CN112776831A - 运行有轨车辆以限制电源中的功率峰值 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种有轨车辆，其设置成，由车辆外部的电源接收电能且优选具有至少一个电储能器，其中有轨车辆在第一运行模式下借助从电源接收的能量以及只要该储能器存在、在没有来自该储能器的能量的情况下可向前运动；且在第二运行模式下只要该储能器存在、至少部分借助来自该储能器的能量和/或以相比于第一运行模式降低的牵引功率可向前运动，其特征在于，有轨车辆包括控制装置，该控制装置设置成，根据限定可从电源接收的功率的允许上限的接收上限激活第一或第二运行模式，其中该接收上限为了避免在电源中的功率峰值是可变地可确定的。此外，本发明还涉及一种用于运行这样的有轨车辆的方法以及一种装置和涉及车辆车队的方法。

Description

运行有轨车辆以限制电源中的功率峰值
技术领域
本发明涉及一种有轨车辆(Schienenfahrzeug)、一种用于运行有轨车辆的方法、具有有轨车辆车队(Schienenfahrzeugflotte)的装置以及一种用于运行有轨车辆车队的方法。全部有轨车辆在此至少部分是电驱动的。
背景技术
由车辆外部的供电电网或换言之车辆外部的电源供给电能的电驱动的有轨车辆是广泛应用的。在此，有轨车辆例如借助集电器分接导电轨或电源的接触线(Oberleitung)的电流。
根据当前的功率需求(即当前的能量需求)——例如通过牵引力需求可以自动或手动地预给定——有轨车辆涉及来自电源的可变的功率。如果多个负载(例如多个有轨车辆)从电源同时获得电功率，那么这可以导致所谓的功率峰值。对此可以理解为在电源内高于限定的阈值的功率。该功率可以通过电源的变电分站提供或者在此积聚(anfallen)或被测量到。
阈值例如可以相应于如下的提供的功率或能量(Energiemenge)：电源并且特别是可能的变电分站在调节运行期间设计为用于该提供的功率或能量。特别是阈值可以相应于如下功率值：从该功率值起能量成本超过确定的价格极限，如该能量成本例如通过轨道网络或电源的运营者确定。
变电分站可理解为一种如下的变电站：其以自身已知的方式设置用于给所分配的接触线区段和/或导电轨区段从上级电网(例如从公众电网和/或轨道电网)供以电能。
上述类型的功率峰值可能出于不同的原因是不期望的。例如由有轨车辆获得的电能的能量价格(特别是千瓦时价格)经常根据功率峰值的出现或不出现来确定。相比于在避免功率峰值的情况下，在功率峰值出现的情况下显著更高的能量价格可能是应付的
Figure BDA0002764440370000011
对于轨道交通企业可以值得期望的是，尽可能限制运行其有轨车辆的能量价格。
而且从基础设施方面来看可以值得期望的是，尽可能避免功率峰值。如此例如已知的是，在火车站或者在多个驶过的和/或其特点在于高能量需求的路线区段(例如在高坡度的情况下)中的供电电网必要时必须分开设计用于可能的、但是仅仅很少出现的功率峰值。这伴随着复杂性和成本的提高。
例如可以需要的是，设置分开的变电分站仅仅用于功率峰值很少出现的情况且随后也仅仅相应地很少或可选性地将其激活。发明人已经清楚看出：如果持续避免功率峰值，那么可以省去或至少限制该需求。
此外，供电电网的运行在功率峰值的情况下的特点可以在于降低的效率(例如如果必须接通附加的具有损耗的变电分站)。
发明内容
因此本发明的目的在于，关于电源的不期望的功率峰值改善有轨车辆的运行。
该目的通过根据本发明的有轨车辆、装置以及方法解决。有利的扩展方案在优选的实施方式中提出。此外可以理解，在开始的描述中提及的特征单个地或以任意组合地也可设置在在此公开的解决方案中，只要没有另外说明或者是显然的。
根据本发明已知，为了避免上述缺点应尽可能限制功率峰值的出现。为此根据一个可选择的发明方面提出，有轨车辆配备有电储能器。假如存在出现不期望的功率峰值的风险，那么也可以实现至少暂时从该电储能器给有轨车辆供给能量。有轨车辆从电源的功率接收(Leistungsaufnahme)那么可以相应地受限，从而减轻电源的负担且降低出现功率峰值的风险。替代或附加地，可以通过至少暂时降低有轨车辆的牵引功率来降低电功率吸收(Leistungsentnahme)。
同样，根据一个发明方面可以设置，对于具有多个有轨车辆的有轨车辆车队，为了避免功率峰值，对于相应的能量接收以及主要是通过有轨车辆从电源的功率接收例如借助上级的车队控制装置(或者换言之，车队控制装置)进行协调。可选择地，那么也可以设置如下：为了避免功率峰值且考虑到累积的车队能量需求，有轨车辆中的至少一个可选择地从内部储能器吸收能量(即至少在电压中按份额从该储能器而不是从外部电源供能变换)。
通过避免功率峰值可以降低能量成本、可以提高效率，且也可以至少在中期降低对基础设施的要求(例如通过能实现主要设置用于功率峰值的附加的变电分站的更低功率的设计或省去所述变电分站)。
