BR102014019747A2 - sistema de alimentação de potência de carro ferroviário elétrico, dispositivo de alimentação de potência e dispositivo de armazenamento de potência - Google Patents

Abstract

sistema de alimentação de potência de carro ferroviário elétrico, dispositivo de alimentação de potência e dispositivo de armazenamento de potência. a presente invenção refere-se a um sistema de alimentação de potência de carro ferroviário elétrico em uma modalidade que inclui um dispositivo de armazenamento de potência, um retificador e uma fonte de alimentação de emergência. o dispositivo de armazenamento de potência é conectado a uma linha alimentadora para uma carro ferroviário elétrico. o retificador converte potência de corrente alternada de um primeiro sistema de potência em potência de corrente direta e supre a potência de corrente direta para a linha alimentadora. a fonte de alimentação de emergência supre potência de um segundo sistema de potência diferente do primeiro sistema de potência para a linha alimentadora.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "SISTEMA DE ALIMENTAÇÃO DE POTÊNCIA DE CARRO FERROVIÁRIO ELÉTRICO, DISPOSITIVO DE ALIMENTAÇÃO DE POTÊNCIA E DISPOSITIVO DE ARMAZENAMENTO DE POTÊNCIA". REFERÊNCIA CRUZADA A PEDIDOS RELACIONADOS [001] Este pedido está baseado e reivindica o benefício de prioridade do Pedido de Patente n- JP 2013-167820, depositado em 12 de agosto de 2013; do qual o conteúdo está incorporado ao presente documento a título de referência em sua totalidade.

CAMPO DA TÉCNICA [002] As modalidades descritas no presente documento se referem, em geral, a um sistema de alimentação de potência de carro ferroviário elétrico, um dispositivo de alimentação de potência e um dispositivo de armazenamento de potência.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO [003] Em um sistema de transporte tal como uma via férrea, um monotrilho ou similares que faz com que uma carro ferroviário elétrico viaje por um método de alimentação de corrente direta quando uma subestação de corrente direta que é a fonte de fonte de alimentação falha, a carro ferroviário elétrico que não pode mais receber potência se torna incapaz de viajar em algum caso. Portanto, para proteger a fonte de alimentação para viajar no caso de falha de potência ou similares, é sugerida uma tecnologia de montar um dispositivo de armazenamento de potência na carro ferroviário elétrico de modo que a carro ferroviário elétrico viaje pela potência do dispositivo de armazenamento de potência. [004] Por outro lado, uma tecnologia de fornecimento um dispositivo de armazenamento de potência em uma lateral de linha alimenta-dora de modo a mover a carro ferroviário elétrico à estação mais próxima ao suprir a potência do dispositivo de armazenamento de potên- cia à linha alimentadora quando a fonte de alimentação de corrente alternada não pode mais ser obtida, já foi praticamente usada. [005] No entanto, no caso da tecnologia anterior de montagem do dispositivo de armazenamento de potência na carro ferroviário elétrico, a carro ferroviário elétrico do monotrilho ou similares não podem ser indicados para ter espaço suficiente para montar o dispositivo de armazenamento de potência na mesma. Adicionalmente, montar o dispositivo de armazenamento de potência, que é um corpo de alta energia, na carro ferroviário elétrico resulta em um risco elevado tal como fogo. Em particular, no sistema de transporte tal como o monotrilho, também se corre um risco de partes falharem após o trabalho de reconstrução para montar o dispositivo de armazenamento de potência. [006] Adicionalmente, no caso da última tecnologia fornecer o dispositivo de armazenamento de potência na lateral de linha alimentadora, por exemplo, um dispositivo de armazenamento de potência de um tipo de acoplamento direto de linha de contato aérea é geralmente necessário para ter um número amplo de células em sequência, o que resulta em um aumento em tamanho do dispositivo inteiro de armazenamento de potência e em custo. Adicionalmente, ao levar em conta a queda de voltagem na linha alimentadora, o movimento do veículo por uma distância longa é difícil. [007] Perceba que no caso de um dispositivo de armazenamento de potência não do tipo de acoplamento direto de linha de contato aérea, mas de suprir potência à lateral de linha alimentadora através de um conversor, em que mais potência é consumida devido à perda de comunicação do conversor. Consequentemente, o dispositivo de armazenamento de potência, nesse caso, rapidamente diminui em quantidade de carga e, então, é impossível obter fonte de alimentação suficiente na falha de potência ou similares. Portanto, é concebível fazer com que o dispositivo de armazenamento de potência tenha uma grande capacidade, mas ocorre problema em termos de custo devido ao fato da necessidade de dispor de muitos dispositivos de armazenamento de potência com grande capacidade de uma maneira distribuída. [008] Assim, especialmente quando a carro ferroviário elétrico do tipo monotrilho para entre as estações, é extremamente difícil, por e-xemplo, para os passageiros andar para chegar à estação mais próxima. Logo, um aprimoramento adicional na tecnologia de alimentação de potência é requerido também em termos de segurança.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS [009] A Fig. 1 é um diagrama em bloco que ilustra a configuração de um sistema de alimentação de potência de carro ferroviário elétrico de acordo com uma primeira modalidade. [0010] A Fig. 2 é um diagrama em bloco que ilustra a configuração de um conversor em um dispositivo de armazenamento de potência incluído no sistema de alimentação de potência de carro ferroviário elétrico na Fig. 1. [0011] A Fig. 3 é um gráfico que ilustra a relação entre uma corrente de carga/descarga pelo dispositivo de armazenamento de potência na Fig. 2 e uma voltagem de linha alimentadora. [0012] A Fig. 4 é um gráfico que exemplifica o conteúdo de uma tabela de gerenciamento de carga/descarga incluída no conversor no dispositivo de armazenamento de potência na Fig. 2. [0013] A Fig. 5 é um diagrama em bloco que ilustra a configuração de um sistema de alimentação de potência de carro ferroviário elétrico de acordo com uma segunda modalidade. [0014] A Fig. 6 é um diagrama em bloco que ilustra a configuração de um sistema de alimentação de potência de carro ferroviário elétrico de acordo com uma terceira modalidade.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO [0015] Um sistema de alimentação de potência de carro ferroviário elétrico em uma modalidade inclui um dispositivo de armazenamento de potência, um retificador e uma fonte de alimentação de emergência. O dispositivo de armazenamento de potência é conectado a uma linha alimentadora para uma carro ferroviário elétrico. O retificador converte potência de corrente alternada de um primeiro sistema de potência para potência de corrente direta e supre a potência de corrente direta para a linha alimentadora. A fonte de alimentação de emergência supre potência de um segundo sistema de potência diferente do primeiro sistema de potência para a linha alimentadora. [0016] Doravante, modalidades serão descritas baseadas nos desenhos.

