ES2392079B1 - Sistema y procedimiento de control de carga de baterías desde el sistema eléctrico ferroviario. - Google Patents

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Abstract

Sistema y procedimiento de control de carga de baterías desde el sistema eléctrico ferroviario.#Utiliza la potencia de subestaciones eléctricas (2) que alimentan una red de catenarias (1) y la energía de frenado que los trenes vierten a la red de catenarias (1), para alimentar masivamente equipos de carga de baterías de vehículos (8) desde la catenaria (1), desde un dispositivo de almacenamiento de energía (5) o desde ambos, en función de la potencia demandada por los equipos (8), de la potencia almacenada en el dispositivo (5), y de la potencia de catenaria (1), siempre que la demanda de potencia de catenaria de los trenes sea abastecida. Además permite cargar el dispositivo (5) cuando la potencia demandada por los equipos (8) es menor que la de catenaria (1); todo ello sin que afecte al servicio ferroviario.

Description

Sistema y procedimiento de control de carga de baterías desde el sistema eléctrico ferroviario.
OBJETO DE LA INVENCION
El sistema y procedimiento de la invención están previstos para efectuar el control de carga de baterías desde el sistema eléctrico ferroviario, de forma que desde la red de catenaria se puedan alimentar masivamente vehículos eléctricos, y todo ello sin que afecte a la alimentación eléctrica de los trenes.
Para ello la invención realiza la carga de las baterías de los vehículos eléctricos directamente desde la catenaria, desde un dispositivo de almacenamiento de energía o desde ambos simultáneamente, para lo que el dispositivo de almacenamiento de energía ha de tener suficiente carga almacenada, la cual se realiza a partir de la energía de frenado que los trenes vierten a la catenaria, o a partir de la energía que las subestaciones eléctricas aplican a la catenaria para alimentar a los trenes, en el caso en que la energía demandada por las baterías de los vehículos eléctricos más la energía demandada por los trenes en servicio, es menor que la energía que las subestaciones aplican a la catenaria.
ANTECEDENTES DE LA INVENCION
En el estado de la técnica es conocido que a partir de la energía que circula por las catenarias de tracción de ferrocarriles de corriente continua, se realice la recarga de baterías mediante el uso de un convertidor de potencia DC/DC (corriente continua/corriente continua), que está conecta a la catenaria y a un convertidor de DC/AC (corriente continua/corriente alterna), el cual a su vez se conecta a los equipos de carga de baterías.
En este caso la recarga de las baterías debe de realizarse en horas de demanda de energía valle por parte de los trenes que circulan, ya que en las horas punta se podría ver afectada la explotación ferroviaria, dado que si existen cargas eléctricas adicionales a las que representan los trenes, la potencia nominal de la subestación se podrá ver reducida pudiendo existir limitaciones técnicas importantes para la alimentación de más trenes, por lo que no es admisible alimentar vehículos eléctricos en detrimento de limitar la alimentación de los trenes. En consecuencia si las baterías generan una carga adicional constante a las subestaciones que alimentan la catenaria, pueden darse rebases puntuales sobre la potencia máxima que dichas subestaciones pueden dar, produciéndose sobrecarga en la catenaria, lo cual es inadmisible tal y como ya ha sido anteriormente indicado.
Por otro lado en los sistemas ferroviarios es conocido el aprovechamiento de la energía de frenado de los trenes, que convierte su energía cinética del tren en energía eléctrica, siendo la potencia máxima de frenado igual a la potencia máxima de tracción. La energía generada se evacua a los servicios auxiliares del propio tren, a la red eléctrica de tracción, y la restante se quema en las resistencias de frenado del tren. Para inyectar energía a la red de tracción, el tren debe elevar su tensión de salida por encima de la tensión de red, o tensión de catenaria presente en el lugar de la línea donde esté conectado. De esta forma, las cargas conectadas a esa misma red absorben energía del tren en lugar de las subestaciones que alimentan el trayecto en función de la diferencia de tensión entre ambas y de las distancias (en resistencia eléctrica) desde la carga a las fuentes. El tren eleva su tensión de salida hasta conseguir evacuar toda la energía de frenado a la red eléctrica o hasta que alcanza su tensión de salida máxima y debe derivar a las resistencias de frenado la energía que no puede inyectar en la red. También es conocido el empleo de esta energía para efectuar la carga de dispositivos de almacenamiento de energía.
No se conoce ningún sistema y/o procedimiento que permita realizar la recarga masiva de las baterías de coches eléctricos, sin comprometer la explotación ferroviaria, y que además aproveche la energía de frenado de los trenes.
DESCRIPCION DE LA INVENCION
Para conseguir los objetivos y resolver los inconvenientes anteriormente indicados, la invención proporciona un nuevo sistema y procedimiento que realizar el control de carga de baterías desde el sistema eléctrico ferroviario, aprovechando la energía de frenado de los trenes, y que comprende subestaciones eléctricas de alimentación de una red de catenarias de tracción de ferrocarriles de corriente continua que está conectada a un convertidor de potencia DC/DC (corriente continua/corriente continua) que mediante un primer convertidor de DC/AC (corriente continua/corriente alterna) se conecta a un dispositivo de almacenamiento de energía para permitir realizar la recarga de dicho dispositivo de almacenamiento de energía desde la catenaria. Además el sistema de la invención comprende un segundo convertidor DC/AC que está conectado al convertidor de potencia DC/DC y a unos equipos de carga de baterías de vehículos para permitir realizar la carga de las baterías de vehículos eléctricos. La principal novedad de la invención reside en que se caracteriza por que comprende un módulo de control de gobierno del sistema, que está configurado de manera tal que permita alimentar a los equipos de carga de baterías de vehículos desde la catenaria, desde el dispositivo de almacenamiento de energía o desde ambos, en función de la potencia demandada por los equipos de carga de baterías, de la potencia almacenada en el dispositivo de almacenamiento de energía y de la potencia de catenaria. Además el módulo de control está configurado de manera tal que permite cargar el dispositivo de almacenamiento de energía cuando la potencia demandada por los equipos de carga de baterías de vehículos es menor que la de catenaria; todo lo anterior se efectúa siempre que la demanda de potencia
ES 2 392 079 Al
de catenaria de los trenes sea abastecida.
La configuración descrita presenta la gran ventaja de permitir realizar la carga masiva de las baterías de vehículos eléctricos sin comprometer la alimentación de los trenes que se encuentran circulando.
Para conseguir la funcionalidad anteriormente indicada, el convertir de potencia CC/CC, está conectado con el primer y segundo convertidor de DC/AC mediante un bus de continua, de manera que el convertidor de potencia CC/CC está configurado de manera tal que mantiene su tensión de salida de bus constante (Vbus) para compensar los flujos de energía requeridos por el primer y segundo convertidor DC/AC, y por tanto para compensar los flujos de energía requeridos por el dispositivo de almacenamiento de energía y por los equipos de carga de baterías de vehículos.
Además el primer convertidor DC/AC está configurado de manera tal que su salida se regula en función de la consigna de potencia que le envía el módulo de control de forma que absorbe o entrega potencia al bus de continua en función de que alimente a los equipos de carga de baterías de vehículos, o en función de que se recargue almacenando energía procedente de la catenaria.
Por otro lado, el segundo convertidor DC/AC está configurado de manera tal que por indicación del módulo de control, absorbe la energía del bus de continua en función de las cargas conectadas a los equipos de carga de baterías de vehículos, regulando el número de salidas activas de equipos de carga de baterías de vehículos en función de dicha carga conectada a cada equipo de carga de baterías de vehículos, y reduciendo el número de equipos de carga de baterías de vehículos activos, y en consecuencia reduce la carga de salida cuando ésta es mayor que la suma de la potencia disponible en la catenaria más la almacenada en el dispositivo de almacenamiento de energía. Esta reducción de equipos de carga de baterías de vehículos activos la realiza hasta que la potencia de salida de dichos equipos activos es menor o igual que la suma de las potencias disponibles en la catenaria más la del dispositivo de almacenamiento de energía. Además los equipos de carga de baterías de vehículos se bloquean cuando se supera una intensidad límite de catenaria previamente fijada durante un tiempo, previamente establecido en el módulo de control, en cuyo caso se anula la salida del segundo convertidor, de forma que no se proporciona ninguna alimentación a ninguno de los equipos de carga a baterías de vehículos, de modo que se permita abastecer la demanda de potencia de los trenes en servicios, siempre que no se produzca un mal funcionamiento en las subestaciones que alimentan la red de catenaria, es decir el sistema de control de carga de baterías de la invención da prioridad al abastecimiento de la demanda de potencia requerida por los trenes que circulan por la vía, evitando que la invención pueda afectar al servicio ferroviario.
