CN109703416A - 电气车辆分段间隔式地面供电系统及运行方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开的电气车辆分段间隔式地面供电系统及运行方法，馈电模块分组间隔式分布，车载受电输入线路由单向二极管D1构成，车载蓄电装置的正极和车辆用电设备输入线路与所述单向二极管受电输入线路的负极连接，车辆设有尖峰电压吸收电路，计算机检测控制系统检测单向二极管受电输入线路、车辆用电设备输入线路和车载蓄电装置的电气参数状态，根据车辆是否处于再生制动、受电输入线路是否有电来控制车载蓄电装置的充放电工作状态。可大幅度降低系统造价成本，提高系统运行品质，完全回收制动再生能量。

Description

电气车辆分段间隔式地面供电系统及运行方法

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间隔式地面供电系统及运行方法。

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，目前电气车辆分段连续式地面供电规模应用仍然不是很理想。主要原因一是这种供电方式地面设备成本昂贵，二是由于系统的各种不稳定因素出现瞬时停电，或是道岔处无法铺设供电模块，影响车辆正常运行。

近年来有一些用超级电容装置来驱动电气车辆的尝试，这些尝试的做法是在车辆停靠站点对车载超级电容进行快速充电，从而取消沿线的供电网络。但是这些尝试由于以下问题而无法广泛应用：

1)为保证一次充电后车辆能够走行足够远的距离，需要配置较大容量的车载超级电容，这势必占用车辆较大的空间和重量，尤其是在长大坡道时难以实现。

2)在车辆的运行过程中，车载超级电容的电压呈不断降低趋势，这必然使车辆的传动效率也随之降低。

3)每个停靠站点需要配备大电流快速充电设备，一般充电电流高达1000～2000A，这使得与其匹配的变电所的工况始终在短时大电流和长时间空载之间切换，这两种工况均严重影响输电效率。另外，充电设备分散于各停靠站点并配备足够的冗余，再加上每个车载超级电容都要留出一倍以上的电量冗余，这些都会耗费巨大的经济成本。

另外，现在很多电气车辆采用的再生制动技术一般有两种做法。一种是将制动产生的电能通过制动电阻耗散掉，这不仅浪费了能源，而且制动电阻还占用车辆的空间和重量。另一种是将制动产生的电能回馈电网，虽然制动电能得到了回收，但是也会影响电网的供电品质。

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间隔式地面供电系统及运行方法。

本发明的目的是这样实现的：一种电气车辆分段间隔式地面供电系统，包括直流电源和延车辆运行线路分布的各馈电模块，其特征在于：所述馈电模块分组间隔式分布，受电输入线路由单向二极管D1构成，车载蓄电装置的正极和车辆用电设备输入线路与所述单向二极管受电输入线路的负极连接，计算机检测控制系统检测单向二极管受电输入线路、车辆用电设备输入线路和车载蓄电装置的电气参数状态，控制车载蓄电装置的工作状态。

进一步地，在单向二极管受电输入线路的负极和车载蓄电装置的负极之间设有尖峰电压吸收电路，所述尖峰电压吸收电路由二极管D2、压敏电阻RYM和电容C3并联而成。

一种用于上述电气车辆分段间隔式地面供电系统的车载蓄电装置，包括瞬时失电补偿电路PDC和动力储能电路PSC,电容C1回路接在车载蓄电装置的正负端之间，构成瞬时失电补偿电路PDC，中,电容C2和电池组Batt的正极分别通过各自的升降压调节电路Boost-Buck1和2接至车载蓄电装置的正极，负极接至车载蓄电装置的负极，构成动力储能电路PSC。