特别是提出一种具有根据本发明的特征的有轨车辆，且该有轨车辆此外设置成，由车辆外部的电源(其例如具有接触线或导电轨)接收电能且优选具有至少一个电储能器，其中，有轨车辆在第一运行模式下可以借助从电源接收的能量以及——如果存在——在没有来自该储能器的能量的情况下向前运动；且在第二运行模式下可以——如果存在——至少部分(或者大部分或者完全)借助来自该储能器的能量和/或以相比于第一运行模式降低的功率(特别是牵引功率)向前运动，其中，有轨车辆包括控制装置，该控制装置设置成，根据限定能量接收且更准确地说来自电源的能量接收的允许上限的接收上限来激活第一运行模式或第二运行模式。
在第二运行模式下可以始终由车辆外部的电源吸收电能或功率(特别是仅仅由该电源，而无需设有或者使用储能器)。
接收上限可以特别是为了避免电源内的功率峰值而选择的和/或为了对从电源接收的功率的有针对性的节流(drosseln)而选择的。接收上限可以限定可从电源接收的功率的极限。
有轨车辆可以是机车、驱动车或由多个单个车辆组成的组合，其中，优选地单个车辆中的至少一个包括用于有轨车辆的向前运动的牵引系统。
有轨车辆的向前运动可以理解为，有轨车辆将电能转换为牵引能，例如以便以期望的速度沿确定的方向行驶。转换可以通过在此所述的类型的驱动系统或牵引系统实现，例如由此使得电能用于驱动有轨车辆的至少一个牵引电机。
电储能器可以包括至少一个电池、至少一个蓄电池和/或至少一个(超级)电容器。储能器因此至少称为电的，因为该储能器可以至少间接存储电能(即还有可转换为电能的其他能量形式)。但是不需要强制涉及电装置(例如具有电蓄能组件)。例如储能器也可以存储机械能(例如在配置为飞轮的情况下)，机械能那么为了输出给负载又可以转换为电能。
可存储在储能器中的能量可以如此测量，使得利用该能量可以至少部分或完全地实现使有轨车辆向前运动。该向前运动例如可以在大于1公里或大于10公里的距离上实现和/或以预先确定的、例如至少30公里/小时的最低速度实现。
一般地可以设置，在电储能器中可以存储从电源接收的电能和/或例如在再生制动运行期间获得的能量可以存储其中。在后者情况下，牵引电机可以以自身已知的方式运行在发电机模式下，且可以将在此获得的电能存储在储能器中。
为了激活第一运行模式或第二运行模式，控制装置可以适合地操控适合的开关装置或换流器装置。例如，在第一运行模式下电储能器可以通过开关装置或者通过停用的换流器或充电设备与至少一个牵引电机电分离。替代地，可以闭合在集电器和尤其有轨车辆的主变压器与给至少一个牵引电机供电的换流器之间的电连接，和/或可以激活该换流器用于牵引电机的相应供电。
在第二运行模式下可以通过相反的方式在集电器与牵引电机之间可选择地中断供电。无论如何，但是可以闭合在电储能器与一个或多个牵引电机之间的电连接，以便至少部分动用来自该储能器的能量。
替代或附加地，相比于第一运行模式可以产生降低的牵引功率，即限制可用的牵引功率。原则上那么也可以继续从外部电源获得电能，但是基于有轨车辆以降低的功率的运行减轻该外部电源的负担。有利地，也可以设置，利用降低的功率在第二运行模式下也至少部分地动用可选择的储能器。那么特别强烈地减轻电源的负担，另一方面但是没有过度增加储能器的负担。
接收上限可以如此选择，使得降低出现不期望的功率峰值的风险。一般地，该接收上限可以可变地确定。用于确定的可能的示例以下进一步进行阐明。
用于确保在不超过接收上限的情况下实现能量接收且特别是功率接收的措施不是强制的。替代地，也仅仅发生在能量接收或能量需求与接收上限之间的调整。在超过接收上限的情况下那么可以变换到第二运行模式。
如果要根据(即没有超过)接收上限确保能量接收以及特别是功率接收，那么这可以通过换流器装置的适合的操控来实现，换流器装置以自身已知的方式连接有轨车辆的主变压器与直流电压中间电路。附加或替代地，可以适合地操控换流器装置，该换流器装置将直流电压中间电路与至少一个牵引电机连接。
操控可以通过上述情况中的两种如此实现，使得降低从车辆外部的电源的功率接收，例如通过特别是所述换流器装置的至少部分的停用或降频(Heruntertakten)。
通过预给定接收上限，可以对从车辆外部的电源的功率接收至少部分节流或甚至完全禁止。在后者情况下，接收上限应选择得相应低。
总之可以设置如下：从电源的完全的能量接收相比于从储能器的能量接收原则上是优先的。特别是为了避免功率峰值，但是可以至少选择性地接通从储能器的能量接收。那么如果有轨车辆的能量需求并且特别是其功率需求导致：如果可能使电源过载或者其中可以出现功率峰值，那么可以通过从储能器的能量吸收来至少部分减轻该电源的负担，该储能器那么可以说用作替代的能量源。
可以理解，与从储能器的能量接收同样重要的是通过或由储能器至少部分覆盖有轨车辆的功率需求。有轨车辆从电源的功率接收那么可以在从储能器吸收能量的情况下相应地被降低。
一种扩展方案设置，控制装置设置成根据有轨车辆的能量需求参量(其也可以称为功率需求参量
Figure BDA0002764440370000031
