一種有軌電車大功率充電設備的制作方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種有軌電車大功率充電設備，包括整流變壓器(1)、充電裝置柜(2)、輸出隔離柜(3)、主控制系統(tǒng)(4)和車輛位置監(jiān)測裝置(5)，整流變壓器、充電裝置柜和輸出隔離柜依次電連接。整流變壓器把從高壓供電網(wǎng)輸入的交流電壓變換為適用于充電裝置柜的輸入電壓；充電裝置柜包括N組整流充電功率單元(21、22、……、2N)，這些整流充電功率單元并聯(lián)連接并且與輸出隔離柜(3)連接，其中，N≥1，每個整流充電功率單元(21、22、……、2N)由保護電路(211)、功率電路(212)和控制系統(tǒng)(213)組成；輸出隔離柜用于把充電裝置柜產(chǎn)生的充電電流或充電功率輸出至有軌電車以及實現(xiàn)有軌電車上下行充電切換；主控制系統(tǒng)分別與整流變壓器、充電裝置柜、輸出隔離柜和車輛位置監(jiān)測裝置信號連接和通訊連接。該充電設備能根據(jù)超級電容儲能裝置運行狀態(tài)自動調(diào)節(jié)以實現(xiàn)快速安全充電。
【專利說明】一種有軌電車大功率充電設備
【技術(shù)領域】
[0001 ] 本實用新型涉及一種基于新型超級電容的有軌電車大功率充電設備。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著城市軌道交通及新型儲能器件超級電容技術(shù)的發(fā)展，以超級電容儲能有軌汽車為代表的新一代節(jié)能與環(huán)保有軌電車是城市軌道交通發(fā)展的必然趨勢已經(jīng)成為普遍共識。充電設備為有軌電車的超級電容儲能裝置提供能量補給，是新型有軌電車的重要基礎支撐系統(tǒng)。大功率充電技術(shù)的發(fā)展對有軌電車的發(fā)展具有決定性的影響。
[0003]有軌電車使用電力驅(qū)動屬于綠色交通，現(xiàn)有有軌電車主要采取架空線網(wǎng)提供電力，但是供電的架空線網(wǎng)在一些特定的環(huán)境對景觀帶來影響、在線路規(guī)劃時受到制約。新型的超級電容有軌電車采取無架空線網(wǎng)供電方案，通過車載超級儲能裝置為有軌電車提供能量；在有軌電車線路上各車站設置充電設備，利用有軌電車停站乘客上下車時間，通過充電設備為車載超級電容儲能裝置提供快速充電，因此需要充電功率大、充電時間短的有軌電車大功率充電設備。
實用新型內(nèi)容
[0004]本實用新型的目的是，提供一種基于新型超級電容的有軌電車大功率充電設備，采用可控整流及DC/DC變換技術(shù)、通過恒流、恒功等充電模式為新型超級電容有軌電車提供快速充電，提供能 量補給。
[0005]為了實現(xiàn)上述目的，本實用新型提供如下技術(shù)方案:
[0006]一種基于新型超級電容的有軌電車大功率充電設備，該有軌電車大功率充電設備包括:整流變壓器、充電裝置柜、輸出隔離柜、主控制系統(tǒng)及車輛位置監(jiān)測裝置，所述整流變壓器、充電裝置柜和輸出隔離柜依次電連接，其中，整流變壓器用于把從高壓供電網(wǎng)輸入的交流電壓變換為適用于充電裝置柜的輸入電壓；充電裝置柜包括N組整流充電功率單元(21、22、……、2N)，這些整流充電功率單元并聯(lián)連接并且與輸出隔離柜(3)連接，其中，N≥1，每個整流充電功率單元(21、22、……、2N)由保護電路(211)、功率電路(212)和控制系統(tǒng)(213)組成；輸出隔離柜用于把充電裝置柜產(chǎn)生的充電電流或充電功率輸出至有軌電車以及實現(xiàn)有軌電車上、下行充電切換；所述主控制系統(tǒng)分別與整流變壓器、充電裝置柜、輸出隔離柜和車輛位置監(jiān)測裝置信號連接和通訊連接，包括可編程邏輯控制器PLC (41)和主控板(42)，PLC(41)與主控板(42)通訊連接，其中，主控板(42)用于采集車載超級電容儲能裝置狀態(tài)信息及車輛位置監(jiān)測裝置信息并進行邏輯判定計算、然后經(jīng)由PLC(41)向輸出隔離柜(3)發(fā)送開通與關斷開關信號以便向有軌電車上的車載超級電容儲能裝置進行充電。該充電設備的主控制系統(tǒng)根據(jù)采集到的車載超級電容儲能裝置的狀態(tài)信息，自動調(diào)整相適應的充電電流或充電功率。
