DE102008020981B4

DE102008020981B4 - Verfahren zum Last- und Spannungsausgleich in einem elektrischen Eisenbahnnetzwerk und elektrisches Eisenbahnnetzwerk

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Publication number: DE102008020981B4
Application number: DE102008020981.3A
Authority: DE
Inventors: Dr.-Ing. Meyer zu Hörste Michael; Dr.-Ing. Jäger Bärbel
Original assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Current assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Priority date: 2008-04-25
Filing date: 2008-04-25
Publication date: 2015-10-08
Anticipated expiration: 2028-04-26
Also published as: DE102008020981A1

Abstract

Verfahren zum Last- und Spannungsausgleich in einem elektrischen Eisenbahnnetzwerk mit mindestens zwei Zügen (1.1, 1.2, 1.3), die ausgebildet sind – zum Einspeisen elektrischer Energie in das Eisenbahnnetzwerk beim Bremsen und – zum Entnehmen elektrischer Energie aus dem Eisenbahnnetzwerk beim Anfahren, mit folgenden Schritten: a) Ermitteln eines Bremszeitpunktes (t1.3 Brems), zu dem ein Geberzug (1.3) elektrische Energie in das Eisenbahnnetzwerk einspeisen wird, b) Erfassen mindestens eines potentiellen Entnehmerzuges (1.1, 1.2), für den der Bremszeitpunkt (t1.3 Brems) innerhalb eines Anfahrzeitintervalls ([t1.1 Beginn, t1.1 Ende], [t1.2 Beginn, t1.2 Ende]) liegt, in dem der potentielle Entnehmerzug (1.1, 1.2) anfahren wird, c) Auswählen eines Entnehmerzuges (1.1) aus dem mindestens einen potentiellen Entnehmerzug (1.1, 1.2), d) Wählen eines Anfahrzeitpunktes (t1.1 Anfahr) des Entnehmerzuges (1.1) innerhalb seines Anfahrzeitintervalls ([t1.1 Beginn, t1.1 Ende]) derart, dass der Anfahrzeitpunkt (t1.1 Anfahr) des Entnehmerzuges (1.1) und der Bremszeitpunkt (t1.3 Brems) des Geberzuges (1.3) im Wesentlichen übereinstimmen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Last- und Spannungsausgleich in einem elektrischen Eisenbahnnetzwerk mit mindestens zwei Zügen, die ausgebildet sind zum Einspeisen elektrischer Energie in das Eisenbahnnetzwerk beim Bremsen und zum Entnehmen elektrischer Energie aus dem Eisenbahnnetzwerk beim Anfahren sowie ein derartiges Eisenbahnnetzwerk.
Mehr oder weniger alle modernen elektrischen Lokomotiven sind in der Lage, beim Bremsen die kinetische Energie, die abgebaut werden muss, durch eine generatorische Verwendung der Antriebsmotoren in elektrische Energie umzuwandeln und in das Netz zurückzuspeisen. Nachteilig ist, dass für diese dem Eisenbahnnetzwerk zusätzlich zur Verfügung gestellte elektrische Energie unter Umständen kein Verbraucher vorhanden ist. Im ungünstigsten Fall muss die zurückgespeiste elektrische Energie über Widerstände in Wärmeenergie umgewandelt werden. Wenn dies nicht geschieht, erfolgt früher oder später eine Notabschaltung des Netzbereiches wegen einer auftretenden Überspannung.
So offenbart beispielweise die DE 198 50 051 A1 ein Verfahren zur Steuerung der Energieverteilung in einem elektrischen Eisenbahnnetz, bei dem die Züge an eine Zentrale eine Energiebezugs-Anfrage senden, welche den gewünschten zukünftigen Energiebezug zumindest teilweise spezifizieren. Die Zentrale sendet daraufhin eine Energiebezugs-Antwort, in der enthalten ist, wie groß die maximale Leistungsaufnahme des Schienenfahrzeuges zum Energiebezugs-Zeitpunkt sein darf. So kann mit diesem Verfahren beispielsweise verhindert werden, dass Lastspitzen auftreten, da bei Erkennen einer solchen zukünftigen Lastspitze den Triebfahrzeugen beziehungsweise Zügen entsprechend weniger Leistungsaufnahme zugestanden wird. Zügen, die einen Moment stehen, kann auch gar keine Energie zugeteilt werden. Sie erhalten in diesem Fall die Instruktion, vor dem Start noch zusätzlich eine gewisse Zeit abzuwarten.
Die DE 196 54 620 A1 offenbart des Weiteren ein Verfahren zur gleichmäßigen Lastverteilung im elektrischen Verteilungsnetz, das hierarchisch aufgebaut ist. Unter Zugrundelegung eines mathematischen Prozessmodells und entsprechenden Verbraucherkennlinien wird die zeitliche Abfolge der Verbraucher so koordiniert, dass möglichst wenig Lastspitzen auftreten. Nachteilig bei diesem System ist jedoch, dass dies letztlich nur insoweit funktioniert, als dass das Prozessmodell eine solche Koordination zulässt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die durch Widerstände in Wärme umgewandelte Energie zu reduzieren.
Die Erfindung löst die Aufgabe durch ein Verfahren zum Last- und Spannungsausgleich in einem elektrischen Eisenbahnnetzwerk mit mindestens zwei Zügen, die ausgebildet sind zum Einspeisen elektrischer Energie in das Eisenbahnnetzwerk beim Bremsen und zum Entnehmen elektrischer Energie aus dem Eisenbahnnetzwerk beim Anfahren, mit folgenden Schritten:

a) Ermitteln eines Bremszeitpunktes, zu dem ein Geberzug elektrische Energie in das Eisenbahnnetzwerk einspeisen wird,
b) Erfassen mindestens eines potentiellen Entnehmerzuges, für den der Bremszeitpunkt innerhalb eines Anfahrzeitintervalls liegt, in dem der potentielle Entnehmerzug anfahren wird,
c) Auswählen eines Entnehmerzuges aus dem mindestens einen potentiellen Entnehmerzug,
d) Wählen eines Anfahrzeitpunktes des Entnehmerzuges innerhalb seines Anfahrzeitintervalls derart, dass der Anfahrzeitpunkt des Entnehmerzuges und der Bremszeitpunkt des Geberzuges im Wesentlichen übereinstimmen.

