基于轨道的市电电网辅助服务势能存储的制作方法
【专利摘要】一种市电电网辅助服务系统采用倾斜轨道（14），该倾斜轨道带有与该轨道相关联的市电电网连接系统（16，18，20，22）。往返单元（12）在该倾斜轨道上运行并且具有电动机/发电机（58）以及用于控制的机载电气系统（46）。该电动机/发电机被连接来从该市电电网连接系统牵引功率或者向该系统提供功率。与市电通信的控制器（220）控制该机载电气系统。该控制器中的软件模块（237）对来自市电的下调命令作出响应而增加上坡力，由此从市电电网吸收额外功率或者减小提供给电网的功率量。这些软件模块对来自市电的上调命令作出响应而减小在上坡方向上的力，由此产生供给市电电网的额外功率或者减小从电网吸收的功率量。
【专利说明】基于轨道的市电电网辅助服务势能存储
说明书
相关申请的引用
[0001]本申请要求2011年8月16日提交的序列号为61/524，237并且与本申请具有相同标题的美国临时申请的优先权，该专利的披露内容通过引用结合于此。本申请与2010年8月8日提交的申请序列号为12/852，504、标题为“市电规模电能存储系统(UTILITYSCALE ELECTRIC ENERGY STORAGE SYSTEM)”并且与本申请具有同一个受让人的申请，以及2012年4月17日提交的申请序列号为13/499，178、标题为“用于电力供电往返列车的组合式同步及异步功率供应(COMBINED SYNCHRONOUS AND ASYNCHRONOUS POWER SUPPLY FORELECTRICALLY POWERED SHUTTLE TRAINS)”并且与本申请具有同一个受让人的申请共同未决，两者的披露内容通过引用结合于此。
发明背景 领域
[0002]在此披露的实施例属于市电电网功率调节的【技术领域】。更具体地说，本发明是一种用于连接到市电电网的势能存储辅助服务系统，并且在一种轨道系统上采用电力供电的重物往返单元来从电网吸收功率以及向电网提供功率。
相关技术
[0003]电力电网日益复杂，而功率生产供给与功率使用的匹配是保证运行稳定性的一个关键因素。随着可替代的功率生产来源的加入，比如风力发电和太阳能，这一问题变得更加复杂，这些可替代的功率生产来源对功率生产的一致性存在固有的问题。因此，传输系统运营商与市电需要越来越多的辅助服务来维持电网的控制以及可靠性。基于使用需要、系统负荷、发电资源以及维护要求，辅助服务提供了一种使用负载尽可能接近瞬时地平衡发电的方法，同时也提供了一种连续的备用功率源。辅助服务主要包括以下组成。调节一由电源在线提供，在自动发电控制上，能够快速响应于系统运营商的请求来对系统负载中每分钟的波动(可由电网频率的变化来反映)进行微调，这通过提供或者上调(向电网添加功率)或者下调(从电网牵引功率)实现；旋转备用一是被同步到电网的电源，并且能够在10分钟之内被提升到全输出；补充备用一可在10分钟之内被在线提升到满容量的离线备用；替代备用一可将旋转备用与补充备用恢复至它们的应急前状态的离线备用；黑启动一恢复功率容量来对故障传输系统进行再次供电；以及VAR支持一注入或者吸收无功功率(VAR)，通过将电流与频率同步来维持电网电压。
[0004]为提供这些辅助服务，有必要具有一个功率容量以及一个能量备用。因此，能量存储技术是辅助服务的理想提供者；它们具有比发电机更快地对变化负载进行响应的能力，并且能够提供所要求的功能而不会产生化石燃料排放物。
[0005]来自能量存储的辅助服务可由电池技术、电容器、动能存储系统(比如飞轮)或者势能存储系统(比如抽水储能)提供；但是，每一种技术在实施所要求的功能的能力方面存在缺点。电池技术的循环寿命有限，其循环寿命与每一个循环的放电深度有关。这使得在有限的工作寿命之后有必要更换电池，严重影响了部署在高频循环辅助服务操作(例如调节)中的电池的成本有效性。相反，较低循环率的辅助服务(例如旋转和补充备用)具有更高的放电深度，这也缩短了电池寿命，总之，使得电池成为辅助服务的一项代价高昂的选择。
电容器具有非常快速的响应时间以及潜在的高功率水平，但是却具有非常有限的每单位功率的能量存储量；对于飞轮也是如此，在额定功率下的运载典型地按分钟进行测量。目前为止，能量存储最常见的形式是抽水储能。抽水储能是一种势能存储的形式，利用来自电网的功率从一个较低海拔的蓄水池中抽水到一个较高海拔的蓄水池；然后，所存储的水可通过涡轮机被释放，从而根据需要将所的存储的能量转化为电力。这种系统的双程存储周期效率的损失典型地在25%的范围内，并且在许可、建造和操作中的困难使得抽水储能很难实施。建设这种系统可能会花费超过十年的时间。与电池、电容器和飞轮不同，由于可逆式涡轮机的有限输出效率范围以及从关闭到其最高效率流速的较慢的反应时间，抽水储能系统不可能被部署用于频率调节，除非它已经在运行中。由于在活跃地充电或放电时这种抽水储能通常仅部署用于调节，并且其作为调节服务提供者的经济效率受其整体系统效率以及使用时的地区可能电力价格套利的限制。
[0006]势能存储技术的一种替代形式可通过建造一个电气化钢轨网络来实现，该轨道网络采用牵引力来驱动具有再生制动能力的往返列车，使其在一个封闭的低摩擦的自动化钢轨网络上运行以便在两个不同海拔上的存储场之间运输重物，从而将电力转化为势能并且根据需要转化回电功率。在这种系统中，当在电网中可获得过量能量时，质量被从一个较低存储场运输上坡，在往返列车克服重力将质量移动到一个较高存储场时，从电网中吸收功率来给往返列车电动机供电；当电网需要功率以满足高峰期的需求时，上述过程可被反向执行，往返列车将质量返回较低的存储场，它们的发电机将质量的势能在一个高效的过程中转化回电力。
[0007]因此，令人希望的是提供一种快速响应的、最低污染的以及成本有效的辅助服务系统用于上调、下调、旋转备用、补充备用、替代备用、黑启动以及VAR支持，该系统在接收到辅助服务请求时可提供这些服务，而不需要存储或提供大量的能量。
发明概述
[0008]在此披露的实施例提供了一种采用倾斜轨道的市电电网辅助服务系统，该倾斜轨道具有与该轨道相关联的一个市电电网连接系统。至少一个往返单元在该倾斜轨道上运行并且具有至少一个电动机/发电机和一个控制该一个电动机/发电机的电气系统。该电动机/发电机被连接来从该市电电网连接系统牵引功率或者向该市电电网连接系统提供功率。与市电通信的控制器具有一个处理器，该处理器具有包含在存储器中用于控制该电气系统的软件指令。该控制器响应于软件指令对来自该市电的一个下调命令做出响应从而在上坡方向上增加由该电动机/发电机产生的力来改变所述往返单元在该倾斜轨道上的速度，由此吸收来自该市电电网的额外功率或者减小提供给该电网的功率量。该控制器响应于软件指令对来自市电的一个上调命令做出响应从而在上坡方向上减小由该电动机/发电机产生的力来改变所述往返单元在该倾斜轨道上的速度，由此产生供给该市电电网的额外功率或者减少从该电网吸收的功率量。
