ES2949654T3 - Procedimiento de control de un ondulador reversible controlado en caída - Google Patents

Procedimiento de control de un ondulador reversible controlado en caída Download PDF

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Tony Letrouve
Hervé Caron
Khaled Almaksour
Benoit Robyns
Nicolas Navarro
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Abstract

- medición (104) de una corriente (Im) suministrada por dicha subestación a dicho tramo de vía férrea; - medición (106) de una tensión continua (Vm) suministrada por la subestación a dicho tramo de vía férrea; - atribución (108) del valor medido de dicha tensión continua a dicha tensión umbral (Vo) cuando: - la corriente medida (Im) es estrictamente menor que un valor de corriente (I0) predefinido para dicha subestación, llamado umbral de corriente, y correspondiente a una tensión en vacío de dicha subestación, y - dicha tensión continua (Vm) es estrictamente mayor que el umbral mínimo (V0min).). Se trata también de un dispositivo (400) que implementa dicho método (100). - la corriente medida (Im) es estrictamente inferior a un valor de corriente (I0) predefinido para dicha subestación, denominado corriente umbral, y correspondiente a una tensión en vacío. de dicha subestación, y - dicha tensión continua (Vm) es estrictamente mayor que el umbral mínimo (V0min). Se trata también de un dispositivo (400) que implementa dicho método (100). - la corriente medida (Im) es estrictamente inferior a un valor de corriente (I0) predefinido para dicha subestación, denominado corriente umbral, y correspondiente a una tensión en vacío. de dicha subestación, y - dicha tensión continua (Vm) es estrictamente superior al umbral mínimo (V0min). También se refiere a un dispositivo (400) que implementa dicho método (100). y - dicha tensión continua (Vm) es estrictamente mayor que el umbral mínimo (V0min). También se refiere a un dispositivo (400) que implementa dicho método (100). y - dicha tensión continua (Vm) es estrictamente mayor que el umbral mínimo (V0min). También se refiere a un dispositivo (400) que implementa dicho método (100). (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Procedimiento de control de un ondulador reversible controlado en caída
Campo técnico
La presente invención se refiere a un procedimiento y a un dispositivo de control de un ondulador reversible, controlado en caída, asociado a una subsección de vía férrea. También se refiere a un ondulador reversible equipado con un dispositivo de este tipo.
El campo de la invención es el campo ferroviario y, más particularmente, el campo de los dispositivos de conversión de energía reversibles controlados en tensión de caída, usados a nivel de una subestación que alimenta las catenarias para vehículos ferroviarios.
Estado de la técnica anterior
Los documentos EP1985490A1 y CN110053521A describen sistemas de recuperación de energía en el campo ferroviario. Recuperar energía de frenado procedente de los vehículos ferroviarios, para reenviarla a la red eléctrica (o alimentar cargas con corriente alterna CA), necesita la instalación de un ondulador reversible con transistor bipolar de rejilla aislada (del inglés Insulated Gate Bipolar Transistor [IGBT]) en una subestación de potencia. El ondulador reversible de IGBT tiene la posibilidad de controlar una potencia activa y una potencia reactiva por separado, lo cual le permite tener diferentes modos de funcionamiento distintos, concretamente:
- un primer modo, en donde el ondulador reversible puede recuperar energía de frenado y convertirla en tensión alterna, y
- un segundo modo, en donde el ondulador reversible puede recuperar una tensión alterna y convertirla en tensión continua.
En el caso de los vehículos ferroviarios, estos onduladores reversibles de IGBT se controlan mediante un controlador que actúa sobre una potencia activa del ondulador.
Los controladores de ondulador reversible de IGBT se basan en una estrategia de caída de tensión continua CC que necesita un umbral de activación predefinido. Superando este umbral de tensión predefinido, el controlador del ondulador reversible modifica la consigna de la potencia activa del ondulador, permitiendo, de ese modo, una conversión de la energía de frenado en energía alterna. En el caso de un ondulador reversible posicionado en una subestación que sirva para la alimentación de catenarias, este umbral de activación está predefinido y fijado con respecto a una tensión de referencia, que es, en el caso considerado, la tensión continua CC en vacío de la subestación. Los controladores de ondulador reversible que funcionan en caída de tensión son funcionales, pero presentan diferentes problemas, concretamente:
- pérdidas de recuperación de energía de frenado si el umbral de activación es demasiado alto con respecto a la tensión de referencia,
- corriente parásita, denominada corriente de bucle, que circula en el circuito eléctrico, concretamente entre el ondulador y un circuito de rectificación de la subestación, si este umbral de activación es inferior a la tensión continua CC en vacío, y
- facilidad de modulación del umbral de activación.
Un objetivo de la invención es resolver al menos uno de estos inconvenientes anteriormente mencionados.
Otro objetivo de la invención es proponer un procedimiento y un dispositivo de control de un ondulador reversible, controlado en caída de tensión, más flexible y más adaptable.
Otro objetivo de la invención es proponer un procedimiento y un dispositivo de control de un ondulador reversible, controlado en caída, que permita reducir la pérdida de recuperación de energía de frenado por el ondulador.
Otro objetivo de la invención es proponer un procedimiento y un dispositivo de control de un ondulador reversible, controlado en caída, que limite e impida la circulación de corriente de bucle entre el ondulador y el circuito de rectificación de la subestación.
Descripción de la invención
La invención permite alcanzar al menos uno de los objetivos anteriormente mencionados, mediante un procedimiento de control de un ondulador reversible, controlado en caída, asociado a una subestación que alimenta una sección de vía férrea, usándose dicho ondulador reversible para una recuperación de energía en el frenado dentro de dicha sección, activada más allá de una tensión, denominada tensión de umbral, limitada por una tensión mínima y una tensión máxima definidas con respecto a dicha tensión de umbral. El procedimiento según la invención comprende al menos una iteración de una fase de ajuste de dicha tensión umbral de dicho ondulador, y que comprende las siguientes etapas:
- medir una corriente proporcionada por dicha subestación a dicha sección de vía férrea;
- medir una tensión continua proporcionada por la subestación a dicha sección de vía férrea;
- atribuir el valor medido de dicha tensión continua a dicha tensión umbral, cuando:
• la corriente medida sea estrictamente inferior a un valor de corriente predefinido para dicha subestación, denominada corriente de umbral, y que corresponde a una tensión en vacío de dicha subestación, y
• dicha tensión continua sea estrictamente superior al umbral mínimo.
