示出了變 電站Sk。
變電站Sk包括四fJ^f"換器30，其一端連接到網(wǎng)絡20，另一端連接到供 電線6上的點Pk。轉換器30能夠對網(wǎng)絡20的^目電壓進行整流以便向供電線 6提供經(jīng)過整流的在U皿威和U c^之間的連續(xù)電壓。轉換器30還可以對供電
線6上出現(xiàn)的M電壓進^^變以便向網(wǎng)絡20提供M個Um一和U onta之間
的持續(xù)電壓形成的^目電壓。轉換器30可以在10ms內從其作為整流器的模式 轉換到其作為逆變器的模M者反之亦然以便防止車輛的制動損失。
為了這樣的目的，轉換器30例如由一個并^^逆變器的整^#形成。M 種情況下，整 "是一個由半*閘流管或者例如IGBT晶體管(絕^** 晶體管)的功率晶體管制造的受控整^#。受控整; ^允許在供電線6上產生 固定電壓750Vdc,即使^it過供電線6的電負栽的功率消耗的變化多于50%的 情況下。
逆變器允許最多等于門限值Ifc^的持續(xù)電流Ik被吸^^it種情況下， 大于或者等于Imax。這個電流Ik在其穿過轉換器30從存、Pk向網(wǎng)絡20移動的時 ^^JL的。擬目反的情況下電流Ik是負的。
轉換器30是可以控制的轉換器。為了這樣的目的，變電站Sk包M制單 元32，可以控制轉換器30來使其作為整流器或者逆變器^M^f^。單元32 也允許在點Pk的區(qū)域提供或者吸收的電壓Uss^皮控制為值U^。為了這樣的目 的，變電站Sk包M測電流Ik的強度的傳感器34以及檢測點Pk的區(qū)域中的電 壓U^的傳感器36。
更精確的， 一旦測量的電壓lU大于門限值Uc3k，單元32可以使轉換器30 轉換到再生模^者電能回收模式。 一旦電壓IU小于門限值U他，單元32還 可以自動使轉換器30轉換到牽引^"模式。例如，門限UdK小于或者等于Uc,。
變電站Sk也包^^: 40來^^、測量的電壓IU來調整門限值Uak的值。
單元32 g塊40例如由可編禾狄理器42產生，可編考l^t理器42可以執(zhí) ^i己^與該處理器連接的^(t器44中的命令。為了這樣的目的，，器44 ^Eil種情況下包^ff附圖2的方法的命^s ^:種情況下使用的限制#門 限的不同值。
系統(tǒng)2還包括沿著^tii 47運動的^il車輛46。車輛46通過集電弓架48 電氣連接到供電線6。集電弓架48允許從供電線6收集電能^W^車輛46的車 載電轉換器49的入口 。轉換器49可以M過集電弓架48獲得的持續(xù)電壓轉換 為用于牽引馬達50的^目電壓源。馬達50例如是同步或者異步馬達。馬達50可 以驅動車輛46的車輪旋轉。馬達50可作為發(fā)電WMt以便制動車輛46。 M 種情況下，轉換器49能夠作為整流 怍以便將制動能量返回給供電線6。
轉換器49是可以由控制單元51控制的轉換器?？刂茊卧?1可以根據(jù)在集 電弓架48的區(qū)域中通過傳感器52測量的電壓UT來旨轉換器49。為了此目 的，單元51可以#4&測量的電壓Ur來啟動從供電線6電^i^電動車輛46。
車輛46沒有以熱量形式來散失由馬達50當^Mt作為發(fā)電機時產生的所 有制動能量的車載制動電阻或者可變電阻器。
系統(tǒng)4的,將參考附圖2的方法來^^to
開始的時候，在步驟54，門限Uc3k的值設置為等于其上限Uc3m^。其上限 Uc3n^處于0.9Uc到Uc,之間。例如，^il種情況下，限制Uc3m滅等于
950Vdc。
接著在步驟56中，電流強度Ik和電壓lU被持久測量。 變電站Sk同時進行到階段57來調整門限Uc3k的值以;5Ui行到階段58 ^ 制轉換器30。
