CN108001482B - 电气车辆分段连续式地面供电系统及方法 - Google Patents

电气车辆分段连续式地面供电系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种电气车辆分段连续式地面供电系统及方法，包括直流电源和延车辆运行线路分布的各馈电模块，所述各馈电模块的断电点与系统安全负极相连，馈电点分别通过熔断器与系统正极母线连接，直流电源的正输出端与系统正极母线之间设置一个由计算机控制的调制开关，所述计算机检测系统的电压、电流信号，控制所述调制开关的工作状态。当检测的相关系统运行参数达到临界值时，以将调制开关断并保持至设定时间后再次导通的调制限流方式供电。大幅度减少供电线路及车辆的故障和维护工作量，提高车辆运行的安全性和可靠性。

Description

电气车辆分段连续式地面供电系统及方法
技术领域
本发明属于电气车辆供电技术领域，具体涉及一种电气车辆分段连续式地面供电系统及方法。
背景技术
电气车辆分段连续式地面供电，从1900年德国12593号专利首次提出时起，到现在已经有一百多年了。虽然这个方案具有取消架空网线、方便安全接近、有利城市景观等著多优点，但是由于还有一些技术难题没有解决，从而阻碍了实际应用。长期以来，人们的努力主要集中在如何保证馈电设备对周围环境的安全性上。上个世纪90年代，欧洲专利EP-B-0761493 提出了一种模块化馈电方案，较好地解决了这个问题。这个方案的贡献在于：当车辆临近时，借助于车辆上磁力拾取设备的作用，使模块的导体元件断开与地电位的连接，正极馈电线与模块的导体元件接通；而当车辆远离时，失去了车辆上磁力拾取设备的作用，馈电线便与模块的导体元件断开，模块的导体元件恢复与地电位的连接。即便如此，直到现在电气车辆分段连续式地面供电仍然没有达到规模化的商业应用。这主要是由于铺设在地面上的这种供电系统，经常会有各种原因引起的可能造成短路故障的瞬时性干扰，不及时排除这些干扰，就会引发短路故障。而每一次短路故障都将使变电所跳闸，造成线路供电中断，严重的可能烧损昂贵的供电装置。由于无法快速找出故障点所在何处，致使抢修时间漫长。现有技术无法将这些瞬时性干扰与实际短路故障相区分，更无法排除这些干扰，因此只能把它们全部作为短路故障处理，这样就造成整个供电系统的频繁跳阐，使整个线路无法正常运行。
发明内容
本发明的目的就是克服上述现有技术之不足，提供一种电气车辆分段连续式地面供电系统及方法。
本发明的目的是这样实现的：一种电气车辆分段连续式地面供电系统，包括直流电源和沿车辆运行线路分布的各馈电模块，所述各馈电模块的断电点与系统安全负极相连，其特征在于各馈电模块的馈电点分别通过熔断器与系统正极母线连接，直流电源的正输出端与系统正极母线之间设置一个由计算机控制的调制开关，所述计算机检测系统的电压、电流信号，控制所述调制开关的工作状态。
进一步地，所述调制开关由互相并联的第一开关和第二开关构成，所述第一开关为电力电子开关，所述第二开关为接触器开关。
一种上述电气车辆分段连续式地面供电系统的运行方法，其特征在于采取下列步骤：
A1.设定安全负极电流临界值IN、调制开关关断时间常数T1off；
A2.系统供电初始化；
A3.检测系统的安全负极电流iN；
A4.当安全负极电流iN大于临界值IN时，调制开关关断并保持T1off后再次导通，返回步骤 A3。
一种上述电气车辆分段连续式地面供电系统的运行方法，其特征在于采取下列步骤：
B1.设定输出电流临界值Iout、输出电流变化率临界值Iout′、调制开关断开时间常数T2off；
B2.系统供电初始化；
B3.检测输出电流iout、输出电流变化率iout′；
B4.当输出电流iout大于临界值Iout且输出电流变化率iout′大于临界值Iout′时，调制开关关断并保持至T2off后再次导通，返回步骤B3。
进一步地，所述步骤B1中还设定调制开关的关断次数常数N2及计数时间常数TN2、直流电源跳闸电流Ioff、熔断器熔断电流IRD且IRD小于Ioff、熔断时间TRD；当所述步骤B4中的调制开关关断次数在TN2时间内超过关断次数常数N2时，进入步骤B5,导通调制开关并保持TRD时间，使短路点所在馈电模块的熔断器在电流达到熔断电流IRD时熔断，从而将该馈电模块从电路中切除然后返回步骤B3。
进一步地，所述步骤B1中还设定调制开关的熔断导通次数常数N1及时间常数TN1，所述步骤B5中调制开关的熔断导通次数在TN1时间内超过熔断导通次数常数N1时，判定车辆受电靴短路故障，将调制开关关断，排除车辆受电靴短路故障后，返回步骤B2。
一种上述电气车辆分段连续式地面供电系统的运行方法，其特征在于采取下列步骤：
C1.设定正极电流变化率临界值IP′、 正极电流对安全负极电流的临界倍数b、调制开关关断时间常数T2off,其中b≧1.1；
C2.系统供电初始化；
C3.检测正极电流iP、安全负极电流iN；