PRIMEIRA MODALIDADE [0017] Conforme ilustrado na Fig. 1, um sistema de alimentação de potência de carro ferroviário elétrico 10 nessa modalidade é um sistema de alimentação de potência de um tipo de alimentação de corrente direta que alimenta a potência de corrente direta para carros ferroviários elétricos 14 através de uma linha alimentadora 2 de uma via férrea, um monotrilho e assim por diante. O sistema de alimentação de potência de carro ferroviário elétrico 10 inclui um dispositivo de controle de alimentação (um dispositivo de alimentação de potência) 15, dispositivos de armazenamento de potências 20 e um dispositivo de monitoramento 25 que coletivamente controla o dispositivo de controle de alimentação 15 e os dispositivos de armazenamento de potência 20 conforme ilustrado na Fig. 1. [0018] O dispositivo de controle de alimentação 15 é instalado, por exemplo, a cada 5 km ou em cada estação da via férrea, monotrilho e assim por diante. Conforme ilustrado na Fig. 1, o dispositivo de controle de alimentação 15 inclui principalmente um disjuntor de corrente alternada 12, um transformador 7, um disjuntor de fonte de alimentação normal 6, uma fonte de alimentação de emergência 8 (uma fonte de alimentação de um segundo sistema de potência), um disjuntor de fonte de alimentação de emergência 22, um retificador 16, um disjuntor de corrente direta 23 como aparelhos de alimentação. [0019] O disjuntor de corrente alternada 12 eletricamente conecta ou desconecta uma fonte de alimentação de corrente alternada 9 que é uma fonte de alimentação comercial e o transformador 7 para/de um ao outro. A fonte de alimentação de corrente alternada supracitado 9 (uma fonte de alimentação de corrente alternada de um primeiro sistema de potência) é uma fonte de alimentação normal de um sistema de corrente alternada para alimentação de corrente direta. O transformador 7 varia a voltagem da fonte de alimentação de corrente alternada 9. O disjuntor de fonte de alimentação normal 6 eletricamente conecta ou desconecta o transformador 7 e o retificador 16 para/de um do outro. [0020] A fonte de alimentação de emergência 8 é, por exemplo, um gerador de turbina a gás ou um gerador a diesel. A fonte de alimentação de emergência 8 supre a potência do segundo sistema de potência diferente do primeiro sistema de potência (uma potência de corrente alternada da fonte de alimentação de corrente alternada 9) para a linha alimentadora 2. O disjuntor de fonte de alimentação de emergência 22 eletricamente conecta ou desconecta a fonte de alimentação de emergência 8 e o retificador 16 para/de um do outro. Perceba que um transformador para regulação de voltagem pode ser fornecido separadamente no estágio subsequente à fonte de alimentação de emergência 8 tal que a fonte de alimentação de emergência 8 e o retificador 16 estão conectados um ao outro através do transformador fornecido separadamente e do disjuntor de fonte de alimentação de emergência 22. [0021] O retificador 16 é, por exemplo, um retificador de diodo ou um conversor PWM e é um conversor CA/CD que converte corrente alternada em corrente direta. O retificador 16 converte a potência de corrente alternada do primeiro sistema de potência (a potência de corrente alternada da fonte de alimentação de corrente alternada 9) para potência de corrente direta e supre a potência de corrente direta para a linha alimentadora 2. O disjuntor de corrente direta 23 no dispositivo de controle de alimentação 15 eletricamente conecta ou desconecta o retificador 16 e a linha alimentadora 2 para/de um ao outro. Perceba que esses instrumentos no dispositivo de controle de alimentação 15 não necessariamente necessitam estar dispostos coletivamente no mesmo dispositivo. [0022] Os carros ferroviários elétricos 14 se deslocam ao receber a potência de corrente direta através da linha alimentadora 2 da lateral do dispositivo de controle de alimentação 15. Todos os materiais elétricos circulantes que viajam ao usar eletricidade como uma fonte de condução, tal como veículos usados para o monotrilho e veículos usados para a via férrea, correspondem aos carros ferroviários elétricos 14. Um alimentador de retorno 3 é um condutor através do qual uma corrente de retorno flui, por exemplo, um trilho no caso da via férrea convencional tem tal função. Para o sistema de transporte que viaja com rodas de borracha e para parte do metrô, um condutor dedicado através do qual a corrente de retorno flui é instalado como o alimentador de retorno 3. [0023] Por outro lado, os dispositivos de armazenamento de potências 20 são dispostos, por exemplo, a cada 3 km em uma maneira distribuída e instalados a uma distância da posição de instalação do dispositivo de controle de alimentação 15. Conforme ilustrado na Fig. 1 e na Fig. 2, o dispositivo de armazenamento de potência 20 é conectado à linha alimentadora 2 por uma carro ferroviário elétrico. Adicionalmente, o dispositivo de armazenamento de potência 20 é conecta- do ao alimentador de retorno 3. O dispositivo de armazenamento de potência 20 inclui um elemento de armazenamento de potência 21, um conversor 5 e um disjuntor de corrente direta 23. O elemento de armazenamento de potência 21 é, por exemplo, uma bateria de armazenamento tal como uma bateria de íon de lítio, uma bateria de hidreto de níquel metálico ou uma bateria de chumbo ácido ou um elemento de armazenamento de energia tal como um capacitor elétrico de duas camadas ou um volante. [0024] O dispositivo de armazenamento de potência 20 executa carga e descarga de acordo com elevação e queda na voltagem de linha alimentadora respectivamente como será descrito posteriormente. O dispositivo de armazenamento de potência 20 executa uma descarga quando o valor da voltagem de linha alimentadora é igual a ou menor que uma descarga limiar (A1 a A2) que varia de acordo com o estado de carga (SOC) do dispositivo de armazenamento de potência 20 conforme ilustrado, por exemplo, na Fig. 3. Adicionalmente, o