DE102015203843A1 - Arrangement and method for a DC traction power supply - Google Patents

Abstract

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine Anordnung für eine Gleichspannungs-Bahnstromversorgung mit einem elektrischen Wechselspannungs-Versorgungsnetz und einer Fahrleitung, dadurch gekennzeichnet, dass ein Stromrichter für ein Gleichrichten der Wechselspannung des Wechselspannungs-Versorgungsnetzes vorgesehen ist, der geeignet ist, im Betrieb der Anordnung einen Stromfluss abzuschalten. Ferner ist ein entsprechendes Verfahren Gegenstand der Erfindung.The present invention is an arrangement for a DC traction power supply with an AC electrical supply network and a catenary, characterized in that a power converter is provided for rectifying the AC voltage of the AC supply network, which is suitable, during operation of the arrangement, a current flow off. Furthermore, a corresponding method is the subject of the invention.

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein entsprechendes Verfahren gemäß Anspruch 8. The invention relates to an arrangement according to the preamble of claim 1 and a corresponding method according to claim 8.

Bei herkömmlichen Anordnungen zur Bahnstromversorgung von Schienenfahrzeugen mit Gleichspannung wird i.d.R. ein Versorgungsnetz mit dreiphasiger Wechselspannung über einen Gleichrichter, z.B. einen Diodengleichrichter, an eine Fahrleitung angeschlossen. Vorgesehen wird dabei für jeden Speiseabschnitt der Fahrleitung ein Gleichstromschnellschalter, mit dem im Fehlerfall eine selektive Abschaltung des betroffenen Speiseabschnitts erreicht wird. Gleichstromschnellschalter sind derzeit nur bis zu einer Nennspannung von 3 kV am Markt verfügbar. Hierdurch wird auch die für die Bahnstromversorgung der Fahrleitung verwendbare Spannung auf 3 kV begrenzt. In conventional arrangements for traction power supply of rail vehicles with DC voltage i.d.R. a three-phase AC supply network via a rectifier, e.g. a diode rectifier connected to a catenary. Provided for each supply section of the catenary is a DC high-speed switch with which a selective shutdown of the affected feed section is achieved in the event of a fault. DC high-speed switches are currently only available on the market up to a nominal voltage of 3 kV. As a result, the usable voltage for the traction power of the catenary voltage is limited to 3 kV.

Das Zu- und Abschalten einer Last oder das Abschalten im Fehlerfall erfolgt mittels Gleichstromschnellschaltern, die Ströme bei entsprechender Auslegung innerhalb von Millisekunden abschalten können. Dabei bilden Kurzschlüsse eine häufige Fehlerart. Außerdem werden Trennschalter eingesetzt, die stromlos nach Öffnen des Gleichstromschnellschalters eine Trennstrecke für eine sichere Abschaltung herstellen. The switching on and off of a load or switching off in the event of a fault takes place by means of DC high-speed circuit breakers, which can switch off currents within milliseconds if they are designed accordingly. Short circuits are a common type of fault. In addition, disconnectors are used, which produce a safe disconnection path after opening the DC quick-disconnect switch.

Herkömmliche Trennschalter weisen häufig Schaltzeiten in der Größenordnung von einigen Sekunden, typischerweise 5 Sekunden, auf. Bekannt sind auch Lastrennschalter, die stromfest ausgelegt sind. Diese Lasttrennschalter können folglich den Nennstrom einer Anlage abschalten, häufig sind sie dabei genauso schnell wie Leistungsschalter und benötigen ebenfalls nur einige Dutzend Millisekunden für eine Abschaltung. Conventional circuit breakers often have switching times of the order of a few seconds, typically 5 seconds. Also known are load-disconnectors, which are designed current-proof. Consequently, these switch-disconnectors can switch off the rated current of a system, often as fast as circuit-breakers, and also require only a few tens of milliseconds to trip.

Aus der Produktbroschüre „Sitras SFC plus – Statischer Frequenzumrichter für die AC-Bahnstromversorgung“, 2012, Produktinformation Version 1.0.2 Nr. A6Z00015351872 , ist als Statischer Frequenzumrichter ein modular aufgebauter Multi-Level Direkt Umrichter bekannt, der eine dreiphasige Versorgungsspannung direkt in eine einphasige Wechselspannung zur Bahnstromversorgung umwandelt. Ein Bahntransformator wird zur direkten Speisung der Fahrleitung nicht benötigt, da der Umrichter eine hohe Ausgangsspannung bereit stellt. From the Product brochure "Sitras SFC plus - Static Frequency Converter for AC Traction Power Supply", 2012, Product Information Version 1.0.2 No. A6Z00015351872 , is known as Static Frequency Converter a modular built multi-level direct converter, which converts a three-phase supply voltage directly into a single-phase AC voltage to the traction power supply. A traction transformer is not required for direct supply of the overhead line, as the inverter provides a high output voltage.