Zum Ermitteln eines Bremszeitpunktes im Verfahrensschritt a) wird beispielsweise die Position des Zuges mittels eines Satellitennavigationssystem wie dem Global positioning system” GPS oder in bestimmten Abständen in die Strecke eingebauten Sensoren oder Balisen überwacht. Nähert sich der Zug nun beispielsweise einem Bahnhof, einer scharfen Kurve oder einem Haltesignal, wird aus der Position des Zuges und seiner Geschwindigkeit, die beispielsweise aus der Änderung seiner Position pro Zeit errechnet wird, der Zeitpunkt bestimmt, zu dem der Zug bremsen wird.
Dazu sind in einer Datenbank, wie beispielsweise einer digitalen Karte oder einem Streckenplan, Daten über den Streckenverlauf der von dem Zug zu fahrenden Strecke mit gegebenenfalls geltenden Geschwindigkeitsbegrenzungen, Positionen von Haltesignalen und Halten in Bahnhöfen gespeichert. Aus der Position des Zuges und seiner Geschwindigkeit wird durch Auswertung der Daten über den Streckenverlauf der nächste Bremszeitpunkt errechnet.
Ein Anfahrzeitpunkt eines stehenden Zuges ist innerhalb eines Anfahrzeitintervalls wählbar. Dieses Anfahrzeitintervall weist eine bestimmte Länge auf, beispielsweise 30 Sekunden oder eine Minute. Diese Länge hängt unter anderem davon ab, wie schnell das Gleis, auf dem der Zug steht, etwa von einem nachfolgenden Zug, benötigt wird oder ob der Zug pünktlich oder verspätet ist. Ist der Zug bereits verspätet, wird das Anfahrzeitintervall beispielsweise kürzer gewählt als bei einem pünktlichen Zug, um die Verspätung nicht noch zu vergrößern. Die Länge ist zudem zugartabhängig. So beträgt die Länge bei S-Bahnen beispielsweise 3 bis 5 Sekunden, bei Fernverkehrszügen beispielsweise 5 bis 10 Sekunden und bei Güterzügen beispielsweise 30 Sekunden.
Das Anfahrzeitintervall beginnt beispielsweise für im Bahnhof haltende Züge mit dem Zeitpunkt, zu dem er Zug planmäßig den Bahnhof verlassen soll. Ist dieser Zeitpunkt bereits vergangen, etwa weil der Zug verspätet ist, beginnt das Anfahrzeitintervall beispielsweise mit dem Zeitpunkt, zu dem der Zug abfahrbereit ist. Für beispielsweise vor einem Haltesignal wartende Züge beginnt das Anfahrzeitintervall mit dem Zeitpunkt, zu dem das Haltesignal umgeschaltet wird.
Im Verfahrensschritt b) wird mindestens ein potentieller Entnehmerzug erfasst, für den der in Verfahrensschritt a) ermittelte Bremszeitpunkt innerhalb seines Anfahrzeitintervalls liegt.
Im Verfahrensschritt c) wird aus diesem mindestens einen potentiellen Entnehmerzug ein Entnehmerzug ausgewählt. Details über den Erfassungsvorgang und das Auswählen des Entnehmerzuges werden weiter unten beschrieben.
Im Verfahrensschritt d) wird der Anfahrzeitpunkt des Entnehmerzuges so gewählt, dass er mit dem Bremszeitpunkt des Geberzuges im Wesentlichen übereinstimmt.
Das bedeutet, dass zwischen beiden Zeitpunkten weniger als drei Sekunden liegen. Damit wird gewährleistet, dass die vom Geberzug beim Bremsen in das elektrische Eisenbahnnetzwerk eingespeiste Energie vom Entnehmerzug dem elektrischen Eisenbahnnetzwerk entnommen und zum Anfahren verwendet wird.
Vorteilhafterweise wird im Verfahrensschritt c) derjenige potentielle Entnehmerzug als Entnehmerzug ausgewählt, für dessen Anfahrzeitintervall die Differenz zwischen dem Beginn des Anfahrzeitintervalls und dem Bremszeitpunkt des Geberzuges minimal ist. Dabei handelt es sich bei dem Beginn des Anfahrzeitintervalls beispielsweise um die fahrplanmäßige Abfahrtszeit oder um den Zeitpunkt, bei dem ein Haltesignal für diesen Zug umgeschaltet wird. Durch die spezielle Wahl des Entnehmerzuges wird sichergestellt, dass der Entnehmerzug möglichst wenig Wartezeit hat, was zu geringen Abweichungen im Fahrplan und zu kurzer Wartezeit für Fahrgäste führt. Ein alternatives Kriterium zur Auswahl des Entnehmerzuges ist beispielsweise die Leistung einer Lokomotive im Verhältnis zur Masse des durch sie bewegten Zuges. So kann durch die Auswahl eines Zuges mit relativ geringer Leistung pro Masse dieser Lokomotive zusätzlich unterstützende Energie zur Verfügung gestellt werden. Es ist auch möglich, den räumlich dem Bremszug am nächsten befindlichen potentiellen Entnehmerzug als Entnehmerzug auszuwählen. Damit wird gewährleistet, dass die durch das Bremsen des Geberzuges auftretende Spannungsspitze in einem räumlich begrenzten Bereich auftritt, bevor sie durch das Anfahren des Entnehmerzuges abgebaut wird. Zudem wird so möglichst wenig elektrische Energie durch den Widerstand der Leitungen in Wärmeenergie umgesetzt.
Besonders vorteilhafterweise wird der Bremszeitpunkt des Geberzuges im Geberzug bestimmt. Dazu weist der Geberzug beispielsweise eine Einheit auf, mit der er seine jeweilige Position ermitteln kann. Dies geschieht beispielsweise über ein Satellitennavigationssystem wie das „Global Positioning System” GPS. Diese Einheit wird beispielsweise mit einer im Zug auf einem Datenträger gespeicherten Landkarte oder Datenbank, in der die vom Geberzug zu fahrende Strecke gespeichert ist, abgeglichen. Auf diese Weise ermittelt der Geberzug aus seiner aktuellen Position und der Geschwindigkeit der Positionsänderung den Bremszeitpunkt, wenn dieser beispielsweise durch Bahnhöfe oder scharfe Kurven hervorgerufen wird. Zudem wird der Zug vorteilhafterweise über in die Strecke eingebrachte Signalgeber oder über Informationen einer Zugleitstelle über eventuelle Haltesignale auf seiner Strecke informiert.
Vorzugsweise umfasst das Erfassen des mindestens einen potentiellen Entnehmerzuges die folgenden Schritte:

