電容性能量存儲系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】可連接到配電網(wǎng)絡(luò)（4）的電容性能量存儲系統(tǒng)（5），該能量存儲系統(tǒng)（5）包括至少一個轉(zhuǎn)換電流的裝置和至少一個電容性能量存儲的裝置，其特征在于，它包括并聯(lián)設(shè)置的多個分支（9），每個所述分支（9）包括轉(zhuǎn)換電流的裝置和電容性存儲裝置，所述轉(zhuǎn)換裝置設(shè)置為與所述電容性存儲裝置串聯(lián)，每個所述分支（9）包括電容性存儲裝置的電壓調(diào)節(jié)裝置，所述電壓調(diào)節(jié)裝置連接到將所述電流限制為所述電壓的函數(shù)的裝置，并且每個分支（9）包括調(diào)節(jié)輸入電壓（UF）的裝置，從而連續(xù)調(diào)節(jié)最佳工作點。
【專利說明】電容性能量存儲系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種電容性能量存儲系統(tǒng)以及用于控制該系統(tǒng)的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在公共交通系統(tǒng)中使用的最新的電動車輛配備了電制動器，也稱為再生制動。在 這些車輛中，部分來自于減速的動能被轉(zhuǎn)換為電能。隨后這些能量被傳送到饋電線，并且用 于一次或多次的車輛加速。在車輛沒有使用所述能量的情況下，那么在減速車輛攜帶的電 阻中所述能量作為熱量被消散。
[0003]為了避免在制動電阻中失去能量，整流器或變壓器往往關(guān)聯(lián)附加設(shè)備，用于回收 系統(tǒng)上可用的電制動能量。于是，所述能量被存儲用于下一步將其發(fā)送回配電系統(tǒng)，在所述 配電系統(tǒng)中所述能量能夠被用于車輛的加速。
[0004]然而，這些已知的存儲設(shè)備通常使用單一的高功率的可逆轉(zhuǎn)換器，所述可逆轉(zhuǎn)換 器與以串-并連的方式連接的超級電容的布置相關(guān)聯(lián)。這種架構(gòu)不能容忍設(shè)備內(nèi)部的電氣 故障、這使其無法高效和精確地管理所述超級電容、提供低電輸出并因為在所述轉(zhuǎn)換器中 使用高質(zhì)量的電氣開關(guān)元件而提供低節(jié)約，并且，使其無法獲得簡便的維護。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的一個目的是在于解決前面提到的缺陷，并特別提出了一種具有能量輸出 的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)因簡便的維護限制了可能發(fā)生的操作事故，并且，通過其獨立分支的管 理，能夠優(yōu)化所述存儲部件的壽命。
[0006]為此，根據(jù)第一方面，本發(fā)明提出了一個電容性能量存儲系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠與配電 網(wǎng)絡(luò)連接，所述系統(tǒng)包括至少一個電流轉(zhuǎn)換裝置和至少一個電容性能量存儲裝置，其中，所 述系統(tǒng)包括多個并聯(lián)布置的分支，每個分支包括電流轉(zhuǎn)換裝置和電容性存儲裝置，所述轉(zhuǎn) 換裝置設(shè)置為與所述電容性存儲裝置串聯(lián)，每個分支包括用于調(diào)節(jié)電容性存儲裝置的電壓 的電壓調(diào)節(jié)裝置，所述電壓調(diào)節(jié)裝置與用于根據(jù)電壓限制電流的裝置關(guān)聯(lián)，并且每個分支 包括輸入電壓調(diào)節(jié)裝置，從而連續(xù)調(diào)節(jié)最佳工作點。
[0007]在本申請中，術(shù)語“最佳工作點”是指這樣一種工作點:一方面能夠在配電系統(tǒng)(電 壓UF)的輸入A處最大程度地回收出現(xiàn)的能量，同時不會從電源分支(電流1ST)中借用任 何能量。此外，該最佳工作點能夠有利于存儲于超級電容中的能量的管理，所述超級電容被 電源優(yōu)先用來產(chǎn)生電能。
[0008]通過計算無負(fù)載電壓CCUF的平均值，連續(xù)調(diào)整充電閾值CCUFCH和放電閾值 CCUFDCH來獲得此最佳工作。
