TWI257905B - A method and system for regulating the power demanded by a rail motor - Google Patents

Description

1257905 (1) 玖、發明說明 【發明所屬之技術領域】 本發明係有關用以調節經由直流吊線供應電力之軌道 馬達之電力之方法。此更特別有關隨可供應給吊線之電力 而定’調節軌道馬達所需求之電力之方法。本發明並係有 關用以實施該方法之系統。 【先前技術】 直流電力通常由吊線供應至軌道馬達，由沿軌道線路 上安排之配電站供應電力。配電站額定供應特定電力，且 如由軌道馬達所吸取之電力大於可供應於吊線上之電力， 則由於多個軌道車輛在由配電站同時供應電力之線路之一 部份上，或由於工程工作或配電站間長距離導致不正確之 電力供應於吊線上，在電力供應配電站處發生電壓降，此 會引起斷路器反應過負載而跳開，或軌道馬達中之斷路器 由於電壓太低而跳開。 本藝中知道由置一手動選擇器於軌道馬達上，以限制 軌道馬達之電力來解決此問題，驅動器需置於驅動器手冊 中所訂定之位置。然而，此種系統以正常操作情況爲基礎 ，且不能自動適應軌道馬達對操作情況變化時需求之電力 。故此，此種系統管理軌道馬達之電力，計及最壞情景之 操作情況，且不能自具有更多電力’例如接近配電站之區 域獲利，在此，軌道馬達可消耗更多電力。 另一先前技術解決方法爲由量度吊線電壓，決定軌道 -6 - (2) 1257905 馬達可消耗之最大電力。如軌道馬達不離配電站太遠，此 解決方法大體有效。然而，如離配電站甚遠，則吊線之電 阻變高，且線電壓故此非常大幅取決於吊線中之電流，且 因而取決於軌道馬達所吸取之電力。在此種情形中，少量 增加消耗意爲吊線大電壓降，且電力限制演算法之行動隨 吊線電壓變化，調節系統之增益越來越高，導致電力調節 系統不穩定。 故此，本發明之目的在提出一種穩定之方法及系統， 用以調節軌道馬達之電力，此確保軌道馬達之最佳操作， 隨可供應給吊線之電力而定。 【發明內容】 本發明提供一種調節軌道馬達所需求之電力之方法， 包含集電裝置與吊線合作，由沿線路上分佈之電力供應配 電站供應直流電力，其特徵爲，該方法包括步驟： 量度軌道馬達上之吊線電壓 Vcat ; 量度軌道馬達上之吊線電流 Icat ; 估計供應至軌道馬達所連接之吊線上之電力之配電站 之無負載電壓Vcat〇 ; 由以下等式計算可供應給吊線之最大電力： 4*i? 其中，R爲由以下等式計算之吊線電阻： (3) 1257905 R= (V⑽ o-V加) ''一ί^—;及 限制由軌道馬達需求之電力於小於或等於所計算之最 大電力 Pmax 之電力限度Plim。 依據本發明之另一特色，由一比例整合調節器改正配 電站之理論無負載電壓Vcat〇 / 之値，估計配電所之無 負載電壓 Vcat。，其輸入爲差 R/-R，其中，爲吊 線之動態電阻。 依據本發明之另一特色，由施加自0至 1之一減 少係數K於計算之電力Pmax，計及由結構內所施加之限 制，計算電力限度。 本發明並提供一種調節軌道馬達所需求之電力之系統 ，包含集電裝置與吊線合作，由沿線路上分佈之電力供應 配電站供應直流電力，其特徵爲此包含： 用以量度軌道馬達上之吊線電壓 Vcat之裝置； 用以量度軌道馬達上之吊線電流 Icat之裝置； 用以估計供應至軌道馬達所連接之吊線上之電力之配 電站之無負載電壓Vc at 〇之階層； 用以估計可供應至吊線之最大電力 Pmax之階層， 包含一模組用以計算等效電阻 r 一 (ScaU^Vccif) lcat 及 (4) 1257905 一模組用以計算電力 ;及 用以限制由軌道馬達需求之電力於小於或等於所計算 之最大電力 pmax之一値之裝置。 本發明之電力調節系統可具有單獨或在技術上可合倂 之以下之一或更多特色·· 用以估計配電站電壓 VcatQ之階層包含至少一記憶 器’輸送與配電站供應電力至軌道之理論無負載電壓相當 之信號Vcat。^ ，該信號 Vcat〇 /用作一基本値，用以估 計配電站電壓 VcaU。 用以估計電所電壓 Vcat〇之階層另包含裝置，用以 產生一改正信號，此注入於理論無負載信號 Vcato — 中 ，並由比例整合調節器產生，此接收差R / -R作爲輸入 ’其中’ R 爲吊線之動態電阻。 最大電力 Pmax由一倍乘係數 κ改正，此由一減 少模組獲得，計及結構內所施加之限制。 用以量度吊線電壓 Vcat及吊線電流 Icat之裝置 (1 4，1 5 )爲感測器，由集流裝置攜帶。 【實施方式】 圖1顯示用以調節軌道馬達之電力之系統之大體結 -9- (5) 1257905 構，符合本發明之特定實施例。 如圖所示，該系統包含一階層 2 0，用以估計可提供 給吊線之最大電力 P m a X，並與階層 21平行操作，以 估計供應電力至軌道車所連接之吊線上之配電站之無負載 電壓 Vcat〇。 用以估計最大電力之階層 2 0包含一模組 6，用以 計算吊線之電阻 R，及一模組 1 〇，用以估計可供應至吊 線之最大電力 Pmax。 模組 6接收來自軌道馬達之導電弓上之各別感測器 14及 15之吊線電壓Vcat及吊線電流 Icat之量度信號 ，及由階層 21所獲得之用以估計配電站之無負載電壓 之値 Vcat〇，作爲輸入。在圖 1 中，信號 Vcat 及 Icat由低通濾波器 3及 4過濾，然後饋送至計算模組 6 〇 自輸入 Icat，Vcat，及 VcatG，模組 6由以下等式 計算吊線電阻： (Vcato^Vcat)

