CN105517840B - 用于电气设备的供电系统以及用于维持电气设备的供电的方法 - Google Patents

Abstract

用于电气设备（18）的供电系统（10）包括：用于将功率供给至电气设备（18）的第一供电模块（12a），其中，第一供电模块（12a）可连接至第一电络（16a），并且，适合用于将来自第一电网络（16a）的第一输入电流转换成可供给至电气设备（18）的输出电流；用于将电功率供给至电气设备（18）的第二供电模块（12b），其中，第二供电模块（12b）可连接至与第一电网络（16a）不同的频率和/或不同的电压的第二电网络（16b），并且，适合用于在第一供电模块（12a）不能转换第一输入电流时，将来自第二电网络（16b）的第二输入电流转换成输出电流；以及用于将电功率供给至电气设备（18）的电能存储装置（36），其中，电能存储装置（36）适合用于在第一和/或第二供电模块（12a、12b）不能转换第一和/或第二输入电流时，提供输出电流。

Description

用于电气设备的供电系统以及用于维持电气设备的供电的 方法

技术领域

本发明涉及用于电气设备的供电系统并且涉及用于维持电气设备的供电的方法。

背景技术

在通常铁路设备（诸如铁路道岔、道口、铁路照明设备）中的自动列车保护系统通过实时地监督且控制环行于铁路网络上的所有的车辆（列车）的位置和速度而使能整个车队的安全运行。

如与安全相关的，自动列车保护及铁路设备系统可能要求可靠的供电。例如，这样的系统的输入处的功率中断可能导致车辆停止运行。因此，自动列车保护及铁路设备系统通常包括适应于在预定的时间量将辅助功率提供给系统的关键负载的供电系统。这样的供电系统也被称为不可中断的保护系统。

例如，这样的供电系统可以使可用的50 Hz主网络与关键负载对接，并且，当50 Hz主网络可用时，可以对电池组进行充电。在电力故障的情况下，供电系统将仍然借助于相关联的电池组对关键负载进行供电。

有时借助于柴油发电机提供辅助功率，相对于可用的功率密度，其可能很昂贵并且差。

发明内容

本发明的目标是提供可靠的供电系统，特别是用于铁路应用的可靠的供电系统。

通过本申请的主题而实现该目标。另外的示范性的实施例从本申请和下面的描述中显而易见。

本发明的一个方面涉及用于电气设备的供电系统。供电系统可以是自动列车保护及铁路设备系统中的供电系统。电气设备可以是例如铁路系统（诸如铁路道岔、道口、铁路照明设备）的（关键）负载，可以对这些负载进行供电，以可靠地维持或关闭整个铁路系统的运行。

根据本发明的实施例，供电系统包括用于将功率供给至电气设备的第一供电模块，其中，第一供电模块可连接至第一电网络，并且，适合用于将来自第一电网络的第一输入电流转换成可供给至电气设备的输出电流。第一电网络可以是50 Hz或60 Hz网络。

供电系统可以进一步包括用于将电功率供给至电气设备的第二供电模块，其中，第二供电模块可连接至与第一网络不同的频率和/或不同的电压的第二电网络，并且，适合用于例如，在第一供电模块不能转换其电流时，将来自第二电网络的第二输入电流转换成输出电流。第二电网络可以是16 2/3 Hz网络。

供电系统可以进一步包括用于将电功率供给至电气设备的第三供电模块，其中，第三供电模块可连接至与第一和/或第二网络不同的频率和/或不同的电压的第三电网络，并且，适合用于例如，在第一和/或第二供电模块不能转换其输入电流时，将来自第三电网络的第三输入电流转换成输出电流。第三电网络可以是DC网络。

供电系统可以包括第一供电模块和第二供电模块，或可以包括第一供电模块和第三供电模块。

可以通过具有第一、第二和第三供电模块的供电系统而进一步提高冗余度。在这种情况下，供电模块可以被看作三重电压/三重频率供电系统，该供电系统包括与至少三个独立的可用的电网络（具有不同的电压和/或最终不同的频率）连接的至少三个供电模块。供电系统可以保证至少四个冗余级别，以通过例如来自主网络的功率、来自第二网络的功率、来自第三网络的功率以及来自电池的功率而确保至关键负载的功率。另外，供电系统可以包括用于将电功率供给至电气设备的电能存储装置，其中，电能存储装置适合用于在第一、第二和/或第三供电模块不能转换其输入电流时，提供输出电流。

