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Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Energieversorgung von wenigstens einem sich entlang einer Fahrstrecke bewegenden Fahrzeug, mit wenigstens einer entlang der Fahrstrecke angeordneten Fahrleitung, die mehrere durch Trennstellen separierte Fahrleitungsabschnitte aufweist, mit wenigstens einer Unterwerkseinrichtung, die mit wenigstens einem Fahrleitungsabschnitt verbunden ist und zum Einspeisen von elektrischer Energie in den Fahrleitungsabschnitt ausgebildet ist, und mit wenigstens einem Messabschnitt, der einen der Fahrleitungsabschnitte und wenigstens eine fahrzeugexterne, mit dem Fahrleitungsabschnitt verbundene Messeinrichtung umfasst, wobei die Messeinrichtung zum Messen von Strom und/oder Spannung im Fahrleitungsabschnitt ausgebildet ist.
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Bei elektrisch betriebenen Fahrzeugen, die ihre Traktionsenergie aus einer Fahrleitung beziehen oder in diese zurückspeisen, wie beispielsweise Schienenfahrzeuge oder elektrisch betriebene LKW (eHighway) oder Busse (eBus), kann es erforderlich sein, die vom einzelnen Fahrzeug bezogene Energie abzurechnen. Dies kann z. B. zu Abrechnungszwecken sein, wenn Fahrzeug und Netzbetreiber nicht identisch sind. Dies ist beispielsweise der Fall, wenn private Bahnunternehmen im Netz einer staatlichen Bahngesellschaft fahren. Für solche Abrechnungszwecke können fahrzeugseitige Energiezähler installiert sein, die in regelmäßigen Abständen ausgelesen werden, so dass die Energiemenge vom Energieanbieter korrekt abgerechnet werden kann. Es muss dabei vorausgesetzt werden, ähnlich wie in privaten Haushalten, dass geeichte Zähler eingesetzt werden und diese vom Fahrzeugbetreiber nicht manipuliert werden. Um dennoch Manipulationen aufzudecken oder auch Fehler an den fahrzeuginternen Zählern aufzuzeigen, kann eine Anordnung der eingangs genannten Art eingesetzt werden, um auch fahrzeugextern die vom Fahrzeug entnommene Energiemenge ermitteln zu können.
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Die eingangs genannte Anordnung ist beispielsweise in der
DE 10 2015 222 754 A1 beschrieben, deren Inhalt hier vollständig umfasst sein soll.
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In dem in der
DE 10 2015 222 754 A1 beschriebenen Konzept werden Strom und Spannung am Ausgang der Unterwerkseinrichtung gemessen und daraus die Leistung (P = UxI) und/oder die Energie (E = ∫P•dt) zu berechnen. Diese berechneten Größen können mit den entsprechenden Messgrößen des auf dem Fahrzeug installierten Energiezählers verglichen werden. Allerdings können die fahrzeugindividuell ermittelten Energiemengen bzw. -leistungen noch relativ ungenau sein und können dadurch teilweise nicht zuverlässig für die Überprüfung der fahrzeuginternen Energiezähler herangezogen werden.
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Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die eingangs genannte Anordnung so zu verbessern, dass die fahrzeugindividuelle Energiemenge infrastrukturseitig noch genauer berechnet werden kann.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit der eingangs genannten Anordnung dadurch gelöst, dass die Anordnung so ausgebildet ist, dass der Messabschnitt zur gleichen Zeit nur von einem Fahrzeug kontaktierbar ist.
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Die erfindungsgemäße Lösung hat den Vorteil, dass die infrastrukturseitig ermittelte Energiemenge im Messabschnitt sehr präzise dem einen Fahrzeug zugeordnet werden kann.
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Die erfindungsgemäße Lösung kann durch vorteilhafte Ausgestaltungen weiter entwickelt werden, die im Folgenden beschrieben sind.
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So kann eine Länge des Fahrleitungsabschnitts im Messabschnitt so ausgebildet sein, dass dieser Fahrleitungsabschnitt gleichzeitig höchstens von einem Fahrzeug kontaktiert werden kann. Der relativ kurze Fahrleitungsabschnitt dieser Ausführungsform hat den Vorteil, dass so auf einfache Weise sichergestellt ist, dass der Messabschnitt zur gleichen Zeit nur von einem Fahrzeug kontaktiert werden kann. Alternativ könnte der Messabschnitt auch durch eine andere Beschränkung der Zufahrt freigehalten werden, wie z. B. über entsprechende Lichtsignale bzw. mit Gleisfreimeldetechnik und/oder Signaltechnik wie im Vollbahnbereich.