Aus der Veröffentlichung „The Hybrid HVDV Breaker“ von Magnus Callavik et al., ABB Grid Systems, Technical Paper Nov‘ 2012 , ist ein auf Halbleitertechnologie basierender Schalter für Hochspannungs-Gleichstromübertragung bekannt, der hohe Ströme besonders schnell und sicher abschalten kann und dabei gleichzeitig nur geringe Energieverluste verursacht. Dies wird erreicht, indem zwei parallel geschaltete Schaltzweige genutzt werden: ein erster Zweig weist einen Lastumschalter mit Halbleitertechnologie sowie einen Ultra-schnellen Trennschalter auf, während ein zweiter Zweig mehrere Halbleiterschalteinrichtungen mit jeweils parallel geschalteten Arrestor-Bänken (Barrieren) aufweist. Tritt ein Kurzschluss auf, so unterbricht der Lastumschalter im ersten Zweig den Stromfluss und der Ultra-schnellen Trennschalter öffnet sich; anschließend wird mittels der im zweiten Zweig angeordneten Halbleiterschalteinrichtungen eine sichere Stromunterbrechung gewährleistet. From the publication "The Hybrid HVDV Breaker" by Magnus Callavik et al., ABB Grid Systems, Technical Paper Nov '2012 , a semiconductor-based switch for high-voltage DC transmission is known, which can turn off high currents particularly quickly and safely, while causing only small energy losses. This is achieved by using two parallel-connected switching branches: a first branch has a diverter switch with semiconductor technology and an ultra-fast disconnect switch, while a second branch has a plurality of semiconductor switching devices each with arrestor banks (barriers) connected in parallel. If a short circuit occurs, the diverter switch in the first branch interrupts the flow of current and the ultra-fast disconnector opens; Subsequently, a secure power interruption is ensured by means arranged in the second branch semiconductor switching devices.

An die Erfindung stellt sich die Aufgabe, eine gattungsgemäße Anordnung bereit zu stellen, die im Betrieb Nennspannungen von mehr als 3 kV ermöglicht. The object of the invention is to provide a generic arrangement which allows operating voltages of more than 3 kV during operation.

Die Erfindung löst diese Aufgabe durch eine Anordnung gemäß Anspruch 1. The invention solves this problem by an arrangement according to claim 1.

Dabei kann als Stromrichter beispielsweise ein bekannter modular aufgebauter Multi-Level Direkt Umrichter eingesetzt werden, der mittels einer modifizierten Steuerung geeignet ist, an seiner Ausgangsseite Gleichstrom bereit zu stellen. In this case, as a power converter, for example, a known modular built multi-level direct converter can be used, which is adapted by means of a modified controller to provide direct current on its output side.

Die erfindungsgemäße Anordnung sieht keine Schnellschalter vor. Deren Funktion wird durch die Kombination von Umrichter und Trennschalter bzw. Lasttrennschalter realisiert. Im Falle eines Abschaltbefehls – der durch eine Schutz- bzw. Steuereinrichtung abgesetzt werden kann – wird zuerst die Ausgangsspannung des Umrichters durch eine geeignete Steuerung des Umrichters gesenkt. Nach dem Herabsetzen der Ausgangsspannung wird der Trennschalter des fehlerhaften Abschnitts stromlos geöffnet. Danach wird der Strom von der Steuereinrichtung wieder auf den normalen Betriebszustand erhöht, um die funktionsfähigen Leitungen wieder zu versorgen. The arrangement according to the invention does not provide a quick switch. Their function is realized by the combination of inverter and disconnector or switch-disconnector. In the case of a shutdown command - which can be issued by a protection or control device - first the output voltage of the inverter is lowered by a suitable control of the inverter. After lowering the output voltage, the disconnecting switch of the defective portion is normally opened. Thereafter, the current is increased by the controller back to the normal operating state to supply the functional lines again.

