用于将电功率分配到轨道车辆的多个消耗器单元上的方法 |
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| 申请号 | CN201380052498.X | 申请日 | 2013-10-01 | 公开(公告)号 | CN104703856A | 公开(公告)日 | 2015-06-10 |
| 申请人 | 西门子公司; | 发明人 | 斯特凡·迪博纳文图拉; 格哈德·施泰因豪尔; | ||||
| 摘要 | 本 发明 涉及一种用于将电功率分配到轨道车辆(10)的多个消耗器单元(14.1-14.8)上的方法。为了提供这种能够在轨道车辆配置变化时降低调整耗费的方法而提出：将轨道车辆(10)划分成一组部段(12.1-12.7)，其中为所述组设置至少一个功率供给单元(16)，并且部段(12.1-12.7)成对地通过部段过渡部(20)彼此连接，经由所述部段过渡部可建立功率传递；定义一组分配优先级并且将分配优先级分别指配给消耗器单元(14.1-14.8)；消耗器单元(14.1-14.8)以借助于部段特征变量(A)作为部段(12.1-12.7)来分配的方式并且以借助于所述优先级特征变量(P)被指配给分配优先级的方式来标识；在分发过程中根据功率需求、可供使用的功率和被指配的分配优先级确定待分发给消耗器单元(14.1-14.8)的功率；在部段遍历中执行用于优先级特征变量(P)的给定数值和下述部段特征变量(A)的数值的分发过程，所述部段特征变量的数值与部段的组的至少一个子组相关联；以及优先级遍历，在所述优先级遍历中执行用于优先级特征变量(P)的数值的部段遍历，所述优先级特征变量的数值与分配优先级的组的至少一个子组相关联。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种用于将电功率分配到轨道车辆(10)的多个消耗器单元(14.1-14.8)上的方法，其中 |
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| 说明书全文 | 用于将电功率分配到轨道车辆的多个消耗器单元上的方法技术领域[0001] 本发明涉及一种用于将电功率分配到轨道车辆的多个消耗器单元上的方法。 背景技术[0002] 在已知的轨道车辆中，电功率经由沿着车辆铺设的功率供给线路(在本领域技术人员的术语中也称作“列车汇流母线”)分布，电消耗器连接到所述功率供给线路上。该功率供给线路通过多个功率供给装置用电功率馈电。功率供给装置从轨道车辆的发电机或铁路电网线路形成的能量源获得电能，并且通常用于从该可用的能量中通过产生具有匹配于功率需求的特性的电信号来产生电功率。通常，功率供给装置由变流器形成。 [0003] 在功率供给装置故障的情况下，所需要的消耗器功率会超过可用的供给功率。在此，为了馈入部位不过载，对消耗器的控制是必要的，在所述馈入部位处功率供给线路连接到其余的功率供给装置上。 [0004] 为了功率需求不使功率供给线路过载，对于固定的配置、即轨道车辆的固定的编组和固定数量的消耗器而言已经提出如下故障情形，在所述故障情形中(根据瞬时可用的功率)切断特定的消耗器。 [0005] 该控制与相应的配置和可能的故障情形相关，由此在配置变化的情况下形成相应的调整耗费。该耗费尤其与如下配置变化关联：车厢数量的变化、车厢类型的变化、消耗器数量的变化、消耗器通过功率值不同的消耗器来更换、功率供给线路的分配的变化等。 发明内容[0006] 本发明基于如下目的：提供一种用于将电功率分配到轨道车辆的多个消耗器单元上的方法，其中能够降低在轨道车辆配置变化时的调整耗费。 [0007] 对此提出： [0008] -将轨道车辆划分成一组部段，其中为所述组设置至少一个功率供给单元并且所述部段成对地通过部段过渡部彼此连接，经由所述部段过渡部可建立功率传递； [0009] -定义一组分配优先级并且将分配优先级分别指配给消耗器单元； [0010] -消耗器单元以借助于部段特征变量作为部段来分配的方式并且以借助于优先级特征变量被指配给分配优先级的方式来标识； [0011] -在分发过程中根据功率需求、可供使用的功率和所指配的分配优先级确定待分发给消耗器单元的功率； [0012] -在部段遍历中执行用于优先级特征变量的给定数值和下述部段特征变量的数值的分发过程，所述部段特征变量的数值与部段的组的至少一个子组相关联；并且[0013] -优先级遍历，在所述优先级遍历中执行用于下述优先级特征变量的数值的部段遍历，所述优先级特征变量的数值与分配优先级的组的至少一个子组相关联。 [0014] 由此能够实现：功率分配过程基于轨道车辆中消耗器单元的总体设置的有利的映射。在轨道车辆的配置变化的情况下，能够将用于功率分配过程的调整耗费有利地限制于对该映射的调整，其中能够尽可能地避免以该映射为出发点的过程步骤的其它变化。借助于优选使用两个属性用于呈消耗器单元被分配给轨道车辆的部段和被指配的分配优先级形式的该映射，能够提供矩阵形式的简单的映射。轨道车辆的尤其是在部段的数量和不同类型的消耗器单元的数量方面的配置变化有利地通过扩展或划分矩阵来表现，其中配置变化能够基于受运行所决定的变化或因干扰引起的变化。此外，能够实现对现有的功率储备的改进的利用。 [0015] 消耗器单元尤其是连接到在车辆范围内铺设的功率供给线路、也称作“列车汇流母线”上，至少一个功率供给单元将功率馈入到所述功率供给线路中。从功率供给单元到消耗器单元的必要时经由部段过渡部的功率传递因此适宜地经由列车汇流母线进行。 [0016] 尤其应当将“消耗器单元”理解为电消耗器或一组电消耗器，所述一组电消耗器在其功能方面基本上彼此相同地构成。 [0017] 尤其应当将功率的“分发”理解为：将功率特征变量指配给相应的消耗器单元。该功率特征变量能够是功率或预设功率的特征变量。功率特征变量例如能够以电流的形式被指配。在分发过程中被分发的功率能够对应于优选由消耗器单元所传达的功率需求或更小。特别地，被分发的功率能够对应于零功率，所述零功率对应于用于运行的消耗器单元的切断指令和用于尚未运行的消耗器单元的启动锁定(Startsperre)。 [0018] 所分发的功率与相应的分配优先级和可供使用的功率相关。所分发的功率尤其是考虑能够由至少一个功率供给单元提供的总功率以及在之前的分发过程中分发的功率的总和。相对于用于分配功率的常规方法，在所述方法中基于预定的应用情形进行功率调整，尤其是仅当同时运行的消耗器单元的总功率需求超过总功率供给时，才借助所提出的方法限制消耗器单元。 [0019] 在消耗器单元运行期间优选多次执行优先级遍历。由此，能够进行功率分配对变化的功率需求的定期的匹配。当消耗器单元不持续地具有功率需求或者消耗器单元的功率需求不恒定时，能够借助于多次地、尤其是定期地执行优先级遍历快速地且有效地重新分配被释放的功率。 [0020] 在本发明的另一个实施方案变型形式中提出：在分发过程中待分发的功率的确定与至少一个部段过渡部处的过渡功率的特征变量相关。由此在功率分配时能够有利地考虑列车汇流母线的负载能力。由此能够在设计汇流母线时实现节约，因为列车汇流母线的最大负荷能够有利地借助于到消耗器单元的局部的分发来调节。通过该调节，此外能够例如通过触发保险装置尽可能地避免列车汇流母线分离的情况，其中能提高轨道车辆的可用性。特征变量能够基于所分发的功率来确定和/或其能够借助于传感器、例如电流传感器来检测。 [0021] 将轨道车辆划分成不同的部段能够以不同的方式进行，其中部段能够通过逻辑或物理上的分离来限制。如果轨道车辆具有多个车厢，那么部段能够由一个车厢部分、一组多个车厢部分、多个车厢等形成。然而当部段分别对应于不同车厢时，能够实现关于车厢编组的有利的映射。 [0022] 优选地，在所述优先级遍历中，以降低的分配优先级执行连续的部段遍历。