Por tanto, el procedimiento según la invención propone un procedimiento de control de un ondulador reversible, en donde el umbral de activación, denominado umbral de caída, pueda modularse y adaptarse a las variaciones de la tensión continua CC en vacío de la subestación. Por tanto, el procedimiento según la invención es sencillo de poner en práctica y poco costoso, ya que se monta fácilmente en las subestaciones.
De esta manera, el procedimiento según la invención reduce las pérdidas de energía de frenado hacia el ondulador, mejorando así la conversión de energía de frenado en energía alterna. Por tanto, el procedimiento según la invención permite realizar ahorros de energía mejorando su reciclaje.
Además, el procedimiento según la invención limita la aparición de una corriente de bucle presente en el circuito, concretamente entre el ondulador y un montaje rectificador de la subestación, lo cual limita el daño prematuro de los elementos del circuito eléctrico. Por tanto, el procedimiento según la invención permite mejorar el tiempo de vida útil de los componentes, lo cual permite realizar ahorros a largo plazo.
El procedimiento según la invención puede comprender una etapa de inicialización en la que la tensión de umbral se defina igual a la tensión máxima.
Esta etapa permite, al comienzo del procedimiento, evitar la aparición de una corriente de bucle si la tensión de umbral es demasiado baja con respecto a la tensión en vacío de la subestación.
Además, durante una nueva iteración, el valor de la tensión máxima (V0max) usado durante la etapa de inicialización puede elegirse como el valor de la tensión máxima (V0max) obtenido durante la iteración anterior, volviendo a calcularse dicho valor de tensión máxima durante la iteración anterior, en función del valor de la tensión umbral (V0) obtenido en la etapa de atribución.
De esta manera, el procedimiento según la invención usa la tensión de umbral anteriormente ajustada, lo cual le permite limitar la pérdida de energía de frenado durante el paso a la siguiente iteración, al tiempo que se limita la corriente de bucle. Por tanto, el procedimiento según la invención maximiza la tasa de conversión de energía de frenado en energía alterna, para alimentar la red de alta tensión.
Preferiblemente, en una variante de procedimiento según la invención, durante una nueva iteración, el valor de la tensión máxima usado durante la etapa de inicialización puede elegirse como el valor de la tensión máxima usado durante la etapa de inicialización de la primera iteración.
De esta manera, en cada etapa de inicialización de la fase de ajuste del procedimiento según la invención, la tensión de umbral (V0) se asimila al valor de tensión máxima en vacío de la subestación que se usa al comienzo del procedimiento según la invención. Por tanto, el procedimiento según la invención es más robusto, ya que evita, en cada nueva iteración, la aparición de una corriente de bucle si la tensión de umbral es demasiado baja con respecto a la tensión en vacío de la subestación.
El procedimiento según la invención puede comprender, antes de la primera iteración de la fase de ajuste:
- una etapa de medición, durante una duración predeterminada, de una tensión continua CC (V1) en vacío, proporcionada por la subestación a dicha sección de vía férrea, y
- una etapa de medición, durante una duración predeterminada, de una corriente continua (I1) en vacío, proporcionada por dicha subestación a dicha sección de vía férrea.
Por ejemplo, la duración predeterminada puede estar comprendida entre un día y un mes, preferiblemente varios días, aún más preferiblemente una semana.
Esta medición permite al procedimiento según la invención elegir un intervalo de la variación de la tensión de umbral (V0). Por ejemplo, estas mediciones permiten elegir mejor la tensión máxima (V0max) y la tensión mínima (V0min) de la subestación y la corriente de umbral (I0) usadas, por ejemplo, en la primera iteración del procedimiento según la invención.
El procedimiento según la invención puede comprender una etapa de medición de una tensión alterna CA en vacío, preferiblemente durante una determinada duración, proporcionada por la red eléctrica de alta tensión a dicha subestación.
El procedimiento según la invención puede comprender una etapa de conversión, por el ondulador, de las mediciones de la tensión alterna (CA) proporcionada por la red eléctrica de alta tensión, en una tensión continua (CC).
Esta medición permite al procedimiento según la invención conocer el valor de la tensión alterna (CA) en vacío de la subestación, lo cual permite elegir mejor la tensión máxima (V0max) y la tensión mínima (V0min) de la subestación usada, por ejemplo, en la primera iteración del procedimiento según la invención.
Por tanto, el procedimiento según la invención se adapta mejor a las variaciones de tensión de la red eléctrica de alta tensión, eligiendo, por ejemplo, en la etapa de inicialización, una tensión máxima más próxima al estado real de la red eléctrica, en el momento de la puesta en práctica del procedimiento según la invención, limitando de ese modo las pérdidas de conversión de la energía de frenado y la corriente de bucle.
El procedimiento según la invención puede comprender una etapa previa, realizada antes de la primera iteración de la fase de ajuste, y durante la cual pueden definirse los valores de la tensión mínima, de la tensión máxima y de la corriente de umbral.
Por tanto, el procedimiento según la invención comprende una etapa previa antes de iniciar el procedimiento, de manera que se fijen ciertas magnitudes útiles para la realización de dicho procedimiento, para la subestación considerada.
El procedimiento según la invención puede comprender, después de la etapa de atribución, una etapa de transmisión del valor de la tensión de umbral ajustado en la etapa de atribución, al ondulador reversible.
Por tanto, según el procedimiento según la invención, la tensión de umbral de activación de recuperación de energía se ajusta en tiempo real. Esto permite maximizar de este modo la cantidad de energía de frenado recuperada.
Además, esto permite adaptar rápidamente el modo de funcionamiento del ondulador, en caso, o no, de frenado de uno o varios vehículos ferroviarios. Por tanto, en el caso de una energía de frenado superior al umbral de tensión elegido según el procedimiento según la invención, el ondulador funcionará en modo de conversión de energía de frenado en energía alterna y, en el caso contrario, en modo conversión de energía alterna en energía continua, para alimentar las catenarias de vehículos ferroviarios.
