用于軌道車輛的能量管理系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及對諸如列車的軌道車輛供應(yīng)功率的能量管理，特別是功率分配和控制。
【背景技術(shù)】
[0002]用于電力驅(qū)動式車輛(諸如列車)的公共能量分配系統(tǒng)包括直接連接到AC吊線上的低頻變壓器，低頻變壓器供應(yīng)大約15至25 kV的高AC電壓。低頻變壓器用來降低電壓，以及使內(nèi)部車輛功率系統(tǒng)與AC吊線電隔離。然后經(jīng)變換的AC功率供應(yīng)到主轉(zhuǎn)換器，以將低頻主變壓器提供的單相AC功率轉(zhuǎn)換成功率受控制的三相AC功率轉(zhuǎn)換器，以供應(yīng)到一個或多個牽引馬達。
[0003]這種配置通常沉重且由于主變壓器的大小而占空間大，而且存在用功率電子牽引變壓器(PETT)代替主變壓器的方法。此外，功率電子牽引變壓器一般在全負載狀況下具有高效率，而在低負載狀況下卻效率低下。
[0004]文獻DE 10 2010 039 697 Al公開了一種轉(zhuǎn)換器，其具有網(wǎng)絡(luò)側(cè)供應(yīng)裝置，該轉(zhuǎn)換器包括功率轉(zhuǎn)換器組和輸出功率轉(zhuǎn)換器。功率轉(zhuǎn)換器組在網(wǎng)絡(luò)側(cè)處串聯(lián)地電連接，并且與中頻變壓器的一級繞組聯(lián)接。中頻變壓器包括二級繞組，二級繞組與另一個輸出功率轉(zhuǎn)換器的終端在電的方面并聯(lián)安裝。輸出功率轉(zhuǎn)換器通過開關(guān)裝置連接，開關(guān)裝置在直流側(cè)并聯(lián)或串聯(lián)地連接。
[0005]文獻DE 10 2010 039 699 Al公開了一種驅(qū)動系統(tǒng)，其具有連接到AC吊線上的兩個部分功率轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)。負載側(cè)設(shè)有自換向(self- commutated)轉(zhuǎn)換器，以提供供應(yīng)到牽引馬達的三相AC功率。
[0006]文獻DE 10 2010 039 640 Al公開了一種用于在軌道應(yīng)用中使用的牽引轉(zhuǎn)換器，其具有多個AC/AC轉(zhuǎn)換器，它們各自與變壓器的相應(yīng)的一級側(cè)聯(lián)接，其中，變壓器的二級側(cè)與相應(yīng)的負載聯(lián)接。
[0007]文獻DE 102 04 219 Al公開了一種系統(tǒng)，其包括至少三個子系統(tǒng)，子系統(tǒng)各自包括連接到中頻DC逆變器上的供應(yīng)側(cè)DC逆變器、中頻變壓器、負載側(cè)中頻DC逆變器和平滑電容器。子系統(tǒng)在供應(yīng)側(cè)并聯(lián)或串聯(lián)地連接，以及在負載側(cè)處以星形電路并聯(lián)地連接，從而形成三相系統(tǒng)。
[0008]文獻EP 952 030 A2公開了一種具有多個驅(qū)動組的系統(tǒng)，驅(qū)動組各自包括至少一個驅(qū)動馬達和輸入轉(zhuǎn)換器組。驅(qū)動組串聯(lián)連接到供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)上。各個輸入轉(zhuǎn)換器組與至少一個變壓器組相關(guān)聯(lián)，變壓器組通過驅(qū)動轉(zhuǎn)換器從二級側(cè)對驅(qū)動馬達進行供電。各個輸入轉(zhuǎn)換器組還與至少一個補償電路相關(guān)聯(lián)，補償電路通過電連接驅(qū)動轉(zhuǎn)換器的輸入而管理輸入轉(zhuǎn)換器組處的均勻負載分配。系統(tǒng)比傳統(tǒng)電路提供更高的效率和更輕的重量。
[0009]文獻EP I 226 994 A2公開了一種用于在軌道車輛中的功率供應(yīng)系統(tǒng)中使用的電子電路，電子電路具有一級轉(zhuǎn)換器，其由串聯(lián)連接的三個一級轉(zhuǎn)換器區(qū)段和連接到變壓器一級繞組中的相應(yīng)的一個上的輸出線路組成。
[0010]文獻EP 2 423 066 A2公開了一種用于列車的能量分配系統(tǒng)，列車多個鐵路車廂，能量分配系統(tǒng)具有公共DC功率總線線路，其配置成允許在列車中的車廂之中調(diào)節(jié)功率。提供功率轉(zhuǎn)換裝置，其配置成獲得來自公共DC總線線路的功率，以驅(qū)動牽引馬達，牽引馬達配置成驅(qū)動輪子。通過內(nèi)燃機、發(fā)電機和功率轉(zhuǎn)換器來對公共DC總線線路提供功率，發(fā)電機配置成將內(nèi)燃發(fā)機的驅(qū)動力轉(zhuǎn)換成電，功率轉(zhuǎn)換器配置成將來自主發(fā)電機的輸出電壓轉(zhuǎn)換成DC電壓，以及將功率供應(yīng)到公共DC總線線路。