Icat 以上等式可自圖 2容易推算，此代表電力電槪要圖 ，顯示當軌道馬達連接至吊線上時，供應至軌道馬達之電 力。在圖 2中，供應電力至吊線之電力供應配電站由供 應電壓 Vcato之發電機表示，及配電站及軌道馬達間之 吊線之部份之電阻由電阻器 R表示。 -10- (6) 1257905 模組 6之輸出饋送至模組 10輸入端，此亦接收 在用以估計配電站之無負載電壓之階層21之輸出端上 所獲得之値 Vcato，作爲輸入。由此資料，模組1 〇計算 可提供給吊線之最大電力，使用等式：

Pmax^

(Vcat〇y4本R 以上等式可自以下等式推知，由參考圖 2建立：

Vcat - Vcat〇 - R*lcat and P= Vcaulcat 即 P=( 其中 JP_ 及 dicat dP dicat 0 Icat ^

VcatO ^Vmax-

(Vcato)24^R 模組 1 0之輸出然後饋送至一倍乘器 1 2，此亦接收 來自模組 11之減少係數κ ( 0<K< 1 )之値，以計及由結 構內所施加之限制。係數 Κ取決於軌道馬達環繞之網路 ，由模組 Π 中所含之一資料庫供應，且爲由模組 6所 計算之吊線之電阻値 R之函數。 倍乘電路 12之輸出供應與最大電力相對應之一電 -11 - (7) 1257905 力限度 Plim，此可爲軌道馬達之所有電力消耗裝備單位 在任何特定時刻所需求’而無降低吊線電壓之危險。此値 Plim然後發送至未顯示之一裝置，用以限制軌道馬達所 需求之電力，俾使其不超過 Plim。 其次，參考圖 1，說明用以估計配電站之無負載電 壓 Vcat〇之階層 2 1之操作。 階層 2 1包含一模組 5用以計算吊線之動態電阻 。模組 5接收電壓 Vcat及電流 Icat之量度信號 作爲輸入，此等由感測器 14及 1 5供應，並由慢處理 濾波器 1及 2過濾，以保持僅由量度感測器所發送之 原始信號。在時段△ t，模組 5儲存値 Vcat及 Icat ，並由以下等式計算動態電阻 R / 之連續値： AVcat _ Vcat{t 4- Δ〇 - Vcat{t)

Meat Icat{t + Δ/) - Icatit) 動態電阻 R > 相當於吊線之電阻，配電站之電阻， 及與連接於同一配電站上之各軌道馬達（如多個軌道馬達 環繞於同一線上）之消耗所引起之電壓降相對應之虛電阻 之和。 所計算之値 R — 然後饋送至減法器 9之輸入端， 此自此減去由前述階層 9之模組 6前重複計算之電阻 R。減法器 9之輸出饋送至比例整合調節器 7之輸入 端，此具有一限制之輸出値。調節器 7之輸出信號提供 一改正信號，此饋送至一減法器 1 3，此自一記憶器 8 所提供之與配電站之理論無負載供應電壓相當之一信號 -12- (8) 1257905

