ES2548634B1

ES2548634B1 - Dispositivo y método de control de una subestación de tracción reversible

Info

Publication number: ES2548634B1
Application number: ES201430568A
Authority: ES
Inventors: Jesus Montesinos Ortuño; Alberto TEBAR CEBRIAN; Abraham CASTRO BALLESTEROS
Original assignee: Electrificacion Y Estudios Ferroviarios S L; Electrificacion Y Estudios Ferroviarios Sl
Current assignee: Electrificacion Y Estudios Ferroviarios S L; Electrificacion Y Estudios Ferroviarios Sl
Priority date: 2014-04-16
Filing date: 2014-04-16
Publication date: 2016-09-26
Anticipated expiration: 2034-04-16
Also published as: ES2548634A1

Abstract

Dispositivo y método de control de una subestación de tracción reversible en un tramo de vía entre dicha subestación de tracción y las subestaciones adyacentes, donde dicha subestación de tracción comprende, al menos, un convertidor de potencia reversible capaz de cambiar de modo rectificador a modo inversor y viceversa para el aprovechamiento de la energía regenerada por los trenes circulantes y el calentamiento de la catenaria para evitar la presencia de hielo.

Description

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DESCRIPCION

Dispositivo y metodo de control de una subestacion de traccion reversible.

El objeto de la presente invention es un dispositivo y un metodo de control que permita adaptar y transformar la energla generada en el frenado del ferrocarril de corriente continua a corriente alterna para su posterior inyeccion en los sistemas de la companla suministradora, en un unico equipo. Por otro lado, la invencion tiene por objeto ofrecer el medio de transporte de la energla generada en el frenado hacia una unidad de almacenamiento para su posterior reutilizacion en unidades auxiliares integrantes en el equipo de funcionamiento o mantenimiento del ferrocarril. Finalmente, la invencion puede ser utilizada para evitar la formation de hielo en la catenaria que garantiza el suministro electrico del tren.

Estado de la tecnica

Actualmente, una de las vlas de innovation en el ambito ferroviario es la eficiencia energetica, teniendo como objeto la mejora de la gestion de la energla utilizada por los ferrocarriles actuales. Dicha innovacion parte de la capacidad que tiene un ferrocarril para producir energla aprovechando la frenada en los trenes. Es decir, que en el frenado de los trenes una parte considerable de la energla destinada a tal fin la genera la propia locomotora o unidad tractora, haciendo que la inercia del tren mantenga a los motores trabajando, en este caso como generadores. La energla que estos motores generan durante el proceso de frenado se puede utilizar para diversos usos, como traccionar otros trenes, almacenarla o convertirla en otra forma de energla. Sin embargo, actualmente, en caso de no ser utilizada en otra aplicacion, esta energla se tiene que disipar en forma de calor mediante un reostato, desperdiciando toda la energla generada. Para evitar este problema, actualmente se esta trabajando en distintas llneas de investigation que se pueden resumir en acumuladores de la energla del reostato para su reutilizacion y en la reinyeccion de la energla del reostato a la catenaria.

Los acumuladores de energla estan basados en el almacenamiento de la energla convertida en calor en las resistencias de frenado de un tren. Actualmente la firma SIEMENS® ha desarrollado su sistema SITRAS®SES:

rhttp://w3.siemens.com/smartgrid/global/en/products-svstems-solutions/rail-electrification/dc-

traction-power-supplv/pages/stationarv-energy-storage.aspxl

Este sistema utiliza tecnologla de condensadores de doble capa, capaces de recuperar la energla de frenado que puede llegar a ser el 40% de la energla absorbida para su funcionamiento normal. Este sistema ha sido desarrollado para crear el entorno para la recuperation de la energla, mejorando los vehlculos actuales dotados de sistema de regeneration que pueden aprovechar unicamente la energla de frenado para la propulsion de otros trenes que esten acelerando en el mismo instante del frenado regenerativo. Entre las ventajas de los acumuladores de energla destaca la posibilidad de almacenar la energla para su uso posterior, eliminando la restriction de uso simultaneo. Con este equipo se garantiza la seguridad del suministro, reduciendo la demanda de energla primaria, contribuyendo incluso a la estabilizacion de la tension. La dinamica de este acumulador de energla se basa en su regulation automatica, es decir, el proceso de acumulacion de energla viene controlado por la variation de la tension de la subestacion transformadora.

Por otro lado, uno de los problemas mas importantes que se presentan en la circulation de todo tren es la aparicion de hielo en los hilos de contacto. Se ha comprobado que estas condiciones meteorologicas adversas producen la formacion de arcos electricos entre el pantografo y el hilo de contacto como consecuencia de la formacion de hielo. Este hielo dificulta la captation de corriente por parte del pantografo, reduciendo notablemente la potencia

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suministrada y la velocidad del vehlculo, produciendo retrasos en los trenes y disminuyendo la fiabilidad del servicio.

