CN103895533A

CN103895533A - 用于优化可逆牵引变电站的操作的方法及相关设备

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Publication number: CN103895533A
Application number: CN201310740341.8A
Authority: CN
Inventors: 丹尼尔·科尼克
Original assignee: Alstom Transport SA
Current assignee: Alstom Transport Technologies SAS
Priority date: 2012-12-27
Filing date: 2013-12-27
Publication date: 2014-07-02
Anticipated expiration: 2033-12-27
Also published as: PL2749447T3; EP2749447A1; RS59137B1; US20140182991A1; ES2743555T3; EP2749447B1; US9038794B2; PT2749447T; CA2837925A1; BR102013033533B8; DK2749447T3; FR3000443B1; FR3000443A1; CA2837925C; BR102013033533B1; CN103895533B; BR102013033533A2

Abstract

一种用于优化可逆牵引变电站的操作的方法及相关设备。根据本发明的方法旨在优化用于铁路车辆的供电系统（4）的可逆牵引变电站（S_k）的操作，所述可逆牵引变电站能够被控制为处于牵引操作模式和制动操作模式。该方法包括：―确定偏好操作模式的当前值（Mc）；―基于变电站（S_k）的多个操作属性的瞬时值（G(t)）来使取决于偏好操作模式的当前值的至少一个优化函数（F）最大化；―根据操作属性的最大值（Gmax(t)）来计算变电站（S_k）的多个配置参数的优化值（Popt(t)）。

Description

用于优化可逆牵引变电站的操作的方法及相关设备

技术领域

本发明涉及用于优化铁路车辆的供电系统的可逆牵引变电站的操作的方法，该系统位于供电网和DC电力线之间的接口处，沿着铁轨路径定位并且铁路车辆可被电连接到该系统，可逆变电站能够被控制为用来把由电网传送的电力传输到电力线的牵引操作模式，以及把在电力线上捕获的过量回收电力传输到电网的制动模式。

背景技术

文献EP1985492A1描述了用于把电力从可逆牵引变电站供给铁路车辆的这样的系统。

该系统的每个可逆变电站包括转换器，其可被激活以操作：

-作为整流器，以便把电力从电网朝电力线传送，以把电力供给位于变电站附近的车辆，车辆的引擎处于牵引操作中；

-或作为逆变器，以便把电力从电力线向电网传送，以从位于变电站附近的车辆回收电力，车辆的引擎处于制动操作中。

当转换器操作位整流器时，称变电站处于牵引操作模式中，并且当转换器操作为逆变器时，称变电站处于制动操作模式中。最后，当转换器未激活时，称变电站处于待机操作模式中。

在变电站的前述操作模式的任一种中，转换器的工作点取决于多个配置参数，其值在部署系统时被设置。特别地，变电站被配置为在牵引操作中使用牵引电流/电压特性，而在制动操作中使用制动电流/电压特性。这些牵引和制动特性是固定的。

然而，在牵引模式中，由转换器施加到电力线的电压U_ssk应该最大化以使得在恒定功率的情况下减小由转换器注入到电力线上的电流并由此减小在对车辆供电的情况下由焦耳效应沿着电力线引起的损失。

在制动模式中，相反，由转换器施加到电力线的电压U_ssk应该最小化以便增加可由变电站回收制动能量的距离。

因此，现有技术的变电站的能量效率是在系统设计阶段被定义的并且在系统部署时设置的。

发明内容

本发明因此旨在克服前述问题，尤其是通过提出允许基于在使用中的系统的各个变电站的操作参数的值来自动且动态优化可逆牵引变电站的转换器的操作点的方法。

为此，本发明涉及前述类型的优化方法，包括：

-根据变电站的多个操作参数的瞬时值来确定偏好操作模式的当前值；

-基于变电站的多个操作属性的瞬时值来使取决于偏好操作模式的当前值的至少一个优化函数最大化，以便获得操作属性的最大值；

-根据操作属性的最大值来计算变电站的多个配置参数的优化值，所述配置参数的所述优化值被保存作为配置参数的当前值以控制变电站。

根据特定实施例，该方法包括单独或根据全部技术上可能组合而被考虑的一个或更多个以下特征：

-偏好操作模式在一组值中取得当前值，所述一组值包括：当偏好操作模式对应于牵引操作模式时的+1、当偏好操作模式对应于制动操作模式时的-1、可选地当牵引操作模式和制动操作模式中不偏好任何操作模式时的0，以及可选地当偏好操作模式是待机模式时的-2，在待机模式中在供电网和电力线之间不交换能量，然后变电站被控制以使得其电力消耗最小化；

