本發(fā)明涉及儲能式城軌列車充電控制領(lǐng)域，尤其涉及一種儲能式城軌列車充電功率分配方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

以低地板有軌電車為代表的某些新型城市軌道列車通常采用儲能式站停供電的方式，即：車站運行區(qū)間無接觸網(wǎng)供電，列車運行所需電能由車載儲能系統(tǒng)通過雙向DC-DC變換器升壓斬波提供，在停站時每個車站設(shè)置的地面供電裝置通過站臺區(qū)域接觸網(wǎng)給列車牽引系統(tǒng)(包括牽引子系統(tǒng)與儲能裝置)、輔助系統(tǒng)及空調(diào)系統(tǒng)供電。每個車站通常設(shè)置一套地面供電裝置，為節(jié)省建設(shè)成本地面供電裝置的功率要盡可能的小，只需滿足列車車載儲能裝置充電、輔助系統(tǒng)及空調(diào)系統(tǒng)功率需求即可。然而在列車牽引啟動加速出站階段，在站停區(qū)域接觸網(wǎng)供電下若列車其他系統(tǒng)功率保持不變時，牽引系統(tǒng)功率會隨著啟動加速持續(xù)上升，導(dǎo)致地面供電裝置功率無法同時滿足牽引系統(tǒng)、車載儲能充電系統(tǒng)、輔助系統(tǒng)及空調(diào)系統(tǒng)的功率需求。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題就在于：針對現(xiàn)有技術(shù)存在的技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種通過對列車上各用電系統(tǒng)的功率進(jìn)行分配和調(diào)節(jié)，在滿足列車牽引系統(tǒng)啟動加速和儲能系統(tǒng)充電用電需求的前提下，盡可能充分利用地面供電裝置的功率，又不會因地面供電裝置功率需求過大而造成的建設(shè)成本增加，具有可簡單、高效的降低列車對地面充電裝置的功率需求，從而降低地面充電裝置建設(shè)成本等優(yōu)點的儲能式城軌列車充電功率分配方法及系統(tǒng)。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提出的技術(shù)方案為：一種儲能式城軌列車充電功率分配方法，包括如下步驟：

S1.獲取地面充電裝置的最大允許輸出電流限值；

S2.獲取列車輔助系統(tǒng)的輔助供電實時電流值；

S3.根據(jù)所述最大允許輸出電流限值和輔助供電實時電流值計算牽引供電最大電流允許值，所述牽引供電最大電流允許值為可用于為列車牽引系統(tǒng)中牽引逆變器及DC-DC充電機供電輸入的最大電流允許值；

S4.計算牽引實時電流值，所述牽引實時電流值為列車牽引系統(tǒng)中牽引電機正常發(fā)揮牽引特性所需要的牽引逆變器直流側(cè)輸入的實時電流值；

S5.根據(jù)所述牽引供電最大電流允許值和牽引實時電流值計算最大充電電流限值，所述最大充電電流限值為可用于為列車牽引系統(tǒng)中儲能裝置充電的最大充電電流限值；

S6.在所述最大充電電流限值范圍內(nèi)為儲能裝置充電。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述步驟S1中地面充電裝置的最大允許輸出電流限值通過讀取地面充電裝置的信標(biāo)獲取。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述步驟S2的具體步驟為：通過電流傳感器獲取列車各輔助系統(tǒng)的實時電流值，計算所述各輔助系統(tǒng)的實時電流值之和，得到所述輔助供電實時電流值。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述步驟S3的具體步驟包括：

S3.1.由所述地面充電裝置的最大允許輸出電流限值減所述輔助供電實時電流值計算得到牽引供電最大電流允許值的總和；

S3.2.通過所述牽引供電最大電流允許值的總和除以預(yù)先獲取的列車正常工作的牽引系統(tǒng)數(shù)量計算得到可用于為列車每套牽引系統(tǒng)供電的牽引供電最大電流允許值。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述步驟S4的具體步驟包括：