Es genügt also zum sicheren Abschalten des Stromflusses ein schnell schaltender Trennschalter für stromloses Schalten. In diesem Fall werden alle dem Umrichter nachgeordneten Speiseabschnitte einer Fahrleitung kurz abgeschaltet, der Trennschalter wird für den betreffenden Speiseabschnitt geöffnet, und anschliessend wird die Ausgangsspannung des Umrichters wieder auf die Betriebsspannung erhöht. Auf diese Weise tritt nur kurzzeitig ein Ausfall der Energieversorgung an der Bahnstrecke auf. Werden Lasttrennschalter eingesetzt, so muss die Ausgangsspannung des Umrichters nur soweit herabgesetzt werden, dass der Strom in dem abzuschaltenden Abzweig den Nennstrom des Lasttrennschalters nicht übersteigt. Dadurch kann die Stromversorgung in den anderen Abzweigen mit reduzierter Spannung weiterhin aufrechterhalten werden. Des Weiteren erfolgt die Erhöhung der Spannung auf das normale Betriebsniveau nach dem Abschalten schneller. So it is sufficient for safe shutdown of the current flow, a fast-switching disconnector for de-energized switching. In this case, all of the converter downstream feed sections of a catenary be switched off briefly, the circuit breaker is opened for the relevant supply section, and then the output voltage of the inverter is increased again to the operating voltage. In this way, only a short time a failure of the power supply to the railway line occurs. If switch-disconnectors are used, the output voltage of the inverter must only be reduced to the extent that the current in the feeder to be disconnected does not exceed the rated current of the switch-disconnector. As a result, the power supply in the other branches with reduced voltage can still be maintained. Furthermore Increasing the voltage to the normal operating level is faster after switching off.

Hierdurch werden Kosten eingespart, denn ein erfindungsgemäßer Umrichter ist kostengünstiger herzustellen und wartungsärmer als herkömmliche mechanische Leistungsschalter, die außerdem der nutzbaren Spannung in der Gleichspannungsbahnstromversorgung Grenzen setzen. Dies ist bei der erfindungsgemäßen Lösung nicht der Fall. As a result, costs are saved, because a converter according to the invention is less expensive to manufacture and requires less maintenance than conventional mechanical circuit breakers, which also set limits to the usable voltage in the DC voltage rail power supply. This is not the case with the solution according to the invention.

Die Anordnung ist vergleichsweise einfacher aufgebaut, was die Verfügbarkeit erhöht und mögliche Fehlerquellen sowie Investitions- und Wartungskosten verringert. The arrangement is relatively simpler, which increases the availability and reduces possible sources of error as well as investment and maintenance costs.

Ein weiterer Vorteil ist es, dass in vielen Unterwerken der Bahnstromversorgung Baugruppen wie ein Umrichter mit Halbleiterschalteinrichtungen und einer Steuereinrichtung zur Steuerung der Frequenzumrichtung, etc., und/oder z.B. ein Gleichrichter schon vorhanden sind, so dass die Erfindung aufwandsarm eingeführt werden kann. Another advantage is that in many substations of traction power supply assemblies such as a converter with semiconductor switching devices and a control device for controlling the frequency conversion, etc., and / or e.g. a rectifier already exist, so that the invention can be introduced with little effort.

Die erfindungsgemäße Anordnung hat im Vergleich zu einer herkömmlichen Anordnung mit Diodengleichrichter den Vorteil, dass bei gleicher elektrischer Leistung der Strom in dem Maße reduziert wird, in dem die Spannung erhöht wird. Dies bewirkt, dass energetische Verluste auf der Fahrleitung erheblich vermindert werden, denn diese Verluste hängen quadratisch vom Strom ab. The arrangement according to the invention has the advantage, in comparison to a conventional arrangement with diode rectifier, that with the same electrical power the current is reduced to the extent in which the voltage is increased. This means that energy losses on the overhead line are significantly reduced because these losses depend on the square of the current.

Ein weiterer Vorteil ist es, dass durch die höhere Gleichspannung die Speiselänge pro Unterwerk erheblich verlängert werden kann, da durch den kleineren Strom der Spannungsfall kleiner ist und durch die größere Spannung ein größerer Spannungsfall zugelassen werden kann. Somit können Unterwerke in größeren Abständen von einander entlang einer Bahnstrecke vorgesehen werden, was Kosten einspart. Another advantage is that the supply voltage per substation can be considerably extended due to the higher DC voltage, since the voltage drop is smaller due to the smaller current and a larger voltage drop can be permitted by the larger voltage. Thus, substations can be provided at greater distances from each other along a railway line, which saves costs.