由此能够简单且系统地考虑较高分配优先级的消耗器单元的功率需求。尤其是当由于之前分发给分配优先级较高的消耗器单元的功率过低或无功率可供使用时，才将零功率分配给分配优先级低的消耗器单元。 [0023] 在优先级遍历中，适当地扫描部段特征变量和优先级特征变量的不同的数值对并且优选为这些对中的每个执行分发过程。 [0024] 根据一个分配模式，在优先级遍历中，为与部段的组相关联的部段特征变量的数值执行部段遍历的分发过程。由此，能够实现用于轨道车辆的全部部段的功率分配。该模式尤其适合于具有无错的功率供给和在部段过渡部处无中断的功率传递的轨道车辆的正常运行。 [0025] 在该分配模式中，在优先级遍历中，优选为与分配优先级的组相关联的优先级特征变量的数值执行部段遍历，由此对优先级特征变量和部段特征变量的所有对进行系统扫描并且为所有消耗器单元执行分发过程。 [0026] 根据另一个分配模式，轨道车辆划分成耦联的部段的至少两个子组并且为子组中的至少一个执行优先级遍历。由此能够实现使功率分配有利地匹配于轨道车辆的因错误和/或因运行引起的划分。 [0027] 轨道车辆的划分能够基于物理或逻辑的分离。根据第一应用情况，分离机构防止子组之间的功率传递，其中为子组中的每个设有不同的功率供给单元并且为每个子组实施优先级遍历。由此，轨道车辆在功率供给方面能够分为两个自主的供给区域，所述供给区域分别至少由不同的功率供给单元来供给。分离机构尤其能够构成为开关元件，所述开关元件设置在部段过渡部上。 [0028] 在另一种应用情况下，轨道车辆的划分能够基于有缺陷的功率供给。在这种应用情况下提出：检测在部段过渡部上的过渡功率的特征变量，预设用于临界的过渡功率的条件并且在部段过渡部处出现该条件时执行如下步骤： [0029] -将轨道车辆逻辑地划分成在部段过渡部两侧的部段的两个子组； [0030] -检测与分别被指配给子组的功率相关的特征变量； [0031] -在指配有最大功率的子组中实施优先级遍历，其中以提高的分配优先级执行连续的部段遍历并且从相应的消耗器单元中提取功率。 [0032] 在此，有利地对部段特征变量的数值进行优先级遍历，所述部段特征变量的数值对应于采用最大功率的部段的子组中的部段。在该子组中，能够从最低的分配优先级开始进行消耗器单元的遍历，其中尤其是给消耗器单元分发零功率。在每次分发过程或功率提取之后，优选至少检测在出现所述条件的部段过渡部处的过渡功率的特征变量，其中当将过渡功率下降到低于临界值时，适当地停止优先级遍历。所提出的方法尤其适合于轨道车辆，在所述轨道车辆中通过多个功率供给单元对部段的组进行供给。在功率供给单元故障或由其提供的功率降低时能够在部段过渡部处出现提高的功率传递。通过所提出的方法能够有利地避免列车汇流母线在部段过渡部处的持久的、局部的过载。 [0033] 本发明还涉及一种轨道车辆，其具有：一组部段；设置用于对所述组进行供给的至少一个功率供给单元，其中部段成对地通过部段过渡部彼此连接，经由所述部段过渡部可建立功率传递；消耗器单元，所述消耗器单元分别与部段中的一个相关联；和控制单元，所述控制单元与功率供给单元和消耗器单元连接并且设置用于执行根据上述实施方案之一所述的方法。关于该特征组合的有利的作用，(为了避免不必要的重复)参照关于所述方法的上述实施方案。附图说明 [0034] 根据附图阐述本发明的实施例。附图示出： [0035] 图1示出具有借助于列车汇流母线供给的消耗器单元的轨道车辆； [0036] 图2示出消耗器单元的呈根据与分配优先级和轨道车辆的部段的关联性的矩阵形式的设置用于功率分配的映射； [0037] 图3示出在功率供给单元故障时的图1中的轨道车辆； [0038] 图4示出在图3的应用情况中图2的映射；以及 [0039] 图5示出在列车汇流母线分开的情况下图2的映射。 [0040] 具体执行方式 [0041] 图1示出轨道车辆10的示意侧视图。该轨道车辆具有多个彼此耦联的车厢。