La fase de ajuste puede repetirse cuando la corriente de umbral sea estrictamente inferior a la corriente medida proporcionada por la subestación.
Por tanto, la fase de ajuste del procedimiento según la invención, puede repetirse, lo cual permite, por ejemplo, adaptarse mejor a los cambios que se producen en la porción férrea cubierta por el procedimiento según la invención, y ajusta lo mejor posible la tensión de umbral en función de estos cambios.
El procedimiento según la invención puede comprender una etapa de comunicación de los datos a un servidor remoto mediante medios de comunicación.
Los medios de comunicación pueden comprender un dispositivo 3G inalámbrico.
Los datos comunicados al servidor remoto pueden comprender la tensión continua medida y la corriente medida proporcionadas por la subestación, y/o la tensión de alta tensión continua medida de la red eléctrica, y/o la tensión de umbral ajustada enviada al ondulador, y/o datos relativos a la iteración y/o a un estado de dicho procedimiento. Los datos así comunicados pueden usarse para:
- realizar un seguimiento del estado del consumo y/o de la recuperación de energía por el ondulador, y/o
- controlar el funcionamiento del procedimiento según la invención.
Según otro aspecto de la invención, se propone un dispositivo de control de un ondulador reversible, controlado en caída, asociado a una subestación que alimenta una sección de vía férrea, usándose dicho ondulador para una recuperación de la energía en el frenado dentro de dicha sección, activada más allá de una tensión, denominada tensión de umbral, limitada por una tensión mínima y una tensión máxima definidas con respecto a dicha tensión de umbral. El dispositivo según la invención, comprende:
- un primer medio de medición dispuesto para proporcionar una medición de la corriente proporcionada por dicha sección de vía férrea,
- un segundo medio de medición dispuesto para proporcionar una medición de la tensión continua proporcionada por la subestación a dicha sección de vía férrea, y
- al menos un módulo de cálculo;
dispuestos para poner en práctica un procedimiento según la invención descrito anteriormente.
Por tanto, el dispositivo según la invención comprende los medios para poner en práctica cualquier combinación de las etapas puestas en práctica por el procedimiento según la invención, descrito anteriormente.
El dispositivo según la invención puede comprender, además, un tercer medio de medición, dispuesto para proporcionar una medición de la tensión continua de la red eléctrica de alta tensión a dicha subestación.
El dispositivo según la invención puede comprender al menos medios de comunicación dispuestos para comunicar datos con un servidor remoto.
Los medios de comunicaciones pueden comprender un dispositivo 3G inalámbrico.
El dispositivo de control de un ondulador reversible puede comprender medios de comunicación dispuestos para conectar dicho dispositivo a un bus de tipo de red de área de controlador (CAN) y/o a dispositivos que tengan entradas y/o salidas analógicas o digitales.
El dispositivo puede comprender un medio de visualización de datos dispuesto para que un usuario realice un seguimiento en tiempo real del funcionamiento de dicho dispositivo.
El dispositivo según la invención puede comprender, además, al menos un puerto de conexión dispuesto para conectar dicho dispositivo con al menos un controlador de ondulador reversible que funcione en caída.
Según otro aspecto de la invención, se propone un ondulador reversible, controlado en caída, que comprenda al menos un dispositivo según la invención.
Breve descripción de los dibujos
Otras ventajas y características se desprenderán tras examinar la descripción detallada de ejemplos en absoluto limitativos, y de los dibujos adjuntos, en los que:
[Figura 1] la Figura 1 es una representación esquemática no limitativa del desarrollo del procedimiento según la invención,
[Figura 2] la Figura 2 es una representación esquemática no limitativa de una característica de caída de un ondulador reversible de IGBT según el estado de la técnica,
[Figura 3] la Figura 3 es una representación esquemática no limitativa de una característica de caída de un ondulador reversible de IGBT controlado mediante el procedimiento según la invención, y
[Figura 4] la Figura 4 es una representación esquemática no limitativa de un dispositivo de control según la invención, conectado a una subsección de vía férrea.
Descripción detallada de las figuras
Se debe entender que las realizaciones que van a describirse a continuación, no son en absoluto limitativas. Concretamente, podrán concebirse variantes de la invención que sólo comprendan una selección de las características descritas a continuación, aisladas de las demás características descritas, si esta selección de características es suficiente para conferir una ventaja técnica, o para distinguir la invención con respecto al estado de la técnica anterior. Esta selección comprende al menos una característica preferiblemente funcional, sin detalles estructurales, o tan sólo con una parte de los detalles estructurales, si esta parte es únicamente suficiente para conferir una ventaja técnica, o para distinguir la invención con respecto al estado de la técnica anterior.
En particular, todas las variantes y todas las realizaciones descritas pueden combinarse entre sí, si no hay nada que se oponga a esta combinación, desde el punto de vista técnico.
En las figuras, los elementos comunes a varias figuras conservan la misma referencia.
Además, el elemento N en la Figura 1 ilustra el hecho de que no se alcanza y/o satisface una condición.
El elemento O en la Figura 1 ilustra el hecho de que se alcanza y/o satisface una condición.
En la presente descripción, el término tensión en vacío corresponde a una tensión medida sin tracción. Por ejemplo, el término tensión en vacío de la subestación, corresponde a una tensión medida de la subestación cuando no hay ningún tren que consuma o produzca energía.
La Figura 1 es una representación esquemática no limitativa de un ejemplo de realización no limitativo de un procedimiento según la invención.
El procedimiento 100, representado en la Figura 1, se aplica a un ondulador reversible controlado en caída de tensión y asociado a una subestación que alimenta una sección de vía férrea. En el caso del procedimiento 100, el ondulador se usa para la recuperación de energía de frenado dentro de la sección a la que está conectado el ondulador. La recuperación de la energía de frenado por el ondulador se activa a partir de una tensión V0 , denominada tensión de umbral V0.
Para ello, el procedimiento 100 comprende una primera etapa aguas arriba:
- de medición 126 de la tensión V1 en vacío de la subestación, durante una duración predeterminada,
- de medición 124 de la corriente I1 proporcionada por la subestación, durante una duración predeterminada. La etapa 126 aguas arriba de medición de la tensión V1 en vacío de la subestación, corresponde a un registro de mediciones de la tensión en vacío V1 de la subestación, durante una duración bastante larga, por ejemplo, una semana. La tensión V1 medida es una tensión continua CC.
