CN104407210A - 电力机车能量监控方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电力机车能量监控方法包括：获取根据机车网压侧的电压信号和电流信号进行计算得到的输入功率；获取机车运行工况以及该运行工况下的回馈功率；根据所述回馈功率和输入功率进行计算，得到所述运行工况下的能耗数据；该方法能够完成对电力机车进行能量监控，并实现节能驾驶。

Description

电力机车能量监控方法及系统

技术领域

本发明涉及电力机车领域，特别是涉及一种电力机车能量监控方法及系统。

背景技术

随着电力机车数量的增加，对电能的需求量也越来越多，运营成本增高。因此需要降低能耗，以降低能耗成本。

但是现有的电力机车均只是采用电度表对机车运行过程中的能耗进行记录，因此无法获取列车的实时能耗数据或不同运行速度曲线对应的能耗情况。因此无法精确控制电能的使用，也不能根据电能的使用情况做出相应的措施，以减少电能的使用。

因此，如何实现对电力机车进行能量监控，是本领域技术人员需要解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种电力机车能量监控方法，该方法能够完成对电力机车进行能量监控，并实现节能驾驶。

为解决上述技术问题，本发明提供一种电力机车能量监控方法，包括：获取根据机车网压侧的电压信号和电流信号进行计算得到的输入功率；

获取机车运行工况以及该运行工况下的回馈功率；

根据所述回馈功率和输入功率进行计算，得到所述运行工况下的能耗数据。

其中，获取机车网压侧的电压信号和电流信号包括：

电压采集器采集机车网压侧的电压信号；

电流采集器采集机车网压侧的电流信号。

其中，按照以下步骤计算输入功率：

使用电度表对接收到的所述电压信号和电流信号进行采集；

对采集后的电压信号和电流信号进行计算，得到输入功率。

其中，所述获取机车运行工况以及该运行工况下的回馈功率包括：

获取由机车控制单元发送的机车运行工况；

获取由机车能量回馈单元根据所述机车运行工况得到能量回馈值，并根据能量回馈值和制动电阻计算得到的回馈功率，其中，机车运行工况由机车能量回馈单元通过机车控制单元获得。

其中，电力机车能量监控方法还包括：

通过定位系统获取机车位置信息，得到该位置下所述运行工况下的能耗数据。

其中，电力机车能量监控方法还包括：

通过无线传输将所述运行工况下的能耗数据发送给地面服务器；

地面服务器根据接收到的所述运行工况下的能耗数据进行分析处理得到节能方案。

本发明所提供的用于电力机车能量监控的处理器包括：

第一获取模块，用于获取根据机车网压侧的电压信号和电流信号进行计算得到的输入功率；

第二获取模块，用于获取机车运行工况以及该运行工况下的回馈功率；

计算模块，用于根据所述回馈功率和输入功率进行计算，得到所述运行工况下的能耗数据。

其中，所述处理器还包括：

发送模块，用于通过无线传输将所述运行工况下的能耗数据发送给终端。

本发明所提供的电力机车能量监控系统包括：

处理器，用于获取根据机车网压侧的电压信号和电流信号进行计算得到的输入功率，获取机车运行工况以及该运行工况下的回馈功率，根据所述回馈功率和输入功率进行计算，得到所述机车运行工况下的能耗数据；

电压采集器，用于采集机车网压侧的电压信号；

电流采集器，用于采集机车网压侧的电流信号；

机车控制器，用于获取机车运行工况，并发送给处理器及机车能量回馈器；

机车能量回馈器，用于获取机车运行工况，并根据所述机车运行工况得到能量回馈值计算，并根据能量回馈值和制动电阻得到的回馈功率。

其中，电力机车能量监控系统还包括：

地面服务器，用于根据接收到的各个运行工况下的能耗数据，对所述能耗数据进行分析处理得到节能方案。

基于上述技术方案，本发明实施例提供的电力机车能量监控方法包括：获取根据机车网压侧的电压信号和电流信号进行计算得到的输入功率；获取机车运行工况以及该运行工况下的回馈功率；根据所述回馈功率和输入功率进行计算，得到所述运行工况下的能耗数据；通过机车网压侧的电压信号和电流信号可以计算得到实时的输入功率，又通过时刻的机车运行工况以及该该运行工况下的回馈功率以及计算得到的输入功率，就可以得到实时的或者任意时刻的在某一工况下的机车的能耗数据；通过这些能耗数据，可以得到实时情况下机车的能耗情况，通过该能耗情况可以看出机车运行的缺点等即可以得到节能方案；因此通过上述方法能够完成对电力机车进行能量监控，并实现节能驾驶。

