ES2941709T3 - Procedimiento de equilibrado de una componente de la potencia suministrada por dos inversores alimentados, red y vehículo ferroviario asociados - Google Patents

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Abstract

La presente invención se refiere a un método para equilibrar al menos un componente de la potencia suministrada por dos inversores (18, 20) alimentados en paralelo en una red (16) que alimenta un vehículo ferroviario (10), comprendiendo el método: - un paso de medir la variación de un componente de una corriente suministrada por un primer inversor (18), para obtener una variación medida, y - un paso de modificar un punto de ajuste de control del primer inversor (18) en función de la variación medida. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Procedimiento de equilibrado de una componente de la potencia suministrada por dos inversores alimentados, red y vehículo ferroviario asociados
La presente invención se refiere a un procedimiento para equilibrar al menos una componente de la potencia suministrada por dos convertidores, en particular dos inversores conectados en paralelo en una red de alimentación de un vehículo ferroviario. La presente invención también se refiere a una red de suministro para un vehículo ferroviario asociado, así como a un vehículo ferroviario que comprende dicha red.
En el caso de aplicaciones ferroviarias, es deseable controlar la potencia suministrada por cada elemento de una red, en particular cuando se va a cambiar la frecuencia fundamental de la red. Un ejemplo de una red de este tipo se puede encontrar en el documento FR 2917343 A1.
Para ello, se sabe medir cada valor de funcionamiento de cada elemento, por ejemplo corriente, tensión y frecuencia y controlar el valor de cada uno de forma independiente.
Es particularmente conocido dividir la red de suministro en varias subredes, siendo alimentada cada subred por un único convertidor. Sin embargo, este procedimiento no permite optimizar el equilibrio de potencia.
Otra solución conocida es disponer de una única red de alimentación alimentada por varios convertidores. Sin embargo, el procedimiento actual impone en este caso una red de frecuencia fija.
Por lo tanto, existe la necesidad de un procedimiento para equilibrar al menos un componente de la potencia suministrada por dos convertidores, en particular dos inversores que alimentan en paralelo una red de suministro de un vehículo ferroviario que sea fácil de implementar.
Con este fin, se propone un procedimiento de equilibrado según la reivindicación 1.
Según realizaciones particulares, el procedimiento tiene una o más de las características de las reivindicaciones 2 a 9, tomadas de forma aislada o en todas las combinaciones técnicamente posibles.
También se propone una red de suministro para un vehículo ferroviario según la reivindicación 10.
También se describe un vehículo ferroviario alimentado por catenaria y que comprende una red de alimentación auxiliar, siendo la red de alimentación una red de alimentación como se ha descrito anteriormente.
Las características y ventajas de la invención aparecerán con la lectura de la siguiente descripción, dada únicamente a título de ejemplo no limitativo, y realizada con referencia a los dibujos adjuntos, en los que:
- la figura 1 es una representación esquemática de un ejemplo de vehículo ferroviario alimentado por una catenaria, y - la figura 2 es un diagrama de flujo de un ejemplo de implementación de un procedimiento de equilibrado según la invención.
Un vehículo ferroviario 10 se ilustra esquemáticamente en la figura 1.
El vehículo 10 es, por ejemplo, un metro equipado con ventilación de emergencia, un tren o un tranvía.
El vehículo 10 se alimenta con electricidad a través de un pantógrafo 12 que frota una catenaria 14 de alimentación. La catenaria 14 se alimenta con alta tensión, es decir típicamente una tensión continua de valor nominal superior o igual a 600 Vcc. Por ejemplo, en el ejemplo mostrado, la tensión de alimentación de la catenaria 14 es igual a 1500 Vcc.
Por el término “catenaria 14”, se entiende tanto los cables aéreos suspendidos sobre las vías del tren y que permiten alimentar el vehículo 10 como un tercer raíl sobre el suelo que se extiende a lo largo de las vías del tren y sobre el que se frota una zapata, así como para suministrar energía eléctrica al vehículo 10.
El vehículo 10 incluye una red auxiliar de suministro 16.
La red de suministro auxiliar 16 es una red de respaldo 16 en caso de interrupción del suministro al vehículo 10 por la catenaria. Tal interrupción del suministro eléctrico es de origen accidental o provocado.
La red auxiliar 16 es una red trifásica 16.
Más concretamente, la red auxiliar 16 comprende conductores trifásicos y un conductor neutro.