La etapa 124 aguas arriba de medición de la corriente I1 en vacío proporcionada por la subestación, corresponde a un registro de mediciones de la corriente en vacío I1 de la subestación, durante una duración bastante larga, por ejemplo, una semana.
Las etapas 124, 126 de mediciones permiten elegir un intervalo de variación de la tensión de umbral V0.
La etapa 126 de medición de la tensión en vacío V1 de la subestación, se realiza en el lado en donde la subestación se alimenta con tensión continua CC.
En una variante del procedimiento 100, no ilustrada, la medición de la tensión en vacío de la subestación puede realizarse en el lado en donde la subestación se alimenta por la red eléctrica alterna CA de alta tensión, por ejemplo, aguas arriba de un transformador de 63 kV (kilovoltios) conectado a la subestación, y dispuesto para alimentar la subestación con alta tensión alterna CA. En esta configuración, el procedimiento 100 comprende una medición de una tensión en vacío alterna de alta tensión (etapa no ilustrada). A continuación, se convierte este registro de mediciones de tensiones alternas por el ondulador en tensión continua CC, para después usarse por el procedimiento 100 para determinar la tensión de umbral V0.
En el caso del procedimiento 100 ilustrado en la Figura 1, la medición de la tensión en vacío V1 de la subestación se realiza en el lado en donde la subestación se alimenta con tensión continua CC.
A continuación, el procedimiento 100 comprende una etapa 114, denominada etapa previa 114, en la que se definen parámetros de entrada. Estos parámetros de entrada pueden comprender una tensión mínima en vacío Vümin, una tensión máxima en vacío V0max, y una corriente de umbral en vacío I0 , predefinidas para la subestación.
La corriente de umbral I0 corresponde normalmente a un valor de corriente para el que la tensión de la subestación se considera una tensión en vacío si una corriente proporcionada por la subestación es inferior a este umbral I0.
Las tensiones mínima V0m¡n y máxima V0max corresponden, en cuanto a la primera, a una tensión continua CC en vacío mínima de la subestación a la que está asociado y/o conectado el ondulador y, con respecto a la segunda, a una tensión continua CC máxima en vacío de la subestación. Estas variaciones de tensión continua CC, tensión mínima V0min, y tensión máxima V0max, están asociadas a variaciones de la tensión de la red de alta tensión que alimenta la subsección. Las tensiones mínima V0min y máxima V0max se definen con respecto a la tensión de umbral V0 , que corresponde a la tensión en vacío V0 real de la subestación, en un instante dado. Por tanto, las tensiones mínima V0m¡n y máxima V0max representan el intervalo de las variaciones de la tensión umbral V0 que no puede ser inferior a la tensión mínima V0min ni superior a la tensión máxima V0max. Por ejemplo, las tensiones máxima V0max y mínima V0min son iguales, respectivamente, a /- 5 V con respecto a la tensión de umbral V0 , en un instante dado.
Las etapas 124, 126 de medición de la corriente Ii y de la tensión Vi realizadas aguas arriba, permiten definir los parámetros V0min, V0max e I0.
La definición de los parámetros de entrada V0min, V0max e I0 se realiza manualmente por un operario y/o automáticamente. En el caso considerado, la introducción de los parámetros V0min, V0max e I0 se realiza manualmente por un operario.
La tensión mínima V0min corresponde al valor mínimo de tensión en vacío registrado durante la etapa 126 aguas arriba de medición de tensión V1 de la subestación.
La tensión máxima V0max corresponde al valor máximo de tensión en vacío registrado durante la etapa 126 aguas arriba de medición de tensión V1 de la subestación.
Por su parte, el valor de la corriente de umbral I0 se determina según varios parámetros, que pueden ser:
- la calidad de la medición de la corriente proporcionada por la subestación,
- una dinámica del sistema de recuperación de la energía de frenado, y una dinámica del procedimiento 100 referente a una estimación de la tensión de umbral V0.
El valor de la corriente de umbral I0 se elige de manera que se permita que el sistema de recuperación de la energía de frenado y el procedimiento según la invención reaccionen cuando aparezca una reducción de corriente en una fase de prefrenado de un tren. Dicho de otro modo, esto confiere, al sistema de recuperación de la energía de frenado y al procedimiento según la invención, un plazo de tiempo antes de reaccionar.
Cuando se declaran los parámetros de entrada V0min, V0max e I0 en la etapa previa 114, el procedimiento comprende al menos una iteración de una fase 102 de ajuste del valor de la tensión de umbral V0 del ondulador.
La fase 102 de ajuste comprende, en primer lugar, una etapa de inicialización 110, en la que el procedimiento 100 inicializa la tensión umbral V0 y le atribuye el valor de la tensión máxima Vümax predefinido en la fase previa 114. A continuación, la fase 102 de ajuste comprende:
- una etapa 104 de medición de una corriente Im proporcionada por la subestación a la sección de vía férrea, y - una etapa 106 de medición de una tensión Vm proporcionada por la subestación a la sección de vía férrea.
La etapa 106 de medición de la tensión Vm proporcionada por la subestación, y la etapa de medición de la corriente proporcionada por la subestación, se realizan (es decir, se llevan a cabo) de manera permanente desde el comienzo del procedimiento 100 según la invención, es decir, mediante realizaciones de mediciones continuas (es decir, ininterrumpidas) de la tensión Vm y de la corriente Im, durante toda la duración del procedimiento 100.
La tensión medida Vm es una tensión continua CC en vacío proporcionada por la subestación.
La corriente medida Im es una corriente en vacío proporcionada por la subestación.
Las etapas 104, 106 y 112 de medición se realizan simultáneamente o de manera desfasada.
La etapa 104 de medición de la corriente Im se realiza con un sensor de corriente, por ejemplo, una pinza amperométrica o un bucle de inducción.
A continuación, la fase 102 de ajuste comprende una etapa 108 de atribución de la tensión medida Vm a la tensión de umbral V0.