Ferner bietet die erfindungsgemäße Anordnung auch im Vergleich zu bisherigen Anordnungen, die eine Bahnstromversorgung mit Wechselstrom vorsehen, Vorteile. Es wird durch die erfindungsgemäße Anordnung ein vergleichbares Spannungsniveau wie bei Wechselspannungslösungen erreicht, ohne deren Nachteile in Kauf nehmen zu müssen. Es tritt z.B. bei erfindungsgemäßer Speisung mit Gleichspannung nur ein ohmscher Spannungsfall auf – es entfällt bei Wechselspannung ansonsten auftretende induktive Spannungsfall, welcher im Übrigen bei 50 Hz deutlich größer ist als der ohmsche Spannungsfall. Außerdem kann der Anschluss an ein Drehspannungsnetz dreiphasig erfolgen – es entsteht somit keine Unsymmetrie. Folglich werden auch keine Symmetriereinrichtungen benötigt, was Kosten einspart. Des Weiteren kann bei der erfindungsgemäßen Anordnung zweiseitig in zwei Abschnitte der Fahrleitung eingespeist werden; eine bei Wechselspannung benötigte Phasentrennstelle zwischen den Unterwerken entfällt. Ein weiterer Vorteil ist es, dass sehr hohe Kurzschlußströme durch die erfindungsgemäße Anordnung verhindert werden. Aus den genannten Gründen ist die erfindungsgemäße Anordnung eine vorteilhafte Alternative zu bisherigen Bahnstromversorgungen mit 17,25 kV bzw. 27,5 kV Wechselspannung. Furthermore, the arrangement according to the invention also offers advantages in comparison with previous arrangements which provide a traction power supply with alternating current. It is achieved by the arrangement according to the invention a comparable voltage level as in AC solutions, without having to accept their disadvantages. It occurs e.g. when feeding with DC voltage according to the invention only an ohmic voltage drop - it eliminates the case of AC voltage otherwise occurring inductive voltage drop, which incidentally at 50 Hz is significantly greater than the resistive voltage drop. In addition, the connection to a three-phase voltage network can be three-phase - there is thus no imbalance. Consequently, no symmetry devices are needed, which saves costs. Furthermore, in the arrangement according to the invention can be fed on two sides in two sections of the catenary; a phase separation point between the substations required at AC voltage is eliminated. Another advantage is that very high short-circuit currents are prevented by the arrangement according to the invention. For the reasons mentioned, the arrangement according to the invention is an advantageous alternative to previous traction power supplies with 17.25 kV or 27.5 kV AC voltage.

In einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung ist ein Trennschalter für das stromlose Trennen der mit Gleichspannung beaufschlagten Ausgangsseite des Stromrichters und der Fahrleitung vorgesehen. Dies ist von Vorteil, weil ein Trennschalter vergleichsweise kostengünstig ist und ein sicheres Trennen durch Herstellen einer Trennstrecke gewährleistet. In a preferred embodiment of the arrangement according to the invention, a circuit breaker for the currentless separation of the DC output side of the power converter and the catenary line is provided. This is advantageous because a circuit breaker is relatively inexpensive and ensures a safe separation by producing a separation distance.

