CN104802595A - 采用太阳能的电动有轨列车分段供电系统及控制方法 - Google Patents

Abstract

一种采用太阳能的电动有轨列车分段供电系统及控制方法。系统包括控制端和接收端，控制端包括多个太空太阳能电站、多个电力发射器和多个定位控制器，其中太空太阳能电站为设有太阳能电站的地球静止卫星，多个电力发射器和多个定位控制器设置于多个太空太阳能电站上；接收端包括多个电力接收器、多组高容量蓄电池和多个定位信息发射器，其中电力接收器、高容量蓄电池和定位信息发射器分别设置于电动有轨列车的顶部和内部，且高容量蓄电池与电力接收器和定位信息发射器相互连接并为电动有轨列车供电。本发明提供的采用太阳能的电动有轨列车分段供电系统及控制方法能实现电动有轨列车的无线分段供电，具有节能环保、定位准确的特点。

Description

采用太阳能的电动有轨列车分段供电系统及控制方法

技术领域

本发明属于电力能源技术领域，特别是涉及一种采用太阳能的电动有轨列车分段供电系统及控制方法。

背景技术

随着我国高铁行业的蓬勃发展，越来越多的人选择乘坐高铁出行。但是，铁路运输在很大程度上依赖电力供应的可靠性和系统调度的安全性，例如接触网经常会由于局部漂浮物的交缠而引起短路，从而造成部分线路的瘫痪；另外，若由于列车故障或者乘客吸烟而造成列车中途停车，后续车辆如果未能及时避让，将会造成严重的安全事故，如723高铁事故。因此，电动有轨电车的安全取决于电力供应的可靠性及系统调度的安全性。目前铁路及火车供电系统主要采用三种供电方式：1、车站供电。大型车站都是将电厂或专用供电线路提供的高压电通过供电站点变压器降压至车站各种电气设备需求的压力，然后通过铁路全线的贯通供电线提供给各车站。2、电网供电配合内燃发动机带动发电机进行发电。3、高铁接触电网供电。上述三种方式中，内燃机车正处于逐渐淘汰的趋势，接触电网供电是目前的主要方式。但是，无论哪种方法，都要求全线路供电畅通，即电网时刻处于带电状态，无形中造成了巨大的浪费。

在电力能源领域，自从二十世纪六十年代以来，人类就从科学角度论证了太空太阳能发电技术的可行性，而从太空轨道往地面发射微波进行电能无线传输的概念也证实是可行的。2008年，美国和日本两国的科研人员已跨越了太空太阳能发电技术的一个重要门槛，他们在夏威夷两座相距90英里的海岛上成功实现了微波级能量的无线远距离传输，这一距离相当于从太空轨道传送能量到地面所要穿透的大气层厚度。近年来，无线电力传输的研究取得了实质性的进展，其利用无线电的手段，将电能转换成为无线电波发送出去，再通过特定的接收装置将无线电波收集起来并转换为电能。

综合上述三个问题可见，如果能够为电动有轨列车提供安全可靠的不间断电源、同时绝对杜绝追尾事故发生，将会大大提升铁路运输的竞争能力。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种采用太阳能的电动有轨列车分段供电系统及控制方法。

为了达到上述目的本发明提供的采用太阳能的电动有轨列车分段供电系统包括控制端和接收端，所述的控制端包括多个太空太阳能电站、多个电力发射器和多个定位控制器，其中太空太阳能电站为设有太阳能电站的地球静止卫星，并且其上设有控制装置；电力发射器和定位控制器设置于太空太阳能电站上，并且太空太阳能电站与电力发射器和定位控制器5相连接；所述的接收端包括多个电力接收器、多组高容量蓄电池和多个定位信息发射器，其中电力接收器设置于电动有轨列车走行分段区间两端的供电塔顶部，并与输电线相连，高容量蓄电池和定位信息发射器分别设置于电动有轨列车的内部和顶部，且高容量蓄电池为定位信息发射器供电。

