專利名稱：用于調(diào)節(jié)軌道電動機(jī)車所需功率的方法和系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于調(diào)節(jié)通過直流懸索供給功率的軌道電動機(jī)車(railmotor)功率的方法。更具體地說，本發(fā)明涉及一種隨懸索上可用功率的變化調(diào)節(jié)軌道電動機(jī)所需功率的方法。本發(fā)明還涉及一種用于實(shí)施上述方法的系統(tǒng)。
本領(lǐng)域中眾所周知的解決方式是，通過在軌道電動機(jī)車上安裝一個用于限制軌道電動機(jī)功率的手動選擇器來解決這個問題，司機(jī)必需把手動選擇器設(shè)定到一個司機(jī)操作手冊上規(guī)定的位置。然而，這種系統(tǒng)是基于正常的工作條件的，并且不能自動地使軌道電動機(jī)車所需的功率適應(yīng)工作條件的變化。因而，這種系統(tǒng)用這樣一種方式管理軌道電動機(jī)車的功率，它考慮最差情況設(shè)想的工作條件，而不能從供電更多的地區(qū)(例如變電所附近)得到好處，在這些地區(qū)軌道電動機(jī)車可以消耗更多的電力。
另一種現(xiàn)有技術(shù)決方案是通過測量懸索電壓確定軌道電動機(jī)車可以消耗的最大功率。如果軌道電動機(jī)車離變電所不太遠(yuǎn)，這種解決方案一般是有效的。然而，如果軌道電動機(jī)車離變電所很遠(yuǎn)，則懸索的電阻變高，因而線路電壓很大程度上取決于在懸索中流動的電流及因此取決于軌道電動機(jī)車所吸收的電力。在這種情況下，電力消耗的少量增加意味著大的懸索電壓降，并且限制功率算法的作用隨懸索的電壓而變，調(diào)節(jié)系統(tǒng)的增益變得越來越高，同時產(chǎn)生一個不穩(wěn)定的功率調(diào)節(jié)系統(tǒng)。
本發(fā)明提供一種調(diào)節(jié)軌道電動機(jī)車所需功率的方法，所述軌道電動機(jī)車包括與懸索協(xié)同工作的集流裝置，所述懸索由沿著軌道分布的供電變電所供給直流電，上述方法的特征在于包括以下步驟-測量在軌道電動機(jī)車處的懸索電壓Vcat；-測量在軌道電動機(jī)車處的懸索電流Icat；-估算向軌道電動機(jī)車所連接的懸索供電的變電所的無負(fù)載電壓 -用下述公式計算懸索可以采用的最大功率Pmax=(Vcat0)24×R]]>式中R是用下述公式計算得到的懸索電阻R=(Vcat0-Vcat)Icat;]]>及-將軌道電動機(jī)所需的功率限制到一個功率極限Plim，該功率極限Plim小于或等于計算得到的最大功率Pmax。
根據(jù)本發(fā)明的另一個特點(diǎn)，變電所的無負(fù)載電壓 是通過用一比例積分調(diào)節(jié)器校正變電所的理論無負(fù)載電壓 的值進(jìn)行計算，上述比例積分調(diào)節(jié)器的輸入是差值R’-R，此處R’是懸索的動態(tài)電阻。
根據(jù)本發(fā)明的另一個特點(diǎn)，功率極限Plim是通過考慮基礎(chǔ)設(shè)施所施加的限制把一個從0-1的減小系數(shù)加到計算得到的Pmax上計算得到。
本發(fā)明還提供一種用于調(diào)節(jié)軌道電動機(jī)車所需功率的系統(tǒng)，所述軌道電動機(jī)車包括一個與懸索協(xié)同工作的集流裝置，所述懸索通過沿著軌道分布的供電變電所供給直流電，其特征在于，該系統(tǒng)包括-用于測量軌道電動機(jī)車處懸索電壓Vcat的裝置；-用于測量軌道電動機(jī)車處懸索電流Icat的裝置；-用于計算向軌道電動機(jī)車所連接的懸索供電的變電所的無負(fù)載電壓 的一級；-用于計算懸索可以采用的最大功率Pmax的級，該級包括一個用于計算等效電阻R=(Vcat0-Vcat)Icat]]>的模塊和一個用于計算功率Pmax=(Vcat0)24×R]]>的模塊；及-用于把軌道電動機(jī)車所需功率限制到一個數(shù)值的裝置，該數(shù)值小于或等于計算得到的最大功率Pmax。