S4.1.獲取牽引電機正常執(zhí)行當(dāng)前牽引指令的牽引特性參數(shù)；

S4.2.根據(jù)所述牽引特性參數(shù)實時計算牽引實時電流值。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述步驟S6的具體步驟包括：當(dāng)所述最大充電電流限值大于等于所述儲能裝置的預(yù)設(shè)的充電電流時，以所述預(yù)設(shè)的充電電流對儲能裝置進(jìn)行充電，否則以所述最大充電電流限值對儲能裝置進(jìn)行充電。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述步驟S6中對儲能裝置進(jìn)行充電是指以充電電流按照恒流充電方式進(jìn)行充電。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，在所述步驟S6之前，還包括步驟S6a：判斷所述儲能系統(tǒng)的電壓值是否小于儲能系統(tǒng)充滿電時的目標(biāo)電壓值，是則執(zhí)行步驟S6；否則不對儲能裝置進(jìn)行充電，或者以所述目標(biāo)電壓值按恒壓充電方式對儲能裝置充電。

一種儲能式城軌列車充電功率分配系統(tǒng)，包括：

參數(shù)獲取模塊：用于獲取地面充電裝置的最大允許輸出電流限值，獲取列車輔助系統(tǒng)的輔助供電實時電流值；

牽引計算模塊：用于計算牽引實時電流值，所述牽引實時電流值為列車牽引系統(tǒng)中牽引電機正常發(fā)揮牽引特性所需要的牽引逆變器直流側(cè)輸入的實時電流值；

計算模塊：根據(jù)所述最大允許輸出電流限值和輔助供電實時電流值計算牽引供電最大電流允許值，所述牽引供電最大電流允許值為可用于為列車牽引系統(tǒng)中牽引逆變器及DC-DC充電機供電輸入的最大電流允許值；根據(jù)所述牽引供電最大電流允許值和牽引實時電流值計算最大充電電流限值，所述最大充電電流限值為可用于為列車牽引系統(tǒng)中儲能裝置充電的最大充電電流限值；

充電控制模塊：用于在所述最大充電電流限值范圍內(nèi)為儲能裝置充電。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述充電控制模塊用于當(dāng)所述最大充電電流限值大于等于所述儲能裝置的預(yù)設(shè)的充電電流時，以所述預(yù)設(shè)的充電電流對儲能裝置進(jìn)行充電，否則以所述最大充電電流限值對儲能裝置進(jìn)行充電。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點在于：

1、本發(fā)明通過將地面充電裝置提供的電能功率劃分為兩部分，輔助系統(tǒng)用電功率、牽引系統(tǒng)的用電功率，其中牽引系統(tǒng)的用電功率又劃分為牽引電機用電功率和儲能裝置用電功率，在列車停站過程中，牽引系統(tǒng)的用電功率可全部為儲能裝置進(jìn)行充電，在列車啟動過程中，優(yōu)先為牽引電機供電，并隨著牽引電機用電需求的增加動態(tài)的調(diào)整對儲能裝置的充電功率，既能滿足列車在停站過程中對儲能裝置充電的需求，又能保證列車在啟動過程中牽引電機因驅(qū)動列車加速對電能的需求，具有簡單、高效的優(yōu)點。

2、本發(fā)明通過對電能的分配，即可實現(xiàn)對地面充電裝置所提供電能的充分利用，又不會因為列車在停站充電及啟動加速過程對電能功率需求大而需要建設(shè)更大供電功率的地面充電裝置，從而降低地面充電裝置的建設(shè)成本。

附圖說明

圖1為本發(fā)明儲能式城軌列車電路原理示意圖。

圖2為本發(fā)明充電功率分配方法具體實施例流程示意圖。

圖3為本發(fā)明充電功率分配方法具體實施例功率分配調(diào)節(jié)示意圖。

圖4為本發(fā)明充電功率分配方法具體實施例列車牽引系統(tǒng)電流關(guān)系示意圖一。

圖5為本發(fā)明充電功率分配方法具體實施例列車牽引系統(tǒng)電流關(guān)系示意圖二。

圖6為本發(fā)明充電功率分配系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

以下結(jié)合說明書附圖和具體優(yōu)選的實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步描述，但并不因此而限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。