La etapa 108 de atribución comprende una verificación de una condición de modificación 1081 de la tensión de umbral V0. Esta condición 1081 se realiza cuando:
- la corriente Im proporcionada por la subestación sea estrictamente inferior a la corriente umbral I0 , y
- la tensión Vm de la subestación sea estrictamente superior a la tensión mínima V0min.
Si no se realiza o satisface la condición 108i, el procedimiento retoma las etapas 104, 106, 112 de medición.
Si se satisface la condición 1081, el procedimiento 100 realiza una atribución 1082. La atribución 1082 está configurada para atribuir el valor de la tensión Vm medido en la tensión de umbral del ondulador V0. Por tanto, la tensión de umbral V0 es igual a la tensión Vm medida.
La condición 1081 se satisface normalmente durante una ausencia de paso de uno o varios vehículos, y/o durante un frenado de uno o varios vehículos en la sección de vía férrea considerada.
A continuación, la fase 102 de ajuste del procedimiento 100 comprende una etapa 116 de transmisión de la tensión de umbral V0 a un controlador del ondulador que funciona en caída de tensión.
La etapa 116 de transmisión puede realizarse de manera cableada o inalámbrica.
Por tanto, después de la etapa 108 de atribución y/o la 116 de transmisión, si la energía de frenado producida por uno o varios vehículo(s) ferroviario(s), presente(s) en la sección de vía férrea afectada, produce una energía de frenado superior a la tensión de umbral V0 , y esta energía de frenado no se consume por otros trenes, entonces el controlador del ondulador reversible activa el ondulador en modo de conversión de energía continua CC, la energía de frenado, en energía alterna CA. Por tanto, hay un flujo de esta energía convertida hacia la red alterna que alimenta la subsección. Por tanto, se recicla y se reutiliza la energía de frenado, lo cual permite ahorros de energía.
Durante el procedimiento 100, el valor de la tensión de umbral V0 , anteriormente atribuido en la etapa 108 de atribución, permanece inalterado a lo largo de toda la fase de frenado de uno o varios vehículos ferroviarios, y mientras la corriente proporcionada por la subestación Im esté y/o permanezca estrictamente por debajo de la corriente de umbral I0.
Por tanto, no se realiza una nueva iteración de la fase 102 de ajuste mientras la corriente Im proporcionada por la subestación esté y/o permanezca estrictamente por debajo de la corriente de umbral I0. Esta condición se somete a prueba durante una etapa 118 denominada condición 118 de iteración.
Si la corriente medida Im no es estrictamente superior a la corriente de umbral I0 , entonces la fase 102 de atribución no puede pasar a la siguiente iteración. En este caso, la tensión de umbral V0 elegida en la etapa 108 de atribución permanece inalterada. El procedimiento 100 no puede avanzar más, y repite la etapa 114 de medición de la corriente Im proporcionada por la subestación, hasta que la corriente medida Im proporcionada por la subestación sea estrictamente superior a la corriente de umbral I0.
Si la corriente medida Im es estrictamente superior a la corriente de umbral I0 , entonces se satisface la condición 118 de iteración. La fase 102 de atribución pasa a la siguiente iteración.
La corriente Im medida se vuelve normalmente superior a I0 cuando, por ejemplo, hay un paso de un nuevo vehículo.
Cuando se satisface la condición 118 de iteración, entonces el procedimiento 100 pasa a una nueva iteración de la fase 102 de ajuste, que comienza por la etapa 110 de inicialización de la tensión de umbral V0.
Por tanto, la etapa 110 de inicialización reinicializa el valor de la tensión umbral V0 del ondulador, y le atribuye el valor de tensión máxima Vümax.
En el caso de la etapa 110 de inicialización de esta nueva iteración de la fase 102 de ajuste, son posibles dos casos:
- o bien, durante una nueva iteración de la fase 102 de ajuste, se elige el valor de la tensión máxima V0max usado en la etapa 110 de inicialización como el valor de la tensión máxima V0max obtenido durante la iteración anterior. Por tanto, partiendo de la tensión de umbral V0 obtenida en la etapa de atribución 108 de la iteración anterior (de la fase 102 de ajuste), el procedimiento 100 vuelve a calcular el valor de la tensión máxima V0max, e inicializa este valor como siendo igual a la tensión de umbral V0 declarada en la etapa de inicialización de esta nueva iteración. En este caso, el valor de la tensión de umbral V0 inicializada en la etapa 110 de inicialización, puede variar de una iteración de la fase 102 de ajuste a otra, o bien
- durante una nueva iteración de la fase 102 de ajuste, se elige el valor de la tensión máxima V0max usado durante la etapa 110 de inicialización como el valor de la tensión máxima V0max usado durante la etapa 110 de inicialización de la primera iteración de la fase 102 de ajuste. Por tanto, en este caso, el valor de la tensión de umbral V0 inicializada en la etapa 110 de inicialización, es constante (es decir, permanece inalterado) de una iteración de la fase 102 de ajuste a otra.
Los dos puntos mencionados anteriormente pueden definirse antes del comienzo de la puesta en práctica del procedimiento 100. Más particularmente, esta elección puede modificarse a lo largo del procedimiento 100.
Por tanto, el procedimiento 100 adapta el valor de tensión de umbral V0 del ondulador, en función de la corriente Im y de la tensión Vm medidas en un instante dado. Por tanto, el procedimiento 100 realiza una modificación de la tensión de umbral V0 de manera dinámica, teniendo un conocimiento más fino del entorno al que está conectado el ondulador.
Ahora va a describirse, con la ayuda de las Figuras 2 y 3, una característica 200 de caída de un ondulador reversible de IGBT según el estado de la técnica y, respectivamente, una característica 300 de caída de un ondulador reversible de IGBT según la invención.
La variación de corriente Im proporcionada por la subestación está posicionada en el eje de las abscisas, y la variación de tensión Vm proporcionada por la subestación está posicionada en el eje de las ordenadas.
Estas características 200 y 300 ilustran dos partes distintas del modo de funcionamiento de un ondulador reversible de IGBT controlado en caída de tensión.
La parte de las características 200 y 300 posicionada a la derecha del eje de las ordenadas, es decir, para corrientes Im positivas, ilustra un modo en donde el ondulador reversible de IGBT funciona en modo rectificador I, es decir, que el ondulador realiza una conversión de potencia alterna en continua CA/CC. Por tanto, hay una conversión de tensión alterna CA en tensión continua CC.