El primer convertidor DC/AC además está configurado para almacenar un valor máximo y un valor mínimo de la tensión de bus, para que cuando se encuentre dentro de los límites almacenados actúa como fuente de corriente y cuando se sobrepasan estos límites, realiza una regulación como fuente de tensión que mantiene la tensión de bus en el límite sobrepasado, de forma que permite realizar la entrega o absorción de energía al bus de continua, según fue descrito con anterioridad.
Cabe señalar que el módulo de control comprende un módulo de comunicaciones de conexión con una red intranet de comunicación con al menos un servidor ferroviario y con las subestaciones eléctricas de suministro de energía de la catenaria, para operar y realizar las tareas de mantenimiento del sistema de forma local o remota. Además el módulo de comunicaciones está conectado con los distintos componentes del sistema para gobernar su funcionamiento.
Además la invención se refiere a un procedimiento que permite realizar la funcionalidad del sistema anteriormente descrito, para lo que comprende una fase en la que se establece una intensidad límite que puede absorber la catenaria, correspondiente a la intensidad límite que las subestaciones son capaces de suministrar, para lo que dichas subestaciones comunican el valor de esta intensidad límite al módulo de control. Además se establece una tensión mínima de catenaria por debajo de la cual no se puede absorber energía de la catenaria, ya que esta circunstancia indica que está sobrecargada o se encuentra en estado degradado, por ejemplo cuando se encuentra fuera de servicio una de las subestaciones. Por tanto el procedimiento establece una intensidad límite que se puede absorber de la catenaria y una tensión mínima de catenaria fuera de cuyos límites el sistema no puede absorber potencia por la catenaria.
Además el procedimiento de la invención comprende una fase en la que se establece una tensión de vacío de catenaria, correspondiente a la tensión máxima que las subestaciones del sistema eléctrico ferroviario son capaces de proporcionar, y por encima de la cual al menos un tren está entregando corriente a la catenaria procedente del frenado, tal y como explicado en el apartado "antecedentes de la invención". De esta forma el sistema de la invención sabe cuando la energía generada en el frenado de un tren es vertida a la catenaria, lo cual se produce cuando la tensión de catenaria es mayor que la tensión de vacío establecida.
El valor de la tensión de vacío es una variable interna parametrizada para cada hora de la semana, de forma que pueda compensarse las variaciones habituales de la tensión de salida de las subestaciones, y por otro lado se puede ajustar este parámetro para que el dispositivo de almacenamiento de energía pueda alimentarse de la energía proporcionada por las subestaciones en horas valle en las que la circulación de los trenes es reducida.
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Además el procedimiento de la invención comprende establecer respecto al dispositivo de almacenamiento de energía una potencia mínima de funcionamiento que permite alimentar a los equipos de carga de baterías de vehículos durante un tiempo mínimo establecido, una potencia máxima de almacenamiento, y una energía mínima de reserva almacenada que permita alimentar los equipos de carga de baterías de vehículos durante un tiempo mínimo de reserva, de forma que la absorción o entrega de energía al bus de continua, tal y como fue descrito para el sistema, se realiza en función de estas variables, de la forma que será descrita con posterioridad.
El procedimiento también comprende una fase en la que se establece una potencia de bloqueo de los equipos de carga de baterías de vehículos, correspondiente a la potencia demandada por dichos equipos que exceden de la intensidad límite durante un período de tiempo previamente establecido.
Tras las anteriores fases descritas, el procedimiento comprende medir la carga por los equipos de carga de baterías de vehículos, la tensión o intensidad de catenaria, tensión del bus de continua, intensidad del dispositivo de almacenamiento de energía que cede o absorbe del bus de continua, la tensión e intensidad de salida de los equipos de carga de baterías de vehículos, y a partir de estas medidas se calculan las energías y potencias medias de entrada y salida de cada una de las conexiones de catenaria, de los equipos de carga de baterías de vehículos y del dispositivo de almacenamiento de energía.
En función de las anteriores fases, el procedimiento de la invención realiza la alimentación de los equipos de carga de baterías de vehículos, bien desde la catenaria, bien desde la catenaria y desde el dispositivo de almacenamiento de energía, o bien únicamente desde el dispositivo de almacenamiento de energía.
La alimentación de los equipos de carga de baterías de vehículos desde la catenaria se efectúa cuando se detecta que la intensidad de catenaria es menor que la intensidad límite que se puede absorber a través de la catenaria, y cuando se detecta que la tensión de catenaria es mayor que la tensión mínima de catenaria.
La alimentación de los equipos de carga de baterías de vehículos se realiza desde la catenaria y desde el dispositivo de almacenamiento de energía cuando se detecta que la potencia almacenada en el dispositivo de almacenamiento de energía es superior a la potencia mínima establecida, y la intensidad de catenaria es mayor que la intensidad límite establecida, situación en la cual el dispositivo de almacenamiento de energía proporciona la diferencia de potencia necesaria entre la demandada por los equipos de carga de baterías de vehículos y el límite máximo establecido por la intensidad límite y tensión mínima de catenaria, siempre que dicho dispositivo de almacenamiento de energía disponga de dicha diferencia de potencia almacenada.
Los equipos de carga de baterías de vehículos se alimentan únicamente desde el dispositivo de almacenamiento de energía cuando la intensidad y tensión de catenaria están fuera de los márgenes establecidos por la intensidad límite y la tensión mínima de catenaria previamente establecidas.
Además el procedimiento de la invención prevé una fase en la que se anula la intensidad de algunos equipos de carga de baterías de vehículos cuando se detecta que la potencia que demandan no puede ser abastecida por la catenaria, por el dispositivo de almacenamiento de energía o por ambos, de forma que el número de salidas de equipos de carga de baterías anuladas se corresponde con un número tal que establece que el nivel de demanda de dichos equipos no supera la potencia que puede ser abastecida.
También la invención comprende una fase en la que se carga el dispositivo de almacenamiento de energía desde la catenaria cuando la potencia demandada por los equipos de carga de baterías de vehículos es inferior a la proporcionada por la catenaria y dicho dispositivo de almacenamiento de energía no almacena su potencia máxima.
Para proporcionar el correcto funcionamiento del sistema de la invención, de acuerdo con el procedimiento descrito, además el procedimiento comprende determinar la potencia disponible en el dispositivo de almacenamiento de energía y realizar una primera verificación de si dicha potencia disponible en dicho dispositivo de almacenamiento de energía es mayor que la energía mínima establecida, de forma que a continuación se realiza una segunda verificación de si la potencia disponible en el dispositivo de almacenamiento de energía es mayor que la energía de reserva establecida, y cuando se ha realizado la primera y segunda verificación, se efectúa una tercera verificación de si la tensión de catenaria medida es menor o igual que la tensión mínima de catenaria establecida. A continuación se efectúa una cuarta verificación de si la tensión de catenaria medida es mayor o igual que la tensión de vacío, siempre que no se haya realizado la tercera verificación, es decir cuando la tensión de catenaria es mayor que la tensión mínima de catenaria establecida, y se realiza una quinta verificación de si la corriente de catenaria es menor que la corriente límite de catenaria establecida, cuando no se ha realizado la cuarta verificación, es decir la tensión de catenaria es menor que la tensión de vacío, de forma que cuando se ha realizado la quinta verificación, es decir la intensidad de catenaria es menor que la intensidad límite establecida, se utiliza la potencia de catenaria para alimentar a los equipos de carga de baterías de vehículos.
Por otro lado cuando no se ha verificado la quinta verificación, comprende una fase en la que se absorbe la potencia de catenaria por parte de los equipos de carga de baterías de vehículos hasta alcanzar la intensidad límite, y se absorbe el resto de la potencia demandada por los equipos de carga de baterías de vehículos, que supera la intensidad del límite, desde el dispositivo de almacenamiento de energía hasta el nivel máximo de potencia que dicho dispositivo de almacenamiento de energía puede proporcionar en función de la potencia que almacena;
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limitándose la potencia absorbida por los equipos de carga de baterías de vehículos en caso de que el dispositivo de almacenamiento de energía no sea capaz de proporcionar dicho resto de potencia demandada por los equipos de carga de baterías de vehículos.