在階段57開始的時候，在步驟60中，單元40檢驗電流強度Ik是否為零。 如果是的話，模塊40前彭1〗步驟62來將測量的電壓IU對于時間的導數(shù)dlU/dt 和預定的門限值a^進行Hs^。例如，門限值a^大于或者等于10V/s。
如果導數(shù)dlU/dt的值大于門限a^，在步驟64中，只要以下兩^H^中的 一個不滿足，^40i^減小門限Uc3k的值
1) 電壓Uc3k的值已經(jīng)到iiF艮制U C3mink， 或者
2) 電流強度Ik不等于零。
如^Ji述的糾1)滿足，在步驟66中，門限Uc3k的值被再次初始化為值 Uc3maxk，方法返回到步驟60。
如U述的糾2)產生時，步驟64立即中斷，并M法回到步驟60。 例如，當輛道車輛在區(qū)域Zfc中開始制動，而在附近沒有可以消耗該車輛的 制動能量的^^ii車輛時，步驟64被IM亍。^il種情況下，供電線6上制動 能量的產生作為電壓IU的突，加(也^B兌，斜率大于門限a^的增加)而
變得非常明顯。門限u c3k值響應于這種突自加而減少的事實允許iM^t加的
電壓lU被抵消因此允許lfetA^。
當制動能量由位于區(qū)域Zfl^"卜的^it車輛產生的時候，步驟66被^f亍。
^it種情況下，為了艦不同^1車輛之間的直接能量交換，門限Uc3k的值被
重新初始化到值U C3maxk。直接能量交^1指僅由供電線實現(xiàn)的兩個^it車輛之 間的電能交換。
如果"Htdl^k/dt—格地小于門限a^，在歩驟68中，模塊40^ii^ 數(shù)dlU/dt是否嚴格大于零。如果是這樣的話，在步驟70中，門限Uc3k值被固^;等于測量的電壓lU的働。JiiE的常l!tAUc3k。常貼Uc3k很小，逸狄
說，例如，小于(UCmax-UCmin)/10。
步驟70允許門限值Uc3k^^為略大于測量的電壓IU，只要電壓U她緩lt 增加。這種情^^型^(^^應于區(qū)域2^中的^il車輛的制動能j7f^外一個牽引 操怍的執(zhí)道車輛至少部分消耗的情況。門限11 ^被##接近于電壓IU的事實 允許在電壓IU突,加的情況下進行l(wèi)fel^應。
如果導數(shù)dlU/dt的值小于或者等于零，在步驟72中，門限11014的值被再
次初始頓Uc3maxk。
如果制動能*#_^^1車輛4^消耗，^ff^驟72。 ^it種情況下，門 限Uak的值被再次初始^J!]值UCmaxk的事實^ii不同^it車輛之間的直接能量 交換。
在步驟60中，如果測量的電流強度Ik不等于零，在步驟74中，門限Uc3k 的值被M等于測量的電壓IU的值減去預定的正的常數(shù)。在這種情況下，例 如，預^i常數(shù)如同在步驟70中一樣被^^等于厶Uc3k。
接著，在步驟76中，電流強度Ik與零銜目t嫩。如果電流強度Ik嚴格J、于 零，在步驟78中，門限Uc3k的值再次初始^^值U
在步驟78之后，方法轉回到步驟60。
如果情^4目反，也 _說，如果電流強度Ik嚴格大于零，方法直接返回到 步驟60。
在階段58開始的時候，在步驟卯中，測量的電壓IU與門限Uc3k相tb^。 如果電壓lU大于門限Uc3k，在步驟91中，單元32 t嫩電壓U她與門限Uo^。
門限Ucm^大于或者等于限制Uc3maxU,小于或者等于UCmax。例如，^it種情 況下，門限Ucmax2^i^擇為等于Ucmax。
如果電壓lU小于門限Ucmax2，在步驟92中，單元32使轉換器轉換到再
生模鎮(zhèn)者##其處于該模式。更M的，在步驟92中，單元32控制轉換器 30以使其作為逆變器來辦。另外，在步驟92中，單元32控制轉換器30，使 得，測量的電壓IU保持為恒定水平。