或说明这样的功率需求)激活第一或第二运行模式。能量需求参量也可以称为有轨车辆的功率需求。可以涉及当前测量的功率需求或能量需求(或者换言之，当前的能量需求或功率接收)，例如根据要求的拉力或要求的速度估计的或求取的能量需求，或者未来期望的能量需求，其例如可以根据之前的行驶路程特性求取。
根据一个示例，可以基于有轨车辆的要求的向前运动来求取功率需求参量。因此，功率需求参量可以特别是由需要的牵引能量以及特别是牵引功率组成，为了实现期望的向前运动(例如期望的速度和/或拉力)而需要该需要的牵引能量以及特别是牵引功率。该要求例如可以通过车辆驾驶员手动地预给定或者通过列车控制系统(Zugbeeinflussungssystem)(例如根据ATO-over-ETCS标准、受欧洲列车控制系统保护的列车自动运行)预给定。
附加或替代地，可以基于测量的功率接收和/或测量的能量需求求取功率需求参量。例如可以至少在第一运行模式下测量当前从电源吸收多大的电能量或功率。该功率那么可以用于求取功率需求参量或者等同于该功率需求参量，因为该功率相应于当前的功率需求。
控制装置可以设置成，例如根据上述变型之一(例如基于牵引需求或测量)求取功率需求参量。如所提及的那样，这例如可以根据拉力要求或速度要求的指示和/或在知道有轨车辆参数(如重量)的情况下和/或在知道路线参数(如路线坡度)的情况下实现。替代地，功率需求参量也可以由其他装置求取且传输给控制装置。
根据一个变型可以确定如下阈值或规则，其确定要在功率需求参量的多大值的情况下激活第一运行模式或第二运行模式或者在这些模式之间进行变换。
附加或替代地，另一实施方式设置，最晚当功率需求参量大于接收上限时能够激活第二运行模式。如果满足该条件，那么有轨车辆当前要求的或未来期望的功率需求不再通过为了避免功率峰值而受限的或者换言之被遮盖的来自车辆外部的电源的功率接收来覆盖。替代地，那么实现通过储能器的附加的或可选完全的供能。由此确保：尽管受限的从外部的能量接收，始终可以实现有轨车辆的期望的行驶功率。
替代或附加地，最晚当接收上限达到预先确定的阈值和/或接收上限低于预先确定的阈值时能够激活第二运行模式。在该情况下，用于来自电源的能量接收的可能性例如可以视为如此受限的，使得可以说是以预防方式能实现来自储能器的能量接收。这例如可以是如下情况：如果接收上限将功率接收限制到非常低的值，例如小于由有轨车辆最大可能可接收的功率的10％。
此外附加或替代地也存在如下可能性：当储能器的充电水平达到或超过预先确定的阈值时，接通第二运行模式。这例如可以在如下情况下是相关的：应确保在可能的未来的再生制动运行下产生的电能尽可能全面地是可存储的且例如必须不被浪费。在再生制动运行下产生电能的可能性优选在如下情况下设置：供电是能接收或能反馈的，例如以便由储能器可以接收必要时不再能够接收的能量。
根据一种扩展方案，接收上限可以基于如下中的至少一个来确定：
-驾驶员预先规定；
-车辆外部的控制装置的预先规定；
-车辆内部的控制装置的预先规定。
驾驶员预先规定例如可以通过操纵在有轨车辆的驾驶台(Führerstand)中适合的输入装置来实现。
车辆外部的控制装置可以由列车控制系统包括和/或提供这样的列车控制系统。通过自身已知的方式，列车控制系统可以作为主要功能将速度预先规定传送到有轨车辆，例如以便确保遵循期望的速度特性。示例是根据上述ECTS标准的列车控制系统。
车辆内部的控制装置例如可以由上述ATO-over-ETCS系统包括。
原则上也可以考虑的是，设有与常规的列车控制系统不同的且特别是与之分开设置的用于预给定接收上限的控制装置。这样的分开的控制装置的示例是如下所述的车队控制装置：其对多个有轨车辆的运行尤其关于其从共同的电源接收的电功率方面进行协调。
根据另一方面基于如下测量参量求取接收上限：该测量参量涉及车辆外部的电源的特征(或者换言之，描述和/或量化该特征)。测量参量尤其可以是电源的电压参量(例如在那里的交流电压的幅度和/或频率)。优选地，如果电压参量和/或基于此确定的接收上限小于允许的阈值，那么可以激活第二运行模式。未超过阈值是激活标准的示例，为了激活第二运行模式电压参量应满足该激活标准。
同样地，测量参量可以是电源的相移参量。例如相移参量可以说明在电源中在电流与电压之间的相位偏差和/或该参量关于期望相位偏差的相对移位。相位偏差可以由有轨车辆根据所接收的功率或能量确定。优选地，如果相移参量大于和/或基于此确定的接收上限小于允许的阈值，那么可以激活第二运行模式。超过或未超过阈值是激活标准的示例，为了激活第二运行模式相移参量应满足该激活标准。
一般地可以设置，测量参量并优选测量的电压参量越低，那么接收上限也可以选择得越低。在相移参量的情况下，接收上限相比之下可以随着越来越大的相移参量而下降。
通过考虑测量参量可以以更高的精度推断出：是否实际上存在出现不期望的功率峰值的风险。特别是测量参量可以给定关于电源实际的负荷的情况。优选测量的电压参量能够实现特别可靠地推断这样的负荷。
