DE19505963A1

DE19505963A1 - Stromversorgungssystem für einen Langstatorantrieb

Info

Publication number: DE19505963A1
Application number: DE19505963A
Authority: DE
Inventors: Rolf Dipl Ing Fischperer
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1994-03-04
Filing date: 1995-02-21
Publication date: 1995-09-07
Also published as: JPH07288902A; US5569987A

Description

Die Erfindung betrifft ein Stromversorgungssystem für einen Langstatorantrieb.

Ein derartiges Stromversorgungssystem mit den Merkmalen a) bis d) ist z. B. aus der DE 39 17 058 C1 bekannt. Im bekannten Fall wird jedes Streckenkabelsystem von zwei Umrichtern ge speist (sogenannte Doppelspeisung), um die Strombelastung der Streckenkabel zu halbieren und um Redundanzen zu schaffen (Notbetrieb bei Totalausfall eines Umrichters bzw. Unterwerks). Daraus ergibt sich ein Unterwerksabstand, der dem Zugfolgeabstand entspricht. Im Unterwerk selbst wird die Hochspannung des EVU-Netzes in Mittelspannung transformiert und über Umrichter mit Ausgangstransformator auf die Streckenkabelsysteme und schließlich auf die Statorabschnitte geschaltet, wobei die Umrichter ein System variabler Frequenz und variabler Amplitude erzeugen.

Weiterhin ist durch die DE 39 09 706 C2 ein Stromversorgungs system mit den Merkmalen a) und b) sowie d) bekannt. Bei die sem Stromversorgungssystem wird über einen einzigen Umrichter mit Ausgangstransformator (in der DE 39 09 706 C2 als Fre quenzumformer und Transformator bezeichnet) ein Speisespan nungssystem erzeugt, das auf die Streckenkabelsysteme und schließlich auf die Statorabschnitte geschaltet wird.

Durch den Aufsatz "Energieversorgung des Langstatorantriebs" in der Zeitschrift "etz", Bd. 108 (1987) Heft 9, Seiten 378 bis 381, Bild 5, ist es bekannt, zwei benachbarte Strecken kabelsysteme mittels eines Kopplungsschalters miteinander zu verbinden.

Der Aufsatz "Neue Antriebskonzeption Transrapid" in der Zeit schrift "Eisenbahntechnische Rundschau ETR" (1989), Heft 3, Seiten 175 und 176, beschreibt die Überbrückung der Ausgangs transformatoren im Bereich niedriger Fahrgeschwindigkeit (Direkteinspeisung).

In der DE 41 30 779 A1 ist in den Fig. 15 bis 18 die Parallel schaltung von Umrichtern erkennbar.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Stromversor gungssystem für einen Langstatorantrieb zu schaffen, das gegenüber den bisher bekannten Stromversorgungssystemen einen geringeren Aufwand bei der Streckenverkabelung erfordert.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale im An spruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind jeweils Gegenstand der Ansprüche 2 bis 5.

Bei dem erfindungsgemäßen Stromversorgungssystem handelt es sich um eine Hochspannungsspeisung. Aufgrund der gegenüber einer Mittelspannungsspeisung höheren Spannung bei gleich zeitig geringerem Stromfluß ist bei dem Stromversorgungs system nach Anspruch 1 der auftretende Spannungsabfall sowie die Verlustleistung geringer als bei einer Mittelspannungs speisung. Aufgrund des geringeren Stromflusses kann die Zahl der parallelen Streckenkabel und/oder die Dimensionierung der einzelnen Streckenkabel reduziert werden.

Weiterhin kann bei dem erfindungsgemäßen Stromversorgungs system die benötigte elektrische Energie über größere Strec ken transportiert werden. Damit sind größere Abstande zwi schen den Unterwerken möglich, so daß bei einer vorgegebenen Streckenlänge weniger Unterwerke installiert werden müssen.