Cuando no se ha verificado la primera verificación, es decir la potencia disponible en el dispositivo de almacenamiento de energía es menor que la energía mínima establecida, se realiza una sexta verificación de si la tensión de catenaria es mayor o igual que la tensión mínima de catenaria, en cuyo caso, es decir cuando se realiza dicha sexta verificación, se absorbe la potencia de catenaria por parte de los equipos de carga de baterías de vehículos y si queda potencia sobrante se absorbe por parte del dispositivo de almacenamiento de energía. En cambio si la potencia absorbida de catenaria es menor que la demandada por los equipos de carga de baterías de vehículos se bloquea la salida de un número de dichos equipos para igualar la potencia de catenaria con la absorbida por dichos equipos no bloqueados, y en caso de no realizarse dicha sexta verificación se bloquean todos los equipos de carga de baterías de vehículos, preservando así el funcionamiento del sistema ferroviario.
Además, cuando al efectuarse la segunda verificación, ésta no ha sido verificada, es decir cuando la potencia disponible en el dispositivo de almacenamiento de energía está comprendida entre la potencia mínima y la potencia de reserva establecida, se realiza una séptima verificación de si la tensión de catenaria medida es menor o igual que la tensión mínima de catenaria establecida; en cuyo caso también se ha llevado a cabo la tercera verificación. En esta situación si la potencia demandada por los equipos de carga de baterías de vehículos es menor
o igual que la potencia máxima de descarga del dispositivo de almacenamiento de energía, que es un parámetro previamente conocido, se absorbe la potencia por parte de los equipos de carga de baterías de vehículos desde el dispositivo de almacenamiento de energía; y en caso contrario, es decir la potencia requerida por los equipos de carga de baterías de vehículos es mayor que la potencia máxima de descarga del dispositivo de almacenamiento de energía, se bloquean las salidas de un número de equipos de carga de baterías de vehículos hasta que la potencia que demandan se iguala con la potencia máxima de descarga del dispositivo de almacenamiento de energía. Además, cuando no se ha realizado ni la segunda ni la séptima verificación, es decir la potencia disponible en el dispositivo de almacenamiento de energía es menor que la potencia de reserva establecida y la tensión de catenaria es menor o igual que la tensión mínima de catenaria establecida, se absorbe la potencia de catenaria por parte de los equipos de carga de baterías de vehículos y si queda potencia sobrante se absorbe por parte del dispositivo de almacenamiento de energía; y en cambio si la potencia absorbida de catenaria es menor que la demandada por los equipos de carga de baterías de vehículos se bloquean un número de salidas de dichos equipos para igualar la potencia de catenaria con la absorbida por los equipos cuyas salidas no se han bloqueado.
Cuando se ha verificado la primera, tercera y cuarta verificación y no se ha realizado la segunda verificación, es decir la potencia disponible en el dispositivo de almacenamiento de energía es mayor o igual que la energía de reserva, y la tensión de catenaria medida es mayor que la tensión de vacío de catenaria establecida, se realiza una octava verificación de si la potencia del dispositivo de almacenamiento de energía es menor que la potencia máxima que pueda almacenar, de forma que en el caso de no realizarse dicha octava verificación se continúa con la quinta verificación ya descrita; y en caso de que si se realice dicha octava verificación se absorbe potencia de la catenaria progresivamente por parte de los equipos de carga de baterías de vehículos, del dispositivo de almacenamiento de energía, o de ambos, según una función en rampa, siempre que se verifique la cuarta verificación, es decir la tensión de catenaria medida es mayor o igual que la tensión de vacío. Seguidamente se realiza una novena verificación de si la potencia absorbida por el dispositivo de almacenamiento de energía y por los equipos de carga de baterías de vehículos es mayor que la potencia de catenaria, en cuyo caso se reduce progresivamente la absorción de potencia hasta que se verifica dicha novena verificación, y en caso de no llevarse a cabo dicha novena verificación, se realiza una décima verificación de si la intensidad de catenaria es menor o igual que la intensidad límite, que en caso de no verificarse se reduce progresivamente la absorción de potencia y se realiza de nuevo la novena verificación. Por el contrario en caso de verificarse dicha décima verificación, si la potencia de catenaria es menor que la requerida por los equipos de carga de baterías de vehículos, se absorbe potencia del dispositivo de almacenamiento de energía hasta completar la demanda de potencia de los equipos de carga de baterías de vehículos o hasta el límite máximo de descarga (potencia mínima establecida) de dicho dispositivo de almacenamiento de energía, en cuyo caso se bloquean un número de salidas de los equipos de carga de baterías de vehículos hasta alcanzar el nivel de potencia entregado por la catenaria más el proporcionado por el dispositivo de almacenamiento de energía. Si la potencia de catenaria es mayor que la requerida por los equipos de carga de baterías de vehículos, se absorbe por dichos equipos y la potencia sobrante se carga en el dispositivo de almacenamiento de energía.
Por tanto, mediante el sistema y procedimiento descrito se permite alimentar eléctricamente a los equipos de carga de baterías de vehículos masivamente desde la catenaria y desde el dispositivo de almacenamiento de energía aprovechando la energía de frenado de los trenes, sin que afecte al servicio ferroviario, en base a la descripción realizada.
A continuación para facilitar una mejor comprensión de esta memoria descriptiva, y formando parte integrante de la misma, se acompañan una serie de figuras en las que con carácter ilustrativo y no limitativo se ha representado el objeto de la invención.
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BREVE ENUNCIADO DE LAS FIGURAS
Figura 1.- Muestra un diagrama de bloques funcional de un posible ejemplo de realización del sistema de la invención.
Figura 2.-Muestra un diagrama de flujo de las diferentes fases que determinan el procedimiento de la invención.
DESCRIPCION DE LA FORMA DE REALIZACION PREFERIDA
A continuación se realiza una descripción de la invención basada en las figuras anteriormente comentadas.
El sistema de la invención controla la carga de baterías desde el sistema eléctrico ferroviario que está constituido por una red de catenarias 1 que son alimentadas mediante subestaciones eléctricas 2 para proporcionar la potencia necesaria a los ferrocarriles de corriente continua que transitan a lo largo de la red de catenaria 1.
Dado que las subestaciones 2 están diseñadas para proporcionar una potencia nominal suficiente para poder proporcionar la potencia demandada por los trenes que circulan por la vía, con independencia de la densidad de tráfico, se dimensionan para proporcionar una potencia superior a la máxima que los trenes pueden demandar en horas punta de mayor densidad de tráfico. Por tanto, y sobre todo en las horas de baja densidad de tráfico la energía que las subestaciones 2 son capaces de proporcionar, puede ser utilizada para realizar la recarga masiva de vehículos eléctricos, para lo que además la invención aprovecha la energía de frenado que los trenes generan y que vierten a la catenaria 1, tal y como fue descrito en el apartado de "antecedentes de la invención".
Para ello el sistema de la invención comprende un convertidor de potencia DC/DC 3 mediante el cual se realiza la conexión del sistema con la catenaria 1, cuya salida, y mediante un bus de continua 6 se conecta con un primer convertidor DC/AC 4 y con un segundo convertidor DC/AC 7, de modo que el primer convertidor DC/AC 4 está conectado a un dispositivo de almacenamiento de energía 5 y el segundo convertidor DC/AC 7 está conectado a una pluralidad de equipos de carga de baterías de vehículos 8, a los que se conectan las baterías de los vehículos para realizar la carga de las mismas.
Además el sistema de la invención comprende un módulo de control 9 que gobierna el funcionamiento del sistema, para lo que su configuración es la de un procesador convencional que está dotado de una unidad central de control que dispone de una arquitectura modular, capacidad para soportar varios protocolos de comunicaciones y de una gran fiabilidad en entornos con elevadas perturbaciones electromagnéticas. A su vez la unidad central de control incorpora los correspondientes módulos de adquisición de señales digitales y analógicas, módulos de salidas digitales y analógicas, módulos procesadores de comunicaciones y módulos procesadores de señales.
