用于軌道車輛的能量管理系統(tǒng)的制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及對諸如列車的軌道車輛供應功率的能量管理，特別是功率分配和控制。
【背景技術】
[0002]用于電力驅動式車輛(諸如列車)的公共能量分配系統(tǒng)包括直接連接到AC吊線上的低頻變壓器，低頻變壓器供應大約15至25 kV的高AC電壓。低頻變壓器用來降低電壓，以及使內部車輛功率系統(tǒng)與AC吊線電隔離。然后經變換的AC功率供應到主轉換器，以將低頻主變壓器提供的單相AC功率轉換成功率受控制的三相AC功率轉換器，以供應到一個或多個牽引馬達。
[0003]這種配置通常沉重且由于主變壓器的大小而占空間大，而且存在用功率電子牽引變壓器(PETT)代替主變壓器的方法。此外，功率電子牽引變壓器一般在全負載狀況下具有高效率，而在低負載狀況下卻效率低下。
[0004]文獻DE 10 2010 039 697 Al公開了一種轉換器，其具有網絡側供應裝置，該轉換器包括功率轉換器組和輸出功率轉換器。功率轉換器組在網絡側處串聯地電連接，并且與中頻變壓器的一級繞組聯接。中頻變壓器包括二級繞組，二級繞組與另一個輸出功率轉換器的終端在電的方面并聯安裝。輸出功率轉換器通過開關裝置連接，開關裝置在直流側并聯或串聯地連接。
[0005]文獻DE 10 2010 039 699 Al公開了一種驅動系統(tǒng)，其具有連接到AC吊線上的兩個部分功率轉換器系統(tǒng)。負載側設有自換向(self- commutated)轉換器，以提供供應到牽引馬達的三相AC功率。
[0006]文獻DE 10 2010 039 640 Al公開了一種用于在軌道應用中使用的牽引轉換器，其具有多個AC/AC轉換器，它們各自與變壓器的相應的一級側聯接，其中，變壓器的二級側與相應的負載聯接。
[0007]文獻DE 102 04 219 Al公開了一種系統(tǒng)，其包括至少三個子系統(tǒng)，子系統(tǒng)各自包括連接到中頻DC逆變器上的供應側DC逆變器、中頻變壓器、負載側中頻DC逆變器和平滑電容器。子系統(tǒng)在供應側并聯或串聯地連接，以及在負載側處以星形電路并聯地連接，從而形成三相系統(tǒng)。
[0008]文獻EP 952 030 A2公開了一種具有多個驅動組的系統(tǒng)，驅動組各自包括至少一個驅動馬達和輸入轉換器組。驅動組串聯連接到供應網絡上。各個輸入轉換器組與至少一個變壓器組相關聯，變壓器組通過驅動轉換器從二級側對驅動馬達進行供電。各個輸入轉換器組還與至少一個補償電路相關聯，補償電路通過電連接驅動轉換器的輸入而管理輸入轉換器組處的均勻負載分配。系統(tǒng)比傳統(tǒng)電路提供更高的效率和更輕的重量。
[0009]文獻EP I 226 994 A2公開了一種用于在軌道車輛中的功率供應系統(tǒng)中使用的電子電路，電子電路具有一級轉換器，其由串聯連接的三個一級轉換器區(qū)段和連接到變壓器一級繞組中的相應的一個上的輸出線路組成。
[0010]文獻EP 2 423 066 A2公開了一種用于列車的能量分配系統(tǒng)，列車多個鐵路車廂，能量分配系統(tǒng)具有公共DC功率總線線路，其配置成允許在列車中的車廂之中調節(jié)功率。提供功率轉換裝置，其配置成獲得來自公共DC總線線路的功率，以驅動牽引馬達，牽引馬達配置成驅動輪子。通過內燃機、發(fā)電機和功率轉換器來對公共DC總線線路提供功率，發(fā)電機配置成將內燃發(fā)機的驅動力轉換成電，功率轉換器配置成將來自主發(fā)電機的輸出電壓轉換成DC電壓，以及將功率供應到公共DC總線線路。
