CN112140892A - 轨道交通车辆及其多储能电源并网控制方法、系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种轨道交通车辆及其多储能电源并网控制方法、系统，根据储能电源与其通信状态及储能电源压差值是否在阈值内自动选择哪些储能电源并网，先并网的储能电源电压均衡后，可再投入剩余满足压差阈值的其他储能电源，提高了多组储能电源同时工作的利用率，也规避了因储能电源相互之间压差过大而引起回路电流过大损坏储能电源。使多组储能电源总是工作在合理的电压范围，能延长储能电源的使用寿命，保证了储能电源在实际有轨电车上应用的性价比。

Description

轨道交通车辆及其多储能电源并网控制方法、系统
技术领域
本发明涉及轨道交通领域，特别是一种轨道交通车辆及其多储能电源并网控制方法、系统。
背景技术
储能电源作为一种新型储能绿色环保装置，具有储存能量大、充电效率高和使用寿命长等特点，在轨道交通、清洁能源、混合动力、绿色环保等领域具有很大的应用价值。
目前轨道交通车辆配置储能电源的主要有储能式巴士、有轨电车和混合动力动车组，储能式巴士和有轨电车的供电源是储能电源，同一辆车配置多组储能电源；而混合动力动车组的供电源为柴油机和储能电源，则是同一辆车上配置多个柴油机和多组储能电源。车辆配置储能电源时，储能电源由车辆控制单元与储能电源CMS系统共同管理，但储能电源判定不了何时投入使用，此时需要整车的控制单元综合考虑储能电源与车辆控制单元的通信状态和储能电源电压值来控制储能电源并网；实际项目中储能电源与车辆的连接由硬线电路实现，车辆控制单元通过控制继电器的状态来达到控制储能电源的目的。
当车辆配置多组储能电源为供电源时，现有技术未考虑以下情况，这将导致储能电源相互之间压差过大而引起回路电流过大损坏储能电源，缩短了储能电源的使用寿命：
1)每组储能电源与车辆控制单元的通信状态；
2)储能电源电压：储能电源内阻很小，故多组储能电源工作时，形成的回路电阻也很小，此时需考虑由于压差原因产生的回路电流大小；
3)储能电源压差阈值：考虑储能电源在实际项目中应用情况，并结合储能电源在带负载和不带负载时的情况，得到多组储能电源之间的压差在某个阈值内时，车辆控制单元可发出闭合多组储能电源并网指令；
4)指令输出模块：使用外部指令控制储能电源接触器时，储能电源能否收到车辆控制单元给出的指令。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，针对现有技术不足，提供一种轨道交通车辆及其多储能电源并网控制方法、系统，避免因储能电源相互之间压差过大而引起回路电流过大损坏储能电源。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种轨道交通车辆多储能电源并网控制方法，包括以下步骤：
S1、判断N组储能电源与车辆控制单元的通信是否均正常，若均正常，则执行步骤S2；否则，若有M组储能电源与车辆控制单元的通信不正常，则剔除该M组储能电源，执行步骤S2，其中，1≤M＜N；若N组储能电源与车辆控制单元的通信均不正常，则结束；
S2、判断储能电源中最高电压与最低电压之差的绝对值是否不超过压差阈值，若是，则闭合所有储能电源接触器；否则，执行步骤S3；
S3、剔除任意1组储能电源，返回步骤S2，当电压值最高的储能电源的接触器闭合时，结束。
本发明根据储能电源与其通信状态及储能电源压差值是否在阈值内自动选择对应储能电源并网，避免了因储能电源相互之间压差过大而引起回路电流过大损坏储能电源。了因储能电源相互之间压差过大而引起回路电流过大损坏储能电源。
为了降低成本，节省资源，提高传输速率，本发明中，N组储能电源均通过MVB网络与所述车辆控制单元通信。
步骤S1之前，还执行如下操作：对所述N组储能电源的电压值进行预处理。预处理即判断储能电源电压是否在正常范围内，通过简单的比较方式实现。1)储能电源电压值由储能电源内部传感器采集，考虑到采集异常时不造成误判；2)程序实现时需对数据有效性进行判断；故对接收到的电压值做预处理。预处理可以避免因异常的电压值，导致车辆控制单元给出不正确的指令使储能电源利用不充分或是造成车辆的其他电气设备损坏。
为了进一步实现自动化处理，步骤S2之后，还包括：所述车辆控制单元根据发出的指令控制各接触器吸合。
目前在实际项目应用中最多使用了3组储能电源，从实际项目应用的角度考虑，本发明中，N＝3，当3组储能电源与车辆控制单元的通信均正常时，对3组储能电源的电压值进行排序，并比较3组储能电源中最高电压与最低电压之差的绝对值是否不超过压差阈值，若是，则车辆控制单元发出闭合经3组储能电源接触器的指令；否则，剔除3组储能电源中电压值最小的一组储能电源，比较剩余的2组储能电源电压之差的绝对值是否不超过压差阈值，若是，则闭合该剩余的2组储能电源的接触器；若剩余的2组储能电源电压之差的绝对值超过压差阈值，则剔除3组储能电源中电压值最大的1组储能电源，若剩余的两组储能电源电压值之差的绝对值不超过压差阈值，则闭合该两组储能电源的接触器，否则，闭合3组储能电源中电压值最高的储能电源的接触器。