[0009]在本申請中，“輸入電壓UF”對應(yīng)于由配電系統(tǒng)在電容性能量存儲系統(tǒng)的輸入端處 提供的電壓。
[0010]由于分支的結(jié)構(gòu)是并聯(lián)，在所述系統(tǒng)中能存儲的總能量等于每個分支能量的總 和，并且，總功率等于每個分支的功率的總和。因而，與配備并-串聯(lián)設(shè)置的超級電容關(guān)聯(lián)的單個轉(zhuǎn)換器的系統(tǒng)相比，根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)允許使用低功率的轉(zhuǎn)換器，這會允許模塊化 的架構(gòu)。這有利于使用分布更好的，并因此更有效的、具有低傳導(dǎo)損耗的部件。同樣地，優(yōu) 化了在轉(zhuǎn)換裝置中的反復(fù)轉(zhuǎn)換的產(chǎn)出率和在存儲裝置中的存儲/提取的產(chǎn)出率。此外，最 佳工作點的連續(xù)調(diào)整，能夠增加所述超級電容的壽命，同時將轉(zhuǎn)換能量最大化。此外，這些 布置能夠限制系統(tǒng)的故障停機時間。事實上，每一個分支可以獨立工作。當(dāng)由此形成的其 中一個分支停止服務(wù)時，其他分支可以在降級模式下繼續(xù)運行，同時等候系統(tǒng)維護或修理 操作的進行。
[0011]優(yōu)選地，所述最佳工作點基于對由配電系統(tǒng)提供的所述分支端子之間的無負(fù)載電 壓的估計值來確定。
[0012]根據(jù)本發(fā)明的一個方面，電容性能量存儲系統(tǒng)包括一個或多個并聯(lián)布置的機柜， 每個機柜包括并聯(lián)設(shè)置的多個分支。這種配置因此能夠根據(jù)配電系統(tǒng)所需的使用模式、功 率和能夠來調(diào)節(jié)系統(tǒng)，無需對系統(tǒng)進行重新設(shè)計。
[0013]根據(jù)本發(fā)明的一個特定的實施例，所述系統(tǒng)的每一個分支包括用于分支的電隔離 設(shè)備，以允許對每個分支進行維護操作。因此，在能導(dǎo)致所述分支失效的電氣部件發(fā)生故障 的情況下，分支可以由內(nèi)部保護設(shè)備隔離，以允許所述系統(tǒng)的余下部分繼續(xù)工作。維護操作 可以在下次所述設(shè)備停止服務(wù)期間執(zhí)行，如夜間，不影響系統(tǒng)的使用。
[0014]有利的是，每個分支的轉(zhuǎn)換裝置和電容性存儲裝置是可拆卸的，以利于基于維護 需要而安裝或拆卸。
[0015]優(yōu)選地，每個機柜包括導(dǎo)軌，所述轉(zhuǎn)換裝置和電容性存儲裝置可拆卸地安裝在所 述導(dǎo)軌上，從而無需特殊工具實現(xiàn)維護。
[0016]電容性存儲裝置通常包括串聯(lián)的超級電容，能夠獨立于分支控制存儲裝置中的電 流，并因此通過在增加所述元件的壽命的同時控制失效的風(fēng)險，來優(yōu)化每一個分支的輸出。
[0017]優(yōu)選地，所述轉(zhuǎn)換裝置的是可逆轉(zhuǎn)換器，允許釋放儲存在超級電容中的能量，以滿 足所述網(wǎng)絡(luò)的能量需要。
[0018]根據(jù)本發(fā)明的一個替代實施例，所述存儲系統(tǒng)包括基于使用的電壓閾值管理電容 性存儲裝置的充電和放電的管理裝置，并且它還包括自學(xué)習(xí)裝置，該自學(xué)習(xí)裝置被設(shè)置成: 基于對配電系統(tǒng)中所需的電流和電壓的實時分析來修改電壓閾值，以優(yōu)化充電和放電方 法。在本申請中，術(shù)語“電壓閾值”是指相對于所述配電系統(tǒng)所提供的電壓UF，超級電容的 充電電壓閾值CCUFCH和放電電壓閾值CCUFDCH。同樣，該系統(tǒng)包括設(shè)置以調(diào)節(jié)所述配電網(wǎng) 絡(luò)中的電壓的調(diào)節(jié)裝置，從而優(yōu)化在網(wǎng)絡(luò)上可用的能量。隨著充電和放電狀態(tài)的改變，系統(tǒng) 的運行因此按照需要進行調(diào)節(jié)。接下來的狀態(tài)變化可能會發(fā)生在學(xué)習(xí)后更新的閾值上，或 根據(jù)強行限制。這一原則使其可以儲存沒有自學(xué)習(xí)裝置很難實現(xiàn)的低能量，并且不存儲可 被其他車輛使用的能量。
