CN111660832B - 一种有轨电车冗余超级电容控制方法及控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供的有轨电车冗余超级电容控制方法，包括多组超级电容模块，每组超级电容模块包括多个电量相等的超级电容，多个超级电容并联连接，控制方法包括如下步骤：设定多个所述超级电容投入和切除的条件；判断有轨电车的运行工况，有轨电车的运行工况包括：进站充电、行车供电以及制动能量回收；根据所述投入和切除的条件和有轨电车的运行工况，完成超级电容的进站充电、行车供电以及制动能量回收。该发明将超级电容冗余设置，根据有轨电车的运行工况和超级电容的运行状态，在超级电容故障时，实现冗余超级电容的投入和切除以及超级电容之间的协同控制，提高了有轨电车运行的可靠性和安全性，为有轨电车的平稳运行提供了保障。

Description

一种有轨电车冗余超级电容控制方法及控制系统

技术领域

本发明涉及超级电容储能系统技术领域，特别涉及一种有轨电车冗余超级电容控制方法及控制系统。

背景技术

目前无架空接触网的有轨电车通常采用超级电容储能供电，超级电容功率密度大，充放电速度快，效率高，使用温度广，寿命长，环保无污染，其较强的适用性，在多个领域都得到了应用，是新型储能装置的重要研究方向，对有轨电车车载储能发展有巨大的推动作用。

无架空接触网有轨电车超级电容储能系统目前的拓扑结构是超级电容储能系统直接与整车直流母线相连的拓扑结构，有轨电车上不再配置双向DC/DC变流器，为有轨电车负载供电，可以减轻车重，有效节约成本。

但就现有技术来说，当超级电容储能系统发生故障时，无架空接触网有轨电车失去动力电源，超级电容储能系统的可用性较低，有轨电车运行的可靠性和安全性低。

发明内容

为解决现有技术中有轨电车运行的可靠性和安全性低的技术问题，本发明提供了一种有轨电车冗余超级电容控制方法，将超级电容冗余设置，根据有轨电车的运行工况和超级电容的运行状态，在超级电容故障时，实现冗余超级电容的投入和切除以及超级电容之间的协同控制，提高了有轨电车运行的可靠性和安全性，为有轨电车的平稳运行提供了保障。

本发明提供了一种有轨电车冗余超级电容控制方法，所述有轨电车包括多组超级电容模块，每组所述超级电容模块包括多个电量相等的超级电容，多组所述超级电容模块中的多个所述超级电容并联连接，所述有轨电车冗余超级电容控制方法包括如下步骤：

设定多组所述超级电容模块中的多个所述超级电容投入和切除的条件；

判断所述有轨电车的运行工况，所述有轨电车的运行工况包括：进站充电、行车供电以及制动能量回收；

当所述有轨电车处于进站充电时，设定所述超级电容充电条件和充电完成条件，根据所述投入和切除的条件，完成所述超级电容的进站充电；

当所述有轨电车处于行车供电时，设定所述超级电容供电完成条件，根据所述投入和切除的条件，完成所述超级电容的行车供电；

当所述有轨电车处于制动能量回收时，设定所述超级电容制动能量回收完成条件，根据所述投入和切除的条件，完成所述超级电容的制动能量回收。

进一步地，所述投入和切除的条件，具体包括：

判断多组所述超级电容模块的运行状态，所述运行状态包括正常状态和故障状态；

当多组所述超级电容模块均处于正常状态时，检测多组所述超级电容模块中的所述超级电容的电压值，投入第一组所述超级电容模块中电压值最高的所述超级电容，并计算第一组所述超级电容模块中除去电压值最高的所述超级电容后剩余的所述超级电容的电压值与直流母线电压值的差值，待差值小于第一阈值，投入第一组所述超级电容模块中除去电压值最高的所述超级电容后剩余的所述超级电容，第一组所述超级电容模块包括电量最高的所述超级电容；

当多组所述超级电容模块均处于故障状态时，多组所述超级电容模块停止运行；

当多组所述超级电容模块中同时存在处于正常状态和处于故障状态的超级电容时，切除处于故障状态的所述超级电容，投入处于正常状态的所述超级电容。

进一步地，所述切除处于故障状态的所述超级电容，投入处于正常状态的所述超级电容，具体包括：

当第一组所述超级电容模块中多个所述超级电容均处于故障状态且其余组所述超级电容模块中存在所述超级电容处于故障状态时，判断其余组所述超级电容模块的输出是否满足所述有轨电车供电需求；

