AT16035U1 - Power supply means - Google Patents
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Abstract
Es wird eine betriebssichere Stromversorgungseinrichtung (SV1; SV2; SV3; SV3‘; SV4; SV5; SV6; SV7) zur Versorgung mehrerer Verbraucher (FE, FE1, …, FEn) mit Gleichstrom zur Verwendung in der Leit- und Sicherungstechnik vorgeschlagen, wobei die Verbraucher (FE; FE1, …, FEn) über eine 2-poligen Busleitung (L1; L3) eines ersten Energiebusses (B1, B2) parallel zu einer ersten Speisung (PS1) geschaltet sind, wobei die Busleitung (L1; L3) durch Verbraucher-Busankoppelelemente (VBA; VBA1 … VBAn) in Bussegmente (BS) unterteilt ist, wobei jedes Verbraucher-Busankoppelelement (VBA; VBA1 … VBAn) Schaltelemente (S1, S2) zur elektrischen Trennung der Busleitung (L1; L3) umfasst, so dass die Busankoppelelemente (VBA; VBA1 … VBAn) jeweils in einen Grundzustand und/oder in einen ersten Betriebszustand, in dem die Busleitung (L1; L3) durch das entsprechende Verbraucher-Busankoppelelement (VBA; VBA1 … VBAn) elektrisch unterbrochen ist, und in einen zweiten Betriebszustand, in dem die Bussegmente (BS) durch das entsprechende Verbraucher-Busankoppelelement (VBA; VBA1 … VBAn) elektrisch verbunden sind, gebracht werden können, und wobei mindestens einer der Verbraucher (FE; FE1 ..FEn) an einem der Verbraucher-Busankoppelelemente (VBA; VBA1 … VBAn) angeschlossen ist.A reliable power supply device (SV1, SV2, SV3, SV3, SV4, SV5, SV6, SV7) is proposed for supplying several consumers (FE, FE1, ..., FEn) with direct current for use in the control and safety technology, the Consumers (FE, FE1, ..., FEn) via a 2-pole bus line (L1, L3) of a first power bus (B1, B2) are connected in parallel to a first supply (PS1), wherein the bus line (L1, L3) by consumers Bus coupling elements (VBA; VBA1 ... VBAn) is subdivided into bus segments (BS), each consumer bus coupling element (VBA; VBA1 ... VBAn) comprising switching elements (S1, S2) for electrical isolation of the bus line (L1; L3) such that the Busankoppelelemente (VBA; VBA1 ... VBAn) each in a ground state and / or in a first operating state in which the bus line (L1, L3) is electrically interrupted by the corresponding load bus coupling element (VBA; VBA1 ... VBAn), and in a second Operating state in which the bus segment (BS) by the corresponding consumer Busankoppelelement (VBA; VBA1 ... VBAn) and at least one of the loads (FE; FE1 ..FEn) is connected to one of the load bus coupling elements (VBA; VBA1 ... VBAn).
Description
Beschreibung [0001] Die Erfindung betrifft eine Stromversorgungseinrichtung zur Versorgung mehrerer Verbraucher mit Gleichstrom, wobei die Verbraucher über eine Busleitung eines ersten Energiebusses mit einer ersten Gleichstromquelle verbindbar sind. Die Erfindung betrifft darüber hinaus ein Verfahren zum Betreiben der Stromversorgungseinrichtung.Description: The invention relates to a power supply device for supplying several consumers with direct current, the consumers being connectable to a first direct current source via a bus line of a first energy bus. The invention also relates to a method for operating the power supply device.
[0002] Eine derartige Stromversorgungseinrichtung ist bspw. bekannt aus DE 10 2013 225 815 A1.[0002] Such a power supply device is known, for example, from DE 10 2013 225 815 A1.
[0003] Verbraucher von bahntechnischen Signalanlagen werden üblicherweise über einen zentralen Punkt (Stellwerk) mit Strom versorgt. Die Energieversorgung der Feldelemente erfolgt durch Anschalten der Systeme im Stellwerk.Consumers of railway signal systems are usually supplied with power via a central point (signal box). The field elements are powered by switching on the systems in the signal box.
[0004] DE 10 2013 225 815 A1 offenbart eine Stromversorgungseinrichtung, mit der die Stromversorgung über eine Busleitung eines Energiebusses erfolgt.[0004] DE 10 2013 225 815 A1 discloses a power supply device with which the power supply takes place via a bus line of an energy bus.
[0005] Die Energieverteilung verschiebt sich somit entlang des Energiebusses. Auf diese Weise kann eine kosteneffiziente Stromverteilung über große Distanzen (hier: Distanzen von 20-50 km) erfolgen, da Bussysteme mit statistisch verteilten Leistungsschwankungen über die Strecke bei einem gegebenen Einsatz von metallischen Leitern (insbes. Kupfer oder Aluminium) materialeffizienter umgehen können. Fehler in der Stromverteilung können aber nicht mehr im Stellwerk, sondern werden durch aktive Elemente des Energiebus-Systems gehandhabt.The energy distribution thus shifts along the energy bus. In this way, cost-effective power distribution over long distances (here: distances of 20-50 km) can take place, since bus systems can handle material fluctuations statistically distributed over a given route more efficiently with a given use of metallic conductors (especially copper or aluminum). However, errors in power distribution can no longer occur in the signal box, but are handled by active elements of the power bus system.
[0006] Herausfordernd ist die Gesamtverfügbarkeit, weil viele Verbraucher (Feldelemente) an einer Busleitung angeschlossen sind. Aufgrund der vielen Verbraucher entsteht beim Anschalten (Hochfahren der verteilten Stromversorgungen der Verbraucher (Feldelemente)) ein extrem hoher Einschaltstrom.Overall availability is challenging because many consumers (field elements) are connected to a bus line. Due to the large number of consumers, an extremely high inrush current arises when switching on (starting up the distributed power supply of the consumers (field elements)).
[0007] Durch den materialeffizienten Einsatz von metallischen Leitern ist die Busleitung im Vergleich zu herkömmlichen Energieverteilsystemen hochohmiger, sodass Leistungsschwankungen größere Spannungsschwankungen hervorrufen.[0007] The material-efficient use of metallic conductors means that the bus line has a higher resistance than conventional energy distribution systems, so that power fluctuations cause larger voltage fluctuations.
[0008] Es ist Aufgabe der Erfindung eine Stromversorgungseinrichtung vorzuschlagen, bei der einerseits die Verbraucher über eine Busleitung, insbesondere auch im Fehlerfall, betriebssicher mit Strom versorgt werden können und andererseits auch bei vielen Verbrauchern der Einschaltstrom und somit der Spannungseinbruch unter Kontrolle gehalten werden kann.It is an object of the invention to propose a power supply device in which, on the one hand, the loads can be reliably supplied with power via a bus line, in particular also in the event of a fault, and on the other hand, the inrush current and thus the voltage drop can also be kept under control for many consumers.
[0009] Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Stromversorgungseinrichtung gemäß Anspruch 1 und einem Verfahren gemäß Anspruch 12 gelöst.This object is achieved by a power supply device according to claim 1 and a method according to claim 12.
[0010] Ein „Energiebus“ bezeichnet eine aufeinanderfolgende Anordnung mehrerer Verbraucher entlang einer (2-poligen) Busleitung mit einer gemeinsamen Einspeisung. Gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst der Energiebus neben der Busleitung auch Verbraucher-Busan-koppelelemente, die entlang der Busleitung, also hintereinander, angeordnet sind und die Busleitung in Bussegmente unterteilt, sowie je nach Anzahl der Speisungen (Gleichstromquellen) Einspeise-Busankoppelelemente, über die Strom von der Gleichstromquelle(n) in die Busleitung eingespeist werden kann. Ein Energiebus kann eine lineare (offene Busleitung) oder eine ringförmige (geschlossene Busleitung) Topologie aufweisen. Der Stromfluss innerhalb des Energiebusses erfolgt bidirektional.An "energy bus" denotes a successive arrangement of several consumers along a (2-pin) bus line with a common feed. According to the present invention, in addition to the bus line, the power bus also comprises consumer bus coupling elements which are arranged along the bus line, that is to say one behind the other, and which divides the bus line into bus segments, and, depending on the number of feeds (DC sources), feed-in bus coupling elements via the current can be fed into the bus line from the direct current source (s). An energy bus can have a linear (open bus line) or a ring-shaped (closed bus line) topology. The current flow within the energy bus is bidirectional.