[0019]優(yōu)選地，所述電壓調(diào)節(jié)裝置被設(shè)置執(zhí)行所述調(diào)節(jié)，其調(diào)節(jié)根據(jù)每個分支的超級電 容的端子之間測量的電壓、所述轉(zhuǎn)換器和超級電容之間測量的電流強度、以及所述存儲系 統(tǒng)的輸入處測量的電壓來執(zhí)行。
[0020]根據(jù)第二方面，本發(fā)明涉及到用于客運的電動運輸設(shè)施，所述電動運輸設(shè)施包含 至少一部裝備有再生制動設(shè)備的車輛和至少一個如先前所述的被動能量存儲系統(tǒng)，所述電 容性存儲系統(tǒng)用于存儲由制動設(shè)備所產(chǎn)生的能量。這種設(shè)施能夠減少城市交通系統(tǒng)的電力消耗，并且能夠維持遠(yuǎn)離電力源的地區(qū)的電壓，從而限制了可能發(fā)生的運行事故。所涉及的 運輸方法尤其包括火車，電車，輕軌，有軌電車，或其他由高架線或供電軌道供電的運輸方 式。
[0021]根據(jù)第三方面，本發(fā)明涉及用于控制電容性能量存儲系統(tǒng)的方法，所述電容性能 量存儲系統(tǒng)能夠連接到配電系統(tǒng)，所述存儲系統(tǒng)包括并聯(lián)連接的多個分支，每個分支包括 電流轉(zhuǎn)換裝置和電容性存儲裝置，所述轉(zhuǎn)換裝置設(shè)置與所述電容性存儲裝置串聯(lián)，該方法 包括以下步驟:
[0022]-測量所述分支的端子之間由所述配電網(wǎng)絡(luò)提供的在所述存儲系統(tǒng)的輸入處的電 壓UF，
[0023]-確定最佳工作點，
[0024]-確定至少一個充電電壓閾值CCUFCH和一個放電電壓閾值CCUFDCH，以及
[0025]-將輸入電壓UF與充電電壓閾值和放電電壓閾值比較,從而確定充電和放電的操 作模式。
[0026]有利的是，根據(jù)由配電網(wǎng)絡(luò)提供的所述分支的端子之間的無負(fù)載電壓估計值來確
定最佳工作點。
[0027]按照一種具體的布置，所述方法包括自學(xué)習(xí)步驟，該自學(xué)習(xí)步驟能確定無負(fù)載電 壓CCUF，所述無負(fù)載電壓CCUF的形式為在所述電流1ST低于預(yù)定閾值期間得到的電壓UF 的平均值。
[0028]優(yōu)選地，用于確定充電電壓閾值CCUFCH和放電電壓閾值CCUFDCH的步驟根據(jù)CCUF 電壓值和預(yù)定偏移量來執(zhí)行。這樣能夠避免潛在的由于測量誤差導(dǎo)致的充電和放電之間的 切換。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0029]作為非限制的例子，現(xiàn)在我們將參考附圖描述本發(fā)明的一些實施例。在接下來的 詳細(xì)描述中，為了簡化，不同的實施例共用的元件采用相同的附圖標(biāo)記。
[0030]圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的裝備有再生制動設(shè)備和電容性能量存儲系統(tǒng) 的客運的電動運輸設(shè)施的概要圖。
[0031]圖2是在本發(fā)明的一個實施例中的電容性能量存儲系統(tǒng)的概觀圖。
[0032]圖3是示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的配備有超級電容和轉(zhuǎn)換器的系統(tǒng)的機 柜的示意圖。
[0033]圖4是示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的包括若干存儲機柜以及設(shè)備和監(jiān)控機 柜的能量存儲系統(tǒng)的電氣示意圖。
[0034]圖5是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的電容系統(tǒng)的總體控制框圖。
[0035]圖6是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的電容系統(tǒng)的自學(xué)習(xí)過程的框圖。
[0036]圖7是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的電容系統(tǒng)的詳細(xì)控制框圖。