dispositivo de armazenamento de potência 20 executa carga quando o valor da voltagem de linha alimentadora é igual a ou maior que a carga limiar (B1 a B2) que varia de acordo com o estado de carga (SOC) do dispositivo de armazenamento de potência 20. Adicionalmente, o dispositivo de armazenamento de potência 20 suspende carga/descarga quando o valor da voltagem de linha alimentadora é maior que a descarga limiar A1 e menor que a carga limiar B1 ou suspende carga/descarga quando o estado que o valor da voltagem de linha alimentadora é maior que a descarga limiar A1 e menor que a carga limiar B1 contínua por um período predeterminado. Em outras palavras, uma faixa de voltagem S da voltagem de linha alimentadora na Fig. 3 indica uma faixa de voltagem em que o dispositivo de armazenamento de potência 20 não executa carga/descarga (uma faixa de voltagem em que o conversor 5 é parado por bloqueio de porta). [0025] Perceba que o dispositivo de armazenamento de potência 20 pode ser configurado para interromper a carga/descarga quando o valor de corrente flui através da linha alimentadora 2 ou o valor da potência é maior que uma descarga limiar que corresponde ao valor da corrente ou ao valor da potência e menor que a carga limiar. Ao invés disso, o dispositivo de armazenamento de potência 20 pode também ser configurado para interromper carga/descarga quando o estado que o valor de corrente flui através da linha alimentadora 2 ou quando o valor da potência é maior que a descarga limiar que corresponde ao valor da corrente ou ao valor da potência e menor que a carga limiar contínua por um período predeterminado. [0026] O disjuntor de corrente direta 23 no dispositivo de armazenamento de potência 20 eletricamente conecta ou desconecta o conversor 5 e a linha alimentadora 2 para/de um ao outro. O conversor 5 envia/recebe potência para/de a linha alimentadora 2 e o elemento de armazenamento de potência 21. O conversor 5 é configurado para ter uma função de um conversor CD/CD se o elemento de armazenamento de potência 21 é, por exemplo, uma bateria de armazenamento ou um capacitor e para ter a função de um inversor que realiza conversão CD/CA se o elemento de armazenamento de potência 21 é, por exemplo, um volante. [0027] Assim, o dispositivo de monitoramento 25 adquire, por e-xemplo, a voltagem da linha alimentadora 2 e, de acordo com uma o-peração de entrada por um operador baseado na voltagem de linha alimentadora adquirida, controla as operações do disjuntor de corrente direta 23, o disjuntor de corrente alternada 12, o disjuntor de fonte de alimentação normal 6, a fonte de alimentação de emergência 8, o disjuntor de fonte de alimentação de emergência 22, e o disjuntor de corrente direta 23 no dispositivo de controle de alimentação 15 e o disjuntor de corrente direta 23 e o conversor 5 no dispositivo de armazena- mento de potência 20. [0028] Adicionalmente, o conversor 5 será descrito em detalhe. O conversor 5 (uma unidade de controle de carga/descarga) controla a carga e a descarga do elemento de armazenamento de potência 21 de acordo com elevação e queda na voltagem da linha alimentadora 2. Conforme ilustrado na Fig. 2, o conversor 5 inclui uma unidade de conversão de potência 5a, uma unidade de controle de corrente 5b, uma tabela de gerenciamento de carga/descarga 5c, uma unidade de detecção de voltagem de linha alimentadora 5d e uma unidade de detecção de estado de carga 5e. [0029] A unidade de conversão de potência 5a é configurada como um circuito de corte ascendente/descendente (Conversor Buck-boost) ou similares que aciona a porta, por exemplo, um elemento comutador e controla a operação de carga/descarga do elemento de armazenamento de potência 21. Um exemplo do elemento a ser aplicado à unidade de conversão de potência 5a é, por exemplo, um elemento de autoextinção do arco tal como um IGBT (Transistor Bipolar de Porta Isolada) e a operação de carga/descarga do elemento de armazenamento de potência 21 é controlada ao conduzir esse tipo de elemento na PWM (Modulação por Largura de Pulso). [0030] A unidade de controle de corrente 5b controla a operação do disjuntor de corrente direta 23 no dispositivo de armazenamento de potência 20, enquanto a unidade de conversão de potência 5a controla a corrente de carga/descarga (a corrente de carga e a corrente de descarga) de entrada/saída de/para a linha alimentadora 2 para/de o elemento de armazenamento de potência 21. A unidade de detecção de voltagem de linha alimentadora 5d detecta a voltagem de linha alimentadora da linha alimentadora 2. A unidade de detecção de estado de carga 5e detecta o estado de carga (SOC) do elemento de armazenamento de potência 21 como uma taxa de carga [%]. [0031] A tabela de gerenciamento de carga/descarga 5c armazena a correspondência entre a voltagem de linha alimentadora e o estado de carga (SOC) do elemento de armazenamento de potência 21, como características de carga/descarga, a fim de decidir a voltagem limiar de descarga (A1 a A2) e a voltagem limiar de carga (B1 a B2) de acordo com a voltagem de linha alimentadora conforme ilustrado na Fig. 3 e na Fig. 4. A tabela de gerenciamento de carga/descarga 5c armazena, por exemplo, dois tipos de características de carga/descarga diferentes de acordo com o tempo de falha de potência da fonte de alimentação de corrente alternada 9 e o tempo normal quando a potência pode ser suprida da fonte de alimentação de corrente alternada 9. [0032] Mais especificamente, a unidade de controle de corrente 5b varia a voltagem limiar de descarga e a voltagem limiar de carga com base na voltagem de linha alimentadora detectada, o estado de carga do elemento de armazenamento de potência 21 e as características de carga/descarga armazenadas na tabela de gerenciamento de carga/descarga 5c conforme ilustrado na Fig. 3 e na Fig. 4. A unidade de controle de corrente 5b, através disso, ajusta a corrente de carga/descarga do elemento de armazenamento de potência 21 