轨道车辆10在所观察的实施例中构成为用于运输乘客的动车，其中驱动元件设置在车厢中的至少一个中。替选地，轨道车辆10能够构成为机车牵引的列车。 [0042] 每个车厢称作为轨道车辆10的部段12.1至12.7，其中部段12由车厢形成。将轨道车辆10进一步划分成一组部段12是可以考虑的，其中部段由多个车厢、车厢半部或不同车厢的车厢半部的对形成。 [0043] 轨道车辆10具有如下电装备，所述电装备具有多个电消耗器单元14.1至14.8，所述电消耗器单元分布在轨道车辆10中。为了概览，消耗器单元14在图1的下部部分中在相应的部段12的下方示出，所述消耗器单元设置在该部段中。消耗器单元14.1、14.2等尤其在其功能方面或其类型方面彼此区分。为了给消耗器单元14供给电功率，轨道车辆10设有功率供给单元16，所述功率供给单元同样分布在轨道车辆10中。功率供给单元16在所观察的实施方案中分别设置在不同的部段12或车厢中。在轨道车辆10作为机车牵引的列车的上述实施方案变型形式中，对于轨道车辆10供给必要的至少一个功率供给单元16设置在机车中。 [0044] 在所示出的实施方案中，消耗器单元14是轨道车辆10的所谓的辅助运行装置，所述辅助运行装置尤其是在电消耗器的如下组中选择：空气压缩机(14.3)、电池充电设备(14.4)、加热、通风或冷却模块中的空调设备(14.7、14.5或14.8)、具有低级或高级的变压器和/或整流器通风器(14.2或14.6)或变压器和/或整流器通风器泵(14.1)。 [0045] 功率供给单元16尤其是构成为辅助运行装置变流器，所述辅助运行装置变流器产生三相电流，所述三相电流经由列车汇流母线18在整个轨道车辆10上分布，如在图1的中间部分示意性示出的那样。通过部段12成对地通过部段过渡部20彼此连接的方式，借助列车汇流母线18提供车辆范围上的功率供给线路，其中经由所述部段过渡部可在两个相邻的部段12之间建立功率传递。两个耦联的部段12之间的功率传递能够通过例如呈接触器形式的分离机构22来中断。功率供给单元16在不同的功率馈入点19处为了将电功率馈入到列车汇流母线18中而连接到所述列车汇流母线上，其中所述功率馈入点在轨道车辆10中或沿着列车汇流母线18分布地设置。由功率供给单元16馈入到列车汇流母线18中的功率的特征变量为馈入点19处的馈入电流IE。此外，示出过渡功率的另一个特征变量 所述过渡功率在部段12之间传递给部段过渡部20。特征变量 对应于过渡电流。 此外示出从特定的部段12的消耗器单元14中获取的功率的特征变量IA。该特征变量IA同样对应于电流。 [0046] 每个消耗器单元14都能够通过不同的属性来标识。消耗器单元14的第一属性由该消耗器单元14与部段12的分配关系、尤其关联性形成。为不同类型的消耗器定义第二属性，所述第二属性与优先级相关，借助所述优先级将功率指配给相应类型的消耗器并且对应于分配优先级。根据不同的消耗器类型定义一组分配优先级，其中将分配优先级分别指配给消耗器单元14。 [0047] 因此，关于该属性，一对特征变量能够被分配给每个消耗器单元14，其中以矩阵基底的方式表示消耗器单元14的设置是可行的。 [0048] 这种矩阵基底式的表示在图2中示出。如在该附图中所示出的那样，轨道车辆10的消耗器单元14(借助于部段特征变量A)以作为部段12被分配的方式并且(借助于优先级特征变量P)以作为特定的分配优先级被指配的方式来标识。在该矩阵中，行对应于优先级特征变量P的数值并且列对应于部段特征变量A的数值。因此，矩阵元素对应于特定的消耗器单元14或者所述矩阵元素是空的元素。优先级特征变量P的数值是数字，其中分配优先级随着优先级特征变量P的数值增加而减小。数值“1”因此对应于最大的分配优先级并(在一组优先级等级为n的分配优先级中)数值“n”对应于最小的优先级。部段特征变量A的数值是分别对应于轨道车辆10中的部段12的位置的数字。 [0049] 在矩阵上方示意地示出分离机构22在部段过渡部20处的相应的状态。