-操作模式的当前值的确定包括判决步骤，该判决步骤实施判决树类型的算法以根据变电站的多个操作参数的瞬时值来确定瞬时值并用该瞬时值来更新当前值；

-所述判决树类型的算法使用来自以下参数中的操作参数的瞬时值作为输入：在所述轨道上的铁路车辆的操作间隔，由供电网传送的AC电压，以及当该系统包括至少两个可逆变电站时在所述至少两个可逆变电站之间的距离；

-该方法包括用于基于偏好操作模式的当前值来选择要被最大化的优化函数的选择步骤；

-优化函数是多个基本函数的加权和；

-选择步骤使用用于估计用来对优化函数中的各个基本函数进行加权的权重的算法；

-选择步骤使用用于使优化函数的定义中包括的基本函数随所述变电站的使用过程而变化的自适应算法；以及

-最大化包括：根据操作属性的值来确定所选优化函数的瞬时值，修改操作属性的瞬时值，根据操作属性的修改值来确定优化函数的修改值，比较修改值和约束函数的瞬时值，以及当修改值大于瞬时值时分配修改值作为操作属性的最大值。

本发明还涉及一种信息记录介质，包括用于在被电子计算机执行时执行如上所述的优化方法的指令。

本发明还涉及一种用于铁路车辆的供电系统的可逆牵引变电站，该供电系统位于AC供电网和直流供电线之间的接口处，所述直流供电线沿着轨道布置并且铁道车辆能够电连接到该直流供电线，所述可逆牵引变电站能够被控制为在制动操作中把供电线上捕获的电力转移到供电网，以及在牵引操作中把由供电网传送的电力转移到供电线，所述变电站包括转换器和控制转换器的计算机，该计算机被编程为执行如上所述的优化方法。

本发明最后涉及一种用于铁路车辆的供电系统，该供电系统位于AC供电网和直流供电线之间的接口处，所述直流供电线沿着轨道定位并且铁道车辆能够电连接到该直流供电线，所述供电系统包括至少一个可逆牵引变电站，所述可逆牵引变电站被控制为在制动操作中把电力线上捕获的电力转移到供电网，以及在牵引操作中把由供电网传送的电力转移到电力线，所述变电站是如上所述的变电站。

附图说明

通过阅读以下仅作为示例提供并结合附图进行的描述可更好理解本发明及其优点，在附图中：

－图1是配有包括多个可逆变电站的供电系统的铁路车辆的图示，至少一个铁路车辆可以在该铁路网上行驶；

－图2是示出用于图1的可逆变电站的不同牵引电流/电压特性的图；

－图3是示出用于图1的可逆变电站的不同制动电流/电压特性的图；

－图4是由图1的系统的变电站实施的用于优化配置参数的方法的框图；以及

－图5是用于确定偏好操作模式的瞬时值的算法的框图。

具体实施方式

图1示出配有供电系统4的铁路网2。

系统4位于电流供给网络20和沿着用于铁路车辆（如车辆46等）行进的铁轨47布置的供电线6之间。铁路车辆通过传统的受电弓48而电连接到供电线6。

网络20是能够传送作为三相AC高压的AC电压V_n的网络。此处交流高压是指介于交流1000V和50000V之间的AC电压。根据专利申请FR2873332的教导，该网络20也可以是三相交流低压网络。此处，三相交流低压是指低于交流1000V的电压。通常，该三相交流低压网络然后是AC电压介于交流400V和1000V之间的低压网络。

供电线6上的额定电压是额定值Uc_nom为直流750、1500或3000V并且围绕Uc_nom的变化介于Uc_min和Uc_max之间，如欧洲标准EN50163指出那样。

系统4包括彼此相同的多个可逆牵引变电站，沿着供电线6以规则间隔分布。为了简化图1，仅示出了三个变电站S_k-1、S_k和S_k+1。

索引k表示从位于供电线6的一个端部处的变电站S₀开始并且在图1所示的方向F上移动的各个变电站的顺序号。

变电站S_k电连接到网络20。

每个变电站S_k在连接点P_k处电连接到供电线6。P_k与P_k+1和P_k-1间隔距离D。该距离D通常大于几百米，但是在任何情况下足够短以使得变电站S_k能对受电弓位于点P_k+1的车辆进行电力牵引，而变电站S_k+₁未激活。此处，对于直流750V的额定电压Uc_nom，距离D介于1000m和2000m之间，并且对于直流3000V的额定电压Uc_nom，距离D可以达到20km。