pela unidade de conversão de potência 5a. [0033] Assim, será descrito um método para fazer com que o sistema de alimentação de potência de carro ferroviário elétrico 10 opere substancialmente independente. Primeiro, no caso do estado de alimentação normal no qual a fonte de alimentação de corrente alternada 9 está disponível, o dispositivo de armazenamento de potência 20 e-xecuta carga/descarga de acordo com a voltagem de linha alimentadora. Em mais detalhe, o dispositivo de armazenamento de potência 20 executa uma descarga quando absorve potência regenerativa excessiva ou quando a voltagem de linha alimentadora diminui para estabilizar a voltagem de linha alimentadora. Nessa eventualidade, o disjuntor de fonte de alimentação de emergência 22 no dispositivo de controle de alimentação 15 é mantido aberto. A fonte de alimentação de corrente alternada 9 passa através do transformador 7 e é convertida em potência de corrente direta no retificador 16 e é, então, fornecida aos carros ferroviários elétricos 14 através da linha alimentadora 2. [0034] No caso em que a fonte de alimentação de corrente alternada 9 falha nessa situação e a fonte de alimentação de corrente alternada 9 é separada de um sistema alimentador para fazer com que o sistema de alimentação de potência de carro ferroviário elétrico 10 o-pere independentemente, o dispositivo de monitoramento 25 controla o disjuntor de corrente alternada 12 e o disjuntor de fonte de alimentação normal 6 abre o disjuntor de corrente direta 23 no dispositivo de controle de alimentação 15. Nessa eventualidade, os disjuntores de corrente direta 23 nos dispositivos de armazenamento de potência 20 podem ser abertos em cooperação com a operação do dispositivo de controle de alimentação 15 para interromper os dispositivos de armazenamento de potência 20. [0035] Por outro lado, o dispositivo de monitoramento 25 executa controles para continuar a operação de carga/descarga sem abrir os disjuntores de corrente direta 23 nos dispositivos de armazenamento de potência 20 e, através disso, torna possível não parar as carros ferroviários elétricos 14, mas operar as carros ferroviários elétricos 14, por exemplo, para as estações mais próximas. Adicionalmente, um dispositivo de baixa perda tal como, por exemplo, um dispositivo de potência SiC (Carboreto de Silício) que é um dispositivo de alta eficiência é aplicado ao dispositivo de armazenamento de potência 20 de modo a evitar uma diminuição na taxa de carga do elemento de armazenamento de potência devido à geração contínua de perda de comunicação do conversor 5 e um aumento na capacidade de armazenamento ao levar em conta uma diminuição e, através disso, simplifica os aparelhos. [0036] Por outro lado, será descrito um método que faz com que o sistema de alimentação de potência de carro ferroviário elétrico 10 o-pere substancialmente independente, no caso em que o disjuntor de corrente direta 23 no dispositivo de armazenamento de potência 20 é aberto para separar o dispositivo de armazenamento de potência 20 da linha alimentadora 2 para ocasionar a falha de potência em todo o sistema alimentador. Primeiro, o dispositivo de monitoramento 25 executa controle para ativar a fonte de alimentação de emergência 8 e ligar (fechar) o disjuntor de fonte de alimentação de emergência 22. De modo subsequente, o disjuntor de corrente direta 23 no dispositivo de controle de alimentação 15 é ligado (fechado) para suprir a potência de corrente direta para a linha alimentadora 2. Adicionalmente, o dispositivo de armazenamento de potência 20 é ativado para ligar o disjuntor de corrente direta 23 no dispositivo de armazenamento de potência 20 para fazer com que o dispositivo de armazenamento de potência 20 coopere com o sistema alimentador. [0037] Nessa eventualidade, o dispositivo de armazenamento de potência 20 tem características de descarga quando a voltagem de linha alimentadora é diminuída para ser menor que a voltagem limiar de descarga conforme ilustrado na Fig. 3. Por outro lado, o dispositivo de armazenamento de potência 20 bloqueia a porta do conversor 5 quando não descarrega para suspender a operação de conversão de potência pelo conversor 5. Nesse caso, o dispositivo de armazenamento de potência 20 pode bloquear a porta ao detectar o fato de que um tempo predeterminado de um valor de saída predeterminado recorreu ou pode bloquear a porta sob a condição que o estado de carga (SOC) alcança dentro de uma moda predeterminada. [0038] Adicionalmente, o dispositivo de armazenamento de potência 20 tem características de carregamento quando a voltagem de li- nha alimentadora se eleva para ser mais alta que a voltagem limiar de carga conforme ilustrado na Fig. 3. Adicionalmente, a voltagem limiar de carga descrita acima tem características de diminuir conforme o estado de carga (SOC) do elemento de armazenamento de potência 21 se torna menor enquanto aumenta conforme o estado de carga se torna mais alto. [0039] Assim, o sistema de alimentação de potência de carro ferroviário elétrico é causado para operar de forma independente simplesmente ao fazer o dispositivo de armazenamento de potência cooperar com o sistema alimentador que usa um conversor na técnica anterior. Então, na técnica anterior, quando a voltagem de linha alimentadora tenta ser mantida, o estado de carga do dispositivo de armazenamento de potência diminui devido à perda de comunicação do conversor e, dessa forma, falha ao proteger a energia para fazer com que as carros ferroviários elétricos viajem. Consequentemente, para ativar, por exemplo, todas as carros ferroviários elétricos em uma rota de uma só vez para mover para as estações mais próximas, é necessário aumentar a saída do dispositivo de armazenamento de potência de acordo com a carga na técnica anterior, o que resulta em aumento em tamanho do dispositivo de armazenamento de potência e em custo. [0040] Portanto, também é possível conectar diretamente o dispositivo de armazenamento de