CN103502044A - 用于电力供电往返列车的组合式同步及异步动力供应 - Google Patents

Abstract

一种用于电力供电往返列车的动力供应及控制系统结合了至少一列往返列车（12），该至少一列往返列车具有一台电动机（31b）和一台发电机（31a）。多个第一轨道段（6，8）具有多个相关联的同步功率模块（110），这些同步功率模块经过可连接至电动机或发电机的多个动力供应轨段（112）而与一个电网同步地进行功率交换。多个第二轨道段（214）具有多个相关联的可变频率功率模块（109），这些可变频率功率模块经过可连接至电动机或发电机的多个第二动力供应轨段（114，116）进行功率交换；多个隔离段（113a，113b，113c，113d）使邻近的多个动力供应轨段分开。与这些可变频率功率模块互连的一个控制系统（120）基于该往返列车的位置来控制每个可变频率功率模块的频率。

Description

用于电力供电往返列车的组合式同步及异步动力供应

相关申请的引用

[段落1]本申请要求于2011年4月18日提交的美国临时专利申请序号61/476,385的优先权，该申请具有与本申请相同的标题，其披露内容通过引用被结合在此。本申请是与2010年8月8日提交、标题为公用标准电能存储系统“UTILITY SCALE ELECTRIC ENERGY STORAGE SYSTEM”、与本申请具有共同受让人、序列号为12/852,504的申请共同未决，该申请的披露内容如全部阐述地通过引用被结合在此。

发明背景

[段落2]本发明是在用于电力供电铁路的电气化系统技术领域的情况。更具体地讲，本发明是在带有分段式动力供应轨的轨道系统上用于控制电力供电往返列车的组合式同步及异步动力供应模块。

[段落3]常规电气化铁路不是出于将电网电能存储以在交替消耗时间上使用的大规模能量存储目的而实施的。然而，可以实现一种用于大规模能量存储的有效装置，这是通过构建一种电气化钢轨网络来实现的，该钢轨网络使用了在封闭的低摩擦自动化钢轨网络上运行的再生性牵引驱动往返列车，以用于在处于不同高度的两个堆料场之间运输重型的集装箱大小的质量，从而按照需要来将电能转换成势能和转换回电功率。在这样一种系统中，当电网上可获得过量能量时，将质量从较低的堆料场上行运输，从而从电网吸取电能来在往返列车抵抗重力将质量移动到较高的堆料场时对往返列车的电动机供以动力；当电网需要能量来满足高需求时段时，可以将这个过程反向，这些往返列车将质量返回至较低的堆料场，往返列车的发电机以高效的方法将质量的势能转换成电能。

[段落4]本发明旨在通过减少成本并且提高对于在这样一种系统上运行的电气化列车的速度进行管理的电功率频率控制所必须的功率转换设备的适用性和有效性来促进电气化铁道在能量存储方面的用途。

[段落5]在常规交流电电气化铁道中，提供给机车的功率在该系统上具有一致的电压和频率。列车的速度控制总体上是借助车载整流器/换流器组实现的，该整流器/换流器组感应机车驱动电动机的转速并且以正确的交流电频率将功率提供给电动机以便用设定的速度或速度变化率来驱动列车。在这种情形中，每台机车需要具有车载功率转换设备，该设备能够使轨道侧的交流电整流成车载直流电，然后又被换流成具有这些驱动电动机所需频率的交流电。这种车载功率转换设备的成本是机车成本中的重要部分，并且与对列车的牵引驱动器的电流进行整流和换流相关联的电能损失是显著的。在出于电能存储的目的而部署电气化铁道的情况下，在这种系统中使用的车载整流器/换流器单元必须是有公用电网互连认证的。满足这些认证要求的电力设备是远远贵于一般机车功率转换系统的。