若是，切除处于故障状态的所述超级电容，检测处于正常状态的所述超级电容的电压值，投入其余组电量最高的所述超级电容模块中电压值最高的所述超级电容，并计算其余组电量最高的所述超级电容模块中除去电压值最高的所述超级电容后剩余的处于正常状态的所述超级电容的电压值与直流母线电压值的差值，待差值小于第一阈值时，投入其余组电量最高的所述超级电容模块中除去电压值最高的所述超级电容后剩余的处于正常状态的所述超级电容；若否，多组所述超级电容模块停止运行；

当第一组所述超级电容模块中至少存在一个所述超级电容处于正常状态时，切除处于故障状态的所述超级电容，检测处于正常状态的所述超级电容的电压值，投入第一组所述超级电容模块中电压值最高的所述超级电容，并计算第一组所述超级电容模块中除去电压值最高的所述超级电容后剩余的处于正常状态的所述超级电容的电压值与直流母线电压值的差值，待差值小于所述第一阈值时，投入第一组所述超级电容模块中除去电压值最高的所述超级电容后剩余的处于正常状态的所述超级电容。

进一步地，所述超级电容充电条件包括：

根据所述投入和切除的条件，判断处于正常状态投入的所述超级电容数量；

根据所述超级电容数量，设定所述超级电容的充电额定电流值；

所述超级电容充电完成条件包括：

以恒定的充电额定电流值对所述超级电容充电至第二阈值；

以恒定所述第二阈值充电所述超级电容；

判断所述超级电容的充电电流与第三阈值的大小，当所述超级电容的充电电流大于等于所述第三阈值，继续对所述超级电容进行充电；当所述超级电容的充电电流小于所述第三阈值，停止对所述超级电容充电。

进一步地，所述完成所述超级电容的进站充电按照如下步骤进行：

所述有轨电车进站充电时，判断多组所述超级电容模块是否存在欠压；

当无欠压，根据所述投入和切除的条件，按照所述超级电容的充电额定电流值进行充电，直至满足所述超级电容充电完成条件，停止充电；

当存在欠压，检测欠压所述超级电容的电压值，计算其与直流母线电压值的差值，待差值小于所述第一阈值，根据强投充电信号和所述投入和切除的条件进行充电，直至停止充电。

进一步地，所述超级电容供电完成条件包括：

检测多个所述超级电容的电压值，比较所述超级电容的电压值与第四阈值的大小；

当所述超级电容的电压值小于所述第四阈值，停止供电；

当所述超级电容的电压值大于等于所述第四阈值，继续供电。

进一步地，所述完成所述超级电容的供电按照如下步骤进行：

当多组所述超级电容模块均处于正常状态时，根据所述投入和切除的条件，所述超级电容模块供电，比较多个投入所述超级电容与第五阈值的大小；

当所述超级电容大于等于所述第五阈值，所述超级电容模块继续供电；

当所述超级电容小于所述第五阈值，牵引功率减半运行，根据所述超级电容供电完成条件，停止供电；

当多组所述超级电容模块中同时存在处于正常状态和处于故障状态的超级电容时，根据所述投入和切除的条件，调整牵引功率限值，根据所述超级电容与第五阈值的大小和所述超级电容供电完成条件，停止供电；

当多组所述超级电容均处于故障状态时，根据所述投入和切除的条件，停止供电。

进一步地，所述超级电容制动能量回收完成条件包括：

检测多个所述超级电容的电压值，比较所述超级电容的电压值与所述第二阈值的大小；

当所述超级电容的电压值小于等于所述第二阈值，所述超级电容回收制动能量；

当所述超级电容的电压值大于所述第二阈值，停止电制动并启动电阻制动和机械制动。

进一步地，所述完成所述超级电容的行车供电按照如下步骤进行：

当多组所述超级电容模块均处于正常状态时，根据所述投入和切除的条件，制动能量回馈至所述超级电容模块，根据所述超级电容制动能量回收完成条件，所述超级电容回收制动能量；

当多组所述超级电容模块中同时存在处于正常状态和处于故障状态的超级电容时，根据所述投入和切除的条件和处于正常状态的所述超级电容投入数量，确定处于正常状态所述超级电容最大吸收的再生制动功率，分配所述再生制动功率，并判断所述有轨电车总制动功率是否超过所述再生制动功率；