以這種方式，在步驟92中，制動能量從供電線6傳輸?shù)骄W(wǎng)絡20,電壓IU 被##在恒定水平。只要轉換器30在再生模式中操怍，電壓1^被##為恒定 水平。這樣，當^it車輛46停止產生制動能量時，電壓IU下降。 如絲步驟91中，電壓lU大于門限Ucm^，在步驟93中，單元32控制
轉換器30，使得其吸錄大可能的電功率。這樣，步驟93允i械電線6上的過 電壓餘制。
在步驟92或者93^，方法返回到步驟90。
如果測量的電壓lU嚴格h于門限Uc3k,在步驟94中，單元32命4^亭止 量通過轉換器30從供電線6向網(wǎng)絡20傳輸能量。
接著，在步驟96中電壓IU與門限U他H^。如果測量的電壓IU嚴U、 于門限Udk，轉換器轉換到或者^#在牽引^^模式。更精確的，在步驟98中， 單元32控制轉換器30，以使麟為整流H^t。例如，門限U他:lfe4擇為等于
Ucnom
jtb^卜，在步驟98中，單元32控制轉換器30，以便以等于電壓Uc,的持 續(xù)電壓的形式將來自網(wǎng)絡20的能量供應g電線6。
如果情;W目反，也^1說，如果測量的電壓Ussk大于門限Udu，在步驟IOO 中，轉換器30作為整流器的,被停止。以這種方式，在步驟100中，不通過 轉換器30在網(wǎng)絡20和供電線6之間^能量交換。
^l方法中，轉換器轉換到再生模錄者到牽引^"模iU^在10ms以內實 現(xiàn)的。
附圖3到6顯示了在系統(tǒng)2的操怍期間不同信號作為時間函數(shù)的M。 更M的，附圖3顯示了由車輛46產生的制動能量。 附圖4顯示了由出l^與車輛46相同的區(qū)域Zik中的第4輛產生的制動 能量。
附圖5顯示門限Uc3k和電壓lUtt時間的g
最終，附圖6顯示作為時間函數(shù)的通過變電站Sk的轉換器30的電流強度Ik。
開始的時候，如附圖5所示，門限Uc3k的值等于Uc3m威。
在時間b,車輛46產生制動能量。作為電壓IU的突,加這變得非常明
顯。電壓lU的突然增加引起了門限值Uc3k的值的減小。當電壓IU大于門限
Ue3k，單元32控制轉換器30，使得辦為逆變器來辦。由車輛46產生的制 動能量從供電線6傳輸?shù)骄W(wǎng)絡20,電流Ik為正。
在時間b，車輛46停止制動。作為電壓IU的減小這立刻變得非常明顯。
電壓因此變得小于門限Uc3k，當轉換器30停止作為逆變WMt的時候變得 非常明顯。
當電壓IU低于門限Udk的時候，單元32控制轉換器30來使，為整流器 IMt。通過轉換器30的電流因此是負的。負的電流強度Ik使得門限值Uc3k重
置為Uc3maxk。
因此，在時間b，變電站向車輛46提供電能。
在時間b，車輛46開始再次制動并產生制動能量。但是，St^f^，同時 在車輛46附近的第二4^i車輛被提供牽引。這樣，車輛46的至少部分制動能 量通過供電線6 ^Jl接發(fā)彭，J為了運行而消耗能量的第^"輛。該能量因jH^皮 傳輸?shù)降诙囕v而不通過變電站。因此，由車輛46的制動能量引起的電壓IU
的增加很低。^il些情況下，門限Uc3k的值被調整到略大于測量的電壓lU的值。
在時間t4，車輛46停止制動。電壓IU下降。電壓lU的下降使門P艮值Uc3k 重置為限制Uamaxk。
^il種情^U^述的例子中，應當注意到時間t3和tj之間，僅僅車輛46對利 用牽引操作的第4輛提供能量。變電站Sk本身^^f壬何的能量也不消耗任 何能量。
在時間ts,電壓IU變的低于門限Udu。單元32命4^#換器30作為整流器 ，來為^il車輛46供電。電流Ik變?yōu)樨摰摹?br> 在時間t6,車輛46開始再次制動。也假i5^該時間，第二車輛消耗供電線 6上的能量以便運行。因此，如已錄時間t3和tj之間所示，電壓IU緩I1增加 而門限值11014##^高于測量的電壓IU。