Para evitar este ultimo problema, las tecnicas que han sido desarrolladas hasta la fecha estan orientadas tanto a la elimination de hielo formado en la catenaria, como de la prevention y preparation de la misma para evitar dicha formation. Actualmente existen varias soluciones, como por ejemplo:

a) Los metodos basados en el calentamiento electrico de la catenaria por efecto Joule mediante:

a. Conductores aislados electricamente de la catenaria. Esta tecnica consiste en

montar hilos formados por un alma de material conductor y con un recubrimiento aislante electrico pero que sea conductor del calor. Este cable adicional se monta sujeto por grapas de un material que no provoque corrosion galvanica, como el fosforo-bronce, sobre el hilo de contacto. Sistemas de este tipo son comercializados por las firmas NIBE RAILWAYS COMPONENTS
(http://www.niberailway.com/) , TYCO THERMAL CONTROLS LLC

(http://www.pentairthermal.com/), el sistema CAT HEAT® de RTR

TECHNOLOGIES
(http://www.rtrtechnologies.com/) y el sistema BLUEWIRE® de la firma SAN RAILWAY SYSTEMS
(http://www.san-as.com/en/SAN-
pages/Products/Products/)

b. Conductores convencionales de la catenaria. Esta tecnica emplea el calentamiento mediante la conduction electrica por rafagas a traves de la catenaria en horas nocturnas, como el empleado en la llnea Colonia - Frankfurt en Alemania.

b) Metodos por choque mecanico, donde se emplea un tren con dos pantografos elevados donde el segundo pantografo es el encargado de la captation de energla mientras que el primero choca con los bloques de hielo y los desprende del hilo. Adicionalmente podrlan incorporar una llama para retirar el hielo en situaciones muy adversas.

c) Metodos por fusion qulmica que se centran en la aplicacion de diferentes sustancias en el hilo de contacto de la catenaria para para evitar la aparicion de hielo mediante:

a. Rociamiento con llquidos anticongelantes.

b. Aplicacion de glicerina desde el pantografo, como el sistema de STEMMANN TECHNIK
(http://www.stemmann.de/en).

No obstante, estos metodos presentan problemas debidos a que la velocidad del tren esta limitada a valores proximos a los 30 Km/h y, por otro lado, a que su caracter es exclusivamente preventivo, no actuando sobre hielo ya formado. Por el contrario, es el mas persistente y economico de los descritos.

Description de la invention

El dispositivo y metodo de la invencion parte del hecho de que, actualmente, las subestaciones de traction de corriente continua, que estan formadas por uno o varios rectificadores formados por diodos de silicio de alta potencia, que tienen como funcion rectificar la corriente alterna para convertirla en corriente continua y alimentar con este tipo de corriente las catenarias para la traccion de los trenes. Del mismo modo, tambien en algunos casos se han planteado y desarrollado equipos que, alimentandose en corriente continua desde la catenaria convierten dicha corriente en alterna de frecuencia industrial. No obstante, hasta la fecha estos equipos son independientes.

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La presente invention, por tanto, implementa un metodo en un unico dispositivo inversor para hacerle funcionar unas veces como rectificador (CA a CC) y otras veces como inversor (CC a CA) en funcion de las necesidades de cada momento.

El metodo de control objeto de la presente invencion se implementa como un programa de control que esta almacenado en una memoria de un dispositivo de control y que comprende una serie de instrucciones que, cuando son ejecutadas por un procesador, hacen que el dispositivo realice unas determinadas acciones, tal y como se describe a continuation. En la presente description, el metodo de control y el programa de control se refieren a la misma secuencia de instrucciones logicas ejecutables por un procesador. Del mismo modo, el dispositivo de control es un dispositivo electronico programable conectado con la electronica de potencia de una subestacion de traccion ferroviaria, cuyos dispositivos de potencia (por ejemplo, de tipo IGBT) tienen capacidad para pasar de modo inversor a modo rectificador y viceversa.

Asl, el metodo ejecutado por el dispositivo tiene las siguientes etapas en su funcionamiento:

a) Una primera etapa como rectificador, que realiza todas las funciones caracterlsticas de una subestacion de traction actual, garantizando la fiabilidad y continuidad en su funcionamiento, asl como la seguridad y protection, tanto de las instalaciones electricas de la companla suministradora, como de las propias de la via.

b) Una segunda etapa como inversor, donde en funcion de una serie de caracterlsticas de la instalacion y, de forma automatica, provoca que el dispositivo trabaje como inversor, convirtiendo la corriente continua que tomara de la catenaria en corriente alterna.

Dentro de la funcionalidad como inversor, el metodo implementado en el dispositivo de la invencion, esto es, en el propio inversor, sirva para las siguientes aplicaciones de tipo general:

i) Evitar la formation de hielo. Dicha subestacion reducira su tension nominal y se comportara como un sumidero para habilitar el paso de corriente por el hilo de contacto proveniente de otras subestaciones colaterales y asl producir un aumento de temperatura del hilo de acuerdo con el efecto Joule. La energla recogida en la subestacion reversible se devolvera a la companla suministradora.

ii) Aprovechamiento energetico. Gestionar la potencia que actualmente es disipada en el reostato durante el frenado ferroviario, de modo que pueda ser absorbida por la subestacion e inyectada, bien a otra instalacion para su aplicacion, como los sistemas de senalizacion, sistemas de calentamiento de agujas o sistemas de almacenamiento, o bien a la instalacion electrica propia de la companla suministradora.

