与交通系统相连的供电网络的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种供电网络，供电网络包括用于连接到上游电网(REA)的至少一个连接点(PCO)，上游电网(REA)将有用功率(Pf)提供到第一电网(RE1)的至少一个输入端以提供电力给电动交通系统(ST)，例如无轨电车、有轨电车、地铁、火车或其他交通形式，其中，所述第一电网(RE1)呈现出根据取决于与交通系统相关联的交通的可变能量需求的峰值功率波动，其特征在于：第一电网(RE1)包括至少一个功率输出端(SP)，该功率输出端能够将尤其从交通系统(ST)和上游电网(REA)回收的能量分配到用于为耗电点(Sc)提供电力的至少一个第二电网(RE2)；至少一个监督单元(UC)，其从至少由第一交通系统(ST)请求的峰值功率小于上游可用的有用功率(Pf)时起，监控所述功率输出端(SP)的能量分配。
【专利说明】与交通系统相连的供电网络
[0001] 本发明涉及一种尤其与根据权利要求1的前序部分的交通系统相连的供电网络。
[0002] 电动的城市交通系统如无轨电车、有轨电车、地铁、火车或其他导引型或驾驶型的 交通工具，特点是运行非常间歇性，其高峰时段达到耗电峰值，而低峰时段几乎不请求所述 交通系统的供电网络。除了消耗高峰和低峰之间的显著差异之外，供电网络还必须被确定 大小以响应交通系统的最大电量，从而永久满足运营约束。
[0003] 通过了解时间表，交通系统的电网电量是可预测的，即通过与交通系统中的交通 量有关的测量装置是可实时测量的。
[0004] 目前，交通系统的运营商力求使由以下两个因素引起的能量成本最小：订购和消 费。订购强烈地依赖于交通系统固有电网的上游供电网络所需的最大电量。通过交通量 的调节和交通工具制动能量的回收，可以控制称为消耗的功率。其他方法旨在例如在低峰 时间例如在电池或超级电容中存储过剩能量，以便在牵引阶段和高峰时段恢复该存储的能 量。通过这种方式，交通系统的运营商基本上可以使能量管理最优化，从而降低其与上游电 能分销商的合同的成本。
[0005] 最后，在"智能电网"的已知模型上，例如法国EDF的能量分销商如今有可能能够 在某些条件下将来自基础本地网络的过剩能量重新分配给所述本地网络外部的消费者。该 合同原则例如适用于可能能量过剩的太阳能收集器的私人设施。然而在交通系统的情况 下，所述系统的供电网络的过剩功率本身是间歇的和强度剧烈可变的，很难由例如EDF的 能量分销商吸收的。优选的是，运营商对交通系统本身的再利用给予优先。
[0006] 本发明的目的是提出一种能够更加经济地管理连接到交通系统的电网的供电网 络，同时确保所述系统的运营商在直接知道交通系统状态的情况下自主地控制该管理。
[0007] 最后，交通系统当然包括交通工具，但也包括设备、车站和服务于所述系统的其他 外围设备。先前说明的本发明的目的还扩展至更加经济地管理至少给这些设备、车站和其 他外围设备供电的电网，同时确保所述系统的运营商在直接知道所述设备和交通系统状态 的情况下自主地控制该管理。
[0008] 从这个意义上说，本发明因此提出了一种由权利要求1的特征所描述的供电网 络。
[0009] 根据供电网络，其包括与上游电网（例如EDF的传统配电网络）连接的至少一个 连接点，其中该上游电网将有用功率递送至由运营商管理的电动交通系统如无轨电车、有 轨电车、地铁、火车或其他交通工具的第一供电网的至少一个输入端，所述第一电网呈现出 根据取决于与交通系统相关联的交通量的可变能量需求的峰值功率波动，本发明预见所述 电网的特征在于：
[0010]-第一电网包括至少一个功率输出端，其能够将尤其从交通系统（回收、存储等） 和上游电网（例如尤其在能量过剩阶段）回收的能量分配给使得能够为耗电点供能的至少 一个第二电网，其中该耗电点尤其例如是所述交通系统的设备、车站和其他外围设备，下文 中也通常称为"消费者"；
[0011]-至少一个监督单元，其从至少由第一交通系统请求的峰值功率小于上游可用的 有用功率时起，在运营商的管理下控制所述功率输出端（SP)的能量分配。