附图简要说明
[0009]图1是第一实施例的示图，该第一实施例采用单一能转换往返单元列车；
[0010]图2A是用作能量转换单元的示例往返的示图；[0011]图2B是用于能量转换往返单元的多个示例性机载操作元件的示意图；
[0012]图2C是用于本实施例的一个示例计算机操作系统的框图；
[0013]图3A和3B是采用多个能量转换单元的第二实施例的图解示图，该多个能量转换单元具有响应于下调操作所描绘的操作；
[0014]图4A和图4B是第二实施例的图解示图，示出了在上调操作期间的操作；
[0015]图5A是第二实施例的示图，示出一个具有能量吸收器的调节操作期间的操作；
[0016]图5B是轨道末端备用能量转换单元停车处的示图
[0017]图6是在上调和下调中描述的第一实施例的操作的流程图；
[0018]图7A-7C是关于在上调和下调中描述的第二实施例的操作的流程图；
[0019]图8A是具有经过轨道段的第二实施例的示图；
[0020]图SB是第三实施例，该第三实施例采用双轨经过轨道段；
[0021]图9A是第四实施例的示图，该第四实施例采用用于交变负载调节操作的两列列车以及采用旁路轨道的空载返回以及为了扩展操作的质量重复装载/卸载；
[0022]图9B是第四实施例的示图，该第四实施例具有上部和下部存储场；
[0023]图10A-10C是第三实施例的操作的流程图；以及
[0024]图1IA和图1IB是第四实施例的操作的流程图。
发明详述
[0025]如上所述的一种基于轨道的势能存储系统能够以一种高效的方式提供辅助服务。但是，如果这种系统被部署主要用作辅助服务的提供者(而不是用于大量能量存储)，在结构元件与控制方法上有显著的不同，这些将由在此披露的实施例提供。这些实施例提供了一种基于轨道的快速响应势能存储系统的结构，该系统用于在电网上提供辅助服务并且具有优于抽水储能的效率与响应速度、低于电池的生存周期成本以及高于动能系统与电容器的能量/功率比。
[0026]这些有待描述的实施例提供了一种用于向电网提供辅助服务的系统。图1所示的第一实施例采用由电力供电的能量转换列车10，该列车具有多个放置在倾斜轨道14上的往返单元12。这个系统通过连接系统连接到本地电网，该连接系统具有连接到变电站18并且分布在轨道旁AC配电线20中的电线16以及每隔一定时间向提供到往返单元的连接的电源轨道或者“第三轨道”提供功率互联的变换器22。第三轨道与一般系统操作的设计与互连的细节可如在2010年8月8日提交的标题为“市电规模电能存储系统”并且与本申请具有同一个受让人的美国专利申请号12/852，504中所述，其公开内容就像完整列出一样通过引用结合在此。可以现场提供一个独立的补充功率发电机24用于提供系统功率而不会给电网造成影响，这将在随后进行更详细的描述。采用监测控制与数据采集(SCADA)软件的控制系统26提供对系统的全面控制。
[0027]图2A所详细示出的这些往返单元被电动操作，并且将被支撑在轨道底座32上的重物30与机动卡车34结合，与那些当前在内燃机-功率机车上所使用的相比，这些往返单元使用可逆式电动机-发电机作为牵引电动机用来将质量沿轨道向上运载以及作为发电机用于在将质量沿轨道向下运载时的动态再生制动。对于在此所述的示例性实施例，往返单元采用轨道转向架，例如在2010年I月21日提交的标题为“自导向径向转向架(Self-Steering Radial Bogie)” 的美国专利申请 US2010/0011984A1 中所描述的、由Electro-Motive Diesel公司生产的3轴径向转向架。采用气动、液压或者电力致动的标准的制动系统36可被用于在某些操作中往返单元的机械制动，在随后将会对这些操作进行更加详细的描述。
[0028]在图2B中示出往返单元的一个示例机载电气系统。轨道旁电源系统(对于所示实施例为3相2300V AC)通过主断路器40连接到电气化的往返单元从而连接到电源轨道42(如图2A中所示)。往返单元上的接触器44 (如图2A所示)连接到牵引力控制单元(IOU)46。由T⑶控制板50控制的主线路接触器48 (随后将进行更详细的描述)通过AC线路滤波器52互连到具有电源调节的电源轨道接触器从而互连到第一市电侧3级有源整流器/逆变器54。对于所示的这些实施例，采用绝缘栅双极型晶体管(IGBT)电路。第二发电机侧3级有源整流器/逆变器56向(或者从)电动机/发电机58传输功率。在所示实施例中，采用组合式电动机/发电机单元；但是在替代性实施例中，可以采用单独的电动机和发电机单元，并且对于在此的描述而言包含于术语“电动机/发电机”中。提供了同样受控制板命令的总线预充电电路60。控制板采用电流传感器62与电压传感器64来对整流器逆变器的轨道旁电源系统侧进行感测和控制；并且控制板采用电流传感器66和电压传感器68来对电动机/发电机功率进行感测和控制。控制板提供电动机/发电机的加速、减速与微调控制，随后将对这些内容进行更详细的描述。
[0029]提供了旁路接触器70，从而将电动机/发电机直接连接到轨道旁电源系统，用于对往返单元以事先确定的控制速度进行同步操作。通过IGBT整流器/逆变器电路来完成将往返单元加速到控制速度，此时，无需微调控制要求，控制板接合合适的旁路接触器来进行同步操作。在需要时，控制板重新接入IGBT整流器/逆变器电路，断开旁路接触器，用于如随后将要更加详细描述的往返单元的减速或者电网微调要求。用每一个往返单元控制板通过控制中心26中的SCADA软件71 (参见图1)来完成控制互连。然后往返单元的操作控制由TCU控制板50来完成。控制中心和TCU控制板两者都采用至少一个带有用于软件指令模块的存储器的处理器。软件可通过只读存储器、特定用途集成电路(ASIC)或者现场可编程门阵列(FPGA)中的固件来实现并且可以基于单独的操作实现方式来确定为随后将要描述的操作步骤选择在控制中心进行集中式处理或者由单独的控制板进行分布式处理。对于某些实施例，所有编程都可在一个或者多个中央服务器上完成，而控制中心与这些控制板的功能是作为通过互联网连接到服务器的客户端来完成的。