在時間t7,假i錄二車輛開始制動。作為電壓lU的突,加it^得明顯。 電壓IU因此變得大于門限Uak而轉換器30開始作為逆變H^ft。電流Ik變 為正的。門限Uc3k^MW氐于電壓U由
但是，假i5^it種情況下，因為兩個^ii車輛同時在區(qū)域ZfK中制動，通過 轉換器30的電流Ik到ii^大值L,，這樣轉換器30不能吸收由兩個^ii車輛 同時產生的制動能量。電壓IU因jtb^續(xù)急劇增加。電壓UU的這種急劇增加 也作為電壓和電壓Ussk+1在點Pw和Pk+1區(qū)域的急劇增加變得明顯。這樣， 變電站S k4和Sk+1的門限Uc3w和Uak+1制氐。
在點Pk的區(qū)域中的電壓IU到達電壓Uc之前，點P^或Pk+1區(qū)域中的 電壓1^w或電壓1^+1超出了相應的變電站的門限Uc3^或Uak+1。變電站因此 開始^^供電線6向網(wǎng)絡20傳齡，]動能量。itA以停止電壓IU的增加并因此保 持期氐于或者等于電壓Uc,。
在時間ts，車輛46和第Jl4"輛同時停止制動。電壓IU急劇下降并變^^氐 于門限Uc3k。變電站Sk的轉換器30立即停iU/v供電線6向網(wǎng)絡20傳輸制動能
量。電流強度Ik因踏次變?yōu)榱?。接著，電壓lU的減少導致門限值Uc3k重置 為Uc3maxk。
如參考附圖3和6所述的,例子所示，系統(tǒng)4同時允許 -所有的制動能量從4iii車輛被回收，
—^ii^M:車輛之間的直接能量交換， -制動動力被多個連續(xù)的變電站共享。
附圖7中顯示了系統(tǒng)4的M可能的^t模式。在該圖中，右側縱軸包括
門限Uc醒和Ucmin以及標浙、電壓Uc畫。右側軸包括變電站中德的門限，也 狄，UCmax2， Uamaxk， Udk和Uc3油k。 7jC平線150、 152和154各自^!i門限 Ucmax 、 Udk和Ucmin 。
在圖^Ji，門限值Uc3k的值的狄由斜線156絲示。這個圖狄義了四 個可能的操怍區(qū)域160， 162， 164和166。
區(qū)域160位于線150之下，線156和152之上。當電壓U純在區(qū)域160中 時，變電站作為發(fā)電才/lil者制動能量回^l4^置來^t。
區(qū)域162位于線156和152之間。當電壓U^在區(qū)域162中，變電站的轉 換器既不在再生模式，也不在牽引^^模式。這樣，區(qū)域162對應于一個旨 區(qū)域，在該區(qū)域中，^i車輛的制動負^fet過供電線直Mi^另一^it車輛。
區(qū)域164位于線152和156之下，以及線154之上。當電壓U^位于區(qū)域 164中時，它低于門限值Udu以使得變電器的轉換器在牽引供給模式下辦。
最終，區(qū)域166位于線152之下和線156 ^Ji。當電壓IU位于區(qū)域166
中，其低于門限D他并大于P艮制Uc3n^。 ^it個區(qū)域中，可以因此使轉換器在
牽引供給模式或者再生模式工作。在附圖3中的方法中，選躲予再生模式優(yōu) IK，這樣，當電壓IU處于區(qū)域166中，變電站的轉換器系鍵itk^入再生模 式。但是，^^ft模式也是可能的。也可以決定給予牽引供給模式優(yōu)狄，
這樣，當電壓U姚在區(qū)域166中時，變電站Sk的轉換器系^k^^^牽引^ 模式。
最終，在他逸的方式中，當電壓lU在區(qū)域166中時變電站Sk的轉換器的 辦模W峰在電壓lUiiX^區(qū)域166之前轉換器所處的模式^i^擇。例如， 如果電壓lUi^'J區(qū)域166之前在區(qū)域160中，變電站的轉換器的模式g 持在再生模式，即^f組區(qū)域166中。如果情^U目反，如果電壓lUi^A^區(qū)域 166之前在區(qū)域164中，即使當電壓IU返回到區(qū)域166，牽引#^^1式###。
