DE602005005251T2

DE602005005251T2 - System und Unterstation zur elektrischen Speisung eines Traktionsnetzes

Info

Publication number: DE602005005251T2
Application number: DE602005005251T
Authority: DE
Inventors: Daniel Cornic; Patrice Moreau
Original assignee: Alstom Transport SA
Current assignee: Alstom Transport SA
Priority date: 2004-07-21
Filing date: 2005-07-18
Publication date: 2009-03-12
Anticipated expiration: 2025-07-19
Also published as: SI1619069T1; FR2873332A1; PL1619069T3; EP1619069B1; BRPI0502862B1; MXPA05007697A; DE602005005251D1; BRPI0502862B8; ATE388850T1; EP1892141A1; PT1619069E; EP1619069A1; ES2302151T3; FR2873332B1; ES2302151T5; EP1619069B2; DE602005005251T3; BRPI0502862A; PL1619069T5

Description

Die Erfindung betrifft ein System und eine Unterstation zur elektrischen Speisung eines Traktionsnetzes.
Bekannte Systeme zur Speisung umfassen:

– mehrere Unterstationen zur elektrischen Speisung, jede ausgestattet mit einem Gleichrichter für Wechselspannung, einem Eingang, der zum Empfangen der gleichzurichtenden Wechselspannung in der Lage ist, und einem Ausgang für die gleichgerichtete Wechselspannung, der an das Traktionsnetz angeschlossen ist, wobei diese Unterstationen an verschiedenen Orten entlang des Bahngleises verteilt sind, und
– mindestens einer Stelle zur Umwandlung einer hohen Wechselspannung in eine niedrige Wechselspannung, ausgestattet mit einem Eingang für die hohe Wechselspannung und einem Ausgang für die niedrige Wechselspannung.