例如电压参量下降到允许的阈值之下可以显示：负荷或从电源获得的功率已经比较高。特别是可以如此选择允许的阈值，使得达到或低于该阈值指示如下：可能大概率出现不期望的功率峰值或者必要时不期望的功率峰值已经存在。
总之，通过上述方面那么实现如下可能性：特别符合需求地限制从电源的能量吸收且主要是功率接收且必要时在第一运行模式与第二运行模式之间进行变换。通过这种方式可以以提高的可靠性避免在电源内的不期望的电压峰值。
替代或附加地，可以求取电源的瞬时功率，且优选地如果瞬时功率大于允许的阈值，那么可以激活第二运行模式。特别是可以根据瞬时功率确定接收上限，其中，瞬时功率那么可以是在此公开的类型的测量参量的示例。瞬时功率可以由有轨车辆根据所吸收的功率或作为所吸收的功率来确定。瞬时功率例如也可以由变电分站或电源的其他构件求取且传送给车队控制装置和/或有轨车辆。
本发明也涉及一种具有根据本发明的特征的用于运行有轨车辆的方法，此外其中，有轨车辆设置成从车辆外部的电源接收电能且优选具有至少一个电储能器，其中，该方法包括：
-根据如下的接收上限来激活第一运行模式或第二运行模式：该接收上限限定从电源的功率接收(或者一般的能量接收(即可接收的能量和/或可接收的功率))的允许上限；
其中，使有轨车辆在第一运行模式下借助从车辆外部的电源接收的能量以及——如果该储能器存在——在没有来自该储能器的能量的情况下向前运动；且使有轨车辆在第二运行模式下——如果该储能器存在——至少部分地借助来自该储能器的能量向前运动。
方法可以包括每个扩展方案、每个另外的特征和每个另外的步骤，以便提供或执行上述和下述的运行状态、相互作用和功能中的全部。特别是该方法可以利用根据上述或下述方面中的每个的装置执行。一般地，对于有轨车辆特征的全部扩展方案和实施方案也可以适合表述相同的方法特征或者设置在其中。
例如该方法也可以包括例如根据上述变型之一获得且特别是求取接收上限的步骤。此外，该方法可以包括用于牵引电机与有轨车辆另外的构件(例如与换流器和/或变压器)电的连接或分离的步骤，以便通过上述方式在第一运行模式与第二运行模式之间进行变换。
本发明也涉及一种具有根据本发明的特征的装置，且此外该装置包括：
-至少两个有轨车辆(即有轨车辆车队)，其分别设置成为了向前运动(且特别是按照(nach Maβgabe)车辆特定的能量需求参量)从车辆外部的电源接收电能；以及
-车队控制装置，其设置成按照由有轨车辆中的每个有轨车辆获得的(车辆特定的)功率需求参量来确定如下的接收上限：该接收上限限定有轨车辆中的至少一个有轨车辆从电源的功率接收的允许上限。
有轨车辆中的至少一个有轨车辆可以根据上述方面中的每个构成，但是这不是强制的。例如有轨车辆中的两个有轨车辆也可以构成为没有电储能器或者至少可以不在这里所述的方式的第二运行模式下运行。特别是后者可以根据下述实施方式同样地设置。
更准确地说，根据另一方面可以设置，上述装置或在那里的有轨车辆车队的有轨车辆中的至少一个根据在此所述的有轨车辆方面之一构造，即具有电储能器且可以运行在所述第二运行模式下。
以下阐述具有有轨车辆车队和车队控制装置的装置的另外的变型和实施方式。这些变型和实施方式——只要没有另外说明或是显然的——可以通过任意方式单个或相互组合地设置。
车队控制装置可以是车辆外部的控制装置。换言之，该控制装置可以设置在路线侧和/或是位置固定的。例如车队控制装置可以由列车控制系统包括，与列车控制系统分开地但是通过相似方式沿轨道路线或者在轨道交通网的控制中心中提供。特别是车队控制装置可以由服务器(例如云服务器)包括。
与车队控制装置的通信可以无线地且例如通过移动无线电实现。车队控制装置自身可以包括至少一个微控制器和/或实现为计算机装置。名称“车队”应表示：控制装置可以与多个有轨车辆进行通信，这些有轨车辆例如可以视为属于车队。
控制装置可以从有轨车辆例如连续地获得其相应的功率需求参量，以便总是考虑整个车队的各个有轨车辆的当前功率需求。为此，有轨车辆可以包括适合的(优选无线的)通信装置，例如移动无线电发送器。
车队控制装置优选地可以发送个体化的接收上限给各个有轨车辆(更准确地说对有轨车辆中的每个有轨车辆的各一个个体化的极限)。附加或替代地可以设置，接收上限是相对的性质，例如其中该接收上限限定从电源当前功率接收的按比例的降低(例如一定的百分比数值)。在该情况下也可以给有轨车辆中的每个传送相同的接收上限，该接收上限那么例如限定用于将当前功率接收节流一定的统一的百分比数值的要求。
一般地，车队控制装置可以设置成，通过确定接收上限降低关于车辆外部的电源的车队范围的(即累积的)功率需求或者换言之降低从电源的车队范围的功率吸收。
附加或替代地，车队控制装置可以考虑涉及电源的至少一个测量参量。测量参量可以是上述类型的电压参量和/或一般显示电源由于功率吸收的负荷，例如以便求取接近可能的不期望的功率峰值。车队控制装置可以按照该测量参量适合地确定一个或多个接收上限，且特别是当识别到高负荷时降低接收上限。
为了获得接收上限，有轨车辆可以包括(优选无线的)通信装置，例如移动无线电接收器。通过上述方式，接收上限可以限定通过相应的有轨车辆从车辆外部的电源允许的功率吸收(例如作为允许的功率值)。