[0037]圖8是示出了用于根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的超級電容的電壓調(diào)節(jié)裝置的操作 的流程圖。
【具體實施方式】[0038]圖1示出了用于客運的電動運輸設(shè)施1，所述電動運輸設(shè)施I包括裝備有再生制動 設(shè)備3的列車2。該再生制動設(shè)備3將來自所述列車2的減速動能轉(zhuǎn)換成電能，然后將電能 傳輸?shù)脚潆娋W(wǎng)絡(luò)4。然后，將所述能量存儲在連接到配電網(wǎng)絡(luò)4的電容性存儲系統(tǒng)5中，例 如存儲在所述設(shè)施I的變電站6處。如圖1中所示，設(shè)備和監(jiān)控機柜7實現(xiàn)控制能量存儲 系統(tǒng)5的操作。
[0039]圖2示出電容性能量存儲系統(tǒng)5，所述能量存儲系統(tǒng)5包括多個在連接到配電網(wǎng)絡(luò) 4 (部分示出)之前以電纜并聯(lián)連接的機柜8。這種布線架構(gòu)使得能夠累加每個機柜8的能 量和功率。因而，它能夠適用于系統(tǒng)5，用于在網(wǎng)絡(luò)4上存儲可用的不同數(shù)量的能量，或根據(jù) 需要為網(wǎng)絡(luò)4供電。
[0040]每個機柜8由幾個獨立的分支9制成，所述分支9由電纜并聯(lián)連接到所述機柜8 的直流總線上，于是，每個機柜8的功率各自等于每個分支9的能量和功率的總和。
[0041]每個分支9包括串聯(lián)的電流轉(zhuǎn)換裝置和電容性存儲裝置，所述轉(zhuǎn)換裝置例如是直 流-直流類型的可逆轉(zhuǎn)換器CVi (i是從I變化到X的整數(shù))，所述電容性存儲裝置例如是 串聯(lián)的超級電容12的組SC。這些部件CVi和SC的有限的大小和質(zhì)量，允許將系統(tǒng)5制成 可拆卸的模塊化子組件的形式。圖2中所示的電流1ST是所述配電網(wǎng)絡(luò)4的輸入電流，并 且所述電流IHi是在超級電容12的組SC的分支中的環(huán)路電流。所述電壓UF是在所述設(shè) 備中測量出的線路電壓，并且所述電壓USCi是超級電容12的組SC分支的電壓。
[0042]如圖2所示，每個分支9裝備有電隔離裝置13，以避免在某一個部件故障的情況下 保護分支9免于失效。在這樣的情況下，系統(tǒng)5可以繼續(xù)運行，并且維護操作可以在所述設(shè) 備停止服務(wù)期間進行，例如在晚上，不影響使用。
[0043]圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)5的一個機柜8。在這個例子中，它是由三個分支9 構(gòu)成，每個所述分支9配備有轉(zhuǎn)換器CVi，所述轉(zhuǎn)換器CVi與形成可拆卸模塊的超級電容12 的8個組SC串聯(lián)連接。在每個機柜8中可選地設(shè)置導(dǎo)軌(未示出)，以允許簡便地組裝或拆 卸超級電容12的組SC和轉(zhuǎn)換器CVi。這使得無需特殊工具就能夠?qū)ζ鋱?zhí)行維護。
[0044]大量的分支9以電纜并聯(lián)連接到多個機柜8，使其能使用比高容量轉(zhuǎn)換器(例如用 在鐵路領(lǐng)域的牽引轉(zhuǎn)換器)功率低的轉(zhuǎn)換器CVi，其有利于使用更好配電的、并因此更有效 的具有低傳導(dǎo)損耗的組件。。
[0045]此外，并聯(lián)的大量分支9使其能夠構(gòu)成所述存儲裝置，所述存儲裝置的形式是在 分支9上以電纜串聯(lián)連接的超級電容12的組SC。這直接影響到與各分支9獨立的超級電 容12的組SC的電流控制。通過在控制與這些部件任何的失效相關(guān)的風(fēng)險的同時對其壽命 的優(yōu)化，能夠?qū)⒚總€分支9的長處發(fā)揮到最佳。因而，基于超級電容12的組SC的技術(shù)，這 種架構(gòu)使得電力存儲系統(tǒng)5在經(jīng)濟上可行。
[0046]此外，如果操作發(fā)生在高壓線上或維護操作在所述系統(tǒng)5所在的建筑物內(nèi)，安全 規(guī)范要求將超級電容12的組SC放電。
[0047]此前相同技術(shù)的能量回收方案使用電阻放電設(shè)備。所述放電時間接近一小時，并 且先前回收的能量以熱量的形式損失掉。