若是，所述超级电容回收制动能量；若否，剩余制动能量由电阻制动和机械制动补充；

当多组所述超级电容模块均处于故障状态时，根据所述投入和切除的条件，停止制动能量回收，制动能量全部转为电阻制动和机械制动。

本发明还提供一种有轨电车冗余超级电容控制系统，包括：充电桩、牵引单元以及制动单元，还包括多组超级电容模块，每组所述超级电容模块包括多个电量相等的超级电容，多组所述超级电容模块中的多个所述超级电容并联连接于直流母线上；

控制器，所述控制器与所述充电桩、所述牵引单元、所述制动单元以及多组所述超级电容模块连接，用于执行如下步骤：

设定多组所述超级电容模块中的多个所述超级电容投入和切除的条件；

判断所述有轨电车的运行工况，所述有轨电车的运行工况包括：进站充电、行车供电以及制动能量回收；

当所述有轨电车处于进站充电时，设定所述超级电容充电条件和充电完成条件，根据所述投入和切除的条件，完成所述超级电容的充电；

当所述有轨电车处于行车供电时，设定所述超级电容供电完成条件，根据所述投入和切除的条件，完成所述超级电容的供电；

当所述有轨电车处于制动能量回收时，设定所述超级电容制动能量回收完成条件，根据所述投入和切除的条件，完成所述超级电容的制动能量回收。

本发明的技术效果或优点：

(1)本发明提供的有轨电车冗余超级电容控制方法，设置有多组超级电容模块，每组超级电容模块包括多个电量相等的超级电容，根据超级电容的运行状态，设定超级电容投入和切除的条件，并根据有轨电车的运行工况，控制有轨电车在各种运行工况下可靠安全的运行，实现冗余超级电容的投入和切除以及超级电容之间的协同控制，提高了有轨电车运行的可靠性和安全性，为有轨电车的平稳运行提供了保障。

(2)本发明提供的有轨电车冗余超级电容控制系统，多个超级电容并联连接，并与直流母线直接相连，无需配置双向DC/DC变流器，减轻了有轨电车的重量，以及有轨电车车顶的空间占用，有效节约了成本。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一个有轨电车冗余超级电容控制方法的流程图；

图2为本发明实施例提供的超级电容投入和切换条件的示意图；

图3为本发明实施例提供的有轨电车处于进站充电时多组超级电容模块控制的示意图；

图4为本发明实施例提供的有轨电车处于行车供电时多组超级电容模块控制的示意图；

图5为本发明实施例提供的有轨电车处于制动能量回收时多组超级电容模块控制的示意图；

图6为本发明实施例提供的有轨电车冗余超级电容控制系统的拓扑图。

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，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，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。

本领域应该理解的是，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面结合具体实施例及说明书附图，对本发明的技术方案作详细说明。

参考图1，本发明实施例提供的有轨电车冗余超级电容控制方法。在本实施例中有轨电车包括多组超级电容模块，每组超级电容模块包括多个电量相等的超级电容，多个超级电容并联连接，多个超级电容并联连接具体指多组超级电容模块中包含的所有超级电容均并联连接于直流母线上，有轨电车冗余超级电容控制方法包括：

S1：设定多个超级电容投入和切除的条件。

具体地说，多个超级电容投入和切除的条件包括：

判断多组超级电容模块的运行状态，运行状态包括正常状态和故障状态；

当多组超级电容模块均处于正常状态时，检测多组超级电容模块中的超级电容的电压值，投入第一组超级电容模块中电压值最高的超级电容，并计算第一组超级电容模块中除去电压值最高的超级电容后剩余的所述超级电容的电压值与直流母线电压值的差值，待差值小于第一阈值，投入第一组超级电容模块中除去电压值最高的超级电容后剩余的所述超级电容，第一组超级电容模块包括电量最高的超级电容；

当多组超级电容模块均处于故障状态时，多组超级电容模块停止运行；

当多组超级电容模块中同时存在处于正常状态和处于故障状态的超级电容时，切除处于故障状态的超级电容，投入正常状态的超级电容。其中，切除处于故障状态的超级电容，投入处于正常状态的超级电容，具体包括：

