BRPI0801864B1 - Sistema de recuperação da energia de freagem de veículos ferroviários, subestação de recuperação da energia de freagem de veículos ferroviários e processo de recuperação da energia de freagem de veículos ferroviários - Google Patents
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Abstract
sistema de recuperação da energia de freagem de veículos ferroviários, subestação de recuperação da energia de freagem de veículos ferroviários, veículo ferroviário, processo de recuperação da energia de freagem de veículos ferroviários e suporte de registro de informações. a presente invenção refere-se a um sistema de recuperação da energia de freagem de veículos ferroviários que compreende várias subestações s~ k~ separadas uma das outras por uma distância d~ k~, e cada subestação está associada a sua própria zona z~ fk~ de recuperação de energia de freagem na qual, qualquer que seja a posição do veículo ferroviário no interior dessa zona z~ fk~, a subestação s~ k~ é capaz de recuperar pelo menos uma parte da energia de freagem desse veículo ferroviário, e uma zona z~ fk~ de recuperação da energia de freagem é um segmento [l~ gfk~; l~ dflk~] de uma linha de alimentação (6) centrada em torno de um ponto p~ k~ de conexão da subestação s~ k~ e cujos limites l~ gfk~, l~ dfk~ estão separados de cada lado do ponto p~ k~ por uma distância f~ k~ igual a (u~ cmax-u~ c3mink~)/(~ p~l~ max~). o valor do limite u~ c3mink~ é tal que a distância f~ k~ é superior ou igual a d~ k~/2.
Description
“SISTEMA DE RECUPERAÇÃO DA ENERGIA DE FREAGEM DE VEÍCULOS FERROVIÁRIOS, SUBESTAÇÃO DE RECUPERAÇÃO DA ENERGIA DE FREAGEM DE VEÍCULOS FERROVIÁRIOS E PROCESSO DE RECUPERAÇÃO DA ENERGIA DE FREAGEM DE VEÍCULOS FERROVIÁRIOS”
Campo da Invenção [001] A presente invenção refere-se a um sistema, a uma subestação dotada de conversor estático e a um processo de recuperação da energia de freagem de veículos ferroviários, e a veículos ferroviários para esse sistema.
Antecedentes da Invenção [002] A Depositante conhece sistemas de alimentação e de recuperação da energia de freagem dos veículos ferroviários que compreendem:
- pelo menos uma linha de alimentação que se estende ao longo de uma via férrea para alimentar os veículos ferroviários que circulam sobre essa via férrea;
- várias subestações Sk de recuperação da energia de freagem separadas uma das outras por uma distância Dk superior a 100 m, e cada subestação Sk está eletricamente conectada com a linha de alimentação em um ponto Pk de conexão e dotada:
• de um conversor elétrico apto a transferir energia elétrica de uma rede de distribuição de eletricidade para a linha de alimentação e da linha de alimentação para a rede de distribuição de eletricidade para recuperar a energia de freagem dos veículos ferroviários, • de um sensor ou um estimador de uma tensão Ussk no nível do ponto Pk de conexão, • de um módulo de comando do conversor elétrico apto a fazer
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2/27 com que o conversor elétrico passe automaticamente para um modo de regeneração no qual o conversor elétrico transfere continuamente energia elétrica da linha de alimentação para a rede de distribuição de eletricidade a fim de recuperar a energia de freagem dos veículos ferroviários, a partir do momento em que tensão Ussk medida ou estimada for superior a um limiar UC3k, de modo que cada subestação está associada a sua própria zona Zfk de recuperação de energia de freagem na qual, qualquer que seja a posição do veículo ferroviário no interior dessa zona Zfk, a subestação Sk é capaz de recuperar pelo menos uma parte da energia de freagem desse veículo ferroviário.
[003] Uma zona Zfk de recuperação da energia de freagem é definida como sendo um segmento [LGfk; LDfk] da linha de alimentação centrada em torno do ponto Pk e cujos limites LGfk, LDfk estão separados de cada lado do ponto Pk por uma distância Fk igual a (UCmax-UC3mink)/( p Imax) em que:
• UCmax é uma tensão máxima não permanente admissível na linha de alimentação, • UC3mink é o valor mínimo que o limiar UC3k pode assumir durante o funcionamento da subestação, • p é a resistência linear da linha de alimentação, e • Imax é a intensidade máxima admissível para a corrente que circula na linha de alimentação.
[004] Na descrição a seguir, os termos utilizados possuem seu sentido habitual no campo do transporte ferroviário. Em particular os termos tais como tensão máxima não permanente, tensão nominal ou tensão mínima não permanente admissível na linha de alimentação estão, por exemplo, definidos na norma européia EN 50 163/CEI 60850.
[005] Na resistência linear da linha de alimentação, inclui-se a resistência linear dos condutores paralelos ou feeders em inglês, quando a
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3/27 linha for uma catenária.
[006] Por linha de alimentação, designa-se aqui, tanto um fio aéreo de catenária no qual se atrita o pantógrafo de um veículo ferroviário para alimentar-se de energia elétrica, quanto um terceiro trilho disposto ao longo dos trilhos de vias férreas. No caso de um terceiro trilho, o pantógrafo é mais conhecido pelo nome de “atritador”.
[007] Para frear um veículo ferroviário, é possível comandar um motor de tração desse veículo ferroviário para que ele funcione como gerador. A energia elétrica gerada pelo motor é transmitida a seguir na linha de alimentação. Ela é denominada energia de freagem.
[008] Essa energia de freagem se destina a ser consumida por outros veículos ferroviários nas proximidades ou por subestações reversíveis.
[009] Quando uma subestação consome da energia de freagem, ela a transfere da linha de alimentação para a rede de distribuição de eletricidade para que esta possa ser utilizada para outros fins.
[0010] Todavia, frequente e especificamente nas horas de pouco tráfego de exploração, a energia de freagem gerada pelo veículo ferroviário não encontra nenhum consumidor nas proximidades. Mais precisamente quando um veículo ferroviário gera energia de freagem na linha de alimentação, essa energia é emitida sob uma tensão UT no nível do pantógrafo. Essa tensão UT não pode ultrapassar o limiar predefinido UCmax. De outro lado, uma subestação Sk só pode consumir energia de freagem se ela se apresentar sob uma tensão Ussk superior ao limiar UC3mink. Compreende-se, portanto, que uma subestação Sk só pode, em teoria, consumir energia de freagem do veículo ferroviário se a distância que a separa desse veículo ferroviário for inferior à distância Fk, ou seja, inferior a (UC max- UC3min)/( p I max).
[0011] No caso inverso, ou seja, se todas as subestações se encontrarem a mais de Fk do veículo ferroviário que freia, então a energia de
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4/27 freagem não é consumida. Nessas condições, a geração da energia de freagem na linha de alimentação se traduz por um aumento da tensão Ut na linha de alimentação no nível do pantógrafo. Para impedir que a tensão UT ultrapasse o limiar UCmax, nos veículos ferroviários existentes, quando a tensão UT ultrapassa um limiar UTG inferior ao limiar UCmax, os veículos ferroviários param de gerar energia de freagem na linha de alimentação e dissipa a energia de freagem em um reostato embarcado em forma de calor. Por medida de segurança, o limiar UTG é escolhido bem menor que o limiar UCmax. Disso resulta que a distância máxima que deve separar o veículo ferroviário que freia a subestação é na realidade inferior a (UTG-UC3mink)/(p Imax). Nos sistemas conhecidos de retificador não comandado com ondulador paralelo, por exemplo, a diferença de tensão UTG-UC3mink é da ordem de 7 % da tensão nominal de alimentação. A distância que separa o veículo ferroviário que freia do consumidor é, portanto, muito pequena diante da distância Dk. Essa distância pequena faz com que uma parte substancial da energia de freagem dos veículos ferroviários não seja recuperada. Isso se traduz por perdas secas de energia elétrica.