[0007]在本實用新型中，整流變壓器的初級繞組接高壓公用電網(wǎng)，該變壓器的次級繞組有N組三相交流輸出繞組，每組繞組的三相交流輸出至相應的充電裝置柜內(nèi)整流充電單元為整流充電單元提供交流電源。
[0008]優(yōu)選地，整流充電功率單元的功率電路包括依次電連接的預充電及輸入開關、三相全橋PWM整流器、中間級三相交錯關聯(lián)DC/DC電路和后級三相交錯并聯(lián)DC/DC電路，其中，每級DC/DC電路均采用M相交錯關聯(lián)DC/DC電路，其中，M > 2。
[0009]優(yōu)選地，三相全橋PWM整流器用于把從整流變壓器輸入的電壓通過PWM整流控制而產(chǎn)生適合于中間級三相交錯并聯(lián)DC/DC電路的輸入電壓，該中間級三相交錯并聯(lián)DC/DC電路用于把從三相全橋PWM整流器產(chǎn)生的輸出電壓變換成后級三相交錯并聯(lián)DC/DC電路所需的輸入電壓，該后級三相交錯并聯(lián)DC/DC電路用于通過恒流或恒功控制來輸出車載超級電容儲能裝置所需的充電電流或充電功率，其中，中間級M相交錯并聯(lián)DC/DC電路用于控制輸出合適的充電電壓，后級M相交錯并聯(lián)DC/DC電路用于控制輸出所需的充電電流或充電功率。
[0010]優(yōu)選地，輸出隔尚柜包括兩路輸出隔尚電路，每路均米用電子開關與電動機械開關結(jié)合的方式，實現(xiàn)快速充電輸出及有軌電車上、下行充電切換，其中，每路輸出隔離電路由電子開關與電動機械開關、繼電保護電路和車載超級電容運行狀態(tài)檢測電路連接組成，各路輸出隔離電路之間設置電氣互鎖，每路輸出隔離電路把充電裝置柜產(chǎn)生的充電電流或充電功率輸出至充電接觸網(wǎng)為有軌電車車載超級電容提供充電能量補給。
[0011]優(yōu)選地，充電設備和有軌電車分別配有彼此通訊的無線通訊裝置，用于將充電設備的狀態(tài)信息發(fā)送到上一站即將離站有軌電車的無線通訊裝置接收顯示端上，以使車上操作人員能隨時掌握下一個站臺的充電設備的狀態(tài)信息。
[0012]優(yōu)選地，車輛位置監(jiān)測裝置設計為車輪位置監(jiān)測裝置，用于監(jiān)測有軌電車進站、停站、離站的位置及運行速度、方向有關信息，為充電設備提供執(zhí)行充電功能的信號，該車輪位置監(jiān)測裝置包括車輪傳感器、MC評估板和采集計算系統(tǒng)，其中，MC評估板安裝于充電設備的主控制系統(tǒng)內(nèi)，車輪傳感器安裝于車站鋼軌上、通過電纜與MC評估板連接，以及，車輪傳感器發(fā)送信號至MC評估板，MC評估板為車輪傳感器供電并進行波形的轉(zhuǎn)換和為計算系統(tǒng)提供包括系統(tǒng)脈沖、方向脈沖和輪軸計數(shù)在內(nèi)的信息，計算系統(tǒng)根據(jù)接收到的脈沖信息進行計算處理，以確定車輛的位置。
[0013]本實用新型的有益效果是，本實用新型的充電設備具有為有軌電車車載超級電容儲能裝置進行快速、安全、自動充滿電的能力，能根據(jù)車輛位置檢測裝置實現(xiàn)移動充電的能力；能根據(jù)采集檢測到的有軌電車車載超級電容運行狀態(tài)來動態(tài)調(diào)節(jié)充電電流或電壓參數(shù)，執(zhí)行相應的動作，完成充電過程。
[0014]本實用新型可使實現(xiàn)有軌電車在固定充電車站或車場進行充電，充電系統(tǒng)的位置和規(guī)?？扇我膺x擇，滿足有軌電車快速充電，推動有軌電車的普及。本實用新型的充電設備不僅能用在全新的無架空線有軌電車系統(tǒng)上，也能用于對老式架空電線有軌電車進行改造。
[0015]本實用新型的充電設備在輸入側(cè)具有高功率因數(shù)、低諧波能力，在輸出側(cè)具有輸出充電電壓和電流可調(diào)、穩(wěn)壓穩(wěn)流精度高的能力；充電模式具有多種模式可選，能根據(jù)車載超級電容儲能裝置的運行狀態(tài)自動調(diào)節(jié)以最優(yōu)充電參數(shù)實現(xiàn)快速、安全充電。