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Um die ermittelte Energiemenge einem Fahrzeug eindeutig zuordnen zu können, kann die Anordnung wenigstens eine Fahrzeugidentifikationseinrichtung aufweisen, die zum Identifizieren eines im Messabschnitt befindlichen Fahrzeugs ausgebildet ist. Dies kann beispielsweise über eine Kennzeichenerfassung oder ähnliches erfolgen.
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Ferner kann die Anordnung wenigstens eine Einrichtung aufweisen, die ermittelt, ob ein Fahrzeug den Fahrleitungsabschnitt des Messabschnitts kontaktiert. So kann die Anwesenheit eines Fahrzeugs im Messabschnitt ermittelt werden. Dies kann beispielsweise durch ein Ortungssystem, ein Oberleitungskontakt oder ein Lasersensor oder mittels einer veränderten Last im Messabschnitt ermittelt werden.
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Die Erfindung betrifft weiterhin eine verkehrstechnische Anlage mit wenigstens einer Anordnung zur Energieversorgung nach einer der oben genannten Ausführungsformen und mit wenigstens einem Fahrzeug, das zur Energieversorgung mit der Anordnung verbunden ist.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen verkehrstechnischen Anlage kann die Länge des Messabschnitts geringer als die Länge des Fahrzeugs sein. Dies hat den Vorteil, dass auf besonders einfache Weise sichergestellt ist, dass zur gleichen Zeit nur ein Fahrzeug den Messabschnitt kontaktiert.
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Ferner kann das Fahrzeug wenigstens eine fahrzeuginterne und zum Ermitteln einer aus dem Fahrleitungsabschnitt entnommenen Menge Strom und/oder Spannung ausgebildete Messeinrichtung aufweisen und die Anlage wenigstens eine Vergleichseinrichtung umfassen, die zum Vergleichen der für den Messabschnitt fahrzeugintern und fahrzeugextern ermittelten Menge Strom und/oder Spannung oder einer daraus berechneten anderen Größe ausgebildet ist.
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Schließlich betrifft die Erfindung auch ein Verfahren zum Überprüfen eines fahrzeugseitig ermittelten Energieverbrauchs eines über eine Fahrleitung mit Energie versorgten Fahrzeugs in einer verkehrstechnischen Anlage, bei dem eine in einem Messabschnitt unter einer bestimmten Spannung entnommene Menge Strom oder eine daraus berechnete anderen Größe sowohl fahrzeugintern als auch fahrzeugextern ermittelt werden und verglichen werden.
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Im Folgenden wird die Erfindung mit Bezug auf die beigefügte Zeichnung erläutert.
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Die einzige Figur zeigt eine schematische Darstellung einer beispielhaften Ausführungsform einer erfindungsgemäßen verkehrstechnischen Anlage.
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Die in der Figur schematisch dargestellte beispielhafte Ausführungsform einer verkehrstechnischen Anlage 1 umfasst eine erfindungsgemäße Anordnung 2 zur Energieversorgung und ein Fahrzeug 3.
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Das Fahrzeug 3 ist in der in der Figur dargestellten beispielhaften Ausführungsform als ein elektrisch betriebener LKW (eHighway) ausgebildet. Alternativ könnte das Fahrzeug 3 selbstverständlich auch ein anderes elektrisch betriebenes Fahrzeug, wie beispielsweise ein Schienenfahrzeug oder ein eBus sein.
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Die Anordnung 2 ist mit einem Dreiphasenwechselspannungsnetz 4 verbunden, aus dem sie die elektrische Energie für den Betrieb der verkehrstechnischen Anlage 1 bezieht. Die Anordnung 2 umfasst eine Unterwerkseinrichtung 5, mehrere Verbindungsleitungen 6 inklusive Einspeise- und Rückleiterpfade und ein Kettenwerk 7 mit zwei Fahrleitungen 8.