当第一组超级电容模块中多个超级电容均处于故障状态且其余组超级电容模块中存在超级电容处于故障状态时，判断其余组超级电容模块的输出是否满足有轨电车供电需求；

若是，切除处于故障状态的超级电容，检测处于正常状态的超级电容的电压值，投入其余组电量最高的超级电容模块中电压值最高的超级电容，并计算其余组电量最高的超级电容模块中除去电压值最高的超级电容后剩余的处于正常状态的超级电容的电压值与直流母线电压值的差值，待差值小于第一阈值时，投入其余组电量最高的超级电容模块中除去电压值最高的超级电容后剩余的处于正常状态的超级电容；

需要说明的是，例如共有3组超级电容模块，分别为第一组超级电容模块、第二组超级电容模块以及第三组超级电容模块；其中第一组超级电容模块中一个超级电容的电量最高，第二组超级电容模块次之，第三组超级电容模块最低，当第一组超级电容模块均处于故障状态、第二组超级电容模块和第三组超级电容模块中的超级电容均处于正常状态，当第二组超级电容模块输出满足有轨电车供电需求时，投入第二组超级电容模块中电压值最高的超级电容，然后再投入其他处于正常状态的超级电容；若第三组超级模块输出满足有轨电车供电需求时，投入第三组超级电容模块中电压值最高的超级电容，然后再投入其他处于正常状态的超级电容；若均不满足，多组超级电容模块停止运行；若均满足供电要求，投入第二组超级电容模块中电压值最高的超级电容，然后再投入其他处于正常状态的超级电容。当第二组超级电容模块中存在故障超级电容且第三组超级电容模块中超级电容均正常，判断第二组超级电容模块中正常的超级电容和第三组超级电容模块的输出是否满足有轨电车的供电需求，若均满足供电需求，则投入第二组超级电容模块中电压最高的超级电容，然后再投入其他处于正常状态的超级电容；若第二组超级电容模块不满足但第三超级电容模块满足，投入第三组超级电容模块中电压值最高的超级电容，然后再投入其他处于正常状态的超级电容；若第三组超级电容模块不满足但第二超级电容模块满足，投入第二组超级电容模块中电压值最高的超级电容，然后再投入其他处于正常状态的超级电容；若均不满足，多组超级电容模块停止运行。

若否，多组超级电容模块停止运行；

当第一组超级电容模块中至少存在一个超级电容处于正常状态时，切除处于故障状态的超级电容，检测处于正常状态的超级电容的电压值，投入第一组超级电容模块中电压值最高的超级电容，并计算第一组超级电容模块中除去电压值最高的超级电容后剩余的处于正常状态的超级电容的电压值与直流母线电压值的差值，待差值小于第一阈值时，投入其第一组超级电容模块中除去电压值最高的超级电容后剩余的处于正常状态的超级电容。

需要说明的是，第一阈值为预设的电压变化值。

S2：判断有轨电车的运行工况，有轨电车的运行工况包括：进站充电、行车供电以及制动能量回收；

S3：当有轨电车处于进站充电时，设定超级电容充电条件和充电完成条件，根据投入和切除的条件，完成超级电容的进站充电；

超级电容充电条件包括：

根据所述投入和切除条件，判断处于正常状态投入的超级电容数量；

根据超级电容数量，设定超级电容的充电额定电流值；

超级电容充电完成条件包括：

以恒定的充电额定电流值对超级电容充电至第二阈值；

以恒定第二阈值充电超级电容；

判断超级电容的充电电流与第三阈值的大小，当超级电容的充电电流大于等于第三阈值，继续对超级电容进行充电；当超级电容的充电电流小于第三阈值，停止对超级电容充电。其中，第二阈值为预设的电压上限值，第三阈值为预设的充电完成充电电流限值。

作为一个示例，下面具体介绍一下如何根据超级电容投入数量设定超级电容的充电额定电流值，假如有轨电车包括两组超级电容模块A和B，A组超级电容模块包括两个电量相等的超级电容A₁和A₂，B组超级电容模块包括两个电量相等的超级电容B₁和B₂，其中A₁或A₂的电量大于等于B₁或B₂的电量。

当A组和B组超级电容模块均处于正常状态时，超级电容充电的充电额定电流值为：I₁＝2I_A+2I_B；

当A组超级电容模块中的A₁超级电容和A₂超级电容均处于故障状态且B组超级电容模块中B₁超级电容和B₂超级电容均处于正常状态时，超级电容的充电额定电流值为：I₂＝2I_B；

当A组超级电容模块中的A₁超级电容和A₂超级电容均处于故障状态且B组超级电容模块中一个超级电容处于故障状态另一个超级电容均处于正常状态，且B₂超级电容的输出满足有轨电车供电需求，超级电容的充电额定电流值为：I₃＝I_B；