【專利附圖】

【附圖說明】[0016]以下結(jié)合附圖借助實施例對本實用新型進行詳細說明。附圖中:
[0017]圖1是根據(jù)本實用新型的基于新型超級電容的有軌電車大功率充電設備的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018]圖2是根據(jù)本實用新型的充電設備的充電裝置柜的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019]圖3是根據(jù)本實用新型的充電設備的整流充電功率單元的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020]圖4是根據(jù)本實用新型的充電設備的整流充電功率單元功率電路的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021]圖5是根據(jù)本實用新型的充電設備的整流充電功率單元功率電路的電路原理示意圖；
[0022]圖6是根據(jù)本實用新型的充電設備的輸出隔離柜的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023]圖7是根據(jù)本實用新型的充電設備的整流充電功率單元的控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024]圖8是根據(jù)本實用新型的充電設備的充電裝置柜的主控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0025]圖9是根據(jù)本實用新型的充電設備的有軌電車位置監(jiān)測裝置的結(jié)構(gòu)、測速示意圖；
[0026]圖10是根據(jù)本實用新型的充電設備的監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0027]圖1示出根據(jù)本實用新型的基于新型超級電容的有軌電車大功率充電設備的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖1所示，根據(jù)本實用新型的充電設備包括整流變壓器1、充電裝置柜2、輸出隔離柜3、主控制系統(tǒng)4及車輛位置監(jiān)測裝置5 ;其中，所述整流變壓器1、充電裝置柜2和輸出隔離柜3依次電連接，其中，整流變壓器I用于把從高壓供電網(wǎng)輸入的交流電壓變換為適用于充電裝置柜2的輸入電壓；充電裝置柜2用于從整流變壓器I輸入的輸入電壓產(chǎn)生有軌電車車載超級電容儲能裝置所需要的充電電流或充電功率；輸出隔離柜3用于把充電裝置柜2產(chǎn)生的充電電流或充電功率輸出至有軌電車以及實現(xiàn)有軌電車上、下行充電切換；所述主控制系統(tǒng)4分別與整流變壓器1、充電裝置柜2、輸出隔離柜3和車輛位置監(jiān)測裝置5信號連接和通訊連接，用于控制充電設備的啟動、停止和根據(jù)由車輛位置監(jiān)測裝置提供的車輛位置信號來控制充電設備對有軌電車充電的啟動和停止。其中，該充電裝置柜2產(chǎn)生的充電電流或充電功率通過輸出隔離柜3輸出至充電接觸網(wǎng)為有軌電車充電。在本實用新型中，整流變壓器I與高壓交流電網(wǎng)連接，提供或輸出例如690V的交流電。
[0028]圖2示出根據(jù)本實用新型的充電設備的充電裝置柜的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3示出根據(jù)本實用新型的充電設備的整流充電功率單元的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖2和圖3所示，充電裝置柜2包括N組整流充電功率單元21、22、……、2N，這些整流充電功率單元并聯(lián)連接并且與輸出隔離柜3連接，其中，N≥1，每個整流充電功率單元21、22、……、2N由保護電路211、功率電路212和控制系統(tǒng)213組成。