步骤S2中，设闭合接触器的储能电源的数量为L，其中，L＜N；则当闭合接触器的所有储能电源的电压均衡时，判断闭合接触器的任一储能电源的电压值与任一未闭合接触器的储能电源k的电压值之差的绝对值是否不超过压差阈值，若是，则闭合该储能电源k的接触器；其中，储能电源k与车辆控制单元正常通信。先并网的储能电源电压均衡后，可再投入剩余满足压差阈值的其他储能电源，提高了多组储能电源同时工作的利用率。
本发明还提供了一种轨道交通车辆多储能电源并网控制系统，其包括车辆控制单元；所述车辆控制单元被配置或编程为用于执行本发明上述方法的步骤。
所述车辆控制单元与指令输出模块通信；所述指令输出模块将所述车辆控制单元发出的指令传输至对应储能电源的接触器。
作为一个发明构思，本发明还提供了一种轨道交通车辆，其采用上述控制系统。
本发明中，具体的压差阈值需根据所使用的储能电源自身性能和组数而定。根据储能电源实测内阻值和峰值电流，并结合储能电源在带负载和不带负载时的情况，计算得到多组储能电源之间的压差阈值。本发明中，压差阈值＝I储能电源×R总电阻；其中，R总电阻表示储能电源内阻及线路电阻之和，I储能电源表示储能电源工作时能承受的峰值电流。设置压差阈值目的：1)补电成本:储能电源在轨道交通车辆上的使用逐渐普及，但给其补充电能的装置有限，往往需要借助外力将车辆转移到特定的充电站进行补电，会增加一定的时间成本和其他成本。2)适应电压差异性:多组储能电源由于个性原因或在装车时电压值有所差异。设定了压差阈值后，当多组储能电源压差在阈值之内，车辆控制单元仍然可以控制储能电源并网而不影响车辆的实际使用，提升了储能电源在轨道交通车辆的适用性及的实际可利用率。
与现有技术相比，本发明所具有的有益效果为：
1、本发明根据储能电源与其通信状态及储能电源压差值是否在阈值内自动选择对应的储能电源并网，先并网的储能电源电压均衡后，可再投入剩余满足压差阈值的其他储能电源，提高了多组储能电源同时工作的利用率，也避免了因储能电源相互之间压差过大而引起回路电流过大损坏储能电源；
2、本发明的方案能使多组储能电源总是工作在合理的电压范围，能延长储能电源的使用寿命，保证了储能电源在实际有轨电车上应用的性价比。
附图说明
图1为本发明实施例储能电源并网控制总体框架图；
图2为本发明实施例储能电源并网控制方法分类示意图；
图3为本发明实施例车辆控制单元与3组储能电源通信均正常时的控制方法流程图；
图4为本发明实施例车辆控制单元与3组中任意2组储能电源通信均异常时的控制方法流程图；
图5为本发明实施例车辆控制单元与3组中任意1组储能电源通信异常时的控制方法流程图；
图6为本发明实施例车辆控制单元与3组储能电源通信均异常时的控制方法流程图。
具体实施方式
如图1所示，本发明实施例并网控制系统包括数据输入、控制单元和数据输出三部分，三者间通过MVB网络传输数据。数据输入实时获取每组储能电源与车辆控制单元的通信状态和储能电源电压值；控制方法由车辆控制单元执行；数据输出将运算得到的指令输出至执行机构(接触器)。
本发明实施例控制方法实现过程包括：
数据输入：各组储能电源与车辆控制单元的通信状态，各组储能电源的电压值，两者均是通过MVB网络实时获取的，车辆控制单元对储能电源电压值进行预处理，降低异常数据对储能电源并网控制的影响。
本发明中车辆控制单元发出接触器闭合指令，即控制对应的储能电源并网。
对N组储能电源与车辆控制单元的通信状态进行诊断(本实施例中，N等于3)，然后对需要投入使用的N组储能电源分N+1类情况处理，分类方法如图2所示。
如图3，第1类，N组储能电源与车辆控制单元的通信均正常；
1)判断N组储能电源中最高电压与最低电压之差的绝对值是否小于等于压差阈值，若是，则车辆控制单元发出闭合这N组储能电源接触器闭合指令，算法结束；否则执行步骤2)；
2)先剔除任意1组储能电源，共有N-1种情况，按1)方法比较剩余N-1组，若满足最高电压与最低电压之差的绝对值是否小于等于压差阈值条件，则车辆控制单元发出闭合这N-1组储能电源接触器指令，算法结束；否则执行步骤3)；
3)按照步骤2)的算法执行，每次剔除组数增加1，接着比较剩余储能电源的电压值，则车辆控制单元发出闭合N组中电压值最高的那组储能电源接触器指令，算法结束；
如图4，第2类，在N组储能电源中，有1组与车辆控制单元的通信均不正常，剔除与车辆控制单元通信不正常的1组储能电源，按第1类算法执行是否发出闭合其他组储能电源接触器指令；