当A组超级电容模块中至少存在一个超级电容处于正常状态时，所包含的情况包括：1)A组超级电容模块中一个超级电容处于故障状态，B₁和B₂超级电容均处于故障状态，超级电容的充电额定电流值为：I₄＝I₂＝IA；

2)A组超级电容模块中一个超级电容处于故障状态，B组超级电容模块中存在一个超级电容处于故障状态，超级电容的充电额定电流值为：I₅＝I_A+I_B；

3)A组超级电容模块中一个超级电容处于故障状态，B₁和B₂超级电容均处于正常状态，超级电容的充电额定电流值为：I₆＝I_A+2I_B；

4)A₁和A₂超级电容均处于正常状态，B₁和B₂超级电容均处于故障状态，超级电容的充电额定电流值为：I₇＝2I_A；

5)A₁和A₂超级电容均处于正常状态，B组超级电容模块中存在一个超级电容处于故障状态，超级电容的充电额定电流值为：I₈＝2I_A+I_B；

6)A₁和A₂超级电容均处于正常状态，B₁和B₂超级电容均处于正常状态，超级电容的充电额定电流值为：I₉＝I₁＝2I_A+2I_B。

需要说明的是，可根据投入和切换的条件，判断处于正常工作状态投入的超级电容数量，根据超级电容数量，进站充电过程中根据上述自动切换超级电容的充电额定电流值。

其中，完成超级电容的行车供电按照如下步骤进行

有轨电车进站充电时，判断多组超级电容模块是否存在欠压；

当无欠压，根据超级电容投入和切除的条件，按照超级电容的充电额定电流值进行充电，直至满足超级电容充电完成条件，停止充电；

当存在欠压，检测欠压超级电容的电压值，计算其与直流母线电压值的差值，待差值小于所述第一阈值，根据强投充电信号和投入和切除的条件进行充电，直至停止充电。其中，当差值大于等于第一阈值时，有轨电车耗电使直流母线电压值降低，最终使差值小于第一阈值。

需要说明的是，在对超级电容进行充电时，根据超级电容的投入和切除条件，当超级电容满足投入和切除条件时，只对处于正常状态投入的超级电容进行充电，切除处于故障状态的超级电容。本领域技术人员应公知的是，对超级电容进行充电时，首先以恒定充电电流充电至电压上限值即第二阈值，然后以恒定电压值充电，直到满足超级电容充电完成的条件，停止充电。

S4：当有轨电车处于行车供电时，设定超级电容供电完成条件，根据投入和切除的条件，完成超级电容的行车供电；

其中，超级电容供电完成条件包括：

检测多个超级电容的电压值，比较超级电容的电压值与第四阈值的大小；

当超级电容的电压值小于第四阈值，停止供电；

当超级电容的电压值大于等于第四阈值，继续供电。需要说明的是，第四阈值为预设的电压下限值。

完成超级电容的供电按照如下步骤进行：

当多组超级电容模块均处于正常状态时，根据投入和切除的条件，超级电容模块供电，比较多个投入超级电容与第五阈值的大小；

当超级电容大于等于第五阈值，超级电容模块继续供电；

当超级电容小于第五阈值，牵引功率减半运行，根据超级电容供电完成条件，停止供电；

当多组超级电容模块中同时存在处于正常状态和处于故障状态的超级电容时，根据投入和切除的条件，调整牵引功率限值，根据超级电容与第五阈值的大小和超级电容供电完成条件，停止供电；

当多组超级电容均处于故障状态时，根据投入和切除的条件，停止供电。其中，第五阈值为预设的欠压警告电压值。

S5：当有轨电车处于制动能量回收时，设定超级电容制动能量回收完成条件，根据投入和切除条件，完成超级电容的制动能量回收。

其中，超级电容制动能量回收完成条件包括：

检测多个超级电容的电压值，比较超级电容的电压值与第二阈值的大小；

当超级电容的电压值小于等于第二阈值，超级电容回收制动能量；

当超级电容的电压值大于第二阈值，停止电制动并启动电阻制动和机械制动。

完成超级电容的制动能量回收按照如下步骤进行：

当多组超级电容模块均处于正常状态时，根据投入和切除的条件，制动能量回馈至超级电容模块，根据超级电容制动能量回收完成条件，超级电容回收制动能量；

当多组超级电容模块中同时存在处于正常状态和处于故障状态的超级电容时，根据投入和切除的条件和处于正常状态的超级电容投入数量，确定处于正常状态超级电容最大吸收的再生制动功率，分配再生制动功率，并判断有轨电车总制动功率是否超过再生制动功率；