其中，保護電路211用于對輸入電壓、電流，直流母線電壓、電流，中間級輸出電壓，后級輸出電壓、電流進行采樣測量，通過控制系統(tǒng)213進行綜合判定是否超出保護限值，以保護功率電路?？刂葡到y(tǒng)213用于采集整流充電功率單元的各模擬量，實現(xiàn)數(shù)據(jù)處理和核心控制算法，包括三相全橋PWM整流器電壓外環(huán)、電流內(nèi)環(huán)雙閉環(huán)控制控制、中間級交錯DC/DC電壓環(huán)控制、后級電流內(nèi)環(huán)、功率外環(huán)等控制算法及SVPWM或SPWM調(diào)制算法等控制處理，生成PWM驅(qū)動脈沖、外設控制及故障綜合處理邏輯判定。[0029]圖4示出根據(jù)本實用新型的充電設備的整流充電功率單元功率電路的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖4所示，本實用新型所述的整流充電功率單元功率電路212包括依次電連接的預充電及輸入開關電路2121、三相全橋PWM整流電路2122、中間級三相交錯關聯(lián)DC/DC電路2123和后級三相交錯并聯(lián)DC/DC電路2124，其中，每級DC/DC電路均采用M相交錯關聯(lián)DC/DC電路，其中，M ^ 2。預充電及輸入開關電路采用電阻限流抑制上電時的電流沖擊保護整流開關器件。輸入側(cè)采用三相全橋PWM整流器，可實現(xiàn)高功率因數(shù)和低諧波，采用兩級級聯(lián)N相交錯DC/DC電路，可實現(xiàn)低紋波輸出充電電流和充電電壓。三相全橋PWM整流器2122用于把從整流變壓器I輸入的電壓通過PWM整流控制而產(chǎn)生適合于中間級三相交錯并聯(lián)DC/DC電路的輸入電壓，該中間級三相交錯并聯(lián)DC/DC電路用于把從三相全橋PWM整流器產(chǎn)生的輸出電壓變換成后級三相交錯并聯(lián)DC/DC電路所需的輸入電壓，該后級三相交錯并聯(lián)DC/DC電路通過恒流或恒功控制來輸出車載超級電容儲能裝置所需的充電電流或充電功率，其中，中間級M相交錯并聯(lián)DC/DC電路用于控制輸出所需的可變的充電電壓，后級M相交錯并聯(lián)DC/DC電路用于控制輸出所需的充電電流或充電功率。
[0030]圖5示出根據(jù)本實用新型的充電設備的整流充電功率單元功率電路的電路原理示意圖。如圖5所示，輸入690V AC/50HZ電壓波動范圍± 10%，經(jīng)過斷路器、快速熔斷器、接觸器、預充電電路后，送至三相全橋PWM整流電路，經(jīng)中間級三相交錯并聯(lián)DC/DC電路輸出直流電，送至后級三相交錯并聯(lián)DC/DC電路，然后輸出充電所需電流和電壓。整流充電功率單元具有輸入過壓、輸入欠壓、輸入過流、輸出過流、輸出過壓、IGBT故障等故障檢測、快速保護功能等。由主控制系統(tǒng)提供AC220V交流電壓為整流充電功率單元控制系統(tǒng)內(nèi)開關電源使用，再由開關電源輸出為各個控制板提供電源。電壓和電流的采集采用霍爾傳感器。在本實用新型中整流充電功率單元放置一個獨立的機柜中。在本實用新型中，整流充電功率單元的功率電路由預充電及輸入開關電路、三相全橋PWM整流電路、中間級三相交錯并聯(lián)DC/DC電路、后級三相交錯并聯(lián)DC/DC電路依次連接組成，其中，預充電及輸入開關電路采用預充電電阻、預充電接觸器與主接觸器相互切換，三相全橋PWM整流電路、中間級三相交錯并聯(lián)DC/DC電路、后 級三相交錯并聯(lián)DC/DC電路均采用電力電子可控型開關器件(如IGBT、IGCT 等)。
[0031]如圖6所不，輸出隔尚柜3包括兩路輸出隔尚電路,米用電子開關SCR1、SCR2與電動機械開關K1、K2結(jié)合的方式,相互之間設有電氣互鎖,實現(xiàn)快速充電輸出及有軌電車上、下行充電切換，其中，輸出隔離電路由電子開關SCRl、SCR2與電動機械開關Kl、Κ2、繼電保護電路和車載超級電容運行狀態(tài)檢測電路(未示出)連接組成。各路輸出隔離電路之間設置電氣互鎖；電氣互鎖采用多重互鎖以確保上、下行不能同時充電，其中，電動機械開關通過在合閘回路上串接對方的常閉接點實現(xiàn)互鎖，同時兩個電動機械開關合閘接觸器之間加裝互鎖機構(gòu)；電子開關互鎖通過控制硬件電路互鎖光纖驅(qū)動信號，當其中有一路有光時，另一路被拉低鎖定是無光。每路輸出隔離電路把充電裝置柜產(chǎn)生的充電電流或充電功率輸出至充電接觸網(wǎng)為有軌電車車載超級電容提供充電能量補給。