In einer anderen bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung ist ein Lasttrennschalter für das stromlose Trennen der mit Gleichspannung beaufschlagten Ausgangsseite des Stromrichters und der Fahrleitung vorgesehen. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung können anstatt Trennschaltern jeweils Lasttrennschalter in den betreffenden Ausführungsformen eingesetzt werden. Lasttrennschalter haben den Vorteil, dass mit Ihnen so geschaltet werden kann, dass die Spannung des Umrichters nicht auf Null abgeschaltet werden muss. In another preferred embodiment of the arrangement according to the invention, a switch-disconnector is provided for the current-free disconnection of the output side of the power converter and the contact line which is acted upon by DC voltage. In the context of the present invention, instead of disconnectors each load-disconnector can be used in the relevant embodiments. Switch-disconnectors have the advantage that they can be switched with you so that the voltage of the inverter does not have to be switched off to zero.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung ist der Trennschalter ein schneller Trennschalter, der einen Beschleunigungsmechanismus zur schnellen Herstellung einer Trennstrecke aufweist. Dies ist ein Vorteil, weil für einen möglichst unterbrechungsfreien Betrieb der Bahnstromversorgung gewährleistet sein muss, dass eine Abschaltung eines Kurzschlusses sicher innerhalb von Sekundenbruchteilen, bevorzugt im Millisekundenbereich von weniger als 50 ms, erfolgt. In a further preferred embodiment of the arrangement according to the invention, the disconnecting switch is a fast disconnecting switch which has an acceleration mechanism for rapid production of an isolating distance. This is an advantage because it must be ensured for interruption-free operation of the traction power supply that a shutting down of a short circuit occurs safely within fractions of a second, preferably in the millisecond range of less than 50 ms.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung weist der Beschleunigungsmechanismus eine Feder zur Erzeugung einer Federspannung auf. Dies ist ein Vorteil, weil mittels einer vorgespannten Feder, die beispielsweise durch einen Motor vorgespannt wurde, bei Auftreten eines Kurzschlusses in Sekundenbruchteilen eine sichere Abschaltung erreicht werden kann durch Ausbildung einer hinreichenden Trennstrecke. In a further preferred embodiment of the arrangement according to the invention, the acceleration mechanism has a spring for generating a spring tension. This is an advantage because by means of a preloaded spring, which was biased for example by a motor, when a short circuit occurs in fractions of a second a safe shutdown can be achieved by forming a sufficient separation distance.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung weist der Beschleunigungsmechanismus einen magentischen Antrieb auf. Dies ist ein Vorteil, weil bei Auftreten eines Kurzschlusses in Sekundenbruchteilen eine sichere Abschaltung erreicht werden kann durch Ausbildung einer hinreichenden Trennstrecke. In a further preferred embodiment of the arrangement according to the invention, the acceleration mechanism has a magnetic drive. This is an advantage because when a short circuit occurs in fractions of a second a safe shutdown can be achieved by forming a sufficient separation distance.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung beträgt die Ausgangsspannung des Stromrichters mehr als 3 kV, bevorzugt mehr als 15 kV, noch mehr bevorzugt mehr als 30 kV. Dies ist ein Vorteil, weil durch den Einsatz des Stromrichters zum Abschalten des Stromes keine Gleichstromschnellschalter mehr benötigt und weitaus höhere Gleichspannungen sicher geschaltet werden können. In a further preferred embodiment of the arrangement according to the invention, the output voltage of the power converter is more than 3 kV, preferably more than 15 kV, even more preferably more than 30 kV. This is an advantage because the use of the power converter to switch off the power no longer requires a DC quick switch and much higher DC voltages can be safely switched.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung weist die Fahrleitung mehrere Speiseabschnitte auf. Dies ist ein Vorteil, weil die Speiseabschnitte unabhängig voneinander betrieben und auch geschaltet werden können, wenn ein Trenner für jeden Speiseabschnitt vorgesehen wird. In a further preferred embodiment of the arrangement according to the invention, the contact line has a plurality of feed sections. This is an advantage because the feed sections can be operated independently and also switched when a disconnector is provided for each feed section.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung ist eine Schutzeinrichtung vorgesehen, die geeignet ist, einen Fehler im Speiseabschnitt zu erkennen und im Fehlerfall eine Abschaltung des Stromflusses mittels des Stromrichters zu bewirken. Dabei kann eine zentrale Schutzeinrichtung oder auch jeweils eine Schutzeinrichtung pro Speiseabschnitt eingesetzt werden. Die Verwendung einer Schutzeinrichtung ist ein Vorteil, weil dadurch Fehler wie Kurzschlüsse schnell erkannt und Gegenmaßnahmen eingeleitet werden können. In a further preferred embodiment of the arrangement according to the invention, a protective device is provided which is suitable for detecting a fault in the supply section and, in the event of a fault, effecting a shutdown of the current flow by means of the power converter. In this case, a central protection device or in each case a protective device per feed section can be used. The use of a protective device is an advantage because it can quickly detect faults such as short circuits and initiate countermeasures.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung ist der Stromrichter geeignet, den Stromfluss innerhalb von Millisekunden abzuschalten. Dies ist vorteilhaft, weil so insbesondere im Kurzschlussfall eine schnelle Abschaltung des Stromflusses erreicht und Schäden vermieden werden können. In a further preferred embodiment of the arrangement according to the invention, the power converter is suitable for switching off the flow of current within milliseconds. This is advantageous because, in particular in the event of a short circuit, rapid disconnection of the current flow is achieved and damage can be avoided.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung ist der Stromrichter ein steuerbarer und modular aufgebauter multi-level Umrichter. Dies ist von Vorteil, weil ein steuerbarer und modular aufgebauter multi-level Umrichter verbreitet und erprobt ist. In a further preferred embodiment of the arrangement according to the invention, the power converter is a controllable and modular multi-level converter. This is advantageous because a controllable and modular multi-level inverter is widespread and proven.