Bei dem Stromversorgungssystem nach Anspruch 1 kann - muß aber nicht - auf eine Doppelspeisung verzichtet werden. Mit dem Verzicht auf Doppelspeisung entfällt auch die Problematik der ungleichen Lastaufteilung. Sowohl bei Einfachspeisung als auch bei Doppelspeisung muß bei der erfindungsgemaßen Lösung - aufgrund des besseren Wirkungsgrades und des geringeren Scheinleistungsbedarfs der Streckenkabel- weniger Unterwerks leistung installiert werden.

Bei einem Stromversorgungssystem nach Anspruch 2 ist bei Aus fall des Unterwerks, das das entsprechende Streckenkabel system im ungestörten Fall speist, gewährleistet, daß das be troffene Streckenkabelsystem durch das Unterwerk des benach barten Streckenkabelsystems gespeist wird.

Ein Stromversorgungssystem nach Anspruch 4 führt in vorteil hafter Weise zu einer Stromaddition entsprechend der Zahl der parallel geschalteten Streckenkabelsysteme.

In vorteilhafter Weise ist nach einer Ausgestaltung gemaß An spruch 4 sichergestellt, daß bei Ausfall eines Umrichters die ungestörten Umrichter den Leistungsbedarf der Statorab schnitte des betroffenen Langstatorantriebs zumindest teil weise decken.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von zwei Ausführungsbei spielen anhand der Zeichnung und in Verbindung mit den An sprüchen 2 bis 5. Es zeigen:

Fig. 1 ein Stromversorgungssystem nach dem Stand der Technik,

Fig. 2 eine erste Ausführungsform des erfindungsgemaßen Stromversorgungssystems,

Fig. 3 eine zweite Ausführungsform des erfindungsgemäßen Stromversorgungssystems im Anfahrbetrieb,

Fig. 4 das Stromversorgungssystem gemäß Fig. 3 im Normal betrieb.

Die Fig. 1 bis 4 beschreiben Drehstromsysteme, sind jedoch nur einphasig gezeichnet.

In den Fig. 1 und 2 ist die Statorwicklung eines Langstator antriebs entlang eines Fahrwegs für ein Magnetschwebefahrzeug in mehrere Statorabschnitte 1, 2 unterteilt. Von den Sta torabschnitten, die im dargestellten Ausführungsbeispiel die gleiche Länge aufweisen, sind nur die Statorabschnitte 1 und 2 gezeigt. Die Statorabschnitte 1 und 2 sind über jeweils einen Abschnittsschalter 3 bzw. 4, die sich in einer Schalt stelle 12 befinden, an ein entlang der Statorabschnitte ver laufendes Streckenkabelsystem 8 schaltbar. Analog sind weite re nicht dargestellte Statorabschnitte an die Strecken kabelsysteme 5 bis 7 sowie 9 und 10 schaltbar. Pro Strecken kabelsystem 5 bis 10 sind bei dem in Fig. 1 dargestellten Stand der Technik jeweils zwei Umrichter vorgesehen, von denen in Fig. 1 nur ein Umrichter 11 dargestellt ist. Jeder Umrichter ist in jeweils einem Unterwerk 21 bis 30 entlang der Statorabschnitte angeordnet. Bei dem in Fig. 1 dargestell ten Stromversorgungssystem speisen also zwei benachbarte Unterwerke in ein gemeinsames Streckenkabelsystem (sogenannte Doppelspeisung). Daraus ergibt sich ein Unterwerksabstand, der dem Zugfolgeabstand d entspricht. Im Unterwerk 21 bis 30 selbst wird die Hochspannung des EVU-Netzes 31 (z. B. 110 kV, 50 Hz) in Mittelspannung transformiert und über die Umrichter (in Fig. 1 ist nur der Umrichter 11 dargestellt) mit Ausgangs trafo auf die Streckenkabelsysteme 5 bis 10 und schließlich aus die Statorabschnitte 1, 2 geschaltet. Jeder Umrichter in den Unterwerken 21 bis 30 erzeugt hierbei ein Speisespan nungssystem, d. h. ein System variabler Frequenz und variabler Amplitude. Dieses Speisespannungssystem wird üblicherweise als Mittelspannungsspeisesystem bezeichnet.