根據(jù)本發(fā)明所述的功率調(diào)節(jié)系統(tǒng)的若干特定實(shí)施例可以單獨(dú)具有或以任何技術(shù)上合適組合的形式具有下列特點(diǎn)的其中一個或多個-用于計算變電所電壓 的級包括至少一個存儲器，該存儲器輸送一個相當(dāng)于向軌道電動機(jī)車供電的變電所理論無負(fù)載電壓的信號 上述信號 用作計算變電所電壓 的基礎(chǔ)值；-所述用于計算變電所電壓的級還包括用于產(chǎn)生校正信號的裝置，該校正信號加入到理論無負(fù)載信號 上并由一個比例積分調(diào)節(jié)器產(chǎn)生，上述比例積分調(diào)節(jié)器接收差值R’-R作為輸入，此處R’是懸索的動態(tài)電阻。
-所述最大功率Pmax由一乘法器系數(shù)k校正，該系數(shù)k考慮基礎(chǔ)設(shè)施所施加的限制從一減小器模塊得到。
-所述用于測量懸索電壓Vcat和懸索電流Icat的裝置是集流裝置攜帶的傳感器。
為使附圖清楚起見，圖中僅示出了理解本發(fā)明所必需的部件。
如該圖所示，系統(tǒng)包括一個級20，該級20用于計算懸索可用的最大功率Pmax并與一個級21并聯(lián)操作，級21用于計算向懸索供電的變電所的無負(fù)載電壓 軌道車輛就連接到上述懸索上。
用于計算最大功率的級20包括一個模塊6和一個模塊10，模塊6用于計算懸索電阻R，而模塊10用于計算懸索可用的最大功率Pmax。
模塊6接收來自軌道電動機(jī)車導(dǎo)電弓上相應(yīng)傳感器14和15的懸索電壓Vcat和懸索電流Icat，以及級21所得到的用于計算變電所無負(fù)載電壓的值 作為輸入測量信號。在

圖1中，信號Vcat和Icat在饋送到計算模塊6之前被低通濾波器3和4濾波。
從輸入Icat，Vcat和 模塊6由下面公式計算懸索電阻R=(Vcat0-Vcat)Icat]]>上面公式可以很容易從圖2推導(dǎo)出來，圖2代表當(dāng)軌道電動機(jī)車連接到懸索時供電到軌道電動機(jī)車上的電路示意圖。在圖2中，向懸索供電的供電變電所由提供電壓 的發(fā)電機(jī)表示，而變電所和軌道電動機(jī)車之間懸索部分的電阻用電阻器R表示。
模塊6的輸出R被饋送到模塊10的輸入端。模塊10也接收在用于計算變電所無負(fù)載電壓的級21輸出處所得到的值 作為輸入。模塊10利用這個數(shù)據(jù)，用下述公式計算懸索可用的最大功率Pmax=(Vcat0)24×R]]>上述公式可以由下面參照圖2所建立的公式推導(dǎo)出來Vcat=Vcat0-R×Icat]]>和P＝Vcat×Icat亦即，P=(Vcat0×Icat)-R×(Icat)2]]>由此∂P∂Icat=Vcat0-2R×Icat]]>和∂P∂Icat=0⇒Icatmax=Vcat02×R⇒Pmax=(Vcat0)24×R]]>然后，將模塊10的輸出饋送到一個乘法器12的輸入端，該乘法器12還接收來自模塊11的減小系數(shù)值k(0＜k＜1)，用于考慮由基礎(chǔ)設(shè)施所施加的限制。系數(shù)k取決于軌道電動機(jī)車所循環(huán)的網(wǎng)絡(luò)，該系數(shù)k由置于模塊11中的數(shù)據(jù)庫供給，并且隨模塊6計算的懸索的電阻值R而變。