Descrição da Invenção [0012] A presente invenção visa corrigir esse problema propondo um sistema de recuperação da energia elétrica de freagem que limita o recurso ao uso reostato e, portanto, limita as perdas secas de energia elétrica.
[0013] Ela tem, portanto, por objeto um sistema de recuperação da energia de freagem no qual o valor do limite UC3mink é tal que a distância Fk é superior ou igual a Dk/2.
[0014] No sistema acima, uma vez que a distância Fk é superior ou igual a Dk/2, qualquer que seja a posição do veículo ferroviário ao longo da linha de alimentação, ele se encontra pelo menos na zona Zfk de uma subestação. Nessas condições, a recuperação da energia de freagem é
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5/27 possível qualquer que seja a posição dos veículos ferroviários ao longo da linha de alimentação, o que permite aumentar a quantidade de energia de freagem recuperada. Torna-se até possível assegurar que pelo menos 99% da energia de freagem seja recuperada e, portanto, eliminar o reostato do veículo ferroviário destinado a dissipar a energia de freagem. O sistema acima permite, portanto, também simplificar a arquitetura dos veículos ferroviários, e economizar no peso dos veículos, o que constitui um fator adicional de economia de energia.
[0015] Os modos de realização desse sistema podem compreender a seguinte característica:
- o valor do limite UC3mink é tal que a distância Fk é superior ou igual à distância Dk.
[0016] Esses modos de realização do sistema de recuperação de energia de freagem apresentam ainda as seguintes vantagens:
- escolher o limite UC3mink de tal maneira que a distância Fk seja superior ou igual à distância Dk e permita garantir que mesmo em caso de pane de uma subestação Sk, as subestações Sk-1 e Sk+1 poderão ser utilizadas para recuperar a energia de freagem qualquer que seja a posição do veículo ferroviário que freia entre essas duas subestações Sk-1 e Sk+1. Isso permite também utilizar simultaneamente duas subestações adjacentes para recuperar a energia de freagem e, portanto, mutualizar a recuperação de energia de freagem.
[0017] A presente invenção tem também por objeto uma subestação de recuperação da energia de freagem de veículos ferroviários apta a ser utilizada no sistema acima.
[0018] Os modos de realização dessa subestação podem compreender uma ou mais das seguintes características:
o conversor elétrico está apto a transferir energia elétrica da
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6/27 rede de distribuição de eletricidade para a linha de alimentação para alimentar em tração o ou os veículos ferroviários, de tal modo que a subestação Sk esteja também associada a uma zona Ztk de alimentação em tração dos veículos ferroviários na qual, qualquer que seja a posição do veículo ferroviário no interior da zona Ztk, a subestação Sk seja capaz de alimentar os motores elétricos de tração do veículo ferroviário, e uma zona Ztk de alimentação em tração é um segmento[LGtk; LDtk] da linha de alimentação centrada em torno do ponto Pk e cujos limites LGtk, LDtk estão separados de cada lado do ponto Pk por uma distância Tk igual a (Ussmaxk-UCmin)/( p Imax), em que:
• Ussmaxk é a tensão máxima que pode gerar o conversor elétrico da subestação Sk no nível do ponto Pk para alimentar em tração um veículo ferroviário, • UCmin é a tensão mínima não permanente admissível na linha de alimentação, e o valor do limite Ussmaxk é tal que a distância Tk é superior ou igual a Dk/2 ou à Dk;
o módulo de comando está apto a fazer passar automaticamente o conversor elétrico em um modo de alimentação em tração no qual o conversor elétrico transfere continuamente energia elétrica da rede de distribuição de eletricidade para a linha de alimentação quando a tensão Ussk medida ou estimada for inferior a um limiar Udk,
- o limite UC3mink é estritamente inferior ao limiar Udk, e
- quando a tensão Ussk medida ou estimada estiver compreendida entre o limite UC3mink e o limiar Udk, o módulo de comando está apto a fazer passar o conversor elétrico seja no modo de regeneração seja no modo de alimentação em tração em função do modo no qual se encontrava o conversor antes que a tensão Ussk esteja compreendida entre o limite UC3mink e o limiar Udk;
a subestação Sk compreende um módulo de regulagem do valor
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7/27 do limiar Uc3k próprio a fazer variar o valor desse limiar do limite baixo Uc3mink até um limite alto UC3maxk superior ou igual a 90% de uma tensão máxima UCmax autorizada na linha de alimentação, e esse módulo de regulagem está apto a manter o valor do limiar UC3k estritamente superior a tensão Ussk medida ou estimada enquanto o aumento da tensão Ussk medida ou estimada permanecer inferior a um limiar assk predeterminado;
quando a intensidade da corrente que atravessa o conversor elétrico for nula, o módulo de regulagem está apto a diminuir o valor do limiar UC3k até o limite UC3mink se o aumento da tensão Ussk for superior ou igual ao limiar predeterminado assk;
o módulo de comando está apto a comandar o conversor elétrico para que esse conversor elétrico transfira a maior quantidade possível de energia elétrica por unidade de tempo da linha de alimentação em direção à rede de distribuição de eletricidade, quando a tensão Ussk medida ou estimada ultrapassar um limiar UCmax2k superior ou igual ao limite UC3maxk;
o conversor elétrico é um conversor comandado com pelo menos dois quadrantes realizado com tiristores ou de transistores de potência, e o módulo de comando está apto a comandar o conversor para manter constante a tensão Ussk enquanto a potência elétrica gerada na linha de alimentação ou absorvida a partir da linha de alimentação não variar mais de 50%.
[0019] Esses modos de realização da subestação de recuperação da energia de freagem apresentam ainda as seguintes vantagens:
- escolher a distância Tk superior ou igual à metade da distância Dk permite utilizar os mesmos critérios de localização das subestações para alimentar os veículos ferroviários e recuperar a energia de freagem qualquer que seja a posição dos veículos ferroviários ao longo da linha de alimentação,
- escolher o limiar UC3mink inferior ao limiar Udk e dar prioridade ao
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8/27 modo de regeneração quando a tensão Ussk estiver compreendida entre esses dois limiares permite aumentar a zona Zfk da subestação para além da zona Ztk,
- manter o valor do limiar UC3k próximo do limite máximo UC3maxk permite favorecer a troca direta de energia entre os veículos ferroviários unicamente por meio da linha de alimentação,
- diminuir o valor do limiar UC3k em caso de aumento brusco da tensão Ussk permite adaptar automaticamente as dimensões da zona Zfk em função do tráfico ferroviário e distribuir a energia de freagem a ser recuperada entre as subestações mais próximas do veículo ferroviário,
- comandar o conversor para que ele transfira a maior quantidade possível de energia elétrica da linha de alimentação em direção à rede de distribuição de eletricidade quando a tensão Ussk ultrapassar um limiar UCmax2k permite nivelar as sobretensões na linha de alimentação sem perturbar a troca de energia entre os veículos ferroviários.
[0020] A presente invenção tem igualmente por objeto um veículo ferroviário destinado a circular sobre uma rede ferroviária dotada do sistema de recuperação de energia de freagem acima, no qual o veículo ferroviário é desprovido de resistência embarcada no interior desse veículo e que permite dissipar a totalidade da energia de freagem elétrica desse veículo ferroviário em forma de calor.