如圖1所示，本實施例的儲能式城軌列車包括多節(jié)牽引車，編號為牽引車1至牽引車N，每節(jié)牽引車具有一套牽引系統(tǒng)，包括牽引逆變器部分、牽引電機(電機負(fù)載)和儲能裝置。通過DC/AC逆變器為牽引電機供電，同時通過雙向DC/DC變換器為儲能裝置充電，DC/AC逆變器與雙向DC/DC變換器通過中間直流電路并聯(lián)。每節(jié)牽引車的牽引系統(tǒng)通過接觸網(wǎng)供電的直流輸入母線并聯(lián)，列車的輔助系統(tǒng)并聯(lián)在通過接觸網(wǎng)供電的直流輸入母線上。

如圖2所示，本實施例的儲能式城軌列車充電功率分配方法，包括如下步驟：S1.獲取地面充電裝置的最大允許輸出電流限值I₀；S2.獲取列車輔助系統(tǒng)的輔助供電實時電流值I_a；S3.根據(jù)所述最大允許輸出電流限值I₀和輔助供電實時電流值I_a計算牽引供電最大電流允許值I_max1，所述牽引供電最大電流允許值I_max1為可用于為列車牽引系統(tǒng)中牽引逆變器及DC-DC充電機供電輸入的最大電流允許值；S4.計算牽引實時電流值I₃，牽引實時電流值I₃為列車牽引系統(tǒng)中牽引電機正常發(fā)揮牽引特性所需要的牽引逆變器直流側(cè)輸入的實時電流值；S5.根據(jù)所述牽引供電最大電流允許值I_max1和牽引實時電流值I₃計算最大充電電流限值I_max2，所述最大充電電流限值I_max2為可用于為列車牽引系統(tǒng)中儲能裝置充電的最大充電電流限值；S6.在所述最大充電電流限值I_max2范圍內(nèi)為儲能裝置充電。

在本實施例中，步驟S1中地面充電裝置的最大允許輸出電流限值I₀通過讀取地面充電裝置的信標(biāo)獲取。步驟S2中的輔助供電實時電流值I_a通過電流傳感器獲取列車各輔助系統(tǒng)(包含空調(diào)系統(tǒng))的實時電流值，計算所述各輔助系統(tǒng)的實時電流值之和，得到所述輔助供電實時電流值。

在本實施例中，步驟S3的具體步驟包括：S3.1.由地面充電裝置的最大允許輸出電流限值I₀減輔助供電實時電流值I_a計算得到牽引供電最大電流允許值的總和I_max1-all，I_max1-all＝I₀-I_a；S3.2.通過牽引供電最大電流允許值的總和I_max1-all除以預(yù)先獲取的列車正常工作的牽引系統(tǒng)數(shù)量N計算得到可用于為列車每套牽引系統(tǒng)供電的牽引供電最大電流允許值在本實施例中，將地面充電裝置所提供的電能優(yōu)先為輔助系統(tǒng)供電，剩余電能(即牽引供電最大電流允許值的總和I_max1-all)根據(jù)列車中正常工作的牽引車(即牽引系統(tǒng))的數(shù)量平均分配，從而確定每臺牽引車可用于為牽引系統(tǒng)供電的牽引供電最大電流允許值I_max1。在本實施例中，在列車進(jìn)站駛?cè)胝九_供電區(qū)停車后，列車從地面供電裝置獲取電能，且牽引電機仍處于電制動工況時，牽引電機仍輸出制動電能，此時，列車能夠獲得的電能包括地面充電裝置的最大允許輸出電流限值I₀和牽引電機電制動輸出的電流I₄，此時列車所獲得的電能只需要分配給列車的輔助系統(tǒng)和儲能系統(tǒng)，輔助供電實時電流值I_a，則此時可用于為列車每套牽引系統(tǒng)中儲能裝置充電的最大充電電流限值列車可在此限值范圍內(nèi)對儲能裝置進(jìn)行充電。