[0011] Gemäß der Erfindung ist die Busleitung durch Verbraucher-Busankoppelelementen in Bussegmente unterteilt ist, dass jedes Verbraucher-Busankoppelelement Schaltelemente zur elektrischen Trennung der Busleitung umfasst, so dass die Busankoppelelemente jeweils in einen Grundzustand und/oder einen ersten Betriebszustand, in dem die Busleitung durch das entsprechende Verbraucher-Busankoppelelement elektrisch unterbrochen ist, und in einen zweiten Betriebszustand, in dem die Bussegmente durch das entsprechende Verbraucher-Busankoppelelement elektrisch verbunden sind, gebracht werden können, und dass mindestens einer der Verbraucher an einem der Verbraucher-Busankoppelelemente angeschlossen ist und somit diesen Verbraucher versorgt. Innerhalb einer Busleitung können beliebig viele Ver- braucher-Busankoppelelemente angeordnet sein.According to the invention, the bus line is divided into bus segments by consumer bus coupling elements such that each consumer bus coupling element comprises switching elements for electrical isolation of the bus line, so that the bus coupling elements each have a basic state and / or a first operating state in which the bus line is electrically interrupted by the corresponding consumer bus coupling element, and can be brought into a second operating state in which the bus segments are electrically connected by the corresponding consumer bus coupling element, and that at least one of the consumers is connected to one of the consumer bus coupling elements and thus supplies this consumer. Any number of consumer bus coupling elements can be arranged within a bus line.
[0012] An mindestens einem Verbraucher-Busankoppelelement ist ein Verbraucher angeschlossen, so dass dieser vom Verbraucher-Busankoppelelement versorgt wird, wobei die Ver-braucher-Busankoppelelemente i.A. funktionell unabhängig von den jeweiligen Verbrauchern sind. Es können jedoch auch Busankoppelelemente vorhanden sein, die keinen Verbraucher versorgen.A consumer is connected to at least one consumer bus coupling element, so that this is supplied by the consumer bus coupling element, the consumer bus coupling elements generally. are functionally independent of the respective consumers. However, there can also be bus coupling elements that do not supply any consumers.
[0013] Erfindungsgemäß bilden die Verbraucher-Busankoppelelemente Unterbrechungsstellen, an denen die Busleitung unterbrochen werden kann. Bei der Trennung/Unterbrechung der Busleitung handelt es sich um das Fehlen einer elektrisch leitenden Verbindung zwischen benachbarten Bussegmenten. Im Spannungspotentialbereich der Betriebsspannung wird hierdurch eine elektrische Isolierung erreicht.According to the consumer bus coupling elements form interruption points at which the bus line can be interrupted. The disconnection / interruption of the bus line is the lack of an electrically conductive connection between adjacent bus segments. This achieves electrical insulation in the voltage potential range of the operating voltage.
[0014] Das erfindungsgemäße Trennen der Busleitung in mehrere Busleitungsabschnitte (Bussegmente) durch die Verbraucher-Busankoppelelemente (elektrisches Unterbrechen der Busleitung an Unterbrechungsstellen) ermöglicht ein sequentielles Anschalten der Verbraucher und somit eine Reduzierung der auftretenden Stromspitzen beim Anschalten der Verbraucher.The inventive separation of the bus line into several bus line sections (bus segments) by the consumer bus coupling elements (electrical interruption of the bus line at interruption points) enables the consumers to be switched on sequentially and thus to reduce the current peaks that occur when the consumers are switched on.
[0015] Als Schaltelemente können z.B. elektromechanische Relais oder auch elektronische Schaltelemente wie Thyristor, Transistoren und FETs zum Einsatz kommen.As switching elements e.g. electromechanical relays or electronic switching elements such as thyristor, transistors and FETs are used.
[0016] Die Verbraucher-Busankoppelelemente umfassen vorzugsweise jeweils die vorgenannten Schaltelemente einen Klein-Prozessor zum Betreiben dieser Schaltelemente, Elektronik zur Leitungsdiagnose, sowie Filter und Schutzeinrichtungen. An der Schnittstelle zum Verbraucher betreibt der Kleinprozessor das Anschalten und die Überwachung der Weitbereichs-Stromver-sorgung des Verbrauchers als eigentliche Nutzlast.The consumer bus coupling elements preferably each include the aforementioned switching elements, a small processor for operating these switching elements, electronics for line diagnostics, and filters and protective devices. At the interface to the consumer, the small processor operates and monitors the wide-range power supply of the consumer as the actual payload.
[0017] Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform handelt es sich bei den Verbrauchern um Komponenten der Leit- und Sicherungstechnik, insbesondere um Feldelemente, wobei die Verbraucher jeweils eine Logik oder einen Prozessor umfassen.In a particularly preferred embodiment, the consumers are components of the control and security technology, in particular field elements, the consumers each comprising a logic or a processor.
[0018] Die erfindungsgemäße Stromversorgungseinrichtung wird also vorzugsweise in der Bahntechnik, insbesondere in der Leit- und Sicherungstechnik verwendet.The power supply device according to the invention is therefore preferably used in railway technology, in particular in control and security technology.
[0019] Feldelemente sind Elemente, die entlang einer Schienenverkehrsstrecke angeordnet sind, insbesondere Weichen, Signale usw. Die Feldelemente umfassen vorzugsweise jeweils eine Weitbereichs-Stromversorgung (insbes. 450 VDC - 900 VDC; ca. 500 W - 1 kW), diverse Elektronik mit Prozessoren und einen Anschluss an das Datenkommunikationsnetzwerk.[0019] Field elements are elements which are arranged along a rail transport route, in particular switches, signals, etc. The field elements preferably each comprise a wide-range power supply (in particular 450 VDC - 900 VDC; approx. 500 W - 1 kW), diverse electronics Processors and a connection to the data communication network.
[0020] Bei einer ersten bevorzugten Ausführungsform weist der Energiebus eine lineare Topologie auf und die erste Gleichstromquelle ist die einzige Gleichstromquelle des ersten Energiebusses. Dabei kann beispielsweise lediglich das erste Verbraucher-Busankoppelelement direkt (also ohne Zwischenschaltung eines weiteren mit einem Verbraucher bestückten Verbraucher-Busankoppelelements) mit der ersten Gleichstromquelle verbunden sein. Die weiteren Verbrau-cher-Busankoppelelemente schließen sich dann jeweils an das vorangehende Verbraucher-Busankoppelelement an (Einspeisepunkt an einem der beiden Enden des Energiebusses. Die Einspeisung von Strom erfolgt hier nur an einer einzigen Stelle. Bei einem Fehlerfall wird der ganze Bus oder Teile des Busses stromlos. Es ist jedoch auch möglich, die erste Gleichstromquelle an einer beliebigen Stelle des Energiebusses, z.B. zwischen zwei Verbraucher-Busan-koppelelementen anzuordnen. Die Einspeisung von Strom in die Busleitung erfolgt dann von der einzigen Gleichstromquelle in zwei Richtungen.In a first preferred embodiment, the power bus has a linear topology and the first DC power source is the only DC power source of the first power bus. In this case, for example, only the first consumer bus coupling element can be directly connected to the first direct current source (that is, without the interposition of a further consumer bus coupling element equipped with a consumer). The other consumer bus coupling elements then each connect to the preceding consumer bus coupling element (entry point at one of the two ends of the power bus. The current is fed in here only at a single point. In the event of a fault, the entire bus or parts of the However, it is also possible to arrange the first direct current source at any point on the power bus, for example between two consumer bus coupling elements, and the current is then fed into the bus line from the single direct current source in two directions.
[0021] Eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Stromversorgungseinrichtung sieht vor, dass das erste und das n-te Verbraucher-Busankoppelelement direkt mit der ersten Gleichstromquelle verbunden sind, so dass der Energiebus eine ringförmige Topologie aufweist. Diese Ausführungsform ermöglicht eine beidseitige Einspeisung von Strom mittels nur einer Gleichstromquelle. Hierdurch können trotz Auftreten eines Fehlers in einem Segment der Busleitung sämtliche Verbraucher mit Strom versorgt werden (Fehlerbehebung erster Stufe).A second embodiment of the power supply device according to the invention provides that the first and the nth consumer bus coupling element are connected directly to the first direct current source, so that the power bus has an annular topology. This embodiment enables current to be fed in on both sides by means of only one direct current source. In this way, despite the occurrence of an error in a segment of the bus line, all consumers can be supplied with power (first stage troubleshooting).
[0022] Vorzugsweise ist die Busleitung mit einer weiteren (also eine zweite, ev. auch eine dritte, vierte usw.) Gleichstromquelle elektrisch verbunden (dritte und fünfte Ausführungsform).The bus line is preferably electrically connected to a further (that is to say a second, possibly also a third, fourth, etc.) direct current source (third and fifth embodiment).