例如，第一供电模块可以包括第一电池，第二供电模块可以包括第二电池，并且，第三供电模块可以包括第三电池。这些电池可以全都是电能存储装置的一部分。

供电系统可以包括两个或三个冗余电源。两个供电模型可以与两个独立的功率网络，诸如50 Hz或60 Hz主电网络和16 2/3 Hz铁路网络或DC网络连接。第三电源可以由可以从电网络之一装载的电能存储装置，诸如电池组提供。

供电系统可以被看作用于保护电气设备免于突然电力故障的保护系统。在电网络之一或两者电力故障的情况下，供电系统可以在预定义的时间内维持供给至电气设备的功率。此时，例如，可以将与供电系统连接的负载安全地关闭。

此外，在主电力故障和与电能存储装置相关联的系统故障的情况下，可以从第二电网络提供可靠的对负载的供给。关键负载可以与可用的和独立的网络连接，因此使从可用的一个或其它网络消耗负载所请求的功率成为可能。

供电系统可以被看作双重电压/双重频率供电系统，该供电系统包括与至少两个独立的可用的电网络（具有不同的电压和/或最终不同的频率）连接的至少两个供电模块。供电系统可以保证至少三个冗余级别，以通过例如来自主网络的功率、来自第二网络的功率以及来自电池的功率而确保至关键负载的功率。

必须注意到，可能存在为什么供电模块可能不能转换其输入电流的不同的原因。例如，与供电模块相关联的电网络可能电力故障。作为备选方案，如在维护期间，供电模块可能出故障或可能被关闭。

根据本发明的实施例，电能存储装置和/或电池适合用于在第一、第二和/或第三供电模块从第一、第二和/或第三网络接收电功率时被充电。例如，电能存储装置可以包括可以从第一、第二和/或第三电网络充电的一个或多个电池组。

根据本发明的实施例，在第一、第二和/或第三供电模块不能转换其输入电流时，电能存储装置和/或相应的电池分别与第一、第二和/或第三供电模块的第一、第二和/或第三逆变器电连接，用于生成输出电流。例如，电能存储装置或相应的电池可以提供DC电流，该DC电流由相应的逆变器转换成AC输出电流。

根据本发明的实施例，电能存储装置包括适合用于由第一供电模块充电的第一电池和适合用于由第二供电模块充电的第二电池，且/或电能存储装置包括适合用于由第三供电模块充电的第三电池。例如，供电模块中的至少一个可以包括用于对相应的电池进行充电的DC链路。在供能模块中的一个、两个或三个可能不从相关联的电网络接收功率时，可以将来自第一、第二和/或第三电池组的功率供给至相应的转换器并转换成输出电流。

根据本发明的实施例，第一、第二和/或第三供电模块包括用于增大供给至第一、第二和/或第三逆变器的DC链路电压的电压升压器。例如，电能存储装置还可以通过升高的DC电压而充电。

根据本发明的实施例，输入电流之一具有50 Hz或60 Hz的频率，输入电流之一具有16 2/3 Hz的频率；且/或输入电流之一是DC电流。例如，第一输入电流可以是50 Hz或60Hz/230 V电流，第二输入电流可以是16 2/3 Hz电流，并且可选地，第三电流可以是DC电流。

在铁路应用附近，在许多国家，第二主网络可用，所述第二主网络完全地独立于通常可用的三相50 Hz/230 V或60 Hz/230 V网络，诸如16 2/3 Hz/230 V Hz网络或最终AC和DC系统。

根据本发明的实施例，输入电流之一是三相电流。例如，50 Hz或60 Hz输入电流是三相电流，并且，16 2/3 Hz电流是单相电流。

根据本发明的实施例，供电模块包括以下的部件中的至少一个：输入整流器；输入滤波器；DC/DC电池充电器；输出滤波器；以及局部旁路开关，用于使供电模块断开，以将供电模块旁路。

输入整流器可能仅在相关联的输入电流是AC电流时是必要的。输入滤波器可以是LC或LCL滤波器。功率模块的输出级可以包括逆变器和LC或LCL输出滤波器。必须注意到，除了输入整流器之外，第一、第二和/或第三供电模块可以同样地设计，例如可以包括同样的电压升压器、同样的电能存储装置以及同样的逆变器。