La parte de las características 200 y 300 posicionada a la izquierda del eje de las ordenadas, es decir, para corrientes Im negativas, ilustra un modo en donde el ondulador reversible de IGBT funciona en modo ondulador II, es decir, que el ondulador realiza una conversión de potencia continua en alterna CC/CA. Por tanto, hay una conversión de tensión continua CC en tensión alterna CA. Es el caso, por ejemplo, de la recuperación de la energía de frenado para alimentar la red eléctrica alterna de alta tensión.
Para las dos características 200 y 300 del ondulador reversible de IGBT, la variación de tensión del ondulador reversible de IGBT sigue una variación lineal.
Esta variación lineal se denomina tensión de referencia Vref, y está definida por una pendiente 1/kcaída, representando kcaída el coeficiente de caída. La variación de tensión del ondulador es lineal a ambos lados del eje de las ordenadas de las características 200 y 300, por tanto, es lineal de un modo al otro, es decir, durante el modo rectificador I y durante el modo ondulador II.
En las características 200 y 300, se representan las variaciones de tensión del ondulador que funcionan para tensiones máximas probables Vmax y mínimas probables Vmin de la subestación. Estas variaciones comprenden puntos de funcionamiento característicos que representan la tensión continua CC máxima probable en vacío Vümax y mínima probable en vacío V0min en vacío de la subestación cuando la subestación comprende una corriente de umbral I0.
La variación de la tensión del funcionamiento del ondulador en modo rectificador I y en modo ondulador II, está conectada mediante un umbral de caída, Vs, que activa:
- el modo ondulador II del ondulador reversible de IGBT, si la tensión en sus bornes Vm es superior al umbral de caída Vs, y
- el modo rectificador I del ondulador reversible de IGBT, si la tensión en sus bornes Vm es inferior al umbral de caída.
Para la característica 200, sólo se representa la variación de tensión en el modo ondulador II.
En efecto, esto se debe a que, para la característica 200, el umbral de activación Vs es fijo y está predefinido por los fabricantes.
El umbral de activación Vs es fijo con respecto a la tensión continua en vacío V0 de la subestación. Por tanto, el modo ondulador II no tiene en cuenta la variación de tensión que evoluciona en el modo rectificador II.
La tensión de umbral Vs está posicionada en el eje de las ordenadas, es decir, posicionada a nivel de la corriente en vacío I0 , y es superior a la tensión en vacío máxima V0max. La tensión en vacío máxima V0max corresponde a la tensión continua CC máxima probable en vacío de la subestación. De este modo, el umbral de activación Vs es, por tanto, estrictamente superior a la tensión máxima V0max, lo cual permite evitar una conexión en bucle de la corriente, es decir, una corriente parásita, entre el rectificador y el ondulador. No obstante, la desviación entre el umbral de activación Vs y la tensión máxima V0max, ilustra que hay una pérdida de recuperación de energía de frenado para los casos de una tensión en vacío V0 baja.
La característica 300 se obtiene mediante el procedimiento 100 de control de un ondulador reversible, controlado en caída.
La característica 300 tiene en cuenta la variación de tensión en modo rectificador II.
Para la característica 300, es decir, la característica que ilustra el funcionamiento de un ondulador según el procedimiento 100, la pendiente de la variación lineal entre el modo rectificador I y el modo ondulador II es la misma. En el caso del procedimiento 100 de control de un ondulador reversible, controlado en caída, el umbral de activación Vs se ajusta en función de la tensión en vacío V0 actual de la subestación. El umbral de activación Vs en la característica 400 es igual a la tensión de umbral V0 ajustada en la fase 102 de ajuste. Por tanto, según el procedimiento 100, la tensión de referencia Vref varía en función de la tensión de umbral V0 (es decir, la tensión en vacío de la subestación), que varía, a su vez, en función de la tensión Vm proporcionada por la subestación. El procedimiento 100 está dispuesto para actualizar el valor de la tensión de referencia Vref del control en caída, ajustando el valor de la tensión de umbral V0.
Más precisamente, la modificación de la tensión de umbral V0 modifica la referencia de potencia activa del ondulador, lo cual conduce a una modificación de la tensión continua CC Vref del ondulador
La tensión de umbral V0 está limitada por las tensiones máxima Vümax y mínima Vümin, la tensión Vref está a su vez limitada por una tensión máxima de referencia Vref max y mínima de referencia Vref min.
Las tensiones Vref max y Vref min varían en función de las tensiones máxima V0max y mínima V0m¡n introducidas en la fase previa 114 del procedimiento 100.
La pendiente de la característica de caída Vref en la característica 400, siempre es constante (ya que la impone el fabricante), pero el umbral de caída, en este caso V0 , puede modificarse para realizar un seguimiento de las variaciones de la tensión en vacío V0 de la subestación.
Por tanto, según el procedimiento 100:
- el umbral de activación V0 puede modificarse, y se adapta en función de las variaciones Vm en tensión de la subestación,
- la variación lineal de la pendiente de la tensión Vref es lineal, y conserva el mismo coeficiente de caída kcaída. La Figura 4 es una representación esquemática de un ejemplo de realización no limitativo de un dispositivo 400 según la invención, conectado a una subsección 404 de vía férrea 406.
Una conexión 428 de tensión conecta la red eléctrica 408 de alta tensión a la subestación 404. La conexión 428 de tensión alimenta la subestación 404, con una tensión alterna CA proporcionada por la red eléctrica 408 de alta tensión. Un transformador 422 está posicionado en la conexión 428 de tensión. El transformador está posicionado entre la red eléctrica 408 de alta tensión y la subestación 404.
El transformador 422 es, por ejemplo, un transformador de 63 kV (kilovoltios) conectado a la subestación 404.
El ondulador 402 está conectado a la red eléctrica 408 de alta tensión CA mediante un cable 430 de conexión que está conectado a la conexión 428 de tensión a nivel de un nodo 432.