接收上限可以对于在本公开内容中描述的方面中的每个也采用值零。这表示，有轨车辆或者仅仅可以借助来自储能器的能量——如果存在——驱动，或者应停止，直至提高接收上限。后者与能实现从电源的能量接收同义。
通过车队控制装置这样可能的停止预先规定例如在如下情况下可以是合理的：使避免功率峰值相对于准确遵循行驶规划优先。
优选地，车队控制装置实时地获得车辆的当前功率需求参量，例如以便可以特别精确地评估电网的当前负荷和/或可能接近不期望的功率峰值。附加或替代地，车队控制装置可以实时地或以预先确定的更新间隔传送接收上限给有轨车辆中的至少选择的有轨车辆。
在每个在本公开内容中描述的方面中，功率需求参量(例如除了实时能量需求或替代实时能量需求)可以说明未来的功率需求。该功率需求例如可以根据规划的行驶路线估计，其中，行驶路线的特征例如可以通过期望速度特性和/或已知的坡度来表示。附加或替代地，也可以由行驶规划信息求取未来的能量需求。未来能量需求的求取可以由车队控制装置或者由其他(计算机实现的)求取装置执行或者至少促动，该求取装置随后将结果传送给车队控制装置。
未来能量需求的考虑能够实现通过车队控制装置对有轨车辆车队的运行进行前瞻性控制。
总之，作为另一方面可以在具有两个有轨车辆和车队控制装置的装置中尤其设置如下：
根据第二方面——其可以与具有两个有轨车辆和车队控制装置的装置的一般的第一方面有关，车队控制装置设置成与有轨车辆例如通过移动无线电进行无线地通信。在此还可以设置，有轨车辆包括无线通信装置，例如移动无线电发送器和/或移动无线电接收器。
根据第三方面——其可以与之前方面中的每个有关——车队控制装置设置成，如此确定用于有轨车辆的接收上限(或者用于多个有轨车辆的多个接收上限)，使得降低车队范围的(或者换言之，跨越车辆和/或累积的)功率或能量需求。
特别是降低可以如此实现，使得不达到允许的上限，该上限例如可以相应于在电源内不期望的功率峰值。
根据第四方面——其可以与之前方面中的每个有关——车队控制装置设置成，考虑涉及电源的测量参量。这可以根据上述示例中的每个来实现。
根据第五方面——其可以与之前方面中的每个有关——车队控制装置设置成，实时获得车辆的功率需求参量和/或由所获得的功率需求参量来求取有轨车辆车队的累积的功率需求。用于一个或多个有轨车辆的接收上限那么可以根据按照该累积的功率需求来确定。
根据第六方面——其可以与之前方面中的每个有关——车队控制装置设置成，附加或替代地例如对于实时功率需求参量也考虑未来的功率需求参量，或者换言之说明在未来的功率需求的功率需求参量。用于求取这样的未来的功率需求的可能性如上所述。
本发明也涉及具有根据本发明的特征的用于运行有轨车辆车队的方法，此外其中，有轨车辆车队包括第一有轨车辆和至少一个另外的有轨车辆，其分别设置成为了向前运动(且优选按照车辆特定的功率需求参量)而从车辆外部的电源接收电能；
其中，该方法包括：
-将每个有轨车辆的功率需求参量(优选无线地)传送给车队控制装置；
-按照所获得的功率需求参量、例如借助上述的车队控制装置对于有轨车辆中的至少一个确定接收上限(用于可以从电源(14)接收的功率)。
该方法可以包括每个另外的步骤和每个另外的特征，以便提供上述带有车队控制装置的装置的全部功能、运行状态和相互作用。特别是，对于该装置的特征的全部实施方案和扩展方案也可以适合表述相同的方法特征或者设置在其中。该方法也可以利用根据该装置的每个变型的装置实现。
附图说明
在下文中根据示意图阐明本发明的各实施方式。其形式和/或功能一致的特征在此跨越附图地可以设有相同附图标记。
图1：根据本发明的第一实施例的具有有轨车辆的轨道交通路线的示意图；
图2：用于阐明在电源中不期望的功率峰值的图，如该功率峰值例如在来自图1的有轨车辆的运行中可以出现的那样；
图3：来自图1的有轨车辆的驱动系统的示意图；
图4：根据第一实施例的方法的流程图，如该方法利用来自图1的有轨车辆可实施的那样；
图5：根据本发明的另一实施例的装置的示意图，其中设有有轨车辆车队。
具体实施方式
在图1中示出轨道交通路线1连同电基础设施的区段，在该电基础设施内运行有根据本发明的第一实施例的有轨车辆10。有轨车辆10示例性地是带有两个驱动车的多部分式列车，在其之间可选择地还可以设置多个车厢。
作为基础设施的通常的构件可以看到公共电网2，例如以铁路电网的形式。沿着轨道交通路线1存在接触线3，有轨车辆10由该接触线借助集流器12可以接收电能。在接触线3与公共电网2之间存在以所谓的变电分站4形式的变电站。沿着整个轨道交通路线1——其中在图1中仅仅示出一部分——可以设有多个这样的变电分站4，例如每10公里或每20公里至少一个变电分站4。
对于单个路线区段也可以设有多个变电分站4，例如如果涉及具有高能量需求和/或功率需求的路线区段。这例如可以是在具有潜在的多个同时起动的有轨车辆10的火车站的情况，或者在具有大的坡度的路线区段中。