potência ao sistema alimentador sem u-sar o conversor, mas é necessário aumentar o número de sequência de células no dispositivo de armazenamento de potência. Então, na técnica anterior, o tamanho do elemento de armazenamento de potência aumenta e muitos elementos de armazenamento de potência necessitam ser dispostos em uma maneira distribuída no sistema alimentador para responder à queda na voltagem de linha alimentadora, que não é econômica. Adicionalmente, no caso em que o elemento de armazenamento de potência é conectado diretamente ao sistema ali- mentador sem usar o conversor, a carga/descarga não pode ser controlada, mas a carga/descarga do elemento de armazenamento de potência é executada em todos os tempos, o que ocasiona perda de carga/descarga. Isso resulta em um aumento na perda de potência do sistema alimentador. [0041] Por outro lado, o sistema de alimentação de potência de carro ferroviário elétrico 10 nessa modalidade torna possível suprir, por exemplo, a potência da fonte de alimentação de emergência 8 para a linha alimentadora 2 através do retificador de diodo, por uma pluralidade de carros ferroviários elétricos 14 que existem no sistema alimentador durante a operação independente. Em outras palavras, o sistema de alimentação de potência de carro ferroviário elétrico 10 pode gerar potência, por exemplo, por um sistema de combustível que emprega a fonte de alimentação de emergência 8 e, então, pode suprir potência por um período mais longo pelo elemento de armazenamento de potência. Adicionalmente, no caso de empregar o retificador de diodo com uma alta eficiência de conversão como o retificador, a perda de comunicação descrita acima pode ser diminuída. Isso torna possível suprir potência a um sistema de auxílio da carro ferroviário elétrico 14, por exemplo, um ar condicionado e iluminação e para continuar o suprimento de potência ao sistema de auxílio por um longo período até que a carro ferroviário elétrico 14 alcance, por exemplo, a estação mais próxima pela operação independente. [0042] Assim, no caso em que a carro ferroviário elétrico 14 viaja para a estação mais próxima, se a carro ferroviário elétrico 14 está próxima do dispositivo de controle de alimentação 15, a queda de voltagem de alimentador dificilmente ocorre devido ao fato da baixa resistência de circuito alimentador, de modo que o movimento da carro ferroviário elétrico 14 é considerado relativamente fácil. No entanto, se a carro ferroviário elétrico 14 existe a parte do dispositivo de controle de alimentação 15, a queda de voltagem de alimentador é considerada maior devido ao fato da alta resistência de circuito alimentador. [0043] Portanto, no sistema de alimentação de potência de carro ferroviário elétrico 10 nessa modalidade, os dispositivos de armazenamento de potência 20 dispostos em uma maneira distribuída são empregados. O dispositivo de armazenamento de potência 20 normalmente carrega/descarrega de acordo com a potência e a regeneração da carro ferroviário elétrico e, então, não necessita ter uma grande capacidade de armazenamento de potência e um elemento de armazenamento de potência com pequena capacidade de armazenamento de potência pode ser empregado por essa razão. Adicionalmente, os dispositivos de armazenamento de potência 20 com pequena capacidade de armazenamento de potência são instalados em uma maneira distribuída e descarregam apenas quando a voltagem do alimentador cai muito e pode, então, suprimir a diminuição na voltagem do alimentador. Nessa eventualidade, a voltagem limiar de descarga é ajustada para igual a ou menor que uma voltagem de entrega não carregada do retificador quando a fonte de alimentação de emergência é usado. [0044] Adicionalmente, no sistema de alimentação de potência de carro ferroviário elétrico 10, a potência principal é suprida da lateral do dispositivo de controle de alimentação 15 e, dessa forma, torna possível operar o dispositivo de armazenamento de potência 20 especializado por contramedida da queda de voltagem na linha alimentadora. Dessa forma, no sistema de alimentação de potência de carro ferroviário elétrico 10, a capacidade de armazenamento de potência do elemento de armazenamento de potência 21 pode ser diminuída e a perda de comunicação do conversor 5 pode ser suprimida por bloqueio de porta do conversor 5 no tempo em que carga/descarga não é executada. [0045] Adicionalmente, o sistema de alimentação de potência de carro ferroviário elétrico 10 pode carregar a potência gerada pela fonte de alimentação de emergência 8 no tempo em que a carro ferroviário elétrico 14 não executa a operação de potência devido à diminuição na voltagem limiar de carga quando o estado de carga do dispositivo de armazenamento de potência 20 é diminuído e, então, pode restaurar o estado de carga (SOC) do dispositivo de armazenamento de potência 20. [0046] Além disso, o sistema de alimentação de potência de carro ferroviário elétrico 10 pode suprir a potência da lateral do dispositivo de controle de alimentação 15 para uma pequena capacidade de carga tal como uma carga auxiliar da carro ferroviário elétrico 14, enquanto supre a potência da lateral do dispositivo de armazenamento de potência 20 quando a voltagem de linha alimentadora (voltagem de carro) é diminuída devido a uma grande carga de potência. Isso facilita a manutenção da voltagem de linha alimentadora e, através disso, torna possível diminuir a capacidade de armazenamento de potência do e-lemento de armazenamento de potência e diminuir a perda de comunicação do dispositivo de armazenamento de potência na operação independente, o que resulta na simplificação dos aparelhos para alimentação de potência. Conforme foi descrito, de acordo com o sistema de alimentação de potência de carro ferroviário elétrico 10 nessa modalidade, torna-se possível suprir potência necessária à lateral de linha alimentadora mesmo em emergência tal como falha de potência, ao usar aparelhos relativamente simples.