^f其他的實施例也是可能的，例如，轉換器30可以以由功率晶體管制造 的可控逆變器/整流器的形式來生產。^it樣的實施例中，相同的功率晶體管用
于對電壓整j;^者對電壓逆變。
在一個變形中，上述的內容應用于通過靜態(tài)AC/AC轉換H^給交流電流的 懸m。這種靜態(tài)轉換器必須被控制，以^UL許能量從網(wǎng)絡20向供電線6交換 以"^^之亦然。能量的轉換因此不是自然的。
^il^N子中，轉換器30被描述為一個四^IU^換器。在一個變形中，轉 換器30U少具有兩個象限的轉換器，允許電流Ik的方向反轉。最終，不需要 反轉電壓Ussk的極性。
門限U他和限制Uc3^k可以分別嚴格大于Uc并嚴格卜于Uc。
在一個變形中，變電站Sk可以^目交換數(shù)據(jù)，變電站Sk分別都^^^M 他變電^jt^的數(shù)據(jù)來調整^自的門限值U0k。
附圖3到6所示的M模式僅^50l示意的簡化例子。當然，門限lJbk的調 整可以被優(yōu)化，已經(jīng)描述的內容可以適用于必須回收多于兩個^it車輛的制動
能量的情況。以相同的方式，電制動負&量可以^yo^^ii回收也可以從下坡軌
道回收。
權利要求
1、一種用于回收軌道車輛的制動能量的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括-至少一條供電線(6)，沿著軌道延伸以便向在該軌道上運行的軌道車輛供給電能，-用于回收制動能量的多個變電站Sk，這些變電站相互之間的間隔距離Dk大于100m，每個變電站Sk在連接點Pk處與供電線電連接并設置有電轉換器(30)，能夠將電能從供電線(6)傳輸?shù)脚潆娋W(wǎng)絡(20)以便回收軌道車輛的制動能量，用于連接點Pk的區(qū)域中的電壓Ussk的傳感器(36)或者估計器，用于控制電轉換器的模塊(32)，只要測量或者估計的電壓Ussk大于門限值UC3k，該模塊能夠使電轉換器自動轉換到再生模式，在該再生模式中，電轉換器持續(xù)地將電能從供電線傳輸?shù)脚潆娋W(wǎng)絡來回收軌道車輛的制動能量，這樣每個變電站都與其各自的制動能量回收區(qū)域Zfk相關聯(lián)，其中，不管軌道車輛在該區(qū)域Zfk內的位置如何，變電站Sk都能回收這個軌道車輛的至少一部分制動能量，制動能量回收區(qū)域Zfk被設定為供電線(6)的一個區(qū)段[LGfk；LDfk]，該區(qū)段以點Pk為中心，其限制LGfk、LDfk在點Pk的一側和另一側的間隔距離為Fk，F(xiàn)k等于(UCmax-UC3mink)/(ρlmax)，其中，UCmax是供電線上允許的最大非永久電壓，UC3mink是門限值UC3k在操作變電站過程中所取的最小值，ρ是每單位長度的供電線的電阻值，lmax是供電線上的最大允許電流強度，其特征在于，限制值UC3mink使得距離Fk大于或者等于Dk/2。
2、 ^H5^yMU所述的系統(tǒng)，^#棘于，限制值Uc3油k使得距離Fk大 于或者等于Dk。
