WO2013167198A1 - Verfahren und anordnung für die ermittlung von wirkleistungsflüssen in einem elektrischen bahnstrom-versorgungsnetz - Google Patents

Verfahren und anordnung für die ermittlung von wirkleistungsflüssen in einem elektrischen bahnstrom-versorgungsnetz Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren für die Ermittlung von Wirkleistungsflüssen in einem elektrischen Bahnstrom-Versorgungsnetz mit Schienenfahrzeugen, bei dem ein einziger Messzeitpunkte-Geber allen Schienenfahrzeugen mit einem einzigen vorgegebenen Zeittakt Messzeitpunkte signalisiert, und mit Bezug auf die Messzeitpunkte Zeigerinformationen der Netzspannung und/oder des Netzstromes gewonnen werden und gleichzeitig Positionsdaten für die jeweils aktuellen Positionen der Schienenfahrzeuge erzeugt werden, und die Zeigerinformationen und die zugehörigen Positionsdaten an eine Zentrale übermittelt werden und/oder die Schienenfahrzeuge die Zeigerinformationen und die zugehörigen Positionsdaten untereinander austauschen. Ferner betrifft die Erfindung auch eine Anordnung für die Ermittlung von Wirkleistungsflüssen in einem elektrischen Bahnstrom-Versorgungsnetz.

Description

Beschreibung
Verfahren und Anordnung für die Ermittlung von Wirkleistungsflüssen in einem elektrischen Bahnstrom-Versorgungsnetz
Es ist seit Langem bekannt, dass Schienenfahrzeuge mit Vier- quadrantenstellern als Netzstromrichtern und dreiphasigen Antrieben niederfrequente Wirkleistungs- und Spannungsschwan¬ kungen im Bahnstromnetz auslösen können. Die niederfrequenten Wirkleistungsschwankungen werden auch als Leistungspendelungen bezeichnet.
Derartige Leistungspendelungen sind aus der Studie „Low- frequency oscillations in Scandinavian railway power supply" von Lars Buhrkal bekannt, die in zwei Teilen in „Railway Po¬ wer Systems" im Jahre 2010 erschienen ist (Heft 3) . Es stellt sich heraus, dass für den Betrieb von Zügen der neuesten Generation in den vorgenannten elektrischen Bahnversorgungsnetzen eine aktive Dämpfung von durch die Schienenfahrzeuge her- vorgerufenen Leistungspendelungen notwendig ist.
Steiner Danielsen kommt in seiner Studie „Constant Power Load Characteristics Influence on the Low-frequency interaction between advanced electrical rail vehicle and railway traction power supply with rotary Converters", erschienen im Jahr 2009 in Modern Electric Traction (Konferenzband) , zu dem Schluss, dass niederfrequente Leistungspendelungen in elektrischen Energieversorgungssystemen im Wesentlichen durch die Schienenfahrzeuge bedingt sind. Dies ist dadurch zu erklären, dass bei auftretenden Leistungspendelungen die Schienenfahrzeuge nicht nur die auftretenden Störungen kompensieren, sondern durch Gegebenheiten ihrer Regelungstechnik für eine Überkom- pensierung dieser Leistungspendelungen beitragen und auf diese Weise ein Aufschaukeln der Störungen ermöglichen.
Bei den Regelvorgängen können die zugehörigen Amplituden ungewollt in einem Maße verstärkt werden, dass ein Zusammenbruch der Versorgungsspannung im zugehörigen Bereich des Bahnnetzes auftritt. Als unmittelbare Folge kommt der Zugver¬ kehr zum Erliegen und/oder es treten Behinderungen des Zugverkehrs in angrenzenden Versorgungsbereichen auf. Weitere Folgen eines Zugausfalls sind hohe Kosten für den Betreiber des Bahnstromnetzes und der Schienenfahrzeuge. Außerdem sinkt die FahrgastZufriedenheit durch Zugausfälle.