[0021] A presente invenção tem igualmente por objeto um processo de recuperação da energia de freagem de veículos ferroviários, processo esse que compreende:
- o fornecimento de pelo menos uma linha de alimentação que se estende ao longo de uma via férrea para alimentar veículos ferroviários que circulam sobre essa via férrea;
- o fornecimento de várias subestações Sk de recuperação da energia elétrica de freagem separadas entre se por uma distância Dk superior a
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100 m, e cada subestação Sk está eletricamente conectada na linha de alimentação em um ponto Pk de conexão e dotada de um conversor elétrico apto a transferir energia elétrica da linha de alimentação para uma rede de distribuição de eletricidade para recuperar a energia de freagem dos veículos ferroviários,
- a medida ou a estimação de uma tensão Ussk no nível do ponto Pk de conexão,
- o comando do conversor elétrico para fazê-lo passar automaticamente em um modo de regeneração no qual o conversor elétrico transfere continuamente da energia elétrica da linha de alimentação para a rede de distribuição de eletricidade para recuperar a energia de freagem dos veículos ferroviários, quando a tensão Ussk medida ou estimada for superior a um limiar UC3k, de modo que cada subestação esteja associada à sua própria zona Zfk de recuperação de energia de freagem na qual, qualquer que seja a posição do veículo ferroviário no interior dessa zona Zfk, a subestação Sk é capaz de recuperar pelo menos uma parte da energia de freagem desse veículo ferroviário, sendo que uma zona Zfk de recuperação da energia de freagem é um segmento[LGfk; Lofk] da linha de alimentação centrada em torno do ponto Pk e cujos limites LGfk, LDfk estão separados de cada lado do ponto Pk por uma distância Fk igual a (UC max- UC3mink)/( p Imax ) em que:
• UCmax é uma tensão máxima não permanente admissível na linha de alimentação, e • UC3mink é o valor mínimo que o limiar UC3k pode assumir durante o funcionamento da subestação, • p é a resistência linear da linha de alimentação, e • Imax é a intensidade máxima admissível para a corrente que circula na linha de alimentação,
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10/27 e o limite Uc3mink é tal que a distância Fk é superior ou igual a Dk/2,
- a regulagem do valor do limiar UC3k ao valor do limite UC3mink quando um veículo ferroviário gera energia de freagem no limite da zona Zfk.
[0022] Os modos de realização desse processo de recuperação de energia de freagem podem compreender uma ou mais das seguintes características:
- o processo compreende a manutenção do valor do limiar UC3k estritamente superior a tensão Ussk medida ou estimada enquanto o aumento da tensão Ussk permanecer inferior a um limiar assk predeterminado;
- o processo compreende a diminuição do valor do limiar UC3k até o limite UC3mink se o aumento da tensão Ussk medida ou estimada for superior ou igual ao limiar predeterminado assk.
[0023] Finalmente, a presente invenção tem também por objeto um suporte de registro de informações que compreende instruções para a realização do processo acima de recuperação de energia de freagem, quando essas instruções foram executadas por uma calculadora eletrônica.
Breve Descrição das Figuras [0024] A presente invenção será mais bem compreendida com a leitura, dada unicamente a título de exemplo não limitativo e feita em relação aos desenhos, nos quais:
- a Figura 1 é uma ilustração esquemática da arquitetura de uma rede ferroviária dotada de um sistema de subestações reversíveis para a recuperação da energia de freagem;
- a Figura 2 é um organograma de um processo de recuperação da energia de freagem;
- as Figuras 3 a 6 são gráficos de sinais que ilustram o funcionamento do processo de recuperação da energia de freagem; e
- a Figura 7 é um gráfico que representa as diferentes zonas de
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11/27 funcionamento possíveis da rede ferroviária da Figura 1.
Descrição de Realizações Particulares da Invenção [0025] Nessas figuras, as mesmas referências são utilizadas para designar os mesmos elementos.
[0026] Na continuação desta descrição, as características e funções bem conhecidas do técnico no assunto não estão descritas detalhadamente.
[0027] A Figura 1 representa uma rede ferroviária 2 dotada de um sistema 4 de recuperação da energia de freagem.
[0028] O sistema 4 compreende uma ou mais linhas de alimentação e numerosas subestações distribuídas em intervalos regulares ao longo dessas linhas de alimentação. Para simplificar a Figura 1, somente uma linha de alimentação 6 e três subestações Sk-1, Sk e Sk+1 foram representadas.
[0029] O índice k representa o número de ordem de cada subestação partindo de uma subestação So situada em uma extremidade da linha de alimentação 6 e deslocando-se na direção F indicada na Figura 1.
[0030] A tensão na linha de alimentação 6 pode variar entre uma tensão máxima não permanente UCmax e uma tensão mínima não permanente UCmin. esses limites máximo e mínimo são tipicamente definidos por normas tais como a norma européia EN 50 163 ou CEI 60850. Por exemplo, aqui, o limite UCmax é igual a 1.000 Vdc e o limite UCmin é igual a 500 Vdc para uma linha de alimentação cuja tensão nominal UCnom é igual a 750 Vdc.
[0031] Cada subestação Sk está eletricamente conectada na linha de alimentação 6 em um ponto Pk de conexão. O ponto Pk está separado do ponto Pk+1 por uma distância Dk e do ponto Pk-1 por uma distância Dk-1. A distância Dk é também conhecida como distância inter subestações. Essa distância Dk é superior a várias centenas de metros. A distância Dk é
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12/27 também suficientemente curta para que a subestação Sk possa alimentar em tração um veículo ferroviário cujo pantógrafo está situado no nível do ponto Pk+1. Aqui a distância Dk está compreendida entre 1.000 e 2.000 m para uma tensão nominal de 750Vdc e pode ir até 20 km para uma tensão nominal de 3.000 Vdc.
[0032] Aqui, por alimentação em tração, designa-se o fato de uma subestação gerar na linha de alimentação 6 uma potência suficiente para alimentar os motores de tração do veículo ferroviário e, portanto, para permitir um deslocamento desse veículo ferroviário nas condições de tensão fixadas mais acima.
[0033] Cada subestação Sk está associada a uma zona Ztk de alimentação em tração. A zona Ztk é um segmento [LGtk; LDtk] da linha de alimentação 6 centrada em torno do ponto Pk. Os limites esquerdo e direito LGtk e Lotk estão separados do ponto Pk por uma distância Tk. A distância Tk é definida pela seguinte relação:
Tk =(U ssmax k
- UCmin )/(p!max ) (1) em que:
- Ussmaxk é a tensão máxima em tração que pode ser gerada pela subestação Sk no nível do ponto Pk para alimentar em tração um veículo ferroviário,
- UCmin é a tensão mínima não temporária admissível na linha de alimentação,
- p é a resistência linear da linha de alimentação 6 e de seus condutores paralelos ou “feeders”, em inglês, e
- Imax é a intensidade máxima admissível para a corrente que circula na linha de alimentação 6.
[0034] Por resistência linear, designa-se aqui o valor da resistência por unidade de comprimento.
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13/27 [0035] A zona Ztk corresponde, portanto, ao segmento da linha de alimentação 6 no qual, qualquer que seja a posição do veículo ferroviário no interior dessa zona, a subestação Sk está apta a alimentar esse veículo ferroviário em tração. Para além dos limites LGtk e LDtk, a queda de tensão devida à resistência linear da linha de alimentação 6 é tal que mesmo que a subestação Sk gere a tensão Ussmaxk no nível do ponto Pk, a tensão no nível do pantógrafo do veículo ferroviário pode ser inferior à tensão UCmin. O veículo ferroviário não pode, portanto, ser sistematicamente alimentado em tração para além desses limites LGtk e LDtk pela subestação Sk.
[0036] A título de ilustração, Ussmaxk é superior ou igual a UCnom. Os valores dos diferentes limiares ou limites estão ilustrados na Figura 7. Essas escolhas são feitas por ocasião da concepção da rede 2 e impõem, portanto, a distância Tk. A seguir, a distância Dk é escolhida igual ou ligeiramente inferior à distância Tk de modo que qualquer que seja a posição do veículo ferroviário ao longo da linha de alimentação 6, este se encontre sempre simultaneamente nas duas zonas Ztk e Ztk+1. Essa escolha da distância Dk permite garantir que o veículo ferroviário possa ser alimentado qualquer que seja sua posição ao longo da linha de alimentação 6 e mesmo em caso de pane de uma das subestações Sk.