C4.当正极电流变化率iP′大于临界值IP′且iN≦iP<biN时，判断为馈电模块短路，以调制开关关断并保持至T2off后再次导通的间歇循环方式供电；当正极电流变化率iP′大于临界值 IP′且iP≧biN时，判断为判定车辆受电靴短路故障，将调制开关关断，排除车辆受电靴短路故障后，返回步骤C2。
进一步地，所述步骤C1中还设定调制开关的断开次数常数N2及计数时间常数TN2、熔断器熔断电流IRD且IRD小于直流电源跳闸电流Ioff、熔断时间TRD；当所述步骤C4中的调制开关关断次数在TN2时间内超过关断次数常数N2时，进入步骤C5，导通调制开关并保持TRD时间，使短路点所在馈电模块的熔断器在电流达到熔断电流IRD时熔断，从而将该馈电模块从电路中切除然后返回步骤C3。
进一步地，所述步骤C1中还设定调制开关的熔断导通次数常数N1及时间常数TN1，所述步骤C5中调制开关的熔断导通次数在TN1时间内超过熔断导通次数常数N1时，判定车辆受电靴短路故障，将调制开关关断，排除车辆受电靴短路故障后，返回步骤C2。
本发明的技术方案，在车辆运行过程中，可及时发现系统负极与安全负极短路故障，以调制限流方式供电，避免系统跳闸瘫痪；可及时检测出可能造成馈电模块短路故障的瞬时性干扰，以调制限流方式供电，使车辆顺利通过该模块而不发生短路烧损；可及时把已发生短路故障的馈电模块从电路中切除，避免系统跳闸停电；可及时发现受电靴短路故障，车辆可将其中的故障受电靴抬起，利用未发生故障的受电靴继续运行，避免单车故障造成全线堵塞。大幅度减少供电线路及车辆的故障和维护工作量，提高车辆运行的安全性和可靠性。
附图说明
图1为本发明实施例的电气车辆分段连续式地面供电系统原理示意图。
图2为本发明实施例的电气车辆分段连续式地面供电系统运行方法流程示意图。
具体实施方式
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。
参看图1，本发明实施例的电气车辆分段连续式地面供电系统，包括提供直流电源的变电所VCB和延车辆运行线路分布的各馈电模块Sn。所述各馈电模块Sn的断电点与系统安全负极PNS相连，馈电点分别通过熔断器Rn与系统正极母线PP连接。变电所VCB的正输出端与系统正极母线PP之间设置一个由计算机MID控制的调制开关MS。所述调制开关MS由互相并联的电力电子开关IGBT和接触器开关FBC构成。所述计算机MID检测系统的电压、电流信号，控制所述调制开关MS的工作状态。
参看图2，本发明实施例的电气车辆分段连续式地面供电系统一种运行方法从框1.0开始。进入框1.1，设定安全负极电流临界值IN、调制开关关断时间常数T1off，直流电源跳闸电流Ioff、输出电流临界值Iout、输出电流变化率临界值Iout′、调制开关关断时间常数T2off、调制开关的熔断导通次数常数N1及时间常数TN1、调制开关的关断次数常数N2及计数时间常数TN2、熔断器熔断电流IRD且IRD小于直流电源跳闸电流Ioff、熔断时间TRD。进入框1.2，系统供电初始化，第一开关IGBT处于导通状态，第二开关处于关断状态。进入框1.3，检测系统的安全负极电流 iN。进入框1.4，判断安全负极电流iN是否大于临界值IN：否则进入框1.6；是则进入框1.5。在框1.5，第一开关IGBT关断并保持T1off后再次接通，然后返回框1.3。在框1.6，检测输出电流iout、输出电流变化率iout′。进入框1.7，判断输出电流iout是否大于临界值Iout：否则返加框1.6；是进入框1.8。在框1.8判断输出电流变化率iout′是否大于临界值Iout′：否则返回框1.6；是则进入框1.9。在框1.9，第一开关IGBT关断并保持至T2off后再次导通。进入框1.10，计数器n2计数第一开关IGBT的关断次数，计时器Time2计时。进入框1.11，判断是否n2大于N2 且Time2小于T2：否则返回框1.6；是进入框1.12。在框1.12，关断第一开关IGBT，导通第二开关FBC并保持TRD时间，使短路点所在馈电模块的熔断器在电流达到熔断电流IRD时熔断，从而将该馈电模块从电路中切除。进入框1.13，计数器n1计数熔断导通次数，计时器Time1计时。进入框1.14，判断是否n1大于N1且Time1小于T1：是则进入框1.15；否则返回框1.3。在框1.15，判定车辆受电靴短路故障，将第一开关IGBT关断，排除车辆受电靴短路故障后，返回框1.2。
在上述电气车辆分段连续式地面供电系统运行方法中，也可设定设定正极电流变化率临界值IP′正极电流对安全负极电流的临界倍数b、调制开关关断时间常数T2off，检测正极电流 iP、安全负极电流iN。当正极电流变化率iP′大于临界值IP′且iN≦iP<biN时，判断为馈电模块短路，以调制开关关断并保持至T2off后再次导通的调制限流方式供电；当正极电流变化率iP′大于临界值IP′且iP≧biN时，判断为判定车辆受电靴短路故障，将调制开关关断。