Die Regelung der für den Antrieb erforderlichen Versorgungsspannung im Schienenfahrzeug erfolgt abhängig vom jeweiligen Fahrzeugtyp auf Grundlage der dort lokal gemessenen Span- nungs- und Stromsignale. Im Fall zunehmend den Schienen- Verkehr bestimmender, Umrichter-gespeister Fahrzeuge enthält das im Eingangskreis des Umrichters gemessene und für den Re¬ gelvorgang verwendete Spannungssignal neben der Grundfrequenz die um die jeweiligen Pendelfrequenzen ihr gegenüber versetzten Seitenbänder. Jedes Schienenfahrzeug beziehungsweise jede Schienenfahrzeuggruppe eines Herstellers reagiert daher in spezifischer Weise auf Leistungspendelungen im Netz. Es ist außerdem bekannt, niederfrequente Leistungspendelungen in elektrischen Bahnnetzen mit Simulationen zu studieren und damit eine bessere Regelung von Schienenfahrzeugen zu ermöglichen. Solche Simulationen sind beispielsweise aus der Stu¬ die „Low-frequency power oscillations in electric railway Systems" von Stefan Menth und Markus Meyer bekannt, welche im Jahre 2006 in Heft 5 von Railway Power Supply Systems er¬ schienen ist.
Auch in der Veröffentlichung „Impact of PWM Switching on Mo- delling of low-frequency power oscillation in electrical rail vehicle" von Hana Johannes Assefa, erschienen im Jahr 2009 im EPE, werden Modelle gesucht, mit deren Hilfe das Verhalten von Schienenfahrzeugen in elektrischen Bahnversorgungsnetzen und insbesondere das Auftreten von Leistungspendelungen bes- ser verstanden werden können.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Messungen in Bahnstrom-Versorgungsnetzen vorzunehmen, deren Messergebnisse zur Verringerung von niederfrequenten Leistungspendelungen in elektrischen Bahnstrom-Versorgungsnetzen mit elektrisch angetriebenen Schienenfahrzeugen benutzt werden können. Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung ein Verfahren für die Ermittlung von Wirkleistungsflüssen in einem elektrischen Bahnstrom-Versorgungsnetz mit Schienenfahrzeugen vor, bei dem ein einziger Messzeitpunkte-Geber allen Schienenfahrzeugen mit einem einzigen vorgegebenen Zeittakt Messzeitpunk- te signalisiert und mit Bezug auf die Messzeitpunkte Messun¬ gen von Zeigerinformationen der Netzspannung und/oder des Netzstromes gewonnen werden und gleichzeitig Positionsdaten für die jeweils aktuellen Positionen der Schienenfahrzeuge erzeugt werden; und die Zeigerinformationen und die zugehöri- gen Positionsdaten an eine Zentrale übermittelt werden und/oder die Schienenfahrzeuge die Zeigerinformationen und die zugehörigen Positionsdaten untereinander austauschen.
Aus der europäischen Patentschrift EP 2 095 482 Bl ist be- kannt, dass der Zustand eines Elektrizitätsversorgungssystems geschätzt werden kann, indem Zeiger-Messdaten von mehreren in dem Elektrizitätsversorgungssystem angeordneten Phasormess- einrichtungen in Verbindung mit Nicht-Zeiger-Messdaten verwendet werden, jedoch werden ortsfeste Phasormessgeräte ein- gesetzt, um den jeweiligen Zustand des Elektrizitätsversorgungssystems zu beurteilen. Positionsdaten werden nicht er- fasst .
Das erfindungsgemäße Verfahren stellt in vorteilhafter Weise jedem elektrischen Schienenfahrzeug aktuelle und umfassende
Netzinformationen bereit, um seine Spannungs-Regeleinrichtung in einer Weise zu betreiben, dass die durch die Spannungsre¬ gelung selbst verursachten Netzrückwirkungen möglichst geringe Leistungspendelungen zu Folge haben bzw. der Regelvorgang vorhandenen Leistungspendelungen möglichst entgegenzuwirken sucht . Signalisiert der Messzeitpunkte-Geber beispielsweise jede Se¬ kunde einen Messzeitpunkt, so können die Zeigerinformationen in allen Schienenfahrzeugen zum gleichen Zeitpunkt jeweils im Sekundentakt gewonnen werden. Wird eine höhere zeitliche Auf- lösung benötigt, so ist es auch möglich, dass die Zeigerinformationen in kleineren zeitlichen Abständen als dem Sekundentakt gewonnen werden, z.B. jede Zehntel-Sekunde. Solchen¬ falls können entsprechende Uhren in den Schienenfahrzeugen vorgesehen sein, um die Zehntel-Sekunden als Messzeitpunkte zur Verfügung zu stellen. Die Uhren werden dann jedoch jeweils durch den Sekundentakt des externen Messzeitpunkte- Gebers jede Sekunde wieder synchronisiert.