根据本发明的实施例，供电系统进一步包括柜架中的用于同时地将所有的供电模块旁路的中央旁路开关。此外，每个供电模块可以包括用于仅将相应的供电模块旁路的旁路开关。

根据本发明的实施例，供电系统进一步包括用于支撑第一供电模块、第二供电模块以及可选地，第三供电模块的柜架。两个或三个供电模块的所有的构件都可以布置于一个共同的柜架中。一个或多个电能存储装置和/或电池可以与柜架分离地布置。供电模块的电池布置于机柜内可以是可能的。上面提到的中央旁路开关可以用于使能对柜架的服务维护。

根据本发明的实施例，供电系统进一步包括控制装置，控制装置可以包括柜架中的控制器总线和每个供电模块中的控制器（表示分散式并行体系结构），该控制装置适应于控制第一、第二和/或第三供电模块以及电能存储装置。控制器总线可以是例如并行总线。控制装置可以检测两个或三个电网络是否电力故障，并且，可以在供电模块之间切换，用于生成输出电流。

本发明的进一步方面涉及用于维持电气设备的供电的方法。必须理解，如在上文中和在下文中描述的方法的特征可以是如在上文中和在下文中描述的系统的特征，反之亦然。本方法可以由供电系统的控制装置自动地执行。

根据本发明的实施例，本方法包括：从转换来自第一电网络的第一输入电流的第一供电模块为电气设备供给输出电流；在第一供电模块不能提供输出电流的情况下，从转换来自与第一电网络不同的频率和/或电压的第二和/或第三电网络的第二和/或第三输入电流的第二和/或第三供电模块为电气设备供给输出电流；从第一电网络对第一电池进行充电，并且，从第二和/或第三电网络对第二和/或第三电池进行充电；在第一、第二和第三供电模块不能提供输出电流的情况下，从第一、第二和/或第三电池为电气设备供给输出电流。

在通常的运行模式下，第一供电模块可以生成输出电流，并且，可以切断一个或两个另外的供电模块。在该运行模式下，还可以对电池进行充电。在第一电网络的故障的情况下，控制装置可以从第一供电模块切换至第二或第三供电模块。在第二电网络也电力故障的情况下，控制装置可以切换至第三供电模块或切换至电能存储装置。

参考下文中描述的实施例，本发明的这些及其他的方面将显而易见且被阐明。

附图说明

将参考附图中所说明的示范性的实施例而在下文中更详细地解释本发明的主题。

图1示意地示出根据本发明的实施例的供电系统；

图2示意地示出根据本发明的进一步实施例的供电系统；

图3示出用于使根据本发明的实施例的供电系统运行的流程图。

原则上，在图中，同一部件设置有相同的参考符号。

具体实施方式

图1示出具有两个供电模块12a、12b的供电系统10，这两个供电模块12a、12b被布置并支撑于共同的柜架14中。

第一供电模块12a与第一电网络16a连接，第一电网络16a可以将50 Hz/230 V或60Hz/230 V的三相输入电流提供给第一供电模块12a。第一供电模块12a适合用于将第一输入电流转换成输出电流，该输出电流将被供给至电气负载18，例如铁路系统的负载，诸如道岔、传感器以及光源。

变压器20可以在第一电网络16a与第一供电模块12a之间互连。

第一供电模块12a包括LCL输入滤波器22、输入整流器24、电压升压器26、逆变器28以及LC输出滤波器30，这些部件按此顺序电连接。DC/DC电池充电器32与电压升压器26和逆变器28之间的DC链路34连接。

此外，第一供电模块12a包括两个电池组36，这两个电池组36分别与DC链路32的正线和负线连接。这两个电池组可以布置于柜架14之外。

旁路开关38可以将第一供电模块12a旁路，并且，可以直接地将负载18与第一电网络16a或变压器20连接。可以使用开关40来使第一供电模块12a从负载18断开。

第二供电模块12b与第二电网络16b连接，第二电网络16b可以将单相16 2/3 Hz/230 V的输入电流提供给第二供电模块12b。并且，第二供电模块12b适合用于将第二输入电流转换成输出电流，该输出电流将被供给至电气负载18。