乘法器電路12的輸出提供一功率極限Plim，該功率極限相應(yīng)于任何給定時間內(nèi)，軌道電動機(jī)車所有耗電設(shè)備單元所能要求的最大功率，而沒有懸索電壓降低的危險。然后，把這個值傳送到用于限制軌道電動機(jī)車所需功率的裝置(未示出)，以便它不超過Plim。
下面參照圖1說明用于計算變電所無負(fù)載電壓 的級21的操作。
級21包括一個用于計算懸索動態(tài)電阻R’的模塊5。模塊5接收由傳感器14和15供給并通過緩慢處理的濾波器1和2濾波的電壓Vcat和電流Icat作為輸入測量信號，以便只保持由測量傳感器所傳送的原始信號。在時間間隔Δt，模塊5存儲電壓和電流值Vcat和Icat，并由下面公式計算動態(tài)電阻R’的逐次值R′=ΔVcatΔIcat=Vcat(t+Δt)-Vcat(t)Icat(t+Δt)-Icat(t)]]>動態(tài)電阻R’相應(yīng)于懸索電阻與變電所電阻和一個假想電阻的總和，該假想的電阻相應(yīng)于如果多臺軌道電動機(jī)車在同一條線路上循環(huán)由連接到同一變電所的各軌道電動機(jī)車的消耗所產(chǎn)生的電壓降。
然后，將計算得的電阻值R’饋送到減法器9的輸入端，該減法器9從電阻值R’中減去電阻R，該電阻R通過級20的模塊6根據(jù)上述迭代法計算得出。減法器9的輸出被饋送到比例積分調(diào)節(jié)器7的輸入端，該比例積分調(diào)節(jié)器具有一有限的輸出值。調(diào)節(jié)器7的輸出信號提供一個校正信號，該校正信號被饋送到一個減法器13，減法器13從相應(yīng)于變電所理論無負(fù)載電源電壓的信號 中減去上述校正信號，上述信號 由一存儲器8提供。減法器13的輸出相當(dāng)于校正過的信號 該信號 被送到級20的模塊6和10，用于計算懸索可用的最大功率。為了開始計算過程，在第一次迭代計算中，由級21加到級20的值 最好等于變電所無負(fù)載電壓的理論值 這種計算級21具有這樣的優(yōu)點(diǎn)，即考慮由于軌道電動機(jī)車所需的功率超過懸索實(shí)際可用功率在變電所所引起的壓降。
在用級20和21進(jìn)行幾次迭代計算之后，該調(diào)節(jié)器產(chǎn)生懸索可用的瞬時最大功率，并因此考慮一減小系數(shù)及功率限制Plim，所述減小系數(shù)相應(yīng)于由基礎(chǔ)設(shè)施所施加的限制，所述功率限制Plim是在任何時間在由所述變電所供電的線路上移動的軌道電動機(jī)車可能需要的功率。
結(jié)果，根據(jù)本發(fā)明的調(diào)節(jié)器可以確定軌道電動機(jī)車不能超過的最大功率設(shè)定點(diǎn)，并且該最大功率必須在軌道電動機(jī)車上所有耗電設(shè)備單元之間分配，如牽引電動機(jī)、機(jī)車車加熱和輔助設(shè)備之間。
當(dāng)然，本發(fā)明絕不限于僅作為例子描述和示出的實(shí)施例。在不脫離本發(fā)明保護(hù)范圍的情況下，可以修改所描述和示出的實(shí)施例，尤其是可以用各種不同的零部件的組合，或是通過技術(shù)等同物來替代。
權(quán)利要求
1.一種調(diào)節(jié)軌道電動機(jī)車所需功率的方法，所述機(jī)車包括一個與一懸索協(xié)同工作的集流裝置，所述懸索通過沿軌道分布的供電變電所供給直流功率，該方法的特征在于包括以下步驟-測量軌道電動機(jī)車處的懸索電壓Vcat；-測量軌道電動機(jī)車處的懸索電流Icat；-計算向懸索供電的變電所的無負(fù)載電壓 軌道電動機(jī)車連接到上述懸索上；-用下述公式計算懸索可用的最大功率Pmax=(Vcat0)24×R]]>式中R是用下述公式計算出的懸索電阻R=(Vcat0-Vcat)Icat;]]>及-將軌道電動機(jī)車所需功率率限制到一個小于或等于計算所得的最大功率Pmax的功率極限Plim。