[0023] Bei der dritten vorteilhaften Ausführungsform ist einer der Verbraucher-Busankoppel-elemente, vorzugsweise das n-te Verbraucher-Busankoppelelement direkt mit der weiteren (insbesondere der zweiten) Gleichstromquelle verbunden.In the third advantageous embodiment, one of the consumer bus coupling elements, preferably the nth consumer bus coupling element, is connected directly to the further (in particular the second) direct current source.
[0024] Bei dieser Ausführungsform weist der Energiebus eine lineare Topologie mit einer beidseitigen Einspeisung von Strom mittels zweier Gleichstromquellen auf.In this embodiment, the power bus has a linear topology with a two-sided supply of current by means of two direct current sources.
[0025] Zum Zwecke einer erhöhten Verfügbarkeit ist es vorteilhaft, wenn mehr als eine weitere Gleichstromquelle (also insgesamt mehr als zwei Gleichstromquellen) mit der Busleitung elektrisch verbunden sind (dritte und fünfte Ausführungsform).For the purpose of increased availability, it is advantageous if more than one further direct current source (ie a total of more than two direct current sources) are electrically connected to the bus line (third and fifth embodiment).
[0026] Ab dieser Variante kann eine Fehlerbehebung erster und fallweiser zweiter Stufe realisiert werden.From this variant, troubleshooting of the first and occasionally second stage can be implemented.
[0027] Besonders vorteilhaft ist es, wenn eine Buskoppeleinheit vorhanden ist, die den ersten Energiebus mit einem zweiten Energiebus koppelt. Eine Buskoppeleinheit verfügt über mindestens vier Anschlüsse (Kopplung von zwei Energiebussen) und kann beliebige elektrisch zulässige Stellungen (also insbesondere kurzschlussfreie paarweise Kopplungen der zweipoligen Busleitungen) einnehmen, auch Mehrfachstellungen.It is particularly advantageous if a bus coupling unit is present which couples the first energy bus to a second energy bus. A bus coupling unit has at least four connections (coupling two energy buses) and can assume any electrically permissible positions (in particular, short-circuit-free pair-wise coupling of the two-pole bus lines), including multiple positions.
[0028] Über dieselbe Koppeleinheit können auch mehr als zwei Energiebusse miteinander gekoppelt werden. Darüber hinaus kann eine Stromversorgungseinrichtung auch mehrere Koppeleinheiten umfassen, die jeweils mindestens zwei Energiebusse miteinander koppeln.[0028] More than two energy buses can also be coupled to one another via the same coupling unit. In addition, a power supply device can also comprise a plurality of coupling units, which each couple at least two energy buses to one another.
[0029] Im Falle einer ringförmigen Topologie der Energiebus(se) teilt die Buskoppeleinheit die ringförmige(n) Busleitung(en) benachbarter Energiebusse jeweils in einen ersten Leitungsabschnitt und einen zweiten Leitungsabschnitt. Bei Auftreten eines Fehlers sowohl im ersten Leitungsabschnitt als auch im zweiten Leitungsabschnitt eines Energiebusses können dann die durch die buseigene Gleichstromquelle nicht mehr versorgbaren Verbraucher durch die Gleichstromquelle des zweiten Busses versorgt werden (Fehlerbehebung zweiter Stufe). Die Buskoppeleinheit umfasst dazu bspw. weitere Schaltelemente zum elektrischen Verbinden des nicht mehr versorgbaren Leitungsabschnitts des ersten Energiebusses mit dem zweiten Energiebus.In the case of an annular topology of the energy bus (s), the bus coupling unit divides the annular bus line (s) of adjacent energy buses into a first line section and a second line section. If an error occurs both in the first line section and in the second line section of an energy bus, the consumers that can no longer be supplied by the bus-own direct current source can then be supplied by the direct current source of the second bus (second stage fault rectification). For this purpose, the bus coupling unit comprises, for example, further switching elements for electrically connecting the line section of the first energy bus that can no longer be supplied to the second energy bus.
[0030] Eine vierte Ausführungsform sieht dabei vor, dass der erste und der zweite Energiebus (vorzugsweise sämtliche Energiebusse der Stromversorgungseinrichtung) eine ringförmige Topologie aufweisen. Diese Ausführungsform ist insbesondere vorteilhaft, wenn große Distanzen mit hoher Verfügbarkeit überwunden werden müssen, bspw. zur Verbindung zweier Bahnnetze.A fourth embodiment provides that the first and the second power bus (preferably all power buses of the power supply device) have an annular topology. This embodiment is particularly advantageous when large distances have to be covered with high availability, for example for connecting two railway networks.
[0031] Eine fünfte und sechste Ausführungsform sieht vor, dass der erste und der zweite Energiebus (vorzugsweise sämtliche Energiebusse der Stromversorgungseinrichtung) jeweils eine lineare Topologie aufweisen. Diese Ausführungsform kann vorteilhaft zur Verbindung großer Gleisfelder verwendet werden.A fifth and sixth embodiment provides that the first and the second power bus (preferably all power buses of the power supply device) each have a linear topology. This embodiment can advantageously be used to connect large track fields.
[0032] Bei einer siebten Ausführungsform sind ein Energiebus mit ringförmiger Topologie und ein Energiebus mit linearer Topologie durch die Buskoppeleinheit miteinander gekoppelt.In a seventh embodiment, an energy bus with an annular topology and an energy bus with a linear topology are coupled to one another by the bus coupling unit.
[0033] Vorzugsweise weist das Verbraucher-Busankoppelelement sowohl an der negativen als auch an der positiven Potentialseite der Busleitung jeweils ein erstes Schaltelement zur elektrischen Trennung der Busleitung und ein zweites Schaltelement zum Zuschalten des Verbrauchers zum Energiebus auf, wobei die ersten Schaltelemente Teil der Busleitung und die zweiten Schaltelemente Teil einer im Verbraucher-Busankoppelelement integrierten, von der Busleitung zum Verbraucher führenden Versorgungsleitung sind.Preferably, the consumer bus coupling element on both the negative and on the positive potential side of the bus line each have a first switching element for electrical isolation of the bus line and a second switching element for connecting the consumer to the power bus, the first switching elements being part of the bus line and the second switching elements are part of a supply line integrated in the consumer bus coupling element and leading from the bus line to the consumer.
[0034] Im Folgenden wird ein Verfahren zum Betreiben einer zuvor beschriebenen Stromversorgungseinrichtung beschrieben, insbesondere zur Verwendung in der Bahntechnik. Erfindungsgemäß werden die Verbraucher-Busankoppelelemente sequentiell vom Grundzustand in den zweiten Betriebszustand gebracht, so dass die Verbraucher-Busankoppelelemente sequentiell durch Versorgung mit Strom der Gleichstromquelle angeschaltet werden.In the following, a method for operating a power supply device described above is described, in particular for use in railway technology. According to the invention, the consumer bus coupling elements are brought sequentially from the basic state into the second operating state, so that the consumer bus coupling elements are switched on sequentially by being supplied with current from the direct current source.
[0035] Vorzugsweise wird der Strom von der Gleichstromquelle beidseitig in die Busleitung eingespeist.Preferably, the current from the direct current source is fed into the bus line on both sides.
[0036] Dabei kann zur beidseitigen Einspeisung mindestens eine weitere Gleichstromquelle verwendet werden. Dies ermöglicht die Verwendung einer linearen Topologie des Energiebusses. Vorzugsweise werden mehr als zwei Gleichstromquellen verwendet. Durch Steuerung der Spannung der Gleichstromquellen kann somit im widerstandsbelasteten Bus eine Balancierung der Energieeinspeisung durchgeführt werden.At least one further direct current source can be used for the supply on both sides. This enables the linear topology of the energy bus to be used. Preferably more than two DC sources are used. By controlling the voltage of the DC sources, the energy supply can be balanced in the bus under resistance.
[0037] Alternativ hierzu kann zur beidseitigen Einspeisung ein Energiebus mit einer ringförmigen Topologie und einer einzigen Gleichstromquelle verwendet werden.As an alternative to this, an energy bus with an annular topology and a single direct current source can be used for the two-sided supply.
[0038] Die Gleichstromquellen speisen mittels jeweils eines Einspeise-Busankoppelelements Strom in den Energiebus. Innerhalb eines Energiebusses können beliebig viele Gleichstromquellen vorgesehen sein. Die Anzahl der Einspeise-Busankoppelelemente richtet sich nach der Anzahl der Gleichstromquellen.[0038] The direct current sources feed current into the energy bus by means of a feed-in bus coupling element in each case. Any number of direct current sources can be provided within an energy bus. The number of infeed bus coupling elements depends on the number of direct current sources.