SEGUNDA MODALIDADE [0047] A seguir, uma segunda modalidade será descrita baseada na Fig. 5. Perceba que os componentes que são os mesmos que à-queles na primeira modalidade ilustrada na Fig. 1 são indicados pelos mesmos algarismos de referência na Fig. 5 e a descrição sobreposta dos mesmos será omitida. [0048] Conforme ilustrado na Fig. 5, um sistema de alimentação de potência de carro ferroviário elétrico 50 nessa modalidade inclui um dispositivo de controle de alimentação 55 no lugar do dispositivo de controle de alimentação 15 incluído no sistema de alimentação de potência de carro ferroviário elétrico 10 de acordo com a primeira modalidade. O dispositivo de controle de alimentação 55 inclui um transformador 57 no lugar do transformador 7 incluído no dispositivo de controle de alimentação 15. O sistema de alimentação de potência de carro ferroviário elétrico 50 realiza transformação de voltagem da fonte de alimentação de corrente alternada 9 e transformação de voltagem da fonte de alimentação de emergência 8 ao usar um transformador 57 em comum para redução de aparelhos. O transformador 57 transforma a potência de corrente alternada da fonte de alimentação de corrente alternada 9 (a potência de corrente alternada do primeiro sistema de potência) ou a potência da fonte de alimentação de emergência 8 (a potência do segundo sistema de potência) de modo que a saída da potência é transformada para o retificador 16. [0049] Mais especificamente, o transformador 57 inclui uma tomada com uma razão de transformação de acordo com a fonte de alimentação de corrente alternada 9 e uma tomada com uma razão de transformação de acordo com a fonte de alimentação de emergência 8. O transformador 57 emprega a tomada citada na operação independente para produzir a potência da fonte de alimentação de emergência 8 à lateral do retificador 16 conforme ilustrado na Fig. 5. Então, de acordo com o sistema de alimentação de potência de carro ferroviário elétrico 50, o uso comum do transformador 57 permite a redução de aparelhos e de custo. Adicionalmente, o sistema de alimentação de potência de carro ferroviário elétrico 50 pode executar a transformação de voltagem da fonte de alimentação de emergência 8, que não pode ser executado pelo sistema de alimentação de potência de carro ferroviário elétrico 10 na primeira modalidade e, através disso, amplia as opções da fonte de alimentação de emergência empregável 8.