[段落6]因此令人希望的是减少为一种电网互连认证为能量存储系统的认证的电气化铁道供以动力所需的整流器/换流器功率转换单元的使用、数量和容量。

发明概述

[段落7]在此披露的多个实施例提供了一种用于电力供电往返列车的动力供应及控制系统，该系统结合了具有一台电动机和一台发电机的至少一列往返列车。多个第一轨道段具有相关联的多个同步功率模块，这些同步功率模块经过可连接至该电动机或发电机的多个动力供应轨段而与一个电网同步地进行功率交换。多个第二轨道段具有相关联的多个可变频率功率模块，这些可变频率功率模块经过可连接至该电动机或发电机的多个第二动力供应轨段来进行功率交换。多个隔离段使邻近的动力供应轨段分开。与这些可变频率功率模块互连的一个控制系统基于该往返列车的位置来控制每个可变频率功率模块的频率。

附图简要说明

[段落8]图1是作为电能存储设施部署的、带传统车载功率转换设备的电气铁道的透视图。

[段落9]图2是作为电能存储设施部署的、带多段可变频率存储轨道的电气铁道的透视图，该多段可变频率存储轨道由轨道侧功率转换模块供以动力、连接至多段固定频率主轨道上；

[段落10]图3是用于对可变频率轨道段供以动力的一个可变频率轨道侧功率转换模块的示意图；

[段落11]图4是用于对主互连轨道段的直接同步供以动力的一个直接同步轨道侧动力供应模块的示意图；

[段落12]图5是3轨的轨道侧动力供应系统的详细视图；

[段落13]图6是3轨的轨道侧动力供应系统的一个隔离段的详细视图；

发明详细说明

[段落14]有待说明的这些实施例提供了一个系统，该系统直接以电网的交流电频率对主轨道段上的电气列车供以动力，同时按需提供多段可变频率轨道以用于使在这样一种系统上运行的列车的加速运动/减速运动以及装载运动。该系统允许从每个单独的机车上移除车载功率转换设备并且通过将单独控制的多个轨道侧功率转换模块连接至一个轨系统轨道的多个段上来替换这种功能，从而产生了用作加速轨道/减速轨道的多个可变频率轨道段。这些可变频率轨道段是用以电网频率直接供以动力的多个轨道段互连而成。在这些互连的段上，列车上维持了一个由电网频率和列车牵引驱动系统的齿轮比确定的恒定速度。加速轨道段/减速轨道段提供了对于使列车从其与主电网直接同步的电动机-发电机部件的速度进而加速/减速所必须的交流电频率的变化性。在运行中，每个可变频率轨道侧功率转换模块典型地是由双3级有源整流器/换流器单元供以动力的，这些单元均由运行该轨网络的自动化系统进行控制。通过消除对于每个列车都具有车载功率转换装置以便提供加速和减速所必需的可变频率交流电的这种需求，显著地减小了在高运输密度轨系统上运行多列电气列车所必需的功率转换装置的数量和容量。通过允许以电网频率直接对主轨道区段供以动力而实现了明显的能量节省。