[0039] Vorzugsweise umfassen die Einspeise-Busankoppelelemente eine Reihe von Schaltelementen und Dioden. Die Schaltelemente trennen den Bus an den Segmentgrenzen und erlauben eine kontrollierte, unabhängige Einspeisung des Stroms in die angrenzenden Busleitungen. Die Dioden bzw. gesteuerten Schalter entkoppeln die Speisung (Gleichstromquellen) bei Rückwärtsenergieeintrag (z.B. durch die Verwendung weiterer Gleichstromquellen bei kurzen Leitungen und unterschiedlichen Spannungen).Preferably, the feed bus coupling elements comprise a series of switching elements and diodes. The switching elements separate the bus at the segment boundaries and allow controlled, independent feeding of the current into the adjacent bus lines. The diodes or controlled switches decouple the supply (DC sources) in the event of reverse energy input (e.g. by using additional DC sources with short lines and different voltages).
[0040] Alle beschriebenen Stromversorgungseinrichtungen können als potentialfreie IT (Isole Terre)-Stromversorgungsnetze ausgebildet werden. Diese Netznorm wird vorzugsweise in der Bahntechnik, insbesondere in der Leit- und Sicherungstechnik verwendet.All the power supply devices described can be designed as potential-free IT (Isole Terre) power supply networks. This network standard is preferably used in rail technology, especially in control and safety technology.
[0041] Vorzugsweise werden im Falle eines defekten Segments der Busleitung (z.B. bei Unterbrechung oder Kurzschluss), die an dem defekten Segment angrenzenden Verbraucher-Bus-ankoppelelemente in den ersten Betriebszustand versetzt. Die Busleitung wir also dann an der defekten Stelle unterbrochen. Aufgrund der beidseitigen Einspeisung können trotzdem alle Verbraucher mit Strom versorgt werden. Bei Kurzschluss in einem Bussegment wird das betroffene Bussegment also durch die benachbarten Verbraucher-Busankoppelelemente isoliert.In the event of a defective segment of the bus line (e.g. in the event of an interruption or short circuit), the consumer bus coupling elements adjacent to the defective segment are preferably set to the first operating state. The bus line is then interrupted at the defective point. Due to the feed-in on both sides, all consumers can still be supplied with electricity. In the event of a short circuit in a bus segment, the affected bus segment is isolated by the neighboring consumer bus coupling elements.
[0042] Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der Zeichnung. Ebenso können die vorstehend genannten und die noch weiter ausgeführten Merkmale erfindungsgemäß jeweils einzeln für sich oder zu mehreren in beliebigen Kombinationen Verwendung finden. Die gezeigten und beschriebenen Ausführungsformen sind nicht als abschließende Aufzählung zu verstehen, sondern haben vielmehr beispielhaften Charakter für die Schilderung der Erfindung.[0042] Further advantages of the invention result from the description and the drawing. Likewise, according to the invention, the features mentioned above and those which have been elaborated further can be used individually or in combination in any combination. The embodiments shown and described are not to be understood as an exhaustive list, but rather have an exemplary character for the description of the invention.
[0043] In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand beispielsweise dargestellt. Es zeigen [0044] Fig. 1 zeigt einen Energiebus gemäß dem Stand der Technik.In the drawing, the subject of the invention is shown for example. 1 shows an energy bus according to the prior art.
[0045] Fig. 2a zeigt eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Stromversor gungseinrichtung mit einer ersten einseitig einspeisenden Gleichstromquelle und einem Energiebus mit linearer Topologie.Fig. 2a shows a first embodiment of the power supply device according to the invention with a first unidirectional DC power source and an energy bus with a linear topology.
[0046] Fig. 2b zeigt eine erste Ausführungsform mit einer ersten an einer beliebigen Stelle zweiseitig einspeisenden Gleichstromquelle und einem Energiebus mit linearer Topologie.2b shows a first embodiment with a first direct current source which feeds in from both sides at an arbitrary point and an energy bus with a linear topology.
[0047] Fig. 3a zeigt einen bevorzugten Aufbau eines Verbraucher-Busankoppelelements im3a shows a preferred structure of a consumer bus coupling element in the
Grundzustand.Ground state.
[0048] Fig. 3b zeigt einen bevorzugten Aufbau eines Verbraucher-Busankoppelelements im ersten Betriebszustand.3b shows a preferred construction of a consumer bus coupling element in the first operating state.
[0049] Fig. 3c zeigt einen bevorzugten Aufbau eines Verbraucher-Busankoppelelements im zweiten Betriebszustand.3c shows a preferred construction of a consumer bus coupling element in the second operating state.
[0050] Fig. 4 zeigt einen bevorzugten Aufbau eines Einspeise-Busankoppelelements.Fig. 4 shows a preferred construction of a feed bus coupling element.
[0051] Fig. 5 zeigt eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Stromversor gungseinrichtung mit einer ersten Gleichstromquelle und einem Energiebus mit ringförmiger Topologie.Fig. 5 shows a second embodiment of the power supply device according to the invention with a first DC power source and an energy bus with an annular topology.
[0052] Fig. 6a zeigt eine dritte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Stromversor gungseinrichtung mit mehreren Gleichstromquellen und einem Energiebus mit linearer Topologie.Fig. 6a shows a third embodiment of the power supply device according to the invention with a plurality of DC sources and an energy bus with a linear topology.
[0053] Fig. 6b zeigt die dritte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Stromversorgungs einrichtung mit zwei Gleichstromquellen, bei der sich alle Verbraucher-Bus-ankoppelelemente im zweiten Betriebszustand befinden.Fig. 6b shows the third embodiment of the power supply device according to the invention with two DC sources, in which all consumer bus coupling elements are in the second operating state.
[0054] Fig. 6c zeigt die dritte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Stromversorgungs einrichtung mit zwei Gleichstromquellen, bei der ein Bussegment aufgrund eines Kurzschlusses isoliert ist.Fig. 6c shows the third embodiment of the power supply device according to the invention with two DC sources, in which a bus segment is isolated due to a short circuit.
[0055] Fig. 7a zeigt einen Ausschnitt einer vierten Ausführungsform der erfindungsgemä ßen Stromversorgungseinrichtung mit zwei gekoppelten Energiebussen mit ringförmiger Topologie.7a shows a section of a fourth embodiment of the power supply device according to the invention with two coupled energy buses with a ring-shaped topology.
[0056] Fig. 7b zeigt die erfindungsgemäße Stromversorgungseinrichtung gemäß Fig. 7a mit einem unterbrochenen Segment im Hauptleitungsabschnitt.FIG. 7b shows the power supply device according to the invention according to FIG. 7a with an interrupted segment in the main line section.
[0057] Fig. 7c zeigt die erfindungsgemäße Stromversorgungseinrichtung gemäß Fig. 7a mit einem unterbrochenen Segment im Hauptleitungsabschnitt und einer weiteren Unterbrechung im Rückleitungsabschnitt.FIG. 7c shows the power supply device according to the invention according to FIG. 7a with an interrupted segment in the main line section and a further interruption in the return line section.
[0058] Fig. 8 zeigt eine fünfte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Stromversor gungseinrichtung mit zwei gekoppelten Energiebussen mit linearer Topologie und mehreren Gleichstromquellen.Fig. 8 shows a fifth embodiment of the power supply device according to the invention with two coupled energy buses with a linear topology and several DC sources.
[0059] Fig. 9 zeigt eine sechste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Stromversor gungseinrichtung mit mehreren sternförmig angeschlossenen Energiebusse in linearer Topologie und einer zentralen Netzkoppeleinheit.Fig. 9 shows a sixth embodiment of the power supply device according to the invention with several star-shaped connected energy buses in linear topology and a central network coupling unit.
[0060] Fig. 10 zeigt eine siebte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Stromversor gungseinrichtung, bei der ein Energiebus mit linearer Topologie mit einem Energiebus mit ringförmiger Topologie gekoppelt ist.Fig. 10 shows a seventh embodiment of the power supply device according to the invention, in which an energy bus with a linear topology is coupled to an energy bus with an annular topology.