TERCEIRA MODALIDADE [0050] A seguir, uma terceira modalidade será descrita baseada na Fig. 6. Perceba que os componentes que são os mesmos que à-queles na primeira modalidade ilustrada na Fig. 1 são indicados pelos mesmos algarismos de referência na Fig. 6 e a descrição sobreposta dos mesmos será omitida. [0051] Um sistema de alimentação de potência de carro ferroviário elétrico 70 de acordo com essa modalidade inclui um dispositivo de controle de alimentação 75 no lugar do dispositivo de controle de alimentação 15 incluído no sistema de alimentação de potência de carro ferroviário elétrico 10 de acordo com a primeira modalidade. O dispositivo de controle de alimentação 75 inclui uma fonte de alimentação de emergência 78 no lugar da fonte de alimentação de emergência 8 incluída no dispositivo de controle de alimentação 15. O transformador 7 e o retificador 16 são abertos pelo disjuntor de corrente direta 23 no dispositivo de controle de alimentação 75 quando a fonte de alimentação de corrente alternada 9 falha, como no caso da primeira modalidade. [0052] A fonte de alimentação de emergência 78 é conectada à linha alimentadora 2 com nenhuma intervenção de transformador entre as mesmas, por exemplo, um elemento de armazenamento de potência composto do número de células em sequência que corresponde a uma CD de 1.500 V. Consequentemente, a capacidade de bateria da fonte de alimentação de emergência 78 é necessariamente grande. A fonte de alimentação de emergência 78 composta do elemento de armazenamento de potência pode ser feita para operar no lugar da fonte de alimentação de emergência 8 na primeira modalidade. [0053] Mais especificamente, isso se torna possível que quando a fonte de alimentação de corrente alternada 9 falha, a fonte de alimentação de emergência 78 supre a potência alimentadora principal à linha alimentadora 2, enquanto o dispositivo de armazenamento de potência 20 é menor na capacidade de armazenamento de potência que a fonte de alimentação de emergência 78 que executa compensação pela queda na voltagem de linha alimentadora (voltagem de carro). Isso torna possível reduzir os aparelhos do sistema de alimentação de potência de carro ferroviário elétrico 70 que incluem o dispositivo de controle de alimentação 75. Perceba que para impedir a situação em que a descarga é iniciada imediatamente após a falha do sistema de corrente alternada, a fonte de alimentação de emergência 78 que tem o elemento de armazenamento de potência uma vez pode não estar em paralelo com a linha alimentadora 2 quando a fonte de alimentação de corrente alternada 9 falha. [0054] Embora certas modalidades tenham sido descritas, essas modalidades foram apresentadas apenas a título de exemplo e não têm o objetivo de limitar o escopo das invenções. De fato, as novas modalidades descritas no presente documento podem ser incorporadas em uma variedade de outras formas; além disso, várias omissões, substituições e mudanças na forma das modalidades descritas no presente documento podem ser feitas sem se afastarem do espírito das invenções. As reivindicações que as acompanham e seus equivalentes têm a intenção de abranger tais formas ou modificações conforme são abrangidas pelo escopo e espírito das invenções.