如图5，第3类，在N组储能电源中，有2组与车辆控制单元的通信均不正常，剔除与车辆控制单元通信不正常的2组储能电源，按第1类算法执行是否发出闭合其他组储能电源接触器指令；以此类推。
如图6，第N+1类，在N组储能电源中，有N组与车辆控制单元的通信均不正常，则车辆控制单元不发出任何一组储能电源接触器闭合指令；
数据输出：车辆控制单元经过逻辑运算后，再通过指令输出模块将指令输出，控制继电器吸合状态，以实现对储能电源内部接触器的控制。
控制方法流程以3组储能电源为示例(图中CMS代表储能电源)。
本发明实施例中压差阈值计算方式如下：设多组储能电源工作时，储能电源内阻及线路电阻之和称为总电阻，用R总电阻表示，工作时储能电源能承受的峰值电流用I储能电源表示。多组储能电源中电压的最大值用为U最大值表示，多组储能电源中电压的最小值用U最小值表示。为了保证储能电源和其他电气设备不因电气回路电流过大而损坏，回路中储能电源的电压、电流和电阻应满足如下关系式。
U最大值-U最小值≤I储能电源×R总电阻
储能电源的压差阈值则应满足如下关系式：
压差阈值＝I储能电源×R总电阻
本发明对于轨道交通有轨电车车辆有良好的适用性，储能电源作为有轨电车重要的动力来源，在车辆上装备多组储能电源也是较常见的。依据储能电源并网供电控制方法与储能电源的实时电压值相结合来合理地判断每组储能电源的投入时机，在保证能源利用率的同时延长了储能电源的使用寿命，本发明在实际的储能式有轨电车上具有很良好的应用前景。

Claims (10)

1.一种轨道交通车辆多储能电源并网控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、判断N组储能电源与车辆控制单元的通信是否均正常，若均正常，则执行步骤S2；否则，若有M组储能电源与车辆控制单元的通信不正常，则剔除该M组储能电源，执行步骤S2，其中，1≤M＜N；若N组储能电源与车辆控制单元的通信均不正常，则结束；
S2、判断储能电源中最高电压与最低电压之差的绝对值是否不超过压差阈值，若是，则闭合所有剩余的储能电源的接触器；否则，执行步骤S3；
S3、剔除任意1组储能电源，返回步骤S2，当电压值最高的储能电源的接触器闭合时，结束。
2.根据权利要求1所述的轨道交通车辆多储能电源并网控制方法，其特征在于，所述N组储能电源均通过MVB网络与所述车辆控制单元通信。
3.根据权利要求1所述的轨道交通车辆多储能电源并网控制方法，其特征在于，步骤S1之前，还执行如下操作：对所述N组储能电源的电压值进行预处理。
4.根据权利要求1所述的轨道交通车辆多储能电源并网控制方法，其特征在于，步骤S2之后，还包括：所述车辆控制单元根据发出的指令控制各接触器吸合。
5.根据权利要求1所述的轨道交通车辆多储能电源并网控制方法，其特征在于，N＝3；当3组储能电源与车辆控制单元的通信均正常时，对3组储能电源的电压值进行排序，并比较3组储能电源中最高电压与最低电压之差的绝对值是否不超过压差阈值，若是，则车辆控制单元发出闭合经3组储能电源接触器的指令；否则，剔除3组储能电源中电压值最小的一组储能电源，比较剩余的2组储能电源电压之差的绝对值是否不超过压差阈值，若是，则闭合该剩余的2组储能电源的接触器；若剩余的2组储能电源电压之差的绝对值超过压差阈值，则剔除3组储能电源中电压值最大的1组储能电源，若剩余的两组储能电源电压值之差的绝对值不超过压差阈值，则闭合该两组储能电源的接触器，否则，闭合3组储能电源中电压值最高的储能电源的接触器。
6.根据权利要求1～5之一所述的轨道交通车辆多储能电源并网控制方法，其特征在于，压差阈值＝I储能电源×R总电阻；其中，R总电阻表示储能电源内阻及线路电阻之和，I储能电源表示储能电源工作时能承受的峰值电流。
7.根据权利要求1～5之一所述的轨道交通车辆多储能电源并网控制方法，其特征在于，步骤S2中，设闭合接触器的储能电源的数量为L，其中，L＜N；则当闭合接触器的所有储能电源的电压均衡时，判断闭合接触器的任一储能电源的电压值与任一未闭合接触器的储能电源k的电压值之差的绝对值是否不超过压差阈值，若是，则闭合该储能电源k的接触器；其中，储能电源k与车辆控制单元正常通信。
8.一种轨道交通车辆多储能电源并网控制系统，其特征在于，包括车辆控制单元；所述车辆控制单元被配置或编程为用于执行权利要求1～7之一所述方法的步骤。
9.根据权利要求8所述的轨道交通车辆多储能电源并网控制系统，其特征在于，所述车辆控制单元与指令输出模块通信；所述指令输出模块将所述车辆控制单元发出的指令传输至对应储能电源的接触器。
10.一种轨道交通车辆，其特征在于，采用权利要求8或9所述的控制系统。
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