El nodo 432 está posicionado en la conexión 428 de alta tensión, entre el transformador 422 y la subestación 404. El dispositivo 400 de control de un ondulador 402 reversible está previsto para posicionarse en una subestación 404 que alimenta una sección 406 de vía férrea. La subsección 406 de vía férrea comprende un ondulador 402 reversible, controlado en caída de tensión por el dispositivo 400 dispuesto para recuperar energía de frenado dentro de la sección 406 de vía férrea. La recuperación de energía de frenado se activa más allá de la tensión de umbral V0 , limitada por la tensión mínima V0min y la tensión máxima V0max.
El dispositivo 400 comprende un módulo 4001 de estimación conectado a un controlador 4002 en caída de tensión del ondulador 402.
Para ajustar la tensión de umbral V0 según el procedimiento 100 presentado en las figuras anteriores, el dispositivo 400 comprende un primer medio de medición (no ilustrado) dispuesto para medir la corriente Im proporcionada por la subestación 404.
El primer medio de medición comprende un sensor de corriente. El sensor de corriente puede ser, por ejemplo, una pinza amperométrica y/o un bucle de inducción.
La corriente Im se mide a nivel de un punto 420 posicionado en un cable 410 de conexión que conecta una catenaria 418 con el ondulador 402 y un rectificador 412 de diodos posicionado en la subestación 404.
El dispositivo 400 comprende, además, un segundo medio de medición (no ilustrado) dispuesto para medir la tensión Vm proporcionada por la subestación 404.
La tensión Vm es una tensión continua CC en vacío. La tensión Vm es una medición a nivel de una conexión 411 en tensión entre la subestación 404 y la catenaria 418. La conexión 411 en tensión alimenta la catenaria 418 con la tensión continua proporcionada por la subestación 404.
En la Figura 4, el cable 410 de conexión y la conexión 411 están fusionados.
La tensión Vm se mide a nivel del punto 420 posicionado en la conexión 411.
En una variante del dispositivo 400, el dispositivo 400 comprende un tercer medio de medición (no ilustrado) dispuesto para medir una tensión Vht (no ilustrada) de la red eléctrica 408 de alta tensión proporcionada a la subestación 404. La tensión Vht es una tensión alterna CA representativa de una tensión alterna CA en vacío de la subestación 404. La tensión Vht se mide en la conexión 428 de alta tensión, aguas arriba del transformador 422, es decir, entre la red eléctrica 408 de alta tensión y el transformador 422.
El segundo medio de medición y el tercer medio de medición comprenden, cada uno, un sensor de tensión.
La tensión continua CC en vacío V1 se mide a nivel del punto 420, es decir, en el mismo lugar que la medición de la tensión Vm.
La corriente I1 en vacío se mide a nivel del punto 420, es decir, en el mismo lugar que la medición de corriente Im. El registro de las mediciones de la tensión V1 permite definir la tensión mínima Vümin y la tensión máxima Vümax. En una variante del dispositivo 400, la tensión Vht se convierte por el ondulador 402. Esta tensión convertida puede usarse para definir la tensión mínima V0m¡n y la tensión máxima V0max.
El registro de la corriente I1 permite definir la corriente de umbral I0.
La subestación 404 comprende los rectificadores 412 de diodo dispuestos para convertir la tensión alterna CA proporcionada por la red eléctrica 408 de alta tensión en la subestación 404.
Un tren 424 circula por la sección 406 de vía férrea. El tren 424 se alimenta por un pantógrafo 416 que conecta la catenaria 418 al tren 424. La catenaria 418 se alimenta con la tensión continua CC proporcionada a la subestación 404 por la conexión 411.
En un instante dado, el tren 424 frena, por ejemplo, en una parada a nivel de una estación (no ilustrada). De esta manera, se convierte energía mecánica de frenado en energía eléctrica, por ejemplo, en una tensión continua CC. Esta energía de frenado convertida se inyecta en la línea de alimentación del tren 424, es decir, que pasa por el pantógrafo 416 y la catenaria 418. A continuación, la energía de frenado convertida procedente del tren 424, circula pasando por la conexión 411 y por un hilo 426 que conecta el ondulador 402 a la catenaria 418 por medio de la conexión 411.
El ondulador 402 está conectado a la red eléctrica 408 de alta tensión por el cable 430 de conexión. Por tanto, si se cumplen las condiciones 1081 de la etapa 108 de atribución, la energía de frenado producida por el tren 424 (convertida en energía eléctrica continua CC) se convierte, por el ondulador 402, en una tensión alterna CA. Esta tensión alterna CA se transmite a la red eléctrica 408 de alta tensión por el cable 430 de conexión conectado a la conexión 428 de tensión.
Las mediciones de la corriente Im y de la tensión Vm proporcionadas por la subestación 404 se introducen y/o se envían a la entrada del módulo 4001 de estimación del dispositivo 400.
El módulo 4001 de estimación también necesita la definición de los parámetros de entrada V0min, V0max, I0 , definidos en la etapa previa 114 del procedimiento 100.
Para poner en práctica la combinación de las etapas puestas en práctica por el procedimiento 100, el dispositivo 400 comprende un procesador y/o una tarjeta de cálculo digital (no ilustrados), dispuestos para ejecutar un algoritmo de estimación de la tensión de umbral. El algoritmo de la tensión de umbral está programado para poner en práctica las etapas del procedimiento 100.
En cada iteración de la fase 102 de ajuste, el módulo 400i de estimación está dispuesto para transmitir al controlador del ondulador 4002 la tensión de umbral V0 ajustada mediante el algoritmo de estimación del módulo 4001 de estimación.
Por tanto, el módulo 4001 de estimación comprende, en la entrada, la tensión Vm y la corriente Im medidas, el intervalo de variación de la tensión en vacío de la subestación 404, declarando la tensión mínima Vümin y Vümax, y la corriente de umbral I0.
Para realizar la etapa 116 de transmisión, el dispositivo 400 comprende al menos un puerto de conexión dispuesto para conectar dicho dispositivo 400 con el controlador 4002 del ondulador 402 reversible que funciona en caída. El dispositivo 400, comprende, además, medios 414 de comunicaciones dispuestos para comunicar datos con un servidor remoto (no ilustrado).
Los datos pueden comprender la corriente Im y la tensión Vm medidas, y/o la tensión de umbral V0 transmitida en la etapa 116 de transmisión.
Los medios 414 de comunicaciones pueden comprender un dispositivo 3G inalámbrico y/o una antena de radiofrecuencia.