Bei den bekannten Systemen ist eine Stelle zur Umwandlung hoher Spannung/niedriger Spannung in jede Unterstation integriert und der Eingang der Wechselspannung jeder Unterstation ist direkt an ein Verteilernetz mit hoher Spannung angeschlossen.
Obwohl sie zufrieden stellend arbeiten, sind diese bekannten Systeme zur Speisung kostspielig, benötigen viel Platz, und sind leistungsfähig, um Spannungsabfälle auszugleichen.
Mit einem Gleichrichter ausgestattete Unterstationen sind bekannt aus JP-A-63 199137 und aus JP-04 029525 .
Die Erfindung hat zum Ziel, diesen Nachteil zu beheben, indem ein weniger kostspieliges System zur Speisung eines Traktionsnetzes eines Bahngleises bereitgestellt wird.
Die Erfindung hat daher ein System zur Speisung gemäß Anspruch 1 zur Aufgabe.
Die Ausführungsformen dieses Systems zur Speisung können eines oder mehrere Merkmale der beigefügten Ansprüche umfassen.
Die Erfindung hat ebenfalls eine Unterstation zur Aufgabe, die in der Lage ist, in dem System zur Speisung verwendet zu werden.
Die Erfindung wird beim Lesen der folgenden Beschreibung, die lediglich als Beispiel gegeben wurde und sich auf die Zeichnung bezieht, in der die 1 eine schematische Darstellung der Architektur eines Systems zur Speisung eines Traktionsnetzes eines Bahngleises ist, besser verstanden werden.
Die 1 stellt ein System dar, bezeichnet durch die allgemeine Angabe 2, zur Speisung eines Traktionsnetzes 4 eines Bahngleises. Das Netz 4 ist beispielsweise eine Fahrleitung, auf der ein Stromabnehmer eines Zuges oder eines Schienenfahrzeugs schleift, oder ein drittes Gleis, das auf dem Boden angeordnet ist, auf dem ein Schaltarm eines Zuges schleift. Das Netz 4 kann ebenfalls aus ausgesetzten Punkten zur Speisung gebildet sein, bekannt unter den Begriffen „Stellen zur Fütterung", die in den Reisestationen angeordnet sind, und das punktuelle Wiederaufladen mit Energie von in einem Zug verladenen Lagerungsmitteln erlaubt. Der Zug stellt nun eine teilweise Autonomie ohne Freileitung dar. Ein Stellen zur Fütterung umfassendes Netz 4 ist in der Patentanmeldung FR 2 782 680 beschrieben. Das Netz 4 dient dazu, einen Zug mit Gleichspannung zu speisen.
Das System 2 umfasst Unterstationen zur Speisung des Netzes 4 mit Gleichspannung und zwei Verteilernetze 8 und 10 mit Wechselspannung, an die abwechselnd die Unterstationen angeschlossen sind.
Die Unterstationen sind entlang des Bahngleises verteilt und voneinander mit Abstandsstrecken zwischen beispielsweise 400 und 1000 Metern beabstandet. Die Tatsache, dass man eine Abstandsstrecke kleiner wählt, als diejenige der klassischen Systeme, ermöglicht es, die Stromwärmeverluste in dem Netz 4 sowie die Spannungsabfälle zwischen den Anschlusspunkten der beiden Unterstationen zu begrenzen. Hier wurden, um die 1 zu vereinfachen, nur vier Unterstationen 20–23 dargestellt. Diese Unterstationen sind beispielsweise zueinander identisch. Folglich wird hier nur die Unterstation 20 im Detail beschrieben.
Die Unterstation 20 umfasst einen Eingang 26 mit niedriger gleichzurichtender Wechselspannung und einen Ausgang 28 mit gleichgerichteter Gleichspannung.
Als niedrige Spannung bezeichnet man hier eine Spannung von weniger als 1000 VAC und genauer umfasst eine Spannung als niedrige Spannung der Kategorie B oder BTB 500 bis 1000 VAC.
Hier ist der Eingang 26 über eine elektrische Verbindung 30 an das Netz 8 angeschlossen, das ein Verteilernetz mit niedriger Dreiphasenwechselspannung der Kategorie B ist. Die drei schrägen Striche auf der Verbindung 30 geben an, dass diese Verbindung von drei elektrischen Leitern gebildet wird, wie zum Transport einer Dreiphasenspannung erforderlich.
Um die Spannung BTB gleichzurichten, umfasst die Unterstation einen geregelten Gleichrichter 32 für Dreiphasenspannung, dessen Eingang an den Eingang 26 über eine Gruppe 34 dreier Sicherungen angeschlossen ist.
Ein Ausgang mit gleichgerichteter Gleichspannung des Gleichrichters 32 ist an den Ausgang 28 über einen Trennschalter 36 angeschlossen. Die gleichgerichtete Gleichspannung beträgt zwischen 500 Volt und 900 Volt und bevorzugt um 750 VDC.
Der Trennschalter 36 erlaubt, die Unterstation 20 des Netzes 4 im Fall ihres Ausfalles oder bei Wartungsvorgängen elektrisch zu isolieren.