[0048]根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)5—方面能夠縮短放電時間，另一方面不會浪費存儲的能量。 在由操作者請求放電的情況下，該系統(tǒng)5有利于在所述配電網(wǎng)絡(luò)4的線路上放電，同時使用 功能性部件和子組件。然后，全部或部分能量返回到所述線路，沒有返回的部分能量在內(nèi)部放電電阻14上釋放。因此所述放電時間縮短約三分之二。
[0049]圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的與設(shè)備和監(jiān)控機柜7關(guān)聯(lián)的電容性能量存儲系統(tǒng)5。所 述機柜7包括用于控制四個能量存儲機柜8的兩個電路，每個機柜8包括三個以電纜并聯(lián) 連接的分支9，每個所述分支9裝備有與超級電容12的多個組SC串聯(lián)的轉(zhuǎn)換器CVi。
[0050]所述設(shè)備和監(jiān)控機柜7的兩個電路包括監(jiān)控裝置15和供電電路P，所述供電電路 P尤其包括用于每對(兩個)機柜8的斷路器16、濾波裝置17、浪涌抑制器18和電壓測量 裝置MUF。這兩個電路能夠?qū)崿F(xiàn)管理超級電容12的組SC的充電和放電。
[0051]現(xiàn)在我們將描述參考圖5，6，7所實施的方法。如圖5所示，基于調(diào)節(jié)和自學(xué)習(xí)原 理的電路使用與電壓閾值相關(guān)的狀態(tài)矩陣，根據(jù)對所述配電網(wǎng)絡(luò)的輸入線所需的電流和電 壓的實時分析，所述電壓閾值基于這些閾值的自學(xué)習(xí)變化。隨著這些充電和放電狀態(tài)的變 化，根據(jù)需要和可用的能量來調(diào)節(jié)操作，接下來的狀態(tài)變化可能會發(fā)生在跟隨學(xué)習(xí)更新的 閾值上。這一原則使得能夠回收低能量，這是只包括一個狀態(tài)矩陣而沒有自學(xué)系統(tǒng)的系統(tǒng) 難以實現(xiàn)的。同樣的原則也使其能夠防止系統(tǒng)5從在網(wǎng)絡(luò)4上的車輛2回收有用的能量。 因而，如圖5的總體控制框圖中所描述的，步驟5.1使其能確定校正目標(biāo)輸入電壓CCUF。之 后，步驟5.2確定充電電壓閾值CCUFCH和放電電壓閾值CCUFDCH，并且，將所述兩個閾值與 輸入電壓UF相比較，來確定充電或放電的操作模式。
[0052]在步驟5.2中選定充電模式時，超級電容12的組SC在步驟5.3中充電。步驟5.4 確定充電是否完成。如果充電未完成，則所述處理返回到充電步驟5.3，之后是所述確定步 驟5.4直到充電完成。在充電完成后，返回步驟5.1。
[0053]在步驟5.2中選定放電模式時，超級電容12的組SC在步驟5.5中放電。接著步 驟5.6驗證放電是否完成，如果完成返回步驟5.1。否則，重復(fù)放電步驟5.5。下面，我們描 述如在圖6所示的用于自學(xué)習(xí)和調(diào)節(jié)的裝置。
[0054]所述自學(xué)習(xí)裝置包括控制構(gòu)件，例如微處理器U C，尤其是設(shè)置在所述設(shè)備和監(jiān)督 機柜7中。
[0055]控制構(gòu)件執(zhí)行學(xué)習(xí)的算法，旨在根據(jù)以下輸入?yún)?shù)確定校正目標(biāo)輸入電壓CCUF:
[0056]-測量在變電站6處提供給所述網(wǎng)絡(luò)的電流1ST，通過圖1中所示的電流傳感器 MIST和目標(biāo)輸入電壓UF來測量所述電流(步驟6.1)。
[0057]特別地，所述學(xué)習(xí)算法對所測量的電流1ST進行了濾波和縮放。然后，在步驟6.2 中，將所述電流1ST與給定的固定閾值相比較，比較的結(jié)果由集成類型的調(diào)節(jié)部件使用。將 源自調(diào)節(jié)部件的信號限制為用于獲得目標(biāo)電壓的校正信號，將所述校正信號加載到目標(biāo)電 壓上從而獲得校正后的目標(biāo)輸入電壓CCUF (步驟6.3)。校正的輸入目標(biāo)電壓CCUF對應(yīng)于 在電流1ST低于預(yù)定恒定閾值期間獲得的無負(fù)載電壓值UF的平均值。當(dāng)電流1ST低于預(yù) 定的閾值時，允許周期性的循環(huán)返回到步驟6.1。