[0030]图2C示出了一个用于实施控制中心和控制板操作的示例性计算环境。控制器220(可以是通用计算机，例如个人计算机、笔记本、服务器、大型计算机，以及其他各种计算机)包括处理器221、存储器222以及系统总线223，该系统总线将包括系统存储器的不同系统组件耦联到处理单元221。处理器可以是不同的可商购处理器中的任何一种，包括英特尔x86、奔腾以及来自英特尔与其他生产商的多种兼容微处理器；以及来自IBM和摩托罗拉的PowerPC.也可以使用双微处理器以及其他多处理器架构。
[0031]该系统总线可以是若干类型的总线结构中的任何一种，包括存储器总线或存储器控制器、外围总线、以及使用各种传统总线架构中的任意一种的局部总线，例如PC1、VESA、AGP、MicroChannel、ISA以及EISA。系统存储器可包括只读存储器(ROM) 224与随机存取存储器(RAM) 225。包含例如在启动期间帮助在计算机220内的两个元素之间传递信息的基本例程的基本输入/输出系统(BIOS)存储在R0M224中。[0032]控制器220进一步包括通过接口 232连接到系统总线223上的硬盘驱动器227(和/或其他数据存储介质驱动器)。并且驱动器为计算机220提供数据、数据结构、计算机可执行指令等的非易失性存储。虽然以上对计算机可读介质的描述指的是硬盘，本领域技术人员将认识到其他类型的可由计算机读取的介质(例如磁盒、闪存卡、数字视频光盘以及伯努利盒式磁盘等)也可用在该示例性的运行环境中。
[0033]可将多个程序模块存储在驱动器和RAM225中，包括操作系统235、一个或多个应用程序236、用于所描述的SCADA系统的程序模块237。
[0034]使用者可以通过键盘240和定点设备(如鼠标242)将命令和信息输入到控制器220。这些以及其他的输入设备经常通过耦联到系统总线的接口 246连接到处理单元221。监视器247或其他类型的显示设备也通过接口(例如视频适配器)连接到系统总线223。
[0035]控制器220操作可利用到一个或多个包括单独往返单元上的控制板的远程计算机的逻辑连接在联网环境下运行，例示为远程计算机249。相对于控制器220，远程计算机或控制板249可以是服务器、路由器、对等设备或其他公用网络节点，并且典型地包括所描述的元件中的许多或者全部。所描绘的逻辑连接包括局域网(LAN) 251以及广域网(WAN)252。此类联网环境在企业范围的计算机网络、企业内部网以及互联网中是司空见惯的。
[0036]当用于LAN联网环境中时，控制器220通过网络接口或适配器253连接至局域网251。当用于WAN联网环境中时，控制器220典型地包括调制解调器254或者其他用于跨广域网252 (如互联网)建立通信的方法(例如通过LAN251和网关或者代理服务器255)。可以是内部的或外部的调制解调器254经由接口 246连接至系统总线223。在联网的环境中，相对于控制器220或其多个部分描绘的程序模块可以存储在远程存储器存储设备中。将认识到所示网络连接是示例性的并且可以使用在处理器之间建立通信链路的其他装置。
[0037]控制中心与控制市电电网的市电公司、独立系统运营商(ISO)或者其他电网运营商通信，从而提供对包括自动发电控制在内的辅助服务命令的响应。SCADA软件中的模块为TCU控制板提供指令,用于修改由电动机/发电机相对于重力产生的施加在轨道斜坡上一个或多个往返单元上的力，用于从市电电网吸收功率或者向市电电网提供功率，这些将在随后进行详细的描述。软件模块中的指令提供用来增加在上坡方向上的力以响应于下调命令，这会增加往返单元沿斜坡向上的速度或者减小往返单元沿斜坡向下的速度；或者提供用来增加在下坡方向上的力(减小在上坡方向上的力)以响应于上调命令，这会增加往返单元沿斜坡向下的速度或减小往返单元沿斜坡向上的速度。在力平衡点处，理想地是在提供与电网同步操作(随后将进行描述)的速度上，电动机/发电机作为驱动往返单元沿轨道上行的电动机从市电电网上吸收功率；或者电动机/发电机作为提供再生制动的发电机向市电电网提供功率，这两种情况都是以最大的效率操作。
[0038]对于示例实施例，轨道采用10%的坡度并且长度为3.8英里，这会产生2028英尺的垂直海拔差。具有40个每一个重约300吨的往返单元的系统能够提供大约30MW的平均功率与超过16.5MW-hr的功率存储。在替代性实施例中，可以修改坡度(海拔变化)与总轨道长度来适应具体的调节要求和/或与系统位置相关联的地理特征。其他的示例实施例能够在从0%到20%或更高的范围内的斜坡上运行，系统长度长达10英里并且运行从I个到300个往返单元车。此类实施例能够运行历时长达8小时并且功率水平高达200MW。超过12%的坡度可能需要使用中心“齿轨”。[0039]将列车的整体重量分布到单独通电的往返单元提供了非常高的附着力，并且单独往返单元的非常高的质量允许每一个单元能够具有高牵引力，这会使得系统具有高效率。
[0040]返回到图1，列车10初始时被定位在轨道14上的中部队列位置80。当从市电或者其他电网系统运营商接收到下调命令时，通过配电线20与变换器22从电网吸收功率来驱动处于电动机模式的电动机/发电机58，从而驱动列车10沿轨道14上坡并且由此调节电网的功率。一列具有240个电动机驱动轮轴的列车能够将供给这些轮轴的单独电源每一个增加IOOkW,以对24MW的下调命令做出响应。基于所定义的轨道长度，本示例实施例的系统在30分钟时间内能够吸收30MW。列车10沿倾斜轨道上坡的运行将功率转化为可恢复的势能，而响应于上调命令，该势能可以用来产生电力。通过改变列车的速度，功率水平可以在从零到最大值范围内变化。
[0041]当从市电接收到上调命令时，允许列车沿轨道斜坡加速下行，电动机/发电机58处于发电机模式导致再生制动，通过变换器22与配电线20提供功率，并且通过变电站18供给电网。具有240个电动机驱动轮轴的示例列车将每一个轮轴提供的单独电源增大IOOkff,以对24MW的上调命令做出响应。