[段落15]现在更详细地参见示例实施例，图1示出了高运输量轨网络，其中多列电力供电往返列车是一种不具有本发明益处的能量存储系统中运行的多台原动机。该示例系统具有一个较高的铁路堆料场2、较低的铁路堆料场4以及连接轨道6和8。在运行中，在堆料场2与堆料场4之间通过电气化钢轨6上的这些往返列车12运输多个大的质量10，从而通过将来自电网16的电力转换成势能以及再转换成电功率来按需存储能量或释放能量。在每批装载质量运输之后，空的往返列车14返回以便在电气化钢轨8上再次装载。在存储或释放能量的运行阶段，连续的往返列车流大概占据较高的堆料场与较低的堆料场之间电气化轨道6和8的百分之15，它们从大概以每1,000英尺的轨道长度定位的轨道侧变压器18中吸收电功率。在运行中，交流电轨道侧功率的固定电网频率需要通过功率转换设备在每个单独的往返列车上处理成对这些往返列车的驱动电机和发电机供以动力所需要的驱动频率。往返列车车载功率转换设备的装机额定容量大大超过一个以所描述的系统运行的能量存储系统的总的额定充电能量或放电容量。这种情况一部分是由于返回的往返列车是轻载的，并且一部分是由于在装载和卸载质量的过程中单元消耗有限的功率量。因此，在这样一种系统中通过减少安装的功率转换部件的数量和总的额定容量可以获得更多的成本有效性。在此描述的这些实施例允许从每个电力驱动的车辆中除去这些主功率转换电子器件并且尤其是允许不再需要各往返列车具有车载双3级有源整流器/换流器单元。这些披露的实施例还提供了多个重要的轨道区段，列车在这些轨道区段上能以恒定速度与电网直接同步运行。这种直接同步在封闭式路权专用铁路上是可能的和令人希望的，通过举例，该这种专用铁路被用作一个能量存储系统。这种改进是通过将这样的系统中的车载功率转换设备替换成轨道侧功率转换模块来实现的；每个模块典型地对一段可变频率轨道供以动力，通常是一个单独的堆料场轨道，如将通过图2进行说明。在运行中，这些可变频率轨道段能够依赖于对提供给一个设备控制系统以便在车辆装载和卸载过程中对车辆的运动进行远程控制的位置和速度信息的定位遥测而作为加速轨道段/减速轨道段起作用；并且能够使车辆加速和减速到所希望的速度以便融汇回到主互连固定运行频率轨道段（在这些主互连固定运行频率轨道段上在此描述的电力供电车辆被与主电网直接同步地供以动力）。

[段落16]在运行封闭式高容量电气化轨网络时，使用这些披露的实施例在四个主要方面获得了有效性。首先，允许大部分的电力供电车辆转场运输距离（这反映能量存储系统中主要功率消耗以及功率输出）以直接电网同步方式出现从而避免功率转换损失。以同步方式运行这些往返列车在电网中进一步提供了明显有益的大量惯量，该电网可以利用这些往返列车在运行中的大的质量以及频率稳定效应来适应由于电网别处存在可变频率产生系统而在电网中可能出现的频率波动。第二，减小电气化车辆的重量减少了用来使车辆加速和减速所需要的动力。第三，明显减少了所需的双3级有源整流器/换流器功率转换单元的数量和成本。最后，允许使用多个轨道侧功率转换单元，这些单元现在就可以由认证满足电网互连要求（否则将不能与移动的轨式车辆的车载配置相兼容）的设备组成。这些特征还为轨道侧设备的日常维护和或更换提供了大大简化的触及方式。

[段落17]现在参见图2，详细说明了一个单独的往返列车在电力供电轨能量存储系统上的运行顺序，该能量存储系统带有被整合到直接同步主轨道区段上的多个可变频率加速/减速轨道段。

[段落18]在图2中，装载的往返列车102a在较高的堆料场2（如图1中）与较低的堆料场4之间下行一个陡坡，牵引驱动系统30中的这些同步发电机（随后通过图3和图4说明）通过对300吨重的装载的列车进行抵抗重力的再生性制动来产生电功率。来自这些往返列车发电机的再生制动功率经由一个位于轨道侧的AC 3轨动力供应系统（如在图5和图6中示出）而被传送给电网，该动力供应系统由附接到多个支柱51上的三个单独绝缘的、与这些铁路轨道平行的AC轨32构成。主连接轨道区段6和8上的AC 3轨动力供应是经由这些轨道侧同步功率模块110中的变压器（在图4中详细描述）与2,300VAC的电网频率直接同步的，这些变压器使电压增加到34.5kVA中压轨道侧传输线20的电压，这个电压然后经由一个子机站122变换成电网电压。这些轨道侧同步功率模块110是大概每隔1,000英尺轨道侧距离放置的以便使得这种AC 3轨动力供应的电阻损失最小化，这些功率模块对进入和离开与轨道段6和8相关联的AC 3轨动力供应的电流进行切换和变换。在图2中，这些与电网直接同步的主动力轨道的区段6和8是与AC 3轨动力供应112（为了清晰起见如双列虚线所示）相关联的。在轨道6上向下行进时，装载的往返列车102a的速度是通过将同步发电机31a（图4的）锁定在电网16的频率上来维持恒定的。在堆料场2与堆料场4之间的大部分行程距离上使得这些往返列车发电机与公用电网处于直接同步，基本上消除了在必须将发电机31a的交流电转换成直流电并且再转换成电网频率的交流电的其他情况下的固有功率转换损失。在能量存储系统中，这些效率损失是显著的，因为这些效率损失是在充电周期和放电周期二者中均出现的，它们的无效性是合成的。这些往返列车以同步方式运行还在电网中提供了明显有益的大惯量。往返列车在运行中的大的质量以及频率稳定效应适应了由于电网别处存在可变频率产生系统而在电网中可能出现的频率波动。这些电网波动被吸收为往返列车中较小速度改变并且由于往返列车质量的物理惯量而被衰减。