在所观察的实例中，全部分离机构22在传导性的部位中，使得列车汇流母线18在车辆范围不中断。 [0050] 电功率在轨道车辆10的一组消耗器单元12上的分配在下文中描述。 [0051] 在第一步骤中，确定对于整组部段12可用的功率。该功率例如能够对应于通过功率供给单元16提供的功率的总和。 [0052] 功率分配对应于分发过程的顺序，所述分发过程分别与不同的消耗器单元14相关。在此，为不同对的部段特征变量A和优先级特征变量P或者为不同的矩阵元素进行分发过程。在分发过程中分别确定至少一个功率，所述功率将分发给相应的消耗器单元14，更确切地说基于由消耗器单元14所传达的功率需求、可供使用的功率和所指配的分配优先级来分发。作为分发过程的基础的可供使用的功率能够从总功率中得出，从所述总功率中减去已在之前的分发过程中分发的功率的总和。在分发过程结束之后，更新对于另外的分发过程还可供使用的功率。在分发过程中确定的待分发给相应的消耗器单元14的功率能够根据上述因素能够对应于由消耗器单元14传达的功率需求或较小的功率、如尤其是零功率。 [0053] 为了消耗器单元14的功率分发，从最高的分配优先级开始处理消耗器单元14。进行根据图2的矩阵的优先级遍历，在所述优先级遍历中逐行地遍历该矩阵。这借助于虚线箭头示出。在此，根据下降的分配优先级或优先级特征变量P的提高的数值执行连续的行遍历。行遍历对应于部段遍历，在所述行遍历中(对于优先级特征变量P的给定的数值)遍历矩阵的列，在所述部段遍历中(对于优先级特征变量P的所述给定的数值)对下述部段特征变量A的全部的数值连续地执行分发过程，所述部段特征变量的数值对应于部段12的组中的部段12。如果对于所给定的一对部段特征变量A和优先级特征变量P不存在具有这些属性的消耗器单元14，那么分发过程仅对应于零功率的分发或者对应于部段特征变量A和必要时优先级特征变量P的单纯的递增。 [0054] 当进一步的功率分发由于其余的可供使用的功率而不可行时，优先级遍历能够被中断。在这种情况下，为分配优先级的子组进行优先级遍历。 [0055] 然而有利的是，即使在分发过程中可供使用的功率不允许进一步分发正的、功率，也继续优先级遍历。当分配优先级高的一个或多个消耗器单元14传达高的功率需求、将相应的功率分发给这些消耗器单元14并且在这些功率分发之后可供使用的功率对于为分配优先级较低的消耗器单元14进一步分发正功率不是足够的时，会出现这种情况。在这种情况下，将“零功率”分发给分配优先级较低的这些消耗器单元14，这(对于已经描述的消耗器单元14而言)对应于切断指令或(对于处于切断状态下的消耗器单元14而言)对应于开关锁定。 [0056] 如果多个消耗器单元14传达高的起动功率需求，那么在重复的优先级遍历中根据相应的起动功率需求和可用的功率分别仅为具有高起动功率的消耗器单元14提供开关解锁或分发正功率。如果具有相同的分配优先级的多个消耗器单元14传达起动功率需求，那么在此(对于每次优先级遍历)分别为具有高的起动功率的消耗器14分发开关解锁。 [0057] 借助重复的优先级遍历在需要时能够根据消耗器单元的相应的分配优先级有利地在消耗器单元14上重新分配可供使用的总功率。 [0058] 用于消耗器单元14的分发过程如在上文中所描述的那样基于由消耗器单元14传达的功率需求、对于分发可供使用的功率和分配优先级来进行。附加地，能够基于至少一个部段过渡部20处的过渡功率的特征变量 来确定待分发的功率(也见图1)。基于为消耗器单元14分发的功率、功率供给单元16的馈入点19的设置和由其提供的功率能够在如下部段过渡部20处确定所述过渡功率的特征变量 在所述部段过渡部处，相应的分离机构22允许相邻的部段12之间的功率传递。在消耗器单元14的分发过程中，部段过渡部20处的最大的、不可超过的过渡功率是另一个边界条件。通过将功率分发给消耗器单元14，任何部段过渡部20都不允许过载。