PL223642B1

PL223642B1 - Uninterruptible power supply for catenary

Info

Publication number: PL223642B1
Application number: PL404444A
Authority: PL
Inventors: Adam Szeląg; Tadeusz Maciołek
Original assignee: Politechnika Warszawska
Priority date: 2013-06-25
Filing date: 2013-06-25
Publication date: 2016-10-31
Also published as: PL404444A1

Description

Opis wynalazkuDescription of the invention

Przedmiotem wynalazku jest zasilacz awaryjny dla sieci trakcyjnej.The subject of the invention is an emergency power supply for the overhead line.

Znane są układy zasilania awaryjnego w podstacjach trakcyjnych w postaci zespołów prostownikowych do rezerwowych linii energetycznych prądu przemiennego. Zasilanie sieci trakcyjnej przy awarii jednej linii wymaga prawidłowej pracy rezerwowej linii zasilającej prądu przemiennego. W przypadku braku napięcia również w linii rezerwowej brak jest możliwości zasilania sieci trakcyjnej i nie można zasilać pociągów.There are known emergency power supply systems in traction substations in the form of rectifier units for backup AC power lines. Supplying the traction network in the event of failure of one line requires proper operation of the backup AC power line. In the event of a power failure also in the backup line, it is not possible to supply the traction network and the trains cannot be supplied.

Jeżeli wymagane jest zapewnienie zasilania nawet w przypadku braku napięcia we wszystkich liniach energetycznych prądu przemiennego np. w szpitalach to stosuje się wtedy zasilanie z odrębnie uruchamianych spalinowych agregatów prądotwórczych, złożonych z silnika spalinowego napędzającego generator elektryczny. Agregaty te mają ograniczoną moc ze względów ekonomicznych i zapewniają zasilanie tylko części obwodów elektrycznych. Moc chwilowa potrzebna do zasilania np. pociągu metra dostarczana z podstacji poprzez sieć trakcyjną jest bardzo duża.If it is required to provide power even in the event of a power failure in all AC power lines, e.g. in hospitals, then power is used from separately started combustion power generators, consisting of an internal combustion engine driving an electric generator. These generators are of limited power for economic reasons and provide power only to parts of the electrical circuits. The instantaneous power needed to power, for example, a metro train, delivered from a substation via the overhead contact line is very high.

Agregat dużej mocy wymaga długiego czasu rozruchu i ma niską sprawność energetyczną, ze względu na krótkie czasy pracy z obciążeniem znamionowym. Nie ma uzasadnienia ekonomicznego stosowania agregatów o tak dużej mocy i w czasie takiej awarii pociągi są zatrzymane. Ze względu na bezpieczeństwo pasażerów pociągi zatrzymane w tunelach, na wiaduktach szczególnie metra powinny mieć możliwość dojechania do najbliższej stacji.A high power generator requires a long start-up time and has a low energy efficiency due to its short operating times with the rated load. There is no economic justification for the use of aggregates with such high power and the trains are stopped during such a failure. Due to the safety of passengers, trains stopped in tunnels, especially on viaducts, should be able to reach the nearest station.

Celem wynalazku jest uzyskanie rozwiązania dodatkowego układu zasilania awaryjnego o m ałych gabarytach zapewniającego dużą moc elektryczną chwilową oraz możliwość długotrwałego zas ilania.The aim of the invention is to obtain a solution of an additional emergency power supply system with small dimensions, ensuring high electric power, instantaneous and the possibility of long-term supply.