Die Zeigerinformationen liefern für jeden Messzeitpunkt die an verschiedenen Punkten des Bahnstrom-Versorgungsnetzes ak¬ tuellen Netzspannungsamplituden und -winkel. Entsprechendes gilt für den Netzstrom. Aus den Differenzen der Spannungswinkel zwischen den verschiedenen Messorten können die jeweiligen Wirkleistungsflüsse längs der Versorgungsleitungen ermit- telt werden.
Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens können Leistungspendelungen durch die Schienenfahrzeuge in vorteilhafter Weise aktiv entgegen gewirkt werden. Dadurch werden Spannungsaus- fälle und daraus resultierende Zugausfälle vermieden, was Kosten spart und die Kundenzufriedenheit erhöht. Weiterhin ist es ein Vorteil, dass durch das erfindungsgemäße Verfahren die Anforderungen an die Tests von neuen Zugmodellen in einer Reihe unterschiedlicher nationaler Schienenverkehrssysteme vermindert werden können oder sogar ganz auf umfassende Tests in den jeweiligen nationalen Schienenverkehrssystemen verzichtet werden kann. Dadurch werden die Entwicklungskosten neuer Züge gesenkt und die Entwicklungszeiten verringert, was weitere Kosten einspart.
In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens umfasst der Messzeitpunkte-Geber das Global Posi- tioning System (GPS) . Das GPS-Signal hat den Vorteil, dass weltweit kostenfrei die von Satelliten abgestrahlten Zeitinformationen empfangen werden können. Die gleichen Vorteile ergeben sich bei der Verwendung anderer satelliten-gestützter Systeme wie etwa dem europäischen Satellitennavigationssystem Galileo.
Es können im Rahmen der vorliegenden Erfindung aber auch Messzeitpunkte-Geber mit Sendern auf der Erdoberfläche verwendet werden. So können die Messzeitpunkte beispielsweise auch durch ein lokales Funksignal bereit gestellt werden, welches beispielsweise von einer Atomuhr deutschlandweit aus¬ gestrahlt wird oder von dem Betreiber eines Bahnstrom- Versorgungsnetzes gesendet wird. In einer Weiterbildung der vorgenannten Ausführungsform können die Signale des Messzeitpunkte-Gebers auch durch den Fahrdraht an die Schienfahrzeuge übermittelt werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die Zeigerinformationen mittels Phasormes- seinrichtungen in den Schienenfahrzeugen gewonnen. Als Pha- sormesseinrichtungen können beispielsweise handelsübliche Phasormessgeräte - sogenannte „phasor measurement units
(PMUs)" - eingesetzt werden, die in den Schienenfahrzeugen und ggf. weiteren ortsfesten Punkten wie z.B. Energie- Einspeisestationen vorgesehen werden. Die Verwendung von Pha- sormesseinrichtungen ist dadurch vorteilhaft, dass mit diesen Messgeräten nicht nur die Netzpannung und der Netzstrom, sondern auch Zeigerinformationen über die Phase von Netzspannung und Netzstrom im elektrischen Bahnstromversorgungsnetz an der aktuellen Position des jeweiligen Schienenfahrzeugs gewonnen werden können. Die Messzeitpunkte werden dabei jeweils durch das Signal des Messzeitpunkte-Gebers vorgegeben. Somit nehmen alle Phasormesseinrichtungen ihre Messungen in dem gleichen zeitlichen Bezugssystem vor, wodurch die Zeigerinformationen von verschiedenen Schienenfahrzeugen im elektrischen Bahnstrom-Versorgungsnetz wirkungsvoll und einfach miteinander kombiniert werden können, um den Netzzustand abzubilden. Die hohe zeitliche Auflösung der Zeigerinformationen der Phasor- messeinrichtungen ermöglicht es, besonders aktuelle Informa¬ tionen über den Zustand des Bahnstrom-Versorgungsnetzes zu gewinnen .
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt die Erfassung der Positionsdaten der Schienenfahrzeuge mittels einer Positionsbestimmungsanordnung. Das Erfassen der Positionsdaten der Schienenfahrzeu- ge ist von besonderer Bedeutung, weil dadurch die Zeigerinformation jeweils Positionen im elektrischen Bahnstrom- Versorgungssystem zugeordnet werden können. Damit kann ein dynamisches und je nach Position der Schienenfahrzeuge im Bahnstrom-Versorgungsnetz unterschiedliches Abbild des elekt- rischen Bahnstrom-Versorgungsnetzes erzeugt werden.