[0042]当允许一些往返单元以与市电电网直接同步的固定速度运行时，对于提高的系统控制能力粒度，可单独使用独立的往返单元或者如在第二实施例中操作的由两个或者更多个往返单元成组作为组车使用。系统的电源主要根据正在运行的车的数量而变化，而不是如在第一实施例中根据车的速度。这些组车的构造可包括通过本领域内公知的标准耦联技术或者通过相邻往返单元的并行运行来实现的物理互连。在替代性实施例中，这些组车可由一个或多个通电的往返单元与一个或多个耦联到这些通电单元的未通电往返单元组成。如图3A所示,一组往返单元或组车IOa停放在中部队列80处。当从市电接收到系统停止情况下的下调命令时，控制系统SCADA根据所要求的调节功耗来调度多个往返单元。四个往返单元(每一个消耗2.5丽)能够满足IOMW下调命令。如图3A所示，调度四个往返单元12a、12b、12c与12d。将这些往返单元加速到同步速度来在所要求的功率附近提供电网的调节，并且将功率变换设备旁路来提高效率。一个或多个额外的往返单元(在图3A中用12e标示)可被调度并且维持在异步运行(例如在1.5MW)，用于对系统请求的实际功率吸收进行微调。
[0043]对于所描述的实施例，电动机/发电机连到驱动轮上，用于大约每小时7英里的最佳运行，电动机/发电机的频率为与电网中的功率同步的频率。在这个同步速度上，在加速之后旁路接触器被接合(或者减速之后被断开)，并且消除由某些功率变换设备产生的损耗。
[0044]如图3B所示，当移动的往返单元12a_12d接近在轨道最高处附近的上部队列区82时，这些往返单元中的旁路接触器被断开，允许这些往返单元减速并停车。从中部队列调度额外的往返单元12f、12g来维持所要求的调节功率；对于相等的功率需求，以与上部的往返单元的减速速率相当的速率加速。一些额外往返单元以及任何先前运行的领先单元在达到同步速度时被转换到同步运行。如前所述，未被转换到同步运行的往返单元被用来进行微调。
[0045]如果认为空调节状态是调节命令的完成，如果系统在发电或者在将往返单元从一个停止的状态加速上坡或者在将往返单元从一个现有的功率存储状态加速上坡或者在进行这些操作的任意组合，那么下调命令可以通过降低或停止一些或全部往返单元的下坡速度来执行。
[0046]在以同步速度运行并且功率变换装置被旁路而达到最高效率时，如果市电为了电网调节要求，系统中的电动机/发电机可以调整大小以允许单独地或者对所有运行单元在同步速度以上运行来获得提高的功率容量。
[0047]图4A与图4B示出了第二实施例中从停止状态对于上调命令的响应。如果在上部队列82或者斜坡上中部84存在往返单元，由于下调操作的缘故，允许这些往返单元(图4A中的12a、12b、12c与12d)中的一些或全部沿着轨道向下加速至同步速度并维持，在这个速度上，每个往返中都通过电动机/发电机使用再生制动。功率通过具有变换器22和至变电站18的传输线20的轨道旁电源系统从电动机/发电机供应给电网。与下调响应一样，可同步操作往返单元中的一个或多个来微调所希望的输出。如果在上部队列或者斜坡上中部不存在往返单元或者需要额外的功率，则从中部队列调度往返单元，向着下部轨道终点下坡运行。
[0048]如图4B所示，当往返单元开始从上面到达中部队列或者到达下部轨道终点处的一个下部队列时，从中部队列调度往返单元(标示为12g与12h)来维持所提供的上调功率。与下调命令一样，如果认为空调节状态是调节命令的完成，如果系统在存储功率或者在将往返单元从一个停止的状态加速下坡或者在将往返单元从一个现有的功率存储状态加速下坡或者在进行这些操作的任意组合，那么上调命令可以通过降低或停止一些或全部往返单元的上坡速度来执行。
[0049]对于所描述的实施例，已经示出了一个单一中部队列。在替代性实施例中，通过所描述的队列进行的向下转换和向上转换可采用轨道下部终点与顶点中部的多个队列。
[0050]在调节系统操作期间，可能希望使大多数往返单元以同步速度运行从而将由不同速度的功率变换设备产生的电损耗最小化。在这种类型的操作中，通过改变操作中的往返单元的数量而不是改变系统中往返单元的功率(速度)来按增量等级调整系统功率。移动的往返单元将会遇到其他停靠在中部、上部或者下部队列中的主轨道上的往返单元。为了维持系统功率并且最小化不希望的瞬变，来自接近于一个停住的往返单元的将要被减速并停车的往返单元的能量必须转移到另一个往返单元上，使其加速，从而使得当到来的往返单元停车时，该另一个往返单元的功率替代到来的往返单元的功率。下面将相对于图5A使用一个将多个往返单元组合成多个组车的普遍的情况对这一过程进行描述。
[0051]对于下坡转换，具有四个往返单元的组车90正在下坡运行中通过再生制动产生功率来实现上调命令，并且牵引电动机/发电机直接向电网提供功率，其中这些电动机/发电机在电网频率上运行。当这个组车接近轨道10上的一组停着的组车92时，组车90内的牵引电动机/发电机被切换为从功率变换逆变器/整流器运行来允许可变速度控制。最下部停放的四个往返单元组合在组车94中，该组车被释放并被允许向下滑行来获得与将要在从接近的组车到离开的组车进行能量转移的过程中的电损耗等量的能量。当离开的组车94已经获得了所要求的能量时，到来的组车90通过增加其动力制动来减速。通过以一种互补的方式为正在离去的组车94下坡提供动力来平衡在电能生产中的这一增加，由此保持整体功率输出恒定。当到来的组车90被放慢并且其功率输出减少时，离去的组车94的速度提高并且其功率输出被提高以保持一个恒定的净功率输出。当到来的组车90静止下来并被停放时，其所有的动能已经被转移给离去的组车94，并且此能量加上离去的组车开始时转动下坡所获得的能量基本上足够使离去的组车达到同步速度，在这一点上同步速度控制电子器件被双向接触器旁路并且组车电动机/发电机被直接同步到电网。在某些实例中，具体地是在发电模式期间，也可以采用一个或多个往返单元的吸收或提供功率的受限操作来帮助维持或者协助所希望的操作。
[0052]为了增加或者维持系统加到电网上的大惯性，可能希望的是不要一次停止所有的往返单元。为了实现这一点，仅有一些往返单元可在任何给定时刻被停止并且被反向，这样使得在从充电到放电的转换期间总是会有一些单元在运行中，或者反之亦然。
[0053]所描述的实施例中的往返单元也可以配备有液压或气动致动的刹车系统，如前所述，这些刹车系统可被用于以下情况下将往返单元减速:通过电动机/发电机使用再生制动会引入不希望的瞬变或会将系统驱动超出调节容限。
[0054]对于上坡转化，组车94在上坡运行中从电网消耗功率来将频率下调。组车94的电动机/发电机在固定电网频率上同步运行，直接同步于电网并且直接由电网供电。当组车接近一组停放在轨道10上的组车92时，电动机/发电机被切换为异步运行，使用功率转换逆变器来允许不同的速度控制并且到达电动机/发电机的功率被减少，从而导致组车94减速。同时，一组停放的组车中的最上部组车90开始加速上坡，消耗与到来的组车减少的功率等量的功率。以此方式来保持净功耗恒定。当到来的组车由于其减小的速度而继续减少其功耗时，离去的组车由于其速度与加速度而以一种互补的方式增加功耗来维持恒定的功耗。当到来的组车停止并被停放时，其动能与功耗已经完全转移给离去的组车。由于电损耗，离去的组车将达不到同步电网频率速度，然而其将继续加速直到达到同步速度，在这一点上速度控制电子器件被旁路，并且组车的电动机/发电机直接被电网同步并且直接由电网供电。在此操作期间，可以通过改变异步运行的往返单元的速度将功率保持在一个期望的水平上。