[段落19]当装载的往返列车102a接近较低的堆料场时，列车经过3轨动力供应的一个隔离段113a，该隔离段使得与60Hz的电网直接同步的3轨供动力轨道区段112与可变频率3轨动力供应段114（与加速轨道段/减速轨道段214相关）的第一段绝缘。在图2中，这些轨道段214、216和218是与3轨动力供应段114、116、118（由单列点指示）对应地相关联的，这些轨动力供应段是由图3的这些可变频率轨道侧功率转换模块供以动力的。

[段落20]在列车102a经过该隔离段113a之前，设备控制系统120（在所示的实施例中位于子机站122内）通过可变频率轨道侧功率转换模块109a的遥测命令使3轨动力供应段114的频率以60Hz与电网同步，从而对3轨动力供应段114供以动力。图3中示出了这些可变频率轨道侧功率转换模块109a-g的示意图。两个3轨动力供应段112和114的频率被同步，列车102转移到轨道段214并且在其新位置中被指示为102b。在以电网频率将列车接收在102b之后，轨道侧功率转换模块109a基于设备控制系统120从该往返列车的遥测发送器34接收的关于列车速度和位置的遥测数据来对供应给3轨动力供应段114的功率频率进行调整从而使列车减慢。通过这种方式，列车102b在其进入堆料场4时被适当地减速。往返列车102b经过可变频率3轨动力供应段114与116之间的隔离空隙113b继续进一步地进入该堆料场，在经过隔离空隙113b之前，3轨动力供应段116的由可变频率轨道侧功率转换模块109c所控制的功率频率是与3轨动力供应段114的频率同步的。来自设备控制系统120（该设备控制系统通过遥测从往返列车遥测传送器34接收速度和位置数据）的控制命令命令该3轨动力供应段116的可变频率轨道侧功率转换模块109c继续使往返列车减慢并且使其（此刻如102c可见）就位以便在指定位置卸载这些携带的质量。

[段落21]在堆料场4中将这些质量卸载之后，现在作为102d可见的空的往返列车通过一个控制过程而接受到命令，在该控制过程中，图3的轨道116的可变频率轨道侧功率转换模块109b中的这些主线接触器208被反向，从而使往返列车102d的行进方向反向。当可变频率轨道侧功率转换模块109b使供应给3轨动力供应段116（与存储轨道段216相关）的功率频率增加时，该往返列车加速地通过隔离空隙113b而上到轨道段218以及相关联的3轨供应段118上，其以可变频率轨道侧功率转换模块109d提供的一个相匹配的轨道侧功率频率来接收102d。在列车102d返回经过隔离段113b之前，用于3轨动力供应段118的可变频率轨道侧功率转换模块109d已经使列车102d加速到以电网频率运行的同步电动机31b（图3和图4的）的速度。使可变频率轨道侧功率转换模块109d的输出频率与电网频率相匹配，往返列车102d现在经过隔离空隙113d并且与电网16直接同步以恒定速度沿主连接轨道8返回较高的堆料场2，如在图2中可见为102e，。在较高的堆料场中存在多个隔离区段以及多个可变频率3轨动力供应段，这些可变频率3轨动力供应段带有与相对于较低的堆料场所说明的相类似的相关轨道段。