Hier ist der Gleichrichter 32 eine leistungsgeregelte Gleichrichter-Brückenschaltung, die ausgehend von regelbaren Schaltern wie beispielsweise Thyristoren oder IGBT-Transistoren (Insulated Gate Bipopular Transistor) umgesetzt ist. Solch ein regelbarer Gleichrichter ist in der Lage, die Verteilung der elektrischen Energie an das Netz 4 in Antwort auf einen Unterbrechungsbefehl oder in Antwort auf eine Störungserkennung zu unterbrechen. Dieser Gleichrichter 32 weist ebenfalls eine spannungs- und/oder stromregelbare Ladung auf. Zu diesem Zweck umfasst die Unterstation 20 eine Gesamtheit 40 an Messfühlern, die in der Lage sind, die Ladung des Gleichrichters 32 zu messen, indem sie die Spannung und/oder den an das Netz 4 gelieferten gleichgerichteten Gleichstrom messen. Sie umfasst außerdem eine Einheit 42 zur Steuerung des Gleichrichters 32. Die Messfühler und die Einheit 42 sind über ein Netz 46 zur Übertragung von Informationen an einen entfernten Überprüfer 44 angeschlossen. Das Netz 46 ist beispielsweise ein Netz aus Glasfasern.
Hier ist der Überprüfer 44 in der Lage, aus der Ferne die Ladung jeder der Unterstationen in Abhängigkeit der von ihren jeweiligen Messfühlern gemessenen Ladung zu steuern. Der Überprüfer 44 ist ebenfalls in der Lage, aus der Ferne die Unterbrechung der Verteilung der elektrischen Energie an das Netz 4 durch eine Unterstation zu befehlen.
Der Überprüfer 44 ist außerdem fähig, eine Senkung oder eine Steigerung der durch eine Unterstation an das Netz 4 gelieferten gleichgerichteten Gleichspannung in Abhängigkeit einer Information über den diese Unterstation von einem Zug trennenden Abstand zu regeln. Die Information über die Position der Züge sowie die Information, gemäß welcher ein Zug beschleunigt oder abbremst, werden beispielsweise durch eine herkömmliche Managementverwaltung des Schienenverkehrs erhalten. Diese Informationen werden an den Überprüfer 44 übermittelt. Ausgehend von den erhaltenen Informationen, ist der Überprüfer 44 in der Lage, die Information über den einen Zug von einer Unterstation trennenden Abstand festzulegen.
Der Gleichrichter 32 ist genauer ein in vier Quadranten reversibler Gleichrichter, derart, dass er die Bremsenergie eines Zuges zurückgewinnen kann.
Die Unterstation 20 umfasst ebenfalls elektrische Hilfsausrüstungen 50, die mit niedriger Wechselspannung der Kategorie A gespeist werden. Als niedrige Wechselspannung der Kategorien A oder BTA bezeichnet man hier eine Wechselspannung zwischen 0 und 500 VAC.
Die Hilfsausrüstungen 50 sind an ein Verteilernetz 52 BTA über einen Eingang 54 mit niedriger Wechselspannung der Kategorie A der Unterstation 20 angeschlossen.
Um sich vor einem Ausfall eines der Verteilernetze 8, 10 BTB zu schützen, sind die Unterstationen des Systems 2 dual entweder an das Netz 8 oder an das Netz 10 angeschlossen. Hier sind die Unterstationen 20 und 22 an das Netz 8 angeschlossen, während die Unterstationen 21 und 23 an das Netz 10 angeschlossen sind.
Das System 2 umfasst ebenfalls zwei Stellen zur Umwandlung 60, 62, wobei jede einen Eingang 64, 66 umfasst, der an ein Verteilernetz 68 mit hoher Wechselspannung der Kategorie A angeschlossen ist. Als hohe Wechselspannung der Kategorie A oder HTA bezeichnet man hier eine Wechselspannung zwischen 1000 und 50 000 VAC.
Die Stellen 60, 62 umfassen ebenfalls jede einen Ausgang 70, 72 mit Dreiphasenwechselspannung BTB, der jeweils an das Netz 8 und an das Netz 10 angeschlossen ist. Die Stellen 60 und 62 sind in der Lage, die auf ihrem jeweiligen Eingang empfangene hohe Spannung in eine niedrige Spannung der Kategorie B umzuwandeln, die dazu bestimmt ist, an die Unterstationen über die Netze 8 und 10 verteilt zu werden.
Die Funktionsweise des Systems 2 wird nun beschrieben.
Bei der normalen Funktionsweise wird die von dem Netz 68 verteilte hohe Spannung in eine niedrige Spannung BTB von den Stellen 60 und 62 umgewandelt. Diese niedrige Spannung BTB wird dann an die Unterstationen über die Netze 8 und 10 verteilt. Die von jeder Unterstation empfangene Spannung BTB wird durch die Gleichrichter 32 vor der Verwendung gleichgerichtet, um das Netz 4 mit gleichgerichteter Gleichspannung zu speisen. Somit ist es in dem System 2, da die von den Unterstationen 2 empfangene gleichzurichtende Spannung bereits eine niedrige Spannung ist, nicht nötig, in jeder dieser Unterstationen einen Transformator mit hoher Spannung/niedriger Spannung vorzusehen. Der Platzbedarf und die Kosten der Unterstationen sind daher im Vergleich zu bekannten Unterstationen verringert. Die Unterstationen sind ebenfalls leichter.