[0061] Fig.1 zeigt einen Energiebus gemäß dem Stand der Technik mit zwei Gleichstromquellen PS1, PS2, die über eine Busleitung L mit mehreren Verbrauchern (Feldelemente FE) elektrisch verbunden sind. Die Busleitung L weist hierzu Abzweigleitungen A auf, die zu den Feldelementen FE führen. Tritt in einer solchen Anordnung ein Fehler, bspw. ein Kurzschluss, auf, betrifft dies den ganzen Energiebus, so dass keines der Feldelemente FE weiter betrieben werden kann. Aufgrund der Vielzahl der Feldelemente FE tritt zudem ein hoher Anschaltstrom auf.1 shows an energy bus according to the prior art with two direct current sources PS1, PS2, which are electrically connected to a plurality of consumers (field elements FE) via a bus line L. For this purpose, the bus line L has branch lines A, which lead to the field elements FE. If a fault, for example a short circuit, occurs in such an arrangement, this affects the entire power bus, so that none of the field elements FE can continue to be operated. Due to the large number of field elements FE, a high switching current also occurs.
[0062] Fig. 2a, 2b zeigen zwei Varianten einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Stromversorgungseinrichtung SV1, SVT, mit jeweils einem Energiebus, der eine linearen Topologie aufweist. Der Energiebus umfasst eine Busleitung L3, eine erste einseitig einspeisende Gleichstromquelle PS1 sowie ein Einspeise-Busankoppelelement SBA1 mittels welchem Strom in die Busleitung L3 eingespeist wird. In der Busleitung L3 sind Unterbrechungsstellen U1 ... Un, US1 ... USm (hier: m=1) vorgesehen, an denen n Verbraucher-Busankoppelelemente VBA1 ... VBAn sowie das Einspeise-Busankoppelelement SBA1 die Busleitung L3 in Bussegmente BS unterteilen. Die Anzahl s der Bussegmente ist abhängig von der Anzahl n der Verbraucher-Busankoppelelemente und der Anzahl m der Einspeise-Busankoppelelemente. Die Anzahl s der Bussegmente bei einem Energiebus mit linearer Topologie beträgt s = m+n-1. Die Verbraucher FE1 ... FEn sind jeweils einem Verbraucher-Busankoppelelement VBA1 ... VBAn nachgeschaltet. Mittels der Verbraucher- und der Einspeise-Busankoppelelemente VBA1 ... VBAn (an Unterbrechungsstellen U1 ... Un), und den Einspeise-Busankoppelemente SBA1 ... SBAm (an Unterbrechungsstellen US1 ... USm) kann eine elektrische Trennung an den entsprechenden2a, 2b show two variants of a first embodiment of the power supply device SV1, SVT, each with an energy bus that has a linear topology. The power bus comprises a bus line L3, a first direct-current source PS1 which feeds in on one side and a feed-in bus coupling element SBA1 by means of which current is fed into the bus line L3. Interruption points U1 ... Un, US1 ... USm (here: m = 1) are provided in the bus line L3, at which n consumer bus coupling elements VBA1 ... VBAn and the infeed bus coupling element SBA1 divide the bus line L3 into bus segments BS , The number s of bus segments is dependent on the number n of consumer bus coupling elements and the number m of feed bus coupling elements. The number s of bus segments in an energy bus with a linear topology is s = m + n-1. The consumers FE1 ... FEn are each connected to a consumer bus coupling element VBA1 ... VBAn. Using the consumer and the infeed bus coupling elements VBA1 ... VBAn (at interruption points U1 ... Un), and the infeed bus coupling elements SBA1 ... SBAm (at interruption points US1 ... USm), electrical isolation can be made at the corresponding
Unterbrechungsstellen bewirkt werden (Grundzustand bzw. erster Betriebszustand - siehe Fig. 3a, 3b; beziehungsweise Trennen der Einspeisung siehe Fig. 4). In den gezeigten Beispielen ist dem vierten Verbraucher-Busankoppelelement VBA4 kein Verbraucher nachgeschaltet. Ver-braucher-Busankoppelelemente VBA4 ohne nachgeschalteten Verbraucher FE können als Reserve für zukünftig anzuschließende Verbraucher dienen.Interrupt points are caused (basic state or first operating state - see Fig. 3a, 3b; or disconnection of the feed see Fig. 4). In the examples shown, the fourth consumer bus coupling element VBA4 is not followed by a consumer. Consumer bus coupling elements VBA4 without downstream consumers FE can serve as a reserve for consumers to be connected in the future.
[0063] In Fig. 2a ist die erste Gleichstromquelle PS1 lediglich mit dem ersten Verbraucher-Busankoppelelement VBA1 direkt verbunden und bilden damit die Grenze des Energiebusses (einseitige Einspeisung).In Fig. 2a, the first DC power source PS1 is only directly connected to the first consumer bus coupling element VBA1 and thus form the limit of the energy bus (one-sided supply).
[0064] In Fig. 2b ist die erste Gleichstromquelle PS1 zwischen zwei Verbraucher-Busankoppel-elementen VBA2, VBA3 angeordnet. Der Energiebus weist somit eine zweiteilige lineare Topologie auf. Das Einspeise-Busankoppelelement SBA1 kann hier beidseitig den Energiebus betreiben. Diese Eigenschaft kommt auch bei den später beschriebenen ringförmigen Topologien zum Einsatz.2b, the first direct current source PS1 is arranged between two consumer bus coupling elements VBA2, VBA3. The energy bus thus has a two-part linear topology. The feed bus coupling element SBA1 can operate the power bus on both sides. This property is also used in the ring-shaped topologies described later.
[0065] Ein bevorzugter Aufbau eines in einer Busleitung L verbauten Verbraucher-Busankop-pelelements VBA ist in Fig. 3a, 3b und 3c gezeigt. Das Verbraucher-Busankoppelelement VBA umfasst Schaltelemente S1, S2, Dioden D und einen Kleinprozessor KP. Die Dioden dienen der Anschaltung des Kleinprozessors KP und des Verbrauchers FE an die Busleitung L. Über die Schaltelemente S1 wird die Busleitung L unterbrochen, mit anderen Worten segmentiert in Bussegmente. Die Schaltelemente S2 dienen dem Zuschalten des Verbrauchers. Die Schaltelemente S1, S2 werden vorzugsweise als Relais oder elektronisches Schaltelement ausgeführt.A preferred construction of a consumer bus coupling element VBA installed in a bus line L is shown in FIGS. 3a, 3b and 3c. The consumer bus coupling element VBA comprises switching elements S1, S2, diodes D and a small processor KP. The diodes are used to connect the small processor KP and the consumer FE to the bus line L. Via the switching elements S1, the bus line L is interrupted, in other words segmented into bus segments. The switching elements S2 are used to connect the consumer. The switching elements S1, S2 are preferably designed as relays or electronic switching elements.
[0066] Das Verbraucher-Busankoppelelement VBA hat folgende Betriebszustände: Im in Fig. 3a gezeigten Grundzustand wird der Kleinprozessor KP ein- oder zweiseitig von der Busleitung L über die Dioden gespeist. Alle Schaltelemente S1 und S2 sind offen. Im in Fig. 3b gezeigten ersten Betriebszustand wird der Verbraucher FE mittels der zweiten Schaltelemente S2 zugeschaltet. Nach einer zeitlichen Verzögerung wird die Busleitung mit den ersten Schaltelementen S1 durchverbunden, wie in Fig. 3c gezeigt (zweiter Betriebszustand).The consumer bus coupling element VBA has the following operating states: In the basic state shown in FIG. 3a, the small processor KP is fed on one or two sides by the bus line L via the diodes. All switching elements S1 and S2 are open. In the first operating state shown in FIG. 3b, the consumer FE is switched on by means of the second switching elements S2. After a time delay, the bus line is connected through to the first switching elements S1, as shown in FIG. 3c (second operating state).