[0058]在超級電容12的組SC被充電的回收模式以外，激活“復(fù)位”模式，使得能夠減少 目標(biāo)電壓的校正。
[0059]在圖4示出的實施例中，根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)5包括用于調(diào)節(jié)超級電容12的組SC 的電壓的裝置。
[0060]為此，這些調(diào)節(jié)裝置包括控制構(gòu)件，例如前面提到的微處理器U C，控制構(gòu)件尤其 是設(shè)置在設(shè)備和監(jiān)控機柜7中。[0061]控制構(gòu)件UC執(zhí)行調(diào)節(jié)循環(huán)，執(zhí)行根據(jù)圖5所描述的步驟，基于以下輸入?yún)?shù)用于 生成所述轉(zhuǎn)換器CVi的命令cmd:
[0062]-由直流電壓測量構(gòu)件(MUSCl)在每個分支9的超級電容12的端子之間測量的電 JiUSC;
[0063]-由電流傳感器MIHl在所述轉(zhuǎn)換器CVi和超級電容12的組SC之間測量的電流強 度IH;
[0064]-由位于所述存儲系統(tǒng)5的輸入處的電壓傳感器MUF測量的電壓UF。
[0065]每個轉(zhuǎn)換器CVi的命令cmd通過使用以下因素基于上述參數(shù)來決定:
[0066]-基于輸入電壓UF和在分支9中的電壓USC的電流限制標(biāo)準(zhǔn)IH，以及
[0067]-輸入電壓UF的調(diào)節(jié)循環(huán)。
[0068]尤其是，所述命令cmd包括對構(gòu)成轉(zhuǎn)換器CVi的IGBT (絕緣柵雙極晶體管)部件 的相位角的調(diào)節(jié)。
[0069]這兩個循環(huán)的集合能夠連續(xù)地調(diào)節(jié)最佳工作點，并由此增加超級電容12的壽命， 同時將轉(zhuǎn)換的能量最大化。
[0070]現(xiàn)在參照圖7詳細(xì)介紹這些調(diào)節(jié)步驟。首先如前面所述地執(zhí)行自學(xué)習(xí)步驟。
[0071]步驟7.1包括從電壓CCUF和用以平滑測量誤差的預(yù)定偏移來確定充電電壓值閾 值CCUFCH和放電電壓閾值CCUFDCH。然后，步驟7.2包含將輸入電壓UF與充電電壓閾值 CCUFCH相比較。當(dāng)輸入電壓UF大于所述閾值電壓CCUFCH時，在步驟7.3中啟動所述充電 操作模式，從而運行轉(zhuǎn)換器CVi。然后，步驟7.4驗證是否有至少一個電壓USCi低于閾值 USCmax,在這種情況下,在步驟7.5中，對于每一個分支,將所述電流IHi與IHmax相比較。 當(dāng)電流IHi低于IHmax時，步驟7.6包括驗證所述輸入電壓UF是否低于閾值CCUFCH或是 否所有的電流IHi都低于閾值IHmin。如果兩個條件都滿足，那么停止充電過程，并且返回 步驟7.1。
[0072]在步驟7.4中，當(dāng)所有電壓USCi都在USCmax以上時，所述充電完成，并且返回步 驟 7.1。
[0073]在每個分支中，當(dāng)在步驟7.5中的電流IHi比IHmax大時，就通過步驟7.7將所述 電流IHi限定為IHmax，之后所述過程進行到步驟7.6。
[0074]當(dāng)所述輸入電壓UF低于步驟7.2的閾值CCUFCH時，就將所述輸入電壓UF與步驟
7.8的閾值CCUFDCH相比較。當(dāng)電壓UF大于閾值CCUFDCH時，所述過程返回到步驟7.1。然 而，當(dāng)電壓UF低于閾值CCUFDCH時，則在步驟7.9中開始放電，此時轉(zhuǎn)換器運行。
[0075]然后，步驟7.10確定是否有至少一個電壓USCi在閾值電壓USCmin以上，在這種 情況下，對于步驟7.11中的每一個分支，將所述電流IHi與閾值IHmax相比較。如果電流 IHi低于IHmax，那么確定輸入電壓UF是否大于所述閾值CCUFDCH，或是否所有的電流IHi 都低于步驟7.12中的IHmin。如果這兩個條件都滿足，超級電容12的組SC放電，并且所述 過程返回到步驟7.1。但是，如果這些條件一個都沒有滿足，那么超級電容沒有完全放電，并 且所述過程返回步驟7.9。
[0076]然而，如果在步驟7.11中電流IHi大于IHmax，那么在繼續(xù)執(zhí)行步驟7.12之前，通 過步驟7.13將所述電流IHi限定為閾值IHmax。