3、 一種能夠用于前面任何一項^，J^求所述的系統(tǒng)的回收Mil車輛的制動 能量的變電站Sk，該變電站能夠與供電線在點Pk電連接，并具有-電轉換器(30 )，能夠將電肯fe^供電線(6)傳輸?shù)脚潆娋W(wǎng)^(20)以便回收 4iil車輛的制動能量， 用于連接點Pk的區(qū)域中的電壓lU的傳感器(36)或者^i十器， 用于控制電4^換器的^: (32 )，只要測量或者估計的電壓IU大于門限值 Uc3k,該微能喻吏電轉換器自動轉換到再生模式，在該再生模式中，電轉換 ^#^*電^^供電線傳輸?shù)脚潆娋W(wǎng)絡來回收^1車輛的制動能量，這, 個變電站都與其各自的制動能量回收區(qū)域ZW相關聯(lián)，其中，不管勒il車輛在該 區(qū)域Ztk內的位置M，變電站Sk都能回收這個4iii車輛的至少-"^分制動能 量，制動能量回收區(qū)域Zft被i議為供電線(6)的一個區(qū)^[L^; LmJ，該區(qū) 段以點Pk為中心，其P艮制Lgao LDfk在點Pk的一側和另一側的間隔距離為Fk， Fk等于(Uc,-Uc3咖k)/(pl^)，其中，Uc隨是供電線上允許的最大非永久電壓，U C3^k是門限值Uc3k在辦變電站i^呈中所取的最小值，p是每^N立"^的供電線的電阻值，Ux是供電線上的最^i午電流強泉^#絲于，限制值U C3mink使得距離Fk大于或者等于Dk/2或者Dk。
4、 ^ayMu所述的變電站，^Hr棘于，電轉換器(30)能夠將電肯^g己電網(wǎng)絡(20)傳輸?shù)焦╇娋€(6)來向4iil車 輛提供牽引力，使得變電站Sk也與用于向^il車輛^^引的區(qū)域ZtK相關聯(lián),不管斬道車輛在區(qū)域z&中的位置如何，變電站Sk能夠向斬ii車輛的電牽引馬 ii4^供電能，牽引條區(qū)域4為供電線的以Pk為中心的[LGtu; LmJ區(qū)段，其限制Lg也、L她在點Pk的一側和另一側的間隔距離為Tk， Tk等于(U皿a^Uonin)/ ( Plmax )，其中U,xkA^ 了向^il車輛提供牽引，變電站Sk的電轉換器在Pk點的區(qū)域中 能產生的最大電壓，Uonin是供電線上的最小允許的非永久電壓，限制值Us一使得距離Tk大于或者等于Dk/2或者Dk。
5、 iMW溪求4所述的變電站，^4HiE^于只要測量或者伶計的電壓IU低于門限值Udu，控制自32)能夠使電轉換 孰30)自動轉換到牽引供給模式，其中電轉換^(30)連續(xù)ilkAS己電網(wǎng)絡向供電線 傳輸電能，限制值Uc3油k嚴樹氐于門限值U他，當測量或者估計的電壓IU處于限制值Uc3^和門限值Udk之間的時候， 控制模塊能夠按照電壓Ussk處于限制U C3^k和門限值U他之間^L"t^^換器所處的模式，使電轉換器切換到再生模式或者牽引^^模式。
6、 才娥4W要求3到5中的^^一項所述的變電站，^ft絲于， 變電站Sk包括用于調整門P艮值Uc3k的模塊(40 )，該模塊能夠使這個門限M下限Ua^k變^J)J大于或者等于最大值UCmax的90 %的上限Uc3maxk，只要 測量或者估計的電壓lU的增加低于預定門限值a^，該調整模塊(40)能,持門限值Uc3k嚴格大于測量或者^i十的電壓Ussk圍
7、 ^M，凌求6所述的變電站，^#絲于7當穿過電轉換器的電流強度 是零的時候，如果電壓lU的增加大于或者等于預定門P艮值a^，調整模塊(40)能夠將門限值Uc3k減小到限制Uc3幽k。
8、 如權利要求6或7所述的變電站，^#棘于控制微(32)能夠控 制電轉換器，使得只要測量或者估計的電壓IU超過大于或者等于限制Uc3^ 的門限值U Cmax2k，電轉換器M^供電線(6)向配電網(wǎng)絡(20)傳輸每#時間 內最多可能的電肯霞
9、 ^^'J^求3到8中的《^T一項所述的變電站，^#棘于電轉換器 (30)是受控制的轉換器，具有至少兩個象P艮，射^1半#閘流管或者功率晶體管來制造，只，電線上產生的電功率或者從供電線吸收的電功率沒有變 4^^過50%，控制才狹(32)能夠控制電轉換器來將電壓IU維持在一個恒定 的水平。