Bei dem erfindungsgemäßen Stromversorgungssystem gemaß Fig. 2 wird jedes Streckenkabelsystem 5 bis 10 jeweils nur von einem Umrichter gespeist (sogenannte Einfachspeisung). Daraus ergibt sich ein Unterwerksabstand, der dem zweifachen Zug folgestand 2d entspricht. Jeder Umrichter (in Fig. 2 ist nur ein Umrichter 11 dargestellt) ist jeweils in einem Unterwerk 21 bis 26 angeordnet und erzeugt ebenfalls ein Speisespan nungsystem, d. h. ein System variabler Frequenz und variabler Amplitude. Das Speisespannungssystem des erfindungsgemäßen Stromversorgungssystems wird im folgenden als Hochspannungs speisesystem bezeichnet, da die Speisespannung gegenüber dem vorstehend beschriebenen Stand der Technik höher liegt.

Bei dem erfindungsgemäßen Stromversorgungssystem wird hierzu in jedem Unterwerk 21 bis 26 die Hochspannung des EVU-Netzes 31 zunächst auf Mittelspannung transformiert. Im Umrichter 11 wird dann ein System variabler Frequenz und Amplitude er zeugt, das anschließend wieder auf Hochspannung transformiert wird.

Die Nennspannung in den Streckenkabelsystemen 5 bis 10 ist größer als die Nennspannung der Statorabschnitte 1 und 2, die wegen der Schaltgerate (Vakuumschütze) und der Polradspannung unbedingt als Mittelspannungssystem auszuführen sind.

Zwischen den Streckenkabelsystemen 5 bis 10 und den Stator abschnitten 1, 2 ist deshalb ein Anpassungs-Transformator 32 zwischengeschaltet, durch den die Nennspannung der Strecken kabelsysteme 5 bis 10 auf die Nennspannung der Statorab schnitte 1, 2 heruntertransformierbar ist.

Bei dem in Fig. 2 gezeigten Ausführungsbeispiel sind jeweils zwei benachbarte Streckenkabelsysteme 6 und 7 bzw. 8 und 9 mittels als eines Kopplungsschalters 33 bzw. 34 miteinander ver bindbar. Dadurch ist bei Ausfall eines Unterwerks gewährlei stet, daß das vom Ausfall betroffene Streckenkabelsystem durch das Unterwerk des benachbarten Streckenkabelsystems gespeist wird.

In Fig. 3 und 4 sind zum Antrieb eines einzelnen Magnetschwe befahrzeugs zwei Langstatorantriebe parallel angeordnet. Die Statorwicklung jedes Langstatorantriebs ist entlang des Fahr wegs für das Magnetschwebefahrzeug in mehrere steuerbare Sta torabschnitte 41 bis 44 unterteilt.

Jeweils zwei Statorabschnitte 41 und 42 bzw. 43 und 44 sind an eine Stromschiene 70 bzw. 71 schaltbar, die wiederum elek trisch leitend mit einem Streckenkabelsystem 45 bzw. 46 ver bunden ist. Die Statorabschnitte 41 und 42 sind hierzu mit ihrem einen Ende mit einem Sternpunktschalter 47 bzw. 48 und mit ihrem andere Ende mit einem Einspeiseschalter 49 bzw. 50 verbunden. Analog sind die Statorabschnitte 43 und 44 jeweils sowohl mit einem Sternpunktschalter 51 bzw. 52 als auch mit einem Einspeiseschalter 53 bzw. 54 verbunden. Die Sternpunkt schalter 47 und 48 sowie 51 und 52 bilden in geschlossener Stellung jeweils für sich einen Sternpunkt. Die Einspeise schalter 49 und 50 sind über einen Abschnittsschalter 55 an die Stromschiene 70 schaltbar, wohingegen die Einspeiseschal ter 53 und 54 über einen Abschnittsschalter 56 an die Strom schiene 71 schaltbar sind.