In einer Weiterbildung der vorgenannten Ausführungsform weist die Positionsbestimmungsanordnung für jedes Schienenfahrzeug eine Positionsbestimmungseinheit auf, die die Signale des Messzeitpunkte-Gebers auswertet. Die Positionsbestimmungsein¬ heiten können die Position beispielsweise wie bei handelsüb¬ lichen GPS-Empfängern anhand der Laufzeit von Signalen unterschiedlicher Satelliten bestimmen. Das gleiche Prinzip der Bestimmung der Position anhand von Laufzeitunterschieden der Signale könnte auch durch verschiedenen Sender auf dem Erdboden verwirklicht werden.
In einer anderen Ausführungsform weist die Positionsbestimmungsanordnung für jedes Schienenfahrzeug eine Positionsbe- Stimmungseinheit auf, die Streckensignale auswertet. Bahnnet¬ ze verfügen häufig über ortsgebundene Signaleinrichtungen, die vorbeifahrenden Zügen die Position im Bahnstromnetz, also z.B. eine Kilometermarke an einer Strecke zwischen zwei Städ¬ ten, mitteilen. Die Positionsbestimmungseinheiten können die Position der Schienenfahrzeuge anhand der ortsgebundenen Sig¬ naleinrichtungen bestimmen. In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die Zeigerinformationen und die zugehörigen Positionsdaten mit GSM-Funkverbindungen übermittelt. GSM-Funkverbindungen sind besonders vorteilhaft, weil sie mittels des gängigen GSM-Mobilfunknetzes eine zuver¬ lässige und preiswerte Kommunikation zwischen den jeweiligen Schienenfahrzeugen untereinander und/oder den Schienenfahrzeugen und einer Zentrale gewährleisten können. Im Rahmen der Erfindung sind jedoch auch andere Arten von Funkverbindungen als GSM-Funkverbindungen möglich.
In einer anderen vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die Zeigerinformationen und die zugehörigen Positionsdaten über den Fahrdraht übermittelt. Eine Kommunikation über den Fahrdraht der Schienenfahrzeuge ist dadurch vorteilhaft, dass keine Kommunikationsmit¬ tel genutzt werden müssen, die dem jeweiligen Bahnunternehmen nicht gehören. Ein weiterer Vorteil ist es, dass über den Fahrdraht ständig eine Kommunikation der Schienenfahrzeuge untereinander oder mit einer Zentrale erfolgen kann, auch wenn der Zug beispielsweise durch einen Tunnel fährt oder un¬ terirdisch fährt und auf diese Weise keine GSM-Funkverbindung über ein herkömmliches Mobilfunknetz möglich ist.
Denkbar und vorteilhaft ist es weiterhin, wenn die Übermitte¬ lung der Zeigerinformationen und der zugehörigen Positionsdaten über den Fahrdraht und über Funkverbindungen erfolgt. Wenn beide Übermittelungsarten gleichzeitig angewendet wer¬ den, kann über die sich ergebenden Redundanz sicherstellt werden, dass die Zeigerinformationen und die zugehörigen Positionsdaten stets zuverlässig übermittelt werden können. Darüber hinaus ist es vorteilhaft, die Übermittelung bei¬ spielsweise per Funkverbindung durchzuführen, außer wenn das Schienenfahrzeug einen Bereich ohne Funknetz und/oder einen Tunnel durchfährt. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass die Übermittelung erfolgt. In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird unter Verwendung der Zeigerinformationen und der zugehörigen Positionsdaten in der Zentrale ein dynamisches Modell der Wirkleistungsflüsse in dem elektrischen Bahnstrom-Versorgungsnetz erzeugt und den Schienenfahrzeugen zur Verfügung gestellt. Unter einem dynamischen Modell der Wirkleistungsflüsse wird dabei im Rahmen der vor¬ liegenden Erfindung eine mathematische, in einem computerles¬ baren Format abgefasste Beschreibung von Netzspannung
und/oder Netzstrom sowie der Phase der Netzspannung und/oder des Netzstromes innerhalb des elektrischen Bahnversorgungs¬ netzes verstanden. Das dynamische Modell der Wirkleistungs¬ flüsse kann den Schienenfahrzeugen dazu dienen, ein umfassendes Abbild des aktuellen Zustands und der Stabilität des elektrischen Bahnstrom-Versorgungsnetzes zu gewinnen und ist deswegen vorteilhaft. Das Modell wird über eine geeignete Kommunikationsverbindung über den Fahrdraht oder über eine Funkverbindung an die Schienenfahrzeuge übertragen. In einer anderen vorteilhaften Ausführungsform wird in den
Schienenfahrzeugen unter Verwendung der von den jeweils anderen Schienenfahrzeugen übermittelten Zeigerinformationen und zugehörigen Positionsdaten ein dynamisches Modell der Wirkleistungsflüsse in dem elektrischen Bahnstrom-Versorgungsnetz erzeugt wird. Diese Ausführungsform der Erfindung ist vorteilhaft, weil die Notwendigkeit einer Zentrale entfällt. Vielmehr kann jedes Schienenfahrzeug anhand der ihm zur Ver¬ fügung gestellten Informationen dezentral ein dynamisches Modell erstellen. Es ergeben sich weiterhin sinngemäß aus dem Modell die gleichen Vorteile wie eingangs für den Fall einer Zentrale geschildert.