Además el módulo de control 8 incorpora el correspondiente router y elemento de conmutación que permiten realizar las comunicaciones entre los diferentes componentes del sistema mediante protocolo Ethernet, para lo que está conectado a una intranet 10 que a su vez está conectado al servidor 11 de gestión, mantenimiento y telemando de energía de la red de catenaria 1. La conexión del módulo de control 9 con el servidor 11 permite realizar las tareas de mantenimiento del sistema de un modo remoto.
Además el módulo de control 1 incorpora el correspondiente módulo de alimentación de los diferentes elementos del sistema, de acuerdo con la técnica conocida.
En base a la descripción realizada, se comprende fácilmente que el módulo de control 9, mediante los correspondientes sensores, permite realizar la medida de la tensión de catenaria Vcat, de la intensidad de catenaria Icat, la tensión del bus de continua Vbus, la intensidad del almacenador Ialm, la carga/descarga de los equipos de carga de baterías de vehículos 8, a partir de la medida de su tensión y corriente de salida. Estas medidas se realizan mediante sensores de tensión e intensidad convencionales de tecnología de efecto Hall y son capturadas por los módulos de entradas analógicas del modulo de control 9.
A partir de estas medidas realizadas el módulo de control 9, y mediante los módulos de procesado, calculan las energías y potencias medias de entrada y salida del dispositivo de almacenamiento de energía 5 y de los equipos de carga de baterías de vehículos 8, así como de la catenaria 1 por períodos de tiempo previamente establecidos, de forma que determina los flujos de energía necesarios en cada instante y recoge información sobre su estado.
Además en el sistema de la invención se establece una intensidad límite Ilim que puede absorber la catenaria que está establecida por las subestaciones 2, y se establece una tensión mínima de catenaria Vmin por debajo de la cual ni el dispositivo de almacenamiento de energía 5 ni los equipos de carga de baterías de vehículos 8 pueden absorber energía, ya que esta circunstancia indica que la catenaria 1 se encuentra sobrecargada o se encuentra en estado degradado, por ejemplo cuando se encuentra fuera de servicio alguna de las subestaciones 2. Por tanto en el módulo de control 9 se establecen los límites Ilim y Vmin, fuera de los cuales no se puede absorber potencia por la catenaria 1, y que le comunican las subestaciones 2.
Además en el módulo de control 9 se establece la tensión de vacío de catenaria Vvacio que representa la
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tensión máxima que las subestaciones 2 son capaces de proporcionar, y por encima de la cual existe uno o más trenes entregando corriente a la catenaria 1 procedente del frenado, tal y como fue descrito en el apartado "antecedentes de la invención". Por tanto, si la tensión de catenaria es mayor que la tensión de vacío el módulo de control 9 detecta que hay un tren generando energía de frenada, y si es menor o igual que dicha tensión de vacío entonces no existe ningún tren proporcionando energía de frenado a la catenaria 1.
Además en el módulo de control 9 se establece, respecto al dispositivo de almacenamiento de energía 5, una potencia mínima de funcionamiento Emin que permite alimentar a los equipos de carga de baterías de vehículos 8 durante un tiempo mínimo establecido, una potencia máxima Emax de almacenamiento y una potencia mínima de reserva Ereserva almacenada que permite alimentar las fuentes 8 durante un tiempo mínimo de reserva Treserva, para permitir la absorción o entrega de energía al bus de continua 6 del dispositivo de almacenamiento de energía 5 en función de estos parámetros, tal y como se ha descrito con posterioridad, y de forma que desde el 0% de la carga hasta el valor Ereserva la energía procede de las subestaciones 2 o del frenado de los trenes, en tanto que desde el valor Ereserva al 100% de carga del dispositivo de almacenamiento de energía 5, la energía procede únicamente del frenado regenerativo de los trenes. También se conoce la potencia que el dispositivo de almacenamiento de energía 5 absorbe/entrega Ecar.des al bus de continua 6, mediante la medida de su intensidad y tensión de salida. Es conocida la potencia máxima de descarga Ecar.des.max que el dispositivo de almacenamiento puede proporcionar. También cabe señalar que en el sistema de la invención se establece una potencia de bloqueo Pbloqueo de los equipos 8, correspondiente a la potencia demandada por dichos equipos 8 que excede de la Ilim durante un período de tiempo previamente establecido, para bloquear su funcionamiento evitando que absorban energía de la catenaria 1 cuando se da esta circunstancia.
En base a lo anterior, y con ayuda de la figura 2, se describe el funcionamiento del sistema de acuerdo con el procedimiento de la invención, el cual comprende una primera fase 21 en la que se inicializa la variable interna de control P correspondiente a la potencia demandada por los equipos 8, la cual se establece como la potencia de salida Psal de los equipos 8 medida, más la potencia de bloqueo Pbloqueo de dichos equipos 8, en cuyo caso el módulo de control 9, a través del enlace de comunicaciones con los equipos 8, inhibe o bloquea la alimentación del número de equipos 8 necesarios para reducir la carga a una potencia igual o mayor que la determinada por Pbloqueo, tal y como será descrito con posterioridad.
En la fase 22 se determina la potencia almacenada Ealm del dispositivo de almacenamiento de energía 8 y se realiza una primera verificación de si dicha Ealm es mayor que Emin. En caso de que sea mayor se pasa a la fase 23 y en caso contrario se pasa a la fase 30. En este punto la potencia útil del dispositivo de almacenamiento 8 es la comprendida entre Emin y Emax, dependiendo ambos parámetros de la tecnología del dispositivo de almacenamiento de energía 8 (baterías, ultracondensadores, volantes de inercia, etc).
En la fase 23 se realiza una segunda verificación de si Ealm es mayor o igual que Ereserva. Dicha potencia Ereserva está calculada en función del parámetro Ereserva y de la potencia demandada P. Si se realiza la tercera verificación se pasa a la fase 24, y en caso contrario se pasa a la fase 20. Ereserva se emplea para decidir cuando el dispositivo de almacenamiento de energía 8 se carga desde la catenaria o de la energía generada por la frenada de los trenes.
En la fase 24 se realiza una tercera verificación de si la tensión de catenaria Vcat medida es menor o igual que la tensión Vmin de catenaria establecida, cuando se ha realizado la primera y segunda verificación. Si Vcat es igual o menor que Vmin se pasa a la fase 21 y en caso contrario se pasa a la fase 25. En este punto cabe señalar que una tensión reducida en catenaria puede deberse a una sobrecarga en ella o a que alguna de las subestaciones 2 que energizan el trayecto se encuentra fuera de servicio. En tales circunstancias el dispositivo de almacenamiento de energía 5 no debe absorber energía de la catenaria ya que incrementaría el riesgo de sobrecarga de la catenaria 1, y el consiguiente corte de alimentación del trayecto afectado, repercutiendo en el servicio ferroviario.
En la fase 25 se realiza una cuarta verificación de si Vcat medida es mayor o igual que Vvacio, cuando no se ha realizado la tercera verificación, es decir Vcat es mayor que Vmin. Si Vcat es igual o mayor que Vvacio entonces existe al menos un tren en el trayecto generando energía de frenada, pasándose a un proceso de absorción de la energía producida por un tren, lo cual está representado en la fase 37 para realizar la carga del dispositivo de almacenamiento de energía 5 y para alimentar la salida de los equipos 8. En caso contrario se trata de absorber la Vcat pero solo para alimentar la salida de los equipos 8, pasándose a la fase 26 en la que se incrementa la variable n (n = n + 1) que determina la potencia que el sistema trata de absorber de los trenes que actúan como generadores, de forma que si en el proceso de incremento de potencia del tren, Vcat = Vvacio, la intensidad absorbida disminuye al reducirse el valor de n. El límite inferior de n es 1. El proceso continúa en la fase número 27 en la que se realiza una quinta verificación de si Icat que debe absorber el convertir de potencia 3 para proporcionar la potencia P demandada por los equipos 8 es inferior a la Ilim que pueden proporcionar las subestaciones 2 que alimentan la catenaria 1. Si no se llega a este límite se pasa a la fase 28 y en caso contrario se pasa a la fase 20.