Hier regelt der Überprüfer 44 die Gesamtheit der Unterstationen zur Speisung des Netzes 4 derart, dass die Ladungen jeder Unterstation sowohl als gelieferter Strom als auch als Spannung im Wesentlichen gleich sind. Zu diesem Zweck verwendet der Überprüfer die Ladungs-Messfühler jeder der Unterstationen. Darüber hinaus regelt der Überprüfer 44 eine Senkung der durch bestimmte Unterstationen an das Netz 4 gelieferten Gleichspannung in Abhängigkeit von der Information über den einen Zug und diese Unterstationen trennenden Abstand. Genauer gesagt, wenn der Zug bremst, regelt der Überprüfer 44 die Unterstationen derart, dass die durch die dem Zug am Nächsten befindliche Unterstation gelieferte gleichgerichtete Gleichspannung geringer ist als diejenige der anderen Unterstationen. Der Überprüfer 44 regelt beispielsweise eine Senkung der durch die dem Zug am Nächsten befindliche Unterstation gelieferten Gleichspannung. Somit ist die Rückgewinnung von Energie durch die dem Zug am Nächsten befindliche Unterstation begünstigt. Wenn umgekehrt der Zug Energie verbraucht, regelt der Überprüfer 44 die Unterstationen, damit die dem Zug am Nächsten befindliche Unterstation eine gleichgerichtete Gleichspannung liefert, die größer ist als diejenige der weiter von dem Zug entfernten Unterstationen. Beispielsweise regelt der Überprüfer 44 eine Steigerung der von der dem Zug am Nächsten befindlichen Unterstation gelieferten gleichgerichteten Gleichspannung. Dank dieses Systems begrenzt man Übertragungsverluste. Es wird angemerkt, dass diese Art und Weise, die Übertragungsverluste zu minimieren, unabhängig von der Tatsache ist, die Netze 8 und 10 zu verwenden, um die niedrige Spannung BTB an jede Unterstation zu verteilen. Beispielsweise kann diese Art und Weise zur Begrenzung der Übertragungsverluste in einem System zur Speisung eingesetzt werden, wo die Unterstationen mit einem Gleichrichter, wie dem Gleichrichter 32, und Stellen zur Umwandlung hoher Spannung/niedriger Spannung derart, dass sie direkt an das Verteilernetz hoher Spannung 68 angeschlossen sein können, ausgestattet sind.
Im Falle eines Ausfalls oder bei einem Wartungsvorgang, ist der Gleichrichter derart gesteuert, dass er die Verteilung der elektrischen Energie an das Netz 4 sehr schnell durch statische Umschaltung unterbricht. Dann ist aus Sicherheitsgründen der Trennschalter 36 offen. Somit erfüllt in dem System 2 der Gleichrichter 32 die Funktionen eines klassischen elektromechanischen Ausschalters, der das Vorhandensein eines solchen Ausschalters in jeder Unterstation unnötig macht. Die Kosten und der Platzbedarf der Unterstationen sind daher ebenso geringer.
Das System 2 erlaubt die Energieverteilung zu optimieren. Nebenbei ist es möglich, für den Fall, dass das Netz 4 mit ausgesetzten Punkten zur Speisung ausgestattet ist, die Energieladung zwischen diesen verschiedenen ausgesetzten Punkten zur Speisung zu verteilen.
Das System 2 ist hier für den speziellen Fall beschrieben worden oder es besteht eine Redundanz zwischen den Netzen 8 und 10. Bei einer Variante ist diese Redundanz jedoch unterdrückt oder gesteigert, d. h. dass das System 2 nur ein einziges von mehr als drei Verteilernetzen BTB zur Verteilung der Wechselspannung an jede der Unterstationen zur Speisung des Netzes 4 umfasst.
Der Überprüfer 44 wurde in Form eines Blockes beschrieben, der über das Netz 46 an die verschiedenen Unterstationen angeschlossen ist. Bei einer Variante ist der Überprüfer von unabhängigen Überprüfungsmodulen gebildet, von denen jedes in der Lage ist, die Ladung eines Gleichrichters einer Unterstation in Abhängigkeit der von der Gesamtheit der Unterstationen des Systems gemessenen Ladung zu regeln. Jedes dieser Überprüfungsmodule ist im Inneren der Unterstation angeordnet, deren Ladung es regelt. Um die Informationen über die von den in den anderen Unterstationen vorhandenen Messfühlern gemessene Ladung zu erhalten, sind diese Module durch ein Netz zur Übermittlung von Informationen an diejenigen angeschlossen, die an die Gesamtheiten 40 von Messfühlern und das Überprüfungsmodul und jede Unterstation angeschlossen sind. Bei dieser Variante sind bevorzugt die Einheit 42 und das Überprüfungsmodul integriert.