La red auxiliar 16 se extiende en varios vagones del vehículo 10. Solo una parte de la red auxiliar 16 es visible en la figura 2.
La red de suministro auxiliar 16 comprende un primer inversor 18, un segundo inversor 20, un sensor de medida 22 y un controlador 24.
El primer inversor 18 es un dispositivo de electrónica de potencia que permite generar tensiones y corrientes alternas a partir de una fuente de energía eléctrica de diferente tensión o frecuencia.
El segundo inversor 20 realiza la misma función que el primer inversor 18, es decir, convertir una fuente de energía eléctrica de diferente voltaje o frecuencia en corriente o voltaje alterno.
Los dos inversores 18 y 20 se alimentan en paralelo.
Esto significa que cada inversor 18 y 20 está conectado al mismo bus, no mostrado.
Por ejemplo, el bus es capaz de transportar una tensión de 400 Vcc.
Para lo que sigue, se recuerda que la potencia activa PA de un inversor se define por la siguiente relación:
PA = U.I.COS((p)
donde:
• I es el valor eficaz de la corriente trifásica suministrada por el inversor,
• U es el valor eficaz de la tensión trifásica suministrada por el inversor, y
• 9 es el valor de la diferencia de fase entre la componente fundamental de la corriente y la componente fundamental de la tensión trifásica.
De manera similar, la potencia reactiva PR se define mediante la siguiente relación:
PR = U.I.SÍn(cp)
Las corrientes activas Iactiva e Ireactiva son, respectivamente, iguales a I.cos(^) e I.sen(^).
El sensor de medida 22 es un sensor capaz de medir la variación de una componente de la corriente suministrada por el primer inversor 18, para obtener una variación medida.
La componente de la corriente suministrada medida es la corriente reactiva o la corriente activa.
Según el ejemplo de la figura 1, el sensor de medida 22 es un sensor de corriente que mide tanto la corriente reactiva como la corriente activa.
El controlador 24 es, por ejemplo, un procesador.
El controlador 24 está adaptado para equilibrar al menos un componente de la potencia suministrada por los dos inversores 18 y 20.
Al menos un componente de potencia suministrado es potencia activa o potencia reactiva.
En este caso, el controlador 24 está adaptado para equilibrar tanto la potencia activa como la potencia reactiva suministrada por los dos inversores 18 y 20.
El controlador 24 es, además, adecuado para variar un punto de consigna de control del primer inversor 18 según la variación medida por el sensor de medición 22.
Más precisamente, el controlador 24 es capaz de imponer un punto de ajuste de control de frecuencia y un punto de ajuste de control de voltaje para el primer inversor 18.
El funcionamiento de la red de alimentación auxiliar 16 y más concretamente del controlador 24 se describe ahora con referencia a la figura 2 que corresponde a un diagrama de flujo de un ejemplo de implementación de un procedimiento de equilibrado según la invención.
El procedimiento de equilibrado es un procedimiento para equilibrar los dos componentes de la potencia suministrada por dos inversores, a saber, la potencia activa y la potencia reactiva.
Como se ve en la figura 2, el procedimiento incluye un paso de medición 30 y un paso de modificación 32.
Durante el paso de medida 30, se mide la variación de una componente de corriente suministrada por el primer inversor 18.
En el caso representado, el sensor de medida 22 mide la corriente reactiva suministrada por el primer inversor 18 como muestra esquemáticamente el recuadro referenciado con el 34 en la figura 2. El sensor de medida 22 también mide la corriente activa suministrada por el primer inversor 18 como se indica esquemáticamente por el recuadro referenciado 36 en la figura 2.
Se obtiene así una variación medida para la corriente reactiva y una variación medida para la corriente activa.
Las variaciones medidas se transmiten al controlador 24.
Durante la etapa de modificación 32, el controlador 24 varía un punto de ajuste de control del primer inversor 18. La variación del punto de ajuste de control es una función de la variación medida.
Más concretamente, para el caso ilustrado y esquematizado por los recuadros cuyas referencias son 38 y 40, la consigna de control comprende una consigna de control de frecuencia y una consigna de control de tensión.
La consigna de control de frecuencia se deduce de la variación medida para la corriente activa. Formulado de otra manera, la consigna de control de frecuencia es una función de la variación medida para la corriente activa.
La función es una función afín de la variación medida.
En el ejemplo dado, la función afín disminuye con la variación medida.