[0055]如关于图5A所描述的，应用该系统的地点的地形可能会具有有限的垂直海拔承载力。为了允许使用倾斜轨道14的全部可用海拔高度差，如图5B所示，顶端停车长度96可不提供斜坡或者提供缩短的斜坡以及足够用来接收系统中所有或者大部分往返单元的长度。类似地，底部停车长度也可以不提供斜坡或者提供缩减的斜坡以及足够用来接收系统中所有或者大部分往返单元的长度。由于这些停车长度，轨道的额外的可用倾斜部分可被用来由系统中所有的往返单元进行调节。这些停车长度可包括轨道的多个区段，其切换连接到在斜坡上运行的轨道的主要部分的顶点以及底部。
[0056]如图6-7C所示，用于控制系统中的往返单元的SCADA软件操作用于系统的上调和下调能力。如第一实施例的图6所示，SCADA对于任何在列车系统中或者列车接近轨道终点时所存在的终点错误进行监测，步骤602 ;以及如果两者中任意一种情况存在，SCADA初始化列车停车序列，步骤604。如果对在轨道终点的列车的存在进行了停车初始化，下列序列将会对是否存在下调命令进行监测(下文步骤606):如果列车停放在轨道底部或者上调命令(下文步骤618)。然后SCADA对来自市电或者独立系统运营商(ISO)的命令进行监测,其中辅助服务被提供给市电或者独立系统运营商。如果存在用于下调的命令，步骤606，SCADA确定列车是否在轨道的上部终点处，步骤608，如果是，初始化列车停车序列，步骤604，如果需要的话。否则，SCADA操作列车，电动机/发电机提高作用在列车上的上坡力(可替代地视为产生具有上坡方向上向量的加速度)，直至满足下调命令的功率要求，步骤612。这可能需要在电动机模式下运行而增加从电网吸收的功率来驱动列车上坡，或者在发电机模式下运行但是减少供给电网的功率量，而列车的速度基于下调命令的功率要求而确定。
[0057]如果不存在下调命令，返回步骤606，SCADA对上调命令进行监测，步骤618 ;而如果存在下调命令，步骤620，SCADA确定列车是否在轨道的下部终点，如果这样的话，步骤604，如果需要的话，初始化列车停车序列。否则，SCADA操作列车，电动机/发电机减小作用在列车上的上坡力(可替代地视为产生具有下坡方向上向量的加速度)，直至满足上调命令的功率要求，步骤624。这可能需要在发电机模式下运行，增加提供给电网的功率，或者在电动机模式下运行，减少从该电网吸收的功率来驱动该列车爬坡，而列车的速度取决于下调命令的功率要求。
[0058]如果在操作期间任何时刻接收到停止命令(没有上调或下调)，步骤630，SCADA初始化停车序列，步骤632。如果调节条件允许，可以通过反转电动机/发电机模式导致的减速来实现停车。如果调节条件不需要任何到电网的输入或者从电网的功率牵引，功率可被从列车的电动机/发电机系统与用来停止列车的机械制动移除。
[0059]列车处于停车的情况下，SCADA确定列车是否靠近轨道的终点处，步骤634。如果是，为了对或者上调命令或者下调命令进行最佳响应，步骤636，列车可被重放置在轨道中部附近。如果位于轨道中部之上，可采用带有机械制动导致的减速的列车的重力加速，而不会对电网造成任何影响。
[0060]图7A-7C示出第二实施例的操作。如在图7A开始所示，SCADA对来自市电或者ISO的辅助服务命令进行监测，步骤702。如果上调命令存在，步骤704，SCADA确定提供与该上调命令一致所要求的功率所需要的多个组车，步骤706。确定系统中所有组车的位置，步骤707，以及为上调整使用而建立一个优先级，步骤708，其中在中部队列上面的组车具有最高优先级，从最低到最高，在该中部队列的底部上的组车具有次高优先级，以及该中部队列之下的组车具有最低优先级。由SCADA基于该建立的优先级选择，一个或多个组车减少其作用在组车上的上坡力(可替代地视为产生具有下坡方向上向量的加速度)，通过改变这些组车获得或者损失势能的速度来改变供给电网的功率，步骤710。当达到事先确定的同步运行速度时，步骤711，如果尚未满足功率，步骤712，每一个运行组车被切换到同步运行以达到最高效率，步骤713。当达到所要求的功率时，使用速度调节维持任何不在同步速度上移动的组车处于异步操作，从而对所要求的功率进行微调，步骤714。
[0061]步骤715，任何接近一个静止组车或者轨道终点的组车被从同步运行中解除，如果要求则被减速以在到达静止障碍之前停止，步骤716。同时，加速任何一个下一优先级组车来替代停止的组车的功率，步骤718。如果有一个组车为了微调的目的以降低的速度运行，并且这可能会与超越同步速度的组车相冲突，其微调功能可被转移至没有这样冲突的后面的组车。基于位置优先级来完成(如必要的改变所要求的)通过增量式增加或者停止组车来进行的上调命令能量的调整。也可以通过改变移动的组车的速度来完成微调。
[0062]返回步骤702，如果存在下调命令，步骤705，SCADA确定存储与下调命令一致的功率所要求的多个组车，步骤726 (见图7B)。确定系统中所有组车的位置，步骤727，以及为了下调的使用建立一个优先级，步骤728，其中在中部队列下面的组车具有最高优先级，在中部队列的顶部上的组车具有次高优先级，以及中部队列之上的组车具有最低优先级。由SCADA基于该建立的优先级选择，一个或多个组车加速上坡来存储来自电网的功率，通过使该组车上坡和/或将下坡的组车减速、停车或者反向，步骤730。当达到事先确定的同步运行速度时，步骤731，若已经满足功率，步骤732，每一个运行组车被切换到同步运行以达到最高效率，步骤733。当达到所希望的功率时，使用速度调节维持任何不在异步速度上移动的组车处于同步操作，从而对所要求的功率进行微调，步骤734。
[0063]应该指出，对于从上调到下调以及从下调到上调操作的转换，逆转组车的优先级，并且在之前的操作中所有运行组车完全停止之前允许SCADA调度较高优先级组车用于所希望的操作，从而提高对新命令的响应时间。