进一步地，在所述瞬时失电补偿电路PDC中，限流电阻RX和开关管IGBT1并联后与电容C1串联。

一种上述电气车辆分段间隔式地面供电系统的运行方法，其特征在于采取下列步骤：

A.检测受电输入线路、车辆用电设备输入线路和车载蓄电装置的电气参数状态；

B.判断车辆是否处于再生制动状态：是则进入步骤F；否则进入下一步骤；

C.判断受电输入线路是否有电；是则进入步骤E；否则进入下一步骤；

D.由车载蓄电装置以其设定的供电电压值VCG向车辆用电设备供电，VCG略低于网侧正常电压下限值，返回步骤A；

E.由网侧电源向车辆用电设备供电；同时执行步骤F；

F.向车载蓄电装置充电，返回步骤A。

一种上述车载蓄电装置的运行方法，包括以下步骤：

充电步骤

F1.向电容C1充电，；

F2.检测电容C1的电压VC1是否大于其设定充电上限电压值VC1H：否则返回步骤F1；是则进入下一步骤；

F3.通过升降压调节电路Boost-Buck1向电容C2充电；

F4.检测电容C2的电压是否大于其设定充电上限电压值VC2H：否则返回步骤F3；是则进入下一步骤；

F5.通过升降压调节电路Boost-Buck2向电池组Batt充电；

放电步骤

D1.电容C1向车辆用电设备供电；

D2.检测电容C1的电压是否小于车载蓄电装置的设定供电电压值VCG：否则返回步骤D1；是则进入下一步骤；

D3.电容C2通过升降压调节电路Boost-Buck1以电压值VCG向车辆用电设备供电；

D4.检测电容C2的电压是否小于其设定的放电下限电压值VC2L：否则返回步骤D3；是则进入下一步骤；

D5.电池组Batt通过升降压调节电路Boost-Buck2以电压值VCG向车辆用电设备供电。

一种电气车辆，其特征在于采用上述供电系统或车载蓄电装置或运行方法。

本发明的技术方案，带来以下有益的效果：

(1)可大量减少供电模块的铺设数量，从而大幅度降低供电系统的造价成本。

(2)允许供电电源短时停电，车辆可工作在断续供电的工作状态下稳定运行；

(3)可以实现车辆制动再生能量的全部回收利用；

(4)在车辆段不设置接触网的情况下，车辆仍可在无电区域以低速运行2～3公里，方便车场内调车；

(5)由于采用单向二极管受电输入线路，网侧即使发生正极短路故障，车辆仍可运行；

(6)瞬时失电补偿电路可自动对网侧电源的失压进行无间隙补偿，对瞬时过压进行滤波。

附图说明

图1为本发明实施例的电气车辆分段间隔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间隔式地面供电系统的运行方法流程示意图。

图3为图2中的车载蓄电装置充电子程序流程示意图。

图4为图2中的车载蓄电装置放电子程序流程示意图。

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间隔式地面供电系统，包括直流电源和延车辆运行线路分布的各馈电模块。所述馈电模块分组间隔式分布，各组包含的馈电模块个数及各组之间的距离，根据运行线路的具体情况和车载蓄电装置的续航能力而定。受电输入线路由单向二极管D1构成，车载蓄电装置的正极和车辆用电设备输入线路与所述单向二极管受电输入线路的负极连接。为了网侧电源的输入质量，在单向二极管受电输入线路的负极和车载蓄电装置的负极之间设有尖峰电压吸收电路，所述尖峰电压吸收电路由二极管D2、压敏电阻RYM和电容C3并联而成。所述车载蓄电装置，由瞬时失电补偿电路PDC和动力储能电路PSC构成。电容C1回路接在车载蓄电装置的正负端之间，构成瞬时失电补偿电路PDC。中,电容C2和电池组Batt的正极分别通过各自的升降压调节电路Boost-Buck1和2接至车载蓄电装置的正极，负极接至车载蓄电装置的负极，构成动力储能电路PSC。升降压调节电路Boost-Buck1由开关管IGBT2、IGBT3和电感器L1构成；升降压调节电路Boost-Buck2由开关管IGBT4、IGBT5和电感器L2构成。在所述瞬时失电补偿电路PDC中，限流电阻RX和开关管IGBT1并联后与电容C1串联。计算机检测控制系统通过电流传感器ISR和IYD、电压传感器VC1和VC2检测单向二极管受电输入线路、车辆用电设备输入线路和车载蓄电装置的电气参数状态，控制车载蓄电装置的充放电工作状态。

参看图2，本发明实施例的电气车辆分段间隔式地面供电系统的运行方法，从框1.0开始，进入框1.1，初始化，设定参数电容C1充电保护电压值VC1BH、电容C1充电上限压值VC1H、电容C2充电上限电压值VC2H、车载蓄电装置供电电压值VCG(VCG略低于网侧正常电压下限值)、电容C2放电下限电压值VC2L。进入框1.2，检测受电输入线路、车辆用电设备输入线路和车载蓄电装置的电气参数状态。进入框1.3，通过车辆用电设备输入线路中电流值IYD来判断车辆是否处于再生制动状态：IYD<0则车辆处于再生制动状态，进入框1.7；否则进入框1.4。在框1.4，通过受电输入线路中的电流值ISR判断受电输入线路是否有电；ISR>0则进入步骤1.6；否则进入框1.5。在框1.5，由车载蓄电装置以电压值VCG向车辆用电设备供电，返回框1.2。在框1.6，由网侧向车辆用电设备供电。进入框1.7，向车载蓄电装置充电，返回框1.2。