所述的定位控制器和定位信息发射器以无线方式连接；电力发射器以无线方式向电力接收器传输能量。

如图3所示，本发明提供的采用太阳能的电动有轨列车分段供电系统的控制方法包括按顺序执行的下列步骤：

1)判断列车是否启动的S1阶段：在此阶段中，控制端上的定位控制器与接收端上的定位信息发射器进行信息交换，以确认电动有轨列车的位置及是否将执行运输任务，如果判断结果为“是”，则进入S3阶段；否则进入S2阶段；

2)系统空闲的S2阶段：在此阶段中，系统待机30秒，然后进入S1阶段的入口；

3)无线能量输送，开通起始供电区间电力供应的S3阶段：在此阶段中，控制端上的太空太阳能电站根据定位控制器接收到的定位信息发射器上传的坐标信息向相应起始供电区间两端的电力接收器供电，且在两台电力接收器间形成电压差，并通过输电线为电动有轨列车输出电能，然后进入S4阶段；

4)计算列车坐标的S4阶段：在此阶段中，定位控制器根据定位信息发射器上传的信息，动态计算出电动有轨列车的坐标，然后进入S5阶段；

5)判断是否进入下一供电区间的S5阶段：在此阶段中，定位控制器5将判断电动有轨列车是否接近下一供电区间，如果判断结果为“是”，则进入S6阶段；否返回S3阶段，持续为电动有轨列车所在供电区间供电；

6)判断是否将进入其他列车供电区间的S6阶段：在此阶段中，定位控制器将比对同一线路上其他列车定位信息发射器反馈的位置信息，以判断本电动有轨列车将要行进到的下一供电区间内是否存在其它电动有轨列车，如果判断结果为“是”，表明两辆电动有轨列车的安全距离不够，则进入S7阶段；否则进入S8阶段；

7)发出提示信息并暂停该列车所在区间电力供应的S7阶段：在此阶段中，在太空太阳能电站上控制装置的控制下将停止太空太阳能电站向该电动有轨列车所在线路输入电力，电动有轨列车将减速滑行直至停止在该区间内，然后返回S6阶段的入口；

8)开通下一供电区间无线能量输送的S8阶段：在此阶段中，在太空太阳能电站上控制装置的控制下太空太阳能电站将向电动有轨列车前进方向的下一供电区间供电，待电动有轨列车驶入下一供电区间后，原供电区间停止电力输入，然后进入S9阶段；

9)判断是否到达终点的S9阶段：在此阶段中，太空太阳能电站上的控制装置将根据电动有轨列车的动态坐标判断电动有轨列车是否到达终点，如果判断结果为“是”，则系统结束运行，太空太阳能电站停止向电动有轨列车所在供电区间供电；否则返回S4阶段。

本发明提供的采用太阳能的电动有轨列车分段供电系统及控制方法具有如下优点：1)绿色环保。本系统采用了绿色能源——太阳能，避免了内燃机的碳排放和地面电力输运的基础设施投资和导线电力损耗，基本实现了零排放，符合国家发展的大方向。2)安全性高。利用分段供电方法，将杜绝列车追尾事件发生，其精准程度要高于基于GPS的列车调度系统，即使列车驾驶员没有执行调度指挥，也会因为丧失动力而在追尾前静止于前方列车的后部。

附图说明

图1为本发明提供的采用太阳能的电动有轨列车分段供电系统组成框图。

图2为本发明提供的采用太阳能的电动有轨列车分段供电系统结构示意图。

图3为本发明提供的采用太阳能的电动有轨列车分段供电系统的控制方法流程图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明提供的采用太阳能的电动有轨列车分段供电系统及控制方法进行详细说明。