b1) Übermitteln des Bremszeitpunktes des Geberzuges an eine Leitstelle,
b2) Auslesen des Anfahrzeitintervalls eines Zuges aus einer Datenbank durch die Leitstelle,
b3) Vergleichen des ausgelesenen Anfahrzeitintervalls mit dem übermittelten Bremszeitpunkt des Geberzuges,
b4) Kennzeichnen des Zuges, dessen Anfahrzeitintervall ausgelesen wurde, als potentiellen Entnehmerzug, falls der übermittelte Bremszeitpunkt des Geberzuges innerhalb des ausgelesenen Anfahrzeitintervalls liegt,
b5) Wiederholen der Schritte b2) bis b4) für weitere Züge.

Ein Geberzug, der einen Bremszeitpunkt ermittelt hat, übermittelt diesen in Form eines Signals an eine Leitstelle. Dies kann beispielsweise über ein kodiertes Funksignal geschehen, welches verschlüsselt ist, um Unbefugten den Zugriff auf die Daten zu verwehren.
Die Leitstelle liest aus einer Datenbank Anfahrzeitintervalle eines Zuges aus. Diese Datenbank enthält beispielsweise die Abfahrtzeiten aller Züge an einem Bahnhof. Sie kann beispielsweise durch davon abweichende aktuelle Anfahrzeitintervalle, beispielsweise bei Zugverspätungen, vor Signalen wartenden Züge oder außerplanmäßigen Zügen ergänzt sein.
Die so ausgelesenen Anfahrzeitintervalle werden mit dem übermittelten Bremszeitpunkt verglichen. Liegt der Bremszeitpunkt innerhalb des Anfahrzeitintervalls, wird der Zug, dessen Anfahrzeitintervall ausgelesen wurde, als potentieller Entnehmerzug gekennzeichnet. Dies wird für verschiedene Züge wiederholt, die sich auf dem gleichen Netzabschnitt befinden, wie der Geberzug. So ist sichergestellt, dass die von dem Geberzug in das Netzwerk eingespeiste Energie von den potentiellen Entnehmerzügen dem Netzwerk entnommen werden kann.
Vorteilhafterweise wählt die Leitstelle den Entnehmerzug aus dem mindestens einen potentiellen Entnehmerzug aus. Sie wählt daraufhin den Anfahrzeitpunkt des Entnehmerzuges aus, und übermittelt diesen an den Entnehmerzug.
Erfolgt die Auswahl eines Entnehmerzuges aus dem mindestens einen potentiellen Entnehmerzug beispielsweise durch einen automatischen Auswahlalgorithmus, kann bereits vor dem Kennzeichnen eines zweiten Zuges als potentiellen Entnehmerzug dieser zweite Zug mit dem bereits bestehenden potentiellen Entnehmerzug daraufhin verglichen werden, welcher von beiden durch den automatischen Auswahlalgorithmus als Entnehmerzug ausgewählt würde. Dieser Zug wird als potentieller Entnehmerzug gekennzeichnet, der andere Zug wird verworfen. Auf diese Weise ist sichergestellt, dass die Liste der potentiellen Entnehmerzüge jeweils genau einen Eintrag aufweist.
Bevorzugt umfasst das Erfassen des mindestens einen potentiellen Entnehmerzuges folgende Schritte:

b1) Übermitteln des Bremszeitpunktes des Geberzuges an mindestens einen Empfangszug,
b2) Vergleichen des übermittelten Bremszeitpunktes des Geberzuges mit dem Anfahrzeitintervall des Empfangszuges im Empfangszug,
b3) Übermitteln des Anfahrzeitintervalls des Empfangszuges an den Geberzug, falls der Bremszeitpunkt innerhalb des Anfahrzeitintervalls des Empfangszuges liegt,
b4) Speichern des übermittelten Anfahrzeitintervalls im Geberzug und Kennzeichnen des Empfangszuges, der seinen Anfahrzeitintervall übermittelt hat, als potentiellen Entnehmerzug.