La ventaja fundamental del metodo objeto de la presente invencion es que, ejecutado en un unico equipo, se realizan las funciones anteriores de forma automatica, tal y como actualmente lo hacen dos equipos separados (rectificador e inversor) con la particularidad de que, ademas, incorpora nuevas aplicaciones, como el calentamiento de los hilos de contacto para evitar la formacion de hielo, sin necesidad de equipamientos adicionales como los descritos en el estado de la tecnica.

El metodo implementado por la invencion controla una subestacion de traccion con un convertidor de potencia que comprende los dispositivos de potencia necesarios para alternar su funcionamiento entre rectificador e inversor. El metodo basa su funcionamiento en la evaluation continua de distintos parametros que definen el funcionamiento del convertidor. Todos los parametros evaluados convergen en dos premisas basicas:

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a) Es necesario transportar la energla de un punto de la llnea hasta la subestacion controlada por el software que implementa el metodo de la invention a traves de la catenaria. Los parametros implementados en el citado software de control para asegurar dicho transporte de energla seran parametros electricos, tales como la tension en la subestacion controlada.

b) Es necesario adaptar la energla recibida en la subestacion controlada con el software para su posterior inyeccion en los equipos de la companla suministrador. Actualmente, la distribution de energla electrica se realiza en corriente alterna con unos valores de tension por encima de los recibidos en la subestacion controlada, siendo esta ultima en corriente continua. Debido a esto, el software dispone de los parametros electricos necesarios para su correcta inversion CC/CA, as! como de su adaptation de fase, niveles de tension y frecuencia para su correcta inyeccion a la companla suministradora.

Por otra parte, para la aplicacion especlfica de la invencion relacionada con la solution al problema del hielo en el hilo de contacto de la catenaria, se incluyen en los parametros a tener en cuenta por el metodo de la invencion, ciertos parametros ambientales, tales como la temperatura ambiental, la velocidad del viento, la humedad, la temperatura del hilo de contacto y la radicacion solar, que son necesarios para tener una lectura completa de la situation real en la que se encuentra el hilo de contacto en todo momento. En esta aplicacion concreta, el metodo controla la corriente que circula por el conductor, en este caso el hilo de contacto, siendo esta corriente la que calienta el hilo, derritiendo el hielo y evitando la nueva formation del mismo.

A lo largo de la description y las reivindicaciones la palabra "comprende" y sus variantes no pretenden excluir otras caracterlsticas tecnicas, aditivos, componentes o pasos. Para los expertos en la materia, otros objetos, ventajas y caracterlsticas de la invencion se desprenderan en parte de la descripcion y en parte de la practica de la invencion. Los siguientes ejemplos y dibujos se proporcionan a modo de ilustracion, y no se pretende que restrinjan la presente invencion. Ademas, la presente invencion cubre todas las posibles combinaciones de realizaciones particulares y preferidas aqul indicadas.

Breve descripcion de las figuras

A continuation se pasa a describir de manera muy breve una serie de dibujos que ayudan a comprender mejor la invencion y que se relacionan expresamente con una realization de dicha invencion que se presenta como un ejemplo no limitativo de esta.

FIG 1 - Muestra el diagrama del funcionamiento del metodo de control de una subestacion de traction reversible, objeto de la presente invencion.

FIG 2 - Muestra el diagrama del funcionamiento del subproceso de calentamiento de la catenaria sin trenes en el trayecto.

FIG 3 - Muestra el diagrama del funcionamiento del subproceso de calentamiento en la catenaria cuando existen trenes en el trayecto.

Exposition de un modo detallado de realizacion de la invencion

Tal y como se ha comentado con anterioridad, el metodo de control de una subestacion de traccion reversible, objeto de la presente invencion, esta implementado como un programa de ordenador que cuando es ejecutado por un procesador integrado en el dispositivo de la invencion, ejecuta las instrucciones necesarias para que este dispositivo de control actue sobre

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un convertidor de potencia en una subestacion de traccion ferroviaria, cambiando su modo de funcionamiento como rectificador o como inversor de forma automatica y en funcion de las necesidades de traccion y ambientales.

En la figura 1 se muestra el funcionamiento general de la invencion. El dispositivo de control de una subestacion de traccion reversible comprende un uno o mas procesadores, una memoria y uno o mas programas en el que el o los programas estan almacenados en la memoria y configurados para ejecutarse mediante el o los procesadores; donde los programas incluyen instrucciones para ejecutar los siguientes modos de funcionamiento, en funcion de una pluralidad de parametros ambientales capturados por el propio dispositivo:

- Modo de funcionamiento para calentamiento de catenaria (mostrado con mas detalle en las figuras 2 y 3).

- Modo de funcionamiento sin calentamiento de catenaria.

Ademas, en cada uno de los dos modos de funcionamiento anterior, y en funcion de una serie de parametros electricos capturados por el dispositivo, este puede funcionar con la siguiente operativa:

- Modo de funcionamiento como rectificador.

- Modo de funcionamiento como inversor.

Mas concretamente, y en referencia a la figura 1, tras el inicio (100) del proceso, se ejecuta una primera etapa de obtencion de parametros (101). Los parametros se clasifican en estables (102) y variables (103).