如图1、图2所示，本发明提供的采用太阳能的电动有轨列车分段供电系统包括控制端1和接收端2，所述的控制端1包括多个太空太阳能电站3、多个电力发射器4和多个定位控制器5，其中太空太阳能电站3为设有太阳能电站的地球静止卫星，并且其上设有控制装置；电力发射器4和定位控制器5设置于太空太阳能电站3上，并且太空太阳能电站3与电力发射器4和定位控制器5相连接；所述的接收端2包括多个电力接收器7、多组高容量蓄电池8和多个定位信息发射器9，其中电力接收器7设置于电动有轨列车6走行分段区间两端的供电塔10顶部，并与输电线11相连，高容量蓄电池8和定位信息发射器9分别设置于电动有轨列车6的内部和顶部，且高容量蓄电池8为定位信息发射器9供电。

所述的定位控制器5和定位信息发射器9以无线方式连接；电力发射器4以无线方式向电力接收器7传输能量。

所述的定位信息发射器9上带有与电动有轨列车6信息相匹配的识别码。所述的电力接收器7上带有各自独立的识别码。

如图3所示，本发明提供的采用太阳能的电动有轨列车分段供电系统的控制方法包括按顺序执行的下列步骤：

1)判断列车是否启动的S1阶段：在此阶段中，控制端1上的定位控制器5与接收端2上的定位信息发射器9进行信息交换，以确认电动有轨列车6的位置及是否将执行运输任务，如果判断结果为“是”，则进入S3阶段；否则进入S2阶段；

2)系统空闲的S2阶段：在此阶段中，系统待机30秒，然后进入S1阶段的入口；

3)无线能量输送，开通起始供电区间电力供应的S3阶段：在此阶段中，控制端1上的太空太阳能电站3根据定位控制器5接收到的定位信息发射器9上传的坐标信息向相应起始供电区间两端的电力接收器7供电，且在两台电力接收器7间形成电压差，并通过输电线11为电动有轨列车6输出电能，然后进入S4阶段；

4)计算列车坐标的S4阶段：在此阶段中，定位控制器5根据定位信息发射器9上传的信息，动态计算出电动有轨列车6的坐标，然后进入S5阶段；

5)判断是否进入下一供电区间的S5阶段：在此阶段中，定位控制器5将判断电动有轨列车6是否接近下一供电区间，如果判断结果为“是”，则进入S6阶段；否返回S3阶段，持续为电动有轨列车6所在供电区间供电；

6)判断是否将进入其他列车供电区间的S6阶段：在此阶段中，定位控制器5将比对同一线路上其他列车定位信息发射器9反馈的位置信息，以判断本电动有轨列车6将要行进到的下一供电区间内是否存在其它电动有轨列车6，如果判断结果为“是”，表明两辆电动有轨列车6的安全距离不够，则进入S7阶段；否则进入S8阶段；

7)发出提示信息并暂停该列车所在区间电力供应的S7阶段：在此阶段中，在太空太阳能电站3上控制装置的控制下将停止太空太阳能电站3向该电动有轨列车6所在线路输入电力，电动有轨列车6将减速滑行直至停止在该区间内，然后返回S6阶段的入口；

8)开通下一供电区间无线能量输送的S8阶段：在此阶段中，在太空太阳能电站3上控制装置的控制下太空太阳能电站3将向电动有轨列车6前进方向的下一供电区间供电，待电动有轨列车6驶入下一供电区间后，原供电区间停止电力输入，然后进入S9阶段；

9)判断是否到达终点的S9阶段：在此阶段中，太空太阳能电站3上的控制装置将根据电动有轨列车6的动态坐标判断电动有轨列车6是否到达终点，如果判断结果为“是”，则系统结束运行，太空太阳能电站3停止向电动有轨列车6所在供电区间供电；否则返回S4阶段。

Claims (3)