[0077]此外，在步驟7.10中，當(dāng)所有電壓USCi都低于閾值電壓USCmin時，那么在任何CCUF自學(xué)習(xí)步驟之后該過程都返回到步驟7.1。調(diào)節(jié)循環(huán)的實現(xiàn)將根據(jù)在圖8中示出的一 個實施例更具體地描述。
[0078]在這種調(diào)節(jié)環(huán)路的輸入端，將校正后的目標(biāo)輸入電壓CCUF (如果預(yù)先使用了學(xué)習(xí) 設(shè)備)與之前濾(FILT)過的電壓測量UF相比較。
[0079]這種比較的結(jié)果被用在比例/積分調(diào)節(jié)部件PI中。
[0080]調(diào)節(jié)部件的輸出命令限定部件，所述限定部件確定用于每個分支9的超級電容的 電壓USC，或根據(jù)電壓USC的限制標(biāo)準(zhǔn)確定電壓回收線路LRU。
[0081 ] 基于計算出的電壓USC，每個分支9或LRU中的目標(biāo)電流IH在一個組件中確定，該 組件需要考慮這些分支9的總數(shù)N。
[0082]基于用于每個分支9的這些目標(biāo)電流IH，為每個分支9建立調(diào)節(jié)循環(huán)。
[0083]在這種調(diào)節(jié)循環(huán)的輸入端，將目標(biāo)電流IH與之前濾過(FILT)的電流測量IH相比較。
[0084]這種比較的結(jié)果被用在比例/積分調(diào)節(jié)部件PI中。
[0085]所述調(diào)節(jié)部件考慮濾過的電壓UF和USC的值，命令預(yù)置部件(PREP)，在轉(zhuǎn)換器 CVi (圖4中所示)的最佳狀態(tài)下操作限幅器，無論是連續(xù)的還是不連續(xù)的工作模式。
[0086]預(yù)置部件(PREP)的輸出命令電壓USC的限制部件根據(jù)限制標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)生所述轉(zhuǎn)換器 CVi的充電或放電命令。
[0087]當(dāng)然可使用沒有由自學(xué)習(xí)設(shè)備校正的目標(biāo)輸入電壓UF，所述自學(xué)習(xí)設(shè)備和每個分 支9的超級電容12的組SC的電壓調(diào)節(jié)器能獨立地使用。
[0088]上述這些能夠?qū)崿F(xiàn)相對于此前的能量回收方案改進的調(diào)節(jié)，實現(xiàn)了像電池充電器 一樣控制的轉(zhuǎn)換器，通過其關(guān)聯(lián)的可逆性集成了所述存儲系統(tǒng)的整體電壓調(diào)節(jié)循環(huán)，并使 用設(shè)定閾值來限制電流。
【權(quán)利要求】
1.一種能夠連接到配電網(wǎng)絡(luò)(4)的電容性能量存儲系統(tǒng)(5)，所述電容性能量存儲系統(tǒng)(5)包括至少一個電流轉(zhuǎn)換裝置和至少一個能量電容性存儲裝置，其特征在于，所述電容性能量存儲系統(tǒng)(5 )包括并聯(lián)設(shè)置的多個分支(9 )，每個分支(9 )包括電流轉(zhuǎn)換裝置和電容性存儲裝置，所述電流轉(zhuǎn)換裝置設(shè)置為與所述電容性存儲裝置串聯(lián)，每個分支(9 )包括用于調(diào)節(jié)電容性存儲裝置的電壓的電壓調(diào)節(jié)裝置，所述電壓調(diào)節(jié)裝置與根據(jù)電壓限制電流的裝置相關(guān)聯(lián)，并且每個分支(9)包括用于輸入電壓(UF)調(diào)節(jié)裝置，用于持續(xù)定制最佳工作點。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電容性能量存儲系統(tǒng)(5)，其特征在于，所述最佳工作點基于由配電系統(tǒng)提供的在多個分支(9)的端子之間的無負(fù)載電壓的估計值來確定。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的電容性能量存儲系統(tǒng)(5)，其特征在于，它包括一個或多個并聯(lián)設(shè)置的機柜(8)，每個機柜(8)包括多個并聯(lián)設(shè)置的所述分支(9)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1到3中任一項所述的電容性能量存儲系統(tǒng)(5)，其特征在于，所述系統(tǒng)的每個分支(9)包括用于分支(9)的電隔離設(shè)備(13)，用于允許對每個分支(9)進行維護操作。