Los parametros estables (102) se calculan en funcion de las caracterlsticas de la catenaria (102b) y de las subestaciones (102a) existentes en el entorno. A modo de ejemplo no limitativo, los parametros de las subestaciones (102a) pueden ser: el punto kilometrico donde se localiza la subestacion, el numero de transformadores, la potencia de cortocircuito, el tipo de llnea de acometida, el numero de subestaciones o la longitud de la llnea de acometida.

Del mismo modo, los parametros de la catenaria (102b) estan relacionados con el trazado de la misma, como por ejemplo: la altura de los conductores, el tipo de catenaria, el hilo de contacto, el sustentador, la posicion de los conductores, el tipo de carril, el tipo de alimentador, el ancho de via o el trazado de la via.

Los parametros variables (103) son capturados mediante una pluralidad de captadores conectados con el dispositivo de control. Estos captadores pueden ser, de modo no limitativo, una estacion meteorologica para la captura de los parametros medioambientales (103B) o sistemas de captacion de variables electricas, como medidores de tension y corriente, para los parametros de circulation de trenes (103A).

A modo de ejemplo no limitativo, los parametros de circulacion de trenes (103A) se circunscriben a una malla de circulacion de trenes, mientras que los parametros medioambientales (103B) son la humedad, la temperatura del hilo de contacto, la radiation solar, la temperatura ambiente, la velocidad del viento o la temperatura de referencia.

Tras la lectura de los parametros (101) se ejecuta una etapa de evaluation del riesgo de aparicion del hielo (104). Si la evaluacion es negativa, se evalua la existencia de trenes regenerando (105). Es decir, si se evalua que las condiciones medioambientales no son adecuadas para la aparicion de hielo, tal y como se ha predefinido, bien porque no se ha

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alcanzado la temperatura de consigna (por ejemplo 5°C) o los valores de umbral para otros condicionantes, como la humedad relativa o la velocidad del viento, entonces el convertidor de la subestacion de traccion sigue funcionando como rectificador (106).

No obstante, si se aprecia la presencia de trenes regenerando, es decir, devolviendo energla, se ha de gestionar dicha energla regenerada (107) por los propios trenes, existiendo dos posibilidades:

a) El convertidor de potencia de la subestacion trabaja como rectificador (108) reutilizando la potencia generada por los trenes.

b) El convertidor de potencia de la subestacion funciona como inversor (109) cuando la potencia regenerada por los trenes no es reutilizada.

En este ultimo caso, tal y como se ha indicado, existen trenes entre la subestacion controlada y las subestaciones adyacentes. Por otro lado, se asume que la temperatura del hilo conductor esta por encima de la temperatura de riesgo de aparicion de hielo, estando dicha temperatura ponderada por otros factores relevantes para la formacion de hielo, como la humedad relativa o la presencia de viento.

Durante la regeneration de energla, la tension en el pantografo es superior a la existente en las subestaciones adyacentes, y es de esta forma como se conoce que hay un tren circulando entre la subestacion controlada y las subestaciones adyacentes. Por tanto, existe una corriente electrica circulando entre el tren regenerando y las subestaciones adyacentes.

La subestacion controlada cambiara su modo de funcionamiento a inversor (109) siempre y cuando la energla regenerada no sea reutilizada por trenes cercanos que soliciten potencia para su traccion o sea necesaria para subsistemas auxiliares (como, por ejemplo, la senalizacion viaria). La tension de consigna de la subestacion controlada podra mantenerse o adaptarse para obtener unas condiciones de corriente aceptables para su posterior transformation mediante el control de los elementos semiconductores (esto es, de los dispositivos de potencia, tipo IGBT o similares, presentes en el convertidor o convertidores de las subestaciones de traccion) y devolution a la red suministradora.

Este modo de funcionamiento se corresponde con aquellas situaciones en que no existe riesgo de formation de hielo en la catenaria, como puede ser el verano y, en general, en aquellas situaciones en que la temperatura ambiente se encuentra por encima de un determinado valor, que puede establecerse, a modo de ejemplo, en los 5°C, ya que este valor tambien previene la formacion de escarcha.

En estas condiciones, y a modo de resumen, el programa de control hace funcionar al sistema de potencia, bien como rectificador (108), cuando exista circulation de trenes en el trayecto o bien como inversor (109) cuando se produzca un frenado regenerativo que no pueda ser aprovechado por otros trenes que se encuentren consumiendo en sus inmediaciones.

En este modo de funcionamiento hay que tener en cuenta que el valor de tension de consigna de funcionamiento como rectificador esta por encima del valor de tension nominal de vaclo en la instalacion cuando funcione como rectificador. De esta forma solo se pasara al modo de funcionamiento como inversor (109) cuando un tren se encuentre frenando y la energla de dicho frenado sea superior a la que consume el propio tren por medio de sus servicios auxiliares o bien la que puedan consumir otros trenes situados en sus inmediaciones.

Finalmente, cuando la tension baje por debajo del valor de consigna establecido, el programa de control cambiara al equipamiento de potencia a modo de funcionamiento como rectificador

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En el caso de aparicion de riesgo de hielo en la catenaria del trayecto controlado se evalua la simple existencia de trenes (110) en dicho trayecto, optando entonces por uno de los siguientes subprocesos:

a) Modo de funcionamiento para calentamiento de catenaria sin trenes en el trayecto (figura 2).

b) Modo de funcionamiento para calentamiento de catenaria con trenes en el trayecto (figura 3).

