一种混合动力有轨电车电制动功率分配方法、装置和介质

技术领域

本发明涉及轨道交通技术领域，特别是涉及一种混合动力有轨电车电制动功率分配方法、装置和计算机可读存储介质。

背景技术

有轨电车是采用电力驱动并在轨道上行驶的轻型轨道交通车辆。以有轨电车为代表的新型城市轨道交通系统，为了不过多的影响城市景观，通常采用无接触网供电的方式。无接触网供电的方式多种多样，包括车载储能装置供电、氢燃料电池供电、地面非接触供电、内燃机系统等。

受车辆安装空间、车辆轴重、工程造价成本、功率等级、功率密度等限制，采用无接触网供电的方式往往无法做到完全满足整车用电功率需求，因此，现有技术中有轨电车往往采用混合供电方式，即供电方式既包括氢燃料电池或非接触式感应供电或内燃机发电等单向供电方式，又包括可进行充放电的储能系统供电。

在有轨电车电制动时，会将牵引电机的动能或势能转化为制动能量。由于氢燃料电池或非接触式感应供电或内燃机发电系统属于单向供电系统，该供电系统无法吸收制动能量，因此在有轨电车电制动时只有储能系统可以吸收产生的制动能量。但是车载储能系统充电电流小，无法完全吸收制动功率。当制动功率超过车载储能系统的承载能力时，会对储能系统造成损坏；制动功率全部通过制动电阻消耗，又会造成制动能量的浪费。

