CN105015354B - 一种多源机车能源管理系统及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种多源机车能源管理系统，所述多源机车能源管理系统包括外部能源单元，至少一组多源机车牵引控制单元，用于控制所述多源机车，包括以下组成部分：牵引电机，牵引变流器，内部储能单元，能源管理模块，所述能源管理模块与外部能源接口及内部储能单元连接，用于管理、监控、调度外部能源接口及内部储能单元的能源供能。还公开了一种基于上述多源机车能源管理系统的控制方法，通过能源管理模块根据内部储能单元对各单元进行协调控制。与现有技术相比，本发明设有外部能源接口及内部储能单元，使其作为机车供电手段之一，同时该控制方法大大提高了内部能源的利用效率及机车工作的稳定性。
Description
技术领域
本发明涉及机车领域，特别是一种多源机车能源管理系统及其控制方法。
背景技术
现有的机车多设有储能电源，但是当其在机车故障需要储能电源的支持时，因为现有的机车没有外部电源接口，若机车上的储能电源电量不足或故障时，机车不能为储能电源提供有效的电能补充，使得储能电源不能发挥应有的应急作用，造成机车停止运行而占用机车道，从而可能导致对机车调度产生严重的影响。
而且，因现有的机车并没有完善的电源管理系统，使其无法实现针对储能电源进行高效管理和利用，导致其能源利用率不高，造成能源上的浪费。
发明内容
有鉴于此，本发明需要解决的问题是，提供一种具有外部电源接口且具有一套高效能源管理和利用的控制方法的多源机车能源管理系统。
为了解决上述问题，本发明提供以下技术方案：一种多源机车能源管理系统，包括
外部能源单元，所述外部能源单元通过将外部能源输入到多源机车牵引控制单元用于供电；
至少一组多源机车牵引控制单元，用于控制所述多源机车，包括以下组成部分：
牵引电机，所述牵引电机用于牵引机车；
牵引变流器，所述牵引变流器用于将不同输入能源转换成牵引电机可用的能源，连接在内部储能单元、外部能源接口与牵引电机之间；
外部能源接口，所述外部能源接口用于为牵引电机接入外部能源，连接在外部能源与牵引变流器之间；
内部储能单元，所述内部储能单元用于在应急时将能源输出到牵引变流器为牵引电机供电；
能源管理模块，所述能源管理模块与外部能源接口及内部储能单元连接，用于管理、监控、调度外部能源接口及内部储能单元的能源供能，所述每组多源机车牵引控制单元的能源管理模块与机车控制器连接通讯并受机车控制器统一控制。
优选的，所述内部储能单元包括：
蓄电池组，所述蓄电池组接入牵引变流器输入端，用于为牵引电机供电；
储能模块，所述储能模块接入牵引变流器输入端，用于在应急时为牵引电机或蓄电池供电。
优选的，所述蓄电池设有电源管理系统，所述储能单元设有储能管理系统，外部能源设有外部能源管理系统，所述电源管理系统、储能管理系统及外部能源管理系统均与能源管理模块进行连接通讯。
一种多源机车能源管理系统的控制方法，基于上述多源机车能源管理系统，每组多源机车牵引控制单元均包括以下控制方法：
a．能源管理模块实时采集并监视多源机车牵引控制单元各部分的数据或状态；
b．将能源管理模块采集的多源机车牵引控制单元各部分数据或状态进行分析，将整个机车能源系统状态反馈给机车及车上显示界面；
c．根据多源机车牵引控制单元中各能源的供电情况，协调控制内部储能单元及外部能源的能源输出。
优选的，所述能源管理模块实时采集外部能源接口信息，控制外部能源的接入或断开，并实时采集外部能源的输入能量。
优选的，所述能源管理模块通过通讯总线与储能管理系统及电池管理系统进行通讯，实时采集储能单元及蓄电池组的电压、电流、温度以及剩余电量信息。
优选的，在步骤c中，当能源管理模块检测到蓄电池电量不足时，若机车处于运行状态，能源管理模块则优先用外部能源单元给蓄电池组补充电量；若车辆处于停止状态，能源管理模块则通过储能单元给蓄电池组进行充电，确保系统能正常工作。
优选的，在步骤c中，当能源管理模块检测到储能系统电量不足时，若机车处于运行状态，能源管理模块则优先用外部能源单元给储能系统补充电量；若储能系统无剩余电量或故障时，能源管理模块通过调度蓄电池组提供电能；
若车辆出现应急故障，能源管理单元则通过调度储能系统给机车提供电能用于驱动机车运行。
优选的，机车控制器根据每组多源机车牵引控制单元的内部储能单元的储能情况分配功率输出，以均衡各组多源机车牵引控制单元的储能。
优选的，所述能源管理模块检测到外部能源输入时，优先使用外部能源供牵引电机使用。