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Da die in der Figur dargestellte beispielhafte Ausführungsform zum Betreiben eines elektrisch betriebenen LKW ausgebildet ist, sind sowohl Einspeisepfad als auch Rückleiterpfad über jeweils eine Fahrleitung 8, die als Oberleitung ausgebildet ist, vorgesehen. Daher sind insgesamt zwei Fahrleitungen 8 nötig. Alternativ kann die Anlage 2 selbstverständlich auch mit nur einer Fahrleitung 8 ausgebildet sein, wenn beispielsweise für ein Schienenfahrzeug der Rückleiterpfad wie üblich über die Schiene realisiert werden kann.
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Die Unterwerkseinrichtung 5 umfasst eine elektrische Maschine 9, die im Betrieb den vom Wechselspannungsnetz 4 bereitgestellten Wechselstrom in den für den Betrieb des Fahrzeugs 3 nötigen Strom umwandelt. Je nach Fahrzeug 3 kann dies ein Gleichstrom oder Wechselstrom sein. Bei der beispielhaften Ausführungsform in der Figur ist ein Gleichstrom für den Betrieb des Fahrzeugs 3 nötig, der von der elektrischen Maschine 9 entsprechend erzeugt wird.
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Die eine Fahrleitung 8 ist jeweils durch Trennstellen 10 in mehrere Fahrleitungsabschnitte 11 unterteilt. Dies betrifft hier nur den Einspeisepfad 12, im Rückleiterpfad 13 sind keine Trennstellen 10 vorgesehen. Zur Energieversorgung des Fahrzeugs 3 in den unterschiedlichen Fahrleitungsabschnitten 11 ist jeder Fahrleitungsabschnitt 11 über separate Verbindungsleitungen 6 mit der Unterwerkseinrichtung 5 zur Einspeisung und Rückleitung verbunden. Zur Unterscheidung sind die einzelnen Fahrleitungsabschnitte 11 zusätzlich bezeichnet als X, X+1 und N. Die beiden äußeren Fahrleitungsabschnitte 11 sind als normale Abschnitte X, X+1 ausgebildet. Ihre Länge beträgt in der Regel mehrere 100 m bis mehrere km. Zwischen diesen Fahrleitungsabschnitten 11 befindet sich erfindungsgemäß ein weiterer, im Vergleich zu den normalen Abschnitten X, X+1 kürzerer Messabschnitt N, von z.B. unter 10 m Länge. Erfindungsgemäß ist es vorgesehen, das der Messabschnitt N zur gleichen Zeit nur von einem einzigen Fahrzeug 3 kontaktiert werden kann. Dies wird hier über die Länge des Messabschnitts M realisiert, was noch genauer beschrieben wird.
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Zur Messung von Strom und Spannung sind im Unterwerk 5 Messeinrichtungen 14 vorgesehen, die an verschiedenen Messpunkten U, I Strom und Spannung messen können. Zusätzlich ist bei der beispielhaften Ausführungsform in der Figur auch noch eine Messeinrichtung 14 im Bereich der Messkettenwerks 7 vorgesehen, die die Spannung UN innerhalb des Messabschnitts N nahe der Fahrleitung 8 misst.
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Die Widerstände R der Verbindungsleitungen 6 sind ersatzweise jeweils als Ohmsche Widerstände R für die unterschiedlichen Fahrleitungsabschnitte 11 dargestellt. Bei Wechselstrombetrieb wären es entsprechend die Impedanzen.
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Die Länge LN des Fahrleitungsabschnitts 11 im Messabschnitt N ist kürzer als die Länge LF des Fahrzeugs 3. So ist auf einfache Weise sichergestellt, dass der Messabschnitt N immer nur von einem Fahrzeug 3 zur gleichen Zeit befahren werden kann. Selbstverständlich darf die Länge LN nicht so gering sein, dass bei Überfahrt durch den nicht dargestellten Stromabnehmer oder die wenn vorhandenen mehreren Stromabnehmer des Fahrzeugs 3 die Abschnitte X, X+1 verbunden werden. Beispielsweise beträgt die Länge LN zwischen 0,5 m und 5 m. Wie in der Figur dargestellt weist der Messabschnitt N eine separate Einspeisung mit eigenem Einspeisepfad auf, indem durch die Messeinrichtungen 14 Strom und Spannung gemessen werden. Aus Strom und Spannung können die Leistung und/oder die Energie berechnet werden, die das Fahrzeug 3 aus der Anlage 2 bezieht. So kann die vom Fahrzeug 3 im Messabschnitt N bezogene Energie bzw. Leistung infrastrukturseitig, also auf Seiten der Anlage 2, bestimmt werden. Dadurch ist eine Überprüfung einer nicht dargestellten Messeinrichtung auf dem Fahrzeug 3 möglich, die ebenfalls die Leistung und/oder Energie ermittelt. Da der Messabschnitt N erfindungsgemäß immer nur von einem Fahrzeug befahren werden kann, wird infrastrukturseitig auch nur die verbrauchte Leistung bzw. Energie dieses Fahrzeugs 3 berechnet. Es können sich also nicht mehrere Fahrzeuge in dem Messabschnitt N befinden und sich deren bezogene Leistungen überlagern.