Claims (14)

1. Sistema de alimentação de potência de carro ferroviário elétrico, caracterizado pelo fato de que compreende: um dispositivo de armazenamento de potência conectado a uma linha alimentadora para uma carro ferroviário elétrico; um retificador configurado para converter potência de corrente alternada de um primeiro sistema de potência em potência de corrente direta e suprir a potência de corrente direta para a linha alimentadora; e uma fonte de alimentação de emergência configurada para suprir a potência de um segundo sistema de potência diferente do primeiro sistema de potência para a linha alimentadora.

2. Sistema de alimentação de potência de carro ferroviário elétrico, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o dispositivo de armazenamento de potência executa carga e descarga de acordo com a elevação e queda na voltagem de linha alimentadora, respectivamente.

3. Sistema de alimentação de potência de carro ferroviário elétrico, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que o dispositivo de armazenamento de potência executa uma descarga quando um valor da voltagem de linha alimentadora é igual a ou menor que uma descarga limiar que varia de acordo com um estado de carga do dispositivo de armazenamento de potência.

4. Sistema de alimentação de potência de carro ferroviário elétrico, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que o dispositivo de armazenamento de potência executa carga quando um valor da voltagem de linha alimentadora é igual ou maior que uma carga limiar que varia de acordo com um estado de carga do dispositivo de armazenamento de potência.

5. Sistema de alimentação de potência de carro ferroviário elétrico, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que o dispositivo de armazenamento de potência suspende carga/descarga quando o valor da voltagem de linha alimentadora é maior que a descarga limiar e menor que a carga limiar, ou suspende carga/descarga quando um estado que o valor da voltagem de linha alimentadora é maior que a descarga limiar e menor que a carga limiar continua por um período predeterminado.

6. Sistema de alimentação de potência de carro ferroviário elétrico, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o dispositivo de armazenamento de potência suspende carga/descarga quando um valor de corrente que flui através da linha alimentadora ou um valor da potência é maior que uma descarga limiar que corresponde ao valor da corrente ou ao valor da potência e menor que uma carga limiar, ou suspende carga/descarga quando um estado que o valor de corrente que flui a-través da linha alimentadora ou o valor da potência é maior que a descarga limiar que corresponde ao valor da corrente ou ao valor da potência e menor que a carga limiar contínua por um período predeterminado.

7. Sistema de alimentação de potência de carro ferroviário elétrico, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o dispositivo de armazenamento de potência compreende um elemento de armazenamento de potência e um circuito de corte ascendente/descendente, e em que o elemento de armazenamento de potência é um elemento de armazenamento de energia.

8. Sistema de alimentação de potência de carro ferroviário elétrico, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que um dispositivo de potência SiC é aplicado ao circuito de corte ascendente/descendente.

9. Sistema de alimentação de potência de carro ferroviário elétrico, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a fonte de alimentação de emergência é uma fonte de alimentação que gera potência ao girar um gerador de corrente alternada, e em que a potência gerada pelo gerador de corrente alternada é emitida através do retificador.

10.Sistema de alimentação de potência de carro ferroviário elétrico, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende, adicionalmente: um transformador configurado para transformar a potência de corrente alternada do primeiro sistema de potência ou a potência da fonte de alimentação de emergência de modo a emitir a potência transformada para o retificador.

11.Sistema de alimentação de potência de carro ferroviário elétrico, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a fonte de alimentação de emergência compreende um elemento de armazenamento de potência.

12.Sistema de alimentação de potência de carro ferroviário elétrico, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que a fonte de alimentação de emergência que compreende o elemento de armazenamento de potência não está paralela à linha alimentadora quando a fonte de alimentação de corrente alternada falha.

13.Dispositivo de alimentação de potência usado para um sistema de alimentação de potência de carro ferroviário elétrico, caracterizado pelo fato de que o sistema de alimentação de potência de car- ro ferroviário elétrico compreende: um dispositivo de armazenamento de potência conectado a uma linha alimentadora; e um retificador configurado para converter potência de corrente alternada de um primeiro sistema de potência em potência de corrente direta e suprir a potência de corrente direta para a linha alimentadora, o dispositivo de alimentação de potência compreende: uma fonte de alimentação de emergência configurada para suprir a potência de um segundo sistema de potência diferente do primeiro sistema de potência para a linha alimentadora usada para um carro ferroviário elétrico.

14.Dispositivo de armazenamento de potência usado para o sistema de alimentação de potência de carro ferroviário elétrico, como definido na reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende: um elemento de armazenamento de potência; e uma unidade de controle de carga/descarga configurada para controlar uma carga e descarga do elemento de armazenamento de potência de acordo com a elevação e a queda na voltagem da linha alimentadora.