参看图3，车载蓄电装置充电流程从框1.70开始。进入框1.71，检测电容C1的电压VC1是否小于设定电压VC1BH：是则进入框1.72，开关管IGBT1断开；否则进入框1.73，开关管IGBT1导通。进入框1.74，向电容C1充电。进入框1.75，检测电容C1的电压VC1是否大于设定电压VC1H：否则返回框1.74；是则进入框1.76。在框1.76，通过升降压调节电路Boost-Buck1向电容C2充电。进入框1.77，检测电容C2的电压是否大于设定电压VC2H：否则返回框1.76；是则进入框1.78。在框1.78，通过升降压调节电路Boost-Buck2向电池组Batt充电。然后返回主程序的框1.2。

参看图4，车载蓄电装置的放电流程从框1.50开始。进入框1.51，电容C1向车辆用电设备供电。进入框1.52，检测电容C1的电压是否小于VCG：否则返回框1.51；是则进入框1.53。在框1.53，电容C2通过升降压调节电路Boost-Buck1以电压值VCG向车辆用电设备供电。进入框1.54，检测电容C2的电压VC2是否小于VC2L：否则返回框1.53；是则进入框1.55。在框1.55，电池组Batt通过升降压调节电路Boost-Buck2以电压值VCG向车辆用电设备供电。然后返回主程序的框1.2。

Claims (7)

1.一种电气车辆分段间隔式地面供电系统，包括直流电源和延车辆运行线路分布的各馈电模块，其特征在于：所述馈电模块分组间隔式分布，受电输入线路由单向二极管D1构成，车载蓄电装置的正极和车辆用电设备输入线路与所述单向二极管受电输入线路的阴极连接，计算机检测控制系统检测单向二极管受电输入线路、车辆用电设备输入线路和车载蓄电装置的电气参数状态，控制车载蓄电装置的工作状态。

2.根据权利要求1所述的电气车辆分段间隔式地面供电系统，其特征在于在单向二极管受电输入线路的阴极和车载蓄电装置的负极之间设有尖峰电压吸收电路，所述尖峰电压吸收电路由二极管D2、压敏电阻R_YM和电容C3并联而成。

3.一种用于权利要求1所述的电气车辆分段间隔式地面供电系统的车载蓄电装置，其特征在于包括瞬时失电补偿电路PDC和动力储能电路PSC,电容C1回路接在车载蓄电装置的正负端之间，构成瞬时失电补偿电路PDC，电容C2和电池组Batt的正极分别通过各自的升降压调节电路Boost-Buck1和2接至车载蓄电装置的正极，负极接至车载蓄电装置的负极，构成动力储能电路PSC。

4.根据权利要求3所述的瞬时失电补偿电路PDC中，限流电阻RX和开关管IGBT1并联后与电容C1串联。

5.一种权利要求1所述电气车辆分段间隔式地面供电系统的运行方法，其特征在于采取下列步骤：

A.检测受电输入线路、车辆用电设备输入线路和车载蓄电装置的电气参数状态；

B.判断车辆是否处于再生制动状态：是则进入步骤F；否则进入下一步骤；

C.判断受电输入线路是否有电；是则进入步骤E；否则进入下一步骤；

D.由车载蓄电装置以其设定的供电电压值VCG向车辆用电设备供电，VCG略低于网侧正常电压下限值，返回步骤A；

E.由网侧电源向车辆用电设备供电；同时执行步骤F；

F.向车载蓄电装置充电，返回步骤A。

6.一种权利要求3所述车载蓄电装置的运行方法，包括以下步骤：

充电步骤

F1.向电容C1充电；

F2.检测电容C1的电压VC1是否大于其设定的充电上限电压值VC1H：否则返回步骤F1；是则进入下一步骤；

F3.通过升降压调节电路Boost-Buck1向电容C2充电；

F4.检测电容C2的电压是否大于其设定的充电上限电压值VC2H：否则返回步骤F3；是则进入下一步骤；

F5.通过升降压调节电路Boost-Buck2向电池组Batt充电。

放电步骤：

D1.电容C1向车辆用电设备供电；

D2.检测电容C1的电压是否小于车载蓄电装置的设定供电电压值VCG：否则返回步骤D1；是则进入下一步骤；

D3.电容C2通过升降压调节电路Boost-Buck1以电压值VCG向车辆用电设备供电；

D4.检测电容C2的电压是否小于其设定的放电下限电压值VC2L：否则返回步骤D3；是则进入下一步骤；

D5.电池组Batt通过升降压调节电路Boost-Buck2以电压值VCG向车辆用电设备供电。

7.一种电气车辆，其特征在于采用权利要求1所述供电系统或权利要求2所述车载蓄电装置或权利要求5或6所述运行方法。