ES2351013B1 - Sistema para la optimización del consumo de energía eléctrica en redes ferroviarias. - Google Patents
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Abstract
Sistema para la optimización del consumo de energía eléctrica en redes ferroviarias.#El Sistema que la invención propone permite aprovechar la energía generada durante las maniobras de frenado de un tren para la puesta en marcha de otro, sincronizando ambas maniobras. Para ello, se ha previsto que la catenaria se particiones en distintos tramos (3) que alimentan a los distintos trenes, tramos que se relacionen entre sí y con la red de suministro eléctrico a través de cableados de potencia (6), con interposición de respectivos interruptores controlados (4). A lo largo del recorrido de los trenes se establecen sensores de posición (5) para los mismos, de manera que a través de un sistema de control informatizado (1), se conecta eléctricamente a través de los interruptores controlados (4) un tramo de una catenaria (3) en la que un tren está realizando una maniobra de frenado con otro tramo de catenaria (3) en el que un tren necesita energía, con el objetivo de conseguir que la energía generada en las maniobras de frenado del primer tren pueda ser aprovechada para la propulsión del segundo, pudiéndose conseguir unos ahorros de energía de hasta el 50 y el 70%.
Description
todo momento de la localización de los trenes me-
Sistema para la optimización del consumo de energía eléctrica en redes ferroviarias. Objeto de la invención
La presente invención se refiere a un sistema que ha sido especialmente concebido para optimizar el consumo de energía eléctrica en redes ferroviarias.
El objeto de la invención es proporcionar un sistema mediante el que se consiga una sincronización entre las maniobras de aceleracióny frenado de los trenes en las diferentes partes de la red, (fundamentalmente asociadasalas maniobrasde paradayarranque de los trenes), aprovechando como generador eléctricos el sistema de frenado de los propios trenes, lo que permite reducir sensiblemente el aporte de energía por partedela redde distribución eléctricayoptimizarel consumo merced a la citada sincronización. Antecedentes de la invención
Como es sabido, los trenes puedenincorporarvarios sistemas de frenado, como son frenos convencionales, frenos magnéticosylos propios motores eléctricos.Enloquese refierea estosdosúltimos, cuando el tren está frenando, dichos dispositivos pueden actuar como generadores de energía, cuando se oponen al desplazamiento deltren,de manera quea travésde los mismos, se puede reconvertir en energía eléctrica la energía perdida por el tren al frenar.
Aunque son bien conocidos los sistemas que reinyectan dicha energía hacia la red de distribución, esta resulta con frecuencia desaprovechada, dado que, en ese preciso instante pudiera no ser necesario su consumo,loque repercutenegativamenteenel rendimiento del sistema. Descripción de la invención
El sistema para la optimización del consumo de energía eléctrica en redes ferroviarias que la invención propone resuelvede forma plenamente satisfactoria la problemática anteriormente expuesta, permitiendo optimizar los consumos de energía eléctrica, de manera que la energía generada en las maniobras de frenado de un tren pueda ser aprovechada para el arranquede otro, llevandoa cabo una sincronización automática entre ambos trenes.
Para ello,yde forma más concreta, seha previsto la realización de una partición de la catenaria en diferentes tramos aislados eléctricamente entre sí,yla disposición de una red interna de conmutación de potencia que permita conectar selectivamente unos tramos con otros, por medio de una serie de interruptores gobernadosatravésdeun sistemade control informatizado, mediante los cuales puede derivarse la energía disponible en un tramo de catenaria en el que se produce la frenada de un tren hacia otro tramo de catenaria en el que por el contrario se requiera energía en ese momento para impulsar otro tren.
El sistema de control puede ser programado para que la derivación de la energía se lleve a cabo entre tramos de catenarias que estén lo más cerca posible, en función de la circulación o no de trenes a lo largo de las mismas, de manera que las pérdidas de distribución a lo largo de la red interna sean mínimas. En cualquier caso, el sistema es escalable pudiéndose inyectar la potencia generada en las maniobras de frenado de un tren en el tramo de catenaria que se desee, por muy lejana que se encuentre, siempre que ambos tramos puedan ser interconectados mediante la red interna de conmutación de potencia.
diante de una red de sensores de posicionamiento, intentará lograr la máxima coincidencia entre los momentos en que un tren requiere energíaylos momentos en que otro tren la suministra, mediante un control permanente de la velocidad de los mismos, retrasando o acelerando los trenes cuando sea necesario, de manera que se optimice el objetivo de minimizar el aporte externo de energía, dentro de los límites impuestos por los parámetrosde seguridadycalidad del servicio.