[0011]本發(fā)明的目標(biāo)是提供一種用于在軌道車輛中使用的能量管理和分配系統(tǒng)，其可提供改進的效率和改進的功率分配。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012]以上目標(biāo)已經(jīng)由根據(jù)權(quán)利要求1的能量管理和分配系統(tǒng)和根據(jù)另外的獨立權(quán)利要求的用于運行能量管理和分配系統(tǒng)的方法實現(xiàn)。
[0013]在從屬權(quán)利要求中簡要說明了本發(fā)明的另外的實施例。
[0014]根據(jù)一方面，提供一種用于軌道車輛的能量管理和分配系統(tǒng)，其包括:
多個功率電子牽引變壓器，其用于聯(lián)接到AC吊線上，以接收高電壓AC功率；
公共DC總線，其被連接以對一個或多個負載供應(yīng)電能；以及
控制單元，其能夠取決于負載所需的總功率而啟用和停用功率電子牽引變壓器。
[0015]以上能量管理和分配系統(tǒng)的一個思想是在車輛中提供公共DC總線，其優(yōu)選延伸經(jīng)過多個單獨的車廂，其中，公共DC總線由一個或多個功率電子變壓器供應(yīng)，功率電子變壓器將AC吊線功率轉(zhuǎn)換成DC功率，DC功率供應(yīng)到公共DC總線。通過公共DC總線分配的功率可供應(yīng)到三相AC逆變器，以將DC功率變換成三相AC功率，以激勵牽引馬達。
[0016]使用功率電子牽引變壓器是有利的，因為它在重量、空間和能量方面是高效的。由于使用公共DC總線，功率電子牽引變壓器的數(shù)量是可縮放的，因為不需要提供相調(diào)節(jié)的器件來將功率供應(yīng)給公共總線。
[0017]可運行包括多個功率電子牽引變壓器能量管理和分配系統(tǒng)，使得通過在其對起作用的負載提供足夠功率所需的優(yōu)選運行范圍內(nèi)主動運行僅僅相應(yīng)數(shù)量的功率電子牽引變壓器，來盡可能高效地運行功率電子牽引變壓器。由于功率電子牽引變壓器的效率隨負載而提高，所以優(yōu)選的是僅運行滿足待主動運行的負載的功率需求所需的數(shù)量的功率電子牽引變壓器。
[0018]此外，控制單元可配置成主動運行多個功率電子牽引變壓器之中的選定數(shù)量的功率電子牽引變壓器，其中，取決于各個功率電子牽引變壓器的轉(zhuǎn)換效率的特性而選擇功率電子牽引變壓器的數(shù)量。
[0019]可提供功率電子牽引變壓器，其包括多個轉(zhuǎn)換器組，各個轉(zhuǎn)換器組包括:
將高電壓AC功率轉(zhuǎn)換成高電壓DC功率的輸入AC/DC轉(zhuǎn)換器；
將高電壓DC功率轉(zhuǎn)換成中頻AC功率的DC/AC轉(zhuǎn)換器；
將中頻AC功率變換成低電壓AC功率的中頻變壓器；以及
將低電壓AC功率轉(zhuǎn)換成低電壓DC功率的另外的AC/DC轉(zhuǎn)換器，低電壓DC功率供應(yīng)到公共DC總線。
[0020]此外，轉(zhuǎn)換器組的輸入AC/DC轉(zhuǎn)換器的輸入可串聯(lián)連接，其中，轉(zhuǎn)換器組的另外的AC/DC轉(zhuǎn)換器的輸出并聯(lián)地連接到公共DC總線上。
[0021]此外，功率電子牽引變壓器可通過相應(yīng)的開關(guān)而聯(lián)接到公共DC總線上，開關(guān)可由控制單元控制，以脫開相應(yīng)的功率電子牽引變壓器。
[0022]根據(jù)另一方面，提供一種用于運行能量管理和分配系統(tǒng)的方法，能量管理和分配系統(tǒng)包括:多個功率電子牽引變壓器，其聯(lián)接到AC吊線上，以接收高電壓AC功率；以及公共DC總線，其被連接以對一個或多個負載供應(yīng)電能，其中，取決于負載所需的總功率而啟用或停用功率電子牽引變壓器。
【附圖說明】
[0023]結(jié)合附圖更詳細地描述本發(fā)明的優(yōu)選實施例，其中:
圖1顯示用于具有多個車廂的軌道車輛的能量管理和分配系統(tǒng)；
圖2顯示單個轉(zhuǎn)換路徑，其具有在圖1的能量管理和分配系統(tǒng)中使用的功率電子牽引變壓器概念；以及
圖3顯示在圖1的能量管理和分配系統(tǒng)中使用的功率電子牽引變壓器的框圖。
【具體實施方式】
[0024]圖1示意性地顯示軌道車輛1，其具有多個車廂2(在本實施例中是四個)。通過AC吊線3對車輛I供應(yīng)能量。AC吊線3提供處于16.7 Hz的15 kV、處于50/60 Hz的25kV等形式的電能。AC吊線3通過集電弓4