[0067] Die erfindungsgemäße Stromversorgungseinrichtung, wie bspw. in Fig. 2a gezeigt, wird erfindungsgemäß so betrieben, dass sich zunächst sämtliche Verbraucher-Busankoppelele-mente VBA1 ... VBAn im Grundzustand befinden, so dass die Busleitung L3 durch jedes der Verbraucher-Busankoppelelemente VBA1 ... VBAn elektrisch unterbrochen wird. Durch Anschalten des Stroms der Gleichstromquelle PS1 wird daher zunächst nur das der Gleichstromquelle PS1 nächste Verbraucher-Busankoppelelement (erstes Verbraucher-Busankoppelelement VBA1) mit Strom versorgt, so dass das erste Verbraucher-Busankoppelelement VBA1 selber sowie der dem ersten Verbraucher-Busankoppelelement VBA1 nachgeschaltete Verbraucher FE1 angeschaltet werden können. Dabei schaltet sich die Funktionalität des Verbrau-cher-Busankoppelelements VBA1 mit dem Vorhandensein der Speisung SP1 selbst an. Im Verlaufe dieses Anschaltvorganges wird die Verbraucher-Stromversorgung durch Schließen der zweiten Schaltelementen S2 zugeschaltet. Das Verbraucher-Busankoppelelement VBA1 befindet sich dann im ersten Betriebszustand. Liegen diese Spannungen stabil an, dann schaltet sich die Elektronik des Verbrauchers FE1 zu. Nachdem der Verbraucher FE1 des ersten Ver-braucher-Busankoppelelements VBA1 betriebsbereit (angeschaltet/hochgefahren) ist, wird das erste Verbraucher-Busankoppelelement VBA1 in den zweiten Betriebszustand gebracht, d.h. der Bus wird bis zum nächsten (zweiten) Verbraucher-Busankoppelelement VBA2 mittels der Schaltelemente S1 durchgeschaltet, wodurch das nächste Verbraucher-Busankoppelelement (zweites Verbraucher-Busankoppelelement VBA2) mit Strom versorgt wird, usw. Die Verbraucher FE1 ... FEn werden also nacheinander angeschaltet, so dass auch bei Verwendung einer Vielzahl an Verbrauchern FE1 ... FEn nur der geringe Anschaltstrom eines einzelnen Verbrauchers FE1 ... FEn auftritt.The power supply device according to the invention, as shown, for example, in FIG. 2a, is operated according to the invention in such a way that initially all consumer bus coupling elements VBA1 ... VBAn are in the basic state, so that the bus line L3 through each of the consumer bus coupling elements VBA1 ... VBAn is interrupted electrically. By switching on the current of the direct current source PS1, therefore, only the consumer bus coupling element (first consumer bus coupling element VBA1) closest to the direct current source PS1 is initially supplied with current, so that the first consumer bus coupling element VBA1 itself and the consumer FE1 connected downstream of the first consumer bus coupling element VBA1 can be switched on. The functionality of the consumer bus coupling element VBA1 switches itself on when the supply SP1 is present. In the course of this connection process, the consumer power supply is switched on by closing the second switching elements S2. The consumer bus coupling element VBA1 is then in the first operating state. If these voltages are stable, the electronics of the consumer FE1 are switched on. After the consumer FE1 of the first consumer bus coupling element VBA1 is ready for operation (switched on / started up), the first consumer bus coupling element VBA1 is brought into the second operating state, i.e. the bus is switched through to the next (second) consumer bus coupling element VBA2 by means of the switching elements S1, as a result of which the next consumer bus coupling element (second consumer bus coupling element VBA2) is supplied with current, etc. The consumers FE1 ... FEn are therefore switched on one after the other , so that even when using a large number of consumers FE1 ... FEn, only the low starting current of a single consumer FE1 ... FEn occurs.
[0068] Fig. 4 zeigt die Grundform des Aufbaus eines Einspeise-Busankoppelelements SBA, wobei eine Gleichstromquelle PS über das Einspeise-Busankoppelelement SBA mit der Busleitung L verbunden ist. Die Einspeise-Ankopplung erfolgt hier über Dioden D1. Diese entkoppeln die Speisung PS bei Rückwärtsenergieeintrag (z.B. durch eine zweite Speisung (s. z.B. Fig. 6a) bei kurzen Leitungen und unterschiedlichen Spannungen). Die Dioden D1 können auch als gesteuerte Schalter implementiert werden. Die Dioden D2 dienen zur Entkopplung der Stromversorgung des Kleinprozessors KP. Schaltelemente S3 und S4 dienen zur Trennung der potentialfreien Einspeisung PS von der Busleitung L. Durch eine zeitliche Staffelung der Anschaltung mittels der Schaltelemente S3 und S4 können auch zweiteilig lineare Energiebusse, wie in Fig. 2b gezeigt, sequentiell hochgefahren werden.FIG. 4 shows the basic form of the construction of a feed-in bus coupling element SBA, a direct current source PS being connected to the bus line L via the feed-in bus coupling element SBA. The feed coupling takes place here via diodes D1. These decouple the PS supply in the case of reverse energy input (e.g. by a second supply (see e.g. Fig. 6a) for short cables and different voltages). The diodes D1 can also be implemented as controlled switches. The diodes D2 serve to decouple the power supply of the small processor KP. Switching elements S3 and S4 serve to separate the potential-free feed PS from the bus line L. By staggering the connection by means of the switching elements S3 and S4, two-part linear energy buses, as shown in FIG. 2b, can also be started up sequentially.
[0069] Fig. 5 zeigt eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Stromversorgungseinrichtung SV2. Im Gegensatz zu der in Fig. 2 gezeigten Stromversorgungseinrichtung SV1 weist der Energiebus der Stromversorgungseinrichtung SV2 gemäß Fig. 5 eine ringförmige Topologie auf. Die Gleichstromquelle PS1 ist dazu über das Einspeise-Busankoppelelement SBA1 sowohl an dem ersten Verbraucher-Busankoppelelement VBA1 als auch an dem n- ten Verbraucher-Busankoppelelement VBAn angeschlossen, so dass eine beidseitige Stromeinspeisung erfolgen kann. Die Busleitung L1 wird durch die Busankoppelelemente SBA1, VBA1 ... VBAn in n+m Bussegmente BS unterteilt.5 shows a second embodiment of the power supply device SV2 according to the invention. In contrast to the power supply device SV1 shown in FIG. 2, the power bus of the power supply device SV2 according to FIG. 5 has an annular topology. For this purpose, the direct current source PS1 is connected via the feed bus coupling element SBA1 both to the first consumer bus coupling element VBA1 and to the nth consumer bus coupling element VBAn, so that current can be fed in from both sides. The bus line L1 is divided into n + m bus segments BS by the bus coupling elements SBA1, VBA1 ... VBAn.
[0070] Eine weitere Möglichkeit, wie eine beidseitige Stromeinspeisung realisiert werden kann, ist in Fig. 6a-c gezeigt. Die dort gezeigte dritten Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Stromversorgungseinrichtung SV3, SV3' umfassen einen Energiebus mit einer linearen Topologie. In Fig. 6a ist eine Ausführungsform SV3 mit drei Gleichstromquellen PS1, PS2, PS3. In Fig. 6b, c wird eine Ausführungsform SV3‘ mit zwei Gleichstromquellen PS1, PS2 gezeigt. In beiden Fällen kann jedes Verbraucher-Busankoppelelement VBA1 ... VBAn von zwei Seiten gespeist werden. Das sequentielle Hochfahren erfolgt dann vorzugsweise ausgehend von den beiden Gleichstromquellen PS1, PS2 gleichzeitig von beiden Seiten des Energiebusses. Dazu ist das erste Verbraucher-Busankoppelelement VBA1 über das Einspeise-Busankoppelelement SBA1 an der ersten Gleichstromquelle PS1 und das n-te Verbraucher-Busankoppelelement VBAn über ein weiteres Einspeise-Busankoppelelement SBA2 an der weiteren Gleichstromquellen PS2 angeschlossen. Im Fall eines Fehlers (Kurzschluss KS) im Bussegment BS‘ (Fig. 6c), kann das betreffende Bussegment BS‘ isoliert werden, indem die benachbarten Verbraucher-Bus-ankoppelelemente (hier: Verbraucher-Busankoppelelemente VBA2, VBA3) durch Öffnen der Schaltelemente S1 in den ersten Betriebszustand gebracht werden, wie in Fig. 6c gezeigt. Die Verbraucher FE1, FE2 können dann über die erste Gleichstromquelle PS1, die Verbraucher FE3 ... FEn über die weitere Gleichstromquelle PS2 versorgt werden (Fehlerbehebung erster Stufe).A further possibility of how a power supply on both sides can be realized is shown in FIGS. 6a-c. The third embodiments of the power supply device SV3, SV3 'according to the invention shown there include an energy bus with a linear topology. 6a shows an embodiment SV3 with three direct current sources PS1, PS2, PS3. 6b, c show an embodiment SV3 'with two direct current sources PS1, PS2. In both cases, each consumer bus coupling element VBA1 ... VBAn can be fed from two sides. The sequential startup then preferably takes place starting from the two direct current sources PS1, PS2 simultaneously from both sides of the energy bus. For this purpose, the first consumer bus coupling element VBA1 is connected to the first direct current source PS1 via the infeed bus coupling element SBA1 and the nth consumer bus coupling element VBAn is connected to the further direct current sources PS2 via a further infeed bus coupling element SBA2. In the event of an error (short circuit KS) in the bus segment BS '(FIG. 6c), the relevant bus segment BS' can be isolated by the adjacent consumer bus coupling elements (here: consumer bus coupling elements VBA2, VBA3) by opening the switching elements S1 are brought into the first operating state, as shown in FIG. 6c. The consumers FE1, FE2 can then be supplied via the first direct current source PS1, the consumers FE3 ... FEn via the further direct current source PS2 (first stage troubleshooting).