可见，合理分配混合供电有轨电车电制动能量，提高制动能量的利用率，是本领域技术人员亟待解决的问题。

发明内容

本发明实施例的目的是提供一种混合动力有轨电车电制动功率分配方法、装置和计算机可读存储介质，可以合理分配混合供电有轨电车电制动能量，提高制动能量的利用率。

为解决上述技术问题，本发明实施例提供一种混合动力有轨电车电制动功率分配方法，包括：

当牵引电机制动时，采集牵引逆变系统的制动电压值和制动电流值；

获取耗能系统的耗能功率、单向供电系统的输出功率以及储能系统的最大充电功率；

依据所述耗能功率、所述输出功率、所述最大充电功率、牵引逆变器个数以及所述制动电压值，计算出单个牵引逆变器反馈至母线上的最大限流值；

根据所述制动电流值和所述最大限流值，动态控制制动电阻系统的通断。

可选的，所述耗能功率包括辅助系统的功率P

相应的，所述依据所述耗能功率、所述输出功率、所述最大充电功率、牵引逆变器个数以及所述电压值，计算出单个牵引逆变器反馈至母线上的最大限流值：

根据公式P

其中，P

根据如下公式，计算单个牵引逆变器反馈至母线上的最大限流值I

其中，N表示牵引逆变器个数；U

可选的，所述根据所述制动电流值和所述最大限流值，动态控制制动电阻系统的通断包括：

当满足I

当满足I

其中，I

可选的，在所述控制制动电阻系统所在的回路开通之后还包括：

记录所述制动电阻系统所在回路的累计导通时间；

判断所述累计导通时间是否超过预设时间值；

若是，则停止电制动。

可选的，在停止电制动之后还包括：

展示电制动不可用的提示信息。

本发明实施例还提供了一种混合动力有轨电车电制动功率分配装置，包括采集单元、获取单元、计算单元和控制单元；

所述采集单元，用于当牵引电机制动时，采集牵引逆变系统的制动电压值和制动电流值；

所述获取单元，用于获取耗能系统的耗能功率、单向供电系统的输出功率以及储能系统的最大充电功率；

所述计算单元，用于依据所述耗能功率、所述输出功率、所述最大充电功率、牵引逆变器个数以及所述制动电压值，计算出单个牵引逆变器反馈至母线上的最大限流值；

所述控制单元，用于根据所述制动电流值和所述最大限流值，动态控制制动电阻系统的通断。

可选的，所述耗能功率包括辅助系统的功率P

相应的，所述计算单元包括功率计算子单元和电流计算子单元；

所述功率计算子单元，用于根据公式P

其中，P

所述电流计算子单元，用于根据如下公式，计算单个牵引逆变器反馈至母线上的最大限流值I

其中，N表示牵引逆变器个数；U

可选的，所述控制单元包括开通子单元和关断子单元；

所述开通子单元，用于当满足I

所述关断子单元，用于当满足I

其中，I

可选的，还包括记录单元、时间判断单元和停止单元；

所述记录单元，用于在所述控制制动电阻系统所在的回路开通之后，记录所述制动电阻系统所在回路的累计导通时间；

所述时间判断单元，用于判断所述累计导通时间是否超过预设时间值；若是，则触发所述停止单元；

所述停止单元，用于停止电制动。

可选的，还包括展示单元；

所述展示单元，用于在停止电制动之后，展示电制动不可用的提示信息。

本发明实施例还提供了一种混合动力有轨电车电制动功率分配装置，包括：

存储器，用于存储计算机程序；

处理器，用于执行所述计算机程序以实现如上述混合动力有轨电车电制动功率分配方法的步骤。

本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上述混合动力有轨电车电制动功率分配方法的步骤。

由上述技术方案可以看出，当牵引电机制动时，采集牵引逆变系统的制动电压值和制动电流值；获取耗能系统的耗能功率、单向供电系统的输出功率以及储能系统的最大充电功率；有轨电车中各系统之间处于并联关系，制动电压值反映了直流母线上的电压值，因此依据耗能功率、输出功率、最大充电功率、牵引逆变器个数以及制动电压值，可以计算出单个牵引逆变器反馈至母线上的最大限流值；根据制动电流值和反馈的最大限流值，动态控制制动电阻系统的通断，可以在制动功率超出储能系统的承载能力时，将超出储能系统承载能力的制动功率消耗在制动电阻系统上，保证了储能系统不会出现过流；当制动功率在储能系统的承载能力之内时，将制动功率全部反馈给储能系统，实现了制动能量的合理分配，提高了制动能量的利用率，并有效增加了列车续航里程。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例，下面将对实施例中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有技术提供的一种混合动力有轨电车的系统主电路原理框图；

图2为本发明实施例提供的一种混合动力有轨电车电制动功率分配方法的流程图；

图3为本发明实施例提供的一种制动功率分配调节的示意图；

图4为本发明实施例提供的一种混合动力有轨电车电制动功率分配装置的结构示意图；

图5为本发明实施例提供的一种混合动力有轨电车电制动功率分配装置的硬件结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下，所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护范围。

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

现有技术中有轨电车常采用混合动力供电的方式。图1所示为现有技术中常见的一种混合动力有轨电车的系统主电路原理框图，图1中供电系统包括储能系统以及由氢燃料电池系统和单向DC/DC构成的单向供电系统。有轨电车中包括有连接在高压直流母线下的直流空调系统、由辅助变流器或充电机及其连接的负载构成的辅助系统。图1中左起第二个虚线框代表牵引逆变系统，包括输入电压传感器、预充电及输入电路、直流电流传感器、中间电压传感器、斩波控制模块、DC/AC逆变器模块等；其中DC/AC逆变器模块包含多路输出，带多路电机负载。制动电阻系统包含有多个相互串并联的制动电阻。

有轨电车运行时，可以由氢燃料或非接触感应供电或者内燃机发电系统等单向供电系统和储能系统同时供电；当有轨电车电制动时，会产生制动功率，由于氢燃料或非接触感应供电等供电系统的单向性，此时只有储能系统可以接收制动功率。但是储能系统的充电电流较小，往往无法完全吸收制动功率，如果将制动功率全部传输给储能系统，会造成储能系统的过流，严重时会造成储能系统的烧毁。因此，本发明实施例提供了一种混合动力有轨电车电制动功率分配方法、装置和计算机可读存储介质，根据有轨电车中各系统的功率值以及制动电压值，可以计算单个牵引逆变器反馈至母线上的最大限流值，根据制动电流值和反馈的最大限流值，动态控制制动电阻系统的通断。既可以防止储能系统出现过流，又可以将制动功率最大程度的反馈给储能系统，实现了制动能量的合理分配，提高了制动能量的利用率。由于制动能量可以最大程度的反馈给储能系统，有效的增加了列车续航里程。

