直流牵引供电系统,分布式直流电源和相应的壳体的制作方法

本实用新型涉及一种用于向电动牵引车辆，例如有轨电车，快速交通，如地下铁道，地下列车或地铁，机车推进列车或自推进车，有轨车或无轨电车等提供牵引电力的直流牵引供电系统。它进一步涉及一种分布式直流电源和一种分布式直流电源的壳体。

背景技术：

由于提供电能给直流牵引供电网络的变电所之间的网络电压下降，电车运营商在其直流牵引供电网络上经历了越来越多的问题。这个问题越来越突出，这是因为在明有的直流牵引供电系统中电动牵引车辆数量以及连续的密度增加，并这是因为新的电动牵引车辆比更老的电动牵引车辆需要更多的电力，所述更老的电动牵引车辆当规划和建设包括牵引变电所和直流牵引供电网络的直流牵引供电系统时可用。

技术实现要素：

本实用新型的目的是为了提供一个解决上述问题的技术方案。该问题通过如权利要求1所述的一种直流牵引供电系统解决。该问题还可以通过如权利要求13所述的分布式直流电源以及如权利要求9所述的电力和/或电子元件的外壳被解决。本实用新型更多有利的改进在从属权利要求中进行限定。根据本实用新型的直流牵引供电系统，包括牵引变电所和与牵引变电所连接的直流牵引供电网络，直流牵引供电系统将变电所提供的电能提供给与直流牵引供电网络连接的牵引车辆，其中直流牵引供电系统包括与直流牵引供电网络连接的至少一个分布式直流牵引电源，以提供电能给直流牵引供电网络，且其中牵引变电所连续输送的最大电功率是分布式直流电源连续输送给直流牵引供电网络的最大电功率的至少两倍，优选至少三倍，最优选至少四倍。

依据本实用新型，直流牵引供电系统的优点是，现有的基础设施，特别是牵引变电所，可以进一步使用，因此以前的投资被利用和保护。直流牵引供电系统也使将分布式直流电源放置在其中直流牵引供电系统显示出电力的不稳定的位置或接近该位置成为可能。通过将分布式直流电源设置在所述位置，整体直流牵引供电系统的压力更小并且相比采用功率更大的牵引变电所替代现有牵引变电所的常规解决方案具有更均匀的电压分布。此外，直流牵引供电网络的压力更小也导致更少的成本，这是因为直流牵引供电网络需要更少的投资，例如需要更少架空线更新等。

此外，由于与牵引变电所相比，分布式直流电源的电力和因此物理尺寸更小，分布式直流电源需要更少的空间。这使得分布式直流电源可能被放置在已经由直流牵引供电系统运营商所占有的空间上，或者必须获得的空间至少小于牵引变电所的空间需要成为可能。

根据本实用新型的一个实施例，所述至少一个分布式直流电源被放置在直流牵引供电网络的电力需求增加的位置上。

此实施例具有的优点是，由于分布式电源更接近需要电力的电动牵引车辆，使得在架空线长距离输送的电流更少，这导致更少的能量损失并从而使得成本更低。

另外，当至少一个分布式直流电源被放置在增加电力需求的位置时，直流牵引供电网络本身并不需要被改变以输送所需要的电力到增加电力需求的位置。直流牵引供电网络本身可能会在某个位置被限制使用最大电力，尤其是如果该位置远离牵引变电所时是这样。

根据进一步的实施例，至少一个分布式直流电源被安装在牵引车辆的停车站，安装在牵引车辆轨道上升段和/或安装在用于牵引车辆“转向”的点。

该实施例具有的优点是，分布式直流电源被放置在直流牵引供电网络典型地显示出不稳定性的位置，因为新的牵引车辆在加速过程中相比直流牵引供电系统被规划和建设时牵引车辆的工作消耗更多的电力。特别是对于电车停止或转向点的情况，还具有进一步优点，即分布式直流电源可以被放置在直流牵引供电系统的操作员已经在应用的位置，这使得总的花费更低。

根据本实用新型的一个实施例，直流牵引供电系统包括至少五个分布式直流电源，优选至少十个分布式直流电源和更优选至少二十个分布式直流电源。

上述实施例具有的优点是，具有相当电力和较小物理尺寸的分布式直流电源可以被放置在直流牵引供电系统显示电力不稳定的地方。

根据进一步的实施例，直流牵引供电系统包括多个牵引变电站，且每个牵引变电所至少安装五个分布式直流电源，优选每个牵引变电所至少安装十个分布式直流电源和更优选每个牵引变电所至少安装二十个分布式直流电源。