In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wirken die Schienenfahrzeuge unter Einbeziehung des dynamischen Modells der Wirkleistungsflüsse Leistungspen¬ delungen in dem elektrischen Bahnstrom-Versorgungsnetz durch eine entsprechende Regelung ihres elektrischen Antriebs ent¬ gegen. Dies ist vorteilhaft, weil ein solches dynamisches Mo- dell es den Schienenfahrzeugen gestattet, nicht nur die Mess¬ daten des Bahnversorgungsnetzes an ihrer jeweiligen Position in ihre Regelungsprozesse einzubeziehen, sondern die Situati¬ on und Stabilität des gesamten Bahnstrom-Versorgungsnetzes zu berücksichtigen.
In der Regel erfolgt bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die Gewinnung der Zeigerinformationen und der Positionsdaten mit einer hohen zeitlichen Auflösung, so dass den Regelprozessen ein ständig aktualisiertes, dynamisches Modell des elektri¬ schen Versorgungsnetzes zugrunde. Das dynamische Modell er¬ laubt eine vergleichsweise zuverlässige Spannungsregelung im Schienenfahrzeug. Damit wird ein Aufkommen von Leistungspendelungen möglichst gering gehalten bzw. vorhandenen Pendel- Vorgängen wird gezielt entgegengewirkt. Mit den damit er¬ reichbaren Verbesserungen zur Verhinderung entstehender Pendelamplituden und dem daraus möglicherweise resultierenden Zusammenbruch des Bahnstrom-Versorgungsnetzes geht eine er¬ höhte Zuverlässigkeit in der Bahnstrom-Versorgung und damit im Ablauf des Schienenverkehrs einher.
Weiterhin schlägt die Erfindung eine Anordnung für die Ermittelung von Wirkleistungsflüssen in einem elektrischen Bahnstrom-Versorgungsnetz mit Schienenfahrzeugen, bei der
allen Schienenfahrzeugen ein einziger Messzeitpunkte-Geber zugeordnet ist; die Schienenfahrzeuge mit Phasormesseinrich- tungen ausgestattet sind, die mit Bezug auf die Messzeitpunk¬ te Zeigerinformationen der Netzspannung und/oder des Netzstromes an den jeweils aktuellen Positionen der Schienenfahr- zeuge erzeugen; und den Schienenfahrzeugen eine Positionsbestimmungsanordnung für die Erzeugung von Positionsdaten der Schienenfahrzeuge zugeordnet ist; und die Schienenfahrzeuge Kommunikationseinrichtungen für die Übermittelung der Zeigerinformationen und der zugehörigen Positionsdaten an eine Zentrale und/oder für den Austausch der Zeigerinformationen und der zugehörigen Positionsdaten zwischen den Schienenfahrzeugen aufweisen. Es ergeben sich sinngemäß die gleichen Vorteile wie eingangs für das erfindungsgemäße Verfahren geschildert.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Anordnung ergeben sich aus den Ansprüchen 13 bis 20, mit denen sich sinngemäß dieselben Vorteile erzielen lassen, wie sie oben im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren geschildert wurden.
Zur weiteren Erläuterung der Erfindung sind in
Figur 1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfin¬ dungsgemäßen Anordnung und in
Figur 2 ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfin¬ dungsgemäßen Anordnung gezeigt .