1.一种采用太阳能的电动有轨列车分段供电系统，其特征在于：其包括控制端(1)和接收端(2)，所述的控制端(1)包括多个太空太阳能电站(3)、多个电力发射器(4)和多个定位控制器(5)，其中太空太阳能电站(3)为设有太阳能电站的地球静止卫星，并且其上设有控制装置；电力发射器(4)和定位控制器(5)设置于太空太阳能电站(3)上，并且太空太阳能电站(3)与电力发射器(4)和定位控制器(5)相连接；所述的接收端(2)包括多个电力接收器(7)、多组高容量蓄电池(8)和多个定位信息发射器(9)，其中电力接收器(7)设置于电动有轨列车(6)走行分段区间两端的供电塔(10)顶部，并与输电线(11)相连，高容量蓄电池(8)和定位信息发射器(9)分别设置于电动有轨列车(6)的内部和顶部，且高容量蓄电池(8)为定位信息发射器(9)供电。

2.根据权利要求1所述的采用太阳能的电动有轨列车分段供电系统，其特征在于：所述的定位控制器(5)和定位信息发射器(9)以无线方式连接；电力发射器(4)以无线方式向电力接收器(7)传输能量。

3.一种如权利要求1所述的采用太阳能的电动有轨列车分段供电系统的控制方法，其特征在于：所述的控制方法包括按顺序执行的下列步骤：

1)判断列车是否启动的S1阶段：在此阶段中，控制端(1)上的定位控制器(5)与接收端(2)上的定位信息发射器(9)进行信息交换，以确认电动有轨列车(6)的位置及是否将执行运输任务，如果判断结果为“是”，则进入S3阶段；否则进入S2阶段；

2)系统空闲的S2阶段：在此阶段中，系统待机30秒，然后进入S1阶段的入口；

3)无线能量输送，开通起始供电区间电力供应的S3阶段：在此阶段中，控制端(1)上的太空太阳能电站(3)根据定位控制器(5)接收到的定位信息发射器(9)上传的坐标信息向相应起始供电区间两端的电力接收器(7)供电，且在两台电力接收器(7)间形成电压差，并通过输电线(11)为电动有轨列车(6)输出电能，然后进入S4阶段；

4)计算列车坐标的S4阶段：在此阶段中，定位控制器(5)根据定位信息发射器(9)上传的信息，动态计算出电动有轨列车(6)的坐标，然后进入S5阶段；

5)判断是否进入下一供电区间的S5阶段：在此阶段中，定位控制器(5)将判断电动有轨列车(6)是否接近下一供电区间，如果判断结果为“是”，则进入S6阶段；否返回S3阶段，持续为电动有轨列车(6)所在供电区间供电；

6)判断是否将进入其他列车供电区间的S6阶段：在此阶段中，定位控制器(5)将比对同一线路上其他列车定位信息发射器(9)反馈的位置信息，以判断本电动有轨列车(6)将要行进到的下一供电区间内是否存在其它电动有轨列车(6)，如果判断结果为“是”，表明两辆电动有轨列车(6)的安全距离不够，则进入S7阶段；否则进入S8阶段；

7)发出提示信息并暂停该列车所在区间电力供应的S7阶段：在此阶段中，在太空太阳能电站(3)上控制装置的控制下将停止太空太阳能电站(3)向该电动有轨列车(6)所在线路输入电力，电动有轨列车(6)将减速滑行直至停止在该区间内，然后返回S6阶段的入口；

8)开通下一供电区间无线能量输送的S8阶段：在此阶段中，在太空太阳能电站(3)上控制装置的控制下太空太阳能电站(3)将向电动有轨列车(6)前进方向的下一供电区间供电，待电动有轨列车(6)驶入下一供电区间后，原供电区间停止电力输入，然后进入S9阶段；

9)判断是否到达终点的S9阶段：在此阶段中，太空太阳能电站(3)上的控制装置将根据电动有轨列车(6)的动态坐标判断电动有轨列车(6)是否到达终点，如果判断结果为“是”，则系统结束运行，太空太阳能电站(3)停止向电动有轨列车(6)所在供电区间供电；否则返回S4阶段。