附图说明

为了更清楚的说明本发明实施例或现有技术的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的电力机车能量监控方法的流程图；

图2为本发明实施例提供的用于电力机车能量监控的处理器的结构框图；

图3为本发明实施例提供的另一用于电力机车能量监控的处理器的结构框图；

图4为本发明实施例提供的电力机车能量监控系统的结构框图；

图5为本发明实施例提供的另一电力机车能量监控系统的结构框图；

图6为本发明实施例提供的再一电力机车能量监控系统的结构框图。

具体实施方式

本发明的目的是提供一种电力机车能量监控方法，该方法能够完成对电力机车进行能量监控，并实现节能驾驶。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

电力机车是指从外界撷取电力作为能源驱动的铁路机车，电源包括架空电缆、第三轨、电池等。电力机车因为所需电能由电气化铁路供电系统的接触网或第三轨供给，所以是一种非自带能源的机车。电力机车具有功率大、过载能力强、牵引力大、速度快、整备作业时间短、维修量少、运营费用低、便于实现多机牵引、能采用再生制动以及节约能量等优点。使用电力机车牵引车列，可以提高列车运行速度和承载重量，从而大幅度地提高铁路的运输能力和通过能力。

请参考图1，图1为本发明实施例提供的电力机车能量监控方法的流程图；该电力机车能量监控方法可以包括：

步骤s100、获取根据机车网压侧的电压信号和电流信号进行计算得到的输入功率；

其中，处理器可以通过电压采集器获得机车网压侧的电压信号以及电流采集器获得机车网压侧的电流信号，通过对获取的电压信号和电流信号进行计算得到输入功率；这里的电压采集器以及电流采集器都可以是实时进行机车网压侧的电压和电流进行采集。也可以是按照处理器的指令进行这些电气量的采集。

其中，这里的电压信号和电流信号可以是直流信号，也可以是交流信号。

处理器还可以对接收到的电压信号以及电流信号进行采集，在对获得的采集后的电压信号和电流信号进行计算得到输入功率。

也可以是通过其他器件对采集的机车网压侧的电压和电流进行计算得到输入功率，在将该输入功率传递给处理器。

步骤s110、获取机车运行工况以及该运行工况下的回馈功率；

其中，处理器在获取输入功率的同时可以进行机车运行工况的获取以及获取该运行工况下的回馈功率。

这里的采集电流信号以及电压信号和获取机车运行工况的时间可以是一致的，也即输入功率，机车运行工况以及回馈功率都是该机车在同一时刻的运行状态下得到的数据。

其中，工况可以包括牵引、制动、惰行等。

步骤s120、根据所述回馈功率和输入功率进行计算，得到所述运行工况下的能耗数据。

其中，处理器可以根据所获取的输入功率以及回馈功率进行计算，得到机车在该运行工况下的能耗数据。将所述输入功率减去回馈功率即可以得到该工况下的能耗数据。

上述方案中所述的需要进行数据获取和传递的都可以使用无线通讯，例如通过无线网络进行通讯传递信息；也可以是通过线路连接进行通讯传递信息。

对得到的能耗数据进行汇总，可以得到能耗的历史曲线；也可以是根据这些信息采取相应的措施，优化机车的操作。

基于上述技术方案，本发明实施例提供的电力机车能量监控方法通过机车网压侧的电压信号和电流信号可以计算得到实时的输入功率，又通过时刻的机车运行工况以及该该运行工况下的回馈功率以及计算得到的输入功率，就可以得到实时的或者任意时刻的在某一工况下的机车的能耗数据；通过这些能耗数据，可以得到实时情况下机车的能耗情况，通过该能耗情况可以看出机车运行的缺点等即可以得到节能方案；因此通过上述方法能够完成对电力机车进行能量监控，并实现节能驾驶。

可选的，获取机车网压侧的电压信号和电流信号包括：

电压采集器采集机车网压侧的电压信号；

电流采集器采集机车网压侧的电流信号。

其中，这里的电力机车可以是双流制电力机车，也可以是单流制电力机车；当这里的机车网压侧选择为直流的时候，这里的电压采集器可以是电压传感器，电流采集器可以是电流传感器，即通过电压传感器和电流传感器去采集机车网压侧的电压信号和电流信号。当机车网压侧选择为交流的时候，这里的电压采集器可以是电压互感器，电流采集器可以是电流互感器，即通过电压互感器和电流互感器去采集机车网压侧的电压信号和电流信号。