Istota rozwiązania według wynalazku polega na tym, że wyjście prostownika połączone jest z zasobnikiem energii o dużej mocy jednostkowej. Równolegle to wyjście poprzez czoper dwukierunkowy i wyłącznik połączone jest z siecią trakcyjną oraz wyjście prostownika połączone jest z wejściem pomiarowym kontrolera napięciowo-prądowego a wyjście sterujące kontrolera napięciowo-prądowego połączone jest z wejściem sterującym generatora elektrycznego. Dodatkowe wyjście sterujące kontrolera napięciowo-prądowego połączone jest z wejściem sterującym silnika spalinowego. Równolegle do zasobnika energii o dużej mocy jednostkowej dołączony jest akumulator chemiczny poprzez układy przetwarzania napięcia. Zasobnik energii o dużej mocy jednostkowej ma postać zasobnika wirującego bezwładnościowego i ma postać zasobnika superkondensatorowego.The essence of the solution according to the invention consists in the fact that the rectifier output is connected to an energy storage with high specific power. At the same time, this output is connected to the overhead contact line through a bi-directional chopper and the circuit breaker, and the rectifier output is connected to the measuring input of the voltage-current controller, and the control output of the voltage-current controller is connected to the control input of the electric generator. The additional control output of the voltage-current controller is connected to the control input of the combustion engine. Parallel to the energy storage with high unit power, a chemical accumulator is connected via voltage conversion systems. The high-power energy store is in the form of an inertial rotating store and is in the form of a supercapacitor.

Rozwiązanie według wynalazku zapewnia dostarczanie energii elektrycznej do sieci trakcyjnej przy wielokrotnie większej mocy niż generator elektryczny. Naładowany zasobnik elektryczny pozwala na szybkie dołączenie zasilania i dostawę energii elektrycznej co pozwala na przejazd pociągu z tunelu do stacji.The solution according to the invention provides for the supply of electricity to the overhead contact line with a power that is many times greater than that of an electric generator. The charged electric accumulator allows for a quick connection of the power supply and the supply of electricity, which allows the train to travel from the tunnel to the station.

Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia układ zasilacza awaryjnego.The subject of the invention is shown in the embodiment in the drawing, in which Fig. 1 shows the circuit of the uninterruptible power supply.

Sieć trakcyjna 7 prądu stałego poprzez wyłącznik 6 i czoper dwukierunkowy 5 połączona jest z zasobnikiem energii o dużej mocy jednostkowej 4. Układ ma napędzany silnikiem spalinowym 1 generator elektryczny 2, którego wyjście połączone jest poprzez prostownik 3 z zasobnikiem energii o dużej mocy jednostkowej 4 i z wejściem pomiarowym kontrolera napięciowo-prądowego 8. Wyjście sterujące tego kontrolera połączone jest z wejściem sterującym generatora elektrycznego 2 a jego dodatkowe wyjście sterujące połączone jest z silnikiem spalinowym 1. Zasobnik energii o dużej mocy jednostkowej 4 może mieć postać zasobnika superkondensatorowego, albo zasobnika wirującego, bezwładnościowego. Zasobnik elektryczny 4 może być połączony także z akumulatorem chemicznym 9 poprzez układy przetwarzania napięcia 10.The DC traction network 7 is connected via a switch 6 and a two-way chopper 5 with a high-power energy store 4. The system has an electric generator 2 driven by an internal combustion engine, the output of which is connected through a rectifier 3 with a high-power energy storage 4 and an input measurement of the voltage-current controller 8. The control output of this controller is connected to the control input of the electric generator 2, and its additional control output is connected to the internal combustion engine 1. The high-power energy storage 4 can be a supercapacitor or a rotating inertial storage. The electric accumulator 4 can also be connected to the chemical accumulator 9 by means of voltage conversion systems 10.