变压器20的中性点42可以与第二电网络的中性线连接。

第二供电模块12b可以具有与第一供电模块12a相同的构件，仅输入整流器24’可能不同。

共同的中央旁路开关44定位于柜架14之内，适合用于同时地将供电模块12a、12b旁路。

另外，供电系统10包括控制装置46，控制装置46可以包括控制器总线46a和多个控制器46b，控制器总线46a可以定位于柜架14之内，其中，控制器46b可以定位于每个供电模块12a、12b中。如将关于图3而描述的，控制装置46可以控制供电模块12a、12b。

图2示出供电系统10的另外的实施例，除了图1的供电系统之外，供电系统10还包括第三供电模块12c，第三供电模块12c与第三电网络16c连接，可以提供DC电流，以作为第三输入电流。第三供电模块12c适合用于将第三输入电流转换成输出电流，该输出电流将被供给至电气负载18。

第三供电模块12c可以具有与第一供电模块12a和第二供电模块12b相同的构件，仅缺少输入整流器。

供电系统10的另外的实施例仅包括供电模块12a和供电模块12c。

可以使供电系统10运行在不同的运行模式，运行模式可以由控制装置46自动地设置。

在通常的运行模式下，电网络16a、16b、16c提供功率，并且，可以通过功率模块16a、16b之一而将功率供给至负载。控制装置46（其可以具有主/从逻辑）可以控制功率流，。

在电网络16a、16b、16c中的一个或两个停止提供功率时，供电系统10可以进入第二运行模式。在第二运行模式下，不是由其网络16a、16b、16c供给的供电模块12a、12b、12c被切断，并且，具有工作的电网络16a、16b、16c的供电模块12a、12b、12c用于为负载18供给功率。

例如，在16 2/3 Hz网络16b或DC网络16c不运行时，可以从50 Hz网络供给功率。在50 Hz网络不运行时，可以从16 2/3 Hz网络12b或从DC网络16c供给功率。

在所有的电网络16a、16b、16c都不运行的情况下，供电系统进入第三运行模式。在第三运行模式下，通过电池组36而将功率供给至负载18。

图3示出用于使图1和图2的供电系统10运行的流程图。

使用本方法，在电网络16a、16b、16c中的一个或多个电力故障且/或供电模块12a、12b、12c中的一个或多个不工作的情况下，可以维持对电气负载18的供电。

在步骤50中，所有的电网络都运行。为电气设备18供给来自转换来自第一电网络16a的第一输入电流的标准供电模块12a的输出电流。备选地，在该步骤中，例如，在必须维护第一供电模块时，由第二或第三供电模块12b、12c对电气设备供电是可能的。并且，第二电网络16b或第三电网络16c可以是标准电源。

在步骤52中，对供电系统10的电池36进行充电。在对应的电网络16a、16b、16c运行时，可以由功率模块12a、12b、12c对相应的功率模块12a、12b、12c的电池36进行充电。特别地，在功率模块处于待机模式，即不提供输出电流，而对应的电网络16a、16b、16c运行时，可以对功率模块12a、12b、12c的电池36进行充电。

在步骤54中，在供电模块12a、12b、12c不能转换其输入电流，但是来自另一网络16a、16b、16c的电功率可用的情况下，将功率模块12a、12b、12c切断，并且，将具有运行的网络16a、16b、16c的另一功率模块接通。

在步骤56中，在所有的供电模块12a、12b、12c都不能转换输入电流的情况下，从电池36为电气负载18供给功率。如果在独立的网络16a、16b两者上发生双重故障（图1）或发生三重故障（图2），则电能存储装置（即相关联的电池组）36提供功率，该功率供给至负载。

虽然在附图和前文的描述中详细地说明且描述了本发明，但这样的说明和描述将被认为是说明性的或示范性的，而不是限制性的；本发明不限于所公开的实施例。通过对附图、本公开以及所附权利要求的研究，本领域技术人员能够理解并实现其他的对所公开的实施例的变型，并且，这些变型能够实施要求保护的本发明。在权利要求中，单词“包括”不排除其他的元件或步骤，并且，不定冠词“一”或“一个”不排除多个。单个处理器或控制器或其他的单元可以实现权利要求中所叙述的若干项的功能。仅仅在互不相同的从属权利要求中叙述某些措施这一事实不指示这些措施的组合不能用于获利。权利要求中的任何参考符号都不应当被解释为限制范围。