An die Erfindung stellt sich ferner die Aufgabe, ein gattungsgemäßes Verfahren bereit zu stellen, das im Betrieb Nennspannungen von mehr als 3 kV Gleichspannung ermöglicht. Another object of the invention is to provide a generic method which, during operation, enables nominal voltages of more than 3 kV DC.

Die Erfindung löst diese Aufgabe durch ein Verfahren gemäß Anspruch 8. Bevorzugte Ausführungsformen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen 9 bis 15, wobei sich für das erfindungsgemäße Verfahren und seine Ausführungsformen jeweils sinngemäß die gleichen Vorteile wie eingangs für die erfindungsgemäße Anordnung beschrieben ergeben. The invention solves this problem by a method according to claim 8. Preferred embodiments emerge from the dependent claims 9 to 15, wherein mutatis mutandis the same advantages as described above for the inventive arrangement for the inventive method and its embodiments.

Im Folgenden werden anhand der The following are based on the

1 eine bekannte Anordnung zur für eine Gleichspannungs-Bahnstromversorgung und anhand der 1 a known arrangement for a DC traction power supply and based on the

2 ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Anordnung näher erläutert. 2 a preferred embodiment of the inventive arrangement explained in more detail.

Dem Fachmann ist dabei offensichtlich, dass das Ausführungsbeispiel keine Einschränkung der Erfindung auf eine bestimmte Merkmalskombination beabsichtigt, sondern vielmehr mit allen im Beschreibungsteil erläuterten Ausführungsformen kombiniert werden kann. It is obvious to a person skilled in the art that the exemplary embodiment does not intend to limit the invention to a specific combination of features, but rather can be combined with all of the embodiments explained in the description section.

In der 1 ist ein dreiphasiges elektrisches Wechselspannungs-Versorgungsnetz 10 über einen Diodengleichrichter 8 mit einer Fahrleitung 6 verbunden. Zwischen der Fahrleitung 6 und dem Diodengleichrichter 8 ist ein Gleichstromschnellschalter 9 angeordnet. Ein Schienenfahrzeug 1 entnimmt der Fahrleitung 3 mittels seines Stromabnehmers 2 elektrische Energie, die Schiene 7 dient dabei als Rückleitung. Schiene 7 und Diodengleichrichter 8 sind verbunden. In the 1 is a three-phase AC electrical supply system 10 via a diode rectifier 8th with a catenary 6 connected. Between the catenary 6 and the diode rectifier 8th is a DC quick switch 9 arranged. A rail vehicle 1 removes the catenary 3 by means of his pantograph 2 electrical energy, the rail 7 serves as a return line. rail 7 and diode rectifier 8th are connected.

Im Folgenden soll nun kurz auf die Funktionsweise der Anordnung eingegangen werden. Der Diodengleichrichter 8 erzeugt aus der dreiphasigen Wechselspannung des Versorgungsnetzes 10 eine Gleichspannung mit nicht mehr als 3 kV, weil dies die höchste Nennspannung ist, die im Fehlerfall mittels des Gleichstromschnellschalters 9 sicher abgeschaltet werden kann. In the following, we will briefly discuss the mode of operation of the arrangement. The diode rectifier 8th generated from the three-phase AC voltage of the supply network 10 a DC voltage of not more than 3 kV, because this is the highest rated voltage, in the event of a fault by means of the DC high-speed switch 9 can be switched off safely.

Versorgt der Stromrichter 20 mehrere Speiseabschnitte der Fahrleitung (nicht dargestellt), so stellt der Diodengleichrichter 8 im Fehlerfall seine Ausgangsspannung stets allen Speiseabschnitten zur Verfügung. Es wird nur für den vom Fehler betroffenen Speiseabschnitt mittels des Gleichstromschnellschalters 9 der Kurzschlussstrom abgeschaltet, die anderen Speiseabschnitte werden unterbrechungslos weiter versorgt. Supplies the power converter 20 several feed sections of the catenary (not shown), so does the diode rectifier 8th in the event of a fault, its output voltage is always available to all supply sections. It only applies to the faulty section of the feeder using the DC quick switch 9 the short-circuit current is switched off, the other supply sections continue to be supplied without interruption.