Los interruptores controlados de forma remota a través del sistema de control podrán materializarse en interruptores electromecánicos, por ser ésta una tecnología asentada que optimizaría los costes a corto plazo, o bien materializarse en interruptores de estado sólido, más rápidosyfiables, con un mayor rendimiento,yqueala larga supondrían un ahorro debido a su alta fiabilidadyvida útil.
Mediante el citado sistema se conseguirá una sincronización en el desplazamiento de múltiples trenes que reducirá sensiblemente el consumo energético, consiguiéndose una optimización desde el punto de vista energético.
El sistema de control será programadoysupervisado por uno o varios operadores humanos, de manera que la optimización sólo se llevará a cabo en la medida en que no se vulneren los requisitos de calidadde servicioyseguridad definidosporlos mismos. Asimismo se dispondrá de sistemas suplementarios de seguridad, materializados en frenos convencionales, que permitan hacer frente a emergencias, tanto de forma automática como manual.
Dado que la mayor parte de la energía consumida en redes ferroviarias con arranquesyparadas frecuentes -como es el caso de las redes metropolitanas-, se consume en los arranques, se conseguirían de esta forma unos ahorros energéticos que podrían llegar al 5070% de la energía consumida. Descripción de los dibujos
Para complementar la descripción que se está realizandoy con objetode ayudara una mejor comprensión de las características del invento, de acuerdo con un ejemplo preferente de realización práctica del mismo, se acompaña como parte integrante de dicha descripción, un juego de dibujos en donde con carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo siguiente:
La figura 1.-Muestra un diagrama esquemático de laestructuradelsistemaparala optimizacióndel consumo de energía eléctrica en redes ferroviarias metropolitanos que la invención propone.
La figura 2.-Muestra un diagrama detallado de la estructura físicadela redde catenariasyde cableado de potencia que participan en la invención.
La figura 3.-Muestra, finalmente, un diagrama correspondiente a la estructura lógica del sistema. Realización preferente de la invención
A la vista de las figuras reseñadas puede observarse como en la invención que se preconiza participa un sistema de control (1) informatizado, destinado a controlarlaredde potencia(2)atravésdela sincronización entrelas maniobrasde frenadoyaceleración de los diferentes trenes que circulan por las distintas vías alimentados eléctricamente a través de respectivas catenarias (3), que estarán alimentadas eléctricamente, como es convencional, pero con la particu
laridad de que las catenarias se dividirán en tramos que estarán relacionados con las diferentes líneas a través de respectivos cableados de potencia (6), los cuales permanecerán normalmente en circuito abierto a través de interruptores (4), controlados de forma remota a través del sistema de control (1), interruptores (4) que, como anteriormente se ha dicho podrán materializarse indistintamente en interruptores electromecánicosobienen interruptoresde estado sólido.
De esta forma,ymediantela interposiciónde una serie de sensores (5) que determinan el posicionamiento de los trenes en las vías, y a través de los cuales podrá inferirse el estado del sistema en cada instante de tiempo, podrá sincronizarse, en la medida de lo posible, la frenada de un tren con el arranque de otro, este último situado lo más cerca posible del anterior, de modo que mediante la actuación sobre determinados interruptores (4), la energía que se genera en las maniobras de frenado de uno de los trenes pueda ser reconducidayaprovechadaa través del cableado de potencia (6) para la puesta en marcha de otro tren. El sistema de control podrá retrasar o adelantar la salida o la llegada de los trenes, así como modificar su velocidad de crucero, para conseguir dicho sincronismo óptimo.
El sistema de control informatizado (1) incorporará una interfaz (8) hombre-máquina, de manera que estará en todo momento gestionadoysupervisado por operadores humanos(7) encargadosde imponeryverificar los limites de la optimización, ya que ante el ahorro de energía premiará el aseguramiento de la calidad de servicio, y ante esta, prevalecerá a su vez la seguridad, pudiéndose no obstante generar unos ahorros de energía del orden del 50-70%.