10、 一種在具有##權矛^"求1或2的制動能量回收系統(tǒng)的M網(wǎng)絡Ji^ 行的^il車輛(46)， ^#絲于，所述4ftil車輛沒有位于該車輛內部的、允許 該4/tii車輛的所有電制動能量以熱能的形式耗散的車栽可變電阻。
11、 ^t用于回收^il車輛的制動能量的方法，該方法包拾 -提供至少一條沿著^ilX伸的供電線，以便向在該4iiiJiit行的4iii車輛4^給電能，-提供多個變電站Sk來回收電制動能量，這些變電站相互之間的間隔距離 Dk大于100m，每個變電站Sk^i^接點Pk連接到供電線并具有電轉換器，該電 轉換器能夠將電^A供電線向配電網(wǎng)*輸來回收^1:車輛的制動能量，-^i^接點Pk的區(qū)域測量(56)或者估計電壓IU，-控制(92)電轉換器，只要測量或者估計的電壓lU大于門限值Uc3k， 使得電轉換器自動轉換到再生模式，在該再生模式中，電轉換^#續(xù)*電能 從供電線傳輸?shù)脚潆娋W(wǎng)絡來回收^ii車輛的制動能量，it^r個變電站都與其 各自的制動能量回收區(qū)域Zfc相關聯(lián)，其中，不管軌道車輛在該區(qū)域Zfc內的位 置如何，變電站Sk都能回收這個^il車輛的至少""^分制動能量，制動能量回收區(qū)域ZtK設定為供電線(6)的一個區(qū)^a[L^; LmJ，該區(qū)段 以點Pk為中心，其限制L^、 L她在點Pk的一側和另一側的間隔距離為Fk， Fk等于(UCmax一 Uc3n^k)/ (pUx)，其中， 是供電線上允許的最大非永久電壓， U C3Mink是門P艮值Uak在辦變電站過程中所取的最小值， P ^1"^#^的供電線的電阻值， lmax是供電線上的最大允許電流強度， 限制U C3n^^吏得距離Fk大于或者等于Dk/2，-當^1車輛在區(qū)域2&的限制處產生制動能量的時候，調整(64)門P艮值Uc3k到限制值UC3mink0
12、 ^^U，J要求11所述的方法，其特征在于該方法包括，只要電壓U純 的增加低ffi定門限值U， ^#(70)門限值Uc3k的W^格大于測量或者估 計的電壓IU。
13、 iw^，J^求11或12所述的方法，其特征在于該方法包括，如果測 量或者估計的電壓lU的增加大于或者等，定門限值a^，減小(64)門限值Uc3k到限制Uc^。
14、 一種數(shù)粉己錄介質(44),其特征在于其包括當被電子處理器(42 )執(zhí) ^^時候實翻^i權利要求11到13中任一項所述方法的指令。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種軌道車輛的制動能量回收系統(tǒng)，包括多個變電站S_k，相互之間的間距為D_k，每個變電站與其自身制動能量回收區(qū)域Z_fk聯(lián)系，其中，不管軌道車輛在區(qū)域Z_fk中位置如何，變電站S_k能夠回收至少一部分軌道車輛的制動能，制動能量回收區(qū)域Z_fk設定為供電線(6)的一個區(qū)段L_Gfk；L_Dfk，該區(qū)段以變電站S_k的連接點P_k為中心，其限制L_Gfk、L_Dfk在點P_k的一側和另一側的間隔距離為F_k，F(xiàn)_k等于(U_Cmax-U_C3mink)/(ρl_max)。限制值U_C3mink使得距離F_k大于或者等于D_k/2。
文檔編號B60L7/10GK101353020SQ20081016114
公開日2009年1月28日 申請日期2008年4月24日 優(yōu)先權日2007年4月25日
發(fā)明者D·科尼克, F·塔雅特, P·奧蒂耶 申請人:阿爾斯通運輸股份有限公司