El dispositivo de control, a traves de la estacion meteorologica, detecta la temperatura ambiente de forma permanente y, cuando dicha temperatura alcanza un valor de consigna donde se considera que el hielo comienza a formarse en los hilos de contacto, basandose en los parametros temperatura ambiente, humedad relativa y velocidad del viento, se estableceran dos subprocesos en funcion de si existen o no existen trenes en el trayecto controlado. Notese que la presencia o riesgo de hielo se establece, al menos, respecto de los parametros de temperatura, humedad relativa y velocidad del viento, no descartandose otros parametros adicionales que pudieran ser de ayuda para la correcta distincion de la presencia de hielo en la catenaria.

En la figura 2 se muestra en detalle el subproceso de calentamiento sin trenes en el trayecto, que se inicia con la medicion de la temperatura del conductor (201), de tal forma que si la temperatura medida es mayor que la temperatura de consigna (202), que a modo de ejemplo esta establecida en 5°C, el dispositivo de control hara que el convertidor de la subestacion funcione en modo rectificador (203).

Por otro lado, si la temperatura de consigna es mayor que la temperatura del conductor, esto es, que hay o puede existir hielo en el hilo conductor, entonces el dispositivo de control hace que el convertidor de la subestacion controlada trabaje como inversor (204).

Asl pues, en este modo de funcionamiento, en el caso de no existir trenes en el trayecto controlado, el programa de control implementado en el dispositivo detecta que se alcanzan los parametros de humedad, temperatura y velocidad del viento establecidos para determinar la posible formation de hielo o que, directamente, se ha formado hielo sobre la catenaria. Si, por otra parte, no se ha detectado un consumo de corriente dentro de los parametros adecuados definidos en el propio programa, esto asegura que en los trayectos colaterales respecto de donde se encuentra ubicado el equipamiento de potencia no existe ningun tren circulando.

En este caso, el dispositivo pasara directamente al modo de calentamiento de la catenaria, estableciendo una tension de consigna, regulable a voluntad como parametro de entrada, de tal forma que ponga el equipamiento de potencia en modo de inversor (204). Mediante este parametro de tension de consigna se consigue que las subestaciones colaterales aporten mayor o menor corriente a la subestacion cuyo equipamiento de potencia funciona como inversor y, por tanto, producira un mayor o menor calentamiento en funcion de dicha intensidad.

Mas concretamente, la tension de consigna se disminuye en la subestacion controlada, con el fin de hacer circular una corriente electrica a traves de los hilos de contacto desde las subestaciones adyacentes hasta la subestacion controlada, lo que permite calentar los cables por efecto Joule. Asl, cuando la temperatura del hilo alcance las condiciones optimas y el riesgo de hielo haya desaparecido, la tension de consigna volvera a tener el mismo valor que las subestaciones adyacentes, eliminando el suministro de corriente.

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Para ello, la tension de las subestaciones adyacentes ha de ser fija, mientras que la de la subestacion controlada es variable (tension de consigna) y es asignada en funcion de los parametros obtenidos, tales como la temperatura ambiente y la propia del conductor, radiacion solar, caracterlsticas del hilo de contacto, potencia maxima de las subestaciones adyacentes, u otras que se quieran establecer.

La subestacion controlada recibe la corriente procedente de las subestaciones adyacentes. Mediante el control de los elementos semiconductors del convertidor de potencia de la subestacion se realiza una transformation de corriente continua a corriente alterna (modo inversor 204) con las caracterlsticas solicitadas por la companla suministradora para su devolution a la red. No obstante, si dicha energla puede ser reutilizada en sistemas auxiliares, los elementos semiconductores del convertidor de la subestacion adaptan dicha corriente para su reutilizacion.

Dentro de este modo de funcionamiento se establecen distintos grados de severidad, asociados cada uno de ellos a un valor de tension de consigna que permite el aumento de temperatura de los hilos de contacto, con mayor o menor rapidez en funcion de los parametros ambientales. Sin embargo, cuando la temperatura de los hilos de contacto se encuentra dentro de los parametros establecidos en que no exista riesgo de hielo, el programa de control pondra la subestacion en modo rectificador (203).

En la figura 3 se muestra el modo de funcionamiento con calentamiento de catenaria cuando si existen trenes en el trayecto controlado. Esto se verifica mediante el consumo de intensidad en los alimentadores de la subestacion a la catenaria, lo que permitira mediante la medida de dicha corriente y de los intervalos de duracion de la misma, evaluar la temperatura que tienen los hilos de contacto a lo largo del trayecto controlado.

Mas concretamente, con riesgo de hielo en la catenaria y habiendo detectado la presencia de trenes en el trayecto controlado, se calcula la temperatura del conductor de acuerdo con las condiciones ambientales y la corriente en los alimentadores (301), existiendo una medicion continua de la temperatura del conductor (302).

Esta evaluation de la temperatura (302), realizada por el propio programa de control, sera confirmada mediante una sonda de temperatura instalada en los propios conductores, de manera que se permita una retroalimentacion y ajuste del funcionamiento del dispositivo de control, ajustando a la realidad los valores de la temperatura obtenida mediante el calculo.