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的用于調(diào)節(jié)軌道電動機(jī)車所需功率的方法，其特征在于所述變電所的無負(fù)載電壓 是通過利用一個比例積分調(diào)節(jié)器(7)校正所述變電所理論無負(fù)載電壓 值計算的，上述比例積分調(diào)節(jié)器(7)的輸入是差值R’-R，此處R’是懸索的動態(tài)電阻。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2之一的功率調(diào)節(jié)方法，其特征在于所述功率極限Plim是通過考慮到由基礎(chǔ)設(shè)施所加的限制將一從0到1的減少系數(shù)加到計算得出的功率Pmax上計算出來的。
4.一種用于調(diào)節(jié)軌道電動機(jī)車所需功率的系統(tǒng)，所述機(jī)車包括一個與一懸索協(xié)同工作的集流裝置，所述懸索通過沿軌道分布的供電變電所供給直流功率，其特征在于包括-用于測量軌道電動機(jī)車處的懸索電壓Vcat的裝置(14)；-用于測量軌道電動機(jī)車處的懸索電流Icat的裝置(15)；-用于計算向軌道電動機(jī)車所連接的懸索供電的變電所的無負(fù)載電壓 的一個級(21)；-用于計算懸索可以采用的最大功率Pmax的級(20)，該級(20)包括一個用于計算等效電阻R=(Vcat0-Vcat)Icat]]>的模塊(6)和一個用于計算功率Pmax=(Vcat0)24×R]]>的模塊(10)；及-用于把軌道電動機(jī)車所需功率限制到一個數(shù)值的裝置，上述數(shù)值小于或等于計算得到的最大功率Pmax。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的系統(tǒng)，其特征在于所述用于計算變電所電壓 的級(21)包括至少一個存儲器，該存儲器輸送一個信號 該信號相應(yīng)于供電到軌道電動機(jī)車的變電所的理論無負(fù)載電壓，用于計算變電所電壓 的基礎(chǔ)值。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或5之一的系統(tǒng)，其特征在于所述用于計算變電所電壓 的級(21)還包括一用于產(chǎn)生校正信號的裝置，該校正信號被加到理論無負(fù)載信號 上并由一比例積分調(diào)節(jié)器(7)產(chǎn)生，該此例積分調(diào)節(jié)器(7)接收差值R’-R作為輸入，此處R’是懸索的動態(tài)電阻。
7.根據(jù)權(quán)利要求4-6之一的系統(tǒng)，其特征在于所述最大功率Pmax由一乘法器系數(shù)k校正，該系數(shù)k考慮基礎(chǔ)設(shè)施所施加的限制從一減小器(11)得到。
8.根據(jù)權(quán)利要求4-7之一的系統(tǒng)，其特征在于用于測量懸索電壓Vcat和懸索電流Icat的裝置(14，15)是集流裝置攜帶的傳感器。
全文摘要
調(diào)節(jié)軌道電動機(jī)車所需功率的方法，機(jī)車包括與懸索協(xié)同工作的集流裝置，上述懸索由沿軌道分布的供電所供給直流功率，其特征在于包括以下步驟測量軌道電動機(jī)車處的懸索電壓V
文檔編號B60L15/10GK1451564SQ03121868
公開日2003年10月29日 申請日期2003年4月15日 優(yōu)先權(quán)日2002年4月19日
發(fā)明者J-M·德巴爾, 劉榮范 申請人:阿爾斯通股份有限公司