In der 2 sind gleiche Teile der Anordnung wie in 1 mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet. Der Unterschied zur 1 besteht darin, dass erfindungsgemäß anstatt eines Diodengleichrichters ein Stromrichter 20 für das Gleichrichten der Wechselspannung des Wechselspannungs-Versorgungsnetzes 10 und anstatt eines Gleichstromschnellschalters ein Trennschalter 21 für das stromlose Trennen von Wechselspannungs-Versorgungsnetz und Fahrleitung vorgesehen ist. In the 2 are the same parts of the arrangement as in 1 marked with the same reference numerals. The difference to 1 is that according to the invention instead of a diode rectifier, a power converter 20 for rectifying the AC voltage of the AC supply network 10 and instead of a DC quick switch, a circuit breaker 21 is provided for the current-free disconnection of AC power supply and catenary.

Im Folgenden soll nun kurz auf die Funktionsweise der Anordnung eingegangen werden. Der Stromrichter 20 erzeugt aus der dreiphasigen Wechselspannung des Versorgungsnetzes 10 eine Gleichspannung mit mehr als 3 kV, beispielsweise 30 kV. Diese wesentliche höherer Nennspannung wird im Fehlerfall durch den Stromrichter 20 selbst sicher abgeschaltet. Ein Trennen der Fahrleitung 6 und des Stromrichters 20 erfolgt anschließend stromlos durch den Trennschalter 21. In the following, we will briefly discuss the mode of operation of the arrangement. The power converter 20 generated from the three-phase AC voltage of the supply network 10 a DC voltage greater than 3 kV, for example 30 kV. This significant higher rated voltage is in case of failure by the power converter 20 safely switched off. A disconnection of the overhead line 6 and the power converter 20 then takes place without current through the circuit breaker 21 ,

Versorgt der Stromrichter 20 mehrere Speiseabschnitte der Fahrleitung (nicht dargestellt), so reduziert der Stromrichter im Fehlerfall seine Ausgangsspannung für alle Speiseabschnitte auf Null, der Trennschalter des vom Fehler betroffenen Speiseabschnitts wird stromlos geöffnet. Daran anschließend erhöht der Stromrichter seine Ausgangsspannung wieder auf die vorhergesehene Nennspannung, um die nicht vom Fehler betroffenen Speiseabschnitte wieder mit Energie zu versorgen. Supplies the power converter 20 several supply sections of the catenary (not shown), the converter reduces its output voltage for all feed sections to zero in case of failure, the circuit breaker of the affected by the error feed section is opened normally. Subsequently, the power converter increases its output voltage again to the anticipated rated voltage in order to re-energize the feed sections not affected by the fault.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.This list of the documents listed by the applicant has been generated automatically and is included solely for the better information of the reader. The list is not part of the German patent or utility model application. The DPMA assumes no liability for any errors or omissions.

Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

• Produktbroschüre „Sitras SFC plus – Statischer Frequenzumrichter für die AC-Bahnstromversorgung“, 2012, Produktinformation Version 1.0.2 Nr. A6Z00015351872 [0005] Product brochure "Sitras SFC plus - Static Frequency Converter for AC Traction Power Supply", 2012, Product Information Version 1.0.2 No. A6Z00015351872 [0005]
• „The Hybrid HVDV Breaker“ von Magnus Callavik et al., ABB Grid Systems, Technical Paper Nov‘ 2012 [0006] "The Hybrid HVDV Breaker" by Magnus Callavik et al., ABB Grid Systems, Technical Paper Nov '2012 [0006]

Claims (15)