En la fase 28 se asignan las consignas de la fase 21 a los siguientes valores Ecar.des = 0 y Pbloqueo = 0. En este caso el dispositivo de almacenamiento de energía 5 se encuentra cargado por encima de su valor Ereserva y no se detecta ningún tren frenando, situación en la que no hay ningún impedimento para que toda la potencia demandada P sea absorbida desde la catenaria 1, por los equipos 8, y por tanto, el dispositivo de almacenamiento
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de energía 5 ni se carga ni se descarga Ecar.des =0= y no existe limitación en la potencia que puede suministrarse a los equipos 8, es decir Pbloqueo = 0. Se continúa con la fase 29 en la que se actualizan las consignas que se envían al dispositivo de almacenamiento de energía 5 y a los equipos 8 finalizándose el proceso y reiniciándose nuevamente en la fase 22.
En la fase 20 comentada anteriormente se asignan los siguientes valores Ecar.des = [P - Ilim x Vcat] descarga y Pbloqueo = Ecar.des.max - Ecar.des. Este caso corresponde a que el dispositivo de almacenamiento de energía 5 se encuentra cargado por encima de su valor Ereserva, no se detecta ningún tren frenando, no se puede suministrar toda la potencia demandada P desde catenaria 1, por lo que el dispositivo de almacenamiento de energía 5 suministra la potencia necesaria para no sobrepasar Ilim y establecer una limitación de potencia de salida Psal igual a la diferencia entre Ecar.des y Ecar.des. Ecar.des es una variable que comunica el dispositivo de almacenamiento de energía 5 al módulo de control 9 y que puede depender del nivel de energía Ealm y se continúa en la fase 29 ya descrita con anterioridad.
En la fase 22, es decir cuando no se ha realizado la primera verificación en la que Ealm es menor que Emin, se realiza una sexta verificación de si Vcat es mayor o igual que Vmin, en cuyo caso no hay energía disponible en el dispositivo de almacenamiento de energía 5, la potencia P debe de ser suministrada desde la catenaria 1, consistiendo por tanto dicha sexta verificación en si se puede absorber energía desde la catenaria 1, de forma que si esto puede efectuarse, se pasa la fase 32 y en caso contrario se pasa a la fase 31.
En la fase 31 no es posible suministrar energía a los equipos 8, por lo que debe bloquearse todo su consumo. Las consignas toman los siguientes valores Ecar.des = 0V y Pbloqueo = P, continuando el proceso en la fase
29.
En la fase 32 se asignan a las consignas los valores Ecar.des = (Ilim x Vcat - P) carga y Pbloqueo = P - Ilim x Vcat.
En este caso el dispositivo de almacenamiento de energía 5 se encuentra descargado, por lo que puede absorber energía de catenaria 1, ya que Vcat es mayor o igual que Vmin, por ello se absorbe la mayor energía disponible Ilim x Vcat para alimentar los equipos 8 y la potencia sobrante se utiliza para cargar el dispositivo de almacenamiento 5. Si la potencia absorbida de catenaria 1 es menor que la potencia demandada P entonces se procede a limitar la potencia P bloqueando los equipos 8 necesarios Pbloqueo = P - Icarga x Vcat, en cuyo caso se continúa en la fase 29 ya descrita.
La fase 33 a la que se pasa, cuando no se ha efectuado la segunda verificación de la fase 23, consiste en realizar una séptima verificación de si la tensión Vcat es menor o igual que Vmin, en cuyo caso se ha realizado también la tercera verificación, pasándose a la fase 34. En este punto el dispositivo de almacenamiento de energía 5 está cargado entre Emin y Ereserva. En este estado el dispositivo de almacenamiento de energía 5 puede ser cargado desde catenaria 1 o puede suministrar energía a los equipos 8. En el caso en el que Vcat sea mayor que Vmin se pasa a la fase 32 ya descrita con anterioridad.
En la fase 34 se corresponde al caso en el cual no se puede absorber energía de la catenaria 1, por lo que los equipos 8 deben alimentarse desde el dispositivo de almacenamiento de energía 5. En esta fase se determina si la potencia P demandada por el dispositivo 5 es menor o igual a la potencia máxima de descarga del dispositivo 5 Ecar.des.max. Si es menor se continúa con la fase 35 y en caso contrario se pasa a la fase 36.
En la fase 35 se asignan las consignas con los valores Ecar.des = P y Pbloqueo = OW. En este caso el dispositivo 5 dispone de carga y potencia para alimentar a los equipos 8 y no puede absorber energía de la catenaria 1, por lo que toda la potencia suministrada por el dispositivo 5, no existiendo necesidad de bloquear la carga de los equipos 8. En este caso se continúa con la fase 29 ya descrita anteriormente.
En la fase 36 se asignan las consignas Ecar.des = [Ecar.des.max] descarga y Pbloque = P - Ecar.des.max. En este caso corresponde a que el dispositivo 5 dispone de carga pero su potencia es menor que la requerida para alimentar los equipos 8 y no puede absorber energía de la catenaria 1, por lo que la potencia P de los equipos 8 debe ajustarse a la máxima de descarga Ecar.des.max del dispositivo 5, debiéndose bloquear la carga restante de los equipos 8. Se continúa en la fase 29 ya descrita con anterioridad.
En la fase 37, que es la fase previa a la realización de la cuarta verificación de la fase 25, en la que se ha detectado un tren generando energía, en dicha fase 37 se realiza una octava verificación de si el dispositivo 5 no se encuentra cargado completamente. Si es así se pasa a la fase 27 ya descrita anteriormente, y en caso contrario se continúa con el procedimiento de carga de la fase 38, en la que se controla la demanda de potencia que se trata de extraer de los trenes que actúan como generador. Como se desconoce la potencia que un tren pone a disposición de la catenaria 1, el sistema absorbe energía progresivamente hasta que considere que ya no puede extraer más potencia de la catenaria 1, ya que su tensión es igual a la tensión de las subestaciones 2 que energizan el trayecto. Para generar una forma de absorción en rampa de la potencia absorbida se utiliza una variable interna n, la cual se va incrementando cada vez que el proceso pasa por esta fase (n = n + 1). La potencia absorbida Pcarga se determina por el producto de n por un escalón de potencia (esc) parametrizado en el sistema y que determina la pendiente de la rampa. La potencia de carga se incrementa mientras se cumpla la condición de la fase 25 y de la 37, continuando el proceso en la fase 39.
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En dicha fase 39 se realiza una novena verificación de si Pcarga puede ser absorbida por el dispositivo 5 y por los equipos 8. Si Pcarga es mayor que P + Ecar.des.max entonces se pasa a la fase 41, y en caso contrario el proceso continúa en la fase 40.
En dicha fase 40 se realiza una décima verificación de si Icat es menor o igual que Ilim. Si es así se pasa a la fase 42 y en caso contrario se pasa a la fase 41.
En dicha fase 41 se reduce Pcarga hasta ajustarla a los límites del sistema, para lo cual se reduce n (n = n - 1) y se recalcula Pcarga, volviéndose a comprobar los límites en la fase 39.
En la fase 42, se asignan lo valores Ecar.des = Pcarga - P, de forma que los valores positivos corresponden a la carga y los negativos a la descarga, y Pbloqueo = P - Pcarga + Ecar.des. En este caso corresponde a que el dispositivo 5 se encuentra cargado por encima de su valor Ereserva, se detecta un tren frenando ajustándose la demanda de energía a la potencia proporcionada por el tren Pcarga. Esta potencia se utiliza para alimentar la salida de los equipos 8 y la que sobra se almacena en el dispositivo 5. Si Pcarga es menor que la potencia demandada P entonces el dispositivo 5 aporta la potencia restante. Si aún así no puede suministrarse P, se procede a limitar la potencia demandada por los equipos 8 estableciendo que Pbloqueo = P - Pcarga + Ecar.des. En este caso Ecar.des puede ser positiva en cuyo caso se carga el dispositivo 5, o negativa en cuyo caso se descarga, continuándose con la fase 29 ya descrita.
Para realizar la funcionalidad anteriormente comentada, el convertidor de potencia CC/CC 3 está configurado de manera tal que mantiene su tensión de salida Vbus para compensar los flujos de energía requeridos por el primer y segundo convertir DC/AC 4 y 7.