Despues de evaluar si la temperatura del conductor es superior a la temperatura de consigna (303), se evalua si existen o no trenes regenerando (304,309).

En el caso de que la temperatura en el conductor sea mayor que la de consigna y existan trenes regenerando (304), entonces se evalua la gestion de la energla (305), de tal forma que si la potencia regenerada es reutilizada, el convertidor funciona en modo rectificador (306). Si por el contrario, la potencia regenerada no es reutilizada, el convertidor funciona en modo inversor (307).

La subestacion controlada cambiara su modo de funcionamiento a inversor (307) siempre y cuando la energla regenerada no sea reutilizada por trenes cercanos que soliciten potencia

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para su traccion o sea necesaria para subsistemas auxiliares (como, por ejemplo, la senalizacion viaria). La tension de consigna de la subestacion controlada podra mantenerse o adaptarse para obtener unas condiciones de corriente aceptables para su posterior transformation mediante el control de los elementos semiconductores (esto es, de los dispositivos de potencia, tipo IGBT o similares, presentes en el convertidor o convertidores de las subestaciones de traccion) y devolution a la red suministradora.

En el caso de que la temperatura del conductor sea mayor que la de consigna y ademas no existan trenes regenerando, el convertidor siempre funciona en modo rectificador (308).

Cuando hay hielo en la catenaria, es decir, cuando la temperatura del conductor es inferior a la temperatura de consigna, se evalua si existen trenes regenerando (309).

Cuando hay trenes regenerando, se evalua la potencia necesaria para el calentamiento de la red (310). Si la potencia regenerada es suficiente para calentar el conductor, el dispositivo de control hace que el convertidor trabaje como rectificador (311). No obstante, si la potencia necesaria es mayor que la regenerada, el dispositivo de control hace que el convertidor trabaje en modo inversor (312), al igual que si no hubiese trenes regenerando (313), hasta que la temperatura del conductor aumente (314), evaluandose la temperatura (315) de forma continua, entrando en bucle hasta que la temperatura del conductor es superior a la de consigna, donde vuelve a la evaluation inicial (100).

En general, el programa de control ajusta el funcionamiento del equipo de potencia como inversor (307, 312, 313) a un nuevo valor de consigna de tension, obteniendose en funcion de la misma un determinado valor de corriente, de tal forma que cuanto mas bajo sea dicho valor de consigna mayor sera la corriente que desde las subestaciones colaterales se canalizara hacia la subestacion en que el equipo de potencia este funcionando como inversor (307, 312, 313).

La mayor o menor circulation de corriente actua como si dicha subestacion funcionando como inversor (307, 312, 313) fuese otro tren que estuviera consumiendo energla. El aumento de la corriente por la catenaria provoca el aumento de la temperatura en los conductores debido al efecto Joule, evitando la formation de hielo sobre los citados conductores.

El programa de control recibe una realimentacion (302) del nuevo valor de temperatura que alcanzan los conductores, asl como del valor de intensidad que circula (301), reajustando los nuevos valores de consigna de la subestacion, hasta conseguir que se incremente la temperatura de los hilos de contacto sin alcanzar el maximo de potencia de funcionamiento permitido en la subestacion, aunque dichos valores pueden ser reajustados a voluntad para producir una variation de temperatura mas o menos rapida en el tiempo.

El incremento de corriente electrica para evitar la formacion de hielo queda limitado a la maxima potencia susceptible de suministrar por cada una de las subestaciones colaterales, de tal forma que dicha potencia sera convertida o “trasladada” a la compama suministradora en la subestacion que funciona como inversor (307, 312, 313), esto es, la subestacion reversible objeto de la invention.

Es decir, que en este caso, se lleva corriente electrica de una subestacion que trabaja como rectificador a otra subestacion, normalmente la colateral, que trabaja como inversor para, en esta ultima subestacion, transformarla para otros usos o bien enviarla de nuevo a la companla suministradora, volcandola de nuevo a la red electrica.

Las perdidas que se producen en dicho transporte son las que se utilizan para elevar la temperatura de los hilos de contacto y evitar de esta forma la formacion de hielo sobre los

mismos, luego el rendimiento del sistema queda optimizado al maximo, ya que solamente se producen como perdidas las relacionadas con el proceso de inversion. De acuerdo con los resultados de simulation practicados, el rendimiento del proceso de inversion esta comprendido entre el 94-96%, permitiendo ademas el funcionamiento simultaneo de los trenes 5 con el calentamiento de los hilos de contacto.

El proceso anteriormente descrito es identico cuando se produce el frenado de recuperation de los trenes circulantes, con un aprovechamiento integral de la energla, ya que las perdidas que se producen en el transporte son utilizadas para elevar la temperatura de los conductores por 10 efecto Joule y, despues, al estar funcionando la subestacion como inversor (307), la energla de dicho frenado se transforma para ser utilizada en otros usos de traction o bien para la entrega a la companla suministradora.