[0032]圖7示出根據(jù)本實用新型的充電設備的整流充電功率單元的控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖7所示，整流充電功率單元控制系統(tǒng)213是由DSP2131、FPGA2132、PWM驅(qū)動脈沖2133、故障狀態(tài)反饋2134、精密電阻網(wǎng)絡2135組成；該控制系統(tǒng)通過DSP的485總線與主控制系統(tǒng)4的PLC連接。整流充電功率單元控制系統(tǒng)通過精密電阻網(wǎng)絡及DSP內(nèi)部AD采樣實現(xiàn)對充電裝置模擬量的采樣，DSP與FPGA之間通過地址總線、數(shù)據(jù)總線和控制信號線進行鏈接。DSP主要實現(xiàn)數(shù)據(jù)處理，核心控制算法，包括三相全橋PWM整流器電壓外環(huán)、電流內(nèi)環(huán)雙閉環(huán)控制控制、中間級交錯DC/DC電壓環(huán)控制、后級電流內(nèi)環(huán)、功率外環(huán)等控制算法及SVPWM或SPWM調(diào)制算法等控制處理，F(xiàn)PGA主要實現(xiàn)PWM驅(qū)動脈沖生成、外設控制、故障綜合處理邏輯判定。
[0033]圖8示出根據(jù)本實用新型的充電設備的充電裝置柜的主控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖8所示，主控制系統(tǒng)4包括可編程邏輯控制器PLC41和主控板42，PLC41與主控板42通訊連接，其中，主控板42用于采集車載超級電容儲能裝置狀態(tài)信息及車輛位置監(jiān)測裝置信息并進行邏輯判定計算、然后經(jīng)由PLC41向輸出隔離柜3發(fā)送開通與關斷開關信號以便向有軌電車上的車載超級電容儲能裝置進行充電。充電設備設有人機交互界面43、遠程監(jiān)控系統(tǒng)6和車載無線發(fā)送模塊7 ;其中，PLC41與人機交互界面43、遠程監(jiān)控系統(tǒng)6、車載無線發(fā)送模塊7、整流充電功率單元的控制系統(tǒng)213通訊連接，PLC向人機交互界面、遠程監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)送充電設備反饋的狀態(tài)信息和從其接收充電設備的控制指令、參數(shù)，PLC向車載無線發(fā)送模塊發(fā)送充電設備的運行狀態(tài)信息，PLC向整流充電功率單元的控制系統(tǒng)發(fā)送控制指令、參數(shù)和接收其反饋的狀態(tài)信息，同時還接收整流變壓器I的故障狀態(tài)反饋。其中，遠程監(jiān)控系統(tǒng)6安裝于車站調(diào)度監(jiān)控室，充電設備主控系統(tǒng)的PLC通過光纖以太網(wǎng)與遠程監(jiān)控系統(tǒng)連接，車載無線發(fā)送模塊7安裝于充電設備主控系統(tǒng)內(nèi)，充電設備主控系統(tǒng)的PLC通過以太網(wǎng)與車載無線發(fā)送模塊連接，車載無線發(fā)送模塊接收端安裝于有軌電車上。主控制系統(tǒng)4的PLC41采用西門子S7-300系列，人機交互界面43采用工業(yè)控制計算機，可實時動態(tài)地監(jiān)測顯示充電設備的運行狀態(tài)和運行參數(shù)以及顯示各種故障類型、故障發(fā)生時間并且對故障進行存盤記憶和打印記錄。充電設備和有軌電車分別配有彼此通訊的無線通訊裝置，用于將充電設備的狀態(tài)信息發(fā)送到上一站即將離站有軌電車的無線通訊裝置接收顯示端上，以使車上操作人員能隨時掌握下一個站臺的充電設備的狀態(tài)信息。