Die Übermittlung des Bremszeitpunktes durch den Geberzug an mindestens einen Empfangszug geschieht beispielsweise über ein Funksignal. Unter einem Empfangszug wird dabei jeder Zug verstanden, der das Signal des Geberzuges empfängt. Dabei ist über die Reichweite des Funksignals bestimmt, in welchem Umkreis um den Geberzug sich die Empfangszüge befinden. So ist sichergestellt, dass nur Züge in der räumlichen Umgebung des Geberzuges das Signal empfangen. Der mindestens eine Empfangszug vergleicht den ihm übermittelten Bremszeitpunkt mit seinem Anfahrzeitintervall. Liegt der Bremszeitpunkt innerhalb des Anfahrzeitintervalls, übermittelt der Empfangszug sein Anfahrzeitintervall an den Geberzug. Dabei ist von Vorteil, dass die Kommunikation direkt zwischen den Zügen ohne die Notwendigkeit einer zentralen Leitstelle auskommt. Auf diese Weise wird die benötigte Funkleistung gerade in entlegenen Gebieten, die weit von jeder Leitstelle entfernt liegen, reduziert.
Der Geberzug empfängt die von dem mindestens einen Empfangszug übermittelten Anfahrzeitintervalle. Diese werden im Geberzug gespeichert. Dadurch werden die Empfängerzüge, die dem Geberzug ihr Anfahrzeitintervall übermittelt haben zu potentiellen Entnehmerzügen.
Vorzugsweise wählt der Geberzug aus dem mindestens einen potentiellen Entnehmerzug den Entnehmerzug aus. Er wählt außerdem den Anfahrzeitpunkt des Entnehmerzugs und übermittelt diesen an den Entnehmerzug. Die gesamte Kommunikation zwischen den Zügen erfolgt vorteilhafterweise verschlüsselt, um unbefugten Personen den Zugang zu den Daten zu verwehren.
Vorzugsweise erfolgt die Übermittlung des Signals vom Geberzug eine vorbestimmte Zeitspanne, beispielsweise mindestens eine Minute, vor dem Bremszeitpunkt. Dadurch wird sichergestellt, dass der Empfänger des Signals, beispielsweise die Leitstelle oder Empfangszüge, genügend Zeit haben, auf die Übermittlung des Bremszeitpunktes durch den Geberzug zu reagieren.
Ein elektrisches Eisenbahnnetzwerk mit mindestens zwei Zügen, die ausgebildet sind zum Einspeisen elektrischer Energie in das Eisenbahnnetzwerk beim Bremsen und zu Entnehmen elektrischer Energie aus dem Eisenbahnnetzwerk beim Anfahren umfasst erfindungsgemäß eine elektrische Steuerung, die zur Durchführung eines der oben beschriebenen Verfahren eingerichtet ist.
Vorteilhafterweise weist jeder Zug des elektrischen Eisenbahnnetzwerkes eine elektrische Zugsteuerung auf, die eingerichtet ist zum

– Ermitteln eines Bremszeitpunktes,
– Übermitteln des ermittelten Bremszeitpunktes,
– Empfangen eines ermittelten Bremszeitpunktes,
– Vergleichen eines empfangenen Bremszeitpunktes mit dem Anfahrzeitintervall des Zuges,
– Übermitteln des Anfahrzeitintervalls,
– Einfügen eines Anfahrzeitintervalls,
– Speichern eines übermittelten Anfahrzeitintervalls,
– Kennzeichnen eines Zuges als potentiellen Entnehmerzug,
– Auswählen eines Entnehmerzuges aus mindestens einem potentiellen Entnehmerzug,
– Auswählen eines Anfahrzeitpunktes und
– Übermitteln des ausgewählten Anfahrzeitpunktes.

Vorzugsweise umfasst das elektrische Eisenbahnnetzwerk eine Leitstelle mit einer elektrischen Leitstellensteuerung, die eingereicht ist zum

– Empfangen eines Bremszeitpunktes,
– Auslesen eines Anfahrzeitintervalls eines Zuges aus einer Datenbank,
– Vergleichen des empfangenen Bremszeitpunktes mit dem ausgelesenen Anfahrzeitintervall,
– Kennzeichnen des Zuges, dessen Anfahrzeitintervall ausgelesen wurde, als potentiellen Entnehmerzug, falls der empfangene Bremszeitpunkt innerhalb des ausgelesenen Anfahrzeitintervalls liegt und
– Auswählen eines Entnehmerzuges aus mindestens einem potentiellen Entnehmerzug.