[0037] A subestação Sk está também associada a uma zona Zfk de recuperação da energia de freagem. Essa zona Zfk é um segmento[LGfk; LDfk] da linha de alimentação 6 centrada em torno do ponto Pk. Os limites LGfk e LDfk estão separados do ponto Pk por uma distância Fk. A distância Fk é definida pela seguinte relação:
Fk = (Uc„„ UC3mnk VCP^max ) (2) em que:
- UCmax é a tensão máxima não permanente admissível na linha de alimentação 6, e
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14/27
- Uc3mink é um limite baixo para o valor de um limiar Uc3k que será definido mais adiante.
[0038] Aqui, UC3mink é escolhido inferior ou igual a UCnom. Assim, a distância Fk é superior ou igual à distância Dk.
[0039] Por exemplo, o limite UC3mink é escolhido igual a 700 Vdc.
[0040] A zona Zfk é uma zona na qual, qualquer que seja a posição do veículo ferroviário que freia no interior dessa zona Zfk, a subestação Sk pode recuperar energia de freagem desse veículo ferroviário.
[0041] Considerando que a distância Fk é superior ou igual à distância Dk, é, portanto, possível recuperar a energia de freagem de um veículo ferroviário que freia seja no nível do ponto Pk-1, seja no nível do ponto Pk+1. Assim, mesmo que a subestação Sk não esteja funcionando, as subestações Sk-1 e Sk+1 permitem recuperar a energia de freagem do veículo ferroviário qualquer que seja a posição do veículo ferroviário entre os pontos Pk-1 e Pk+1. É, portanto, possível garantir que toda a energia de freagem do veículo ferroviário será recuperada mesmo que une subestação não esteja funcionando.
[0042] Todas as subestações Sk estão conectadas a uma mesma de rede grande distância 20 de distribuição de eletricidade. Aqui a rede 20 é uma rede de tensão alternada trifásica de alta tensão de categoria A ou B. Por alta tensão alternada de categoria A ou B, designa-se aqui uma tensão alternada compreendida entre 1.000 e 50.000 Vac. De acordo com os ensinamentos do pedido de patente FR 28 73 332, essa rede 20 pode também ser uma rede de baixa tensão alternada trifásica. Aqui, por baixa tensão alternada trifásica, designa-se uma tensão inferior a 1.000 Vac. Tipicamente, essa rede de baixa tensão alternada trifásica será então uma rede de baixa tensão de categoria B ou BTB, ou seja, cuja tensão alternada está compreendida entre 500 e 1.000 Vac.
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15/27 [0043] Aqui, todas as subestações Sk são idênticas umas às outras e somente a subestação Sk está representada detalhadamente na Figura 1.
[0044] A subestação Sk compreende um conversor de quatro quadrantes 30 conectado de um lado com a 20 e de outro lado com o ponto Pk na linha de alimentação 6. Esse conversor 30 está apto a retificar a tensão trifásica da rede 20 para emitir na linha de alimentação 6 uma tensão contínua retificada compreendida entre Ussmaxk e UCmin. O conversor 30 está igualmente apto a ondular a tensão contínua presente na linha de alimentação 6 para emitir na rede 20 uma tensão trifásica construída a partir dessa tensão contínua compreendida entre UC3mink e UCmax. O conversor 30 está apto a passar de um modo de funcionamento como retificador para o modo de funcionamento como ondulador e vice-versa em menos de 10 ms para evitar as perdas de freagem no nível do veículo.
[0045] Para esse fim, o conversor 30 é, por exemplo, formado por uma ponte retificadora conectada em paralelo a um ondulador. Aqui, a ponte retificadora é uma ponte retificadora comandada realizada a partir de tiristores ou de transistores de potência tais como transistores IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor). A ponte retificadora comandada permite gerar uma tensão fixa de 750 Vdc na linha de alimentação 6 e mesmo em caso de variações de mais de 50% da potência consumida pela carga elétrica alimentada por meio da linha de alimentação 6.
[0046] O ondulador permite absorver uma corrente contínua Ik no máximo igual a um limiar Ikmax. Aqui, Ikmax é superior ou igual à Imax. Essa corrente Ik é positiva quando ela atravessa o conversor 30 indo do ponto Pk para a rede 20. No caso contrário, a intensidade dessa corrente Ik é negativa.
[0047] O conversor 30 é um conversor comandável. Para esse fim, a subestação Sk compreende uma unidade de comando 32 própria para
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16/27 comandar o conversor 30 para fazê-lo funcionar como retificador e, alternadamente, como ondulador. A unidade 32 permite também comandar a tensão Ussk emitida ou absorvida no nível do ponto Pk por uma instrução Ussc. Para esse fim, a subestação Sk compreende um sensor 34 da intensidade da corrente Ik e um sensor 36 da tensão Ussk no nível do ponto Pk.
[0048] Mais precisamente, a unidade 32 está apta a fazer passar o conversor 30 para um modo de regeneração ou de recuperação de energia elétrica quando a tensão Ussk medida for superior a um limiar UC3k. A unidade 32 está também apta a fazer passar automaticamente o conversor 30 para um modo de alimentação em tração quando a tensão Ussk for inferior a um limiar Udk. Por exemplo, o limiar Udk é inferior ou igual a UCnom.
[0049] A subestação Sk compreende igualmente um módulo 40 de regulagem do valor do limiar UC3k em função da tensão Ussk medida.
[0050] A unidade 32 e o módulo 40 são, por exemplo, realizados a partir de uma calculadora programável 42 apta a executar instruções registradas em uma memória 44 conectada a essa calculadora. Para esse fim, a memória 44 compreende aqui instruções para a execução do processo da Figura 2 bem como os diferentes valores dos limiares e dos limites utilizados aqui.
[0051] O sistema 2 compreende ainda um veículo ferroviário 46 que circula sobre uma via férrea 47. Esse veículo 46 está eletricamente conectado com a linha de alimentação 6 por meio de um pantógrafo 48. O pantógrafo 48 permite captar energia elétrica a partir da linha de alimentação 6 e emiti-la na entrada de um conversor elétrico 49 embarcado no veículo 46. O conversor 49 está apto a transformar a tensão contínua obtida por meio do pantógrafo 48 em uma tensão trifásica de alimentação de um motor 50 de tração. O motor 50 é, por exemplo, um motor elétrico síncrono ou assíncrono. Esse motor 50 está apto a acionar em rotação rodas do veículo 46. O motor 50
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17/27 está igualmente apto a funcionar como gerador para frear o veículo 46. Nesse caso, o conversor 49 está apto a funcionar como retificador para reenviar a energia de freagem na linha de alimentação 6.
[0052] O conversor 49 é um conversor comandável por uma unidade de pilotagem 51. Essa unidade de pilotagem 51 está apta a proteger o conversor 49 em função de uma tensão Ut medida no nível do pantógrafo 48 por meio de um sensor 52. Para esse fim, a unidade 51 está apta a desencadear a isolação elétrica do veículo elétrico 46 da linha de alimentação 6 em função da tensão UT medida.
[0053] O veículo 46 é desprovido de resistência de freagem ou de reostato embarcado apto a dissipar em forma de calor a totalidade da energia de freagem produzida pelo motor 50 quando ele funciona como gerador.
[0054] O funcionamento do sistema 4 vai ser agora descrito mais detalhadamente em relação ao processo da Figura 2.