[0034]本實用新型的充電裝置柜是基于新型超級電容充電設備的核心，由整流變壓器提供例如690V的交流電源，經(jīng)過快速保護、預充電電路后，送至三相全橋PWM整流器整流出所需直流電壓，經(jīng)中間級三相交錯關聯(lián)DC/DC電路輸出所需直流電壓，送至后級三相交錯并聯(lián)DC/DC電路輸出所需充電電壓和電流；由整流充電功率單元控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)輸出充電電流或輸出充電功率，使功率電路能夠根據(jù)車載儲能超級電容的需求來輸出不同的充電電流或充電功率；整流充電功率單元控制系統(tǒng)能自動根據(jù)采集到的車載超級電容的信息來決定使用合適的充電參數(shù)和充電模式，也可接收主控制系統(tǒng)傳來的充電參數(shù)和充電模式，根據(jù)電壓、電流信息對整流充電輸出的充電電壓和電流進行相應的調(diào)整處理，并調(diào)整功率電路的輸出充電特性，使功率電路能夠根據(jù)不同超級電容當前儲能狀態(tài)的需求輸出不同的充電功率或電流為超級電容充電。
[0035]本實用新型的主控制系統(tǒng)是以可編程邏輯控制器PLC為核心，通過485總線與各整流充電功率單元控制系統(tǒng)、主控板通訊連接，通過MPI通訊接口與人機交互界面通訊連接，通過以太網(wǎng)模塊與遠程監(jiān)控系統(tǒng)和車載無線發(fā)送模塊通訊，通過I/O接口與整流變壓器、充電裝置柜和輸出隔離柜連接，協(xié)調(diào)控制和保護與之相連接的設備。
[0036]圖9示出根據(jù)本實用新型的充電設備的有軌電車位置監(jiān)測裝置的結(jié)構(gòu)、測速示意圖。如圖9所示，本實用新型的車輛位置監(jiān)測裝置設計為車輪位置監(jiān)測裝置，用于監(jiān)測有軌電車進站、停站、離站的位置及運行速度、方向有關信息，為充電設備提供執(zhí)行充電功能的信號，該車輪位置監(jiān)測裝置包括車輪傳感器51、IMC評估板52及采集計算系統(tǒng)(未示出)，其中，MC評估板52安裝于充電設備主控系統(tǒng)內(nèi)，車輪傳感器51安裝于車站鋼軌61上，通過電纜與頂C評估控制板52連接。車輪傳感器發(fā)送信號至MC評估板，IMC評估板為車輪傳感器供電并進行波形的轉(zhuǎn)換，為計算系統(tǒng)提供系統(tǒng)脈沖、方向脈沖，輪軸計數(shù)等信息，計算系統(tǒng)根據(jù)接收到的脈沖信息進行計算處理，以確定車輛的位置。車輪傳感器51包括三個傳感器511、512和513，通過第一傳感器511判定有軌電車進站及進站速度，以確定有軌電車是否進行移動充電；通過第二傳感器512判定有軌電車停車，以便進行靜態(tài)充電；通過第三傳感器513表示判定有軌電車離站，以便切除充電設備與供電網(wǎng)的連接。在本實用新型中，傳感器的安裝距離根據(jù)實際情況進行調(diào)整。圖9所示的是有軌電車上行線車輪傳感器的位置說明。對于車輛下行線，車輪傳感器是安裝于鋼軌62上，與上述相同。
[0037]車輛位置監(jiān)測裝置用于監(jiān)測上、下行有軌電車的位置、運行速度及方向等，其中，監(jiān)測到上、下行有軌電車同時進站，先執(zhí)行上行有軌電車充電功能，完成充電且離站后，切換至下行有軌電車充電；下行有軌電車正在充電過程中時，上行有軌電車進站，需等下行充電完成且離站后，再執(zhí)行上行有軌電車充電。當車輛位置監(jiān)測裝置監(jiān)測到有軌電車進站時同時判定運行速度小于可執(zhí)行移動充電功能時向主控制系統(tǒng)中的PLC發(fā)送可進行移動充電的信號，當監(jiān)測到有軌電車停站同時判定運行速度近似等于零時向主控制系統(tǒng)中的PLC發(fā)送可進行靜止充電的信號，當監(jiān)測到有軌電車離站同時判定運行速度大于規(guī)定的速度時向主控制系統(tǒng)中的PLC發(fā)送可切除與接觸網(wǎng)63連接的信號，根據(jù)該信號主控制系統(tǒng)中的PLC向輸出隔離柜發(fā)送開通關斷電子開關信號對車載超級電容儲能裝置進行移動充電、靜止充電、切除與接觸網(wǎng)連接。