In Reihe zu den Abschnittsschaltern 55 und 56 liegt jeweils ein Anpassungs-Transformator 59 bzw. 60, durch den die Nenn spannung der Streckenkabelsysteme 45 und 46 auf die Nenn spannung der Statorabschnitte 41 bis 44 heruntertransformier bar ist. Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind also für jeweils zwei Statorabschnitte 41 und 42 bzw. 43 und 44 ein ge meinsamer Anpassungs-Transformator 59 bzw. 60 vorgesehen.

Die Streckenkabelsysteme 45 und 46 werden von jeweils einem Umrichter 61 bzw. 62 mit einer Speisespannung variabler Fre quenz und variabler Amplitude gespeist und sind im Störungs fall mittels jeweils eines Kopplungsschalters 63 bzw. 64 an das benachbarte, in Fig. 3 und 4 nicht dargestellte Strecken kabelsystem schaltbar.

Weiterhin sind im dargestellten Ausführungsbeispiel zwei Parallelverbund-Schalter 65 und 66 vorgesehen. Der Parallel verbund-Schalter 65 ist mit seinem einen Ende an das Streckenkabelsystem 45 und mit seinem anderen Ende an das Streckenkabelsystem 46 geführt. Der Parallelverbund-Schalter 66 ist mit seinem einen Ende an die Stromschiene 70 und mit seinem anderen Ende an die Stromschiene 71 geführt.

Ferner sind die Statorabschnitte 41 und 43 an ihren stern punktseitigen Enden über einen Querverbund-Schalter 67 mit einander verbunden. Außerdem sind die Statorabschnitte 42 und 43 an ihren einspeiseseitigen Enden über einen Querverbund- Schalter 68 miteinander verbunden. Anstelle der letztgenann ten Verbindung kann der Statorabschnitt 43 mit seinem ein speiseseitigen Ende an einen zusätzlichen Sternpunktschalter 69 geführt sein.

Zum Anfahren des Magnetschwebefahrzeugs werden die Ab schnittsschalter 55 und 56 geöffnet und der Überbrückungs schalter 57 geschlossen. Damit ist der Anpassungs-Transfor mator 59 überbrückt. Der Überbrückungsschalter 58 bleibt ge öffnet. Weiterhin werden die Streckenkabelsysteme 45 und 46 durch Schließen des Parallelverbund-Schalters 66 (und falls erforderlich des Parallelverbund-Schalters 65) parallel ge schaltet.

Gleichzeitig werden der Sternpunktschalter 48, der Einspeise schalter 49 sowie die Querverbund-Schalter 67 und 68 ge schlossen. Bei einem alternativ zum Querverbund-Schalter 68 vorhandenen Sternpunktschalter 69 ist dieser zu schließen. Alle anderen Schalter sind geöffnet. Die Statorabschnitte 41 bis 43 sind damit in Reihe geschaltet.

Durch die Parallelschaltung der Streckenkabelsysteme 45 und 46 bei gleichzeitiger Reihenschaltung der Statorabschnitte 41 bis 44 erfolgt eine Summation der Nennströme i_N der Strecken kabelsysteme.