在该情况下，接触线3优选连同变电分站4形成在本发明的意义上的车辆外部的电源14。原则上也可以由根据本发明的车辆外部的电源包括公共电网2。
借助电源14提供用于有轨车辆10向前运动的电功率。所提供的功率或功率量在此主要是由有轨车辆10要求或吸收的功率的函数。如果有轨车辆10或同时由电源14供电的多个有轨车辆10要求高的(累积的)功率，那么可能导致在电源14内不期望的功率峰值。该期望的功率峰值特别是可能给变电分站4增加负担或者以变电分站4的不期望的功率提高表现出来且相应地也在那里是可测量的。一般地，由变电分站4提供的功率可以根据消耗或要求的功率来产生，或者换言之紧追(nacheilen)该要求的功率。
在图2中示例性示出相应的功率曲线。更准确地说，在那里是在时间t上记录的变电分站4提供的功率，该功率取决于由一个或多个有轨车辆10要求的功率P。在此虚线标明的是允许的功率峰值极限L，其不应被超过。可以看到：功率峰值极限L在时间段t1和t2期间被暂时超过。时间段t1、t2在此可以包括仅仅几分钟或几秒钟，例如小于30秒钟。
图2的功率曲线也可以显示由有轨车辆10或有轨车辆10的车队吸收的功率。在功率曲线下面的面积相应于从电源14吸收的能量。如果有轨车辆10(或者车队)例如由停车站或者在斜坡上起动，那么可以超过功率峰值极限L，即使电源14原则上设计为覆盖有轨车辆10(或者车队)的能量需求。
如上所述，这样的功率峰值的出现涉及多个缺点且特别是可以对于有轨车辆10或有轨车辆10的车队的运行者产生提高的能量成本。
根据本发明，有轨车辆10因此包括电储能器13。该电储能器13例如可以从接触线3供给电能，例如如果有轨车辆10停止或者不需要全部从接触线接收的能量用于向前运动。也能够实现以在再生制动运行的范畴中获得的电能进行充电。
有轨车辆10也包括控制装置17，例如带有至少一个微控制器的控制设备，该微控制器处理算法和/或程序指令，以便提供期望的功能。
控制装置17在此设置用于在有轨车辆10和尤其其驱动系统100的第一运行模式与第二运行模式之间变换。也可能的是，附加或替代地设有车辆外部的控制装置，其特别是可以是列车控制系统的组成部分。该车辆外部的控制装置可以接管车辆控制装置17的全部在此所述的功能或者可以操控该控制装置17以便执行在此所述的功能。该可选择的车辆外部的控制装置可以是与下述车队控制装置50无关的控制装置，因为该车辆外部的控制装置例如不强制设置用于在大规模的范围中控制多个有轨车辆10。
在下文中参照图3示例性地阐明这样的驱动系统100的可能的构型。该驱动系统100的构件原则上可以分配到有轨车辆10的任意的单个车辆或驱动车上，可选择地但是也组合在驱动车之一中。如虚线所示，驱动系统100的示出的构件中的多个可以与控制装置17连接，以便给该控制装置17传送信号和/或从该控制装置17获得控制信号。
驱动系统100与同样示出的集流器12电连接。基于集流器12将所接收的电能通过传统的高压转换器140和传统的主开关138引导至同样传统的主变压器142。主开关138通过已知的方式设置成，通过可选择地打开来将集流器12与主变压器142之间的电连接分开。高压转换器140可以测量施加的电压和/或电流流动(且由此还有接收的功率)，该电流流动在初级侧施加在主变压器142上。
就此而言，高压转换器140在此也用作能量接收测量装置，其测量由有轨车辆10从电源14接收的能量和/或功率。
主变压器142的内部结构同样非常简化地示出。在此示出磁芯148和初级绕组144，在该初级绕组144上施加初级电压。此外示出次级绕组146，在次级绕组146上施加(经变换的)次级电压。在术语初级和次级的分配的情况下基于主变压器142的主运行状态，其中在初级侧提供通过集流器12接收的电能且为了在有轨车辆10内进一步的应用而转换成次级侧电压。
在次级绕组146中的每个上还连接有换流器，其中，仅仅示例性地设有第一换流器150和另一换流器152。两个换流器150、152——也可以称为电网换流器——优选可选择地可作为整流器或作为逆变器运行且与直流电压中间电路151连接。与该直流电压中间电路151连接的还有牵引电机156，其优选可选择地可以在电动机方式或发电机方式下运行。
在直流电压中间电路151与牵引电机156之间分别连接有电机换流器154，其又优选可选择地可以作为整流器(用于发电机式运行)或作为逆变器运行(用于电动机式运行)。
与该直流电压中间电路151连接的还有电储能器13，其在示出的情况下是电池。未分别示出的是储能器13的充电设备，利用该充电设备例如可以控制该储能器13的能量接收或能量输出。充电设备的运行可以通过控制装置17控制，如通过相应的信号连接所标明的那样。
为了沿轨道交通路线1向前运动，有轨车辆10在第一运行模式下设置成决定性地且优选仅仅从接触线3接收电能且不动用来自储能器13的电能。在该情况下，在通过控制装置17的操控和/或激活的情况下电网换流器150、152作为整流器运行，而电机换流器154作为逆变器运行。主变压器142相比之下通常是无源构件，其未被分开地操控。
