CN104875630A - 一种双源无轨电车用电控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双源无轨电车用电控制方法，每个运行区间由供电段和绝缘段构成，供电段的馈电点通过导线连接电网，无轨电车在每个运行区间运行时，靠近馈电点时，电车从运行区间供电段的线网取电；远离馈电点或者在绝缘段时，电车由车载能源供电。本发明双源无轨电车用电控制方法采用智能充电策略，通过合理利用网线设施，主动控制整车用电，当电车离馈电点较近时，采用线网供电，当电车与馈电点较远或者处于绝缘段时，控制整车停止使用线网供电，转为使用车载能源，可有效防止绝缘段引起的电压跳变，减少对线网的冲击及拉弧情况的出现，避免对集电***及线网造成损害，有利于线网保护，提高***的安全性。

Description

一种双源无轨电车用电控制方法

技术领域

本发明涉及一种双源无轨电车用电控制方法。

背景技术

纯电动客车应用了电驱动技术，符合节能环保的需求，但续驶里程短、大容量电池和充电站的基建成本制约了其发展。而无轨电车能够实现车辆的挂网纯电动行驶，但对线网的依赖性强，不能脱网运营同样制约其发展。因此，将线网能源或者其他能源和纯电动电池能源相结合的双源无轨纯电动车备受关注。双源无轨电车能够脱离无轨电车电网行驶，其在无架空线网区段使用车载电源驱动，同时利用车载充电器为车载电源充电及时补充车载电源所消耗的能量；而在有架空线网的区段，再继续使用线网电行驶。这种车的主要特色在于只要集电杆接触了电网，车载电源就开始自动充电，无需再格外给车载电源充电，即可以用电网在运行中充电，解决了纯电动车的充电时间长、换电麻烦等问题，也不需要设立充电桩，省时省力，还节约了成本。

另外，无轨电车因线网内阻而引起的整条馈线始末端电压相差大，针对整个无轨电车供电***需要多座整流配电站结合，而配电站之间综合考虑线网得到合理的电源和便于电力调度，特别是在发生架空停电事故时，使其他区域车辆仍能继续运行，这就需要把整个的触线网分段供电区域，在断开触线处要接上能起绝缘作用，并能把触线衔接起来的设备。也就是说供电线网分为若干个运行区间，每个运行区间由能够供电的供电段和与之相邻的不能供电的绝缘段构成，供电段的馈电点通过导线连接电网。

双源无轨电车的其用电策略为双源纯电动客车集电杆挂线后，自动给车载能源充电，并持续使用线网电流工作。该用电策略方案简单、易于实现，但该用电方式存在不足之处：一方面，电车在有架空线网区段的运行过程中，一直使用线网用电，由于频繁通过绝缘段而引起电压跳变，易产生拉弧，对集电***及线网造成损害；另一方面由于线网内阻特性的客观存在，在挂线运行过程中对车载能源充电时，当离馈电点较远时如果仍持续采用大电流恒流充电，就会造成线网电能损耗较高，浪费电能。

发明内容

本发明的目的是提供一种双源无轨电车用电控制方法，以解决现有控制方式因电车频繁通过线网绝缘段而引起电压跳变，损害集电***及线网的问题。

为了实现以上目的，本发明所采用的技术方案是：一种双源无轨电车用电控制方法，无轨电车的供电线网分为若干个运行区间，每个运行区间由能够供电的供电段和与之相邻的不能供电的绝缘段构成，所述供电段的馈电点通过导线连接电网，无轨电车在每个运行区间运行时，靠近馈电点时，电车从运行区间供电段的线网取电；远离馈电点或者在绝缘段时，电车由车载能源供电。

在靠近馈电点的设定距离内，线网对电车车载能源的充电电流大小与对应运行区间内电车与馈电点的距离有关：电车与馈电点的距离越大，所述供电电流越小。

电车在每个区间的运行过程中，所述供电电流值随着电车与馈电点距离的增大而以线性变化的趋势逐渐减小。

电车在运行过程中，当其通过每个运行区间的绝缘段时，车辆采集绝缘信号并判断车辆当前所在的运行区间。

电车在运行过程中，实时采集车速信息，计算出电车通过对应运行区间绝缘段后行驶的距离，该距离即为电车与馈电点的距离。

电车在运行过程中，通过GPS定位的方式确定电车当前所在的运行区间和电车与馈电点的距离。

本发明双源无轨电车用电控制方法采用智能充电策略，通过合理利用网线设施，主动控制整车用电，当电车离馈电点较近时，采用线网供电，当电车与馈电点较远或者处于绝缘段时，控制整车停止使用线网供电，转为使用车载能源，可有效防止绝缘段引起的电压跳变，减少对线网的冲击及拉弧情况的出现，避免对集电***及线网造成损害，有利于线网保护，提高***的安全性。