[段落22]图3中示出了用于可变频率操作的与往返列车以及轨道侧动力供应相关的多个元件。附接到电网16的高压动力线上的子机站122将可用功率变换到34.5KV。轨道侧电力分配线20是沿该系统的轨道侧分配功率或者返回功率的。熔丝断点202将电力分配线经过用于在34.5KV与2300V AC操作电压之间进行电压调整的变压器204而连接至可变频率轨道侧功率转换模块109（例如，如图2示出的模块109a）。多个电路断路器206经过到AC线滤波器220的一条主线接触器208而与第一公网侧3级有源整流器/换流器222互连。主线接触器208是可以反向的（未示出）以便用于这些往返列车方向的改变。可替代的是，这些换流器可以提供反向以便用于改变这些往返列车的方向。对于所示的这些实施例，使用了一个绝缘栅双极晶体管（IGBT）。一个第二发电机侧3级有源整流器/换流器224通过这些3轨动力供应轨（例如，3轨动力供应段114）而将功率传输至往返列车102上的这些电动机31b或者发电机31a（或者从这些电动机或发电机传输回来）。在某些实施例中，电动机和发电机被组合成一个单一的电动机/发电机单元。还提供了一个由该控制板命令的总线预充电路226。该控制板使用了多个电流传感器228a和228b以及多个电压传感器，以用于感测和控制这些整流器换流器的轨道侧动力系统侧，并且该控制板使用了多个电流传感器230a和230b以及多个电压传感器以用于感测和控制电动机/发电机功率。该控制板提供了电动机/发电机的加速、减速以及微调控制。各往返列车上的电动机接触器232允许该电动机和发电机与AC 3轨动力供应轨断开连接，以用于使往返列车断开动力从而允许在与可变频率相关的轨道段上的多个隔离段之间存在不止一列往返列车。

[段落23]为了轨道侧动力系统的直接连接而提供了多个反向用旁路接触器40以用于往返单元以预定控制速度的同步操作。通过IGBT整流器/换流器电路来实现往返单元加速至控制速度，此时该控制板为同步操作而接合了多个适当的反向用旁路接触器。在需要时，该控制板再次接合IGBT整流器/换流器电路，从而使这些反向用旁路接触器断开连接，以用于往返列车减速。

[段落24]图4示出了用于同步操作的、与往返列车以及轨道侧动力相关的这些元件。类似于图3，附接至电网16的高压动力线的子机站122可将可用功率转换到34.5KV。多条轨道侧电力分配线20沿该系统的轨道侧分配功率或者返回功率。熔丝断点202将电力分配线连接至变压器204以用于在34.5KV与2300V AC操作电压之间进行电压调整。多个电路断路器206经过多个反向旁路接触器40而连接至与各主轨道6、8相关联的多个3轨动力供应轨（例如，3轨动力供应段112）以用于互连至往返列车102上的接触器232。为了往返列车以预定控制速度的同步操作而提供了多个反向旁路接触器40以用于轨道侧动力系统的直接连接。

[段落25]在图5中更详细地看到在所描述的实施例中的自动化铁路上运行的这些往返列车的控制元件，其中在装载的列车102上的一个位置传感器36通过对固定到每个3轨动力供应支柱31上的经过的无源轨道侧位置标志器38进行询问来接收位置信息。这个位置信息是经由车载列车遥测发送器34转发给设备控制系统120，该设备控制系统由此能够跟踪该往返列车的位置和速度以便将适当的命令发给这些可变频率轨道侧功率转换模块109从而控制该往返列车的速度。

