能量测量系统 - 如何设计车载能量测量系统促进环境保护

 

　　能量测量系统（EMS）的3个主要功能块详见第2-4节，它们需要处理列车拟定运行的所有牵引系统。系统核心是第2部分讲述的能量测量功能（EMF），它测量电流和电压，并计算能耗。EMF包括3部分：

　　——电压测量功能（VMF）

　　——电流测量功能（CMF）

　　——能量计算功能（ECF）

　　在铁路应用中，电流和电压测量以及能耗计算面临一个重大的工程挑战。驱动现代化列车需要消耗巨大电能，标准多制式货运列车超过6.4 MW，EMS必须符合精度标准，最终可能被普遍采用的标准是0.5 R（每个部件精确到0.5R1）。

　　铁路领域同时还面临环境挑战：任何EMF必须能够应对宽运行温度和强机械应力。系统必须能够防止灰尘和水进入－一些运营商规定外壳必须达到IP65。温度波动可能较大，设计者必须考虑有可能形成冷凝。

　　在如此高的电源电压下，VMF面临的关键挑战是确保充分隔离。该传感器表现出良好的共模性能－测量2根导体间的实际电压差并忽略任何普通对地电压失调。

　　CMF的开发也非常有挑战性，因为大电流测量精度很难达到0.5R。最常用的电流传感器技术－霍尔效应－不能达到需要精度。采用分流器可能是一种简单的替代方案，测量小电阻上的压降，从而能够通过欧姆定律计算电流。不过，这种方法存在固有缺陷，分流器消耗的电能会导致散热问题。

　　LEM公司开发的一种CMF传感器符合0.5R的精度要求。开发满足0.5R精度的CMF的难度说明了一个事实即ITC 4000是当前唯一一款精度可以达到这个规格的传感器。

　　ECF是一个复杂功能。在铁路领域中，电能计算比我们在学校学到的电压与电流的简单相乘更复杂。因此prEN 50463要求EMF计算无功和有功（实际）功率。

　　图2显示的LEM EM4T II（ 牵引能量表II）是如何实现EMF的很好例证。EM4T II从 CMF和VMF获取读数，也能连接到GPS 装置允许绘制带有位置数据负载曲线。GPS接口同样提供了高度准确的时钟信号用于时间冲压负载信息 。

　　

　　可以利用串行接口从EM4T II读取数据。从EM4T II内的数据处理系统中将数据提取出来然后通过通信网络传输到地面系统。EM4T II可以配置第2个接口，确保系统符合任何铁路运营商的特定要求。

　　本文提出车载能量测量和报告需要一个复杂系统，它不仅能计算能量，还能记录位置、时间戳数据并随后将信息传输到地面系统。虽然标准没有得到完全批准，但是精度符合0.5R这一挑战性规范的VMF和CMF组件已经推出。将它们与ECF部件结合起来，采用其他现成的GPS和通信产品就可能开发出符合prEN 50463要求的车载EMS。