接下来，详细介绍本发明实施例所提供的一种混合动力有轨电车电制动功率分配方法。图2为本发明实施例提供的一种混合动力有轨电车电制动功率分配方法的流程图，该方法包括：

S201：当牵引电机制动时，采集牵引逆变系统的制动电压值和制动电流值。

在本发明实施例中，可以根据设置在牵引逆变系统上的电压传感器和电流传感器，采集牵引逆变系统的制动电压值和制动电流值。

考虑到有轨电车电制动过程中所转化的制动功率为变量，因此，在具体实现中，可以实时采集或者间隔较短的时间周期性采集牵引逆变系统的制动电压值和制动电流值。结合图1所示的原理图，电压和电流均包含有两个依次为U

S202：获取耗能系统的耗能功率、单向供电系统的输出功率以及储能系统的最大充电功率。

功率反映了系统的瞬时能量，在本发明实施中，以有轨电车中各系统的当前功率为依据，确定反馈至直流母线上的最大电制动功率。

结合图1所示的原理图，耗能功率可以包括辅助系统的功率P

有轨电车中设置有对耗能系统、单向供电系统以及储能系统进行管理的网络控制系统。辅助系统可以将辅助变流器或充电机的实时功率P

S203：依据耗能功率、输出功率、最大充电功率、牵引逆变器个数以及制动电压值，计算出单个牵引逆变器反馈至母线上的最大限流值。

考虑到有轨电车电制动时，部分单向供电系统的输出功率并不能直接降为零，因此，在本发明实施例中在计算直流母线上反馈的最大功率时会考虑单向供电系统的输出功率。

具体的，可以根据公式P

其中，P

有轨电车中各系统之间处于并联关系，制动电压值反映了直流母线上的电压值，在计算出直流母线上反馈的最大功率后，可以根据如下公式，计算单个牵引逆变器反馈至母线上的最大限流值I

其中，N表示牵引逆变器个数；U

S204：根据制动电流值和最大限流值，动态控制制动电阻系统的通断。

考虑到在有轨电车电制动过程中，制动电流值和单个牵引逆变器反馈到直流母线的最大限流值均为变量，以实时采集为例，在本发明实施例中，有轨电车的中央处理器可以实时检测制动电流值和计算单个牵引逆变器反馈到直流母线的最大限流值。

当满足I

当满足I

其中，I

图3为与本发明实施例提供的混合动力有轨电车电制动功率分配方法相对应的电制动功率分配调节控制示意图，其中，储能系统、辅助系统和直流空调系统均为可吸收制动功率的系统，因此P

由上述技术方案可以看出，当牵引电机制动时，采集牵引逆变系统的制动电压值和制动电流值；获取耗能系统的耗能功率、单向供电系统的输出功率以及储能系统的最大充电功率；有轨电车中各系统之间处于并联关系，制动电压值反映了直流母线上的电压值，因此依据耗能功率、输出功率、最大充电功率、牵引逆变器个数以及制动电压值，可以计算出单个牵引逆变器反馈到直流母线的最大限流值；根据制动电流值和单个牵引逆变器反馈到直流母线的最大限流值，动态控制制动电阻系统的通断，可以在制动功率超出储能系统的承载能力时，将超出储能系统承载能力的制动功率消耗在制动电阻系统上，保证了储能系统不会出现过流；当制动功率在储能系统的承载能力之内时，将制动功率全部反馈给储能系统，实现了制动能量的合理分配，提高了制动能量的利用率，并有效增加了列车续航里程。