若是，超级电容回收制动能量；若否，剩余制动能量由电阻制动和机械制动补充；

当多组超级电容模块均处于故障状态时，根据投入和切除的条件，停止制动能量回收制动能量全部转为电阻制动和机械制动。

需要说明的是，S3、S4、S5无先后顺序，属于并列关系。

本实施例提供的有轨电车冗余超级电容控制方法，设置有多组超级电容模块，每组超级电容模块包括多个电量相等的超级电容，根据超级电容的运行状态，设定超级电容投入和切除的条件，并根据有轨电车的运行工况，控制有轨电车在各种运行工况下可靠安全的运行，实现冗余超级电容的投入和切除以及超级电容之间的协同控制，提高了有轨电车运行的可靠性和安全性，为有轨电车的平稳运行提供了保障。

本发明实施例还提供一种有轨电车冗余超级电容控制系统，包括充电桩、牵引单元以及制动单元，还包括：多组超级电容模块，每组超级电容模块包括多个电量相等的超级电容，多组超级电容模块中的多个超级电容并联连接与直流母线上；

控制器，控制器与充电桩、牵引单元、制动单元以及多组超级电容模块连接，用于执行如下步骤：

设定多组超级电容模块中的多个超级电容投入和切除的条件；

判断有轨电车的运行工况，有轨电车的运行工况包括：进站充电、行车供电以及制动能量回收；

当有轨电车处于进站充电时，设定超级电容充电条件和充电完成条件，根据投入和切除的条件，完成超级电容的充电；

当有轨电车处于行车供电时，设定超级电容供电完成条件，根据投入和切除的条件，完成超级电容的供电；

当有轨电车处于制动能量回收时，设定超级电容制动能量回收完成条件，根据投入和切除的条件，完成超级电容的制动能量回收。

具体地说，通过控制器设定投入和切除条件、超级电容充电条件、超级电容充电完成条件、超级电容供电完成条件以及超级电容制动能量回收完成条件。

具体地说，有轨电车进站充电时，控制器判断多组超级电容模块是否存在欠压；

当无欠压，根据投入和切除的条件，充电桩按照超级电容的充电额定电流值进行充电，直至满足超级电容充电完成条件，充电桩停止充电；

当存在欠压，控制器检测欠压超级电容的电压值，计算其与直流母线电压值的差值，待差值小于所述第一阈值，根据强投充电信号和投入和切除的条件，充电桩进行充电，直至充电桩停止充电。

有轨电车行车供电时，多组超级电容模块均处于正常状态时，根据投入和切除的条件，超级电容模块供电，控制器比较多个投入超级电容与第五阈值的大小；

当超级电容大于等于第五阈值，超级电容模块继续供电；

当超级电容小于第五阈值，控制牵引变流器的牵引功率减半运行，根据超级电容供电完成条件，超级电容停止供电；

当多组超级电容模块中同时存在处于正常状态和处于故障状态的超级电容时，根据投入和切除的条件，控制器调整牵引功率限值，根据超级电容与第五阈值的大小和超级电容供电完成条件，超级电容停止供电；

当多组超级电容均处于故障状态时，根据投入和切除的条件，超级电容停止供电。

有轨电车制动能量回收时，当多组超级电容模块均处于正常状态时，根据所述投入和切除的条件，制动能量回馈至超级电容模块，当超级电容的电压值小于等于第二阈值时，超级电容回收制动能量，当超级电容的电压值大于第二阈值时，控制牵引变流器停止电制动，并控制制动单元启动电阻制动和机械制动；

当多组超级电容模块中同时存在处于正常状态和处于故障状态的超级电容时，根据投入和切除的条件和处于正常状态的超级电容投入数量，控制器确定处于正常状态超级电容最大吸收的再生制动功率，分配再生制动功率，并判断有轨电车总制动功率是否超过再生制动功率；