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Aufgrund der kurzen Länge
LN des Messabschnitts N ist der Spannungsabfall auf der Fahrleitung
8 gegenüber den normalen Abschnitten
X,
X+1 vernachlässigbar. Zwischen der in der Unterwerkseinrichtung
5 gemessenen Spannung für den Messabschnitt
N, an dem Messpunkt
UN , und der Spannung an der Fahrleitung
8, welche der Spannung am Stromabnehmer des Fahrzeugs
3 entspricht, tritt noch der Spannungsabfall über die Widerstände des Einspeise- und Rückleiterpfads
RN,H und
RN,R zwischen dem Messpunkt im Unterwerk
5 und der Einspeisung in die Fahrleitung
8 auf. Der Widerstand dieses Pfads ist in der Regel bestimmbar, beispielsweise über Berechnung oder Messung. Er ist näherungsweise konstant, da er im Wesentlichen aus Kabeln und Übergangswiderständen von Schraubverbindungen, Klemmen, Schaltern usw. besteht. Bei der Messung eines Traktionsstroms
IT im Messabschnitt (Messpunkt
IN ) kann bei bekanntem Widerstand der Hin- und Rückleitung
6 der Spannungsabfall über
RN,H und
RN,R von der im Unterwerk gemessenen Spannung subtrahiert werden und das Ergebnis näherungsweise als Spannung am Stromabnehmer angenommen werden. Die Leistung des Fahrzeugs
3 kann damit für den Zeitraum bestimmt werden, in dem das Fahrzeug
3 im Messabschnitt
N ist. Die Leistung kann nach folgender Formel berechnet werden:
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Die Anlage 2 weist weiterhin eine Fahrzeugidentifikationseinrichtung 15 auf, die zum Identifizieren des im Messabschnitt N befindlichen Fahrzeugs 3 ausgebildet ist. Dies kann beispielsweise über eine Kennzeichenerfassung geschehen. Damit kann die für das Fahrzeug 3 im Messabschnitt N berechnete Leistung oder Energie dem Fahrzeug 3 eindeutig zugeordnet werden.
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Der genaue Zeitpunkt, zu dem das Fahrzeug 3 in den Messabschnitt N einfährt, wird über eine Einrichtung 16 erfasst. Die Einrichtung 16 ist ebenfalls Teil der Anlage 2 und umfasst in der beispielhaften Ausführungsform in der Figur zwei Lasersensoren 17, die Ein- bzw. Ausfahrt des Fahrzeugs 3 in den Messabschnitt N detektieren. Alternativ zu den Lasersensoren 17 können selbstverständlich auch beispielsweise ein Oberleitungskontakt oder ein Ortungssystem verwendet werden. Wiederum alternativ kann die Ein- und Ausfahrt selbstverständlich auch durch die Erkennung des Lastanstiegs bzw. des Lastabfalls auf Seiten der Unterwerkseinrichtung 5 erkannt werden, wenn das Fahrzeug Leistung bezieht oder abgibt.
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Erfindungsgemäß kann durch die infrastrukturseitige Messung die Leistung und damit für eine definierte Zeit der Energiebezug dem Fahrzeug 3 eindeutig zugeordnet und präzise bestimmt werden. Je nach geforderter Genauigkeit kann die Spannung alternativ über den zusätzlichen Messpunkt an der Einspeisung in die Fahrleitung durch die Messeinrichtung 14 im Bereich des Kettenwerks 7 gemessen werden. Dieser Wert ist genauer als der im Unterwerk 5 gemessene Wert, da der Widerstand von Hin- und Rückleitung beispielsweise temperaturbedingten Schwankungen unterliegen kann und leicht variieren kann.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102015222754 A1 [0003, 0004]