In der Figur 1 ist ein elektrisches Bahnstrom-Versorgungsnetz 1 abgebildet. Das elektrische Bahnstrom-Versorgungsnetz 1 ist in schematischer Weise durch Fahrdrähte 11 dargestellt, an denen elektrisch betriebene Schienenfahrzeuge 4 angeordnet sind. Die Fahrrichtung der Schienenfahrzeuge 4 ist durch Pfeile angedeutet. Eines der Schienenfahrzeuge 4 zeigt in ausführlicher Darstellung, dass die Schienenfahrzeuge 4 Pha- sormesseinrichtungen 7 für die Erzeugung von Zeigerinformationen 3 der Netzspannung und/oder des Netzstromes aufweisen.
Die Phasormessgeräte 7 erhalten dabei in einem Zeittakt von einer Sekunde Messzeitpunkte-Signale von einem Messpunkt- Geber 13, der im vorliegenden Falle von einem GPS-Satelliten gebildet ist, der GPS-Signale 2 ausstrahlt. Hierfür weisen die Phasormesseinrichtungen 7 eine GPS-Empfangsvorrichtung 12 auf. In den Phasormesseinrichtungen 7 werden mittels der signalisierten Messzeitpunkte die Zeigerinformationen 3 gebildet. Die Zeigerinformationen umfassen beispielsweise einen Spannungswinkel Φ. Um die zeitliche Auflösung zu erhöhen, werden in den Phasormesseinrichtungen 7 oder an anderer Stelle in den Schienenfahrzeugen 4 eine genaue Uhr pro Schienenfahrzeug vorgesehen, die mittels des vom GPS-Satelliten kom- menden Sekundensignals synchronisiert wird und bei Bedarf auch Messzeitpunkte signalisieren kann, deren Zeittakt kürzer als eine Sekunde ist.
Aus den vom GPS-Satelliten (weitere Satelliten des GPS- Netzwerks sind nicht gezeigt) als Messzeitpunkte-Geber 13 ab¬ gestrahlten GPS-Signalen 2 werden von den Phasormesseinrichtungen 7 mit den Messzeitpunkten die Zeigerinformationen 3 bestimmt, um synchron mit anderen Schienenfahrzeugen 4 im Bahnstrom-Versorgungsnetz Zeigerinformationen der Netzspan- nung und des Netzstromes zu erzeugen.
Weiterhin weisen die Schienenfahrzeuge eine Positionsbestimmungsanordnung mit einer Positionsbestimmungseinheit 22 auf, die dazu geeignet ist, die Position des Schienenfahrzeugs 4 mittels der GPS-Signale 2 zu bestimmen. Dabei handelt es sich um einen üblichen GPS-Empfänger .
Die Schienenfahrzeuge 4 verfügen über geeignete Kommunikati¬ onsmittel 5, mittels derer sie über beispielsweise GSM- Funksignale 8 mit einer Zentrale 6 kommunizieren können, um die Zeigerinformationen 3 und die Positionsdaten des jeweiligen Schienenfahrzeugs 4 zu übertragen. In der Zentrale 6 wird aus den Zeigerinformationen 3 und den Positionsdaten der Schienenfahrzeuge 4 ein dynamisches Modell 9 der Wirkleis- tungsflüsse in dem elektrischen Bahnstrom-Versorgungsnetz 1 erzeugt und mit hoher zeitlicher Auflösung ständig aktuali¬ siert. Dieses dynamische Modell 9 steht anschließend den ein¬ zelnen Schienenfahrzeugen 4 zur Verfügung. Die einzelnen Schienenfahrzeuge 4 können dann unter Einbeziehung des dyna- mischen Modells 9 der Wirkleistungsflüsse Leistungspendelun¬ gen in dem elektrischen Bahnstrom-Versorgungsnetz 1 entgegen wirken, indem sie ihren elektrischen Antrieb 10 entsprechend regeln . Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 weist das Schienen¬ fahrzeug 4 eine erweiterte Phasormesseinrichtung 27 auf, in der die Erzeugung von Zeigerinformationen der Netzspannung und/oder des Netzstromes wiederum in einer Phasormesseinrich- tung 7 erfolgt; weitere Komponenten der erweiterten Phasormesseinrichtung 27 sind eine GPS-Empfangsvorrichtung 12, eine Positionsbestimmungseinheit 22, welche GPS-Positionssignale 2 auswerten kann, und eine Kommunikationseinrichtung 23. Mittels der GPS-Empfangsvorrichtung 12 und der Positionsbestim- mungseinheit 22 ist es der erweiterten Phasormesseinrichtung 27 möglich, für das Schienenfahrzeug 4 mit einer hohen Zeit¬ auflösung Zeigerinformationen der Netzspannung und/oder des Netzstromes sowie die Position des Schienenfahrzeugs 4 im Bahnstrom-Versorgungsnetz zu bestimmen. Die Richtungen von Informationsflüssen werden durch Pfeile angezeigt.