若是，超级电容回收制动能量；若否，控制制动单元，剩余制动能量由电阻制动和机械制动补充；

当多组超级电容模块均处于故障状态时，根据投入和切除的条件，停止制动能量回收，控制制动单元，制动能量全部转为电阻制动和机械制动。

本实施例提供的有轨电车冗余超级电容控制系统，多个超级电容并联连接，并与直流母线直接相连，无需配置双向DC/DC变流器，减轻了有轨电车的重量，以及有轨电车车顶的空间占用，有效节约了成本。

以上仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种有轨电车冗余超级电容控制方法，其特征在于，所述有轨电车包括多组超级电容模块，每组所述超级电容模块包括多个电量相等的超级电容，多组所述超级电容模块中的多个所述超级电容并联连接，所述有轨电车冗余超级电容控制方法包括如下步骤：

设定多组所述超级电容模块中的多个所述超级电容投入和切除的条件；

判断所述有轨电车的运行工况，所述有轨电车的运行工况包括：进站充电、行车供电以及制动能量回收；

当所述有轨电车处于进站充电时，设定所述超级电容充电条件和充电完成条件，根据所述投入和切除的条件，完成所述超级电容的进站充电；

当所述有轨电车处于行车供电时，设定所述超级电容供电完成条件，根据所述投入和切除的条件，完成所述超级电容的行车供电；

当所述有轨电车处于制动能量回收时，设定所述超级电容制动能量回收完成条件，根据所述投入和切除的条件，完成所述超级电容的制动能量回收。

2.根据权利要求1所述的有轨电车冗余超级电容控制方法，其特征在于，所述投入和切除的条件，具体包括：

判断多组所述超级电容模块的运行状态，所述运行状态包括正常状态和故障状态；

当多组所述超级电容模块均处于正常状态时，检测多组所述超级电容模块中的所述超级电容的电压值，投入第一组所述超级电容模块中电压值最高的所述超级电容，并计算第一组所述超级电容模块中除去电压值最高的所述超级电容后剩余的所述超级电容的电压值与直流母线电压值的差值，待差值小于第一阈值，投入第一组所述超级电容模块中除去电压值最高的所述超级电容后剩余的所述超级电容，第一组所述超级电容模块包括电量最高的所述超级电容；

当多组所述超级电容模块均处于故障状态时，多组所述超级电容模块停止运行；

当多组所述超级电容模块中同时存在处于正常状态和处于故障状态的超级电容时，切除处于故障状态的所述超级电容，投入处于正常状态的所述超级电容。

3.根据权利要求2所述的有轨电车冗余超级电容控制方法，其特征在于，所述切除处于故障状态的所述超级电容，投入处于正常状态的所述超级电容，具体包括：

当第一组所述超级电容模块中多个所述超级电容均处于故障状态且其余组所述超级电容模块中存在所述超级电容处于故障状态时，判断其余组所述超级电容模块的输出是否满足所述有轨电车供电需求；

若是，切除处于故障状态的所述超级电容，检测处于正常状态的所述超级电容的电压值，投入其余组电量最高的所述超级电容模块中电压值最高的所述超级电容，并计算其余组电量最高的所述超级电容模块中除去电压值最高的所述超级电容后剩余的处于正常状态的所述超级电容的电压值与直流母线电压值的差值，待差值小于第一阈值时，投入其余组电量最高的所述超级电容模块中除去电压值最高的所述超级电容后剩余的处于正常状态的所述超级电容；若否，多组所述超级电容模块停止运行；

当第一组所述超级电容模块中至少存在一个所述超级电容处于正常状态时，切除处于故障状态的所述超级电容，检测处于正常状态的所述超级电容的电压值，投入第一组所述超级电容模块中电压值最高的所述超级电容，并计算第一组所述超级电容模块中除去电压值最高的所述超级电容后剩余的处于正常状态的所述超级电容的电压值与直流母线电压值的差值，待差值小于所述第一阈值时，投入第一组所述超级电容模块中除去电压值最高的所述超级电容后剩余的处于正常状态的所述超级电容。

4.根据权利要求3所述的有轨电车冗余超级电容控制方法，其特征在于，所述超级电容充电条件包括：

根据所述投入和切除的条件，判断处于正常状态投入的所述超级电容数量；

根据所述超级电容数量，设定所述超级电容的充电额定电流值；

所述超级电容充电完成条件包括：

以恒定的充电额定电流值对所述超级电容充电至第二阈值；

以恒定所述第二阈值充电所述超级电容；

判断所述超级电容的充电电流与第三阈值的大小，当所述超级电容的充电电流大于等于所述第三阈值，继续对所述超级电容进行充电；当所述超级电容的充电电流小于所述第三阈值，停止对所述超级电容充电。