Esto se escribe matemáticamente de la siguiente manera:
Jconsigna — Jo - t t .A I activa
donde:
- f consigna es el valor de consigna de frecuencia aplicado al primer inversor 18,conv
- f0 es el valor actual de la frecuencia del primer inversor 18,
- a es un coeficiente de proporcionalidad, por ejemplo igual a la relación calculada entre la máxima variación de frecuencia posible para el primer inversor 18 y la corriente activa nominal, pudiendo en ciertos casos imponerse la máxima variación de frecuencia posible para el primer inversor 18 por restricciones de funcionamiento deseado para la red 16, y
- A iactiva es el cambio medido en la corriente activa del primer inversor 18.
La consigna de control de tensión se deduce de la variación medida de la corriente reactiva. Formulado de otra manera, la consigna de control de voltaje es una función de la variación medida para la corriente reactiva.
La función es una función afín de la variación medida.
En el ejemplo dado, la función afín disminuye con la variación medida. Formulada de otro modo, la función es una función decreciente de la variación medida que también es afín.
Esto se escribe matemáticamente de la siguiente manera:
Vconsigna = Vo — b.A ireactiva
donde:
- Vconsigna es el valor del punto de ajuste de voltaje aplicado al primer inversor 18,
- V0 es el valor actual de la tensión del primer inversor 18,
- b es un coeficiente de proporcionalidad, por ejemplo igual a la relación calculada entre la máxima variación de tensión posible para el primer inversor 18 y la corriente reactiva nominal, pudiendo en ciertos casos imponerse la máxima variación de tensión posible para el primer inversor 18 por restricciones de funcionamiento deseado para la red 16, y - Alreactiva es el cambio medido en la corriente reactiva del primer inversor 18.
Ventajosamente, el controlador 24 es capaz de imponer una consigna de control de frecuencia y una consigna de control de tensión para el segundo inversor 20 como se ha descrito para el primer inversor 18 mediante el uso de un sensor capaz de medir la variación de un componente de la corriente suministrada por el segundo inversor 20, similar al sensor 22.
Por lo tanto, el procedimiento se basa en un principio de equilibrar el consumo de energía controlando la divergencia de la corriente.
Más precisamente, para la regulación de la corriente activa, para una potencia activa consumida por la red fija 16, se desea que los dos inversores suministren la misma potencia activa y sean estables.
Si la potencia activa suministrada por el primer inversor 18 es mayor que la potencia activa suministrada por el segundo inversor 20, los respectivos ajustes de frecuencia de cada uno de los dos inversores deberían conducir a una variación de corriente activa negativa para el primer inversor 18 y positiva para el segundo inversor 20. Formulado de otro modo, la consigna de frecuencia del primer inversor 18 debería sufrir una variación negativa y la consigna de frecuencia del segundo inversor 20 debería experimentar una variación positiva.
De manera similar, si la potencia activa suministrada por el primer inversor 18 es menor que la potencia activa suministrada por el segundo inversor 20, los respectivos ajustes de frecuencia de cada uno de los dos inversores deberían conducir a una variación de corriente activa positiva para el primer inversor 18 y negativa para el segundo inversor 20. Formulado de otro modo, la consigna de frecuencia del primer inversor 18 debería sufrir una variación positiva y la consigna de frecuencia del segundo inversor 20 debería sufrir una variación negativa.
De esta observación se deduce que la consigna de frecuencia es una consigna de frecuencia que disminuye cuando aumenta la potencia activa suministrada y que aumenta cuando disminuye la potencia activa suministrada.
Además, para la regulación de la corriente reactiva, para una potencia reactiva consumida por la red fija 16, se desea que los dos inversores suministren la misma potencia reactiva y sean estables.
Si la potencia reactiva suministrada por el primer inversor 18 es mayor que la potencia reactiva suministrada por el segundo inversor 20, los respectivos ajustes de tensión de cada uno de los dos inversores deberían conducir a una variación de corriente activa negativa para el primer inversor 18 y positiva para el segundo inversor 20. En otras palabras, la consigna de tensión del primer inversor 18 debería sufrir una variación negativa y la consigna de tensión del segundo inversor 20 debería sufrir una variación positiva.
De manera similar, si la potencia reactiva suministrada por el primer inversor 18 es menor que la potencia reactiva suministrada por el segundo inversor 20, los respectivos ajustes de voltaje de cada uno de los dos inversores deberían conducir a una variación de corriente reactiva positiva para el primer inversor 18 y negativa para el segundo inversor 20. Formulado de otro modo, conviene que la consigna de tensión del primer inversor 18 sufra una variación positiva y que la consigna de tensión del segundo inversor 20 sufra una variación negativa.