Mit Hilfe einer Zeichnung wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. Es zeigt:
1 einen Ausschnitt eines erfindungsgemäßen elektrischen Eisenbahnnetzwerkes.
1 zeigt drei durch Lokomotiven angedeutete Züge 1.1, 1.2, 1.3, die Teil eines erfindungsgemäßen elektrischen Eisenbahnnetzwerkes sind. Jeder der Züge 1.1, 1.2, 1.3 verfügt über eine elektrische Zugsteuerung 2.1, 2.2, 2.3, die jeweils eine Zugsteuerungs-Sendeeinrichtung 3.1, 3.2, 3.3 und eine Zugsteuerungs-Empfangseinrichtung 4.1, 4.2, 4.3 umfasst. Der Zug 1.3 bewegt sich auf seinem Gleis entlang einer durch den Pfeil bezeichneten Fahrtrichtung des Geberzuges L, während die beiden anderen Züge 1.1, 1.2 auf ihren Gleisen, beispielsweise in einem Bahnhof oder vor Haltesignalen stehen.
Das elektrische Eisenbahnnetzwerk in 1 weist eine Leitstelle 5 auf, die über eine elektrische Leitstellensteuerung 6 mit einer Leitstellensteuerungs-Sendeeinrichtung 7 und einer Leitstellensteuerungs-Empfangseinrichtung 8 verfügt.
Die elektrische Zugsteuerung 2.3 des Zuges 1.3 ermittelt in einem ersten Verfahrensschritt einen Bremszeitpunkt t^1.3 _Brems, zu dem der Zug 1.3 bremsen und damit elektrische Energie in das elektrische Eisenbahnnetzwerk einspeisen wird. Dazu ermittelt die elektrische Zugsteuerung 2.3 die Position des Zuges 1.3 beispielsweise über ein Satellitennavigationssystem oder über in die Strecke eingebaute Sensoren oder Balisen und errechnet aus der Positionsänderung pro Zeiteinheit die Geschwindigkeit des Zuges 1.3.
Zusammen mit Daten über den Steckenverlauf der vom Zug 1.3 zu befahrenen Strecke, die unter anderem die jeweils geltende Geschwindigkeitsbegrenzung, die Position von Haltesignalen und die Bahnhöfe umfassen und die die elektrische Zugsteuerung 2.3 aus einer Datenbank, beispielsweise einer digitalen Karte oder einem Streckenplan, ausliest, ermittelt die elektrische Zugsteuerung 2.3 den nächsten Bremszeitpunkt t^1.3 _Brems des Zuges 1.3. Der Zug 1.3 wird damit zum Geberzug 1.3.
Die Zugsteuerungs-Sendeeinrichtung 3.3 des Geberzuges 1.3 übermittelt den ermittelten Bremszeitpunkt t^1.3 _Brems an die beiden anderen Züge 1.1, 1.2, die dadurch zu Empfängerzügen 1.1, 1.2 werden. Die Empfängerzüge 1.1, 1.2 empfangen mittels der jeweiligen Zugsteuerungs-Empfangseinrichtung 4.1, 4.2 den vom Geberzug 1.3 übermittelten Bremszeitpunkt t^1.3 _Brems. Optional übermittelt der Geberzug 1.3 auch eine Information, in der der Netzwerkabschnitt kodiert ist, in dem sich der Geberzug befindet. Diese erhält er beispielsweise durch Abgleichen seiner ermittelten Position mit Daten, die die elektrische Zugsteuerung 2.3 aus einer Datenbank ausliest.
Über die verwendete Sendeleistung wird der Radius um den Geberzug 1.3 gesteuert, innerhalb dessen das Signal des Geberzuges 1.3 zu empfangen ist. So ist sichergestellt, dass nur Züge innerhalb der räumlichen Umgebung des Geberzuges 1.3 zu Empfängerzügen 1.1, 1.2 werden können. Somit wird die durch das Bremsen des Geberzuges 1.3 in das elektrische Eisenbahnnetzwerk eingespeiste elektrische Energie auch innerhalb dieses Radius verwendet, so dass der Anteil der Energie, der beispielsweise durch Leitungsverluste auftritt, minimiert wird.
Die elektrische Zugsteuerung 2.1, 2.2 liest nun aus einer Datenbank ein Anfahrzeitintervall [t^1.1 _Beginn, t^1.1 _Ende], [t^1.2 _Beginn, t^1.2 _Ende] des jeweiligen Empfangszuges 1.1, 1.2 aus und vergleicht dieses mit dem vom Geberzug 1.3 übermittelten Bremszeitpunkt t^1.3 _Brems. Das Anfahrzeitintervall [t^1.1 _Beginn, t^1.1 _Ende], [t^1.2 _Beginn, t^1.2 _Ende] eines Zuges 1.1, 1.2 beginnt beispielsweise mit dem planmäßigen Anfahrzeitpunkt oder dem Zeitpunkt, zu dem ein Haltesignal, vor dem der betreffende Zug steht, umgeschaltet wird. Es ist durch eine vorbestimmte Zeitspanne begrenzt, beispielsweise eine Minute, die der Zug mit dem Anfahren warten kann.
Liegt der übermittelte Bremszeitpunkt t^1.3 _Brems innerhalb des von der elektrischen Zugsteuerung ausgelesenen Anfahrzeitintervall [t^1.1 _Beginn, t^1.1 _Ende], [t^1.2 _Beginn, t^1.2 _Ende], sendet die elektrische Zugsteuerung 2.1, 2.2 mittels ihrer Zugsteuerungs-Sendeeinrichtung 3.1, 3.2 die Zugkennung des jeweiligen Empfangszuges 1.1, 1.2 und das jeweilige Anfahrzeitintervall [t^1.1 _Beginn, t^1.1 _Ende], [t^1.2 _Beginn, t^1.2 _Ende] an den Geberzug 1.3.
Hat der Geberzug 1.3 in seiner Übermittlung auch seinen Netzwerkabschnitt übermittelt, vergleicht die elektrische Zugsteuerung 2.1, 2.2 des jeweiligen Empfangszuges 1.1, 1.2 diese mit dem Netzwerkabschnitt, in dem sich der Empfangszug 1.1, 1.2 gerade befindet. Nur bei Übereinstimmung des Netzwerkabschnittes des Geberzuges 1.3 mit dem Netzwerkabschnitt des Empfangszuges 1.1, 1.2 sendet die elektrische Zugsteuerung 2.1, 2.2 das Anfahrzeitintervall [t^1.1 _Beginn, t^1.1 _Ende], [t^1.2 _Beginn, t^1.2 _Ende] an den Geberzug 1.3.
Hat der Geberzug 1.3 seinen Netzwerkabschnitt nicht mit übermittelt, sendet die elektrische Zugsteuerung 2.1, 2.2 der jeweiligen Empfangszuges 1.1, 1.2 den Netzwerkabschnitt, in dem sich der Empfangszug 1.1 1.2 befindet an den Geberzug 1.3.