Cuando la temperatura de los hilos de contacto ha superado el nivel de riesgo del hielo de 15 acuerdo con los parametros establecidos en el programa de control, el dispositivo de control hace pasar la subestacion de modo inversor (307, 312, 313) a modo rectificador (306, 308, 311) nuevamente y empieza a aportar corriente a la catenaria, de acuerdo con las caracterlsticas electricas de la demanda de los trenes existentes en el trayecto.

20 Si en este funcionamiento se detecta que la tension de catenaria supera el valor de la tension de consigna para el funcionamiento como inversor, entonces el dispositivo de control cambia de modo de funcionamiento a la subestacion, pasando a modo inversor y convirtiendo la energla de corriente continua a corriente alterna, mientras que el valor de la tension de catenaria este por encima del valor de consigna para inversion. Es decir, en este caso, la 25 subestacion esta convirtiendo la energla que generan los trenes en el proceso de frenado para otros usos o bien para su devolucion a la red electrica.

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REIVINDICACIONES

1 - Metodo de control de una subestacion de traccion reversible en un tramo de via entre dicha subestacion de traccion y las subestaciones adyacentes; dicha subestacion de traccion comprendiendo, al menos, un convertidor de potencia reversible capaz de cambiar de modo rectificador a modo inversor y viceversa; donde dicho metodo comprende las etapas de:

i) Captura (101) de una pluralidad de parametros de funcionamiento estables (102) invariantes y caracterlsticos en el tramo de via controlado; as! como una pluralidad de parametros de funcionamiento variables (103) con el tiempo incluyendo unos parametros medioambientales y meteorologicos (103b) y los parametros caracterlsticos de tension y corriente durante la circulation de trenes (103a) en dicho tramo de via controlado;

ii) Establecer si existe riesgo de hielo (104) cuando los parametros medioambientales y meteorologicos (103b) superan un umbral predefinido; y

iii) Establecer la presencia de trenes en el tramo de controlado;

caracterizado porque comprende una de las siguientes etapas de cambio de modo de funcion del convertidor de potencia de la subestacion de traccion:

a. cambio de modo rectificador (106) a modo inversor (109) cuando existen trenes entre la subestacion controlada y las subestaciones adyacentes, no existe riesgo de hielo (104) y existen trenes regenerando (105);

b. cambio de modo rectificador (203) a modo inversor (204) cuando no existen trenes entre la subestacion controlada (110) y las subestaciones adyacentes y existe riesgo de hielo (104), siendo la temperatura del conductor de la catenaria inferior a una temperatura de consigna (202);

c. cambio de modo rectificador (308) a modo inversor (307) cuando existen trenes entre la subestacion controlada y las subestaciones adyacentes (110), existe riesgo de hielo (104), hay trenes regenerando (304) pero la temperatura del conductor de la catenaria es superior a una temperatura de consigna (303); y

d. cambio de modo rectificador (311) a modo inversor (312,313) cuando existen trenes entre la subestacion controlada y las subestaciones adyacentes (110), existe riesgo de hielo (104) y, ademas, la temperatura del conductor de la catenaria es inferior a una temperatura de consigna (303), de tal forma que:

i. un primer cambio a modo inversor (312) se establece cuando hay trenes regenerando (309) y es necesaria una potencia mayor a la regenerada; y

ii. un segundo cambio a modo inversor (313) se establece cuando no hay trenes regenerando (309).

2 - El metodo de la revindication 1 donde los parametros estables (102) son parametros invariantes y caracterlsticos de la catenaria (102b) y de las subestaciones (102a) adyacentes la subestacion de traccion reversible controlada, mientras que los parametros variables (103) son parametros capturados por una estacion meteorologica configurada para la captura de parametros medioambientales y meteorologicos (103b) y una pluralidad de sensores de tension y de corriente para los parametros de circulacion de trenes (103a).

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3 - El metodo de la reivindicacion 2 donde los parametros medioambientales y meteorologicos (103b) son, al menos uno seleccionado entre la humedad, la temperatura del hilo de contacto, la radiacion solar, la temperatura ambiente, la velocidad del viento o la temperatura de consigna.

4 - El metodo de una cualquiera de las reivindicaciones anteriores donde la temperatura de consigna (202, 206, 303 ,315) es de 5°C.

5 - El metodo de una cualquiera de las reivindicaciones 1-4 donde en el modo inversor (204,313) cuando no hay trenes regenerando en el tramo de via controlado se disminuye la tension de la subestacion controlada para hacer circular una corriente electrica a traves de los hilos de contacto de la catenaria desde las subestaciones adyacentes hasta la subestacion controlada, calentando los cables de la catenaria por efecto Joule, hasta que la temperatura del cable de contacto de la catenaria alcanza o supera la temperatura de consigna, tras lo cual se igualan las tensiones de las subestaciones controladas y adyacentes.

6 - El metodo de las reivindicaciones 1-4 donde en el modo inversor (109, 307, 312) cuando hay trenes regenerando en el tramo de via controlado, durante la regeneration de energla, la tension del pantografo es superior a la existente en las subestaciones adyacentes, existiendo una corriente electrica entre el tren regenerando y las subestaciones adyacentes; y donde el cambio de modo rectificador a modo inversor (109, 307, 312) se produce siempre y cuando la energla regenerada por los trenes no sea utilizada por trenes cercanos solicitando potencia para su traction o sea necesaria para sistemas auxiliares.