[0064]返回到步骤702，如果在操作期间任何时刻接收到停止命令(没有上调或下调)，步骤742 (图7C)，SCADA初始化停车序列，步骤744。如果调节条件允许，可以通过反转电动机/发电机模式导致的减速来实现停车。如果调节条件不需要任何到电网的输入或者从电网的功率牵引，功率可被从列车的电动机/发电机系统与用来停止的机械制动移除。
[0065]组车处于停止的情况下，SCADA确定是否存在事先确定的组车优先分散，步骤746。如果否，列车可被重新放置到中部队列，步骤748，用于对或者上调命令或者下调命令进行最佳响应。如果位于中部队列之上，可采用带有机械制动导致的减速的组车的重力加速，而不会对电网产生任何影响。如果位于中部队列之下，可采用独立的现场发电在电动机模式下提供功率来放置组车，同样不会对电网造成影响。在组车的位置在中部队列之上和之下的两种情况下，功率可从上部队列的下坡运行组车提供向下部队列的上坡运行组车，减少为了重放置朝向中部队列的组车而消耗的功率。重放置可能改变这个或这些队列的起始位置来偏置系统的起始势能，用于上调或者下调从而提供用于旋转备用、黑启动或其他具体的辅助服务的能力，这些辅助服务是可预测的或可预见的。
[0066]对于某些操作要求，可能希望向往返单元或者组车提供旁路停放在主轨道上的中部队列或往返单元或组车的能力。可采用如图8A所示的经过轨道系统。经过轨道100分别提供有上部与下部开关102与104。对于所示实施例，中部队列106维持在经过轨道中，而从上部队列108或者从下部队列110运行的组车可以旁路中部队列以用于较长的运行而不需转换或者中断。然后控制系统可基于当前与预见的辅助服务命令确定是否通过如前面关于第二实施例的操作所描述的为所有单元建立优先级来将往返单元从经过轨道上的中部队列收回到主轨道。
[0067]经过轨道也可以应用在如图8B所示的第三实施例中，在该实施例中往返单元或者组车通过分别在上部与下部存储场112与114进行质量装载与卸载来操作；当以更高速度转换来再装载时，空组车在一条平行轨道上旁路有负载的组车。对于这一实施例，形成多个组车的一组往返单元116位于下部存储场，该下部存储场包含暂停在轨道之上的质量120 ;而位于上部存储场的一组往返单元118也包含存储暂停在轨道之上的质量。在下调命令期间，所选数量的往返单元在下部存储场形成一个组车，装载第一组质量并且沿轨道上行，示为组车122，从电网消耗功率。如前面所述的实现对组车的控制以获得所希望的功耗来实现所命令的下调。调度来自上部存储场的空的往返单元124沿轨道向下，旁路在经过轨道126上的向上束缚有负载组车，而到达下部存储场，在下一组存储在轨道之上的质量之下放置。然后那些质量被装载，并且当一个满载的组车到达上部存储场时，为了持续的下调，一个新装载的组车离开下部存储场。上部存储场的组车卸载质量并且通过经过轨道空着返回到下部存储场，然后就可供重新装载。
[0068]类似地，对于上调命令，位于上部存储场的一组往返单元被组合成一个或多个组车并且从上部存储场装载质量。如前面所描述的，装载后的组车在控制下沿轨道向下来向电网提供功率。来自下部存储场的空往返单元沿轨道向上，旁路在经过轨道上向下的组车，从而在上部存储场的下一组质量之下放置。基于但是超出上调要求选择组车大小允许产生额外功率用来在随后为向上的空载的往返单元提供动力。然后这些空单元被装载以质量，并且在初始组车到达下部存储场时，新装载的组车被释放沿轨道向下以持续输出上调功率。下部场的组车上的质量被卸载，并且然后那些往返单元成为空的，转向后沿轨道和经过轨道向上来被重新装载。
[0069]在规则滚轮内内定位与装载质量可如前面引用的申请序列号为12/852，504、标题为“市电规模电能存储系统”中所描述的来完成。如图8B所示，在不同的实施例中，上部与下部存储场中可采用一个单轨或者多个切换支轨。
[0070]如关于图5B所描述的，上部与下部存储场可在水平坡度上，希望能够将全部的可用垂直海拔用于操作往返单元与电网交互。
[0071]对于由于在调节期间系统接收到停止命令而可以放置到上部与下部存储场之间的组车，这种搁浅的组车可被用作对于或者上调命令或者下调命令在从上部或下部存储区装载质量之前的第一响应。
[0072]图10A-10C演示了用于图8B中的第三实施例的操作方法。SCADA对来自市电或ISO的调节命令进行监测，步骤1002。如果接收到上调命令，步骤1004 ;确定在系统上是否存在任何搁浅的有负载的组车，步骤1006 ;如果有，引导那些搁浅的组车中的一个或多个加速下坡来向电网提供功率。如果要求额外的功率或者如果没有搁浅的组车，确定用于满足上调命令要求的功率以及向空载的往返单元提供功率的组车数量，或者从下部存储区转向沿经过轨道向上到上部存储区的组车数量，步骤1010 ;以及这个数量的组车在上部存储场被装载质量，步骤1012。然后，有负载的组车被引导沿轨道加速向下，在发电机模式下向电网和系统提供功率，步骤1014。当组车达到同步速度，步骤1015，并且功率还没有被满足，步骤1016，这些组车被转换到同步运行，步骤1017。由异步的组车来微调功率，步骤1018。步骤1019，被调度的替代空载组车被转换以大约两倍于下坡同步速度的速度沿斜坡向上，步骤1020，以及在上部存储场中滚轮下定位在下一存储的重量下，步骤1021。当下坡组车到达下部存储场时，步骤1022，SCADA确定维持所要求的上调整功率生产所需要的替代组车的数量，步骤1023，以及将正在接近的组车减速至停止，将任何额外功率转换为上坡功率，用于将空单元转换为沿坡向上或将替代组车从上部存储场加速至下坡运行，步骤1024。
[0073]返回到步骤1002，如果接收到下调命令，步骤1030，确定在系统上是否存在任何搁浅的有负载的组车，步骤1032 (图10B)，如果有，引导那些搁浅的组车中的一个或多个加速上坡来从电网牵引功率。如果要求额外的功率牵引或者如果没有搁浅的组车，确定用于满足下调命令要求的功率以及包括从空载往返单元产生的补偿功率的组车数量、或者从上部存储区转换为沿经过轨道向下到下部存储区的组车数量，步骤1034 ;以及这个数量的组车在下部存储场被装载重量，步骤1036。然后，这些有负载的组车被引导沿坡加速向上，在电动机模式下从电网和系统牵引功率，步骤1038 ;以及通过在斜坡上上升的质量来将这些能量转化为势能。当组车达到同步速度，步骤1039，如果总功率还没有被满足，步骤1040，这些组车被转换到同步运行，步骤1042。操作任何剩余的异步组车来微调功率，步骤1043。步骤1044，调度的空载组车被转换以大约两倍于上坡同步速度的速度沿斜坡向下，步骤1045，以及在下部存储场中滚轮下定位下在下一存储的重量下，步骤1046。当上坡组车到达上部存储场时，步骤1047，SCADA确定维持所要求的下调整功率转换所需要的替代组车的数量，步骤1048，以及将正在接近的组车减速至停止，将任何额外功率转换为上坡功率，用于将组车转换为沿坡向上，步骤1049。