[0055] Inicialmente, durante uma etapa 54, o valor do limiar UC3k é considerado igual a seu limite alto UC3maxk. O limite alto UC3maxk está compreendido entre 0,9 UCmax e UCmax. Por exemplo, aqui, o limite UC3maxk é igual a 950 Vdc.
[0056] A seguir, durante uma etapa 56, a intensidade da corrente Ik e a tensão Ussk são medidas continuamente.
[0057] A subestação Sk procede a seguir simultaneamente a uma fase 57 de regulagem do valor do limiar UC3k e à uma fase 58 de comando do conversor 30.
[0058] No início da fase 57, durante uma etapa 60, a unidade 40 verifica se a intensidade da corrente Ik é nula. Em caso afirmativo, o módulo 40 procede à uma etapa 62 de comparação da derivada dUssk em relação ao dt tempo da tensão Ussk medida em um limiar predeterminado assk. Por exemplo, o valor do limiar assk é superior ou igual a 10 V/s.
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18/27 dUsst [0059] Se o valor da derivada for superior ao limiar assk, então durante uma etapa 64, o módulo 40 diminui progressivamente o valor do limiar UC3k enquanto uma das duas condições indicadas a seguir não tiver sido preenchida:
1) o valor da tensão UC3k atingiu o limite UC3mink, ou
2) a intensidade da corrente Ik é diferente de zero.
[0060] Se a condição 1) acima tiver sido preenchida, durante uma etapa 66, o valor do limiar UC3k é reinicializado no valor UC3maxk e o processo retorna à etapa 60.
[0061] No caso da condição 2) acima ser realizada, a etapa 64 se interrompe imediatamente e o processo retorna a 60.
[0062] A etapa 64 é, por exemplo, executada quando um veículo ferroviário começar a frear na zona Zfk e não existir nenhum outro veículo ferroviário nas proximidades próprio para consumir a energia de freagem desse veículo. Nesse caso, a geração da energia de freagem na linha de alimentação 6 se traduz por um aumento brusco da tensão Ussk, ou seja, um aumento cuja inclinação é superior ao limiar assk. O fato de diminuir o valor do limiar UC3k em resposta a esse aumento brusco permite ir ao encontro da tensão Ussk que está aumentando e, portanto, reagir muito rapidamente.
[0063] A etapa 66 é executada quando a energia de freagem é gerada por um veículo ferroviário que se encontra fora da zona Zfk. Nesse caso, de modo a favorecer a troca de energia direta entre diferentes veículos ferroviários, o valor do limiar UC3k é reinicializado no valor UC3maxk. Por troca de energia direta, designa-se uma troca de energia elétrica entre dois veículos ferroviários que é efetuada unicamente por meio da linha de alimentação. dUsst [0064] Se a derivada for estritamente inferior ao limiar assk, então durante uma etapa 68, o módulo 40 verifica se essa derivada
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19/27 dUsst
Φ é estritamente superior a zero. Se a resposta for afirmativa, durante uma etapa 70, o valor do limiar UC3k é fixado igual a o valor da tensão Ussk medida mais uma constante positiva ^UC3t. A constante ^UC3t é pequena, ou seja, por exemplo, inferior a (UCmax-UCmin)/10.
[0065] A etapa 70 permite manter o valor do limiar UC3k ligeiramente superior a tensão Ussk medida enquanto a tensão Ussk aumenta lentamente. Essa situação corresponde tipicamente ao caso em que a energia de freagem de um veículo ferroviário presente na zona Zfk é consumida pelo menos em parte por outro veículo ferroviário que funciona em tração. O fato de manter o limiar UC3k próximo da tensão Ussk permite reagir rapidamente em caso de aumento brusco da tensão Ussk.
dUssk [0066] No caso da derivada ser inferior ou igual a zero, durante uma etapa 72, o valor do limiar UC3k é reinicializado no valor UC3maxk.
[0067] A etapa 72 é executada no caso da energia de freagem ser inteiramente consumida por outros veículos ferroviários. Nesse caso, o fato de reinicializar o valor do limiar UC3k no valor UCmaxk permite favorecer a troca de energia direta entre os diferentes veículos ferroviários.
[0068] Se durante a etapa 60, a intensidade da corrente Ik medida for diferente de zero, então, durante uma etapa 74, o valor do limiar UC3k é considerado igual ao valor da tensão Ussk medida menos uma constante positiva predeterminada. Aqui, a título de exemplo, a constante positiva predeterminada é considerada igual a ^UC3t como durante a etapa 70.
[0069] A seguir, durante uma etapa 76, a intensidade Ik é comparada ao valor zero. Se a intensidade Ik for estritamente inferior a zero, então, durante uma etapa 78, o valor do limiar UC3k é reinicializado no valor UC3maxk.
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20/27 [0070] No final da etapa 78, o processo retorna à etapa 60.
[0071] No caso inverso, ou seja se a intensidade da corrente Ik for estritamente superior a zero, o processo retorna diretamente à etapa 60.
[0072] No início da fase 58, durante uma etapa 90, a tensão Ussk medida é comparada ao limiar UC3k. Se a tensão Ussk for superior ao limiar UC3k, então, durante uma etapa 91, a unidade 32 compara a tensão Ussk com um limiar UCmax2. O limiar UCmax2 é superior ou igual ao limite UC3maxk e inferior ou igual a UCmax. Por exemplo, aqui, o limiar UCmax2 é escolhido igual a UCmax.
[0073] Se a tensão Ussk é inferior ao limiar UCmax2, então, durante uma etapa 92, a unidade 32 faz com que o conversor passe ou mantém o conversor no modo de regeneração. Mais precisamente, durante a etapa 92, a unidade 32 comanda o conversor 30 para fazê-lo funcionar como ondulador. Além disso, durante a etapa 92, a unidade 32 comanda o conversor 30 para que ele mantenha constante a tensão Ussk medida.
[0074] Assim, durante a etapa 92, energia de freagem é transferida da linha de alimentação 6 para a rede 20 mantendo ao mesmo tempo a tensão Ussk constante. A tensão Ussk é mantida constante unicamente enquanto o conversor 30 funcionar no modo de regeneração. Assim, quando o veículo ferroviário 46 deixa de gerar energia de freagem, a tensão Ussk cai.
[0075] Se durante a etapa 91, a tensão Ussk for superior ao limiar UCmax2, então, durante uma etapa 93, a unidade 32 comanda o conversor 30 para que ele absorva o máximo de potência elétrica possível. Assim, a etapa 93 permite nivelar uma sobretensão que apareceria na linha de alimentação 6.
[0076] No final da etapa 92 ou 93, o processo retorna à etapa 90.
[0077] Se a tensão Ussk medida for estritamente inferior ao limiar UC3k, então durante uma etapa 94, a unidade 32 comanda a parada da transferência de energia da linha de alimentação 6 para a rede 20 por meio do conversor 30.
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21/27 [0078] A seguir, a tensão Ussk é comparada ao limiar Udk, durante uma etapa 96. Se a tensão Ussk medida for estritamente inferior a esse limiar Udk, então o conversor passa para ou é mantido no modo de alimentação em tração. Mais precisamente, durante uma etapa 98, a unidade 32 comanda o conversor 30 para fazê-lo funcionar como retificador. Por exemplo, o limiar Udk é escolhido igual a UC nom.
[0079] Além disso, durante a etapa 98, a unidade 32 comanda o conversor 30 para emitir a energia captada a partir da rede 20 na linha de alimentação 6 na forma de uma tensão contínua igual à tensão UCnom.
[0080] No caso inverso, ou seja, se a tensão medida Ussk for superior ao limiar Udk, então durante uma etapa 100, o funcionamento do conversor 30 como retificador é interrompido. Assim, durante a etapa 100, nenhuma troca de energia entre a rede 20 e a linha de alimentação 6 é feita por meio do conversor 30.