Anordnung für eine Gleichspannungs-Bahnstromversorgung mit einem elektrischen Wechselspannungs-Versorgungsnetz und einer Fahrleitung, dadurch gekennzeichnet, dass ein Stromrichter für ein Gleichrichten der Wechselspannung des Wechselspannungs-Versorgungsnetzes vorgesehen ist, der geeignet ist, im Betrieb der Anordnung einen Stromfluss abzuschalten. Arrangement for a DC traction power supply with an AC electrical supply network and a catenary, characterized in that a power converter is provided for rectifying the AC voltage of the AC supply network, which is suitable for switching off a current flow during operation of the arrangement. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Trennschalter für das stromlose Trennen der Ausgangsseite des Stromrichters und der Fahrleitung vorgesehen ist. Arrangement according to claim 1, characterized in that a disconnecting switch for the currentless disconnection of the output side of the power converter and the catenary is provided. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgangsspannung des Stromrichters mehr als 3 kV, bevorzugt mehr als 15 kV, noch mehr bevorzugt mehr als 30 kV beträgt. Arrangement according to claim 1 or 2, characterized in that the output voltage of the power converter is more than 3 kV, preferably more than 15 kV, even more preferably more than 30 kV. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fahrleitung mehrere Speiseabschnitte aufweist. Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the contact line has a plurality of feed sections. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass für jeden Speisebereich jeweils eine Schutzeinrichtung vorgesehen ist, die geeignet ist, einen Fehler im Speiseabschnitt zu erkennen und im Fehlerfall eine Abschaltung des Stromflusses mittels des Stromrichters zu bewirken. Arrangement according to claim 4, characterized in that for each dining area in each case a protective device is provided which is adapted to detect a fault in the supply section and to effect a shutdown of the current flow by means of the power converter in the event of an error. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Stromrichter geeignet ist, den Stromfluss innerhalb von Millisekunden abzuschalten. Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the power converter is suitable for switching off the flow of current within milliseconds. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Stromrichter ein steuerbarer und modular aufgebauter multi-level Umrichter ist. Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the power converter is a controllable and modular multi-level converter. Verfahren für eine Gleichspannungs-Bahnstromversorgung mit einem elektrischen Wechselspannungs-Versorgungsnetz und einer Fahrleitung, dadurch gekennzeichnet, dass ein Stromrichter für ein Gleichrichten der Wechselspannung des Wechselspannungs-Versorgungsnetzes verwendet wird, mittels dessen im Betrieb der Anordnung ein Stromfluss abschaltbar ist. Method for a DC traction power supply with an AC electrical supply network and a catenary, characterized in that a power converter is used for rectifying the AC voltage of the AC supply network, by means of which a current flow can be switched off during operation of the arrangement. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein Trennschalter für das stromlose Trennen der Ausgangsseite des Stromrichters und der Fahrleitung verwendet wird. A method according to claim 8, characterized in that a circuit breaker for the currentless disconnection of the output side of the power converter and the catenary is used. Verfahren nach einem der 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass für die Fahrleitung mehrere Speiseabschnitte verwendet werden. Method according to one of the 8 or 9, characterized in that a plurality of feed sections are used for the overhead line. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass als Ausgangsspannung des Stromrichters mehr als 3 kV, bevorzugt mehr als 15 kV, noch mehr bevorzugt mehr als 30 kV verwendet werden. Method according to one of claims 8 to 10, characterized in that as output voltage of the power converter more than 3 kV, preferably more than 15 kV, even more preferably more than 30 kV are used. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass für jeden Speisebereich jeweils mittels einer Schutzeinrichtung ein Fehler im Speiseabschnitt erkannt und im Fehlerfall eine Abschaltung des Stromflusses mittels des Stromrichters zu bewirkt wird. A method according to claim 11, characterized in that detected for each dining area in each case by means of a protective device, an error in the supply section and in the event of an error, a shutdown of the current flow is caused by means of the power converter. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass mittels des Stromrichters der Stromfluss innerhalb von Millisekunden abgeschaltet wird. Method according to one of claims 8 to 12, characterized in that means of the power converter, the current flow is switched off within milliseconds. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass als Stromrichter ein steuerbarer und modular aufgebauter multi-level Umrichter verwendet wird. Method according to one of claims 8 to 13, characterized in that a controllable and modular multi-level converter is used as a power converter. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass im Fehlerfall zuerst mittels des Stromrichters der Stromfluss abgeschaltet wird und anschließend der Trennschalter für den vom Fehler betroffenen Speiseabschnitt stromlos geöffnet wird, und dass danach mittels des Stromrichters der Stromfluss wieder eingeschaltet wird. Method according to one of Claims 10 to 14, characterized in that, in the event of a fault, the current flow is first switched off by means of the power converter and then the circuit breaker for the feed section affected by the fault is deenergized, and then the current flow is switched on again by means of the power converter.

Images