[0074]返回到步骤1002，如果在操作期间任何时刻接收到停止命令(没有上调或下调)，步骤1058，SCADA初始化停车序列，步骤1060 (图10C)。如果调节条件允许，可以通过组车中的反转电动机/发电机模式导致的减速来实现停车。如果调节条件不需要任何到电网的输入或者从电网的功率牵引，功率可被从列车的电动机/发电机系统与用来停止的机械制动移除。
[0075]组车处于停止的情况下，SCADA确定是否存在事先确定的组车优先分散，步骤1062。如果不，空组车被重新放置到上部或下部存储区，步骤1064，用于对或者上调命令或者下调命令进行最佳响应。如果从上部存储区转换到下部存储区，可采用带有机械制动导致的减速的组车的重力加速，而不会对电网造成任何影响。如果从下部存储区转换到上部存储区，可采用独立的现场发电来提供功率，在电动机模式下定位组车，同样不会对电网造成影响。
[0076]图9A与图9B中所示的第四实施例操作具有多个往返单元来支持质量的两列列车，并且具有在上部存储区112与相对较低的存储区114之间延伸的主轨道14以及具有上部开关102与下部开关104的旁路轨道100。第一列车150被装载质量并且在主轨道上提供由操作电网的ISO或者市电下发的上调命令与下调命令的操作。第二列车152初始为空的，并且被放置在旁路轨道上。
[0077]如图1lA与IlB所示，SCADA系统对命令进行监测，步骤1102 ；以及对上调命令进行监测，步骤1104 ;第一列车处于发电机模式，沿主轨道向下运行，向电网提供功率，步骤1106 ;以及，当经过用于旁路轨道的上部开关时，步骤1108，以一定的速度调度第二列车，在第一列车到达下部存储场之前到上达部存储场，步骤1110。当满足了上调命令的负载要求时，将第一列车的速度调整来向空第二列车提供功率。在上部存储场将第二列车装载质量，并且放置以便下坡运行，步骤1112。当第一列车到达下部存储场并且减速，步骤1114，从上部存储场调度第二列车，加速以替代第一列车中的功率变化，步骤1116。然后，在第二列车到达下部开关之前，将第一列车在下部存储场卸载，并且转向旁路轨道，步骤1118。当第二列车已经经过上部开关时，步骤1120，将第一列车调度到上部存储场，步骤1122，并且重新装载质量，步骤1123。在第二列车到达下部存储场并且减速时，步骤1124，从上部存储场调度第一列车，加速以替代第二列车的功率变化，步骤1126。然后，第二列车在下部存储场卸载，并且在第一列车到达下部开关之前转向旁路轨道，步骤1128，现在被颠倒的第一和第二列车继续该过程。
[0078]对下调命令进行响应(图11B)，步骤1129，第一列车沿主轨道向上运行，1130，并且当经过用于旁路轨道的下部开关时，步骤1132，以一定的速度调度第二列车，在第一列车到达上部存储场之前到达下部存储场，步骤1140。调整第一列车的速度来从正在沿下坡运行的空第二列车吸收功率，从而维持下调的负载要求。将第二列车在下部存储场加载质量，并且放置以进行上坡运行，步骤1142。在第一列车到达上部存储场并且减速时，步骤1144，从下部存储场调度第二列车，加速以替代第一列车的功率变化，步骤1146。然后，第二列车在下部存储场卸载，并且在第一列车到达下部开关之前转向旁路轨道，步骤1148。当第二列车已经经过下部开关时，步骤1150，将第一列车调度到下部存储场，步骤1152，并且重新装载质量，步骤1153。在第二列车到达上部存储场并且减速时，步骤1154，从下部存储场调度第一列车，加速上坡以替代第二列车的功率变化，步骤1156。然后，第二列车在上部存储场卸载，并且在第一列车到达上部开关之前转向旁路轨道，步骤1158，以继续该过程。
[0079]通过改变有负载的列车如所要求的沿轨道上行与下行的速度来完成对调节后功率的微调。如关于图1lA与图1lB所描述的由位于中点的列车启动，有负载的移动列车与在用于装载和卸载的存储场上的列车之间的定时转换的联锁，以及通过旁路列车转换空列车，允许在对调节命令进行响应的序列中的任何时刻都可以将过程进行倒转。
[0080]整流器/逆变器的使用部分地取决于电动机/发电机要求，并且允许对系统中所有通电的往返单元使用组合式IGBT无功功率控制，来向连接到系统的市电或ISO进行伏安无功(VAR)功率支持。在每一个往返单元中，如关于图2B所示与描述的，至少一个IGBT通过机载与轨道旁电气系统连接到高压输电系统。来自TCU控制板的实际功率命令(P分量)提供往返单元的必要加速与减速操作。可控制整流器/逆变器IGBT内的可用无功功率(Q分量)用于如上所描述的无功功率输入/从高压系统的无功功率吸收。对于所有不产生任何实际功率(停止等待或传输)的往返单元，TCU中的IGBT的整体功率能力可用于无功功率。当命令时，由控制板引导通过这些整流器/逆变器IGBT的无功电流(与电压输入异相)可用来在电网系统中对电压产生很大的影响。在所希望的与ARES系统分开的地理位置上，可从电网控制中心进行的电压测量衍生出电压测量以及VAR命令输入。用于完成VAR的系统输入与控制可如在前面引用的申请序列号为12/852，504标题为“市电规模电能存储系统”所描述的来完成。
[0081]虽然本发明的上述书面说明使得普通技术人员能够制造和使用示例实施例，普通技术人员将会理解并认识到存在本文的具体实施例、方法和示例的变化、组合以及等效物。因此，本发明不应该限于上述实施例、方法与示例，而是所有的实施例与方法包含在所要求保护的本发明的精神和范围之内。
【权利要求】
1.一种市电电网辅助服务系统，包括: 一个倾斜轨道(14)； 一个与该轨道相关联的市电电网连接系统(18，20，22); 至少一个往返单元(12)，该往返单元在该倾斜轨道上运行并且具有至少一台电动机/发电机(58)以及一个控制该至少一台电动机/发电机的电气系统(46),所述电动机/发电机被连接来从该市电电网连接系统牵引功率或者向该市电电网连接系统提供功率； 一个控制器(220 )，该控制器与市电通信并且具有一个处理器和一个存储器，该存储器包含多个用于控制该机载电气系统的软件指令模块，这些指令模块包括 多个模块(237),用于对来自该市电的一个下调命令做出响应从而在一个上坡方向上增加由该电动机/发电机产生的力来改变所述往返单元在该倾斜轨道上的速度，由此从该市电电网吸收额外功率或者减小提供给该电网的功率量以及 多个模块，用于对来自该市电的一个上调命令作出响应从而在一个上坡方向上减小由该电动机/发电机产生的力来改变所述往返单元在该倾斜轨道上的速度，由此产生供给该市电电网的额外功率或者减少从该电网吸收的功率量。