[0071] In den Fig. 7a-c ist eine vierte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Stromversorgungseinrichtung SV4 gezeigt, bei der ein erster Energiebus B2 mit einer Busleitung L1 mit einem zweiten Energiebus B2‘ mit einer Busleitung L2 mittels einer Buskoppeleinheit K elektrisch gekoppelt sind. Die Busleitungen L1, L2 werden dabei durch die Buskoppeleinheit K jeweils in einen Hauptleitungsabschnitt L1a, L2a, in dem mindestens zwei Verbraucher-Busan- koppelelemente VBA1.....VBA5 angeordnet sind, und einen Rückleitungsabschnitt L1b, L2b, in dem nicht notwendigerweise Verbraucher-Busankoppelelemente angeordnet sind, unterteilt. An den Verbraucher-Busankoppelelementen VBA1, ..., VBA5 sind Verbraucher FE1,..., FE5 angeschlossen. Beide Energiebusse B2, B2‘ weisen eine ringförmige Topologie gemäß Fig. 5 auf. In Fig. 7b ist der Fall dargestellt, dass ein Segment des Hauptleitungsabschnitts L1a aufgrund eines aufgetretenen Fehlers isoliert wurde (Fehlerbehebung erster Stufe). Aufgrund der Kopplung mittels der Buskoppeleinheit K können die Verbraucher-Busankoppelelemente VBA1, ..., VBA5 und die an diesen angeschlossenen Verbraucher FE1,..., FE5 im Hauptleitungsabschnitt L1a auch bei einem zusätzlich im Rückleitungsabschnitt L1b auftretenden Fehler, wie in Fig. 7c dargestellt, weiter betrieben werden. Hierfür werden die aufgrund des Fehlers im Hauptleitungsabschnitt L1a und Rückleitungsabschnitt L1b nicht über die erste Gleichstromquelle PS1 versorgbaren Verbraucher-Busankoppelelemente VBA4, VBA5 des ersten Energiebusses B2 mittels der Buskoppeleinheit K mit dem zweiten Energiebus B2‘ elektrisch verbunden, (Fehlerbehebung zweiter Stufe).7a-c show a fourth embodiment of the power supply device SV4 according to the invention, in which a first power bus B2 with a bus line L1 with a second power bus B2 'with a bus line L2 are electrically coupled by means of a bus coupling unit K. The bus lines L1, L2 are each by the bus coupling unit K in a main line section L1a, L2a, in which at least two consumer bus coupling elements VBA1 ..... VBA5 are arranged, and a return line section L1b, L2b, in which consumers are not necessarily -Busan coupling elements are arranged, divided. Consumer FE1, ..., FE5 are connected to the consumer bus coupling elements VBA1, ..., VBA5. Both energy buses B2, B2 'have an annular topology according to FIG. 5. FIG. 7b shows the case in which a segment of the main line section L1a has been isolated due to an error that has occurred (first stage troubleshooting). Due to the coupling by means of the bus coupling unit K, the consumer bus coupling elements VBA1, ..., VBA5 and the consumers FE1, ..., FE5 connected to this can also in the main line section L1a in the event of an error additionally occurring in the return line section L1b, as in FIG. 7c shown, continue to operate. For this purpose, the consumer bus coupling elements VBA4, VBA5 of the first energy bus B2, which cannot be supplied via the first direct current source PS1 due to the fault in the main line section L1a and return line section L1b, are electrically connected to the second energy bus B2 ′ by means of the bus coupling unit K (second stage troubleshooting).
[0072] In Fig. 8 ist eine fünfte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Stromversorgungseinrichtung SV5 dargestellt, bei der mittels der Buskoppeleinheit K zwei Energiebusse B1, BT mit linearer Topologie und jeweils zwei Gleichstromquellen PS1, PS2, PST, PS2‘ elektrisch gekoppelt sind.8 shows a fifth embodiment of the power supply device SV5 according to the invention, in which two energy buses B1, BT with linear topology and in each case two direct current sources PS1, PS2, PST, PS2 'are electrically coupled by means of the bus coupling unit K.
[0073] Am ersten Energiebus B1 sind fünf Verbraucher-Busankoppelelemente VBA1 ... VBA5 angeschlossen, wobei die erste Gleichstromquelle PS1 lediglich mit dem ersten Verbraucher-Busankoppelelement VBA1 direkt elektrisch verbunden ist) und somit nur in eine Richtung Strom einspeist. Die weitere Gleichstromquelle PS2 ist zwischen dem dritten Verbraucher-Bus-ankoppelelement VBA3 und dem vierten Verbraucher-Busankoppelelement VBA4 angeordnet (also sowohl mit dem dritten Verbraucher-Busankoppelelement VBA3 als auch mit dem vierten Verbraucher-Busankoppelelement VBA4 direkt elektrisch verbunden), so dass eine Einspeisung in zwei Richtungen erfolgt. Der zweite Energiebus BT umfasst zwei Gleichstromquellen PST, PS2‘ und drei Verbraucher-Busankoppelelementen VBAT ... VBA3‘, an denen jeweils ein Verbraucher FET ... FE3‘ angeschlossen ist. Auch bei dieser Ausführungsform können aufgrund der Kopplung mittels der Buskoppeleinheit K die Verbraucher-Busankoppelelemente VBA1 ... VBA5, VBAT ... VBA3‘ und die an diesen angeschlossenen Verbraucher bei einem auftretenden Fehler weiter betrieben werden. Insbesondere können die Verbraucher-Busankoppelelemente VBA4, VBA5, VBAT von der Stromquelle PS2, PS2‘ des jeweiligen anderen Energiebusses B1, BT mit Strom versorgt werden (Fehlerbehebung erster Stufe).Five consumer bus coupling elements VBA1 ... VBA5 are connected to the first energy bus B1, the first direct current source PS1 being only electrically connected directly to the first consumer bus coupling element VBA1) and thus feeding current in only one direction. The further DC power source PS2 is arranged between the third consumer bus coupling element VBA3 and the fourth consumer bus coupling element VBA4 (that is, both electrically connected to the third consumer bus coupling element VBA3 and to the fourth consumer bus coupling element VBA4), so that an infeed done in two directions. The second power bus BT comprises two direct current sources PST, PS2 'and three consumer bus coupling elements VBAT ... VBA3', to each of which a consumer FET ... FE3 'is connected. In this embodiment as well, due to the coupling by means of the bus coupling unit K, the consumer bus coupling elements VBA1 ... VBA5, VBAT ... VBA3 'and the consumers connected to them can continue to be operated if an error occurs. In particular, the consumer bus coupling elements VBA4, VBA5, VBAT can be supplied with current from the current source PS2, PS2 'of the respective other energy bus B1, BT (first stage troubleshooting).
[0074] Diese Ausführungsform der Stromversorgungseinrichtung beherrscht auch weitere zusätzliche Fehler (Fehlerbehebung höherer Stufen). Beispielhaft sei der Ausfall der Gleichstromquelle PS2 im ersten Energiebus B1 beschrieben. Bei Verlust der Spannung isolieren Dioden im Einspeise-Busankoppelelement SBA2 (entsprechend den Dioden D1 im Einspeise-Busan-koppelelement SBA in Fig.4) die Spannungsquelle PS2 von der Busleitung. Die Schaltelemente S3 und S4, kontrolliert durch den Kleinprozessor KP (s. Fig. 4), bleiben geschlossen. Auch bei offenem Koppler K des Einspeise-Busankoppelelements SBA2 werden somit die Verbraucher-Busankoppelelemente VBA4 und VBA5 von der ersten Gleichstromquelle PS1 versorgt.[0074] This embodiment of the power supply device also masters additional errors (higher-level troubleshooting). The failure of the DC power source PS2 in the first power bus B1 is described as an example. If the voltage is lost, diodes in the infeed bus coupling element SBA2 (corresponding to the diodes D1 in the infeed bus coupling element SBA in FIG. 4) isolate the voltage source PS2 from the bus line. The switching elements S3 and S4, controlled by the small processor KP (see FIG. 4), remain closed. Even when the coupler K of the infeed bus coupling element SBA2 is open, the consumer bus coupling elements VBA4 and VBA5 are thus supplied by the first direct current source PS1.