當(dāng)列車在停站過程中，列車停止時牽引電機不需要輸出功率，此時該牽引供電最大電流允許值I_max1可全部用于為牽引系統(tǒng)中的儲能裝置進(jìn)行充電。當(dāng)列車出站時，即列車已啟動但仍未駛出站臺供電區(qū)，列車仍然通過地面供電裝置獲取電能，牽引電機輸出功率使列車加速，此時，需要對牽引供電最大電流允許值I_max1進(jìn)行合理分配，需要同時兼顧列車牽引電機和儲能裝置對電能的需求。在本實施例中，步驟S4的具體步驟包括：S4.1.獲取牽引電機正常執(zhí)行當(dāng)前牽引指令的牽引特性參數(shù)；S4.2.根據(jù)牽引特性參數(shù)實時計算牽引實時電流值I₃。在本實施例中，在列車出站過程中，優(yōu)先為牽引電機提供電能，在保證牽引電機按照牽引控制系統(tǒng)的司控器發(fā)出的牽引指令正常輸出牽引功率的前提下，將額外的電能提供給儲能裝置，為儲能裝置充電。在本實施例中，列車啟動過程中可用于為列車牽引系統(tǒng)中儲能裝置充電的最大充電電流限值I_max2＝I_max1-I₃。

在本實施例中，步驟S6的具體步驟包括：當(dāng)最大充電電流限值I_max2大于等于儲能裝置的預(yù)設(shè)的充電電流時，以預(yù)設(shè)的充電電流對儲能裝置進(jìn)行充電，否則以最大充電電流限值對儲能裝置進(jìn)行充電。步驟S6中對儲能裝置進(jìn)行充電是指以充電電流按照恒流充電方式進(jìn)行充電。在本實施例中，預(yù)設(shè)的充電電流可設(shè)置為儲能裝置的額定充電電流。在本實施例中，在步驟S6之前，還包括步驟S6a：判斷儲能系統(tǒng)的電壓值是否小于儲能系統(tǒng)充滿電時的目標(biāo)電壓值，是則執(zhí)行步驟S6；否則不對儲能裝置進(jìn)行充電，或者以目標(biāo)電壓值按恒壓充電方式對儲能裝置充電。

如圖3所示，對牽引供電最大電流允許值I_max1進(jìn)行分配，I₃是牽引實時電流值，即列車牽引系統(tǒng)中牽引電機正常發(fā)揮牽引特性所需要的牽引逆變器直流側(cè)輸入的實時電流值，I_max2是可分配給儲能裝置的最大充電電流限值，I₂是為儲能裝置進(jìn)行充電提供的充電電流值。通過將牽引實時電流值I₃和充電電流值I₂作為電能分配控制的反饋信息，可對牽引供電最大電流允許值I_max1進(jìn)行實時調(diào)整，從而實現(xiàn)對牽引電機的優(yōu)先供電。