当这里的电力机车可以是双流制电力机车时，对直流还是交流的选择可以通过开关进行通道的选择。

可选的，按照以下步骤计算输入功率：

使用电度表对接收到的所述电压信号和电流信号进行采集；

对采集后的电压信号和电流信号进行计算，得到输入功率。

其中，这里优选的使用电度表进行操作，因为虽然处理器也可以对电流信号和电压信号进行采集，计算，但是由于处理器的精度以及内部电路的限制，没有专门的电度表的效果好。

当为单流制电力机车时，可以选用单通道的电度表对电压采集器和电流采集器中的电压和电流信号进行采集和计算；当为双流制电力机车时，可以选用双通道的电度表对电压采集器和电流采集器中的电压和电流信号进行采集和计算。

可以选用高精度电度表进行计算，得到的电能更加精确。

其中，高精度电度表可以通过总线的形式将输入功率传递给处理器，例如通过RS422总线进行数据的传递。

可选的，所述获取机车运行工况以及该运行工况下的回馈功率包括：

获取由机车控制单元发送的机车运行工况；

其中，机车控制单元可以直接与处理器相连，也可以通过无线传输系统与处理器进行通讯，将机车控制单元得到的机车运行工况传递给处理器。

获取由机车能量回馈单元根据所述机车运行工况得到能量回馈值，并根据能量回馈值和制动电阻计算得到的回馈功率，其中，机车运行工况由机车能量回馈单元通过机车控制单元获得。

其中，机车能量回馈单元根据机车控制单元TCU发送的机车运行工况，根据弓网的状况，机车能量回馈单元确定能量回馈值；根据制动电阻和能量回馈值来完成能量的回馈，并可以记录回馈功率，并将该回馈功率发送给处理器。

机车能量回馈控制单元可以采用制动电阻和机车能量回馈组成的混合能量反馈模式，能够通过电网电压侧的波动，实时的进行能量反馈。

其中，弓网系统是高速列车的动力来自于铁道边的高压电，而电力输送靠列车上的受电弓与电网接触，由受电弓和接触网组成的电力系统就叫弓网系统，这个系统也可以用来控制列车的行、停。

其中，机车能量回馈单元可以直接与处理器相连，也可以通过无线传输系统与处理器进行通讯，将机车能量回馈单元得到的回馈功率传递给处理器。

处理器可以对其获取的输入功率以及回馈功率完成不同工况下的机车能耗数据的计算及存储。这样的根据不同的工况对机车能耗数据进行存储，则以后可以根据这些具体的情况得到各个工况下能耗数据的历史曲线图，可以清晰的反映出各个工况下的能耗情况，以便于后续技术人员做出判断，进行节能驾驶。保存后也方便与日后进行查询，以及可以进行不同车次、不同工况、不同时段的比对分析。

可选的，电力机车能量监控方法还可以包括：

通过定位系统获取机车位置信息，得到该位置下所述运行工况下的能耗数据。

其中，处理器可以在进行处理记录能耗数据的同时，通过定位系统例如GPS定位到该是时刻下的机车的位置信息，从而可以确定运行线路中任意区段的能耗数据例如机车在转弯、爬坡等地区路段下的能耗数据，也可以包括机车在线路上实际运行时的能耗，以及机务段内调度、维护时所消耗的能量。

可以将这些信息传递给机车显示单元，机车司机可以通过机车显示单元实时查询机车在各个工况以及地理位置下的能耗情况，根据这能耗情况，机车司机可以更加及时的采取相应的措施，优化操作，达到节能的目的。

还可以将这些能耗信息以及各个能耗信息所对应的地理位置信息传递给地面服务器；这样做可以使得技术人员对这些能耗数据的分析更加精确，因为在各个路况以及工况下机车所需要的运行数据、速度、能量都是不一样的，甚至在不同的地区也会出现同一种线路趋势但是能耗却不相同，跟具体的环境地理位置也有一定的关系。因此通过定位系统，处理器可以在得到能耗数据的情况下也知道该数据是在什么样的地址位置下得到的；使得分析人员能够更加精确的对所获得的能耗数据进行处理。