电力牵引是指变电站在供电线6上生成足够电力以对车辆46的牵引引擎进行供电。

每个变电站S_k都与作为供电线6的围绕点P_k的段的牵引供电区域Z_tk相关联。该段的半长度T_k通过以下关系定义：

T_k=(U_ssmaxk-U_Cmin)(_ρI_max)

其中：

-U_ssmaxk是可由变电站S_k生成的位于点P_k处的最大牵引操作电压，

-U_cmin是供电线6上的最小可允许电压，

-ρ是供电线6的线性电阻，以及

-I_max是在供电线6上流动的电流的最大可允许强度。

应注意U_ssmaxk大于或等于Uc_nom。距离D被选择为等于或略小于距离T_k以使得无论车辆沿着供电线6的位置如何，车辆总是同时处于区域Z_tk和Z_tk+1中。这样的选择使得能够确保无论车辆沿着线6的位置如何（即使在变电站中的一个S_k出故障的情况下）都能被供电。

变电站S_k还与用于回收车辆的制动能量的区域Z_fk相关联；其是线6的围绕点P_k的段。段的半长度F_k可通过以下关系定义：

F_k=(U_Cmax-U_C3mink)(_ρI_max)

其中：

-U_cmax是线6上的最大可允许电压，以及

-U_c3mink是后面将描述的阈值U_C3k的下限。

此处，U_c3mink被选择为小于或等于U_cnom。因此，距离F_k大于或等于距离D。

例如，对于额定电压U_cnom等于750V的系统，U_c3mink被选择为等于直流700V。

区域Z_fk使得无论车辆在区域Z_fk中制动的位置如何变电站S_k都能回收车辆的制动能量的全部或一部分。

鉴于距离F_k大于或等于距离D，因此可以回收车辆在点P_k-1或点P_k+1的制动能量。因此，即使变电站S_k无法服务，变电站S_k-1和S_k+1也可使得无论铁路车辆在点P_k-1和P_k+1之间的位置如何都能够回收铁路车辆的制动能量。因此可以确保即使变电站S_k无法服务也将回收铁路车辆的所有制动能量。

可逆变电站S_k包括一方面连接到网络20并且另一方面连接到线6上的点P_k的四象限转换器30。

该转换器30能够对网络20的三相电压进行整流以把介于U_ssmaxk和U_cmin之间的整流后的DC电压传送到线6上。

转换器30还能够把线6上存在的DC电压逆转以将从DC电压建立的介于U_c3mink和U_cmax之间的三相电压传送到网络20上。在逆变器模式中，转换器30使得能够吸收最大等于阈值I_kmax的DC电流I_k。

在激活状态中，转换器30能够在小于10ms中从整流器操作切换成逆变器操作，以及相反，以避免车辆处的制动损失。

为此，转换器30例如由并行连接到逆变器的整流桥形成。这里，整流桥是从半导体晶闸管或诸如IGBT（绝缘栅双极晶体管）晶体管之类的功率晶体管制成的受控整流桥。受控整流桥使得能够在线6上生成750V的固定电压，即使在通过线6供电的电负载消耗的功率的超过50%的变化的情况下也如此。

变电站包S_k括可编程计算机29。后者包括计算装置31（如处理器）、时钟（未示出）、存储装置33（如随机存取存储器和只读存储器）、以及用于把计算机连接到外围设备（如转换器30或测量传感器34、36等）的输入/输出接口（未示出）。处理器能够执行在存储装置33中存储的计算机程序的指令。

转换器30是可控的转换器。为此，变电站S_k包括控制单元32，控制单元32能够控制转换器30以将其从未激活状态切换为激活状态以及相反，并且使其操作为整流器或者作为逆变器。

当转换器处于未激活状态时，称变电站处于待机模式；当转换器处于激活状态并处于整流器操作中时，称变电站处于牵引模式；以及当转换器处于激活状态并处于逆变器操作中时，称变电站处于制动模式。应该注意，在待机模式中，变电站也开启，但是没有车辆在轨道上行进，即稍后描述的操作间隔H是无限大。