[0038]圖10示出根據(jù)本實用新型的充電設備監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖10所示，本實用新型的充電設備監(jiān)控系統(tǒng)包括遠程監(jiān)控中心、N個充電設備本地監(jiān)控。整個監(jiān)控系統(tǒng)包括本地監(jiān)控和遠程監(jiān)控兩部分，遠程監(jiān)控中心與各充電設備采用光纖以太網(wǎng)連接進行通訊，遠程監(jiān)控系統(tǒng)6通過工業(yè)以太網(wǎng)系統(tǒng)或串口通訊接口與車站綜合自動化網(wǎng)絡聯(lián)網(wǎng)；本地充電設備、整流變流裝置和輸出隔離柜接入以太網(wǎng)與本地監(jiān)控進行通訊；本地監(jiān)控系統(tǒng)可以通過光纖以太網(wǎng)與多個上級監(jiān)控系統(tǒng)進行通信，實現(xiàn)分級和遠程監(jiān)控。這種結(jié)構(gòu)使系統(tǒng)具備較強的可伸縮性，可以滿足充電設施規(guī)模不斷擴容的要求；每個充電設備可以通過無線通訊方式將本站的充電數(shù)據(jù)和信息提前發(fā)送給進站車輛。
[0039]在本實用新型中，整流變壓器直接從高壓電網(wǎng)取電經(jīng)后送至充電裝置柜；充電裝置柜接收整流變壓器提供的交流電，經(jīng)過快速熔斷器保護電路、預充電及輸入開關電路后，經(jīng)三相全橋PWM整流器控制穩(wěn)定地輸出直流電，送至中間級三相交錯并聯(lián)DC/DC電路、濾波成穩(wěn)定的低紋波可變充電電壓，再經(jīng)后級三相交錯并聯(lián)DC/DC電路后輸出低紋波直流充電電流或充電功率；整流充電功率單元控制系統(tǒng)能自動根據(jù)采集到的車載超級電容的信息來決定使用合適的充電參數(shù)和充電模式，也可接收主控制系統(tǒng)傳來的充電參數(shù)和充電模式，根據(jù)電壓、電流信息對整流充電輸出充電電壓和電流進行相應的調(diào)整處理，并調(diào)整功率電路的輸出充電特性，使功率電路能夠根據(jù)不同超級電容當前儲能狀態(tài)的需求而輸出不同的充電功率或電流來為車載超級電容充電；主控制系統(tǒng)PLC將整流充電功率單元控制系統(tǒng)傳來的狀態(tài)信息匯總判定，根據(jù)不同級別保護值判定來保護整流充電功率單元；整流充電功率單元控制系統(tǒng)具有自動調(diào)節(jié)及保護功能，在故障時可自動切除退出運行；人機交互監(jiān)控界面與主控制系統(tǒng)PLC連接，提供信息顯示、參數(shù)設定、手動控制功能；主控制系統(tǒng)PLC同時配合以太網(wǎng)通訊接口可與遠程監(jiān)控系統(tǒng)連接，提供信息顯示、手動控制功能；主控制系統(tǒng)配合無線發(fā)送接口，可把充電設備的狀態(tài)信息，傳送至有軌電車車載接收口進行信息顯示。
【權(quán)利要求】
1.一種基于超級電容的有軌電車大功率充電設備，包括:整流變壓器(1)、充電裝置柜(2)、輸出隔離柜(3)、主控制系統(tǒng)(4)和車輛位置監(jiān)測裝置(5)，所述整流變壓器(1)、充電裝置柜⑵和輸出隔離柜⑶依次電連接，其中，整流變壓器⑴用于把從高壓供電網(wǎng)輸入的交流電壓變換為適用于充電裝置柜(2)的輸入電壓；充電裝置柜(2)包括N組整流充電功率單元(21、22、……、2N)，這些整流充電功率單元并聯(lián)連接并且與輸出隔離柜(3)連接，其中，N≥1，每個整流充電功率單元(21、22、……、2N)由保護電路(211)、功率電路(212)和控制系統(tǒng)(213)組成；輸出隔離柜(3)用于把充電裝置柜(2)產(chǎn)生的充電電流或充電功率輸出至有軌電車以及實現(xiàn)有軌電車上、下行充電切換；所述主控制系統(tǒng)(4)分別與整流變壓器⑴、充電裝置柜⑵、輸出隔離柜⑶、車輛位置監(jiān)測裝置(5)信號連接和通訊連接，包括可編程邏輯控制器PLC(41)和主控板(42)，PLC(41)與主控板(42)通訊連接，其中，主控板(42)用于采集車載超級電容儲能裝置狀態(tài)信息及車輛位置監(jiān)測裝置信息并進行邏輯判定計算、然后經(jīng)由PLC(41)向輸出隔離柜(3)發(fā)送開通與關斷開關信號以便向有軌電車上的車載超級電容儲能裝置進行充電。