Además el primer convertidor DC/AC 4 está configurado de manera tal que su salida se regula en función de la consigna de potencia que le envía el módulo de control 9 para absorber o entregar potencia al bus continua 6, tal y como ha sido descrito. El segundo convertidor DC/AC 7 está configurado de manera tal que por indicación del módulo de control 9 absorbe la energía del bus de continua 6 en función de las cargas conectadas a los equipos 8, regulando el número de salidas activas de equipos 8 en función de dicha carga conectada a cada equipo 8 y reduciendo el número de equipos 8 activos y en consecuencia la carga de salida cuando ésta es mayor que la de la suma de potencia disponible en la catenaria más la almacenada en el dispositivo 5, reducción de equipos activos 8 que se realiza hasta que la potencia de salida de dichos equipos 8 activa es menor o igual que la suma de las potencias disponibles en la catenaria y en el dispositivo 5, y se bloquean los equipos 8 cuando la intensidad Ilimite se supera durante un tiempo previamente establecido en el módulo de control, anulando la salida del segundo convertidor.
Además el primer convertidor DC/AC 4 está configurado para almacenar un valor máximo y un valor mínimo de Vbus, para que cuando se encuentre dentro de los límites almacenados actúa como fuente de corriente y cuando se sobrepasan estos límites, realiza una regulación como fuente de tensión que mantiene la Vbus en el límite sobrepasado.
Por tanto, mediante el sistema y procedimiento de la invención se permite realizar la carga masiva de vehículos eléctricos, aprovechando por un lado la energía que se produce en los trenes cuando frenan, y sin que afecte al servicio ferroviario.
ES 2 392 079 Al

Claims (11)

  1. REIVINDICACIONES
    1.-SISTEMA DE CONTROL DE CARGA DE BATERIAS DESDE EL SISTEMA ELECTRICO FERROVIARIO, que aprovecha la energía de frenado de los trenes y al menos comprende:
    -
    subestaciones eléctricas (2) de alimentación de
    -
    una red de catenarias (1) de tracción de ferrocarriles de corriente continua, que está conectado a
    -
    un convertidor de potencia DC/DC (3), que está conectado a
    -
    un primer convertidor DC/AC (4), que está conectado a
    -
    un dispositivo de almacenamiento de energía (5) para permitir realizar la carga de dicho dispositivo de almacenamiento de energía (5) desde la catenaria (1);
    -
    un segundo convertidor DC/AC (7) que está conectado al convertidor de potencia DC/DC (3) y a unos
    -
    equipos de carga de baterías de vehículos (8);
    caracterizado por que comprende un módulo de control (9) de gobierno del sistema que está configurado de manera tal que permite alimentar a los equipos de carga de baterías de vehículos (8) desde un elemento seleccionado entre la catenaria (1), el dispositivo de almacenamiento de energía (5) y combinación de los anteriores; en función de la potencia (P) demandada por los equipos de carga de baterías de vehículos (8), de la potencia almacenada en el dispositivo de almacenamiento de energía (5) y de la potencia de catenaria (1); estando además el módulo de control
    (9) configurado de manera tal que permite cargar el dispositivo de almacenamiento de energía (5) cuando la potencia demandada por los equipos de carga de baterías de vehículos (8) es menor que la de catenaria (1); todo ello siempre que la demanda de potencia de catenaria de los trenes sea abastecida.
  2. 2.-SISTEMA DE CONTROL DE CARGA DE BATERIAS DESDE EL SISTEMA ELECTRICO FERROVIARIO, según reivindicación 1, caracterizado por que el convertidor de potencia CC/CC (3) está conectado con el primer y segundo convertidor DC/AC (4, 7) mediante un bus de continua (6); estando dicho convertidor de potencia CC/CC (3) configurado de manera tal que mantiene su tensión de salida de bus constante (Vbus) para compensar los flujos de energía requeridos por el primer y segundo convertidor DC/AC (4, 7); y estando el primer convertidor DC/AC (4) configurado de manera tal que su salida se regula en función de la consigna de potencia que el envía el módulo de control (9), para absorber o entregar potencia al bus de continua (6); y estando el segundo convertidor DC/AC (7) configurado de manera tal que por indicación del módulo de control (9), absorbe la energía del bus de continua (6) en función de las cargas conectadas a los equipos de carga de baterías de vehículos (8), regulando el número de salidas activas de los equipos de carga de baterías de vehículos (8) en función de dicha carga conectada a cada equipo de carga de baterías de vehículos (8), y reduciendo el número de equipos de carga de baterías de vehículos (8) activos y en consecuencia la carga de salida cuando ésta es mayor que la suma de la potencia disponible en la catenaria más la potencia almacenada (Ealm) en el dispositivo de almacenamiento de energía (5) realizándose la reducción de dichos equipos de carga de baterías de vehículos (8) activos hasta que la potencia de salida de dichos equipos de carga de baterías de vehículos (8) activos es menor o igual que la suma de las potencias disponibles en catenaria y en el dispositivo de almacenamiento de energía (8) (Ealm), y se bloquean los equipos de carga de baterías de vehículos (8) cuando una intensidad de catenaria límite (Ilim) previamente fijada, se supera durante un tiempo, previamente establecido en módulo de control (9), anulando la salida del segundo convertidor de DC/AC (7).
  3. 3.-SISTEMA DE CONTROL DE CARGA DE BATERIAS DESDE EL SISTEMA ELECTRICO FERROVIARIO, según reivindicación 1, caracterizado por que el primer convertidor DC/AC (4) está configurado para almacenar un valor máximo y un valor mínimo de la tensión de bus (Vbus), para que cuando se encuentre dentro de los límites almacenados actúa como fuente de corriente y cuando se sobrepasan estos límites, realiza una regulación como fuente de tensión que mantiene la tensión de bus (Vbus) en el límite sobrepasado.
  4. 4.-SISTEMA DE CONTROL DE CARGA DE BATERIAS DESDE EL SISTEMA ELECTRICO FERROVIARIO, según reivindicación 1, caracterizado por que el módulo de control (9) comprende un módulo de comunicaciones de conexión con una red de intranet (10) de comunicación con al menos un servidor ferroviario (11) y con las subestaciones eléctricas (2) del suministro de energía de la catenaria (1), para operar y realizar las tareas de mantenimiento del sistema en un modo seleccionado entre el modo local y un modo remoto.