更具体地，一旦测量电压U_ssk高于阈值U_c3k，单元32能够把变电站切换为制动模式。

单元32还能够在一旦电压U_ssk低于阈值U_dk，就把变电站切换为牵引模式。例如，阈值U_dk小于或等于U_cnom。

单元32使得能够使变电站S_k在点P_k传送或吸收的电压成为设定点U_ssk。为此，变电站S_k包括针对在点P_k的电流I_k的强度的传感器34和针对电压U_ssk的传感器36。

变电站S_k还包括用于根据测量电压U_ssk来调整阈值U_c3k的值的模块40。模块40例如是在申请EP1985492A1中描述的类型，其操作在该申请中描述过。

单元32和模块40例如以计算机程序的形式制成，其指令存储在计算机的存储装置33中。

在给定时刻，转换器30的操作点在牵引操作中沿着把电压U_ssk连接到电流I_k的牵引特性CT（如图2所示），以及在制动操作中沿着把电压U_ssk连接到电流I_k的制动特性CF（如图3所示）。

制动特性CF是具有复杂形状的封闭参数曲线（叫NYQUIST曲线），图3仅示出制动特性CF的偏移域。根据电压中的一个，该域由特性间隔限定。该间隔越宽，与其相关联的制动特性CF的面积越大，这相当于在回收期间的更好的制动能量效率。

在给定时刻，变电站S_k的操作通过一对牵引/制动特性CT/CF确定。

更一般地，在给定时刻t，变电站的操作是通过由单元32使用来控制转换器30的多个配置参数的当前值Pc(t)确定的。

现在描述使得能够优化由控制单元32使用的配置参数的当前值、尤其是牵引/制动特性对的方法。该优化方法的目的是基于变电站当被部署和利用时在特定系统中的实际使用来自动改进变电站的能量效率。

变电站S_k包括用于确定偏好操作模式的模块50。

模块50使用变电站的被输入的不同操作参数。在该示例实施例中，这些操作参数是操作间隔H和由网络20传送的AC电压Vn，操作间隔H是车辆在轨道的某个点处的平均通过频率的倒数。

这些操作参数的瞬时值H(t)和Vn(t)被存储在存储装置33的第一存储空间51中。

这些参数的值可以被操作者修改或使用网络的自动列车监视（ATS）系统自动修改。因此，取决于一天中的时间，操作间隔H的当前值被修改以应对例如要求沿着轨道行驶的车辆的数量和频率增大的峰值时间。

AC电压Vn的当前值由从网络20实际传送的电压的瞬时测量值得到。围绕AC电压Vn的额定值的10%变化是传统的并通过EN50160标准阐明。

模块50传送“偏好操作模式”变量的瞬时值M(t)作为输出。该变量当偏好模式对应于牵引操作模式时取得为1的值，当偏好模式对应于制动操作模式时取得为-1的值，当综合操作模式为“put away”（即，不应偏好牵引操作模式和制动操作模式中的操作模式）时取得为0的值，以及当偏好模式对应于变电站的待机模式时取得为-2的值。

如果确定偏好操作模式对应于牵引模式，则变电站S_k的配置参数被优化以便允许在变电站实际处于牵引操作模式中时的更好能量效率，可能损失在变电站处于制动操作中时的能量效率。特别地，由控制单元32使用的牵引特性被优化以便接近图2中的曲线CT1。由于牵引特性和制动特性彼此相关，所以当所使用的牵引特性接近特性CT1时，对应的制动特性接近图3的制动特性CF1，制动特性CF1由于其特性间隔，具有较小的回收效率。

如果确定偏好操作模式对应于制动操作模式，则变电站的配置参数被优化以便允许在变电站实际处于制动操作模式中时的更好能量效率，可能损失在变电站处于牵引操作模式中的能量效率。特别地，由控制单元32使用的制动特性被优化以便接近图3的曲线CF2。并行地，所使用的牵引特性接近图2的曲线CT2，其在牵引操作中具有较小的能量效率。

如果确定偏好操作模式是不确定的，则变电站S_k的配置参数被优化以便允许在变电站处于牵引操作模式中时和在变电站处于制动操作模式中时二者都有好的能量效率。将采用牵引特性和制动特性的平均调整。偏好操作模式的值是“中性”。