[0011]本發(fā)明的目標是提供一種用于在軌道車輛中使用的能量管理和分配系統(tǒng)，其可提供改進的效率和改進的功率分配。

【發(fā)明內容】

[0012]以上目標已經由根據權利要求1的能量管理和分配系統(tǒng)和根據另外的獨立權利要求的用于運行能量管理和分配系統(tǒng)的方法實現。
[0013]在從屬權利要求中簡要說明了本發(fā)明的另外的實施例。
[0014]根據一方面，提供一種用于軌道車輛的能量管理和分配系統(tǒng)，其包括:
多個功率電子牽引變壓器，其用于聯接到AC吊線上，以接收高電壓AC功率；
公共DC總線，其被連接以對一個或多個負載供應電能；以及
控制單元，其能夠取決于負載所需的總功率而啟用和停用功率電子牽引變壓器。
[0015]以上能量管理和分配系統(tǒng)的一個思想是在車輛中提供公共DC總線，其優(yōu)選延伸經過多個單獨的車廂，其中，公共DC總線由一個或多個功率電子變壓器供應，功率電子變壓器將AC吊線功率轉換成DC功率，DC功率供應到公共DC總線。通過公共DC總線分配的功率可供應到三相AC逆變器，以將DC功率變換成三相AC功率，以激勵牽引馬達。
[0016]使用功率電子牽引變壓器是有利的，因為它在重量、空間和能量方面是高效的。由于使用公共DC總線，功率電子牽引變壓器的數量是可縮放的，因為不需要提供相調節(jié)的器件來將功率供應給公共總線。
[0017]可運行包括多個功率電子牽引變壓器能量管理和分配系統(tǒng)，使得通過在其對起作用的負載提供足夠功率所需的優(yōu)選運行范圍內主動運行僅僅相應數量的功率電子牽引變壓器，來盡可能高效地運行功率電子牽引變壓器。由于功率電子牽引變壓器的效率隨負載而提高，所以優(yōu)選的是僅運行滿足待主動運行的負載的功率需求所需的數量的功率電子牽引變壓器。
[0018]此外，控制單元可配置成主動運行多個功率電子牽引變壓器之中的選定數量的功率電子牽引變壓器，其中，取決于各個功率電子牽引變壓器的轉換效率的特性而選擇功率電子牽引變壓器的數量。
[0019]可提供功率電子牽引變壓器，其包括多個轉換器組，各個轉換器組包括:
將高電壓AC功率轉換成高電壓DC功率的輸入AC/DC轉換器；
將高電壓DC功率轉換成中頻AC功率的DC/AC轉換器；
將中頻AC功率變換成低電壓AC功率的中頻變壓器；以及
將低電壓AC功率轉換成低電壓DC功率的另外的AC/DC轉換器，低電壓DC功率供應到公共DC總線。
[0020]此外，轉換器組的輸入AC/DC轉換器的輸入可串聯連接，其中，轉換器組的另外的AC/DC轉換器的輸出并聯地連接到公共DC總線上。
[0021]此外，功率電子牽引變壓器可通過相應的開關而聯接到公共DC總線上，開關可由控制單元控制，以脫開相應的功率電子牽引變壓器。
[0022]根據另一方面，提供一種用于運行能量管理和分配系統(tǒng)的方法，能量管理和分配系統(tǒng)包括:多個功率電子牽引變壓器，其聯接到AC吊線上，以接收高電壓AC功率；以及公共DC總線，其被連接以對一個或多個負載供應電能，其中，取決于負載所需的總功率而啟用或停用功率電子牽引變壓器。
【附圖說明】
[0023]結合附圖更詳細地描述本發(fā)明的優(yōu)選實施例，其中:
圖1顯示用于具有多個車廂的軌道車輛的能量管理和分配系統(tǒng)；
圖2顯示單個轉換路徑，其具有在圖1的能量管理和分配系統(tǒng)中使用的功率電子牽引變壓器概念；以及
圖3顯示在圖1的能量管理和分配系統(tǒng)中使用的功率電子牽引變壓器的框圖。
【具體實施方式】
[0024]圖1示意性地顯示軌道車輛1，其具有多個車廂2(在本實施例中是四個)。通過AC吊線3對車輛I供應能量。AC吊線3提供處于16.7 Hz的15 kV、處于50/60 Hz的25kV等形式的電能。AC吊線3通過集電弓4