例如若想要知道转弯时能耗是什么样的状态最好，那么就要只将在转弯情况下的各种历史能耗数据进行比对分析。或者是同一地区的历史能耗数据在一起进行分析比对；经过这样的处理可以得到在某种特定的路况下应该怎么操作机车才能够使能耗最小或最有利于机车能源利用的最大化。或者在某一地区机车司机应该如何操作才能够得到最理想的状态使得能耗最小。

可选的，电力机车能量监控方法还包括：

通过无线传输将所述运行工况下的能耗数据发送给地面服务器；

地面服务器根据接收到的所述运行工况下的能耗数据进行分析处理得到节能方案。

其中，地面服务器根据接收到的机车在各个运行工况下的能耗数据，地面服务器可以对获取的这些数据进行分析，对比，保存，可以生成一些历史曲线以便于观察；可以在地面服务器中设置相应的分析程序，根据机车工况信息，位置信息，能耗信息等按照相应的分析程序进行计算分析，可以得到一个车次的整个能耗图，或者是某一路段各个车次的能耗图，或者某一路段、位置的历史能耗曲线等。

通过上述数据，可以得到一些在某些路段的优选驾驶方案，以及一些工况下机车司机应该有的节能操作。

也可以通过获取的数据完成能耗评估、能耗记录和分析，并可以形成历史曲线，以方便查询，以及可以生产能耗报告等。通过大量信息的积累可以形成一个按种类分的查询程序，例如进行按区段、司机、车号、时间、位置等进行能耗计算，从而可以提出优化利用和节能的方案，以供司机参考。

可选的，可以将获取的所述运行工况下的能耗数据发送给机车显示单元。

其中，处理器可以将获取的所述运行工况下的能耗数据发送给机车显示器，可以通过无线传输进行，例如利用以太网络进行数据的传输。司机可通过机车显示单元实时查询机车的能耗情况，便于采取相应的措施，优化机车的操作，实现能量的优化利用。

同时，也可以将地面服务器中得到的能耗数据，以及某些路段的优选驾驶方案，以及一些工况下机车司机应该有的节能操作，也传输到机车显示单元，这样司机在驾驶的过程中可以根据类似的情况得到正确的驾驶方案，从而避免能源浪费，实现能量的最优化利用。

基于上述技术方案，本发明实施例提供的电力机车能量监控方法通过机车网压侧的电压信号和电流信号可以计算得到实时的输入功率，又通过时刻的机车运行工况以及该该运行工况下的回馈功率以及计算得到的输入功率，就可以得到实时的或者任意时刻的在某一工况下的机车的能耗数据；通过这些能耗数据，可以得到实时情况下机车的能耗情况，通过该能耗情况可以看出机车运行的缺点等即可以得到节能方案；又可以通过将数据传递给地面服务器，通过地面服务器中的程序进行分析计算，得到能量的优化利用和节能驾驶措施；通过将处理器得到的能耗数据以及地面服务器得到的能耗数据，可以采取相应的措施，优化机车的操作，实现能量的优化利用。因此通过上述方法能够完成对电力机车进行能量监控，并实现节能驾驶。

本发明实施例提供了电力机车能量监控方法，可以通过上述方法完成对电力机车进行能量监控，并实现节能驾驶。

下面对本发明实施例提供的用于电力机车能量监控的处理器进行介绍，下文描述的处理器与上文描述的电力机车能量监控方法可相互对应参照。

请参考图2，图2为本发明实施例提供的用于电力机车能量监控的处理器的结构框图；该结构框图可以包括；

第一获取模块100，用于获取根据机车网压侧的电压信号和电流信号进行计算得到的输入功率；

第二获取模块200，用于获取机车运行工况以及该运行工况下的回馈功率；

计算模块300，用于根据所述回馈功率和输入功率进行计算，得到所述运行工况下的能耗数据。

可选的，请参考图3，图3为本发明实施例提供的另一用于电力机车能量监控的处理器的结构框图；该结构框图还可以包括；

发送模块400，用于通过无线传输将所述运行工况下的能耗数据发送给终端。

其中，所述终端可以为地面服务器和机车显示器。

下面对本发明实施例提供的电力机车能量监控系统进行介绍，下文描述的电力机车能量监控系统与上文描述的电力机车能量监控方法以及处理器可相互对应参照。

请参考图4，图4为本发明实施例提供的电力机车能量监控系统的结构框图；该结构框图可以包括：

处理器500，用于获取根据机车网压侧的电压信号和电流信号进行计算得到的输入功率，获取机车运行工况以及该运行工况下的回馈功率，根据所述回馈功率和输入功率进行计算，得到所述机车运行工况下的能耗数据；