7 - Dispositivo de control de una subestacion de traccion reversible en un tramo de via entre dicha subestacion de traccion y las subestaciones adyacentes; dicha subestacion de traccion comprendiendo, al menos, un convertidor de potencia reversible conectado con el dispositivo de control y capaz de cambiar de modo rectificador a modo inversor y viceversa; donde dicho dispositivo esta conectado con una estacion meteorologica y medioambiental y con una pluralidad de captadores de senales electricas del tramo controlado de via;

y donde dicho dispositivo comprende, al menos, un procesador, una memoria de datos, y un programa o programas almacenados en la memoria y configurados para ejecutarse por el procesador estando caracterizado por que dicho programa o programas incluyen instrucciones para:

- capturar (101) una pluralidad de parametros de funcionamiento estables (102) invariantes y caracterlsticos en el tramo de via controlado; as! como una pluralidad de parametros de funcionamiento variables (103) con el tiempo incluyendo unos parametros medioambientales y meteorologicos (103b) y los parametros caracterlsticos de tension y corriente durante la circulation de trenes (103a) en dicho tramo de via controlado;

- establecer si existe riesgo de hielo (104) cuando los parametros medioambientales y meteorologicos (103b) superan un umbral predefinido;

- establecer la presencia de trenes en el tramo de controlado; y

- cambiar la funcion del convertidor segun:

a. cambio de modo rectificador (106) a modo inversor (109) cuando existen trenes entre la subestacion controlada y las subestaciones adyacentes, no existe riesgo de hielo (104) y existen trenes regenerando (105);

b. cambio de modo rectificador (203) a modo inversor (204) cuando no existen

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trenes entre la subestacion controlada (110) y las subestaciones adyacentes y existe riesgo de hielo (104), siendo la temperatura del conductor de la catenaria inferior a una temperatura de consigna (202);

c. cambio de modo rectificador (308) a modo inversor (307) cuando existen trenes entre la subestacion controlada y las subestaciones adyacentes (110), existe riesgo de hielo (104), hay trenes regenerando (304) pero la temperatura del conductor de la catenaria es superior a una temperatura de consigna (303); y

d. cambio de modo rectificador (311) a modo inversor (312,313) cuando existen trenes entre la subestacion controlada y las subestaciones adyacentes (110), existe riesgo de hielo (104) y, ademas, la temperatura del conductor de la catenaria es inferior a una temperatura de consigna (303), de tal forma que:

i. un primer cambio a modo inversor (312) se establece cuando hay trenes regenerando (309) y es necesaria una potencia mayor a la regenerada; y

ii. un segundo cambio a modo inversor (313) se establece cuando no hay trenes regenerando (309).

8 - El dispositivo de la reivindicacion 7 donde los parametros estables (102) son parametros invariantes y caracterlsticos de la catenaria (102b) y de las subestaciones (102a) adyacentes la subestacion de traccion reversible controlada, mientras que los parametros variables (103) son parametros capturados por una estacion meteorologica configurada para la captura de parametros medioambientales y meteorologicos (103b) y una pluralidad de sensores de tension y de corriente para los parametros de circulation de trenes (103a).

9 - El dispositivo de la reivindicacion 8 donde los parametros medioambientales y meteorologicos (103b) son, al menos uno seleccionado entre la humedad, la temperatura del hilo de contacto, la radiation solar, la temperatura ambiente, la velocidad del viento o la temperatura de consigna.

10 - El dispositivo de una cualquiera de las reivindicaciones anteriores donde la temperatura de consigna (202, 206, 303 ,315) es de 5°C.

11 - El dispositivo de una cualquiera de las reivindicaciones 7-10 donde en el modo inversor (204,313) cuando no hay trenes regenerando en el tramo de via controlado, se disminuye la tension de la subestacion controlada para hacer circular una corriente electrica a traves de los hilos de contacto de la catenaria desde las subestaciones adyacentes hasta la subestacion controlada, calentando los cables de la catenaria por efecto Joule, hasta que la temperatura del cable de contacto de la catenaria alcanza o supera la temperatura de consigna, tras lo cual se igualan las tensiones de las subestaciones controladas y adyacentes.

12 - El dispositivo de las reivindicaciones 7-10 donde en el modo inversor (109, 307, 312) cuando hay trenes regenerando en el tramo de via controlado, durante la regeneration de energla, la tension del pantografo es superior a la existente en las subestaciones adyacentes, existiendo una corriente electrica entre el tren regenerando y las subestaciones adyacentes; y donde el cambio de modo rectificador a modo inversor (109, 307, 312) se produce siempre y cuando la energla regenerada por los trenes no sea utilizada por trenes cercanos solicitando potencia para su traction o sea necesaria para sistemas auxiliares.

13 - Subestacion de traccion reversible caracterizada porque comprende un dispositivo de control de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 7-12.

14 - Un producto de programa informatico con instrucciones configuradas para su ejecucion por uno o mas procesadores que, cuando son ejecutadas por un dispositivo de control de una subestacion de traccion reversible de acuerdo con una cualquiera de las 5 reivindicaciones 7-12 hacen que una subestacion de traccion reversible de acuerdo con la reivindicacion 13 ejecute el metodo de las reivindicaciones 1-6.