Durch die Übermittlung des Anfahrzeitintervalls [t^1.1 _Beginn, t^1.1 _Ende], [t^1.2 _Beginn, t^1.2 _Ende] an den Geberzug 1.3 wird der Zug 1.1, 1.2, dessen elektrische Zugsteuerung 2.1, 2.2 sendet, zu einem potentiellen Entnehmerzug 1.1, 1.2. In 1 werden beide Züge 1.1, 1.2 zu potentiellen Entnehmerzügen.
Liegt der übermittelte Bremszeitpunkt t^1.3 _Brems außerhalb des ausgelesenen Anfahrzeitintervall [t^1.1 _Beginn, t^1.1 _Ende], [t^1.2 _Beginn, t^1.2 _Ende] wird kein Signal übermittelt.
Der Geberzug 1.3 empfängt über seine Zugsteuerungs-Empfangseinrichtung 4.3 die von den potentiellen Entnehmerzügen übermittelten Anfahrzeitintervalle [t^1.1 _Beginn, t^1.1 _Ende], [t^1.2 _Beginn, t^1.2 _Ende]. Aus diesen wählt er den Entnehmerzug aus und wählt dessen Anfahrzeitpunkt t^1.1 _Anfahr. In 1 sei dies der Zug 1.1. Ist in dem Signal eines potentiellen Entnehmerzuges 1.1, 1.2 der Netzwerkabschnitt kodiert, in dem sich der jeweilige potentielle Entnehmerzug 1.1, 1.2 befindet, vergleicht der Geberzug 1.3 diesen Netzwerkabschnitt mit dem Netzwerkabschnitt, in dem er sich selbst befindet. Nur bei Übereinstimmung beider Netzwerkabschnitte kann der potentielle Entnehmerzug 1.1, 1.2 als Entnehmerzug 1.1 ausgewählt werden.
Die Auswahl des Entnehmerzuges 1.1 aus den potentiellen Entnehmerzügen 1.1, 1.2 kann aufgrund verschiedener Kriterien erfolgen. Beispielsweise kann der Entnehmerzug 1.1 ausgewählt werden, dessen Beginn t^1.1 _Beginn des Anfahrzeitintervalls [t^1.1 _Beginn, t^1.1 _Ende] zeitlich am nächsten am Bremszeitpunkt t^1.3 _Brems des Geberzuges 1.3 liegt. Dadurch wird gewährleistet, dass der Entnehmerzug 1.1 möglicht kurz auf das Bremsen des Geberzuges 1.3 warten muss, so dass es zu möglichst geringer Verschiebung des beispielsweise durch einen Fahrplan vorbestimmten Beginn t^1.1 _Beginn des Anfahrzeitintervalls [t^1.1 _Beginn, t^1.1 _Ende] kommt. Dadurch wird die Wartezeit der Reisenden verkürzt.
Ein anderes mögliches Kriterium, nach dem der Entnehmerzug 1.1 ausgewählt werden kann, ist beispielsweise die räumliche Entfernung vom Geberzug oder das Verhältnis aus der Masse des Zuges und der Leistung seiner Lokomotive. Im ersten Fall werden durch die Auswahl des räumlich nächsten potentiellen Entnehmerzuges als Entnehmerzug die Energieverluste beispielsweise durch Leitungsverluste minimiert. Im zweiten Fall kann durch Auswählen des potentiellen Entnehmerzuges, der das geringste Verhältnis aus Masse des Zuges und der Leistung der Lokomotive, diesem Zug zusätzliche Energie zum Anfahren zur Verfügung gestellt werden.
Nachdem die elektrische Zugsteuerung 2.3 des Geberzuges 1.3 einen Entnehmerzug 1.1 aus den potentiellen Entnehmerzügen 1.1, 1.2 ausgewählt hat, sendet sie diesem mittels ihrer Zugsteuerungs-Sendeeinrichtung 3.3 ein Signal, in dem der ausgewählte Anfahrzeitpunkt t^1.1 _Anfahr des Entnehmerzuges 1.1 übermittelt wird. Der Entnehmerzug 1.1, der das Signal mittels seiner Zugsteuerungs-Empfangseinrichtung 4.1 empfängt, fährt daraufhin zu dem ihm übermittelten Anfahrzeitpunkt t^1.1 _Anfahr an. So wird gewährleistet, dass in dem Moment, in dem der Geberzug 1.3 bremst und elektrische Energie in das elektrische Eisenbahnnetzwerk einspeist, ein erhöhter Bedarf an elektrischen Energie durch das Anfahren des Entnehmerzuges 1.1 vorliegt, der die durch das Einspeisen auftretende Spannungsspitze ausgleicht.
Alternativ übermittelt der Geberzug 1.3 seinen im ersten Verfahrensschritt a) ermittelten Bremszeitpunkt t^1.3 _Brems an die Leitstelle 5 des Netzwerkes. Die elektrische Leitstellensteuerung 6 der Leitstelle 5 empfängt mit ihrer Leitstellensteuerungs-Empfangseinrichtung 8 das von der Zugsteuerungs-Sendeeinrichtung 3.3 des Geberzuges 1.3 übermittelte Signal.
Die elektrische Leitstellensteuerung 6 der Leitstelle 5 liest aus einer Datenbank die Anfahrzeitintervalle [t^1.1 _Beginn, t^1.1 _Ende], [t^1.2 _Beginn, t^1.2 _Ende] und den Netzwerkabschnitt anderer Züge aus. Dabei ermittelt die Leitstelle 5 den Netzwerkabschnitt, in dem sich der Geberzug 1.3 befindet. Diesen hat der Geberzug 1.3 entweder mit übermittelt oder die elektrische Leitstellensteuerung liest ihn aus einer Datenbank aus. Dazu benötigt sie die Position des Geberzuges 1.3. Diese erhält sie beispielsweise aus dem Signal des Geberzuges 1.3 oder aus Sensoren oder Balisen, die in die Strecke eingebaut sind und über die eine Ortung des Geberzuges 1.3 möglich ist.
Liegt der Bremszeitpunkt t^1.3 _Brems des Geberzuges 1.3 innerhalb eines ausgelesenen Anfahrzeitintervalls [t^1.1 _Beginn, t^1.1 _Ende], [t^1.2 _Beginn, t^1.2 _Ende] speichert die elektrische Leitstellensteuerung 6 das Anfahrzeitintervall [t^1.1 _Beginn, t^1.1 _Ende], [t^1.2 _Beginn, t^1.2 _Ende] und den jeweiligen Zug 1.1, 1.2 als potentiellen Entnehmerzug 1.1, 1.2.
Die elektrische Leitstellensteuerung 6 wählt aus dem mindestens einen potentiellen Entnehmerzug 1.1, 1.2 den Entnehmerzug 1.1 aus und bestimmt dessen Anfahrzeitpunkt t^1.1 _Anfahr. Über die Leitstellensteuerungs-Sendeeinrichtung 7 übermittelt die Leitstelle 5 den Anfahrzeitpunkt t^1.1 _Anfahr an den Entnehmerzug 1.1.
Bezugszeichenliste