Bei einer Nennspannung von 30 kV in jedem der Streckenkabel systeme 45 und 46 und eine Nennspannung von 10 kV in den Statorabschnitten 41 und 42 bzw. 43 und 44 fließt - entspre chend dem Übersetzungsverhältnis von Hochspannung auf Mittel spannung - in den beiden Streckenkabelsystemen jeweils ein Nennstrom von i_N/3. Durch die vorstehend beschriebenen Um schaltungen stehen im Anfahrbetrieb (Fig. 3) zwei Drittel des Nennstromes i_N zur Verfügung. Für die Zeit des Anfahrens ist auch ein Betrieb mit Überlast bezüglich der Streckenkabel denkbar, so daß der volle Nennstrom i_N zur Verfügung steht. Um vom Anfahrbetrieb (Fig. 3) in den Normalbetrieb (Fig. 4) zu gelangen, müssen der Überbrückungsschalter 57, die Parallel verbund-Schalter 65 und 66 sowie die Querverbund-Schalter 67 und 68 (bzw. der Querverbund-Schalter 67 und der Sternpunkt schalter 69) geöffnet werden. Außerdem müssen der Einspeise schalter 53 sowie die Abschnittsschalter 55 und 56 geschlos sen werden.

Die Stromschienen 70 und 71 sind in vorteilhafter Weise zu sammen mit den streckenseitigen Schaltelementen in gemeinsa men Schaltstellen 12 untergebracht.

Claims

1. Stromversorgungssystem für einen Langstatorantrieb, das folgende Merkmale umfaßt:

a) die Statorwicklung des Langstatorantriebs ist entlang eines Fahrwegs für ein Magnetschwebefahrzeug in mehrere steuerbare Statorabschnitte (1, 2; 41-44) unterteilt,
b) die Statorabschnitte (1, 2; 41-44) sind über wenigstens einen Abschnittsschalter (3, 4; 55, 56) an wenigstens ein entlang der Statorabschnitte verlaufendes Strecken kabelsystem (5-10; 45, 46) schaltbar,
c) pro Streckenkabelsystem (5-10; 45, 46) ist wenigstens ein Umrichter (11; 61, 62) vorgesehen, wobei der oder die Umrichter in wenigstens einem Unterwerk (21-30) entlang der Statorabschnitte (1, 2; 41-44) angeordnet sind,
d) jeder Umrichter (11; 61, 62) erzeugt ein Speisespannungs system für die Statorabschnitte (1, 2; 41-44), wobei
e) die Nennspannung in den Streckenkabelsystemen (5-10; 45, 46) größer ist als die Nennspannung der Statorabschnitte (1, 2; 41-44),
f) zwischen den Streckenkabelsystemen (5-10; 45, 46) und den Statorabschnitten (1, 2; 41-44) ist wenigstens ein Anpassungs-Transformator (32; 59, 60) zwischengeschaltet, durch den die Nennspannung der Streckenkabelsysteme (5-10; 45, 46) auf die Nennspannung der Statorabschnitte (1, 2; 41-44) heruntertransformierbar ist.

2. Stromversorgungssystem nach Anspruch 1, bei dem eine vorgebbare Anzahl von Streckenkabelsystemen (5-10; 45, 46) einen Kopplungsschalter (33, 34; 63, 64) aufweist, durch den zwei benachbarte Streckenkabelsysteme (6, 7; 8, 9) miteinander verbindbar sind.

3. Stromversorgungssystem nach Anspruch 1, bei dem der zum Anfahren benötigte Gleichstrom durch einen Überbrückungsschalter (57, 58) des betreffenden Anpassungs- Transformators (59, 60) in den Statorabschnitt (41-44) einge speist wird.

4. Stromversorgungssystem nach Anspruch 3, bei dem bei wenigstens zwei parallel angeordneten Langstator antrieben die Streckenkabelsysteme (45, 46) der beiden Langstatorantriebe parallel und die entsprechende Statorabschnitte (41-44) in Reihe schaltbar sind.

5. Stromversorgungssystem nach Anspruch 4, bei dem die Umrichter (61, 62) jedes Langstatorantriebs mittels einer Schalteinrichtung (65, 66) derart parallel schaltbar sind, daß die Umrichter (61, 62) gleichzeitig in mehrere Streckenkabelsysteme (45, 46) einspeisen.