[段落26]在一个示例实施例中，在铁路网络上存在同时运行的多个往返列车。运行往返列车的数量决定这些往返列车沿主轨道6和8前进时的间距。因此，由于希望的是用单个可变频率轨道侧功率转换模块109来单独控制一个单一列车的运动，这些可变频率加速/减速轨道段在隔离空隙之间的长度需要短于在这些主轨道上运行的往返列车之间的间距。此外通过具有大量单独供以动力的堆料场轨道实现了对于多个列车的离散式处理。通过这种结构，不会存在多于一列的列车被一个或多个可变频率轨道侧功率转换模块所控制的情况。然而，可能存在的情况是希望有不止一个可变频率轨道侧功率转换模块协助对一个单独的列车供以动力，在这种情况下，将提供的是将不止一个模块109接线到一个单独轨道上。还希望的是具有使多个单独的往返列车沿供以动力的轨道段断开连接的能力。例如，可能希望将多列往返列车停在多列支撑的质量下方的多个启用堆料场轨道上。

[段落27]现在参见图6，可以看到，在图4的由同步功率模块110供以动力的3轨动力供应段112与由图3的可变频率轨道侧功率转换模块109供以动力的3轨动力供应段114之间的隔离空隙113的详细说明。关键注意的是为清晰起见已经将段112与114之间的空隙距离夸大，一个关键的使能要素是在往返列车102上以超过112与114之间空隙距离的相隔距离来放置两个或更多个3轨电接触器50。这样，当列车102经过隔离空隙113并且同步功率模块110的以及可变频率轨道侧功率转换模块109的频率已经通过设备控制系统的信号而变得一致时，该往返列车的牵引驱动系统的电流不存在中断。该设备控制系统被编程序以用于只要有一个车辆转移到该隔离区段就使对置的3轨动力供应段的频率彼此保持同步。

[段落28]在所说明的作为能量存储系统使用而部署的实施例的电气化铁道情况下，该设备根据如存储或者释放能量、功率被存储或者释放的速度、天气条件、以及其他的这类因素来以预定方式运行。使用了多个传感器，这些传感器包括但不限于单独的轮式车辆的位置、速度、加速度、质量位置、电气部件电流消耗、电气部件电压、电气部件温度、机械部件温度、轨切换位置以及其他。这些传感器可以是有有线的、无线的或者其他种类的。该控制系统可以使用控制器，这些控制器包括但不限于多个单独的轮式车辆摩擦制动器、轨道切换动作、电开关和电子开关、轮式车辆质量提升机构以及其他。这些控制器可以是机电的、气动的、液压的或者其他。