L: Fahrtrichtung des Geberzuges
1.1, 1.2, 1.3: Zug
2.1, 2.2, 2.3: elektrische Zugsteuerung
3.1, 3.2, 3.3: Zugsteuerungs-Sendeeinrichtung
4.1, 4.2, 4.3: Zugsteuerungs-Empfangseinrichtung
5: Leitstelle
6: elektrische Leitstellensteuerung
7: Leitstellensteuerungs-Sendeeinrichtung
8: Leitstellensteuerungs-Empfangseinrichtung
t^1.3 _Brems: Bremszeitpunkt des Geberzuges
[t^1.1 _Beginn, t^1.1 _Ende]: Anfahrzeitintervall
t^1.1 _Beginn: Beginn des Anfahrzeitintervalls
[t^1.2 _Beginn, t^1.2 _Ende]: Anfahrzeitintervall
t^1.1 _Anfahr: Anfahrzeitpunkt des Entnehmerzuges

Claims

Verfahren zum Last- und Spannungsausgleich in einem elektrischen Eisenbahnnetzwerk mit mindestens zwei Zügen (1.1, 1.2, 1.3), die ausgebildet sind – zum Einspeisen elektrischer Energie in das Eisenbahnnetzwerk beim Bremsen und – zum Entnehmen elektrischer Energie aus dem Eisenbahnnetzwerk beim Anfahren, mit folgenden Schritten: a) Ermitteln eines Bremszeitpunktes (t^1.3 _Brems), zu dem ein Geberzug (1.3) elektrische Energie in das Eisenbahnnetzwerk einspeisen wird, b) Erfassen mindestens eines potentiellen Entnehmerzuges (1.1, 1.2), für den der Bremszeitpunkt (t^1.3 _Brems) innerhalb eines Anfahrzeitintervalls ([t^1.1 _Beginn, t^1.1 _Ende], [t^1.2 _Beginn, t^1.2 _Ende]) liegt, in dem der potentielle Entnehmerzug (1.1, 1.2) anfahren wird, c) Auswählen eines Entnehmerzuges (1.1) aus dem mindestens einen potentiellen Entnehmerzug (1.1, 1.2), d) Wählen eines Anfahrzeitpunktes (t^1.1 _Anfahr) des Entnehmerzuges (1.1) innerhalb seines Anfahrzeitintervalls ([t^1.1 _Beginn, t^1.1 _Ende]) derart, dass der Anfahrzeitpunkt (t^1.1 _Anfahr) des Entnehmerzuges (1.1) und der Bremszeitpunkt (t^1.3 _Brems) des Geberzuges (1.3) im Wesentlichen übereinstimmen.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass derjenige potentielle Entnehmerzug (1.1, 1.2) als Entnehmerzug (1.1) ausgewählt wird, für dessen Anfahrzeitintervall ([t^1.1 _Beginn, t^1.1 _Ende], [t^1.2 _Beginn, t^1.2 _Ende]₎ die Differenz zwischen dem Beginn des Anfahrzeitintervalls ([t^1.1 _Beginn, t^1.2 _Ende]) und dem Bremszeitpunkt (t^1.3 _Brems) des Geberzuges (1.3) minimal ist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Bremszeitpunkt (t^1.3 _Brems) des Geberzuges (1.3) im Geberzug (1.3) bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Erfassen des mindestens einen potentiellen Entnehmerzuges (1.1, 1.2) die folgenden Schritte umfasst: (b1) Übermitteln des Bremszeitpunktes (t^1.3 _Brems) des Geberzuges (1.3) an eine Leitstelle (5), (b2) Auslesen des Anfahrzeitintervalls ([t^1.1 _Beginn, t^1.1 _Ende], [t^1.2 _Beginn, t^1.2 _Ende]) eines Zuges (1.1, 1.2) aus einer Datenbank durch die Leitstelle (5), (b3) Vergleichen des ausgelesenen Anfahrzeitintervalls ([t^1.1 _Beginn, t^1.1 _Ende], [t^1.2 _Beginn, t^1.2 _Ende]) mit dem übermittelten Bremszeitpunkt (t^1.3 _Brems) des Geberzuges (1.3), (b4) Kennzeichnen des Zuges (1.1, 1.2), dessen Anfahrzeitintervall [t^1.1 _Beginn, t^1.1 _Ende], [t^1.2 _Beginn, t^1.2 _Ende]) ausgelesen wurde, als potentiellen Entnehmerzug (1.1, 1.2), falls der übermittelte Bremszeitpunkt (t^1.3 _Brems) des Geberzuges (1.3) innerhalb des ausgelesenen Anfahrzeitintervalls ([t^1.1 _Beginn, t^1.1 _Ende], [t^1.2 _Beginn, t^1.2 _Ende]) liegt, (b5) Wiederholen der Schritte (b2) bis (b4) für weitere Züge.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitstelle (5) den Entnehmerzug (1.1) aus dem mindestens einen potentiellen Entnehmerzug (1.1, 1.2) auswählt.