2.如权利要求1所述的市电电网辅助服务系统，其中该至少一个往返单元包括多个互连为一个单一列车(10)的往返单元。
3.如权利要求1所述的市电电网辅助服务系统，其中该至少一个往返单元包括多个选择性地连接为第二多个组车(90，92，94)的往返单元。
4.如权利要求1所述的市电电网辅助服务系统，进一步包括一个连接到该倾斜轨道的旁路轨道(100)。
5.如权利要求1所述的市电电网辅助服务系统，进一步包括一个连接到该倾斜轨道的顶部上的上部停车区(112)。
6.如权利要求1所述的市电电网辅助服务系统，进一步包括一个连接到该倾斜轨道的底部上的下部停车区(114)。
7.如权利要求1所述的市电电网辅助服务系统，其中这些往返单元包括多个机械制动器，并且这些软件模块包括一个将这些机械制动器应用于改变该往返单元的速度而不需要对该市电电网进行输入的模块。
8.如权利要求1所述的市电电网辅助服务系统，其中该至少一个往返单元包括多个往返单元，并且该倾斜轨道具有一个用于这些往返单元的初始最佳定位的中部队列(80)。
9.如权利要求8所述的市电电网辅助服务系统，其中这些软件模块进一步包括一个如下模块，该模块用于对往返单元的选择进行优先级排列从而响应一个上调或者下调命令。
10.如权利要求8所述的市电电网辅助服务系统，其中这些软件模块进一步包括一个如下模块，该模块用于对接近一个停止的往返单元的一个第一往返单元进行减速并且通过加速将功率从该第一往返单元转移至一个第二往返单元，该加速对该第一往返单元具有互补的功耗或者生产。
11.如权利要求1所述的市电电网辅助服务系统，进一步包括一个上部存储区(112)与一个下部存储区(114);所述至少一个往返单元包括多个往返单元，并且所述用于在上坡方向上增加由该电动机/发电机产生的力的模块包括一个如下模块，该模块用于在该下部存储区为所选数量的多个往返单元装载与该下调命令所要求的功率吸收相一致的质量。
12.如权利要求1所述的市电电网辅助服务系统，进一步包括一个上部存储区(112)与一个下部存储区(114);所述至少一个往返单元包括多个往返单元，并且所述用于在一个上坡方向上减小由该电动机/发电机产生的力的模块包括一个如下模块，该模块用于在该上部存储区为所选数量的多个往返单元装载与该上调命令所要求的功率产生相一致的质量。
13.一种用于采用运载质量的电力供电的列车向市电电网提供辅助服务的方法，该方法包括: 对来自一个市电或者独立系统运营商(ISO)的多个命令进行监测； 当接收到一个下调命令时，确定一个具有至少一台电动机/发电机的列车是否位于一个倾斜轨道的一个上部终点上； 对一个否定确认作出响应，通过该电动机/发电机增加在该列车上的上坡力来操作该列车，直到满足该下调命令的功率要求。
14.如权利要求13所述的方法，其中，操作该列车的步骤包括:在电动机模式下操作，增加从该电网吸收的功率来驱动该列车爬坡。
15.如权利要求13所述的方法，其中，操作该列车的步骤包括:在发电机模式下操作，但是减少供给该电网的功率量，该列车的速度基于该下调命令的功率要求而确定。
16.如权利要求 13所述的方法，进一步包括: 当接收到一个上调命令时，确定该列车是否位于该倾斜轨道的一个下部终点上； 对一个否定确认作出响应，通过该电动机/发电机减小在该列车上的上坡力来操作该列车，直到满足该上调命令的功率要求。
17.如权利要求16所述的方法，其中，操作该列车的步骤包括:在发电机模式下操作，增加供给该电网的功率量。
18.如权利要求16所述的方法，其中，操作该列车的步骤包括:在电动机模式下操作，但是减少从该电网吸收的功率来驱动该列车爬坡，该列车的速度基于该下调命令的功率要求而确定。
19.一种向市电电网提供辅助服务的方法，包括: 对来自一个市电或者独立系统运营商(ISO)的多个命令进行监测； 当接收到一个下调命令时，确定存储与该下调命令一致所要求的功率所需要的多个组车； 确定在一个系统中所有组车的位置； 为下调使用建立一个优先级，其中在一个中部队列下面的多个组车具有最高优先级，在该中部队列的顶部上的多个组车具有次高优先级，以及该中部队列之上的多个组车具有最低优先级； 基于该建立的优先级，使一个或多个组车加速爬坡，该电动机/发电机处于电动机模式，通过使该组车向上爬坡来存储来自该电网的功率；或者使一个或多个组车沿该列车减速下坡，该电动机/发电机处于发电机模式，减少供给该电网的功率。
20.如权利要求19所述的方法，进一步包括: 当达到一个事先确定的同步运行速度时，如果功率已经被满足，为达到最高效率将每一个运行的组车切换到同步运行。
21.如权利要求20所述的方法，进一步包括:当达到了所希望的功率时，使用速度调节将任何不在同步速度上的移动组车维持在异步运行中来对所要求的功率进行微调。
22.如权利要求19所述的方法，进一步包括: 当接收到一个上调命令时，确定供给与该上调命令一致所要求的功率所需要的多个组车； 确定在该系统中所有组车的位置； 为上调使用建立一个优先级，其中在一个中部队列上面的多个组车具有最高优先级，在该中部队列的底部上的多个组车具有次高优先级，以及在该中部队列之下的多个组车具有最低优先级； 基于该建立的优先级进行选择:使一个或多个组车加速下坡，该电动机/发电机处于发电机模式，通过将这些组车的势能进行转换从而给该电网提供功率；或者，使一个或多个组车减速上坡，该电动机或电动机/发电机处于电动机模式，通过将这些组车的势能进行转换从而减少从该电网吸收的功率量； 当达到一个事先确定的同步运行速度时，如果该功率尚未被满足，为达到最高效率将每一个运行组车切换到同步运行；以及， 使用速度调节将任何不在同步速度上的移动组车维持在异步运行中来对所要求的功率进行微调。
23.如权利要求20所述的方法，进一步包括: 将一个组车加速来从一个 减速的组车吸收功率，从而减少供给该电网的功率。
【文档编号】H02J3/12GK103891080SQ201280046578
【公开日】2014年6月25日 申请日期:2012年8月9日 优先权日:2011年8月16日
【发明者】威廉·R·佩兹克, 马修·B·布朗 申请人:艾德万斯得瑞尔能量储备有限公司