如在上述实施例中，该实施例具有的优点是，具有相当电力和较小物理尺寸的分布式直流电源可以被放置在直流牵引供电系统显示电力不稳定的地方。

根据进一步的实施例，所述至少一个分布式直流电源由交流电网供电。

该实施例具有的优点是，将交流电网的电力供给直流牵引供电网络。因此允许每个分布式直流电源具有相当电力也使其物理尺寸较小。

根据进一步的实施例，所述至少一个分布式直流电源包括能量存储装置并由直流牵引供电网络供电。

该实施例具有的优点是，与直流牵引供电网络的连接是用于向分布式直流电源提供电力以及从分布式直流电源向直流牵引供电网络提供电力。与其它电网的额外连接不是必须的。因此，该实施例具有的优点是，也可以在没有其他可用电源的位置使用。

根据本实用新型的进一步的实施例，至少一个分布式直流电源通过电缆连接到直流牵引供电网络，并且其中所述电缆的长度小于一百米。

根据本实用新型的进一步方面，提供了一种用于电力和/或电子元件的壳体，优选地提供一种用于连接到直流牵引供电系统的分布式直流电源的壳体。所述壳体包括放置在地平面上的第一外壳，被放置在地平面以上的第二外壳及用于支撑所述第二外壳的支撑结构，其中所述第一外壳和所述第二外 壳是用于容纳至少一个开关装置，功率变换器和电力变压器。

本实用新型的技术方案具有的优点是，仅仅需要非常小的区域来安装壳体，优选地放置在地平面上的第一外壳可以放置在地面上，部分地放置在地面或完全放置在地面。一旦其仅部分放置在地面上，所述外壳可被用作基底，例如用作电车站的工作台或类似物。所述第二外壳被放置在地平面以上，因此其几乎不使用可用的空间，优选放置在电车站。

根据进一步的实施例，支撑结构是由杆形成。

根据进一步的实施例，支撑结构是用于将第二外壳放置在地面以上至少两米。

该实施例具有的优点是，所述第二外壳被放置的足够高，人们可以站在支撑结构的旁边，且可以有效地利用可用的空间。

根据本实用新型的进一步方面，提供一种用于给电动牵引车辆提供牵引动力的分布式直流电源。优选地，提供安装在直流牵引供电系统中的分布式电源。该分布式直流电源包括用于电力和/或电子元件的壳体，其中第一外壳和第二外壳包括至少一个开关装置，功率变换器和电力变压器。

根据进一步的实施例，所述开关装置被放置在所述第一外壳，所述电力变压器被放置在所述第二外壳，所述功率变换器被放置在第一外壳和第二外壳中的一个中。

根据进一步的实施例，开关装置是直流开关装置。

根据进一步的实施例，功率变换器是整流器。

根据进一步的实施例，功率变换器是二极管桥式整流器。所述实施例具有的优点是可以提供成本效率的解决方案。

根据进一步的实施例，功率变换器是晶闸管控制整流器。所述实施例具有的优点是可以提供成本效率的解决方案，并且更够更好的控制接近分布式直流电源的网络特性。

根据进一步的实施例，整流器是有源整流器通过脉冲调制控制。所述实施例具有的优点是可以在整流器的输出端更好地控制网络特性。此外，能够控制注入到为有源整流器提供能量的交流电网的谐波。

进一步的实施例在从属权利要求中列出。

附图说明

本实用新型的主题将在下文中进行更详细的描述，并参考在所附示意性附图中说明的优选实施例，其中：

图1指示了依照本实用新型的一种直流牵引供电系统；

图2指示了分布式直流电源的第一实施例，和用于这种分布式直流电源的壳体；以及

图3指示了分布式直流电源的第二实施例和其外壳。

原则上，相同的或功能相同的部分在图中使用相同的附图标记。通过举例的方式所描述的示范性实施例来解释本实用新型的主题，且没有限制作用。

具体实施方式

图1示出一种直流牵引供电系统10。在说明书的上述段落和以下段落中，DC是关于“直流电流”的缩写。所述直流牵引供电系统10包括给直流牵引供电网络14提供电力的牵引变电所12。连接到所述牵引变电所12的所述直流牵引供电网络14包括第一线路16和第二线路18。所述第一线路16是典型轨道的轨道线或例如，在无轨电车连接到它的情况下也可是架空线。第二线路18是典型的架空线或第三轨道线，例如，如典型的由快速交通采用的方式，也就是地下铁道，地下列车或地铁。直流牵引供电网络是用于从牵引变电所12提供电力给电驱动牵引车辆，例如火车，电车，地铁，无轨电车，有轨车等。

