用于轨道车辆的能量管理系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及对诸如列车的轨道车辆供应功率的能量管理，特别是功率分配和控制。
【背景技术】
[0002]用于电力驱动式车辆(诸如列车)的公共能量分配系统包括直接连接到AC吊线上的低频变压器，低频变压器供应大约15至25 kV的高AC电压。低频变压器用来降低电压，以及使内部车辆功率系统与AC吊线电隔离。然后经变换的AC功率供应到主转换器，以将低频主变压器提供的单相AC功率转换成功率受控制的三相AC功率转换器，以供应到一个或多个牵引马达。
[0003]这种配置通常沉重且由于主变压器的大小而占空间大，而且存在用功率电子牵引变压器(PETT)代替主变压器的方法。此外，功率电子牵引变压器一般在全负载状况下具有高效率，而在低负载状况下却效率低下。
[0004]文献DE 10 2010 039 697 Al公开了一种转换器，其具有网络侧供应装置，该转换器包括功率转换器组和输出功率转换器。功率转换器组在网络侧处串联地电连接，并且与中频变压器的一级绕组联接。中频变压器包括二级绕组，二级绕组与另一个输出功率转换器的终端在电的方面并联安装。输出功率转换器通过开关装置连接，开关装置在直流侧并联或串联地连接。
[0005]文献DE 10 2010 039 699 Al公开了一种驱动系统，其具有连接到AC吊线上的两个部分功率转换器系统。负载侧设有自换向(self- commutated)转换器，以提供供应到牵引马达的三相AC功率。
[0006]文献DE 10 2010 039 640 Al公开了一种用于在轨道应用中使用的牵引转换器，其具有多个AC/AC转换器，它们各自与变压器的相应的一级侧联接，其中，变压器的二级侧与相应的负载联接。
[0007]文献DE 102 04 219 Al公开了一种系统，其包括至少三个子系统，子系统各自包括连接到中频DC逆变器上的供应侧DC逆变器、中频变压器、负载侧中频DC逆变器和平滑电容器。子系统在供应侧并联或串联地连接，以及在负载侧处以星形电路并联地连接，从而形成三相系统。
[0008]文献EP 952 030 A2公开了一种具有多个驱动组的系统，驱动组各自包括至少一个驱动马达和输入转换器组。驱动组串联连接到供应网络上。各个输入转换器组与至少一个变压器组相关联，变压器组通过驱动转换器从二级侧对驱动马达进行供电。各个输入转换器组还与至少一个补偿电路相关联，补偿电路通过电连接驱动转换器的输入而管理输入转换器组处的均匀负载分配。系统比传统电路提供更高的效率和更轻的重量。
[0009]文献EP I 226 994 A2公开了一种用于在轨道车辆中的功率供应系统中使用的电子电路，电子电路具有一级转换器，其由串联连接的三个一级转换器区段和连接到变压器一级绕组中的相应的一个上的输出线路组成。
[0010]文献EP 2 423 066 A2公开了一种用于列车的能量分配系统，列车多个铁路车厢，能量分配系统具有公共DC功率总线线路，其配置成允许在列车中的车厢之中调节功率。提供功率转换装置，其配置成获得来自公共DC总线线路的功率，以驱动牵引马达，牵引马达配置成驱动轮子。通过内燃机、发电机和功率转换器来对公共DC总线线路提供功率，发电机配置成将内燃发机的驱动力转换成电，功率转换器配置成将来自主发电机的输出电压转换成DC电压，以及将功率供应到公共DC总线线路。
[0011]本发明的目标是提供一种用于在轨道车辆中使用的能量管理和分配系统，其可提供改进的效率和改进的功率分配。
【发明内容】
[0012]以上目标已经由根据权利要求1的能量管理和分配系统和根据另外的独立权利要求的用于运行能量管理和分配系统的方法实现。
[0013]在从属权利要求中简要说明了本发明的另外的实施例。
[0014]根据一方面，提供一种用于轨道车辆的能量管理和分配系统，其包括:
多个功率电子牵引变压器，其用于联接到AC吊线上，以接收高电压AC功率；
公共DC总线，其被连接以对一个或多个负载供应电能；以及
控制单元，其能够取决于负载所需的总功率而启用和停用功率电子牵引变压器。
[0015]以上能量管理和分配系统的一个思想是在车辆中提供公共DC总线，其优选延伸经过多个单独的车厢，其中，公共DC总线由一个或多个功率电子变压器供应，功率电子变压器将AC吊线功率转换成DC功率，DC功率供应到公共DC总线。通过公共DC总线分配的功率可供应到三相AC逆变器，以将DC功率变换成三相AC功率，以激励牵引马达。
[0016]使用功率电子牵引变压器是有利的，因为它在重量、空间和能量方面是高效的。由于使用公共DC总线，功率电子牵引变压器的数量是可缩放的，因为不需要提供相调节的器件来将功率供应给公共总线。
[0017]可运行包括多个功率电子牵引变压器能量管理和分配系统，使得通过在其对起作用的负载提供足够功率所需的优选运行范围内主动运行仅仅相应数量的功率电子牵引变压器，来尽可能高效地运行功率电子牵引变压器。由于功率电子牵引变压器的效率随负载而提高，所以优选的是仅运行满足待主动运行的负载的功率需求所需的数量的功率电子牵引变压器。
[0018]此外，控制单元可配置成主动运行多个功率电子牵引变压器之中的选定数量的功率电子牵引变压器，其中，取决于各个功率电子牵引变压器的转换效率的特性而选择功率电子牵引变压器的数量。
[0019]可提供功率电子牵引变压器，其包括多个转换器组，各个转换器组包括:
将高电压AC功率转换成高电压DC功率的输入AC/DC转换器；
将高电压DC功率转换成中频AC功率的DC/AC转换器；
将中频AC功率变换成低电压AC功率的中频变压器；以及
将低电压AC功率转换成低电压DC功率的另外的AC/DC转换器，低电压DC功率供应到公共DC总线。
[0020]此外，转换器组的输入AC/DC转换器的输入可串联连接，其中，转换器组的另外的AC/DC转换器的输出并联地连接到公共DC总线上。
[0021]此外，功率电子牵引变压器可通过相应的开关而联接到公共DC总线上，开关可由控制单元控制，以脱开相应的功率电子牵引变压器。
[0022]根据另一方面，提供一种用于运行能量管理和分配系统的方法，能量管理和分配系统包括:多个功率电子牵引变压器，其联接到AC吊线上，以接收高电压AC功率；以及公共DC总线，其被连接以对一个或多个负载供应电能，其中，取决于负载所需的总功率而启用或停用功率电子牵引变压器。
【附图说明】
[0023]结合附图更详细地描述本发明的优选实施例，其中:
图1显示用于具有多个车厢的轨道车辆的能量管理和分配系统；
图2显示单个转换路径，其具有在图1的能量管理和分配系统中使用的功率电子牵引变压器概念；以及
图3显示在图1的能量管理和分配系统中使用的功率电子牵引变压器的框图。
【具体实施方式】
[0024]图1示意性地显示轨道车辆1，其具有多个车厢2(在本实施例中是四个)。通过AC吊线3对车辆I供应能量。AC吊线3提供处于16.7 Hz的15 kV、处于50/60 Hz的25kV等形式的电能。AC吊线3通过集电弓4