[段落29]启动、运行和停止本发明电力供电铁路的过程可以是这些部件经历的一个预先计划的步骤组。还可以存在改变功率输入或功率输出、从该过程中移除一个轮式车辆以用于修理以及其他目的的预先计划的多个步骤。可以使用一个单一的或者多个传感器和或致动器来实现该过程中的每一个步骤。在操作中将使用一台计算机或者多台计算机来控制铁路系统。接下来是对于控制所述电气化系统而言可以使用的计算机传感器、致动器以及算法的说明。以装载的往返列车从较高的堆料场向下运输至较低的堆料场来起始，该往返列车发电机31b与AC 3轨的轨道侧动力段112互连，来自该往返列车通过发电机进行的再生制动的、经过一个同步功率模块110来转换的同步功率经过子机站122到达电网。当由往返列车上的传感器36对轨道侧的位置标签38进行检测表明该往返列车正接近该隔离段113a被传输到设备控制系统120时，该设备控制系统指示可变频率轨道侧功率转换模块109a建立同步频率。该往返列车经过隔离段113a并且然后开始用可变频率轨道侧功率转换模块109a进行功率传送。在适当的位置，基于该往返列车上的传感器36的信号，该控制系统指示可变频率轨道侧功率转换模块109a减小频率，由此使该往返列车减速到达该较低的堆料场。当该往返列车上的传感器36对轨道侧的位置标签38进行检测表明该往返列车正接近该隔离空隙113b被传送到设备控制系统120时，该设备控制系统指示可变频率轨道侧功率转换模块109b建立与可变频率轨道侧功率转换模块109a相同的频率。一旦该往返列车已经经过了隔离段113b，该设备控制系统指示可变频率轨道侧功率转换模块109b进行频率控制以便按需使该往返列车减速或者加速从而转场通过该堆料场和为卸载而定位所携带的质量。当质量被卸载时，设备控制系统指示可变频率轨道侧功率转换模块109b进行频率控制以便使往返列车方向反向并且沿用于切换到轨道段118上的轨道段116加速返回。当往返列车上的传感器36对轨道侧的位置标签38进行检测表明该往返列车正再次接近该隔离空隙113b和113c被传输到设备控制系统120时，该设备控制系统指示可变频率轨道侧功率转换模块109d建立与可变频率轨道侧功率转换模块109b相同的频率。一旦该往返列车已经经过隔离段113b和113c，该设备控制系统指示可变频率轨道侧功率转换模块109d进行频率控制以便为转移到上坡主轨道8而使该往返列车加速至同步频率，确保在到达隔离段113d之前达到同步频率。一旦该往返列车已经经过隔离段113d，就维持以从同步功率模块110（各1,000’）接收的功率下的同步操作直至较高的堆料场。这只是在这种作为能量存储系统使用的设备情况下可以使用的计算机传感器、致动器和算法的一个实例；然而，操作不限于这些计算机传感器、致动器和算法。

[段落30]在广泛的实施例中，本发明是对有多数电力供电车辆同时同步化运行的电气化铁道系统供以动力更加有效且更低成本的手段。当出于增加益处的目的而在能量存储系统中使用本发明时，通过对分派速度和或处于运动的往返列车的数量进行控制可以相当大地改变这种系统的输入与输出的额定值。在电力供电失效的事件中，可以使用标准摩擦制动器来使这类系统上的电力供电车辆驻停。

[段落31]虽然本发明的以上书面说明使本领域普通技术人员能够制作和使用示例实施例，本领域的普通技术人员应理解和认识到在此仍存在特定实施例、方法和实例的变体、组合、以及等效物。因此本发明不应是由上述实施例、方法和实例限制的，而是由在本发明所要求的范围和精神内的所有实施例和方法限制的。

Claims (16)

1.一种用于电力供电往返列车的动力供应及控制系统，该系统包括：

至少一列往返列车（12），该至少一列往返列车具有一台电动机（31b）和一台发电机（31a）；

多个第一轨道段（6，8），该多个第一轨道段带有经过可连接至该电动机或发电机的多个动力供应轨段（112）而与一个电网同步地进行功率交换的相关联的多个同步功率模块（110）；

接近较高的堆料场和较低的堆料场的多个第二轨道段（214），该多个第二轨道段带有经过可连接至该电动机或发电机的多个第二动力供应轨段（114，116）来进行功率交换的相关联的多个可变频率功率模块（109）；

使邻近的多个动力供应轨段分开的多个隔离段（113a，113b，113c，113d）；以及

与这些可变频率功率模块互连以用于控制频率的一个控制系统（120）。

2.如权利要求1所述的动力供应及控制系统，进一步包括：

安装在该至少一列往返列车上的一个位置传感器（36），所述控制系统响应于该位置传感器来将所选的可变频率功率模块的频率与邻近的同步或可变频率功率模块的频率相匹配。

3.如权利要求2所述的动力供应及控制系统，其中所述控制系统进一步响应于该位置传感器来对这些可变频率功率模块的频率进行选择性变化以便通过该电动机或发电机使该往返列车加速或者减速。