与现有技术相比，本发明包含以下有益效果：
1.提供一外部能源单元及具有外部能源接口的多源机车牵引控制单元，可以通过外部为内部储能电源系统提供外部能源，使得当机车内部储能电源电能不足时，可利用外部电源为其供能，保证机车具有足够的用于牵引的能源，提高了机车牵引电机供能的可靠性。
2.提供一套基于该多源机车牵引控制单元的控制方法，有效提高了该机车对于储能电源系统的管理和利用效率，可以在储能电源或正常供能出现故障或电量低的情况下为机车提供正常供电，避免机车出现故障所导致的运行停止的情况。
3.通过多源机车牵引控制单元的控制方法，可根据储能电源的储能情况合理调整调度各组多源机车牵引控制单元的功率输出，可均衡各节机车的储能，提高其储能利用效率。
附图说明
图1为本发明所述多源机车能源管理系统各部分的连接结构框图。
具体实施方式
下面将结合附图及实施例来对本发明作进一步详细说明。
图1为本发明所述多源机车能源管理系统各部分的连接结构框图。如图1所示，所述多源机车能源管理系统包括至少一组多源机车牵引控制单元，每组多源机车牵引控制单元包括外部能源单元，所述外部能源单元通过将外部能源输入到多源机车牵引控制单元用于供电，外部能源可以是太阳能、电网或其他供电能源；至少一组多源机车牵引控制单元，用于控制所述多源机车。本实施例中，机车由多节单节机车连接构成，其采用分散式牵引来提供牵引动力，每节单节机车均包含一组多源机车牵引控制单元。
如图1所示，所述每组多源机车牵引控制单元包括以下组成部分：牵引电机，该牵引电机通过连接牵引变流器及其他供电设备进行机车牵引。牵引变流器，该牵引变流器用于将不同输入能源转换成牵引电机可用的能源，连接在内部储能单元、外部能源接口与牵引电机之间。外部能源接口，该外部能源接口用于为牵引电机接入外部能源，连接在外部能源与牵引变流器之间。内部储能单元，该内部储能单元用于在应急时将能源输出到牵引变流器为牵引电机供电。能源管理模块，该能源管理模块与外部能源接口及内部储能单元连接，用于管理、监控、调度外部能源接口及内部储能单元的能源供能，同时与机车控制系统实时数据交换，接受机车指令，并根据相关指令，下发到各执行单元，由下级执行单元根据需要实时控制能量调度。所述每组多源机车牵引控制单元的能源管理模块与机车控制器连接通讯并受机车控制器统一控制。
本实施例中，机车采用110V蓄电池组作为内部储能单元的组成部分，该110V蓄电池组接入牵引变流器输入端，用于为牵引电机供电。同时，110V蓄电池组包含一套电池管理系统(BMS)，用于实时采集蓄电池组的电压、电流、温度以及剩余电量信息，并将该采集的信息通过通讯总线与能源管理模块进行通讯，以便使能源管理模块可以根据该数据，合理调度能源输出。该内部储能单元还包括储能模块，该储能模块接入到牵引变流器输入端，用于在应急时为牵引电机或蓄电池供电。同时，该储能模块还包含一套储能管理系统，该储能管理系统用于采集储能模块的电压、电流、温度以及剩余电量信息，并将该采集的信息通过通讯总线与能源管理模块进行通讯，其作用效果与上述电池管理系统相一致。同时，所述能源管理模块通过通讯总线与外部能源管理系统进行通讯，实时采集外部能源接口信息，控制外部能源的接入或断开，并实时采集外部能源的输入能量。
当能源管理模块对电池管理系统、储能管理系统、外部能源管理系统的信息进行采集以后，会对上述信息进行分析及实时监控，并将整个机车的能源系统状态反馈给机车控制器及车上显示界面，有助于机车控制人员根据该能源管理模块实时采集的信息对机车的情况作出判断，有利于机车控制人员在机车出现问题前及时发现，避免问题的出现。
本实施例中，针对该多源机车能源管理系统，提供了一种基于该多源机车能源管理系统的控制方法，其包括以下步骤：首先，能源管理模块实时采集并监视多源机车牵引控制单元各部分的数据或状态；然后，将能源管理模块采集的多源机车牵引控制单元各部分数据或状态进行分析，将整个机车能源系统状态反馈给机车及车上显示界面；最后，根据多源机车牵引控制单元中各能源的供电情况，协调控制内部储能单元及外部能源之间的能源输出。
本实施例中，能源管理单元检测到有太阳能、电网或其他外部能源接入时，将控制相关控制器优先利用太阳能、电网或其他外部能源等能源对机车进行供电。
当能源管理模块检测到110V蓄电池组电量不够时，会在机车运行阶段优先用外部电源给蓄电池组补充电量。当车辆到达车站并停止运行时，能源管理单元将通过储能单元给110V蓄电池组补充电量，确保系统能正常工作。