电压采集器600，用于采集机车网压侧的电压信号；

电流采集器700，用于采集机车网压侧的电流信号；

机车控制器800，用于获取机车运行工况，并发送给处理器及机车能量回馈器；

机车能量回馈器900，用于获取机车运行工况，并根据所述机车运行工况得到能量回馈值，并根据能量回馈值和制动电阻计算得到的回馈功率。

可选的，请参考图5，图5为本发明实施例提供的另一电力机车能量监控系统的结构框图；该结构框图还可以包括：

地面服务器1000，用于根据接收到的各个运行工况下的能耗数据，对所述能耗数据进行分析处理得到节能方案。

可选的，请参考图6，图6为本发明实施例提供的再一电力机车能量监控系统的结构框图；该结构框图还可以包括：

机车显示器，用于显示处理器发送的能耗数据以及其节能方案。

可选的，电力机车能量监控系统可以即包括地面服务器也可以包括机车显示器。这里机车显示器还可以接受由地面服务器发送的数据以及分析处理得到的方案。

可选的，还可以包括电度表。

其中，这里的电度表可以选用高精度电度表，用于对电压信号和先流信号进行采集，并计算得到输入功率。

说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(RAM)、内存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。

以上对本发明所提供的电力机车能量监控方法及系统进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种电力机车能量监控方法，其特征在于，包括：

获取根据机车网压侧的电压信号和电流信号进行计算得到的输入功率；

获取机车运行工况以及该运行工况下的回馈功率；

根据所述回馈功率和输入功率进行计算，得到所述运行工况下的能耗数据。

2.如权利要求1所述的电力机车能量监控方法，其特征在于，获取机车网压侧的电压信号和电流信号包括：

电压采集器采集机车网压侧的电压信号；

电流采集器采集机车网压侧的电流信号。

3.如权利要求2所述的电力机车能量监控方法，其特征在于，按照以下步骤计算输入功率：

使用电度表对接收到的所述电压信号和电流信号进行采集；

对采集后的电压信号和电流信号进行计算，得到输入功率。

4.如权利要求1所述的电力机车能量监控方法，其特征在于，所述获取机车运行工况以及该运行工况下的回馈功率包括：

获取由机车控制单元发送的机车运行工况；

获取由机车能量回馈单元根据所述机车运行工况得到能量回馈值，并根据能量回馈值和制动电阻计算得到的回馈功率，其中，机车运行工况由机车能量回馈单元通过机车控制单元获得。

5.如权利要求1所述的电力机车能量监控方法，其特征在于，还包括：

通过定位系统获取机车位置信息，得到该位置下所述运行工况下的能耗数据。

6.如权利要求1所述的电力机车能量监控方法，其特征在于，还包括：

通过无线传输将所述运行工况下的能耗数据发送给地面服务器；

地面服务器根据接收到的所述运行工况下的能耗数据进行分析处理得到节能方案。

7.一种用于电力机车能量监控的处理器，其特征在于，包括：

第一获取模块，用于获取根据机车网压侧的电压信号和电流信号进行计算得到的输入功率；

第二获取模块，用于获取机车运行工况以及该运行工况下的回馈功率；

计算模块，用于根据所述回馈功率和输入功率进行计算，得到所述运行工况下的能耗数据。

8.如权利要求7所述的处理器，其特征在于，还包括：发送模块，用于通过无线传输将所述运行工况下的能耗数据发送给终端。

9.一种电力机车能量监控系统，其特征在于，包括：

处理器，用于获取根据机车网压侧的电压信号和电流信号进行计算得到的输入功率，获取机车运行工况以及该运行工况下的回馈功率，根据所述回馈功率和输入功率进行计算，得到所述机车运行工况下的能耗数据；

电压采集器，用于采集机车网压侧的电压信号；

电流采集器，用于采集机车网压侧的电流信号；

机车控制器，用于获取机车运行工况，并发送给处理器及机车能量回馈器；

机车能量回馈器，用于获取机车运行工况，并根据所述机车运行工况得到能量回馈值，并根据能量回馈值和制动电阻计算得到的回馈功率。

10.如权利要求9所述的电力机车能量监控系统，其特征在于，还包括：

地面服务器，用于根据接收到的各个运行工况下的能耗数据，对所述能耗数据进行分析处理得到节能方案。