[0012] 根据本发明的网络的值得注意的优点是，交通系统的运营商可以借助考虑所述系 统所请求的能量大小的监督单元，将过剩能量重新分配给尤其在与交通系统相连的第一网 络之外的各种消费者，就如打开或关闭龙头。在合同上，运营商保存与上游电网分销商的合 同，以确保通常超过最低能量需求的能量供应的最大充足电量。在交通系统的能量网络局 部或整体能量过剩期间，甚至在所需功率小于合同的额定电量期间，该能量可以被重新分 配给甚至重新卖给消费者和/或第一电网内或外的存储装置。
[0013] 如果运营商根据交通需求来修改其交通系统的运行参数或条件，则监督单元检测 到与能量相关联的需求变化，并且通过功率输出端自动地适配能量再分配。同样，运营商还 能够容易地手动适配监督单元的控制标准。如果消费者的能量输入应该优先，则这可以根 据其交通系统甚至第二电网上确定的需求来实现。
[0014] 所有这些方面还使得交通系统的运营商是自主的，以最经济地管理其要确保的能 量有效需求以及过剩能量的再分配。从合同的观点看，如果运营商有效地利用能量分销商 网络最大电量的70%，则通过补充其过剩能量的再分配，运营商可以利用30 %的余下电量 以补充对第三消费者的交付。
[0015] 一组从属权利要求呈现了本发明的优点，该优点本身是通过借助于以下附图提供 的应用和实现示例来描述的，其中：
[0016] 图1是根据本发明的供电网络的实现示例；
[0017] 图2是根据本发明的具有附属于交通系统的消费者的供电网络的原理示意图；
[0018] 图3是根据图2的具有附加存储装置的原理示意图；
[0019] 图4是根据图3的、具有附加消费者及其基础/辅助供电、所递送的有用功率的两 个源和两个功率输出端的原理示意图；以及
[0020] 图5是根据图2的、具有递送至与功率输出端耦接的两个交通系统的有用功率的 两个源的原理示意图。
[0021] 图1示出了根据本发明的供电网络的实现示例，该供电网络包括与上游电网 (REA)连接的至少一个连接点（PC0)，该上游电网（REA)将有用功率（Pf)递送至电动交通 系统（ST)如无轨电车、有轨电车、地铁、火车或其他交通工具的第一供电网络（RE1)的至少 一个输入端，所述第一电网（RE1)呈现出根据取决于与交通系统相关联的交通量的可变能 量需求的峰值功率波动，根据本发明的供电网络的特征在于：
[0022] -第一电网（RE1)包括至少一个功率输出端（SP)，该功率输出端（SP)能够将尤其 从交通系统（ST)和上游电网（REA)回收的能量分配给至少一个第二电网（RE2)，该至少一 个第二电网能够为通常称为"消费者"（Sc，SE，Scl，Sc2, Sc3…）的耗电点供能；
[0023] -至少一个监督单元（UC)，其从至少由第一交通系统（ST)请求的峰值功率小于上 游网络（REA)可用的有用功率（Pf)时起，控制所述功率输出端（SP)的能量分配。
[0024] 在交通系统的运营商的管理下，监督单元（UC)通过功率输出端（SP)动态地或根 据预定方案控制至少一个能量分配，这因而确保了通过直接供电或经由中间存储装置（SE) 为耗电点（Scl，Sc2，Sc3)中的至少一个整体供电（Coml)或单独供电（Com2)的引导，其中 中间存储装置（SE)可以视为可逆的消费者（存储能量并且在监督单元请求下或/和其他 消费者需求下递送能量）。存储装置（SE)还可以由可再生能源或/和间歇性能源（E0L) 供电，例如图1所示的风电场，以促进将来自第一电网的过剩的补充能量提供至存储装置 (SE)。因此，通过在存储装置（SE)中从上游回收所有可再生/间歇性能量和所有"未充分 利用的"过剩能量的提供，有能够获得对存储装置（SE)下游的消费者（Scl，Sc2，Sc3)的几 乎连续的供电，从而避免为这些消费者使用基础供电（Abl，Ab2，Ab3)，所述基础供电本身与 能源分销商的合同/物理的超额费用相关联。因此，根据本发明的供电网络采用整体供电 (Coml)或单独供电（Com2)引导的优选模式，以使从存储装置（SE)或功率输出端（SP)向消 费者的能量提供最大，从而使第二电网（RE2)外部的补充的能量提供最小。
[0025] 根据在存储下游的消费者的需求或所期望的存储类型，存储装置（SE)可以有利 地包括储能器，例如电池、超级电容、飞轮或蓄电混合装置。