Claims

System zur Speisung eines Traktionsnetzes eines Bahngleises, wobei das System umfasst: – mehrere Unterstationen (20–30) zur elektrischen Speisung, jeweils ausgestattet mit einem Gleichrichter (32) für Wechselspannung, einem Eingang (26), der zum Empfangen der gleichzurichtenden Wechselspannung in der Lage ist, und einem Ausgang (28) zur gleichgerichteten Gleichspannung, der an das Traktionsnetz angeschlossen ist, wobei diese Unterstationen an verschiedenen Orten entlang des Bahngleises verteilt sind, und – mindestens eine Stelle (60, 62) zur Umwandlung einer hohen Wechselspannung in eine niedrige Wechselspannung, ausgestattet mit einem Eingang (64, 66) für die hohe Wechselspannung und einem Ausgang (70, 72) für die niedrige Wechselspannung, dadurch gekennzeichnet dass: – jede Unterstation (20–23) einen durch spannungs- und/oder stromregelbarer Ladung geregelten Gleichrichter und mindestens einen Messfühler (40) der Ladung des Gleichrichters umfasst, und – das System einen Überprüfer (44) umfasst, der in der Lage ist, die Ladung eines jeden Gleichrichters gemäß der von den Messfühlern gemessenen Ladung zu regeln.
System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Gleichrichter (32) dazu in der Lage sind, die elektrische Energieversorgung des Traktionsnetzes in Antwort auf einen Unterbrechungsbefehl oder in Antwort auf eine Störungserkennung zu unterbrechen.
System nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das System ein Verteilernetz (8 oder 10) der niedrigen Wechselspannung umfasst, das zwischen dem Ausgang mindestens einer Stelle zur Umwandlung und den Eingängen der Wechselspannung mehrerer Unterstationen angeschlossen ist.
System nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Überprüfer von Überprüfungsmodulen gebildet ist, von denen jedes in der Lage ist, die Ladung eines Gleichrichters einer Unterstation gemäß der von dem oder jedem Messfühler von mindestens einer weiteren Unterstation gemessenen Ladung zu regeln, wobei jedes Überprüfungsmodul in einer jeweiligen Unterstation angeordnet ist.
System nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gleichrichter (32) Gleichrichter sind, die reversibel in vier Quadranten geregelt werden, was zweidirektionale Energieflüsse zur Rückgewinnung von Bremsenergie eines Schienenfahrzeugs ermöglicht.
System nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass es einen Überprüfer umfasst, der in der Lage ist, eine Änderung der gleichgerichteten Gleichspannung, die von einer Unterstation an dem Traktionsnetz gemäß einer Information über die die Unterstation von einem Schienenfahrzeug trennende Strecke übermittelt wurde, zu steuern.
System nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Unterstationen entlang des Bahngleises mit einer Abstandsstrecke zwischen 400 und 1000 Metern zueinander beabstandet sind.
Unterstation zur elektrischen Speisung, die in der Lage ist, in einem System zur Speisung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche verwendet zu werden, bei dem die Unterstation ausgestattet ist mit einem Gleichrichter (32) für Wechselspannung, einem Eingang (26), der zum Empfangen der gleichzurichtenden Wechselspannung in der Lage ist, und einem Ausgang (28) für die gleichgerichtete Gleichspannung, der an das Traktionsnetz angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Unterstation mindestens einen Messfühler der Ladung des Gleichrichters umfasst und dadurch, dass der Gleichrichter spannungs- und/oder stromregelbar ist.
Unterstation nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Gleichrichter (32) in der Lage ist, die elektrische Energieversorgung an dem Traktionsnetz in Antwort auf einen Unterbrechungsbefehl oder in Antwort auf eine Störungserkennung zu unterbrechen.
Unterstation nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Eingang der Wechselspannung lediglich in der Lage ist, eine niedrige Wechselspannung zu empfangen.
Unterstation nach einem der Ansprüche 8–10, dadurch gekennzeichnet, dass der Gleichrichter (32) ein Gleichrichter ist, der reversibel in vier Quadranten geregelt wird, was zweidirektionale Energieflüsse zur Rückgewinnung von Bremsenergie eines Schienenfahrzeugs ermöglicht.