当能源管理模块检测到储能单元电量不够时，若有外部电源与机车连接，则能源管理模块会在机车运行阶段优先用外部电源给储能系统补充电量。
当车辆出现应急故障时，能源管理单元将通过调度储能系统给机车提供电能，驱动机车运行。
当储能单元无剩余电量或故障时，能源管理单元通过调度110V蓄电池组提供电能，确保机车不占用线路；
本实施例中，因为每组多源机车牵引控制单元的能源管理模块与机车控制器连接通讯，并受机车控制器统一控制，能源管理单元通过实时与机车控制器通讯，可以根据每组储能系统的容量多少，合理分配每个牵引电机的出力，例如，若第一节机车内部储能单元储能较多，而第二节机车内部储能单元储能较少，能源管理模块检测到这个结果后，可以提高第一节机车的牵引电机出力，减少第二节机车的牵引电机出力，即通过这样的调节手段使得每一节机车的内部储能单元的电量均能维持在一个较为平均的水平，这样使得机车可避免因个别机车内部储能单元首先耗尽而使整列机车造成安全隐患。
优选的，能源管理模块可根据机车给定的剩余里程，并结合内部储能单元剩余电量，预测可运行里程，提前预警，使得机车控制人员可在未来机车电量不足前提前制定解决措施。
上述实施例仅为本发明的较优的实现方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些显而易见的替换形式均属于本发明的保护范围。
Claims (4)
1.一种多源机车能源管理系统，其特征在于：包括
外部能源单元，所述外部能源单元通过将外部能源输入到多源机车牵引控制单元用于供电；
至少一组多源机车牵引控制单元，用于控制所述多源机车，包括以下组成部分：
牵引电机，所述牵引电机用于牵引机车；
牵引变流器，所述牵引变流器用于将不同输入能源转换成牵引电机可用的能源，连接在内部储能单元、外部能源接口与牵引电机之间；
外部能源接口，所述外部能源接口用于为牵引电机接入外部能源，连接在外部能源与牵引变流器之间；
内部储能单元，所述内部储能单元用于在应急时将能源输出到牵引变流器为牵引电机供电；
能源管理模块，所述能源管理模块与外部能源接口及内部储能单元连接，用于管理、监控、调度外部能源接口及内部储能单元的能源供能，所述每组多源机车牵引控制单元的能源管理模块与机车控制器连接通讯并受机车控制器统一控制；
所述内部储能单元包括：
蓄电池组，所述蓄电池组接入牵引变流器输入端，用于为牵引电机供电；
储能模块，所述储能模块接入牵引变流器输入端，用于在应急时为牵引电机或蓄电池供电；
所述蓄电池设有电源管理系统，所述储能单元设有储能管理系统，外部能源设有外部能源管理系统，所述电源管理系统、储能管理系统及外部能源管理系统均与能源管理模块进行连接通讯。
2.一种多源机车能源管理系统的控制方法，基于权利要求1所述的多源机车能源管理系统，其特征在于：每组多源机车牵引控制单元均包括以下控制方法：
a．能源管理模块实时采集并监视多源机车牵引控制单元各部分的数据或状态；
b．将能源管理模块采集的多源机车牵引控制单元各部分数据或状态进行分析，将整个机车能源系统状态反馈给机车及车上显示界面；
c．根据多源机车牵引控制单元中各能源的供电情况，协调控制内部储能单元及外部能源的能源输出；当能源管理模块检测到蓄电池电量不足时，若机车处于运行状态，能源管理模块则优先用外部能源单元给蓄电池组补充电量；若车辆处于停止状态，能源管理模块则通过储能单元给蓄电池组进行充电，确保系统能正常工作；
当能源管理模块检测到储能系统电量不足时，若机车处于运行状态，能源管理模块则优先用外部能源单元给储能系统补充电量；若储能系统无剩余电量或故障时，能源管理模块通过调度蓄电池组提供电能；
若车辆出现应急故障，能源管理单元则通过调度储能系统给机车提供电能用于驱动机车运行；
机车控制器根据每组多源机车牵引控制单元的内部储能单元的储能情况分配功率输出，以均衡各组多源机车牵引控制单元的储能；
所述能源管理模块检测到外部能源输入时，优先使用外部能源供牵引电机使用。
3.根据权利要求2所述的多源机车能源管理系统的控制方法，其特征在于：所述能源管理模块通过通讯总线与外部能源管理系统进行通讯，实时采集外部能源接口信息，控制外部能源的接入或断开，并实时采集外部能源的输入能量。
4.根据权利要求3所述的多源机车能源管理系统的控制方法，其特征在于：所述能源管理模块通过通讯总线与储能管理系统及电池管理系统进行通讯，实时采集储能单元及蓄电池组的电压、电流、温度以及剩余电量信息。
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