Claims (5)

1.一种电气车辆分段连续式地面供电系统的运行方法，包括直流电源和沿车辆运行线路分布的各馈电模块，所述各馈电模块的断电点与系统安全负极相连，各馈电模块的馈电点分别通过熔断器与系统正极母线连接，直流电源的正输出端与系统正极母线之间设置一个由计算机控制的调制开关，所述计算机检测系统的电压、电流信号，控制所述调制开关的工作状态，其特征在于采取下列步骤：
B1.设定输出电流临界值Iout、输出电流变化率临界值Iout′、调制开关关断时间常数T2off、调制开关的关断次数常数N2及计数时间常数TN2、直流电源跳闸电流Ioff、熔断器熔断电流IRD且IRD小于Ioff、熔断时间TRD；
B2.系统供电初始化；
B3.检测输出电流iout、输出电流变化率iout′；
B4.当输出电流iout大于临界值Iout且输出电流变化率iout′大于临界值Iout′时，调制开关关断并保持至T2off后再次接通，调制开关关断次数在TN2时间内超过关断次数常数N2时，进入步骤B5；否则返回步骤B3；
B5.调制开关导通并保持TRD时间，使短路点所在馈电模块的熔断器在电流达到熔断电流IRD时熔断，从而将该馈电模块从电路中切除，然后返回步骤B3。
2.根据权利要求1所述电气车辆分段连续式地面供电系统的运行方法，其特征在于所述步骤B1中还设定调制开关的熔断导通次数常数N1及时间常数TN1，所述步骤B5中调制开关的熔断导通次数在TN1时间内超过熔断导通次数常数N1时，判定车辆受电靴短路故障，将调制开关关断，排除车辆受电靴短路故障后，返回步骤B2。
3.一种电气车辆分段连续式地面供电系统的运行方法，包括直流电源和沿车辆运行线路分布的各馈电模块，所述各馈电模块的断电点与系统安全负极相连，各馈电模块的馈电点分别通过熔断器与系统正极母线连接，直流电源的正输出端与系统正极母线之间设置一个由计算机控制的调制开关，所述计算机检测系统的电压、电流信号，控制所述调制开关的工作状态，其特征在于采取下列步骤：
C1.设定正极电流变化率临界值IP′、 正极电流对安全负极电流的临界倍数b、调制开关关断时间常数T2off，其中b≧1.1；
C2.系统供电初始化；
C3.检测正极电流iP、安全负极电流iN；
C4.当正极电流变化率iP′大于临界值IP′且iN≦iP<biN时，判断为馈电模块短路，以调制开关关断并保持至T2off后再次接通的间歇循环方式供电；当正极电流变化率iP′大于临界值IP′且iP≧biN时，判断为判定车辆受电靴短路故障，将调制开关关断，排除车辆受电靴短路故障后，返回步骤C2。
4.根据权利要求3所述电气车辆分段连续式地面供电系统的运行方法，其特征在于所述步骤C1中还设定调制开关的关断次数常数N2及计数时间常数TN2、熔断器熔断电流IRD且IRD小于直流电源跳闸电流Ioff、熔断时间TRD；当所述步骤C4中的调制开关关断次数在TN2时间内超过关断次数常数N2时，进入步骤C5，导通调制开关并保持TRD时间，使短路点所在馈电模块的熔断器在电流达到熔断电流IRD时熔断，从而将该馈电模块从电路中切除然后返回步骤C3。
5.根据权利要求4所述电气车辆分段连续式地面供电系统的运行方法，其特征在于所述步骤C1中还设定调制开关的熔断导通次数常数N1及时间常数TN1，所述步骤C5中调制开关的熔断导通次数在TN1时间内超过熔断导通次数常数N1时，判定车辆受电靴短路故障，将调制开关关断，排除车辆受电靴短路故障后，返回步骤C2。
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