De esta observación se deduce que la consigna de tensión es una consigna de tensión que disminuye cuando aumenta la potencia reactiva suministrada y que aumenta cuando disminuye la potencia reactiva suministrada.
En resumen, el procedimiento permite equilibrar los inversores alimentados en paralelo.
Además, este mecanismo funciona para cualquier frecuencia fundamental nominal y cualquier voltaje nominal.
Este procedimiento también permite variar la frecuencia fundamental de la red manteniendo los inversores sincronizados entre sí, es decir sin desconectar eléctricamente los inversores entre sí. Para lograr esto, cuando el algoritmo detecta un cambio en el punto de ajuste de frecuencia nominal, el (los) inversor (es) asignado (s) a un rol de esclavo, como el primer inversor, comienza(n) a regular la corriente activa y la corriente reactiva que suministra(n) en la red regulando el voltaje y la frecuencia que impone(n) en la red (para regular respectivamente la corriente reactiva y la corriente activa), y el único inversor asignado el papel de maestro, como el segundo inversor, varía su frecuencia nominal y/o su tensión nominal.
El procedimiento es fácil de implementar.
De hecho, no está involucrado ningún intercambio de información entre los dos inversores para implementar el procedimiento.
El procedimiento permite limitar las pérdidas por conducción en los cables de la red 16.
Además, el procedimiento permite un dimensionamiento óptimo de cada elemento de la red 16, en particular de los inversores y los cables.
Además, dado que los inversores suelen compartir potencia con los inversores para la tracción del vehículo 10, el procedimiento permite asegurar que los inversores de tracción no estén sub-alimentados para que cada motor de tracción esté bien alimentado.
Tal procedimiento puede generalizarse para una red 16 que comprende una pluralidad de inversores, cada inversor siendo alimentado en paralelo.
Ventajosamente, el segundo inversor 20 es un inversor maestro y el controlador 24 está configurado para recibir una orden de cambio de frecuencia y en particular de frecuencia fundamental en la red auxiliar 16 a un valor especificado y para cambiar una consigna de control de frecuencia del segundo inversor 20 linealmente de un valor actual al valor especificado.
El controlador 24 es entonces capaz de controlar una consigna de corriente del primer inversor 18, denominada inversor esclavo, a partir de la evolución de la frecuencia medida a la salida del primer inversor 18 y de una medida de la corriente en el momento en que se lanza la fase de cambio de frecuencia. Más precisamente, el controlador 24 es capaz de memorizar/recuperar los valores de corriente activa y reactiva medidos por el sensor 22 en el momento en que se envió el comando de cambio de frecuencia al segundo inversor 20 y de calcular el punto de ajuste actual aplicando a estas corrientes una rampa de progresión en función de la frecuencia medida.
Cuando la frecuencia de la red alcanza el valor especificado, el controlador 24 detecta el final del modo de cambio de frecuencia.
Tal operación permite variar la frecuencia fundamental de la red manteniendo la sincronización de los dos inversores 18, 20.
Ventajosamente, la red 16 no tiene medios de comunicación/intercambio de datos entre el primer inversor 18 y el segundo inversor 20. Más generalmente, el primer inversor 18 puede controlarse independientemente de los valores eléctricos relativos al segundo inversor 20 y viceversa.
También debe señalarse que el procedimiento puede implementarse para dos convertidores de energía eléctrica, siendo los inversores solo un ejemplo particular.
Asimismo, el procedimiento puede aplicarse a cualquier tipo de vehículo y en particular a un vehículo ferroviario.