[0081] Nesse processo, a passagem do conversor para o modo de regeneração ou para o modo de alimentação em tração é efetuada em menos de 10 ms.
[0082] As Figuras 3 a 6 representam esquematicamente a evolução de diferentes sinais em função do tempo durante o funcionamento do sistema 2.
[0083] Mais precisamente, a Figura 3 representa a energia de freagem gerada pelo veículo 46.
[0084] A Figura 4 representa a energia de freagem gerada por um segundo veículo presente na mesma zona Zfk que o veículo 46.
[0085] A Figura 5 representa a evolução no decorrer do tempo do valor do limiar UC3k e da tensão Ussk.
[0086] Finalmente, a Figura 6 representa a intensidade da corrente Ik que atravessa o conversor 30 da subestação Sk em função do
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22/27 tempo.
[0087] Inicialmente, como ilustra Figura 5, o valor do limiar Uc3k é igual a UC3maxk.
[0088] No momento t1, o veículo 46 gera energia de freagem. Isso se traduz por um aumento brusco da tensão Ussk. Esse aumento brusco da tensão Ussk provoca uma diminuição do valor do limiar UC3k. Quando a tensão Ussk se tornar superior ao limiar UC3k, então a unidade 32 comanda o conversor 30 para que ele funcione como ondulador. A energia de freagem gerada pelo veículo 46 é então transferida da linha de alimentação 6 para a rede 20 e a corrente Ik é positiva.
[0089] No momento t2, o veículo 46 pára de frear. Isso se traduz imediatamente por uma queda chute da tensão Ussk. A tensão Ussk se torna, portanto, inferior ao limiar UC3k, o que se traduz pela parada do funcionamento do conversor 30 como ondulador.
[0090] Quando a tensão Ussk cair abaixo do limiar Udk, a unidade 32 comanda o conversor 30 para fazê-lo funcionar como retificador. A corrente que atravessa o conversor 30 é, portanto, negativa. A intensidade negativa da corrente Ik se traduz por uma reinicialização do valor do limiar UC3k no valor UC3maxk.
[0091] Consequentemente, até o momento t3, a subestação alimenta em energia elétrica o veículo 46.
[0092] No momento t3, o veículo 46 recomeça frear e gera energia de freagem. Todavia, supõe-se agora que no mesmo instante o segundo veículo ferroviário nas proximidades do veículo 46 é alimentado em tração. Assim, pelo menos uma parte da energia de freagem do veículo 46 é transmitida diretamente pela linha de alimentação 6 para esse segundo veículo que a consome para se mover. Essa energia é, portanto, transferida ao segundo veículo sem passar por meio de uma subestação.
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Conseqüentemente, o aumento da tensão Ussk provocado pela energia de freagem do veículo 46 é pequeno. Nessas condições, o valor do limiar UC3k é ajustado a um valor ligeiramente superior a o valor da tensão Ussk medida.
[0093] No momento t4, o veículo 46 pára de frear. A tensão Ussk cai. A queda da tensão Ussk provoca a reinicialização do valor do limiar UC3k no limite UC3maxk.
[0094] No exemplo descrito aqui, observa-se que entre os momentos t3 e t4, apenas o veículo 46 fornece energia ao segundo veículo que funciona em tração. A subestação Sk por sua vez não fornece nenhuma energia e não consome nenhuma energia.
[0095] No momento ts, a tensão Ussk se torna inferior ao limiar Udk. A unidade 32 comanda então o funcionamento do conversor 30 como retificador para alimentar o veículo ferroviário 46. A corrente Ik se torna negativa.
[0096] No momento t6, o veículo 46 recomeça a frear. Supõe-se também que nesse momento, o segundo veículo consome energia na linha de alimentação 6 para se mover. Conseqüentemente, como já foi ilustrado entre os momentos t3 e t4, a tensão Ussk aumenta lentamente e o valor do limiar UC3k é mantido ligeiramente acima do valor da tensão Ussk medida.
[0097] No momento t7, supõe-se que o segundo veículo começa a frear. Isso se traduz por um aumento brusco da tensão Ussk. A tensão Ussk se torna, portanto, superior ao limiar UC3k e o conversor 30 começa a funcionar como ondulador. A corrente Ik se torna positiva. O limiar UC3k é mantido ligeiramente inferior à tensão Ussk.
[0098] Supõe-se, porém, aqui que, visto que dois veículos ferroviários freiam simultaneamente na zona Zfk, a intensidade máxima Issmax da corrente Ik que pode atravessar o conversor 30 é atingida de modo que esse conversor 30 não pode absorver toda a energia de freagem gerada pelos dois
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24/27 veículos ferroviários ao mesmo tempo. A tensão Ussk contínua, portanto, a crescer bruscamente. Esse aumento brusco da tensão Ussk se traduz igualmente por um aumento brusco das tensões Ussk-1 e Ussk+1 no nível dos pontos Pk-1 e Pk+1. Assim, os limiares UC3k-1 e Uc3+i das subestações Sk-1 e Sk+1 diminuem.
[0099] Antes que a tensão Ussk no nível do ponto Pk atinja a tensão UCmax, a tensão Ussk-1 ou Ussk+1 no nível do ponto Pk-1 ou do ponto Pk+1 ultrapassa o limiar UC3k-1 ou UC3k+1 da subestação correspondente. As subestações começam, portanto, a transferir da energia de freagem da linha de alimentação 6 para a rede 20. Isso é suficiente para parar o aumento da tensão Ussk e, portanto, para mantê-la inferior ou igual à tensão UCmax.
[00100] No momento te, o veículo 46 e o segundo veículo param simultaneamente de frear. A tensão Ussk cai bruscamente e se torna então inferior ao limiar Uc3k. O conversor 30 da subestação Sk pára então imediatamente de transferir da energia de freagem da linha de alimentação 6 para a rede 20. A intensidade da corrente Ik voltar a ficar, portanto, nula. A seguir, a queda da tensão Ussk conduz a reinicializar o valor do limiar Uc3k no valor UC3maxk.
[00101] Como ilustra o exemplo de funcionamento descrito em relação às Figuras 3 e 6, o sistema 4 permite simultaneamente:
- recuperar a totalidade da energia de freagem dos veículos ferroviários,
- favorecer a troca de energia direta entre veículos ferroviários, e
- mutualizar a potência de freagem em várias subestações consecutivas.
[00102] Os diferentes modos de funcionamento possíveis do sistema 4 estão ilustrados no gráfico da Figura 7. Nesse gráfico, o eixo vertical direito compreende os limiares UCmax e UCmin bem como a tensão nominal
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Ucnom. O eixo direito compreende os limiares memorizados na subestação, ou seja UCmax2, UC3maxk, Udk e UC3mink. As linhas horizontais 150, 152 e 154 representam respectivamente os limiares UCmax, Udk e UCmin.
[00103] Nesse gráfico, a evolução do valor do limiar UC3k é representada por uma linha oblíqua 156. Esse gráfico define quatro zonas de funcionamentos possíveis 160, 162, 164 e 166.
[00104] A zona 160 situa-se abaixo da linha 150 e acima das linhas 156 e 152. Quando a tensão Ussk estiver na zona 160, a subestação funciona como regenerador ou como recuperador de energia de freagem.
[00105] A zona 162 está compreendida entre as linhas 156 e 152. Quando a tensão Ussk estiver compreendida na zona 162, o conversor da subestação não está nem no modo de regeneração nem no modo de alimentação em tração. Assim, a zona 162 corresponde a uma zona de funcionamento na qual a energia de freagem do veículo ferroviário é transmitida diretamente a outro veículo ferroviário por meio da linha de alimentação.