另外，通过合理利用网线设施，主动控制整车用电，控制车载电源的充电电流值随集电器与该运行区间的馈电点距离的增大而逐渐减小，即集电器离馈电点近时，线网内阻小，电能损耗低，整车控制器对车载能源进行大电流充电；当集电器远离馈电点时，线网内阻大，整车控制器对车载能源进行小电流充电或者不充电，从而减小线网内阻消耗。该方法通过实施智能充电策略，能够合理高效利用线网设施，使线网内阻损耗降低50％以上。

附图说明

图1为本发明双源无轨电车用电控制方法实施例1的原理图；

图2为本发明双源无轨电车用电控制方法实施例2示意图；

图3为充电电流随距离的变化趋势第一种实施例示意图；

图4为充电电流随距离的变化趋势第二种实施例示意图。

具体实施方式

下面结合附图及具体的实施例对本发明进行进一步介绍。

实施例1

本发明提供了一种双源无轨电车用电控制方法，该方法的控制原理如下：无轨电车的供电线网分为若干个运行区间，每个运行区间由能够供电的供电段和与之相邻的不能供电的绝缘段构成，所述供电段的馈电点通过导线连接电网，无轨电车在每个运行区间运行时，靠近馈电点时，电车从运行区间供电段的线网取电；远离馈电点或者在绝缘段时，停止使用线网供电，电车由车载能源供电，达到主动消除电压跳变的目的。

如图1所示，绝缘段i和与之相邻的长度为S₁的供电段构成了第i个运行区间，绝缘段i+1和与之相邻的长度为S₂的供电段构成了第i+1个运行区间，绝缘段i+2和与之相邻的后一供电段构成了第i+2个运行区间，绝缘段i+3和与之相邻的后一供电段构成了第i+3个运行区间，……依次类推，其中，本实施例中每个运行区间的馈电点位于对应供电段的起始位置处(也可以设在其他位置)。另外，在实际的线路运营中，绝缘段之间的长度S_供是提前固定的，即S₁、S₂等是常量。

当电车离馈电点较近时，即电车与馈电点的距离S满足S＜S_max的条件时，S_max为预设值，电车从运行区间供电段的线网取电；远离馈电点或者在绝缘段时，即电车与馈电点的距离S满足S_max≤S≤S_供的条件时，电车由车载能源供电。

实施例2

本实施例与实施例1的区别在于除了在运行区间的不同位置采用不同的电源供电以外，在靠近馈电点的设定距离内，线网对电车车载能源的充电电流大小与对应运行区间内电车与馈电点的距离有关：电车与馈电点的距离越大，所述供电电流越小。

如图2所示，当电车离馈电点较近时，电车从运行区间供电段的线网取电同时，线网对车载能源以大电流充电；当电车与馈电点的距离逐渐增大时，充电电流逐渐变小；当电车和与其最近的绝缘段的距离减小到设定值电车处在绝缘段时，电车由车载能源供电。

实施例3

如图3所示，在每个运行区间，车载电源的充电电流值随着电车与该运行区间的馈电点距离的增大而以线性变化的趋势逐渐减小，其中，馈电点处的充电电流值I为最大值I₀，随着集电器与该运行区间的馈电点距离S的增大，充电电流值I不断减小，当S达到设定距离S₀时，充电电流最小，甚至于可以直接减小到0。根据两个绝缘段间的距离S_供以及计算出的S，设立电流系数k(0≤k≤1)控制充电电流，即k＝f(s,s_供)，根据S的不断变化调整充电电流，由整车控制器向集电控制器发出充电电流的控制信号。

由于每个运行区间供电段S_供的长度有可能不完全相同，那么每个运行区间对应的设定距离S₀可以根据实际情况进行调整。当然，这里的设定距离S₀也可以采用线性方式进行设定，即S₀满足S₀/S_供＝A的条件，其中，A为0＜A＜1的定值，由此根据每个运行区间S_供的实际值得到随意的设定值S₀。

实施例4

如图4所示，本实施例与实施例3的区别之处在于车载电源的充电电流值随集电器与对应运行区间馈电点距离增大而减小的趋势不同，实施例1是线性变化，而本实施例是以阶梯状的变化趋势逐渐减小。图3所示为三层阶梯结构变化曲线图，即当集电器与该运行区间的馈电点实际距离0＜S＜S_a时，车载电源以恒定电流值I_a进行充电，当S_a＜S＜S_b时，车载电源以恒定电流值I_b进行充电，当S_b＜S＜S_c时，车载电源以恒定电流值I_c进行充电。当然，这里的阶梯结构的层数不是固定不变的，可以根据实际情况进行调整，层数可以更多，也可以是两层；另外，各运行区间的层数可以是一样的，也可以是不同的，在这里就不一一举例说明了。