  5. 5.- PROCEDIMIENTO DE CONTROL DE CARGA DE BATERIAS DESDE EL SISTEMA ELECTRICO FERROVIARIO, caracterizado por que comprende las siguientes fases:
    -
    establecer una intensidad límite (Ilim) que puede absorber la catenaria (1), y una tensión mínima de catenaria (Vmin), fuera de cuyos límites el sistema no puede absorber potencia por la catenaria (1),
    -
    establecer una tensión de vacío de catenaria (Vvacio), correspondiente a la tensión máxima que las
    ES 2 392 079 Al
    subestaciones (2) del sistema eléctrico ferroviario son capaces de proporcionar y por encima de la cual al menos un tren está entregando corriente a la catenaria, procedente del frenado,
    -
    establecer respecto al dispositivo de almacenamiento de energía (5), una potencia mínima de funcionamiento (Emin) que permita alimentar a los equipos de carga de baterías de vehículos (8) durante un tiempo mínimo establecido, una potencia máxima (Emax) de almacenamiento y una potencia mínima de reserva (Ereserva) almacenada que permita alimentar los equipos de carga de baterías de vehículos
    (8) durante un tiempo mínimo de reserva (Treserva),
    -
    establecer una potencia de bloqueo de los equipos de carga de baterías de vehículos (8) correspondiente a la potencia demandada por dichos equipos de carga de baterías de vehículos (8) que excede de la intensidad límite (Ilim) durante un período de tiempo previamente establecido,
    -
    medir la carga de los equipos de carga de baterías de vehículos (8), la tensión (Vcat) e intensidad (Icat) de catenaria, tensión del bus de continua (Vbus), intensidad del dispositivo de almacenamiento de energía (5), la tensión (Vsal) e intensidad (Isal) de la salida de los equipos de carga de baterías de vehículos (8),
    -
    calcular las energías y potencias medias de entrada y salida de cada una de las conexiones de catenaria (1), equipos de cargas de baterías de vehículos (8) y del dispositivo de almacenamiento de energía (5), a partir de las magnitudes medidas,
    -
    alimentar los equipos de carga de baterías de vehículos (8) desde un dispositivo seleccionado entre:
    •
    la catenaria (1) cuando se detecta que la intensidad de catenaria (Icat) es menor que la intensidad límite (Ilim) que se puede absorber a través de la catenaria (1), establecida por las subestaciones
    (2) que alimentan dicha catenaria (1), y cuando se detecta que la tensión de catenaria (Vcat) es mayor que la tensión mínima de catenaria (Vmin),
    •
    la catenaria (1) y el dispositivo de almacenamiento de energía (5), cuando se detecta que la energía almacenada (Ealm) en el dispositivo de almacenamiento de energía (5) es superior a la potencia mínima (Emin) establecida en dicho dispositivo de almacenamiento de energía (5), y la intensidad de catenaria (Icat) es mayor que la intensidad límite (Ilim) establecida, proporcionando el dispositivo de almacenamiento de energía (5) la diferencia de potencia necesaria entre la demandada por los equipos de carga de baterías de vehículos (8) y el límite máximo establecido por la intensidad límite (Ilim) y la tensión mínima (Vmin); siempre que el dispositivo de almacenamiento de energía (5) disponga de dicha diferencia de potencia almacenada;
    •
    el dispositivo de almacenamiento de energía (5) cuando la intensidad (Icat) y la tensión (Vcat) de catenaria están fuera de los márgenes establecidos por la intensidad límite (Ilim) y por la tensión mínima (Vmin),
    •
    anular la intensidad de algunos equipos de carga de baterías de vehículos (8) cuando se detecta que la potencia (P) que demandan no puede ser abastecida por un dispositivo seleccionado entre la catenaria (1), el dispositivo de almacenamiento de energía (5) y combinación de los mismos; siendo el número de salidas de equipos de carga de baterías de vehículos (8) anuladas en un número hasta que dicho nivel de demanda de potencia de los equipos de carga de baterías de vehículos (8) no supera la potencia que puede ser abastecida; y
    •
    cargar el dispositivo de almacenamiento de energía (5) desde la catenaria (1) cuando la corriente demandada por los equipos de carga de baterías de vehículos (8) es inferior a la proporcionada por la catenaria (1) y no se encuentra con su potencia máxima (Pmax).
  6. 6.- PROCEDIMIENTO DE CONTROL DE CARGA DE BATERIAS DESDE EL SISTEMA ELECTRICO FERROVIARIO, según reivindicación 5, caracterizado por que comprende las siguientes fases:
    -
    determinar la potencia almacenada (Ealm) en el dispositivo de almacenamiento de energía (5) y realizar una primera verificación (22) de si la potencia almacenada (Ealm) en el dispositivo de almacenamiento de energía (5) es mayor que la potencia mínima (Emin) establecida,
    -
    realizar una segunda verificación (23) de si la potencia almacenada (Ealm) en el dispositivo de almacenamiento de energía (5) es mayor que la potencia de reserva (Ereserva) establecida,
    -
    realizar una tercera verificación (24) de si la tensión de catenaria (Vcat) medida es menor o igual que la tensión mínima (Vmin) de catenaria establecida, cuando se ha realizado la primera y segunda verificación,
    -
    realizar una cuarta verificación (25) de si la tensión de catenaria (Vcat) medida es mayor o igual que la
    ES 2 392 079 Al
    tensión de vacío (Vvacio), cuando no se ha realizado la tercera verificación (24), es decir la tensión de catenaria (Vcat) es mayor que la tensión mínima (Vmin),
    -
    realizar una quinta verificación (27) de si la corriente de catenaria (Icat) es menor que la intensidad límite
    (Ilim), cuando no se ha realizado la cuarta verificación (25), es decir la tensión de catenaria (Vcat) es
    menor que la tensión de vacío (Vvacio),
    -
    utilizar la potencia de catenaria (1) para alimentar los equipos de almacenamiento de carga de baterías
    de vehículos (8) cuando se ha realizado la quinta verificación (27), es decir la intensidad de catenaria
    (Icat) es menor que la intensidad límite (Ilim), y
    -
    cuando no se ha verificado la quinta verificación (27), absorber (20) la potencia de catenaria por parte de los equipos de carga de baterías de vehículos (8) hasta alcanzar la intensidad límite (Ilim), desde el dispositivo de almacenamiento de energía (5) hasta el nivel máximo de potencia (Ecar.des.max), que el dispositivo de almacenamiento de energía (5) puede proporcionar en función de la potencia que almacena; limitándose la potencia absorbida por los equipos de carga de baterías de vehículos (8) en caso de que el dispositivo de almacenamiento de energía (5) no sea capaz de proporcionar dicho resto de potencia demandada por los equipos de carga de baterías de vehículos (8).
  7. 7.- PROCEDIMIENTO DE CONTROL DE CARGA DE BATERIAS DESDE EL SISTEMA ELECTRICO FERROVIARIO, según reivindicación 6, caracterizado por que cuando no se ha verificado la primera verificación (22), se realiza una sexta verificación (30) de si la tensión de catenaria (Vcat) es mayor o igual que la tensión mínima (Vmin), en cuyo caso de realizarse dicha sexta verificación (30), se absorbe la potencia de catenaria por parte de los equipos de carga de baterías de vehículos (8) y si queda potencia sobrante se absorbe por parte del dispositivo de almacenamiento de energía (5); en cambio si la potencia absorbida de catenaria es menor que la demandada por los equipos de carga de baterías de vehículos (8) se bloquea la salida de un número de equipos de carga de baterías (8) para igualar la potencia de catenaria con la absorbida por los equipos de carga de baterías de vehículos (8) no bloqueados; y en caso de no realizarse dicha sexta verificación (30) se bloquean todos los equipos de carga de baterías de vehículos (8).
  8. 8.- PROCEDIMIENTO DE CONTROL DE CARGA DE BATERIAS DESDE EL SISTEMA ELECTRICO FERROVIARIO, según reivindicación 6, caracterizado por que cuando no se ha verificado la segunda verificación (23), es decir la potencia disponible en el dispositivo de almacenamiento de energía (5) está comprendida entre la potencia mínima (Emin) y la potencia de reserva (Ereserva), se realiza una séptima verificación (33) de si la tensión de catenaria medida (Vcat) es menor o igual que la tensión mínima de catenaria (Vmin) establecida, en cuyo caso se ha realizado también la tercera verificación (24), y si la potencia demandada por los equipos de carga de baterías de vehículos (8) es menor o igual que la potencia máxima (Ecar.des.max)de carga del dispositivo de almacenamiento de energía (5), se absorbe (35) la potencia por parte de los equipos de carga de baterías de vehículos (8) desde el dispositivo de almacenamiento de energía (5); y en caso contrario (36, es decir la potencia requerida por los equipos de carga de baterías de vehículos (8) es mayor que la potencia máxima de descarga del dispositivo de almacenamiento de energía (5), se bloquean las salidas de un número de equipos de carga de baterías de vehículos
    (8)
    hasta que la potencia que demandan se iguala con la potencia máxima de descarga del dispositivo de almacenamiento de energía (5); habiéndose previsto que cuando no se ha realizado ni la segunda (23) ni la séptima verificación (33), se absorbe (32) la potencia de catenaria por parte de los equipos de carga de baterías de vehículos
    (8)
    y si queda potencia sobrante se absorbe por parte del dispositivo de almacenamiento de energía (5); en cambio si la potencia absorbida de catenaria es menor que la demandada por los equipos de carga de baterías de vehículos (8), se bloquea un número de salidas de dichos equipos de carga de baterías de vehículos (8) para igualar la potencia de catenaria con la absorbida por los equipos de carga de baterías de vehículos (8) cuyas salidas no se han bloqueado.