[0026] 耗电点（Scl，Sc2, Sc3)之一可以是储能器的充电站，尤其是交通工具的可拆卸的 或/和车载类型的储能器，或者是电动道路交通工具的充电站，例如自行车（Sc2)、摩托车、 汽车（Scl)、货车或公共汽车（Sc3)。通过这些示例，因此基于与交通系统（ST)相连的第一 电网（RE1)的全部可回收过剩能量，根据本发明的供电网络非常有利地允许将能量几乎永 久地供应给交通系统（ST)周边的各种电动交通工具的存放场所或其他系统。同样，耗电点 可以是各种不同的设备，例如跑步机、自动扶梯或尤其是交通系统站的其他电力设备（门、 信号装置、空调设备等）。
[0027] 灵活地，根据上游（REA)网络（X)连接点（s)附近的可回收过剩能量的检测点，监 督单元（UC)可以或者是集中在中央控制位置上或者是分布在第一电网（RE1)上。
[0028] 优选的功率输出端（SP)可以包括能够在第一和第二网络（RE1，RE2)之间进行直 流/交流转换的交通系统子站的简单变压器。功率输出端当然耦接至监督单元（UC)或至 少由监督单元（UC)控制，尤其为了能够将能量流调节向第二电网（RE2)。
[0029] 根据本发明的供电网络可以预见的是，第一电网（RE1)、第二电网（RE2)、存储装 置（SE)或/和耗电点（Sc)耦接到间歇性和/或可再生能源（E0L)，其中该间歇性和/或可 再生能源（E0L)的供给能量在监督单元（UC)的控制下被分配。以这种方式，根据消费者的 实际/有效需求，根据本发明的网络的能量自主性进一步增加。
[0030] 图2示出了根据本发明的具有附属于交通系统（ST)的单一消费者（Sc)的（例 如图1的）供电网络的基本原理示意图。交通系统（ST)接收有用功率（Pf)，所述交通系 统（ST)具有超出所述交通系统的需求而安装的电源和/或所述交通系统（ST)生成过剩能 量，以能够除了独立于所述耗电点的基础电源（Ab)之外或理想地代替该基础电源，通过由 监督单元（UC)控制（Com)的功率输出端（SP)向耗电点（Sc)供电。
[0031] 图3示出了根据图2的、具有附加存储装置（SE)的另一原理示意图。在这里，至 少对于利用来自超出所述交通系统（ST)的需求而安装的电源的能量进行充电的阶段，存 储装置由监督单元（UC)或者与消费者（Sc)相同地或者独立于且并行于消费者（Sc)地来 控制（Com)。可逆地，监督单元（UC)还可以控制存储装置（SE)的放电，因而使其成为另一 消费者（Sc)的能源，从而通过功率输出端（SP)使其独立于第二（和第一）电网上游的另 一外部能源（Ab)。
[0032] 图4示出了根据图3的、具有附加消费者（Scl，Sc2, Sc3)及其基础/辅助供电 (Abl，Ab2, Ab3)的原理示意图，两个连接点作为被递送至包括两个功率输出端（SP1，SP2) 的交通系统（ST)有用功率的源（Pfl，Pf2)。与图3相比，功率输出端（SP)由多个分配点 (SP1，SP2)组成，它们尤其耦接至至少一个耗电点（Scl，Sc2，Sc3)或/和存储装置（SE)。
[0033] 图5最后示出了根据图2的、具有两个连接点的原理示意图，这两个连接点作为分 别递送至与功率输出端（SP)耦接的两个交通系统（ST1，ST2)中的每个交通系统的有用功 率的源（Pfl，Pf2)。由此，双倍的过剩能量可以被集中回收并且被重新分配向两个消费者 (Scl，Sc2)中的至少一个。更一般地，唯一的功率输出端（SP)可以电耦接至多个电动交通 系统（ST，ST1，ST2…），所述交通系统可以通过有用功率（ΡΠ ，Pf2…）而被各自单独地供 电。因此，根据本发明的供电网络可以扩展至理想地具有设备或公共站或更一般地相邻的 多个交通系统。
[0034] 为了改进能量管理和扩展相关附图的示例，耗电点或存储装置（SC，Scl，S C2，Sc3， SE)因而可以通过直接或间接路径而耦接至多个能量分配点，例如：
[0035] -功率输出端（SP，SP1，SP2);
[0036] -另一存储装置的输出端，例如与间歇性能源（E0L)相关联的存储装置的输出端；
[0037] -基础供电输出端（Ab，Abl，Ab2, Ab3);
[0038] -或/和间歇性或/和可再生能源（EOL)的输出端。