Gdy sieć trakcyjna 7 zasilana jest z podstacji, która jest zasilana z linii energetycznej to na sieci trakcyjnej występuje napięcie stałe odpowiednie dla danego systemu zasilania. Zasobnik energii o dużej mocy jednostkowej 4 może być doładowywany z sieci trakcyjnej 7 poprzez wyłącznik 6 i czoper dwukierunkowy 5. Gdy wskutek awarii linii energetycznych sieć trakcyjna 7 przestanie być zasilana to zaczyna ją zasilać zasobnik energii o dużej mocy jednostkowej 4 poprzez czoper dwukierunkowy 5, jednocześnie uruchomiony zostaje silnik spalinowy 1, który napędza generator elektryczny 2 i poprzez prostownik 3 zasobnik energii o dużej mocy jednostkowej 4 jest doładowywany. Jednocześnie kontroler napięciowo-prądowy 8 steruje, poprzez wejścia sterujące, pracą generatora elektrycznego 2 i silnika spalinowego 1.When the overhead contact line 7 is supplied from a substation that is powered from the power line, a constant voltage corresponding to the given power supply system is present on the overhead contact line. The energy storage with high unit power 4 can be charged from the traction network 7 through the switch 6 and the bi-directional chopper 5. When, due to the failure of power lines, the traction network 7 ceases to be powered, it starts to be supplied by the energy storage with high unit power 4 through the two-way chopper 5, simultaneously the internal combustion engine 1 is started, which drives the electric generator 2 and, through the rectifier 3, the energy storage with high specific power 4 is recharged. At the same time, the voltage-current controller 8 controls, via control inputs, the operation of the electric generator 2 and the internal combustion engine 1.

PL 223 642 B1PL 223 642 B1

Generator elektryczny 2 jest małej mocy, wielokrotnie mniejszej niż wymagana do poruszania pociągu i pracuje z wysoką sprawnością przy obciążeniu znamionowym. Jednocześnie zasobnik elektryczny zapewnia dostarczanie energii elektrycznej do sieci trakcyjnej 7 przy wielokrotnie większej mocy niż generator elektryczny 2, co pozwala na przejazd pociągu z tunelu do stacji. Naładowany zasobnik energii o dużej mocy jednostkowej 4 pozwala na szybkie dołączenie zasilania i dostawę energii elektrycznej w czasie poniżej 1 sekundy od zaniku zasilania z linii prądu przemiennego. W czasie gdy zasobnik energii o dużej mocy jednostkowej 4 zasila sieć trakcyjną 7, uruchomiony zostanie silnik spalinowy 1 i generator elektryczny 2, który doładowuje zasobnik elektryczny 4 przez potrzebny czas.The electric generator 2 is of low power, many times less than that required to move the train, and works with high efficiency at the rated load. At the same time, the electric storage device ensures the supply of electricity to the overhead contact line 7 with many times more power than the electric generator 2, which allows the train to travel from the tunnel to the station. Charged energy storage with high unit power 4 allows for quick connection of the power supply and delivery of electricity in less than 1 second from the failure of the power supply from the AC line. When the energy storage with high unit power 4 feeds the overhead contact line 7, the combustion engine 1 and the electric generator 2 will be started, which recharges the electric storage 4 for the required time.

Claims

1. Emergency power supply for the overhead line with an electric generator driven by a combustion engine and a rectifier for supplying the DC overhead contact line, characterized in that the rectifier output (3) is connected to a high-power energy storage (4) and this output is paralleled by a bi-directional chopper (5) and the switch (6) is connected to the overhead contact line (7) and the rectifier output (3) is connected to the measuring input of the voltage-current controller (8) and the control output of the voltage-current controller (8) is connected to the generator control input electric (2).

2. The power supply according to claim The method of claim 1, characterized in that the additional control output of the voltage-current controller (8) is connected to the control input of the internal combustion engine (1).

3. The power supply according to p. The method of claim 1 or 2, characterized in that a chemical accumulator (9) is connected parallel to the energy storage with high specific power (4) via voltage conversion circuits (10).

4. The power supply according to p. The energy storage device according to claim 1, 2 or 3, characterized in that the energy storage with high specific power (4) is in the form of an inertial rotating storage device.

5. The power supply according to p. The energy storage according to claim 1, 2 or 3, characterized in that the energy storage with high specific power (4) is in the form of a supercapacitor storage.