在第二运行模式下，相比之下未实现仅仅从接触线3的能量接收。替代地，有轨车辆10那么至少部分或也完全基于来自储能器13的电能运行。附加或替代地，可以对有轨车辆10的可产生的牵引功率(且因此对能量和特别是功率需求)节流。
如果应在第二运行模式下仅仅接通电储能器13且始终从接触线3接收能量，那么控制装置17可以操控储能器13或其充电设备用于期望的大小的能量输出。反之，如果要仅仅借助来自储能器13的能量实现向前运动，那么控制装置17可以通过类似的方式操控储能器或其充电设备，同时但是也停用或者换言之阻断电网换流器150、152。在该状态下，能量不再可以从接触线3馈送到直流电压中间电路151中。为了决定是否应激活第一或第二运行模式，控制装置17对如下进行监测：当前的、要求的或未来的能量接收以及优选功率接收是否超过接收上限，该接收上限限定从电源14的功率接收的允许上限。控制装置17在此设置成，也自身限定或确定该接收上限。原则上对于这样的确定考虑全部上文一般阐明的变型。相应的预先规定尤其可以通过驾驶员或车辆外部的控制装置实现。
在示出的情况下，附加或替代地设置，为了确定接收上限而测量接触线3的施加在集流器12上的电压的幅度。这借助高压转换器140实现，其测量信号通过虚线标明的连接传送到控制装置17。
假如接触线3中的电压幅度下降到预先确定的阈值之下，那么这指示电源14的高负荷，例如因为其中的多个其他的有轨车辆10同样被馈送能量。在该情况下控制装置17为了避免不期望的功率峰值可以将(本有轨车辆10的)接收上限置于如下值：该值低于在通过有轨车辆最大可能的功率接收，即不再能实现从电源的无限的功率接收。例如可以将接收上限置于小于100％的值，即功率接收那么被限制在一定的百分比。
随后，控制装置17对如下进行监测：是否超过例如所要求的功率以及更准确地说基于此求取的功率需求参量的上限。如果是这样的情况，那么变换到第二运行模式。那么此外也可以对如下进行检查：是否存在用于反向切换(Rückschalten)到第一运行模式的标准。该标准例如可以在如下情况下满足：如果低于上限，储能器13的充电水平以不可接受的方式下降和/或控制装置17输出相应的反向切换命令。
如果在接触线3中测量的电压未达到预先确定的阈值，那么相比之下可以将接收上限置于一个如下值：该值等同于最大可能的功率接收的上限，即该值不限制最大可能的功率接收。例如可以将接收上限置于100％，或者完全取消，从而总是不存在限制。
在图4中示出根据本发明的一个实施例的以上原则上阐述的措施或方法的流程图，有轨车辆10可以借助此运行。
在步骤S1中使有轨车辆10沿轨道交通路线1向前运动。第一运行模式是激活的，即不限制从电源14的功率接收，例如因为接收上限采用100％的值。此外，测量接触线3的电压且将其传送给控制装置17。
作为功率需求参量，根据由高压转换器140检测的测量信号求取并连续监测有轨车辆10的接收的功率。附加或替代地(例如对于求平均值)也可以根据存在的拉力需求来估计或计算功率需求参量。
在步骤S2和S3中确定允许的接收上限，以便避免功率峰值。更准确地说，在步骤S2——其可以并行于步骤S1和/或原则上连续地执行——中将所测量的接触线3的电压与预先确定的阈值进行比较。如果超过该阈值，那么识别到电源14的不期望的负荷状态，其中可能出现功率峰值。随后变换到步骤S3。如果不超过该阈值，那么不进行变换到步骤S3，而是例如继续监测接触线电压。
基于在步骤S2中超过阈值，在步骤S3中改变接收上限。更准确地说，对于该接收上限置于一个与100％不同的值且更准确地说减小到一个更小的值，从而限制从接触线3的功率接收。对于步骤S2和S3替代或附加的用于确定接收上限的可能性如上文阐明。
在步骤S4——其可并行于至少步骤S3和/或原则上连续地执行——中，将有轨车辆10的功率需求参量(例如所要求的功率)与接收上限进行比较。如果功率需求参量高于接收上限，那么变换到步骤S5且激活第二运行模式。如果不是这样的情况，那么不实现变换到步骤S5，而是例如继续比较功率需求与接收上限。
在步骤S5中，那么通过上述方式如此运行来自图3的驱动系统100，使得用于向前运动的能量需求至少部分从储能器13获得。
在图5中示出根据第二实施例的装置80。视图基本上相应于图1的视图，因此也参阅对图1的上述实施方案且特别是参阅具有相同表述的附图标记的特征，其对于图5同样适用。
然而装置80与图1的装置的区别在于如下：有轨车辆车队11仅仅示例性地设有两个有轨车辆10。同样，相比于图1设有车队控制装置50。车队控制装置50——其例如可实现为云服务器或以计算机程序的形式存储在这样的云服务器上——无线地且优选通过移动无线电与有轨车辆10的通信装置15进行通信。由此车队控制装置50也与有轨车辆10的控制装置17间接连接。例如由车队控制装置50发送给相应的通信装置15的信号可以传递给相应的控制装置17，例如由此该控制装置17以由车队控制装置50预给定的方式控制所属的有轨车辆10。