在本发明实施例中，为了有效的保护制动电阻系统，可以对制动电阻系统的累计工作时长进行限定，例如，可以设置一个预设时间值，该预设时间值表示制动电阻系统的累计工作时长，其取值根据制动电阻设定，在此不做限定。

在具体实现中，可以记录制动电阻系统所在回路的累计导通时间；判断累计导通时间是否超过预设时间值。

当累计导通时间超过预设时间值时，若制动电阻系统再继续导通工作，会存在被烧坏的风险，此时可以停止电制动。

系统的制动操作可以包括电制动和机械制动，在停止电制动之后，可以展示电制动不可用的提示信息，以便于工作人员可以根据实际需求及时进行相关制动措施。

图4为本发明实施例提供的一种混合动力有轨电车电制动功率分配装置的结构示意图，包括采集单元41、获取单元42、计算单元43和控制单元44；

采集单元41，用于当牵引电机制动时，采集牵引逆变系统的制动电压值和制动电流值；

获取单元42，用于获取耗能系统的耗能功率、单向供电系统的输出功率以及储能系统的最大充电功率；

计算单元43，用于依据耗能功率、输出功率、最大充电功率、牵引逆变器个数以及制动电压值，计算出单个牵引逆变器反馈到直流母线的最大限流值；

控制单元44，用于根据制动电流值和单个牵引逆变器反馈到直流母线的最大限流值，动态控制制动电阻系统的通断。

可选的，耗能功率包括辅助系统的功率P

相应的，计算单元包括功率计算子单元和电流计算子单元；

功率计算子单元，用于根据公式P

其中，P

电流计算子单元，用于根据如下公式，计算单个牵引逆变器反馈到直流母线的最大限流值I

其中，N表示牵引逆变器个数；U

可选的，控制单元包括开通子单元和关断子单元；

开通子单元，用于当满足I

关断子单元，用于当满足I

其中，I

可选的，还包括记录单元、时间判断单元和停止单元；

记录单元，用于在控制制动电阻系统所在的回路开通之后，记录制动电阻系统所在回路的累计导通时间；

时间判断单元，用于判断累计导通时间是否超过预设时间值；若是，则触发停止单元；

停止单元，用于停止电制动。

可选的，还包括展示单元；

展示单元，用于在停止电制动之后，展示电制动不可用的提示信息。

图4所对应实施例中特征的说明可以参见图2所对应实施例的相关说明，这里不再一一赘述。

由上述技术方案可以看出，当牵引电机制动时，采集牵引逆变系统的制动电压值和制动电流值；获取耗能系统的耗能功率、单向供电系统的输出功率以及储能系统的最大充电功率；有轨电车中各系统之间处于并联关系，制动电压值反映了直流母线上的电压值，因此依据耗能功率、输出功率、最大充电功率、牵引逆变器个数以及制动电压值，可以计算出单个牵引逆变器反馈到直流母线的最大限流值；根据制动电流值和最大限流值，动态控制制动电阻系统的通断，可以在制动功率超出储能系统的承载能力时，将超出储能系统承载能力的制动功率消耗在制动电阻系统上，保证了储能系统不会出现过流；当制动功率在储能系统的承载能力之内时，将制动功率全部反馈给储能系统，实现了制动能量的合理分配，提高了制动能量的利用率，并有效增加了列车续航里程。

图5为本发明实施例提供的一种混合动力有轨电车电制动功率分配装置50的硬件结构示意图，包括：

存储器51，用于存储计算机程序；

处理器52，用于执行计算机程序以实现如上述混合动力有轨电车电制动功率分配方法的步骤。

本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现如上述混合动力有轨电车电制动功率分配方法的步骤。

以上对本发明实施例所提供的一种混合动力有轨电车电制动功率分配方法、装置和计算机可读存储介质进行了详细介绍。说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(RAM)、内存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。