特征变量 尤其在每个分发过程之后被更新。 [0059] 在根据图1和2观察的实例中，全部分离机构22都位于传导的部位中，由此在车辆范围中不中断列车汇流母线18。在优先级遍历中进行下述部段特征变量A的数值的分发过程，所述部段特征变量的数值与整组部段12.1至12.7相关联。因为进行优先级特征变量P的数值的部段遍历，其中所述优先级特征变量的数值与整组分配优先级相关联，所以在优先级遍历中对所示出的矩阵的每个消耗器单元14执行分发过程。 [0060] 在该实例中此外假设：全部功率供给单元16是功能完好的。 [0061] 图3示出在功率供给单元16中的一个、尤其是设置在部段12.2中的功率供给单元16故障的情况下图1中的轨道车辆10。由于故障，在部段过渡部20中的至少一个部段过渡部处的允许的最大过渡功率被超出。例如假设：在部段12.4和12.5之间的部段过渡部20处产生具有数值 的提高的电流。 [0062] 对允许的最大过渡功率的超出的检测触发下述步骤。首先检测该部段过渡部20处的过渡电流或特征变量 的符号。由此能够确定(关于轨道车辆10的纵向方向)在部段过渡部20的哪一侧上存在最大的功率消耗或者必须执行降低功率，以便将特征变量降低到允许的数值上。 [0063] 轨道车辆10在此虚拟地划分成部段12.1至12.4和12.5至12.7的两个子组24.A和24.B，其中子组24.A和24.B设置在具有被超出的过渡电流的部段过渡部20的两侧。这在图4中示出，图4对应于图2中的矩阵基底式的表示。 [0064] 在下述子组24.A中进行功率提取，在所述子组中根据特征变量 的所检测到的符号存在最大的功率消耗。对此，仅在子组24.A中执行优先级遍历，其中执行具有提高的分配优先级的连续的部段排序。这借助于箭头示意地示出。在这种部段排序中仅扫描下述部段特征变量A的数值，所述部段特征变量的数值与部段12.1至12.4的子组24.A相关联。因此，不对第二子组24.B的部段12.5至12.7进行分发过程。在优先级遍历中，以最低的分配优先级或最大的优先级特征变量P开始。在分发过程中基本上分发零功率，这对应于相应的消耗器单元14的切断或启动锁定。特征变量 在每个分发过程之后重新计算或借助于传感器重新检测。当部段过渡部20处的允许的最大过渡功率未被超出时，中断子组24.A中的优先级遍历。 [0065] 在根据图3和4所阐述的实例中，将整组部段12.1至12.7在逻辑上划分成两个子组24.A和24.B，所述子组对应于逻辑上的划分并且在部段过渡部20处建立允许的过渡功率之后被消除。 [0066] 图5示出另一种应用情况，其中物理地划分部段12.1至12.7的组。这种划分通过分离机构22进行，所述分离机构在一个部位处中断列车汇流母线18，由此形成被分开的列车汇流母线18。例如，列车汇流母线18在部段12.4和12.5之间的部段过渡部20处中断，由此形成部段12.1至12.4或12.5至12.7的两个彼此分离的子组25.A和25.B。物理的分离应当进行为使得对于每个子组25.A和25.B能够通过至少一个功率供给单元16进行功率馈入。 [0067] 关于功率分配，在每个子组25.A、25.B中如针对整组部段12.1至12.7那样如上阐述地进行。每个子组关于功率供给视作如自主的单元，在所述单元中分别执行优先级遍历。在子组中的优先级遍历中，仅进行对与相应子组相关联的部段特征变量A的数值的部段遍历。 [0068] 轨道车辆10在部段12中的至少一个或车厢中的一个中具有控制单元26，所述控制单元与功率供给单元16以及消耗器单元14有效连接并且设置用于根据上述方法执行电功率的分配。此外，能够将传感器单元设置在部段过渡部处，所述传感器单元用于检测特征变量Iü。如果该特征变量在分发过程中被考虑，那么控制单元26同样与传感器单元有效连接。 |
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