最后，如果确定偏好操作模式是待机模式，则在没有牵引负载的情况下的配置参数被优化以提高变电站的能量效率。

为了确定偏好操作模式的瞬时值M(t)，模块50实施采用图5所示的判决树并且将在后面描述的算法，其与后面描述的优化算法的对应步骤相关。

变电站S_k包括比较模块54，比较模块54能够比较在模块50的输出端传送的偏好操作模式的瞬时值M(t)和在所考虑的时刻存储于第一存储空间51中的该变量的当前值Mc。

仅当瞬时值M(t)与当前值Mc不同时，模块54把瞬时值记录在第一存储空间51中作为偏好操作模式的当前值。

变电站S_k包括读/写装置56，读/写装置56能够读取与存储装置33中的偏好操作模式的特定值相关联的配置参数的值，以便将其写入第二存储空间52作为配置参数的当前值Pc(t)。单元32使用当前值Pc(t)来控制转换器30。

相反，读/写装置56能够读取第二存储空间52中的配置参数的当前值Pc(t)，以通过在存储装置33中把Pc(t)和与偏好操作模式的当前值Mc相对应的偏好操作模式进行关联来将Pc(t)写入存储装置33中。

读/写装置56还使得能够在改变偏好操作模式的值时保存与被离开的偏好模式相关联的配置参数的当前值，并把与新偏好模式相关联的配置参数的值作为当前值加载到存储装置33中。

变电站S_k包括计算模块62。该模块能够根据测得的操作属性Gm(t)的瞬时值（比如U_ss、I_k等）和变电站的配置参数的当前值Pc(t)（比如U_c3k、U_dk等）来计算所计算出的操作属性的瞬时值Gc(t)，比如：

-牵引能量，Et；

-制动能量，Ef；

-功率因数，

-电流的谐波失真，THDI；

-峰值功率；以及

-基于10或15分钟的平均功率P0，其取决于电力供应商的合同基准。

所测量或计算的操作属性的瞬时值G(t)被存储在存储装置33的第三预定和共享存储器空间53中。它们与表示测量或计算时刻的时间属性一起被存储在第三预定和共享存储器空间53中。