[00106] A zona 164 está situada abaixo das linhas 152 e 156 e acima da linha 154. Quando a tensão Ussk estiver compreendida na zona 164, ela é inferior ao limiar Udk de modo que o conversor da subestação funcione no modo de alimentação em tração.
[00107] Finalmente, a zona 166 está situada abaixo da linha 152 e acima da linha 156. Quando a tensão Ussk se situar na zona 166, ela é ao mesmo tempo inferior ao limiar Udk e superior ao limite UC3mink. Nessa zona, é, portanto, possível seja fazer o conversor funcionar no modo de alimentação em tração, seja no modo de regeneração. No processo da Figura 3, escolhe-se dar prioridade ao modo de regeneração de modo que quando a tensão Ussk estiver compreendida na zona 166, o conversor da subestação passa sistematicamente para o modo de regeneração. Todavia, outros modos de
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26/27 funcionamento são possíveis. Pode-se decidir dar prioridade ao modo de alimentação em tração, de modo que quando a tensão Ussk se situar na zona 166, o conversor da subestação Sk passa sistematicamente para o modo de alimentação em tração.
[00108] Finalmente, de preferência, o modo de funcionamento do conversor da subestação Sk quando a tensão Ussk estiver na zona 166 é escolhido em função do modo de funcionamento do conversor que este tinha antes que a tensão Ussk entrasse na zona 166. Por exemplo, se a tensão Ussk estiver na zona 160 antes de entrar na zona 166, o conversor da subestação será mantido no modo de regeneração mesmo na zona 166. Inversamente, se a tensão Ussk estiver na zona 164 antes de entrar na zona 166, então o modo de alimentação em tração será mantido mesmo quando a tensão Ussk entrar na zona 166.
[00109] Diversos outros modos de realizações são possíveis, por exemplo, o conversor 30 pode ser realizado na forma de um ondulador/retificador comandável realizado a partir de transistores de potência. Nesse modo de realização, os mesmos transistores de potência são utilizados para retificar a tensão ou para ondular uma tensão.
[00110] Como variante, o que foi descrito acima aplica-se também a catenárias alimentadas em corrente alterna por meio de um conversor estático alternado/alternado. Esse conversor estático deve ser comandado para permitir uma troca de energia da rede 20 para a linha de alimentação 6 e vice-versa. A troca de energia não é, portanto, natural.
[00111] Aqui, o conversor 30 foi descrito como sendo um conversor de quatro quadrantes. Como variante, o conversor 30 é um conversor com pelo menos dois quadrantes que permitem inverter o sentido da corrente Ik. Finalmente, não é preciso inverter a polaridade da tensão Ussk.
[00112] O limiar Udk e o limite UC3mink podem ser,
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27/27 respectivamente, estritamente superiores a Ucnom e estritamente inferiores a Ucnom.
[00113] Como variante, as subestações Sk podem trocar entre si dados e cada uma das subestações Sk está apta a ajustar o valor de seu respectivo limiar UC3k em função dos dados recebidos das outras subestações.
[00114] O modo de funcionamento descrito em relação às Figuras 3 a 6 é apenas um exemplo simplificado dado a título de ilustração. Evidentemente, a regulagem do limiar UC3k pode ser otimizada e o que foi descrito pode ser adaptado ao caso em que a energia de freagem de mais de dois veículos tiver de ser recuperada. Da mesma forma, a energia elétrica de freagem pode ser recuperada ao mesmo tempo da via ascendente e descendente.
Claims (12)
- Reivindicações1. SISTEMA DE RECUPERAÇÃO DA ENERGIA DEFREAGEM DE VEÍCULOS FERROVIÁRIOS, compreendendo:- pelo menos uma linha de alimentação (6) que se estende ao longo de uma via férrea para alimentar os veículos ferroviários que circulam sobre essa via férrea;- várias subestações (Sk) de recuperação da energia de freagem separadas uma das outras por uma distância (Dk) superior a 100 m, e cada subestação (Sk) está eletricamente conectada na linha de alimentação (6) em um ponto (Pk) de conexão e equipada com:- um conversor elétrico (30) apto a transferir a energia elétrica da linha de alimentação (6) para uma rede (20) de distribuição de eletricidade para recuperar a energia de freagem dos veículos ferroviários;- um sensor (36) ou um estimador de uma tensão (Ussk) no nível do ponto Pk de conexão;- um módulo (32) de comando do conversor elétrico apto a fazer passar automaticamente o conversor elétrico para um modo de regeneração no qual o conversor elétrico transfere continuamente energia elétrica da linha de alimentação para a rede de distribuição de eletricidade (20) para recuperar a energia de freagem dos veículos ferroviários, a partir do momento em que a tensão (Ussk) medida ou estimada é superior a um limiar (Uc3k), de modo que cada subestação está associada à sua própria zona (Zfk) de recuperação de energia de freagem, na qual, qualquer que seja a posição do veículo ferroviário no interior dessa zona (Zfk), a subestação (Sk) é capaz de recuperar pelo menos uma parte da energia de freagem desse veículo ferroviário;e uma zona (Zfk) de recuperação da energia de freagem sendo um segmento (Lgír; Ldír) da linha de alimentação (6) centrada em torno do ponto (Pk) e cujos limites (LGfk, Ldír) estão separados de cada lado do pontoPetição 870190028153, de 25/03/2019, pág. 38/45
- 2/7 (Pk) por uma distância (Fk) igual a (Ucmax-Uc3mink)/(p Imax), em que:- UCmax é uma tensão máxima não permanente admissível na linha de alimentação;- UC3mink é o valor mínimo que o limiar UC3k pode assumir durante o funcionamento da subestação;- p é a resistência linear da linha de alimentação; e- Imax é a intensidade máxima admissível para a corrente que circula na linha de alimentação;o sistema caracterizado pelo fato do valor do limite (UC3mink) ser tal que a distância (Fk) é superior ou igual a Dk/2.2. SISTEMA, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato do valor do limite (UC3mink) ser tal que a distância (Fk) é superior ou igual à distância (Dk).
- 3. SUBESTAÇÃO (Sk) DE RECUPERAÇÃO DA ENERGIA DE FREAGEM DE VEÍCULOS FERROVIÁRIOS, apta a ser utilizada em um sistema tal como definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 2, subestação essa que está apta a ser eletricamente conectada a uma na linha de alimentação (6) em um ponto (Pk) e que é dotada:- de um conversor elétrico (30) apto a transferir da energia elétrica da linha de alimentação (6) para uma rede (20) de distribuição de eletricidade para recuperar a energia de freagem dos veículos ferroviários;- de um sensor (36) ou um estimador de uma tensão (Ussk) no nível do ponto (Pk) de conexão;- de um módulo (32) de comando do conversor elétrico apto a fazer passar automaticamente o conversor elétrico para um modo de regeneração no qual o conversor elétrico transfere continuamente energia elétrica da linha de alimentação para a rede de distribuição de eletricidade para recuperar a energia de freagem dos veículos ferroviários, a partir do momentoPetição 870190028153, de 25/03/2019, pág. 39/453/7 em que a tensão (Ussk) medida ou estimada é superior a um limiar (Uc3k), de modo que cada subestação está associada a sua própria zona (Zfk) de recuperação de energia de freagem na qual, qualquer que seja a posição do veículo ferroviário no interior dessa zona (Zfk), a subestação (Sk) é capaz de recuperar pelo menos uma parte da energia de freagem desse veículo ferroviário, e uma zona (Zfk) de recuperação da energia de freagem é um segmento (Lgír; Ldír) da linha de alimentação (6) centrada em torno do ponto (Pk) e cujos limites (LGfk, Ldír) estão separados de cada lado do ponto (Pk) por uma distância (Fk) igual a (Ucmax-Uc3mink)/( p Imax), em que:- Ucmax é uma tensão máxima não permanente admissível na linha de alimentação;- Uc3mink é o valor mínimo que o limiar Uc3k pode assumir durante o funcionamento da subestação;- p é a resistência linear da linha de alimentação;- Imax é a intensidade máxima admissível para a corrente que circula na linha de alimentação;caracterizada pelo fato valor do limite (Uc3mink) ser tal que a distância (Fk) é superior ou igual a Dk/2 ou a Dk.