Claims (10)

REIVINDICACIONES
1. Procedimiento para equilibrar al menos un componente de la potencia suministrada por un primer y un segundo convertidores de energía eléctrica, en particular dos inversores (18, 20), conectados en paralelo en una red eléctrica (16) de un vehículo (10), en particular un vehículo ferroviario, estando configurada la red eléctrica (16) para operar a una frecuencia fundamental, incluyendo el procedimiento:
- una etapa de ordenar un cambio de la frecuencia fundamental de la red eléctrica (16),
- una etapa de variación de la consigna de frecuencia de un segundo convertidor (20) en función del cambio de la frecuencia fundamental;
- una etapa de medir la variación de una componente de una corriente suministrada por un primer convertidor (18), para obtener una variación medida, y
- una etapa de modificar una consigna de mando del primer convertidor (18) en función de la variación medida, comprendiendo la red eléctrica (16) un controlador (24) y:
- durante la etapa de ordenar el cambio de la frecuencia fundamental, el controlador (24) recibe un comando de cambio de la frecuencia fundamental y, en particular, la frecuencia fundamental a un valor especificado,
- durante el paso de variar un punto de consigna de frecuencia de un segundo convertidor (20), el controlador (24) modifica una consigna de control de frecuencia del segundo inversor (20) evolucionando linealmente desde el valor actual hasta el valor especificado,
- durante la etapa de medición, se mide la variación de la frecuencia a la salida del primer convertidor (18) y se realiza la medición de la corriente en el momento en que se lanza el cambio de la frecuencia fundamental, y
- durante la etapa de modificación de la consigna de mando, el controlador (24) comanda la consigna de corriente del primer inversor (18) en función de la variación medida de la frecuencia a la salida del primer inversor (18) y de la corriente medida en el momento en que se lanza el cambio de la frecuencia fundamental.
2. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que al menos un componente de potencia suministrado es la potencia activa o la potencia reactiva.
3. Procedimiento según la reivindicación 1 o 2, en el que, durante la etapa de medición, el componente de la corriente suministrada medida es la corriente reactiva o la corriente activa.
4. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en el que el punto de ajuste de control incluye un punto de ajuste de control de frecuencia.
5. Procedimiento según la reivindicación 4, en el que el punto de ajuste de control de la frecuencia es una función afín de la variación medida.
6. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en el que la consigna de control incluye una consigna de control del voltaje.
7. Procedimiento según la reivindicación 6, en el que la consigna de control del voltaje es una función afín de la variación medida.
8. Procedimiento según la reivindicación 5 o 7, en el que la función afín es una función decreciente de la variación medida.
9. Red eléctrica (16) de un vehículo (10), en particular un vehículo ferroviario, estando configurada la red eléctrica (16) para operar a una frecuencia fundamental e incluyendo:
- un primer y un segundo convertidores de energía eléctrica, en particular dos inversores (18, 20), conectados en paralelo,
- un sensor (22) para medir la variación de un componente de la corriente suministrada por un primer convertidor (18), para obtener una variación medida, y
- un controlador (24),
adaptándose la red eléctrica (16) para:
- ordenar un cambio de la frecuencia fundamental de la red eléctrica (16),
- variar una consigna de frecuencia de un segundo convertidor (20) en función del cambio de la frecuencia fundamental; - medir la variación de una componente de una corriente suministrada por un primer convertidor (18), para obtener una variación medida, estando la red eléctrica (16) adaptada para medir la variación de la frecuencia en la salida del primer convertidor (18) y efectuar la medida de la corriente en el momento en que se lanza una fase de cambio de frecuencia, y
- modificar una consigna de mando del primer convertidor (18) en función de la variación medida, comprendiendo la red eléctrica (16) un controlador (24), estando adaptado el controlador (24) para:
- durante la etapa de ordenar el cambio de la frecuencia fundamental, recibir un comando de cambio de la frecuencia y, en particular, de la frecuencia fundamental a un valor especificado,
- durante la variación de la consigna de frecuencia de un segundo convertidor (20), evolucionar linealmente una consigna de control de frecuencia del segundo inversor (20) linealmente desde el valor actual hasta el valor especificado,
- durante la modificación de la consigna de control, controlar una consigna de corriente del primer inversor (18) a partir de la variación de la frecuencia medida en la salida del primer inversor (18) y de la medición de la corriente en el momento en que se lanza la fase de cambio de la frecuencia fundamental.
10. Vehículo ferroviario (10) alimentado por una catenaria (14) y que incluye una red eléctrica auxiliar (16), siendo la red eléctrica (16) una red eléctrica (16) según la reivindicación 9.
ES18306536T 2018-11-21 2018-11-21 Procedimiento de equilibrado de una componente de la potencia suministrada por dos inversores alimentados, red y vehículo ferroviario asociados Active ES2941709T3 (es)

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EP18306536.6A EP3657662B1 (fr) 2018-11-21 2018-11-21 Procédé d'équilibrage d'une composante de la puissance fournie par deux onduleurs alimentés, réseau et véhicule ferroviaire associés

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