4.如权利要求1所述的动力供应及控制系统，其中这些同步功率模块是沿该多个第一轨道段大概每隔1000英尺定位的。

5.如权利要求1所述的动力供应及控制系统，其中该多个第一轨道段包括在堆料场之间总轨道长度的一大部分。

6.如权利要求2所述的动力供应及控制系统，其中该位置传感器通过询问正经过的多个无源轨道侧位置标志器来接收定位信息。

7.如权利要求6所述的动力供应及控制系统，其中定位信息是经由一个车载列车遥测发送器（34）而被转发到该控制系统的，所述控制系统对该往返列车的位置和速度进行跟踪并且将速度命令发给这些可变频率轨道侧功率转换模块。

8.如权利要求1所述的动力供应及控制系统，其中该控制系统使一个同步功率模块的频率与一个相邻的可变频率轨道侧功率转换模块的频率一致，该同步功率模块与该可变频率轨道侧功率转换模块由一个隔离段分开以用于多列往返列车经过该隔离段。

9.如权利要求1所述的动力供应及控制系统，其中多个可变频率轨道侧功率转换模块是有间隔的以用于在各轨道段上控制多个分离的往返单元。

10.如权利要求1所述的动力供应及控制系统，其中这些动力供应轨段包括一个位于轨道侧的AC 3轨动力供应系统。

11.如权利要求1所述的动力供应及控制系统，其中该电动机和发电机被组合在一个单一电动机/发电机单元中。

12.一种运行电气铁道系统的方法，该系统具有：多个第一轨道段，该多个第一轨道段带有经过可连接至一列往返列车的电动机或发电机的多个动力供应轨段而与一个电网同步地进行功率交换的相关联的多个同步功率模块；多个第二轨道段，该多个第二轨道段带有经过可连接至该电动机或发电机的多个第二动力供应轨段进行功率交换的相关联的多个可变频率功率模块；将邻近的多个动力供应轨段分开的多个隔离段；以及与这些可变频率功率模块互连以用于控制频率的一个控制系统；该方法包括以下步骤：

在一个主下行轨道上使得该往返列车发电机互连到一个第一动力供应轨段而供应来自该往返列车通过该发电机的再生性制动的同步功率；

通过一个直接同步功率模块将功率转换给一个电网；

通过该往返列车上的一个传感器来感测位置以指明该往返列车正接近一个隔离段；

指示一个邻近的第一可变频率功率模块建立该同步频率；

当该往返列车经过该隔离段时，通过一个第二动力供应轨段来开始与该第一可变频率功率模块进行功率传递；

指示该第一可变频率功率模块减小频率，由此使该往返列车减速。

13.如权利要求12所述的方法，进一步包括：

使得一个位置传感器进行感测，从而指明该往返列车正接近一个第二隔离空隙；

指示一个第二可变频率功率模块建立一个与该第一可变频率功率模块相同的频率；

当该往返列车通过该第二隔离段时，指示该第二可变频率功率模块进行频率控制以便通过一个第三动力供应轨段来交换功率从而如所希望地使该往返列车减速或者加速。

14.如权利要求13所述的方法，进一步包括：

指示该第二可变频率功率模块进行频率控制以便使往返列车的方向反向并且沿着与该第三动力供应轨段相关联的、用于切换到一个返回轨道段上的一个轨道段来加速返回；

使得该往返列车上的位置传感器进行感测，从而指明该往返列车正接近一个第三隔离空隙；

指示一个第四可变频率功率模块建立一个与该第三可变频率功率模块相同的频率。

15.如权利要求14所述的方法，进一步包括：

当该往返列车已经经过该第三隔离段时，指示第四可变频率功率模块进行频率控制以便使该往返列车加速至同步频率以用于传送到一个上行主轨道段；

使得该位置传感器进行感测以确保在达到第四隔离段之前达到同步频率；

当该往返列车已经经过该第四隔离段时，在从该同步功率模块接收的同步功率下进行运行。

16.如权利要求12所述的方法，其中转换功率的步骤进一步包括：由于该往返列车质量的物理惯量，将由于在该电网别处存在多个可变频率产生系统而在该电网中可能出现的频率波动吸收为这些往返列车中的较小的速度变化并且对这类波动进行衰减。

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