在本實施例中，對牽引供電最大電流允許值I_max1進(jìn)行分配，為儲能裝置充電根據(jù)最大充電電流限值I_max2，儲能裝置預(yù)設(shè)的充電電流以及牽引實時電流值I₃的不同可分為幾種情形。預(yù)設(shè)的充電電流優(yōu)選為儲能裝置的額定充電電流。第一種情形如圖4所示，此時儲能裝置的額定充電電流大于等于牽引供電最大電流允許值I_max1，牽引實時電流值I₃大于等于牽引供電最大電流允許值I_max1。則在列車啟動前，即如圖4中t₀時刻前，牽引實時電流值I₃＝0，則可將牽引供電最大電流允許值I_max1全部分配給儲能裝置，即牽引供電最大電流允許值I_max1等于最大充電電流限值I_max2。在t₀時刻后，牽引電機根據(jù)牽引指令正常發(fā)揮牽引力，牽引電機所需要的牽引實時電流值I₃逐漸增加，則可分配給儲能裝置的最大充電電流限值I_max2相應(yīng)降低。當(dāng)?shù)竭_(dá)t₁時刻，將全部電能提供給牽引電機，停止對儲能裝置進(jìn)行充電，即牽引實時電流值I₃等于牽引供電最大電流允許值I_max1。直到t₂時刻，列車駛出站臺區(qū)域，列車不再由地面充電裝置供電，由儲能裝置釋放電能，為牽引電機供電。第二種情形如圖5所示，此時儲能裝置的額定充電電流小于牽引供電最大電流允許值I_max1，牽引實時電流值I₃小于牽引供電最大電流允許值I_max1。則在列車啟動前，即如圖4中t₀時刻前，牽引實時電流值I₃＝0，則可將牽引供電最大電流允許值I_max1全部分配給儲能裝置，即牽引供電最大電流允許值I_max1等于最大充電電流限值I_max2，由于最大充電電流限值I_max2大于儲能裝置的額定充電電流I_e，此時對儲能裝置充電的充電電流值I₂等于額定充電電流I_e。在t₀時刻后，牽引電機根據(jù)牽引指令正常發(fā)揮牽引力，牽引電機所需要的牽引實時電流值I₃逐漸增加，則可分配給儲能裝置的最大充電電流限值I_max2相應(yīng)降低，但仍然大于儲能裝置的額定充電電流，此時仍以額定充電電流為儲能裝置充電。在t₁時刻，隨著牽引電機對電能需求的增加，需要將更多的電能分配給牽引電機，可分配給儲能裝置的最大充電電流限值I_max2小于儲能裝置的額定充電電流，此時，優(yōu)先為牽引電機供電，對儲能裝置充電的充電電流值I₂等于最大充電電流限值I_max2。在t₂時刻，牽引電機對電能的需求達(dá)到根據(jù)牽引指令正常發(fā)揮牽引力的最大需求，此時，對牽引電機供電的牽引實時電流值保持為I₃，對儲能裝置充電的充電電流值I₂等于最大充電電流限值I_max2。直到列車在t₃時刻駛出站臺地面充電裝置供電區(qū)域。在本實施例中，通過變化的充電電流值對儲能裝置充電，但充電控制方式采用恒流充電控制方式。

如圖6所示，本實施例的儲能式城軌列車充電功率分配系統(tǒng)，包括：參數(shù)獲取模塊：用于獲取地面充電裝置的最大允許輸出電流限值，獲取列車輔助系統(tǒng)的輔助供電實時電流值；牽引計算模塊：用于計算牽引實時電流值，牽引實時電流值為列車牽引系統(tǒng)中牽引電機正常發(fā)揮牽引特性所需要的牽引逆變器直流側(cè)輸入的實時電流值；計算模塊：根據(jù)最大允許輸出電流限值和輔助供電實時電流值計算牽引供電最大電流允許值，牽引供電最大電流允許值為可用于為列車牽引系統(tǒng)中牽引逆變器及DC-DC充電機供電輸入的最大電流允許值；根據(jù)牽引供電最大電流允許值和牽引實時電流值計算最大充電電流限值，最大充電電流限值為可用于為列車牽引系統(tǒng)中儲能裝置充電的最大充電電流限值；充電控制模塊：用于在最大充電電流限值范圍內(nèi)為儲能裝置充電。充電控制模塊用于當(dāng)最大充電電流限值大于等于儲能裝置的預(yù)設(shè)的充電電流時，以預(yù)設(shè)的充電電流對儲能裝置進(jìn)行充電，否則以最大充電電流限值對儲能裝置進(jìn)行充電。

上述只是本發(fā)明的較佳實施例，并非對本發(fā)明作任何形式上的限制。雖然本發(fā)明已以較佳實施例揭露如上，然而并非用以限定本發(fā)明。因此，凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明技術(shù)實質(zhì)對以上實施例所做的任何簡單修改、等同變化及修飾，均應(yīng)落在本發(fā)明技術(shù)方案保護(hù)的范圍內(nèi)。