  9. 9.- PROCEDIMIENTO DE CONTROL DE CARGA DE BATERIAS DESDE EL SISTEMA ELECTRICO FERROVIARIO, según reivindicación 6, caracterizado por que cuando se ha verificado la primera (22), tercera (24) y cuarta verificación (25), y no se ha realizado la segunda verificación (23), es decir la potencia disponible en el dispositivo de almacenamiento de energía (5) es mayor o igual que la potencia de reserva (Ereserva), y la tensión de catenaria (Vcat) medida es mayor que la tensión de vacío (Vvacio) de catenaria establecida; se realiza una octava verificación (37) de si la potencia del dispositivo de almacenamiento de energía (5) es menor que su potencia máxima (Emax), que en caso de no realizarse dicha octava verificación (37), se continúa con la quinta verificación (27); y en caso de que sí se realice dicha octava verificación (37), se absorbe potencia de la catenaria progresivamente por parte de un dispositivo seleccionado entre los equipos de carga de baterías de vehículos (8), el dispositivo de almacenamiento de energía (5) y combinación de los mismos, según una función en rampa; siempre que se verifique la cuarta verificación (25); y seguidamente se realiza una novena verificación (39) de si la potencia absorbida por los equipos de carga de baterías de vehículos (8) y del dispositivo de almacenamiento de energía (5) es mayor que la potencia de catenaria, en cuyo caso se reduce progresivamente la absorción de potencia hasta que se verifica dicha novena verificación (39); y en caso de no verificarse dicha novena verificación (39) se realiza una décima verificación (40) de si la intensidad de catenaria (Icat) es menor o igual que la intensidad límite (Ilim) que en caso de no verificarse se reduce progresivamente la absorción de potencia y se realiza de nuevo la novena verificación (40); y en caso de verificarse dicha décima verificación (42), si la potencia de catenaria es mayor que la
    ES 2 392 079 Al
    requerida por los equipos de carga de baterías de vehículos (8), se absorbe potencia del dispositivo de almacenamiento de energía (5) hasta completar la demanda de potencia de los equipos de carga de baterías de vehículos (8) o hasta el límite máximo de descarga del dispositivo de almacenamiento de energía (5), en cuyo caso se bloquean un número de salidas de los equipos de carga de baterías de vehículos (8) hasta alcanzar el nivel de
    5 potencia entregado por la catenaria más el disponible en el dispositivo de almacenamiento de energía (5); y si la potencia de catenaria es mayor que la requerida por los equipos de carga de baterías de vehículos (8), se absorbe por dichos equipos y la potencia sobrante se carga en el dispositivo de almacenamiento de energía (5).
  10. 10.- PROCEDIMIENTO DE CONTROL DE CARGA DE BATERIAS DESDE EL SISTEMA ELECTRICO FERROVIARIO, según reivindicación 6, caracterizado por que la tensión de vacío (Vvacio) se ajusta a un valor para 10 que el dispositivo de almacenamiento de energía (5) pueda alimentarse de la energía proporcionada por las
    subestaciones (2) en horas valle en las que la circulación de los trenes es reducida.
    ES 2 392 079 Al
    ES 2 392 079 Al
    OFICINA ESPAÑOLA DE PATENTES Y MARCAS
    N.º solicitud: 201130502
    ESPAÑA
    Fecha de presentación de la solicitud: 31.03.2011
    Fecha de prioridad:
    INFORME SOBRE EL ESTADO DE LA TECNICA
    51 Int. Cl. : Ver Hoja Adicional
    DOCUMENTOS RELEVANTES
    Categoría
    56 Documentos citados Reivindicaciones afectadas
    A
    FALVO et al.; "Preliminary Analysis for the Design of an Energy-Efficient and Environmental Sustainable Integrated Mobility System, "Power and Energy Society General Meeting, 2010 IEEE, pp.1-7, 25-29 Julio 2010; doi: 10.1109/PES.2010.5589545; URL: http://ieeexplore.ieee.org/stamp/stamp.jsp?tp=&arnumber=5589545&isnumber=5588047 1-10
    A
    KR 101009485 B1 (MODERNTEC CO LTD et al.) 19.01.2011, descripción; figuras. 1-10
    A
    US 2010121509 A1 (TAKESHIMA NAGAE et al.) 13.05.2010, resumen; párrafo [0089]; figuras. 1-10
    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 20.11.2012
    Examinador M. P. López Sabater Página 1/4
    INFORME DEL ESTADO DE LA TÉCNICA
    Nº de solicitud: 201130502
    CLASIFICACIÓN OBJETO DE LA SOLICITUD H02J7/34 (2006.01)
    B60L11/02 (2006.01) H02J7/14 (2006.01) Documentación mínima buscada (sistema de clasificación seguido de los símbolos de clasificación)
    H02J, B60L
    Bases de datos electrónicas consultadas durante la búsqueda (nombre de la base de datos y, si es posible, términos de búsqueda utilizados) INVENES, EPODOC, Internet, IEEE, Elsevier
    Informe del Estado de la Técnica Página 2/4
    OPINIÓN ESCRITA
    Nº de solicitud: 201130502
    Fecha de Realización de la Opinión Escrita: 20.11.2012
    Declaración
    Novedad (Art. 6.1 LP 11/1986)
    Reivindicaciones Reivindicaciones 1-10 SI NO
    Actividad inventiva (Art. 8.1 LP11/1986)
    Reivindicaciones Reivindicaciones 1-10 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 3/4
    OPINIÓN ESCRITA
    Nº de solicitud: 201130502
    1. 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
    FALVO et al.; "Preliminary Analysis for the Design of an Energy-Efficient and Environmental Sustainable Integrated Mobility System, "Power and Energy Society General Meeting, 2010 IEEE, pp.1-7, 25-29 Julio 2010; doi: 10.1109/PES.2010.5589545; URL: http://ieeexplore.ieee.org/ stamp/stamp.jsp?tp=&arnumber=5589545&isnumber=5588047
    D02
    KR 101009485 B1 (MODERNTEC CO LTD et al.) 19.01.2011
    D03
    US 2010121509 A1 (TAKESHIMA NAGAE et al.) 13.05.2010
  11. 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 declaración
    Reivindicación 1:
    En el documento D01 del estado de la técnica anterior se propone un sistema de movilidad sostenible basado en la generación y el uso de energía compartido por todo tipo de vehículos urbanos que funcionan con electricidad. En este sistema se haría uso de la energía eléctrica que se genera para el tren metropolitano y de la que este mismo tren produce durante los momentos de frenado. Se consideran las posibilidades de devolver esta energía a la red, emplearla en el mismo momento o almacenarla para emplearla en un momento posterior en función de la demanda. Entre las posibilidades de uso posterior se encuentra la de la recarga de las baterías de vehículos eléctricos. En D01 se presentan las diferentes opciones y se hacen análisis sobre la viabilidad del sistema, pero no se aborda el desarrollo de la interfaz inteligente que permitiría el transvase de la energía en la catenaria a las posibles estaciones de recarga de vehículos eléctricos. (Véanse en este documento la figura 6 y su explicación, así como la última frase del apartado “IV. Conclusiones”) El documento D02 sí versa sobre la gestión de energía en una estación de recarga de baterías de automóviles eléctricos de diferentes tipos y, por lo tanto, con distintas necesidades de carga. Como en la reivindicación objeto de este examen se parte de una red de abastecimiento cuyo uso se combina con el de acumuladores de energía, pero en este documento dicha red no es la catenaria del ferrocarril. En consecuencia, además de partir de una red de alterna, el documento no se plantea la posibilidad de aprovechar el frenado regenerativo y no necesita prevenir el sobreuso una red que no es de potencia infinita. Debido a estas diferencias, el documento D02 tampoco se plantea incorporar en el sistema que divulga ni los elementos ni el sistema de control que se desea proteger. Sí existen en el estado de la técnica soluciones en las que un automóvil eléctrico se alimenta y además se recarga una batería desde la catenaria. (Véase D03) Pero no se ha encontrado ningún documento que proporcione la interfaz, ni física ni de control, necesaria para llevar a cabo la cooperación entre un sistema de generación de energía ferroviario y una estación de recarga de baterías de automóviles eléctricos como los establecidos en esta primera reivindicación que, por lo tanto, es nueva y tiene actividad inventiva.
    Reivindicaciones 2 a 4:
    Estas reivindicaciones también serán nuevas e inventivas por ser dependientes de la primera.
    Reivindicación 5:
    Esta reivindicación también se considera nueva dado que tampoco se ha encontrado en el estado de la técnica anterior ningún documento que anticipe el procedimiento de control que desea proteger.
    Reivindicaciones 6 a 10:
    Dadas las relaciones de dependencia entre estas reivindicaciones, se considera que éstas son nuevas y tienen actividad inventiva.
    Informe del Estado de la Técnica Página 4/4
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