[发明专利]用于电力供电往返列车的组合式同步及异步动力供应

说明书

相关申请的引用

[段落1]本申请要求于2011年4月18日提交的美国临时专利申请序号61/476,385的优先权，该申请具有与本申请相同的标题，其披露内容通过引用被结合在此。本申请是与2010年8月8日提交、标题为公用标准电能存储系统“UTILITY SCALE ELECTRIC ENERGY STORAGE SYSTEM”、与本申请具有共同受让人、序列号为12/852,504的申请共同未决，该申请的披露内容如全部阐述地通过引用被结合在此。

发明背景

[段落2]本发明是在用于电力供电铁路的电气化系统技术领域的情况。更具体地讲，本发明是在带有分段式动力供应轨的轨道系统上用于控制电力供电往返列车的组合式同步及异步动力供应模块。

[段落3]常规电气化铁路不是出于将电网电能存储以在交替消耗时间上使用的大规模能量存储目的而实施的。然而，可以实现一种用于大规模能量存储的有效装置，这是通过构建一种电气化钢轨网络来实现的，该钢轨网络使用了在封闭的低摩擦自动化钢轨网络上运行的再生性牵引驱动往返列车，以用于在处于不同高度的两个堆料场之间运输重型的集装箱大小的质量，从而按照需要来将电能转换成势能和转换回电功率。在这样一种系统中，当电网上可获得过量能量时，将质量从较低的堆料场上行运输，从而从电网吸取电能来在往返列车抵抗重力将质量移动到较高的堆料场时对往返列车的电动机供以动力；当电网需要能量来满足高需求时段时，可以将这个过程反向，这些往返列车将质量返回至较低的堆料场，往返列车的发电机以高效的方法将质量的势能转换成电能。

[段落4]本发明旨在通过减少成本并且提高对于在这样一种系统上运行的电气化列车的速度进行管理的电功率频率控制所必须的功率转换设备的适用性和有效性来促进电气化铁道在能量存储方面的用途。

[段落5]在常规交流电电气化铁道中，提供给机车的功率在该系统上具有一致的电压和频率。列车的速度控制总体上是借助车载整流器/换流器组实现的，该整流器/换流器组感应机车驱动电动机的转速并且以正确的交流电频率将功率提供给电动机以便用设定的速度或速度变化率来驱动列车。在这种情形中，每台机车需要具有车载功率转换设备，该设备能够使轨道侧的交流电整流成车载直流电，然后又被换流成具有这些驱动电动机所需频率的交流电。这种车载功率转换设备的成本是机车成本中的重要部分，并且与对列车的牵引驱动器的电流进行整流和换流相关联的电能损失是显著的。在出于电能存储的目的而部署电气化铁道的情况下，在这种系统中使用的车载整流器/换流器单元必须是有公用电网互连认证的。满足这些认证要求的电力设备是远远贵于一般机车功率转换系统的。

[段落6]因此令人希望的是减少为一种电网互连认证为能量存储系统的认证的电气化铁道供以动力所需的整流器/换流器功率转换单元的使用、数量和容量。

发明概述

[段落7]在此披露的多个实施例提供了一种用于电力供电往返列车的动力供应及控制系统，该系统结合了具有一台电动机和一台发电机的至少一列往返列车。多个第一轨道段具有相关联的多个同步功率模块，这些同步功率模块经过可连接至该电动机或发电机的多个动力供应轨段而与一个电网同步地进行功率交换。多个第二轨道段具有相关联的多个可变频率功率模块，这些可变频率功率模块经过可连接至该电动机或发电机的多个第二动力供应轨段来进行功率交换。多个隔离段使邻近的动力供应轨段分开。与这些可变频率功率模块互连的一个控制系统基于该往返列车的位置来控制每个可变频率功率模块的频率。

附图简要说明

[段落8]图1是作为电能存储设施部署的、带传统车载功率转换设备的电气铁道的透视图。

[段落9]图2是作为电能存储设施部署的、带多段可变频率存储轨道的电气铁道的透视图，该多段可变频率存储轨道由轨道侧功率转换模块供以动力、连接至多段固定频率主轨道上；

[段落10]图3是用于对可变频率轨道段供以动力的一个可变频率轨道侧功率转换模块的示意图；

[段落11]图4是用于对主互连轨道段的直接同步供以动力的一个直接同步轨道侧动力供应模块的示意图；

[段落12]图5是3轨的轨道侧动力供应系统的详细视图；

[段落13]图6是3轨的轨道侧动力供应系统的一个隔离段的详细视图；

发明详细说明