变电站S_k包括均值模块64，其能够计算操作属性的最后N个瞬时值G(t)的均值优选地，N被选择为等于10。

变电站S_k包括用于选择优化函数F的模块72。这样的函数构成取决于表征变电站操作点的操作属性的定量标准，并且该函数的最大值使得能够确定变电站的最佳操作点。

优选函数F被选择作为包含于第一存储空间51中的偏好操作模式的当前值M_c的函数。

当偏好操作模式等于+1时，单元72选择的优化函数是牵引优化函数。

当偏好操作模式等于-1时，单元72选择的优化函数是制动优化函数。

当偏好操作模式等于0时，单元72选择的优化函数是中性优化函数。

当偏好操作模式等于-2时，单元72选择的优化函数是待机优化函数。

优化函数由多个基本优化选项的加权和得到，每个基本优化函数表示属于特定优化属性的基本标准。

牵引优化函数FT例如包括以下基本函数，这些基本函数已经基于在牵引优化函数中被分配的权重从最高权重到最低权重被排序：

-关于电压Ussk的第一基本函数，表示希望增大电压；

-关于牵引能量Et的第二基本函数，表示希望减小能量；

-关于电流的谐波失真THDI的第三基本函数，表示希望把该失真保持低于阈值，例如5%；

-关于峰值功率η的第四基本函数，表示希望减小瞬时功率；以及

-关于功率因数

的第五基本函数，表示希望把该因数保持接近单位。

制动优化函数FF例如包括以下基本函数，这些基本函数已经基于在制动优化函数中被分配的权重从最高权重到最低权重被排序：

-关于制动能量Ef的第一基本函数，表示希望增大能量；

-关于电流的谐波失真THDI的第二基本函数，表示希望把该失真保持低于阈值，例如5%；

-关于功率因数

的第三基本函数，表示希望把该因数保持接近单位；以及

-关于效率η的第四基本函数，表示希望提高效率。

中性优化函数FN例如包括以下元素或函数，这些元素或函数在中性优化函数中被分配了基于应用而指定的相应权重：

-用于线电压的支撑，

-总网络能量优化(Et-Ef)，

-功率因数，以及

-总谐波分量。

最后，待机模式中的优化函数FV包括以下基本函数：

-在成本节省模式中监视并调整变电站的冷却配件，

-用于监视变电站和外围设备的安全性所不需要的功能的去激活（负载去除）。

变电站S_k包括评价模块74，评价模块74能够从输入到变电站作为输入的操作属性的值中确定所选择的优化函数的值。单元74因此根据操作属性的均值

来评价所选优化函数的瞬时值F(t)。单元74还根据操作属性的改变值ΔG(t)来评价所选优化函数的改变值ΔF(t)。后面描述获得这些改变值的所用的方式。

变电站S_k包括变化模块76，变化模块76被设计为根据施加到变电站作为输入的操作属性的均值来计算操作属性的改变值ΔG(t)。改变值被计算为保持“接近于”平均输入值。单元76使用其分量对应于操作属性的n-uplets（n元组）空间中的距离标准。例如，单元76通过在操作属性的均值

周围的超体积中进行随机绘制来确定改变值ΔG(t)。

变电站S_k包括最大化模块78，最大化模块78能够选择导致优化函数F的比该函数的瞬时值F(t)大的值的改变值ΔG(t)，作为操作属性的最大值G_max(t)。

变电站S_k包括逆计算模块80，逆计算模块80能够根据操作属性的最大值G_max(t)来确定配置参数的优化值Po(t)。单元80能够把这些优化值写入第二存储空间52中作为配置参数的当前值Pc(t)。

为了管理表示上述方法的重复的整数计数器T，变电站S_k还包括用于把该整数初始化为零值以将其递增一个单位并将其与基准值T0（例如等于10）进行比较的装置。

现在参照图4和图5来详细描述用于优化变电站S_k的操作的方法。

方法100周期性地、例如每分钟执行。

在每次执行时，计数器T递增一个单位（递增步骤102）。

方法100的执行以用于确定偏好操作模式的当前值Mc的步骤开始。

在判决步骤114期间，模块50被调用。其在第一存储空间51中读取操作间隔H的瞬时值和AC电压Vn的瞬时值。然后，模块50实施如图5所示的判决算法。

-如果操作间隔H低于第一下阈值Hmin，例如3分钟，则偏好模式取得为1的值，其对应于牵引操作。这是当轨道上的交通繁忙（线路的高接受能力）、即轨道的操作处于峰值时间的情况。然后进行判决以促进给予用于行驶车辆的供电的质量。

-如果操作间隔H高于第一上阈值Hmax，例如1小时，则偏好模式取得为-1的值，其对应于制动操作。这是因为在轨道上行驶的另一火车将能够回收在电力线上产生的制动能量（线路的高接受能力）几乎不可能、所以该能量仅可以返回网络20的情况。

-如果操作间隔H高于第一下阈值Hmin并低于第一上阈值Hmax，模块50考虑网络20的AC电压的当前值。

-如果AC电压Vn低于第二下阈值Vnmin，例如1000V，则偏好模式取得为-1的值，这对应于制动操作。这对应于用于城市运输型网络的系统的低交通量时间，其中线路的接受能力低并且必须偏好由变电站重新生成制动能量。

-如果AC电压Vn高于上阈值Vnmax，例如1500V，则偏好模式取得为+1的值，这对应于牵引操作。这对应于用于干线类型网络的系统，其中火车的制动能量的重新生成是次要的并且必须偏好牵引能量函数。

-最后，如果AC电压Vn高于第二下阈值Vnmin并低于第二上阈值Vnmax，则偏好模式取得为0的值，这对应于其中不偏好牵引或制动操作模式中的一种的中性模式。这对应于基于由机车拖拽的电车或火车的用于郊外类型网络的系统，其中操作者必须被允许基于线路的供电特性来选择所分配的约束条件。

由模块50传送的值是偏好操作模式的瞬时值M(t)。

通过根据瞬时值M(t)更新当前值Mc来继续偏好操作模式的确定。如果瞬时值M(t)与当前值Mc不同，则模块54把瞬时值记录在第一存储空间51中作为偏好操作模式的新当前值。这是在比较步骤122期间通过把存储在第一存储空间51中的偏好操作模式的当前值Mc与第一瞬时值M(t)进行比较来进行的。

如果偏好操作模式的瞬时值与当前值不同，则进行以下步骤：

－在步骤124期间，读/写装置56在把第二存储空间52中存在的配置参数的当前值P(t)与偏好操作模式的当前值Mc相关联的同时保存在存储装置中，然后在存储装置中读取与偏好操作模式的瞬时值M(t)相关联的配置参数的值，以将其放置在第二存储空间52中，作为配置参数的当前值P(t)。从该时刻开始，控制单元32访问存储在第二存储空间中的配置参数的值，并尤其使用与偏好模式的当前值M(t)相关联的牵引/制动特性对，然后，模块56把偏好模式的瞬时值M(t)记录在第一存储空间51中作为当前值Mc。