Así pues,y taly como se puede observaren las figuras3y1,el sistemade control(1) informatizado tratará de conseguir en cada momento la temporalización más adecuada para los diferentes trenes que están circulando por la red ferroviaria (12). Por seguridad, dicha temporalización será supervisada a nivel globalpor operadores humanos(7)atravésdela interfaz (8), mediante la cual, podrían modificar también los parámetros de funcionamiento del sistema de control, así como observar el estado de la red ferroviaria: localizacióny velocidadde los trenes,y estadode los motores (9), frenos magnéticos (10)yfrenos convencionales (11) de cada tren.
Claims (6)
- REIVINDICACIONES
- 1.
- Sistema para la optimización del consumo de energía eléctrica en redes ferroviarias de trenes alimentados eléctricamentea travésde catenarias conectadasaunaredde suministro eléctrico, caracterizado porque dichas catenarias se particionan eléctricamente en una serie de tramos (3) que se relacionan entre sí yconlaredde suministro eléctricoatravésunaredde conmutación de potencia constituida por un conjunto de cableados de potencia (6), interconectados mediante interruptores controlados (4), habiéndose previsto que a lo largo del recorrido de los trenes se instalen sensores de posición (5) para los mismos, que ofrezcan información sobre la localización de los trenes a un sistema de control informatizado (1), de manera que este sistema de control pueda conectar dinámicamente a través de los interruptores controlados (4) cada tramo de catenaria (3) en la que un tren está realizando una maniobrade frenado con cada tramo de catenaria (3) en el que otro tren requiere energía en ese preciso momento.
-
- 2.
- Sistema para la optimización del consumo de energía eléctrica en redes ferroviarias, según reivindicación 1ª, caracterizado porque el sistema de control informatizado, basándose en el conocimiento continuo del estado del sistema que le ofrecen los sensores
de posición,ylimitándose por los requisitos de calidadde servicioydeseguridad,regula constantemente la velocidad de los trenes de manera que se produzca la máxima coincidencia posible entre intervalos de tiempo en los que se produce energía por acción de una frenada en un tramo de catenaria, e intervalos de tiempo en que se requiere energía en otro segundo tramo de catenaria que resulta accesible eléctricamente al primero a través de la red de conmutación de potencia a la que se refiere la reivindicación 1. -
- 3.
- Sistema para la optimización del consumo de energía eléctrica en redes ferroviarias, según reivindicación 1ª, caracterizado porque el sistema de control informatizado (1) incorpora una interfaz de hombremáquina (8) que permite la supervisión de dicho sistema de control a través de uno o más operadores humanos (7).
-
- 4.
- Sistema para la optimización del consumo de energía eléctrica en redes ferroviarias, según reivindicación 1ª, caracterizado porque los interruptores controlados (4) se materializan en interruptores electromecánicos.
-
- 5.
- Sistema para la optimización del consumo de energía eléctrica en redes ferroviarias, según reivindicación 1ª, caracterizado porque los interruptores controlados (4) se materializan en interruptores de estado sólido.
ES2351 013A1ES2351 013A1ES2351 013A1OFICINA ESPAÑOLA DE PATENTES Y MARCASN.º solicitud:200801894ESPAÑAFecha de presentación de la solicitud: 25.06.2008Fecha de prioridad:INFORME SOBRE EL ESTADO DE LA TECNICA51 Int. Cl. : B60M3/04 (01.01.2006) B60L7/22 (01.01.2006)DOCUMENTOS RELEVANTES- Categoría
- Documentos citados Reivindicaciones afectadas
- A
- DE 4319366 A1 (ELPRO AG BERLIN) 08.12.1994, columna 2, líneas 39-65; columna 3, línea 5 – columna 4, línea 65; figuras. 1-5
- A
- US 5467945 A (KUBOTA et al.) 21.11.1995, columna 7, líneas 3-42; resumen. 1-5
- A
- US 4202273 A (MATSUI et al.) 13.05.1980, resumen. 1-5
- A
- US 2005005813 A1 (EHRSAM et al.) 13.01.2005, párrafos [25-34]; resumen. 1-5
- Categoría de los documentos citados X: de particular relevancia Y: de particular relevancia combinado con otro/s de la misma categoría A: refleja el estado de la técnica O: referido a divulgación no escrita P: publicado entre la fecha de prioridad y la de presentación de la solicitud E: documento anterior, pero publicado después de la fecha de presentación de la solicitud
- El presente informe ha sido realizado • para todas las reivindicaciones □ para las reivindicaciones nº:
- Fecha de realización del informe 29.12.2010