2.按照權(quán)利要求1所述充電設備，其特征在于，所述整流充電功率單元(21、22、……、2N)的功率電路(212)包括依次電連接的預充電及輸入開關電路(2121)、三相全橋PWM整流器(2122)、中間級三相交錯關聯(lián)DC/DC電路(2123)和后級三相交錯并聯(lián)DC/DC電路(2124)，其中，每級DC/DC電路均采用M相交錯關聯(lián)DC/DC電路，其中，M≥2。
3.按照權(quán)利要求2所述的充電設備，其特征在于，三相全橋PWM整流器(2122)用于把從整流變壓器(1) 輸入的電壓通過PWM整流控制而產(chǎn)生適合于中間級三相交錯并聯(lián)DC/DC電路的輸入電壓，該中間級三相交錯并聯(lián)DC/DC電路用于把從三相全橋PWM整流器產(chǎn)生的輸出電壓變換成后級三相交錯并聯(lián)DC/DC電路所需的輸入電壓，該后級三相交錯并聯(lián)DC/DC電路通過恒流或恒功控制來輸出車載超級電容儲能裝置所需的充電電流或充電功率，其中，中間級M相交錯并聯(lián)DC/DC電路用于控制輸出所需的可變的充電電壓，后級M相交錯并聯(lián)DC/DC電路用于控制輸出所需的充電電流或充電功率。
4.按照權(quán)利要求1所述的充電設備，其特征在于，輸出隔離柜(3)包括兩路輸出隔離電路，每路均采用電子開關與電動機械開關結(jié)合的方式，實現(xiàn)快速充電輸出及有軌電車上、下行充電切換，其中，每路輸出隔尚電路由電子開關(SCR1、SCR2)與電動機械開關(K1、K2)、繼電保護電路和車載超級電容運行狀態(tài)檢測電路連接組成，各路輸出隔離電路之間設置電氣互鎖，每路輸出隔離電路把充電裝置柜產(chǎn)生的充電電流或充電功率輸出至充電接觸網(wǎng)為有軌電車車載超級電容提供充電能量補給。
5.按照權(quán)利要求4所述的充電設備，其特征在于，充電設備和有軌電車分別配有彼此通訊的無線通訊裝置，用于將充電設備的狀態(tài)信息發(fā)送到上一站即將離站有軌電車的無線通訊裝置接收顯示端上，以使車上操作人員能隨時掌握下一個站臺的充電設備的狀態(tài)信肩、O
6.按照權(quán)利要求1或5所述的充電設備，其特征在于，車輛位置監(jiān)測裝置(5)設計為車輪位置監(jiān)測裝置，用于監(jiān)測有軌電車進站、停站、離站的位置及運行速度、方向有關信息，為充電設備提供執(zhí)行充電功能的信號，該車輪位置監(jiān)測裝置包括車輪傳感器(51)、IMC評估板(52)和采集計算系統(tǒng)，其中，IMC評估板(52)安裝于充電設備的主控制系統(tǒng)(4)內(nèi)，車輪傳感器(51)通過夾具安裝于車站鋼軌(61、62)上、通過電纜與MC評估板(52)連接，以及，車輪傳感器(51)發(fā)送信號至IMC評估板(52)，IMC評估板(52)為車輪傳感器(51)供電并進行波形的轉(zhuǎn)換和為計算系統(tǒng)提供包括系統(tǒng)脈沖、方向脈沖和輪軸計數(shù)在內(nèi)的信息，計算系統(tǒng)根據(jù)接收到的脈沖信息進行計算處理，以確定車輛的位置。
7.按照權(quán)利要求6所述的充電設備，其特征在于，所述車輪傳感器(51)包括三個傳感器(511、512、513)，其中，通過第一傳感器(511)判定有軌電車進站及進站速度，以確定有軌電車是否進行移動充電；通過第二傳感器(512)判定有軌電車停車，以便進行靜態(tài)充電；通過第三傳感器(513) 表示判定有軌電車離站，以便切除充電設備與接觸網(wǎng)(63)的連接。
【文檔編號】H02J7/02GK203800679SQ201320718151
【公開日】2014年8月27日 申請日期:2013年11月14日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月14日
【發(fā)明者】藍治茂, 程任, 閆廣華, 任龍, 楊峰, 高豐年, 王建非, 張慧, 宋倩, 張新秒, 程若曦, 蘭英元, 陳淑敏 申請人:北京先行電氣有限公司