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Erfassen des mindestens einen potentiellen Entnehmerzuges folgende Schritte umfasst: (b1) Übermitteln des Bremszeitpunktes (t^1.3 _Brems) des Geberzuges (1.3) an mindestens einen Empfangszug (1.1, 1.2), (b2) Vergleichen des übermittelten Bremszeitpunktes (t^1.3 _Brems) des Geberzuges (1.3) mit dem Anfahrzeitintervall ([t^1.1 _Beginn, t^1.1 _Ende], [t^1.2 _Beginn, t^1.2 _Ende]) des Empfangszuges (1.1, 1.2) im Empfangszug (1.1, 1.2), (b3) Übermitteln des Anfahrzeitintervalls ([t^1.1 _Beginn, t^1.1 _Ende], [t^1.2 _Beginn, t^1.2 _Ende]) des Empfangszuges (1.1, 1.2) an den Geberzug (1.3) falls der Bremszeitpunkt (t^1.3 _Brems) innerhalb des Anfahrzeitintervalls ([t^1.1 _Beginn, t^1.1 _Ende], [t^1.2 _Beginn, t^1.2 _Ende]) des Empfangszuges (1.1, 1.2) liegt, (b4) Speichern des übermittelten Anfahrzeitintervalls ([t^1.1 _Beginn, t^1.1 _Ende], [t^1.2 _Beginn, t^1.2 _Ende]) im Geberzug (1.3) und Kennzeichnen des Empfangszuges (1.1, 1.2), der sein Anfahrzeitintervall ([t^1.1 _Beginn, t^1.1 _Ende], [t^1.2 _Beginn, t^1.2 _Ende]) übermittelt hat, als potentiellen Entnehmerzug (1.1, 1.2).
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Geberzug (1.3) den Entnehmerzug (1.1) aus dem mindestens einen potentiellen Entnehmerzug (1.1, 1.2) auswählt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Übermittlung des Signals vom Geberzug (1.3) eine vorbestimmte Zeitspanne (Δt), beispielsweise eine Minute, vor dem Bremszeitpunkt (t^1.3 _Brems) des Geberzuges (1.3) erfolgt.
Elektrisches Eisenbahnnetzwerk mit mindestens zwei Zügen (1.1, 1.2, 1.3), die ausgebildet sind – zum Einspeisen elektrischer Energie in das Eisenbahnnetzwerk beim Bremsen und – zum Entnehmen elektrischer Energie aus dem Eisenbahnnetzwerk beim Anfahren, und einer elektrischen Steuerung, die eingerichtet ist zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der vorstehenden Ansprüche.
Elektrisches Eisenbahnnetzwerk nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Zug (1.1, 1.2, 1.3) eine elektrische Zugsteuerung (10.1, 10.2, 10.3) aufweist, die eingerichtet ist zum – Ermitteln des Bremszeitpunktes (t^1.3 _Brems), – Übermitteln des ermittelten Bremszeitpunktes (t^1.3 _Brems), – Empfangen eines ermittelten Bremszeitpunktes (t^1.3 _Brems), – Vergleichen eines empfangenen Bremszeitpunktes (t^1.3 _Brems) mit dem Anfahrzeitintervall ([t^1.1 _Beginn, t^1.1 _Ende], [t^1.2 _Beginn, t^1.2 _Ende]) des Zuges, – Übermitteln des Anfahrzeitintervalls ([t^1.1 _Beginn, t^1.1 _Ende], [t^1.2 _Beginn, t^1.2 _Ende]), – Empfangen eines Anfahrzeitintervalls ([t^1.1 _Beginn, t^1.1 _Ende], [t^1.2 _Beginn, t^1.2 _Ende]), – Speichern eines übermittelten Anfahrzeitintervalls ([t^1.1 _Beginn, t^1.1 _Ende], [t^1.2 _Beginn, t^1.2 _Ende]), – Kennzeichnen eines Zuges als potentiellen Entnehmerzug (1.1, 1.2), – Auswählen eines Entnehmerzuges (1.1) aus mindestens einem potentiellen Entnehmerzug (1.1, 1.2), – Auswählen eines Anfahrzeitpunktes t^1.1 _Anfahr und – Übermitteln des ausgewählten Anfahrzeitpunktes t^1.1 _Anfahr.
Elektrisches Eisenbahnnetzwerk nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass es eine Leitstelle (2) mit einer elektrischen Leitstellensteuerung umfasst, die eingerichtet ist zum – Empfangen eines Bremszeitpunktes (t^1.3 _Brems), – Auslesen eines Anfahrzeitintervalls ([t^1.1 _Beginn, t^1.1 _Ende], [t^1.2 _Beginn, t^1.2 _Ende]) eines Zuges aus einer Datenbank, – Vergleichen des empfangenen Bremszeitpunktes (t^1.3 _Brems) mit dem ausgelesenen Anfahrzeitintervall ([t^1.1 _Beginn, t^1.1 _Ende], [t^1.2 _Beginn, t^1.2 _Ende]), – Kennzeichnen des Zuges, dessen Anfahrzeitintervall ([t^1.1 _Beginn, t^1.1 _Ende], [t^1.2 _Beginn, t^1.2 _Ende]) ausgelesen wurde, als potentiellen Entnehmerzug (1.1, 1.2) falls der empfangene Bremszeitpunkt (t^1.3 _Brems) innerhalb des ausgelesenen Anfahrzeitintervalls ([t^1.1 _Beginn, t^1.1 _Ende], [t^1.2 _Beginn, t^1.2 _Ende]) liegt, – Auswählen eines Entnehmerzuges (1.1) aus mindestens einem potentiellen Entnehmerzug (1.1, 1.2).