- 4. SUBESTAÇÃO, de acordo com a reivindicação 3, caracterizada pelo fato do conversor elétrico (30) estar apto a transferir energia elétrica da rede (20) de distribuição de eletricidade para a linha de alimentação (6) para alimentar em tração o ou os veículos ferroviários, de modo que a subestação (Sk) está também associada a uma zona (Ztk) de alimentação em tração dos veículos ferroviários na qual, qualquer que seja a posição do veículo ferroviário no interior da zona (Ztk), a subestação (Sk) é capaz de alimentar motores elétricos de tração do veículo ferroviário;e uma zona Ztk de alimentação em tração é um segmento[LGtk;Petição 870190028153, de 25/03/2019, pág. 40/454/7 l_Dtk] da linha de alimentação centrada em torno do ponto Pk e cujos limites Lotk, Lütk estão separados de cada lado do ponto Pk por uma distância Tk igual a (Ussmaxk-UCmin)/( p Imax), em que:- Ussmaxk é a tensão máxima que o conversor elétrico pode gerar da subestação (Sk) no nível do ponto (Pk) para alimentar em tração um veículo ferroviário;- UCmin é a tensão mínima não permanente admissível na linha de alimentação, o valor do limite (Ussmaxk) é tal que a distância (Tk) é superior ou igual a Dk/2 ou a Dk.
- 5. SUBESTAÇÃO, de acordo com a reivindicação 4, caracterizada pelo fato de que:- o módulo (32) de comando está apto a fazer passar automaticamente o conversor elétrico (30) para um modo de alimentação em tração no qual o conversor elétrico (30) transfere continuamente energia elétrica da rede de distribuição de eletricidade para a linha de alimentação a partir do momento em que a tensão (Ussk) medida ou estimada é inferior a um limiar (Udk);- o limite (UC3mink) é inferior ao limiar (Udk); e- quando a tensão (Ussk) medida ou estimada estiver compreendida entre o limite (UC3mink) e o limiar (Udk), o módulo de comando está apto a fazer o conversor elétrico passar seja para o modo de regeneração seja para o modo de alimentação em tração em função do modo no qual se encontrava o conversor antes que a tensão (Ussk) esteja compreendida entre o limite (UC3mink) e o limiar (Udk).
- 6. SUBESTAÇÃO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 3 a 5, caracterizada pelo fato da subestação (Sk) compreender um módulo (40) de regulagem do valor do limiar (UC3k) próprio a fazer variar o valor desse limiar do limite baixo (UC3mink) até um limite alto (UC3maxk) superiorPetição 870190028153, de 25/03/2019, pág. 41/455/7 ou igual a 90% de uma tensão máxima (Ucmax) , módulo (40) de regulagem esse que está apto a manter o valor do limiar (UC3k) superior à tensão (Ussk) medida ou estimada enquanto o aumento da tensão (Ussk) medida ou estimada reste inferior a um limiar (assk) predeterminado.
- 7. SUBESTAÇÃO, de acordo com a reivindicação 6, caracterizada pelo fato de que quando a intensidade da corrente que atravessa o conversor elétrico for nula, o módulo (40) de regulagem está apto a diminuir o valor do limiar (UC3k) até o limite (UC3mink) se o aumento da tensão (Ussk) é superior ou igual ao limiar predeterminado (assk).
- 8. SUBESTAÇÃO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 6 a 7, caracterizado pelo fato do módulo (32) de comando estar apto a comandar o conversor elétrico para que esse conversor elétrico transfira a maior quantidade possível de energia elétrica por unidade de tempo da linha de alimentação (6) para a rede (20) de distribuição de eletricidade, a partir do momento em que a tensão (Ussk) medida ou estimada ultrapassa um limiar (UCmax2k) superior ou igual ao limite (UC3maxk).
- 9. SUBESTAÇÃO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 3 a 8, caracterizado pelo fato do conversor elétrico (30) ser um conversor comandado com pelo menos dois quadrantes realizado por meio de tiristores ou de transistores de potência, e o módulo (32) de comando está apto a comandar o conversor para manter constante a tensão (Ussk) enquanto a potência elétrica gerada na linha de alimentação ou absorvida a partir da linha de alimentação não variar mais de 50%.
- 10. PROCESSO DE RECUPERAÇÃO DA ENERGIA DE FREAGEM DE VEÍCULOS FERROVIÁRIOS, compreendendo os passos de:- o fornecimento de pelo menos uma linha de alimentação (6) que se estende ao longo de uma via férrea para alimentar veículos ferroviários (46) que circulam sobre essa via férrea;Petição 870190028153, de 25/03/2019, pág. 42/456/7- o fornecimento de várias subestações (Sk) de recuperação da energia elétrica de freagem separadas umas das outras por uma distância (Dk) superior a 100 m, e cada subestação (Sk) está eletricamente conectada na linha de alimentação em um ponto (Pk) de conexão e dotada de um conversor elétrico apto a transferir da energia elétrica da linha de alimentação para uma rede de distribuição de eletricidade para recuperar a energia de freagem dos veículos ferroviários;- a medida (56) ou a estimação de uma tensão (Ussk) no nível do ponto (Pk) de conexão;- o comando (92) do conversor elétrico para fazê-lo passar automaticamente para um modo de regeneração no qual o conversor elétrico transfere continuamente da energia elétrica da linha de alimentação para a rede de distribuição de eletricidade para recuperar a energia de freagem dos veículos ferroviários, a partir do momento a tensão (Ussk) medida ou estimada é superior a um limiar (UC3k), de modo que cada subestação está associada a sua própria zona (Zfk) de recuperação de energia de freagem na qual, qualquer que seja a posição do veículo ferroviário no interior dessa zona (Zfk), a subestação (Sk) é capaz de recuperar pelo menos uma parte da energia de freagem desse veículo ferroviário; e sendo que a zona (Zfk) de recuperação da energia de freagem é um segmento (Lgír; LDfk) da linha de alimentação (6) centrada em torno do ponto (Pk) e cujos limites (Lgir, LDfk) estão separados de cada lado do ponto (Pk) por uma distância (Fk) igual a (UCmax-UC3mink)/(p Imax) em que:- UCmax é uma tensão máxima não permanente admissível na linha de alimentação;- UC3mink é o valor mínimo que o limiar UC3k pode assumir durante o funcionamento da subestação;- p é a resistência linear da linha de alimentação; ePetição 870190028153, de 25/03/2019, pág. 43/457/7- Imax é a intensidade máxima admissível para a corrente que circula na linha de alimentação, em que o limite (Uc3mink) é tal que a distância (Fk) é superior ou igual a Dk/2; caracterizado por compreender adicionalmente o passo de:- a regulagem (64) do valor do limiar (UC3k) ao valor do limite (UC3mink) quando um veículo ferroviário gera energia de freagem no limite da zona (Zfk).
- 11. PROCESSO, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato do processo compreender a manutenção (70) do valor do limiar (UC3k) superior à tensão (Ussk) medida ou estimada enquanto o aumento da tensão (Ussk) permanecer inferior a um limiar (assk) predeterminado.
- 12. PROCESSO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 10 a 11, caracterizado pelo fato do processo compreender a diminuição (64) do valor do limiar (UC3k) até o limite (UC3mink) se o aumento da tensão (Ussk) medida ou estimada for superior ou igual ao limiar predeterminado (assk).
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