Mittels der Kommunikationseinrichtung 23 übermittelt die erweiterte Phasormesseinrichtung 27 die Zeigerinformationen und Positionen an eine Zentrale 6. Die Kommunikationseinrichtung 23 kommuniziert dabei mittels GSM-Funkverbindungen 8 mit der Zentrale 6. In der Zentrale 6 wird mittels einer Modellerzeu¬ gungseinheit 24 ein dynamisches Modell 9 der Wirkleistungs¬ flüsse in dem Bahnstrom-Versorgungsnetz 1 erstellt. Dieses dynamische Modell 9 wird über eine in der Zentrale vorgesehe- ne Kommunikationseinrichtung 23 den Schienenfahrzeugen 4 mitgeteilt .
Alternativ zu der Zentrale 6 oder in Kombination mit der Zentrale 6 - hier dargestellt - kann auch jedes einzelne Schienenfahrzeug 4 eine Modellerzeugungseinrichtung 24 enthalten. Besteht z.B. kein Kontakt zur Zentrale 6, so kann das Schienenfahrzeug 4 mittels seiner eigenen Modellerzeugungs¬ einheit 24 ein Modell 9 aus den von weiteren Schienenfahrzeu¬ gen 30,31 im Bahnstrom-Versorgungsnetz 1 zur Verfügung ge- stellten Zeigerinformationen und Positionsdaten erzeugen.
Entsprechendes gilt umgekehrt für die weiteren Schienenfahr¬ zeuge 30,31. Auch die Modellerzeugungseinrichtung 24 ist beim gezeigten Ausführungsbeispiel teil der erweiterten Phasor- messeinrichtung 27.
Das Schienenfahrzeug 4 weist an seinem elektrischen Antrieb 10 eine Regelungseinrichtung 25 auf, welche unter Einbezie¬ hung des dynamischen Modells 9 der Wirkleistungsflüsse Leis¬ tungspendelungen in dem elektrischen Bahnstrom-Versorgungsnetz 1 entgegen wirkt.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren für die Ermittlung von Wirkleistungsflüssen in einem elektrischen Bahnstrom-Versorgungsnetz (1) mit Schienenfahrzeugen (4), bei dem
- ein einziger Messzeitpunkte-Geber (13) allen Schienenfahrzeugen (4) mit einem einzigen vorgegebenen Zeittakt Messzeitpunkte signalisiert, und
- mit Bezug auf die Messzeitpunkte Zeigerinformationen (3) der Netzspannung und/oder des Netzstromes gewonnen werden und gleichzeitig Positionsdaten für die jeweils aktuellen Positionen der Schienenfahrzeuge (4) erzeugt werden, und
- die Zeigerinformationen (3) und die zugehörigen Positionsdaten an eine Zentrale (6) übermittelt werden und/oder die Schienenfahrzeuge (4) die Zeigerinformationen (3) und die zugehörigen Positionsdaten untereinander austauschen.
2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Messzeitpunkte- Geber (13) das Global Positioning System (GPS) umfasst.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Messungen mittels Phasormesseinrichtungen (7) in den Schienenfahrzeugen (4) erfolgen.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Erfassung der Positionsdaten der Schienenfahrzeuge (4) mittels einer Positionsbestimmungsanordnung erfolgt .
5. Verfahren nach Anspruch 4, bei dem die Positionsbestimmungsanordnung für jedes Schienenfahrzeug (4) eine Posi¬ tionsbestimmungseinheit (22) aufweist, die die Signale des Messzeitpunkte-Gebers (13) auswertet.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 4 oder 5, bei der die Positionsbestimmungsanordnung für jedes Schienenfahrzeug (4) eine Positionsbestimmungseinheit (22) aufweist, die Streckensignale auswertet.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Zeigerinformationen (3) und die zugehörigen Positionsdaten mit GSM-Funkverbindungen (8) übermittelt werden .