5.根據(jù)權(quán)利要求1到4中任一項所述的電容性能量存儲系統(tǒng)(5)，其特征在于，每個分支(9 )的電流轉(zhuǎn)換裝置和電容性存儲裝置是可拆卸的。
6.根據(jù)權(quán)利要求1到5中任一項所述的電容性能量存儲系統(tǒng)(5)，其特征在于，每個機柜(8 )包括導(dǎo)軌，所述電流轉(zhuǎn)換裝置和所述電容性存儲裝置可拆卸地安裝在所述導(dǎo)軌上。
7.根據(jù)權(quán)利要求1到6中任一項所述的電容性能量存儲系統(tǒng)(5)，其特征在于，所述電容性存儲裝置包括串聯(lián)的超級電容(12)的組(SC)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1到7中任一項所述的電容性能量存儲系統(tǒng)(5)，其特征在于，所述電流轉(zhuǎn)換裝置是可逆轉(zhuǎn)換器(CVi )。
9.根據(jù)權(quán)利要求1到 8中任一項所述的電容性能量存儲系統(tǒng)(5)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括基于使用電壓閾值來管理所述電容性存儲裝置的充電或放電的裝置，并且所述系統(tǒng)還包括自學(xué)習(xí)裝置，所述自學(xué)習(xí)裝置布置成:基于對所述配電系統(tǒng)(4)中所需的電流和電壓的實時分析來修改電壓閾值。
10.根據(jù)權(quán)利要求1到9中任一項所述的電容性能量存儲系統(tǒng)(5)，其特征在于，所述電壓調(diào)節(jié)裝置布置成:根據(jù)每個分支(9)的超級電容(12)的組(SC)的端子之間所測量的電壓、所述轉(zhuǎn)換器(CVi)和所述超級電容(12)的組(SC)之間所測量的電流強度、以及所述存儲系統(tǒng)(5)的輸入端所測量的電壓，來執(zhí)行調(diào)節(jié)。
11.一種客運電動運輸設(shè)施(1)，包括至少一部裝備有再生制動設(shè)備(3)的車輛(2)和至少一個被動的根據(jù)權(quán)利要求1到10中任一項所述的能量存儲系統(tǒng)(5)，所述電容性能量存儲系統(tǒng)(5)用于存儲所述制動設(shè)備(3)產(chǎn)生的能量。
12.一種用于控制電容性能量存儲系統(tǒng)(5)的方法，所述能量存儲系統(tǒng)(5)能夠連接到配電系統(tǒng)(4)，所述存儲系統(tǒng)(5)包括并聯(lián)設(shè)置的多個分支(9)，每個分支(9)包括電流轉(zhuǎn)換裝置和電容性存儲裝置，所述轉(zhuǎn)換裝置設(shè)置為與所述電容性存儲裝置串聯(lián)，所述方法包括以下步驟:-測量所述分支(9)的端子之間的由所述配電網(wǎng)絡(luò)(4)在所述存儲系統(tǒng)(5)的輸入端處提供的電壓(UF)，-確定最佳工作點，-確定至少一個充電電壓閾值(CCUFCH)和至少一個放電電壓閾值(CCUFDCH)，以及 -將所述輸入電壓(UF)與充電電壓閾值和放電電壓閾值進行比較，用于確定充電和放電的操作模式。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，根據(jù)所述分支(9)的端子之間的由配電網(wǎng)絡(luò)提供的無負(fù)載電壓的估計值來確定最佳工作點。
14.根據(jù)權(quán)利要求12或13所述的方法，其特征在于，所述方法包括自學(xué)習(xí)步驟，所述自學(xué)習(xí)步驟能夠采用電流(1ST)低于預(yù)定閾值期間獲得的電壓值(UF)的平均值的形式確定無負(fù)載電壓(CCUF )。
15.根據(jù)權(quán)利要求12到14中任一項所述的方法，其特征在于，根據(jù)所述電壓值(CCUF) 和預(yù)定偏移量來執(zhí)行確定充電電壓閾值(CCUFCH)和放電電壓閾值(CCUFDCH)的步驟。
【文檔編號】B60L7/10GK103597698SQ201280026388
【公開日】2014年2月19日 申請日期:2012年5月31日 優(yōu)先權(quán)日:2011年5月31日
【發(fā)明者】阿蘭·克羅塞特 申請人:阿代特設(shè)備公司