－在步骤126期间，选择模块72在存储装置中选择与偏好模式的新当前值Mc相对应的优化函数F，并将其加载到评价模块74中。

在这些步骤之后，或如果偏好操作模式的当前值未改变，该方法执行计算步骤130。在该步骤期间，调用计算模块62以根据配置参数的当前值P(t)和由不同的传感器测得的操作属性的瞬时值Gm(t)来计算所计算的操作属性的瞬时值Gc(t)。

所测得并计算的操作属性的瞬时值G(t)被与对应于计数器T的当前值的时间属性一起存储在存储装置的第三存储空间53中。

在比较步骤134中，当前值T与参考整数T0（例如等于10）比较。

如果T小于10，则该方法从步骤102继续进行。

如果T等于10，在把计数器T重置为0之后（步骤136），该方法以配置参数的优化阶段继续进行。

在计算步骤142期间，模块64被调用以根据在第三存储空间53中包含的操作属性的最后10个瞬时值G(t)来计算操作属性的均值

在评价步骤144中，评价模块64被执行以计算由模块72选择的优化函数F的瞬时值F(t)。该计算使用操作属性的均值

在变化步骤146期间，变化模块76被执行以便根据操作属性的均值

来确定操作属性的修改值ΔG(t)。

在计算步骤148期间，再次执行模块74以计算所选优化函数的修改值ΔF(t)。该计算现在使用操作属性的修改值ΔG(t)。

在最大化步骤150期间，使用最大化模块78把优化函数的修改值ΔF(t)与其瞬时值F(t)进行比较。

如果修改值ΔF(t)小于瞬时值F(t)，则该方法返回步骤146以便确定操作属性的另一组修改值ΔG(t)。

如果修改值ΔF(t)大于约束函数的瞬时值F(t)，则该方法继续到逆计算步骤160。

在该计算160期间，调用逆计算模块80以便根据使优化函数F最大化的操作属性的修改值ΔG(t)来确定配置参数的优化值Popt(t)。

这样优化的配置参数的值被存储在第二存储空间52中作为配置参数的当前值P(t)。特别地，控制单元32使用配置参数的更新值以控制转换器30。

在该计算160结束时，该方法结束。

根据上述方法，变电站S_k动态确定在当前时刻的偏好操作模式并优化与该操作模式相关联的配置参数。

在所描述的实施例中，偏好操作模式的确定是根据操作参数H和Vn进行的。

或者，代替AC电压Vn，在相继的两个变电站之间的距离操作参数D在判决树中如下被使用：

－如果操作间隔H大于第一下阈值Hmin并小于第一上阈值Hmax，则该模块50取这两个相邻变电站之间的距离D的当前值。

－如果距离D小于第二下阈值Dmin，例如2000m，则偏好模式取为－1的值，这对应于制动操作。

－如果距离D大于上阈值Dmax，例如10000m，则偏好模式取为＋1的值，这对应于牵引操作。

－最后，如果距离D大于第二下阈值Dmin并且小于第二上阈值Dmax，则偏好模式取为0的值，则会对应于不偏好牵引操作模式或制动操作模式中任一个的中性模式。

根据其它替代方案，偏好操作模式的确定考虑与所考虑的变电站S_k相邻的变电站的配置参数的当前值，并且特别地，考虑用于网络的总体同步的各个偏好操作模式的当前值。

一旦部署并利用系统，就根据变电站的实际使用历史通过学习来进行与偏好模式相对应的操作模式的配置参数的优化。

在示例实施例中，使用与由电力供应商使用的测量窗口相对应的10或15min的深度，但是可以考虑说明变电站的操作历史的其它方式。

这种优化使用约束函数。

在所描述的实施例中，分配给优化函数的不同基本函数的权重是固定的。所用基本函数的数量和性质也是固定的。

或者，这些权重从估计算法（例如神经网络型估计算法）的实施得到。

或者，引入优化函数中的基本函数从自适应算法（例如遗传算法类型的自适应算法）得到。

对于优化，严格地说，示例实施例提供在操作属性的当前值附近的随机绘制。

或者，基于约束函数的变化的计算来修改操作属性。

Claims

1.一种用于优化铁路车辆的供电系统（4）的可逆牵引变电站（S_k）的操作的方法，该供电系统位于供电网（20）和直流电力线（6）之间的接口处，所述直流电力线（6）沿着轨道定位并且铁道车辆（46）能够电连接到该直流电力线（6），所述可逆牵引变电站能够被控制为在牵引操作模式中把由供电网传送的电力转移到电力线，并且在制动操作模式中把电力线上捕获的回收电力转移到供电网，其特征在于该方法包括：