进一步的，由于本发明控制方法的前提在于需要确定车辆在运行过程中实际所处的运行区间及在对应运行区间所处的实际位置，由于具体的实时方式多种多样，在这里具体提供两种进行说明。

实施例5

第一种方式：电车在运行过程中，当电车集电器通过对应运行区间绝缘段时，由集电控制器采集绝缘信号，向整车控制器发出绝缘报警。整车控制器收到绝缘段信号后，自动计数，从而判断车辆当前所在的运行区间。同时车辆根据在运行过程中实时采集的车速信息，由公式∫Vdt＝S计算出车辆通过对应运行区间绝缘段后行驶的距离，该距离即为电车与该运行区间的馈电点距离。

实施例6

第二种方式：在电车沿行驶方向运行过程中，可以通过车辆配置的GPS模块实时确定车辆的实际位置，即以GPS定位的方式确定电车当前所在的运行区间和电车与该运行区间馈电点的实时距离。

实施例7

第三种方式：电车在行驶过程中实时采集车速，计算车辆从开始运行至当前时刻实际的运行距离，再减去已通过的运行区间的距离，即可得到电车当前所处运行区间及所处实时位置。

当然，获知当前运行区间及实际位置的方式不止以上几种，这里不一一列举。

实施例8

本实施例与上述实施例的区别之处在于不通过采集车速或GPS定位的方式判断是否接近绝缘段，而是使用采集绝缘信号的方式来判断，例如间隔一定距离设置两个集电头，前一集电头用于采集集电器与接触线网的接触信号，后一集电头用于给线网供电。当第一集电头采集到绝缘信号时，控制后一集电头停止使用线网供电。当然，也可以采取该装置的变形结构，如将两个集电头做成集成式装置等，都属于本发明的变形结构。

实施例9

在实际运行过程中，也可以以采集线网电压的方式来判断电车与绝缘段之间的远近，例如，电车在运行过程中持续检测线网端电压，当经过绝缘分段区时(无论单线双线)，隔离DCDC通过采样模块采集到电压的跌落至设置点，则直接关断DCDC功率输出，此时整车由车载能源(车载超级电容及动力电池)提供动力，保持整车持续行驶的同时，切断整车对线网的功率需求，避免拉弧对触电线及滑块的损坏；持续检测线网端电压，当通过绝缘分段区后，采集模块检测到稳定的线网电压，延迟一个时间T后，缓慢启动功率需求，当采集模块检测到母线电压持续稳定时，响应整车的功率需求。

需要说明的是：本发明所列举的充电电流随电车与馈电点之间距离以线性或者阶梯状变化的情况，是在不考虑车载能源充电方式的前提下距离的，在实际运行及充电过程中，可以将车载能源的实际充电方式考虑进去，即在SOC值较低时，仍以较大电流充电，但是其充电电流值仍以本发明所提到的随距离增大而减小的趋势变化，当然减小趋势不局限于上述方式，也可以采用以二次函数下降趋势的变化方式，这些都需要考虑实际情况，类似变化都在本发明的保护范围内。

以上实施例仅用于帮助理解本发明的核心思想，不能以此限制本发明，对于本领域的技术人员，凡是依据本发明的思想，对本发明进行修改或者等同替换，在具体实施方式及应用范围上所做的任何改动，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种双源无轨电车用电控制方法，无轨电车的供电线网分为若干个运行区间，每个运行区间由能够供电的供电段和与之相邻的不能供电的绝缘段构成，所述供电段的馈电点通过导线连接电网，其特征在于：无轨电车在每个运行区间运行时，靠近馈电点时，电车从运行区间供电段的线网取电；远离馈电点或者在绝缘段时，电车由车载能源供电。

2.根据权利要求1所述的双源无轨电车用电控制方法，其特征在于：在靠近馈电点的设定距离内，线网对电车车载能源的充电电流大小与对应运行区间内电车与馈电点的距离有关：电车与馈电点的距离越大，所述供电电流越小。

3.根据权利要求2所述的双源无轨电车用电控制方法，其特征在于：电车在每个区间的运行过程中，所述供电电流值随着电车与馈电点距离的增大而以线性变化的趋势逐渐减小。

4.根据权利要求1或2所述的双源无轨电车用电控制方法，其特征在于：电车在运行过程中，当其通过每个运行区间的绝缘段时，车辆采集绝缘信号并判断车辆当前所在的运行区间。

5.根据权利要求4所述的双源无轨电车用电控制方法，其特征在于：电车在运行过程中，实时采集车速信息，计算出电车通过对应运行区间绝缘段后行驶的距离，该距离即为电车与馈电点的距离。

6.根据权利要求1或2所述的双源无轨电车用电控制方法，其特征在于：电车在运行过程中，通过GPS定位的方式确定电车当前所在的运行区间和电车与馈电点的距离。