有轨车辆10类似于图1或图3的有轨车辆10构成，除了附加的通信装置15。原则上在该实施方式中也可以设置，有轨车辆10不包括电储能器13，其他方面但是优选类似于图1和图3的变型地构造。类似于结合图3以及以上一般阐明的变型，可以对于有轨车辆10中的每个有轨车辆求取功率需求参量。该功率需求参量在此情况下由有轨车辆10中的每个有轨车辆且优选实时地传送给车队控制装置50。后者由此求取整个有轨车辆车队11的累积的能量或功率需求，其可由电源14覆盖。
如果功率需求超过预先确定的阈值(例如允许的(车队)接收上限)，那么限制由有轨车辆10中的至少一个从接触线13的功率接收。为此车队控制装置50发送适合的信号且尤其例如具有不同于100％的值的接收上限给该有轨车辆10。优选地，给每个有轨车辆10——只要其功率接收应受限——传送个体化的接收上限。

Claims (11)

1.一种有轨车辆(10)，所述有轨车辆设置成从车辆外部的电源(14)接收电能且优选具有至少一个电储能器(13)，其中，所述有轨车辆(10)在第一运行模式下能够借助从所述电源(14)接收的能量以及——如果所述储能器(13)存在——在没有来自所述储能器(13)的能量的情况下向前运动，并且所述有轨车辆(10)在第二运行模式下——如果所述储能器(13)存在——能够至少部分地借助来自所述储能器(13)的能量和/或以相比于所述第一运行模式降低的牵引功率向前运动，其特征在于，所述有轨车辆包括控制装置(17)，所述控制装置设置成根据如下的接收上限来激活所述第一运行模式或所述第二运行模式：所述接收上限限定能够从所述电源(14)接收的功率的允许上限，其中，为了避免在所述电源(14)中的功率峰值，能够可变地确定所述接收上限。
2.根据权利要求1所述的有轨车辆(10)，其中，所述控制装置(17)还设置成根据所述有轨车辆(10)的功率需求参量来激活所述第一运行模式或所述第二运行模式。
3.根据权利要求2所述的有轨车辆(10)，其中，最晚当所述功率需求参量大于所述接收上限时，能够激活所述第二运行模式。
4.根据上述权利要求中任一项所述的有轨车辆(10)，其中，所述接收上限能够基于如下中的至少一个来确定：
-驾驶员预先规定；
-车辆外部的控制装置的预先规定；
-车辆内部的控制装置的预先规定。
5.根据上述权利要求中任一项所述的有轨车辆(10)，其中，基于如下测量参量来求取所述接收上限：所述测量参量涉及所述车辆外部的电源(14)的特征。
6.根据权利要求5所述的有轨车辆(10)，其中，所述测量参量是所述电源(14)的电压参量或所述电源(14)的相移参量，并且当所述电压参量或相移参量满足激活标准时，激活所述第二运行模式。
7.根据上述权利要求中任一项所述的有轨车辆(10)，其中，当所述电源(14)的瞬时功率大于允许的阈值时，能够激活所述第二运行模式。
8.一种用于运行有轨车辆(10)的方法，其中，所述有轨车辆(10)设置成从车辆外部的电源(14)接收电能且优选具有至少一个电储能器(13)，其特征在于，所述方法包括：
-根据如下的接收上限来激活第一运行模式或第二运行模式：所述接收上限限定能够从所述电源(14)接收的功率的允许上限，其中，为了避免在所述电源(14)中的功率峰值，可变地确定所述接收上限；
其中，使所述有轨车辆(10)在所述第一运行模式下借助从所述车辆外部的电源(14)接收的能量以及——如果所述储能器(13)存在——在没有来自所述储能器(13)的能量的情况下向前运动，并且使所述有轨车辆(10)在所述第二运行模式下——如果所述储能器(13)存在——至少部分地借助来自所述储能器(13)的能量和/或以相比于所述第一运行模式降低的牵引功率向前运动。
9.一种装置(80)，所述装置具有：
-至少两个有轨车辆(10)，所述至少两个有轨车辆分别设置成为了向前运动而从车辆外部的电源(14)接收电能；其特征在于
-车队控制装置(50)，所述车队控制装置设置成按照从所述有轨车辆(10)中的每个有轨车辆获得的功率需求参量且为了避免在所述电源(14)中的功率峰值来确定如下的接收上限：所述接收上限限定所述有轨车辆(10)中的至少一个有轨车辆能够从所述电源(14)接收的功率的允许上限。
10.根据权利要求9所述的装置(80)，其中，所述有轨车辆(10)中的至少一个有轨车辆根据权利要求1至8中任一项地构造。
11.一种用于运行有轨车辆车队(11)的方法，其中，所述有轨车辆车队(11)包括第一有轨车辆(10)和至少一个另外的有轨车辆(10)，所述第一有轨车辆和所述至少一个另外的有轨车辆分别设置成为了向前运动而从车辆外部的电源(14)接收电能；
其特征在于，所述方法包括：
-将每个有轨车辆(10)的功率需求参量传送给车队控制装置(50)；
-为了避免在所述电源(14)中的功率峰值，按照所获得的功率需求参量，对于所述有轨车辆(10)中的至少一个有轨车辆确定对于能够从所述电源(14)接收的功率的接收上限。
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