―根据变电站（S_k）的多个操作参数（H，Vn）的瞬时值来确定（114，122，124，126）偏好操作模式的当前值（Mc）；

―基于变电站（S_k）的多个操作属性的瞬时值（G(t)）来使取决于偏好操作模式的当前值（Mc）的至少一个优化函数（F）最大化（150），以便获得操作属性的最大值（Gmax(t)）；

―根据操作属性的最大值（Gmax(t)）来计算变电站（S_k）的多个配置参数的优化值（Popt(t)），所述配置参数的所述优化值（Popt(t)）被保存作为配置参数（Pc(t)）的当前值以控制变电站（S_k）。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，偏好操作模式在一组值中取得当前值，所述一组值包括：当偏好操作模式对应于牵引操作模式时的+1、当偏好操作模式对应于制动操作模式时的-1、可选地当牵引操作模式和制动操作模式中不偏好任何操作模式时的0，以及可选地当偏好操作模式是待机模式时的-2，在待机模式中在供电网和电力线之间不交换能量，然后变电站被控制以使得其电力消耗最小化。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，操作模式的当前值（Mc）的确定包括判决步骤（114），该判决步骤（114）实施判决树类型的算法以根据变电站（S_k）的多个操作参数（H，Vn）的瞬时值来确定瞬时值（M(t)）并用该瞬时值（M(t)）来更新（122,124,126）当前值（Mc）。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述判决树类型的算法使用来自以下参数中的操作参数的瞬时值作为输入：在所述轨道上的铁路车辆的操作间隔（H），由供电网传送的AC电压（Vn），以及当该系统包括至少两个可逆变电站时在所述至少两个可逆变电站之间的距离（D）。

5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，该方法包括用于基于偏好操作模式的当前值（Mc）来选择要被最大化的优化函数（F）的选择步骤。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，优化函数（F）是多个基本函数的加权和。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述选择步骤（126）使用用于估计用来对优化函数中的各个基本函数进行加权的权重的算法。

8.根据权利要求6或7所述的方法，其特征在于，所述选择步骤（126）使用用于使优化函数的定义中包括的基本函数随所述变电站的使用过程而变化的自适应算法。

9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，最大化（150）包括：根据操作属性的值

来确定（144）所选优化函数的瞬时值（F(t)），修改（146）操作属性的瞬时值（ΔG(t)），根据操作属性的修改值来确定（148）优化函数的修改值（ΔF(t)），比较（150）修改值和约束函数的瞬时值，以及当修改值大于瞬时值时分配修改值作为操作属性的最大值（Gmax(t)）。

10.一种信息记录介质，其特征在于包括用于在被电子计算机执行时执行根据权利要求1-9中任一项的优化方法的指令。

11.一种用于铁路车辆的供电系统（4）的可逆牵引变电站，该供电系统位于AC供电网（20）和直流供电线（6）之间的接口处，所述直流供电线（6）沿着轨道布置并且铁道车辆（46）能够电连接到该直流供电线（6），所述可逆牵引变电站能够被控制为在制动操作模式中把供电线上捕获的电力转移到供电网，以及在牵引操作模式中把由供电网传送的电力转移到供电线，所述变电站包括转换器和控制转换器的计算机（29），其特征在于，该计算机被编程为执行根据权利要求1至9中任一项所述的优化方法。

12.一种用于铁路车辆的供电系统（4），该供电系统位于AC供电网（20）和直流供电线（6）之间的接口处，所述直流供电线（6）沿着轨道定位并且铁道车辆（46）能够电连接到该直流供电线（6），所述供电系统包括至少一个可逆牵引变电站，所述可逆牵引变电站被控制为在制动操作模式中把电力线上捕获的电力转移到供电网，并且在牵引操作模式中把由供电网传送的电力转移到电力线，其特征在于所述变电站是根据权利要求11所述的变电站（S_k）。