El dispositivo 400 puede comprender medios de comunicación (no ilustrados) dispuestos para conectar dicho dispositivo a un bus de tipo de red de área de controlador (CAN) y/o a dispositivos que tengan entradas y/o salidas analógicas y digitales.
El dispositivo 400 comprende, además, una consola (no ilustrada) dispuesta para controlar y/o visualizar el funcionamiento del dispositivo 400 y/o los diferentes datos de entradas y de salida del dispositivo 400 a un usuario. En una variante del dispositivo 400, el ondulador 402 reversible controlado en caída comprende al menos un dispositivo 400. Por tanto, el ondulador 402, y el módulo 4001 de estimación y el controlador 4002 en caída de tensión, pueden ensamblarse en un mismo dispositivo (es decir, elemento).
Evidentemente, la invención no se limita a los ejemplos que acaban de describirse. Pueden aportarse numerosas modificaciones a estos ejemplos, sin salir del contexto de la presente invención tal como se describe, describiéndose la invención por las reivindicaciones independientes.

Claims (12)

REIVINDICACIONES
1. Procedimiento (100) de control de un ondulador reversible (402) asociado a una subestación (404) que alimenta una sección (406) de vía férrea, usándose dicho ondulador (402) reversible para una recuperación de energía en el frenado dentro de dicha sección (406), activada más allá de una tensión (V0), denominada tensión de umbral, limitada por una tensión mínima (Vümin) y una tensión máxima (V0max) definidas con respecto a dicha tensión de umbral (V0), caracterizado porque el ondulador (402) se controla en caída y porque dicho procedimiento comprende al menos una iteración de una fase de ajuste (1 0 2 ) de dicha tensión umbral (V0) de dicho ondulador, y que comprende las siguientes etapas:
- medir (104) una corriente (Im) proporcionada por dicha subestación (404) a dicha sección (406) de vía férrea;
- medir (106) una tensión continua (Vm) proporcionada por la subestación (404) a dicha sección (406) de vía férrea;
- atribuir (108) el valor medido de dicha tensión continua (Vm) a dicha tensión umbral (V0), cuando:
• la corriente medida (Im) es estrictamente inferior a un valor de corriente (I0) predefinido para dicha subestación (404), denominada corriente de umbral, y que corresponde a una tensión en vacío de dicha subestación (404), y
• dicha tensión continua (Vm) es estrictamente superior al umbral mínimo (V0m¡n).
2. Procedimiento (100) según la reivindicación 1, caracterizado porque la fase (102) de ajuste comprende una etapa (1 1 0 ) de inicialización, en donde la tensión de umbral (V0) se define igual a tensión máxima (V0max).
3. Procedimiento (100) según la reivindicación anterior, caracterizado porque, durante una nueva iteración, el valor de la tensión máxima (V0max) usado durante la etapa (1 1 0 ) de inicialización, se elige como el valor de la tensión máxima (V0max) obtenido durante la iteración anterior, volviendo a calcularse dicho valor de tensión máxima durante la iteración anterior, en función del valor de la tensión umbral (V0) obtenido en la etapa (108) de atribución.
4. Procedimiento (100) según la reivindicación 2, caracterizado porque, durante una nueva iteración, el valor de la tensión máxima (V0max) usado durante la etapa (1 1 0 ) de inicialización, se elige como el valor de la tensión máxima (V0max) usado durante la etapa (1 1 0 ) de inicialización de la primera iteración.
5. Procedimiento (100) según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque comprende, antes de la primera iteración de la fase de ajuste:
- una etapa (126) de medición, durante una duración predeterminada, de una tensión continua (V1) proporcionada por la subestación (404) a dicha sección (406) de vía férrea, y
- una etapa (124) de medición, durante una duración predeterminada, de una corriente continua (I1) proporcionada por dicha subestación (404) a dicha sección (406) de vía férrea.
6. Procedimiento (100) según la reivindicación anterior, caracterizado porque comprende una etapa previa (114), realizada antes de la primera iteración de la fase (102) de ajuste, y durante la cual se definen los valores de la tensión mínima (V0min), de la tensión máxima (V0max) y de la corriente de umbral (I0).
7. Procedimiento (100) según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque comprende, después de la etapa (1 0 2 ) de atribución, una etapa (116) de transmisión del valor de la tensión de umbral (V0) ajustado en la etapa de atribución, al ondulador reversible (402).
8. Procedimiento (100) según la reivindicación anterior, caracterizado porque la fase de ajuste se repite cuando la corriente de umbral (I0) es estrictamente inferior a la corriente medida (Im) proporcionada por la subestación.
9. Dispositivo (400) de control de un ondulador reversible (402), controlado en caída, asociado a una subestación (404) que alimenta una sección (406) de vía férrea, usándose dicho ondulador (402) para una recuperación de la energía en el frenado dentro de dicha sección (406), activada más allá de una tensión (V0), denominada tensión de umbral (V0), limitada por una tensión mínima (V0min) y una tensión máxima (V0max) definidas con respecto a dicha tensión de umbral (V0), comprendiendo dicho dispositivo (400):
- un primer medio de medición dispuesto para proporcionar una medición de la corriente (Im) proporcionada por dicha sección (406) de vía férrea,
- un segundo medio de medición dispuesto para proporcionar una medición de la tensión continua (Vm) proporcionada por la subestación (404) a dicha sección (406) de vía férrea, y
- al menos un módulo (4001) de cálculo;
dispuestos para poner en práctica un procedimiento (1 0 0 ) según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores.
10. Dispositivo (400) según la reivindicación anterior, caracterizado porque comprende, además, un tercer medio de medición dispuesto para proporcionar una medición de la tensión continua (Vht) de la red eléctrica (408) de alta tensión en dicha subestación (404).
11. Dispositivo (400) según una cualquiera de las reivindicaciones 9 o 10, caracterizado porque comprende, además, al menos un puerto de conexión dispuesto para conectar dicho dispositivo (400) con al menos un controlador (4002) de ondulador reversible (402) que funciona en caída.
12. Ondulador reversible (402), controlado en caída, que comprende al menos un dispositivo (400) según una cualquiera de las reivindicaciones 9-11.
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