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Zeigerinformationen (3) und die zugehörigen Positionsdaten über den Fahrdraht (11) übermittelt werden.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem unter Verwendung der Zeigerinformationen (3) und der zugehörigen Positionsdaten in der Zentrale (6) ein dynamisches Modell (9) der Wirkleistungsflüsse in dem elekt¬ rischen Bahnstrom-Versorgungsnetz (1) erzeugt und den Schienenfahrzeugen (4) zur Verfügung gestellt wird.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem in den Schienenfahrzeugen (4) unter Verwendung der von den jeweils anderen Schienenfahrzeugen (30,31) über- mittelten Zeigerinformationen (3) und zugehörigen Positionsdaten ein dynamisches Modell (9) der Wirkleistungs¬ flüsse in dem elektrischen Bahnstrom-Versorgungsnetz (1) erzeugt wird.
11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 9 oder 10, bei dem die Schienenfahrzeuge (4) unter Einbeziehung des dynamischen Modells (9) der Wirkleistungsflüsse Leis¬ tungspendelungen in dem elektrischen Bahnstrom- Versorgungsnetz (1) durch eine entsprechende Regelung ih- res elektrischen Antriebs (10) entgegen wirken.
12. Anordnung (20) für die Ermittelung von Wirkleistungsflüssen in einem elektrischen Bahnstrom-Versorgungsnetz (1) mit Schienenfahrzeugen (4), bei der
- allen Schienenfahrzeugen (4) ein einziger Messzeitpunkte- Geber (13) zugeordnet ist,
- die Schienenfahrzeuge (4) mit Phasormesseinrichtungen (7) ausgestattet sind, die mit Bezug auf die Messzeitpunkte Zeigerinformationen (3) der Netzspannung und/oder des Netzstromes an den jeweils aktuellen Positionen der Schienenfahrzeuge (4) erzeugen, und
- den Schienenfahrzeugen (4) eine Positionsbestimmungsanord- nung für die Erzeugung von Positionsdaten der Schienenfahrzeuge (4) zugeordnet ist, und
- die Schienenfahrzeuge Kommunikationseinrichtungen (23) für die Übermittelung der Zeigerinformationen (3) und der zugehörigen Positionsdaten an eine Zentrale (6) und/oder für den Austausch der Zeigerinformationen (3) und der zugehörigen Positionsdaten zwischen den Schienenfahrzeugen (4) aufweisen .
13. Anordnung (20) nach Anspruch 12, bei der der Messzeit- punkte-Geber (13) das Global Positioning System (GPS) um- fasst .
14. Anordnung (20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 12 oder 13, bei der die Positionsbestimmungsanordnung für jedes Schienenfahrzeug (4) eine Positionsbestimmungsein¬ heit (22) aufweist, die die Signale des Messzeitpunkt- Gebers (13) auswertet.
15. Anordnung (20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 12-14, bei der die Positionsbestimmungsanordnung für jedes Schienenfahrzeug (4) eine Positionsbestimmungseinheit (22) aufweist, die Streckensignale auswertet.
16. Anordnung (20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 12 bis 15, bei der die Kommunikationseinrichtungen (23) dafür geeignet sind, GSM-Funkverbindungen (2) herzustellen.
17. Anordnung (20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 12 bis 16, bei der die Kommunikationseinrichtungen (23) da- für geeignet sind, elektrische Signale über einen Fahr¬ draht (11) zu übertragen.
Anordnung (20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 17, bei der die Zentrale (6) eine Modellerzeugungs¬ einrichtung (24) aufweist, die aus den Zeigerinformatio¬ nen (3) und den zugehörigen Positionsdaten ein dynamisches Modell (9) der Wirkleistungsflüsse in dem elektri¬ schen Bahnstrom-Versorgungsnetz (1) erzeugt und dieses dynamische Modell (9) mittels der Kommunikationseinrich¬ tungen (23) an die Schienenfahrzeuge (4) übermittelt.
19. Anordnung (20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 12 bis 18, bei der die Schienenfahrzeuge (4) jeweils eine Modellerzeugungseinrichtung (24) aufweisen, die unter Verwendung der von den jeweils anderen Schienenfahrzeugen (30,31) übermittelten Zeigerinformationen (3) und zugehö- rigen Positionsdaten ein dynamisches Modell (9) der Wirkleistungsflüsse in dem elektrischen Bahnstrom- Versorgungsnetz (1) erzeugt.
20. Anordnung (20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 12 bis 19, bei der die Schienfahrzeuge (4) Regelungseinrich¬ tungen (25) aufweisen, welche unter Einbeziehung des dynamischen Modells (9) den elektrischen Antrieb (10) der Schienenfahrzeuge (4) regeln und damit Leistungspendelungen in dem elektrischen Bahnstrom-Versorgungsnetz (1) entgegen wirken.
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