此外，图1显出分布式直流电源20。每个分布式直流电源20通过电缆19连接到直流牵引供电网络14，其中电缆19的长度应较短，但可以具有一定长度，例如，长至100米。特别是在直流牵引供电网络局部或暂时过载的情况下，分布式直流电源20向直流牵引供电网络提供电力。具有电力和物理尺寸较小的分布式直流电源20相比牵引变电所12有更小的尺寸，特别是牵引变电所12连续输送的最大电功率是分布式直流电源20连续地输送的最大电功率的至少两倍。

例如，在电车网络的牵引变电站可能在几秒的短时间中连续输送1200kW至3600kW的电力。所述分布式直流电源可能在几秒的短时间中连续输送300kW至900kW。

图1还示出了一个以上的分布式直流电源20，例如该图显示了两个安装在每个牵引变电所12上的分布式直流电源20，以在供电网络14上增加局部有效能量。

分布式直流电源20的电力可以由交流电网提供，例如城市的配电电网。可选地，也可以由直流牵引供电网络14提供电力。这要求分布式直流电源20配备有能量存储的解决方案，使得当直流牵引供电网络中具有多余的可用能量时，可以从直流牵引供电网络14获得电能，并且在局部电力不稳定的情况下向直流牵引供电网络14提供电能。

一旦分布式直流电源配备有能量存储的解决方案情况下，所述系统可能被放置在地面或地面上的机柜中。

如图1所示，因为直流牵引供电网络14的不稳定典型地是在牵引车辆必须从静止加速到全速的位置发生，分布式直流电源优选安装在用于牵引车辆的车站或停车点32。此外，网络运营商通常拥有在停车站处的不动产，因此安装新的分布式直流电源时没有涉及房地产的购买而产生额外费用。如上所述，一旦因大量牵引车辆和新的牵引车辆的电力需求而在直流牵引供电网络14中引起电力不稳定时，分布式直流电源20可能被安装作为牵引变电所12的附件。此外，分布式直流电源可能被放置在直流牵引供电网络除停车站外的其它位置，该位置也具有增加电力的需求，例如在行驶上山轨道的上升部分或牵引车辆在线路末尾的转弯点处。

图2示出了分布式直流电源20的第一实施例。所述分布式直流电源20包括用于安装电力和/或电子元件的壳体62，以及电力和/或电子元件。

所述壳体包括第一外壳64，其安装在地平面66上。地平面可以，例如，是由公路或人行道形成。所述第一外壳64可能被置于完全低于地平面66处。可替代地，它的上表面可能形成道路或人行道的一部分。在另一个替代方案中，所述第一外壳可能仅仅部分放置在地平面。在另一个替代方案中， 所述第一外壳可能被放置在地面上。

壳体62还包括第二外壳68，其安装在地平面以上且其由用于形成第二外壳68支撑结构70的杆70′支撑。在替代实施例中，所述支撑结构可能由放置在电车停车站的百叶箱或类似物构成。此外，百叶箱和杆结合形成支撑结构也是可以的。所述第二外壳68被置于地平面之上至少2米，或者换句话说，所述第二外壳68被放置在道路或人行道之上至少2米。

在图2所示的分布式直流电源20包括开关装置80，特别是直流开关装置。开关装置80被放置在第一外壳64中。此外，分布式直流电源20包括放置在第二外壳68中的油变压器82。而且，在分布式直流电源20包括功率变换器84，特别是也被放置在第二外壳68中的整流器。可替代地，如图3所示，功率变换器84也可以被放置在第一外壳64。也有可以将所述开关装置，所述变压器和所述功率变换器放置在所述第一外壳或所述第二外壳中。

所述变压器82的输入侧连接未在这进一步的描述交流电源上。所述交流电源可以是城市中通常使用的交流配电网。所述变压器82的输出侧连接所述整流器84。所述整流器84的直流侧连接到开关装置80，通过所述开关装置80，分布式直流电源20可以与直流牵引供电网络14连接和断开。

可以采用干型变压器代替油变压器。

如图2所述，一旦所述整流器84被放置在所述第二外壳中，功率变换器可能会通过油来进行冷却，所述油也用于变压器的冷却和绝缘。空气冷却解决方案也是可以的。

功率变换器84可以由二极管桥式整流器，晶闸管控制整流器或通过有源功率变换器来形成。所述有源功率变换器可以是脉冲宽度调制转换器。此外，有源功率变换器可能是降压和/或升压转换器类型用于主动调整其在直流侧的输出电压。

附图标记列表

10直流牵引供电

12牵引变电所

14 直流牵引供电网络

16 第一线路

18 第二线路

19 电缆

20 分布式直流电源

32 车站或停车点

62 壳体

64 第一外壳

66 地平面

68 第二外壳

70 支撑结构

70’ 杆

80 开关装置

82 变压器

84 功率变换器。