[0039] 最后，当耗电点的基础供电（Ab，Abl，Ab2, Ab3)是为耗电点供电的一个或多个可 再生或间歇性能源的辅助供电时，也获得了根据本发明的供电网络的优选实施方式。理想 地，在该实施例中，在可再生或间歇性能源的能量提供的情况下，在第二电网的上游，基础 供电（Ab，Abl，Ab2，Ab3)的过剩能量被重新分配向存储装置（SE)。从这个角度来讲，并且 根据图1的示例，这意味着，如果在与公共汽车的"消费者"(Sc3)交通系统相关联的电网上 有过剩能量，则为公共汽车的"消费者"（Sc3)交通系统供电的分销商网络可以将过剩能量 再返回至存储装置（SE)中，这是因为公共汽车交通系统自身的可再生或间歇性能源（例如 太阳能站）供电充足。
【权利要求】
1. 一种供电网络，其包括与上游电网（REA)连接的至少一个连接点（PCO)，所述上游 电网（REA)将有用功率（Pf)递送至电动交通系统（ST)的第一电网（RE1)的至少一个输入 端，所述电动交通系统例如是无轨电车、有轨电车、地铁、火车或其他交通工具，所述第一电 网（RE1)呈现出能量需求的峰值功率波动，所述能量需求随与所述交通系统相关联的交通 量而变， 其特征在于： -所述第一电网（RE1)包括至少一个功率输出端（SP)，所述功率输出端（SP)能够将尤 其从所述交通系统（ST)和所述上游电网（REA)回收的能量分配到能够为耗电点（Sc)供能 的至少一个第二电网（RE2)， -至少一个监督单元（UC)，其至少从由所述第一交通系统（ST)要求的峰值功率小于上 游可用的有用功率（Pf)时起，控制所述功率输出端（SP)的能量分配。
2. 如权利要求1所述的网络，其中，所述监督单元（UC)动态地或根据预定方案至少控 制所述功率输出端（SP)的能量分配，从而实现对通过直接供电或经由中间存储装置（SE) 给耗电点（Scl，Sc2，Sc3)中的至少一个整体供电（Coml)或单独供电（Com2)的引导。
3. 如权利要求2所述的网络，其中，所述存储装置（SE)包括储能器，例如电池、超级电 容、飞轮或蓄电混合装置。
4. 如权利要求1至3之一所述的网络，其中，所述耗电点之一是用于储能器的充电站， 其中所述储能器尤其是交通工具的可拆卸或/和车载类型的储能器，或者是用于电动道路 交通工具的充电站，其中所述电动道路交通工具例如是自行车、摩托车、汽车、货车或公共 汽车。
5. 如权利要求1至4之一所述的网络，其中，所述耗电点是跑步机、自动扶梯或尤其是 交通系统站的其他电力设备。
6. 如权利要求1至5之一所述的网络，其中，所述监督单元或者集中在中央控制位置处 或者分布在所述第一电网上。
7. 如权利要求1至6之一所述的网络，其中，所述第一电网（RE1)、所述第二电网 (RE2)、所述存储装置（SE)或/和所述耗电点（Sc)耦接到间歇性和/或可再生能源（E0L)， 其中所述间歇性和/或可再生能源（E0L)的供给能量在所述监督单元（UC)的控制下被分 配。
8. 如权利要求1至7之一所述的网络，其中，所述功率输出端（SP)电耦接至多个电动 交通系统（ST，ST1，ST2)，所述交通系统能够各自单独地被供给一个有用功率（ΡΠ ，Pf2)。
9. 如权利要求1至8之一所述的网络，其中，所述功率输出端（SP)由多个分配点（SP1， SP2)组成，该多个分配点尤其耦接至至少一个耗电点（Scl，Sc2, Sc3)或/和存储装置 (SE)。
10. 如权利要求1至9之一所述的网络，其中，耗电点或存储装置（Sc，Scl，Sc2, Sc3， SE)通过直接路径或间接路径而耦接至多个能量分配点，例如： -功率输出端（SP，SP1，SP2)， -另一存储装置的输出端，例如与间歇性能源（E0L)相关联的存储装置， -基础供电的输出端（Ab，Abl，Ab2, Ab3) -或/和间歇性或/和可再生能源（EOL)的输出端。
11. 如权利要求10所述的网络，其中，所述基础供电（Ab，Abl，Ab2，Ab3)是间歇性能源 的辅助供电。
12. 如权利要求11所述的网络，其中，在间歇性能源供能的情况下，所述基础供电（Ab， Abl，Ab2，Ab3)的过剩能量被重新分配向存储装置（SE)。
【文档编号】H02J3/00GK104160574SQ201380011474
【公开日】2014年11月19日 申请日期:2013年4月19日 优先权日:2012年6月5日
【发明者】艾里克·查托特, 洛朗·克卢托, 瓦莱丽·科尔纳泰, 尼古拉·于里安 申请人:西门子有限公司