- Examinador L. García Aparicio Página 1/4
INFORME DEL ESTADO DE LA TÉCNICANº de solicitud:200801894Documentación mínima buscada (sistema de clasificación seguido de los símbolos de clasificación) B60M, B60L Bases de datos electrónicas consultadas durante la búsqueda (nombre de la base de datos y, si es posible, términos debúsqueda utilizados) INVENES, EPODOCInforme del Estado de la Técnica Página 2/4OPINIÓN ESCRITANº de solicitud:200801894Fecha de Realización de la Opinión Escrita: 29.12.2010Declaración- Novedad (Art. 6.1 LP 11/1986)
- Reivindicaciones Reivindicaciones 1-5 SI NO
- Actividad inventiva (Art. 8.1 LP11/1986)
- Reivindicaciones Reivindicaciones 1-5 SI NO
Se considera que la solicitud cumple con el requisito de aplicación industrial. Este requisito fue evaluado durante la fase de examen formal y técnico de la solicitud (Artículo 31.2 Ley 11/1986).Base de la Opinión.-La presente opinión se ha realizado sobre la base de la solicitud de patente tal y como se publica.Informe del Estado de la Técnica Página 3/4OPINIÓN ESCRITANº de solicitud:2008018941. Documentos considerados.-A continuación se relacionan los documentos pertenecientes al estado de la técnica tomados en consideración para la realización de esta opinión.- Documento
- Número Publicación o Identificación Fecha Publicación
- D01
- DE 4319366 A1 (ELPRO AG BERLIN) 08.12.1994
- D02
- US 5467945 A (KUBOTA et al.) 21.11.1995
- D03
- US 4202273 A (MATSUI et al.) 13.05.1980
- D04
- US 2005005813 A1 (EHRSAM et al.) 13.01.2005
- 2. Declaración motivada según los artículos 29.6 y 29.7 del Reglamento de ejecución de la Ley 11/1986, de 20 de marzo, de Patentes sobre la novedad y la actividad inventiva; citas y explicaciones en apoyo de esta declaraciónEs objeto de la presente invención un sistema para la optimización del consumo de energía eléctrica en redes ferroviarias, contando las catenarias de alimentación de los vehículos con diferentes tramos relacionados entre sí y con la red de suministro a través de una red de conmutación de potencia constituida por unos cableados de potencia interconectados mediante interruptores controlados, contando con una serie de sensores de posición que ofrecen información sobre la posición de los trenes a un sistema de control informatizado, pudiendo conectar cada tramo de catenaria en la que está el tren realizando una maniobra de frenado con otro tramo en la que otro tren requiera energía en ese momento.En el estado de la técnica se conoce el sistema de gestión de las líneas de alimentación como el descrito en el documento D01, en el que se divulga una catenaria de alimentación alimentada desde diferentes puntos y seccionada por interruptores, mencionándose la posibilidad de la recuperación de la energía de frenado. Sin embargo, no se hace mención a la conexión entre la recuperación de la energía de frenado por otro vehículo que precisara de energía, mediante la gestión de los interruptores que seccionan los diferentes tramos de la catenaria.En el documento D02, se divulga un sistema de control de una red ferroviaria, que entre otras funciones tiene como misión la de asignar una ruta ferroviaria y la de una sección de alimentación, así como medios de control y detección del cumplimiento de la ruta establecida por parte del tren. Si bien pudiera aplicarse en el objeto de la invención como medio de control de las secciones y conexiones de los tramos de catenaria a conectar entre sí, no se hace mención alguna al posible uso de la energía regenerativa de frenado. Es más cuando se menciona la posibilidad de frenada de un vehículo se dice que la energía producida será consumidas en unas bobinas (GC), (véase columna 7, líneas 3-8, columna 7, líneas 27-42). No haciéndose mención a la posibilidad de gestionar la energía producida en la frenada mediante la transferencia sincronizada a otro vehículo que lo precisara mediante la gestión de los interruptores que seccionan la catenaria en tramos.En consecuencia la invención tal y como está recogida en la reivindicación primera cuenta con novedad según el Art. 6.1 de la LP, y cuenta con Actividad inventiva según lo establecido en el Art. 8.1 de la LP.El resto de reivindicaciones 2-5 al ser dependientes de una reivindicación que cuentan con novedad y actividad inventiva, y al arrastrar las características de la reivindicación de la que dependen cuentan con novedad y actividad inventiva.Informe del Estado de la Técnica Página 4/4
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