[0075] In Fig. 9 ist eine sechste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Stromversorgungseinrichtung SV6 dargestellt, bei der beispielhaft vier Energiebusse mit linearer Topologie und jeweils einer Gleichstromquelle PS1, PST, PS1“, PST“ sternförmig durch die Koppeleinheit K elektrisch verbunden sind. Eine derartige „sternförmige“ Kopplung ist allgemein mit n Energiebussen, mit n>2 möglich, wobei eine sternförmig gekoppelten Stromversorgungseinrichtung sowohl Energiebusse mit linearer als auch mit ringförmiger Topologie umfassen kann. Die Koppeleinheit K muss entsprechend der Anzahl und Topologie der zu koppelnden Energiebusse eine ausreichende Anzahl an Anschlüssen aufweisen.9 shows a sixth embodiment of the power supply device SV6 according to the invention, in which, for example, four power buses with a linear topology and in each case one direct current source PS1, PST, PS1 ", PST" are electrically connected in a star shape by the coupling unit K. Such a “star-shaped” coupling is generally possible with n energy buses, with n> 2, it being possible for a power supply device coupled in a star-shaped manner to comprise both energy buses with a linear and with a ring-shaped topology. The coupling unit K must have a sufficient number of connections in accordance with the number and topology of the energy buses to be coupled.
[0076] Fig. 10 zeigt eine siebte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Stromversorgungseinrichtung SV7, bei der ein Energiebus B1 mit linearer Topologie (analog Fig. 2) mit einem Energiebus B2 mit ringförmiger Topologie (analog Fig. 5) mittels der Buskoppeleinheit K gekoppelt ist. Beide Energiebusse B1, B2 umfassen jeweils eine Gleichstromquelle PS1, PST. An der Busleitung L3 des ersten Energiebusses B1 sind fünf Verbraucher-Busankoppelelemente VBA1, ..., VBA5 angeschlossen. Im zweiten Energiebus B2 sind vier Verbraucher-Busan-koppelelemente VBAT, ..., VBA4‘ angeordnet, wobei sich das Verbraucher-Busankoppelelement VBA4‘ nicht im Hauptleitungsabschnitt L2a sondern im Rückleitungsabschnitt L2b der Busleitung L2 befindet. Mit dieser Ausführungsform sind Fehlerbehebungen erster und zweiter Stufe möglich. Die Buskoppeleinheit K kann alle möglichen kombinatorischen Positionen (zwischen den genutzten Anschlüssen) einnehmen.10 shows a seventh embodiment of the power supply device SV7 according to the invention, in which an energy bus B1 with a linear topology (analogous to FIG. 2) is coupled to an energy bus B2 with an annular topology (analogous to FIG. 5) by means of the bus coupling unit K. Both energy buses B1, B2 each include a direct current source PS1, PST. Five consumer bus coupling elements VBA1, ..., VBA5 are connected to the bus line L3 of the first power bus B1. Four consumer bus coupling elements VBAT,..., VBA4 'are arranged in the second power bus B2, the consumer bus coupling element VBA4' not being located in the main line section L2a but in the return line section L2b of the bus line L2. With this embodiment, first and second stage bug fixes are possible. The bus coupling unit K can assume all possible combinatorial positions (between the connections used).
[0077] Alle Ausführungsformen umfassen einen segmentierten Energiebus, wobei die Segmentierung durch Verbraucher-Busankoppelelemente und Einspeise-Busankoppelelemente realisiert wird, welche von einem Grundzustand, in dem die an das jeweilige Busankoppelelement angrenzenden Segmente der Busleitung elektrisch voneinander getrennt sind, in einen zweiten Betriebszustand gebracht werden können, in dem diese Segmente elektrisch miteinander verbunden sind. Die schaltbare Segmentierung ist ein wesentliches Leistungsmerkmal zur Lokalisierung von Leitungsstörungen (Diagnosefunktion).All embodiments include a segmented power bus, the segmentation being implemented by consumer bus coupling elements and feed-in bus coupling elements, which are brought from a basic state in which the segments of the bus line adjoining the respective bus coupling element are electrically separated from one another into a second operating state can be in which these segments are electrically connected. The switchable segmentation is an essential performance feature for localizing line faults (diagnostic function).
BEZUGSZEICHENLISTE A Abzweigleitungen B1, BT Energiebus mit linearer Topologie B2, B2‘ Energiebus mit ringförmiger Topologie BS Bussegment, Segmente der Busleitung D, D1,D2 Dioden FE Verbraucher (Feldelement) FE, FE1 ..FEn Verbraucher eines ersten Energiebusses FET ..FE3‘ Verbraucher eines zweiten Energiebusses K Buskoppeleinheit KP Kleinprozessor KS Kurzschluss L Busleitung (2-polig) L1, L2 Busleitungen eines Energiebusses mit ringförmiger Topologie L3 Busleitungen von Energiebussen mit linearer Topologie L1a, L2a Hauptleitungsabschnitte der Busleitungen (ringförmige Topologie) L1b, L2b Rückleitungsabschnitte der Busleitungen (ringförmige Topologie) PS, PS1, PS2, PS3 Einspeisungen (Gleichstromquellen) eines ersten Energiebusses PST, PS2‘ Einspeisungen (Gleichstromquellen) eines zweiten Energiebusses PS1“ Einspeisung (Gleichstromquelle) eines dritten Energiebusses PST“ Einspeisung (Gleichstromquelle) eines vierten Energiebusses SV1 Stromversorgungseinrichtung mit einer Gleichstromquelle und linearerREFERENCE SIGN LIST A branch lines B1, BT power bus with linear topology B2, B2 'power bus with ring-shaped topology BS bus segment, segments of bus line D, D1, D2 diodes FE consumers (field element) FE, FE1 ..FEn consumers of a first energy bus FET ..FE3' Consumer of a second energy bus K bus coupling unit KP small processor KS short circuit L bus line (2-pin) L1, L2 bus lines of an energy bus with a ring topology L3 bus lines of energy buses with a linear topology L1a, L2a main line sections of the bus lines (ring topology) L1b, L2b return line sections of the bus lines ( ring topology) PS, PS1, PS2, PS3 feeds (direct current sources) of a first power bus PST, PS2 'feeds (direct current sources) of a second power bus PS1 “feed (direct current source) of a third power bus PST“ feed (direct current source) of a fourth power bus SV1 power supply device with one G low power source and more linear
Bustopologie SV2 Stromversorgungseinrichtung mit einer Gleichstromquelle und ringförmi ger Bustopologie SV3, SV3‘ Stromversorgungseinrichtung mit mehreren Gleichstromquellen und linearer Bustopologie SV4, SV5, SV6, SV7 Stromversorgungseinrichtungen mit gekoppelten Energiebussen S1, S2 Schaltelemente der Verbraucher-Busankoppelelemente S3, S4 Schaltelemente der Einspeise-Busankoppelelemente SBA, SBA‘ Einspeise-Busankoppelelemente SBA1 ,SBA2, Einspeise-Busankoppelelemente des ersten Energiebusses SBAT, SBA2' Einspeise-Busankoppelelemente des zweiten Energiebusses SBA1“, SBA2“ Einspeise-Busankoppelelemente des dritten Energiebusses der stern förmigen Stromversorgungseinrichtung SBAT“, SBA2‘“ Einspeise-Busankoppelelemente des vierten Energiebusses der sternförmigen Stromversorgungseinrichtung U, U1 ... Un Unterbrechungsstellen der Verbraucher-Busankoppelelemente US1 ... USm Unterbrechungsstellen der Einspeise-Busankoppelelemente VBA Verbraucher-Busankoppelelemente VBA1 ... VBAn Verbraucher-Busankoppelelemente des ersten Energiebusses VBAT ... VBAn‘ Verbraucher-Busankoppelelemente des zweiten EnergiebussesBus topology SV2 power supply device with a direct current source and ring-shaped bus topology SV3, SV3 'power supply device with several direct current sources and linear bus topology SV4, SV5, SV6, SV7 power supply devices with coupled power buses S1, S2 switching elements of the consumer bus coupling elements S3, S4 switching elements of the infeed bus coupling elements SBA, SBA 'infeed bus coupling elements SBA1, SBA2, infeed bus coupling elements of the first energy bus SBAT, SBA2' infeed bus coupling elements of the second energy bus SBA1 ", SBA2" infeed bus coupling elements of the third energy bus of the star-shaped power supply device SBAT ", SBA2" "infeed elements fourth power bus of the star-shaped power supply device U, U1 ... Un interruption points of the consumer bus coupling elements US1 ... USm interruption points of the feed bus coupling elements VBA consumer bus coupling elements VBA1 ... VBAn consumer bus coupling elements of the first energy bus VBAT ... VBAn 'consumer bus coupling elements of the second energy bus
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