5.根据权利要求4所述的有轨电车冗余超级电容控制方法，其特征在于，所述完成所述超级电容的进站充电按照如下步骤进行：

所述有轨电车进站充电时，判断多组所述超级电容模块是否存在欠压；

当无欠压，根据所述投入和切除的条件，按照所述超级电容的充电额定电流值进行充电，直至满足所述超级电容充电完成条件，停止充电；

当存在欠压，检测欠压所述超级电容的电压值，计算其与直流母线电压值的差值，待差值小于所述第一阈值，根据强投充电信号和所述投入和切除的条件进行充电，直至停止充电。

6.根据权利要求4所述的有轨电车冗余超级电容控制方法，其特征在于，所述超级电容供电完成条件包括：

检测多个所述超级电容的电压值，比较所述超级电容的电压值与第四阈值的大小；

当所述超级电容的电压值小于所述第四阈值，停止供电；

当所述超级电容的电压值大于等于所述第四阈值，继续供电。

7.根据权利要求6所述的有轨电车冗余超级电容控制方法，其特征在于，所述完成所述超级电容的行车供电按照如下步骤进行：

当多组所述超级电容模块均处于正常状态时，根据所述投入和切除的条件，所述超级电容模块供电，比较多个投入所述超级电容与第五阈值的大小；

当所述超级电容大于等于所述第五阈值，所述超级电容模块继续供电；

当所述超级电容小于所述第五阈值，牵引功率减半运行，根据所述超级电容供电完成条件，停止供电；

当多组所述超级电容模块中同时存在处于正常状态和处于故障状态的超级电容时，根据所述投入和切除的条件，调整牵引功率限值，根据所述超级电容与第五阈值的大小和所述超级电容供电完成条件，停止供电；

当多组所述超级电容均处于故障状态时，根据所述投入和切除的条件，停止供电。

8.根据权利要求4所述的有轨电车冗余超级电容控制方法，其特征在于，所述超级电容制动能量回收完成条件包括：

检测多个所述超级电容的电压值，比较所述超级电容的电压值与所述第二阈值的大小；

当所述超级电容的电压值小于等于所述第二阈值，所述超级电容回收制动能量；

当所述超级电容的电压值大于所述第二阈值，停止电制动并启动电阻制动和机械制动。

9.根据权利要求8所述的有轨电车冗余超级电容控制方法，其特征在于，所述完成所述超级电容的制动能量回收按照如下步骤进行：

当多组所述超级电容模块均处于正常状态时，根据所述投入和切除的条件，制动能量回馈至所述超级电容模块，根据所述超级电容制动能量回收完成条件，所述超级电容回收制动能量；

当多组所述超级电容模块中同时存在处于正常状态和处于故障状态的超级电容时，根据所述投入和切除的条件和处于正常状态的所述超级电容投入数量，确定处于正常状态所述超级电容最大吸收的再生制动功率，分配所述再生制动功率，并判断所述有轨电车总制动功率是否超过所述再生制动功率；

若是，所述超级电容回收制动能量；若否，剩余制动能量由电阻制动和机械制动补充；

当多组所述超级电容模块均处于故障状态时，根据所述投入和切除的条件，停止制动能量回收，制动能量全部转为电阻制动和机械制动。

10.一种有轨电车冗余超级电容控制系统，包括充电桩、牵引单元以及制动单元，其特征在于，包括：多组超级电容模块，每组所述超级电容模块包括多个电量相等的超级电容，多组所述超级电容模块中的多个所述超级电容并联连接于直流母线上；

控制器，所述控制器与所述充电桩、所述牵引单元、所述制动单元以及多组所述超级电容模块连接，用于执行如下步骤：

设定多组所述超级电容模块中的多个所述超级电容投入和切除的条件；

判断所述有轨电车的运行工况，所述有轨电车的运行工况包括：进站充电、行车供电以及制动能量回收；

当所述有轨电车处于进站充电时，设定所述超级电容充电条件和充电完成条件，根据所述投入和切除的条件，完成所述超级电容的充电；

当所述有轨电车处于行车供电时，设定所述超级电容供电完成条件，根据所述投入和切除的条件，完成所述超级电容的供电；

当所述有轨电车处于制动能量回收时，设定所述超级电容制动能量回收完成条件，根据所述投入和切除的条件，完成所述超级电容的制动能量回收。

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