Claims (12)

1.一种用于电气设备（18）的供电系统（10），所述供电系统（10）包括：

用于将功率供给至所述电气设备（18）的第一供电模块（12a）；以及

用于将功率供给至所述电气设备（18）的第二供电模块（12b）和/或第三供电模块（12c）；

其中，所述第一供电模块（12a）可连接至第一电网络（16a），适合用于将来自所述第一电网络（16a）的具有50 Hz或60 Hz的频率的第一输入电流转换成可供给至所述电气设备（18）的输出电流，并且，包括适合用于由所述第一供电模块（12a）充电的第一电池；

其中，所述第二供电模块（12b）可连接至第二电网络（16b），适合用于将来自所述第二电网络（16b）的具有16 2/3 Hz的频率的第二输入电流转换成所述输出电流，并且，包括适合用于由所述第二供电模块（12b）充电的第二电池；

其中，所述第三供电模块（12c）可连接至第三电网络（16c），适合用于将来自所述第三电网络（16c）的第三DC输入电流转换成所述输出电流，并且，包括适合用于由所述第三供电模块（12b）充电的第三电池。

2.如权利要求1所述的供电系统（10），

其中，所述第一、第二和/或第三电池适合用于在所述第一、第二和/或第三供电模块（12a、12b、12c）从所述第一、第二和/或第三电网络（16a、16b、16c）接收电功率时被充电。

3.如权利要求1所述的供电系统（10），

其中，在所述第一、第二和/或第三电网络不运行时，所述第一、第二和/或第三电池与所述第一、第二和/或第三供电模块（12a、12b、12c）的第一、第二和/或第三逆变器（28）电连接，用于生成所述输出电流。

4.如权利要求1所述的供电系统（10），

其中，所述第一、第二和/或第三供电模块（12a、12b、12c）包括用于增大供给至第一、第二和/或第三逆变器（28）的DC链路电压的电压升压器（26）。

5.如权利要求4所述的供电系统（10），

其中，所述第一、第二和/或第三电池可连接至所述DC链路（34）。

6.如权利要求1-5中的一项所述的供电系统（10），

其中，所述第一输入电流是三相电流。

7.如权利要求1-5中的一项所述的供电系统（10），

其中，所述电气设备（18）包括铁路系统的负载。

8.如权利要求1-5中的一项所述的供电系统（10），其中，所述第一、第二和/或第三供电模块（12a、12b、12c）包括以下的部件中的至少一个：

输入整流器（24、24’）；

输入滤波器（22）；

DC/DC电池充电器（32）；

输出滤波器（30）；以及

局部旁路开关（38），用于使所述供电模块断开，以将所述供电模块旁路。

9.如权利要求1-5中的一项所述的供电系统（10），进一步包括：

用于同时地将所有的供电模块（12a、12b、12c）旁路的中央旁路开关（44）。

10.如权利要求1-5中的一项所述的供电系统（10），进一步包括：

用于支撑所述供电模块（12a、12b、12c）的柜架（14）。

11.如权利要求1-5中的一项所述的供电系统（10），进一步包括：

控制装置（46），其适应于控制所述供电模块（12a、12b、12c）。

12.一种用于维持电气设备（18）的供电的方法，所述方法包括：

为所述电气设备（18）供给来自转换来自第一电网络（16a）的具有50 Hz或60 Hz的频率的第一输入电流的第一供电模块（12a）的输出电流；

在所述第一供电模块（12a）不能转换所述第一输入电流的情况下，为所述电气设备（18）供给来自转换来自第二电网络（16b）的具有16 2/3 Hz的频率的第二输入电流的第二供电模块（12b）和/或转换来自第三电网络（16c）的第三DC输入电流的第三供电模块（12c）的所述输出电流；

由所述第一供电模块（12a）对第一电池充电；

进行由所述第二供电模块（12b）对第二电池的充电或由所述第三供电模块（12c）对第三电池的充电之一；以及

在所述供电模块（12a、12b、12c）不能转换所述第一和/或第二输入电流的情况下，为所述电气设备（18）供给来自所述第一、第二和第三电池中的至少一个的功率。