Vcat〇 ^ 減此。減法器13之輸出相當於經改正之信號 Vcat〇，此發送至階層20之模組6及10，用以估計可 供應給吊線之最大電力。爲開始該計算程序’在第一重複 計算中，由階層 21供應至階層 20之値 VcatQ宜等於 配電站之無負載電壓之理論値 VcatG / 。 此種估計階層 2 1具有優點，即計及由軌道馬達所 需求之電力超過實標可供應給吊線之電力所引起之配電站 之電壓降。 在階層 20及 21之若干重複計算後，此調節器產 生可提供給吊線之瞬時最大電力，且如此，計及與結構內 所施加之限制，由行駛於由配電站供應電力之線上之軌道 馬達在任何時刻所需求之電力限制 Plim相對應之減少 係數。 故此，本發明之調節器可決定最大電力設定點，軌道 馬達應不超過此，且此應分配於軌道馬達上之所有電消耗 裝備單位，諸如牽引馬達，列車加熱及輔助裝備之間。 當然，本發明並不限於僅以實例說明及顯示之實施例 。在不脫離本發明之保護範圍內，可修改所述及所示之實 施例，尤其是在各組成部份之構成之觀點上，或在取代技 術相等品方面 【圖式簡單說明】 自以上本發明之實施例之詳細說明，可更明瞭本發明 之主題事項，方面，及優點，此由非限制性之實例說明， -13- (9) 1257905 並參考附圖，在附圖中： 圖 1爲方塊圖，顯示本發明之電力調節器之結構； 圖 2槪要表示供應電力至軌道馬達之配電站之電路 爲易於讀圖，僅顯示明瞭本所需之元件。 【主要元件對照表】 1 慢處理濾波器 3 低通濾波器 6 計算模組 7 比例整合調節器 8 記憶器 9 減法器 12 倍乘電路 14 感測器 20 階層

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Claims (1)

1. (1) 1257905 捨、申請專利範圍 1 . 一種調節軌道馬達所需求之電力之方法，包含集 電裝置與吊線合作，由沿線路上分佈之電力供應配電站供 應直流電力，其特徵爲該方法包括步驟： 量度軌道馬達上之吊線電壓 Vcat ; 量度軌道馬達上之吊線電流Icat ; 估計供應至軌道馬達所連接之吊線上之電力之配電站 之無負載電壓Vcat〇; 由以下等式估計可供應給吊線之最大電力： .?max (Vcato)2 4^R 其中，R爲由以下等式計算之吊線之電阻： _ (Vcato-Vcat) R=-- Icai ;及 限制由軌道馬達需求之電力於小於或等於所計算之最大電 力 Pmax之一電力限度 Plim° 2. 如申請專利範圍第 1項所述之用以調節由軌道 馬達所需求之電力之方法，其特徵爲，由一比例整合調節 器（7)改正配電站之理論無負載電壓 Vcat。/之値’估 計配電站之無負載電壓 Vcat〇’調節器之輸入爲差 R -R，其中，R 爲吊線之動態電阻。 3. 如申請專利範圍第 1或 2項所述之電力調節 方法，其特徵爲，由施加自〇至 1之一減少係數 K -15- (2) 1257905 於所計算之電力 Pmax，計算電力限度 Plim，計及由結 構內所施加之限制。 4. 一種調節軌道馬達所需求之電力之系統，包含集 電裝置與吊線合作，由沿線路上分佈之電力供應配電站供 應直流電力，其特徵爲該系統包含： 量度裝置（1 4 )，用以量度在軌道馬達上之吊線電壓 Vcat ； 量度裝置（1 5 )，用以量度在軌道馬達上之吊線電流 Icat ； 估計階層（2 1 )，用以估計供應電力至軌道馬達所連 接之吊線上之配電站之無負載電壓 Vcat〇 ; 估計階層（20 )，用以估計可供應至吊線之最大電力 Pmax，包含一模組（6 )用以計算等效電阻 r = (V" ccito Icat 及 —模組（1 ο)用以計算電力 ;及 @ _裝® ’用以限制由軌道馬達需求之電力於小於或等於 所計算之最大電力Plnax之〜値。 5 .如申請專利範圍第4項所述之系統，其特徵爲， - 16- (3) 1257905 用以估計配電站電壓 VcaU之階層（21 )包含至少一記 憶器，輸送與供應電力至軌道馬達之配電站之理論無負載 電壓相當之信號 VcaU > ，該信號 Vcat〇 > 用作一基本 値，用以估計配電站電壓 Vcat〇。 6-如申請專利範圍第 4或 5項所述之系統，其 特徵爲，用以估計配電站電壓 Vcato之階層（21 )另包 含裝置，用以產生一改正信號，此注入於理論無負載信號 Vcato — 中，並由比例整合調節器（7 )產生，此接收差 R — -R作爲輸入，其中，R /爲吊線之動態電阻。 7. 如申請專利範圍第4或5項所述之系統，其特徵 爲，最大電力Pmax由一倍乘係數K改正，此由一減少 模組（U )獲得，計及由結構內所施加之限制。 8. 如申請專利範圍第4或5項所述之系統，其特 徵爲’用以量度吊線電壓 Vcat及吊線電流I cat之裝 置（1 4，1 5 )爲感測器，由集流裝置攜帶。

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