Brevet FR2838685A1 — publié le 20031024

selon l'une quelconque des revendications 1 a 20. (Vcato)2 Pmax = 4*R - i L' invention se rapporte a un procede pour la regulation de puissance d 'une motrice de vehicule ferroviaire alimentee par une catenaire en courant continu et plus particulierement a un procede permettant de reguler la puissance demandee par la motrice en fonction de la puissance disponible a la catenaire. L'invention se rapporte egalement a un dispositif pour la mise en uvre de ce procede. Habituellement, l'alimentation en courant continu d'une motrice de vehicule ferroviaire est effectuee au moyen d'une catenaire, cette derriere etant alimentee par des soul-stations reparties le long de la vole ferree. Ces soul-stations vent dimensionnees pour fournir une certaine puissance et lorsque la puissance absorbee par une motrice est superieure a la puissance disponible a la catenaire, soit parce que plusieurs vehicules ferroviaires se retrouvent en meme temps sur une portion de vole alimentee par la meme soul-station, soit parce que la catenaire est mal alimentee pour des raisons de travaux ou de distance entre soul-stations elevee, il se produit des chutes de tension au niveau de la soul-station d'alimentation pouvant conduire a sa disjonction par surcharge ou a la disjonction de la motrice par tension basset I1 est connu pour remedier a cet inconvenient de placer a bord des motrices un selecteur manuel de limitation de la puissance de la motrice, ce dernier devant etre positionne par le conducteur sur une position definie par le manuel de conduite. Toutefois, un tel systeme est base sur des conditions nominales de fonctionnement et ne permet pas ['adaptation automatique de la puissance demandee par la motrice aux variations des conditions d'exploitation. Ainsi, un tel systeme bride la puissance de l a motri ce pour tenir compte d es conditions d ' exploitation l es plus defavorab l es et n e permet pas de firer profit des zones plus fortement alimentees, par exemple au droit des soul-stations, au niveau desquelles une plus grande puissance peut etre consommee par la motrice. Une autre solution connue consiste a determiner la puissance maximum consommable par la motrice a partir de la mesure de la tension catenaire. Cette solution est en generale efficace si la motrice ntest pas trop eloignee de la sous- station. Toutefois, lorsque l'engin est tres eloigne de la soul-station, la resistance de la catenaire devient importante et la tension de ligne depend alors tres fortement du courant circulant dans la catenaire et done de la puissance absorbee par la motrice. Dans un tel cas, une faible augmentation de la consommation implique une chute de tension catenaire importante et, ['action de l'algorithme de limitation de puissance etant fonction de la tension catenaire, le gain du systeme de regulation devient de plus en plus eleve conduisant a un systeme de regulation de la puissance instable. Le but de la presente invention est done de proposer un procede et un dispositif de regulation de la paissance d'une motrice de vehicule ferroviaire qui soit stable et qui assure un fonctionnement optimise du vehicule ferroviaire en fonction de la puissance disponible a la catenaire. L'invention a pour objet un procede pour la regulation de la puissance demandee par une motrice de vehicule ferroviaire, ladite motrice comportant des moyens co ll ecteurs de courant co operant avec une catenai re alimentee en courant co ntinu p ar des soul-stations d'alimentation reparties le long de la vole ferree, caracterise en ce qu'il comporte les etapes de: - mesure de la tension catenaire Vcat au niveau de la motrice; - mesure du courant catenaire Icat au niveau de la motrice; - evaluation de la tension a vice VcatO de la soul-station alimentant la catenaire sur laquelle la motrice est connectee; - evaluation de la puissance maximale disponible a la catenaire a partirde la relation Pmax = () ou R est la resistance de catenaire calculee a ['aide de 4*R (Vcato - Vcat) la relation R=; Icat - limitation de la puissance demandee par la motrice a une puissance limite Plim inferieure ou egale a la puissance maximale Pmax calculee. Selon une autre caracteristique de ['invention, ['evaluation de la tension a vice VcatO de la soul-station est obtenue en corrigeant la valeur de la tension a vice theorique VcatO' de la soul-station au moyen d'un regulateur de type proportionnel integrateur dont ['entree est la difference R'- R. ou R' est la resistance dynamique de la catenaire. Selon encore une autre caracteristique de ['invention, la puissance limite Plm est calculee en affectant un coefficient reducteur K, compris entre O et 1, a la puissance Pmax calculee, ce coefficient reducteur K tenant compte des limitations imposees par les infrastructures. L'invention concerne egalement un dispositif pour la regulation de la puissance d'une motrice de vehicule ferroviaire, ladite motrice comportant des moyens collecteurs de courant cooperant avec une catbnaire alimentee en courant continu par des sous- stations d'alimentation reparties le long de la vole ferree, caracterise en ce qutil comporte: lO - des moyens (14) de mesures de la tension catenaire Vcatau niveau de la motrice; - des moyens (15) de mesure du courant catenaire Icat au niveau de la motrice; - un etage (21) d'evaluation de la tension de la soul-station VcatO alimentant la catenaire sur laquelle la motrice est connectee; - un etage (20) d'evaluation de la puissance maximale Pmax disponible a la catenaire comportant un module (6) de calcul de resistance equivalente R= () et un module (10) de calcul de la puissance Icat p (Vcato)2 4*R - des moyens limitant la puissance demandee par la motrice en deca de la puissance maximale Pmac calculee. Selon des modes particuliers de realisation, le dispositif de regulation de puissance selon ['invention peut comprendre l'une ou plusieurs des caracteristiques suivantes prises isolement ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles: - l'etage d'evaluation de la tension de soul-station VcatO comporte au moins une memoire delivrant un signal VcatO correspondent a la tension a vice theorique de la soul- station alimentant la motrice, le signal VcatO' servant de valeur de base pour ['evaluation de la tension de soul-station VcatO. - l'etage d'evaluation de la tension de la soul-station VcatO comporte en outre des moyens d'elaboration d'un signal de correction qui est injecte dans le signal de la tension a vice theorique Vcatc', le signal de correction etant elabore au moyen d'un regulateur de type proportionnel integrateur qui recoit en entree la difference R'-R, ou R' est la resistance dynamique de la catenaire. - la puissance maximale Pmax est corrigee par un coefficient multiplicateur K obtenu a partir d'un module reducteur tenant compte des limitations imposees par ['infrastructure. - les moyens de mesure de la tension catenaire Vcat et du courant catenaire Icat vent des capteurs portes par les moyens collecteurs de courant. On comprendra mieux les buts, aspects et avantages de la presente invention, d'apres l 0 la description donnee ci-apres d'un mode de realisation de ['invention, presente a titre d'exemple non limitatif, en se referent aux dessins annexes, dans lesquels: La figure 1 est un schema synoptique montrant la structure d'un dispositif pour la regulation de puissance conforme a ['invention; - La figure 2 est une representation schematique d'un circuit electrique de l 5 puissance d'une soul-station alimentant un vehicule ferroviaire. Pour faciliter la lecture du dessin, senls les elements necessaires a la comprehension de ['invention ont ete representes. La figure 1 represente la structure generale d'un dispositif de regulation de la puissance d'une motrice de vehicule ferroviaire selon un mode particulier de ['invention. Conformement a cette figure, le dispositif comporte un etage 20 d'evaluation de la puissance maximale Pmax disponible a la catenaire, cet etage 20 fonctionnant en parallele avec un etage 21 d'evaluation de la tension a vice VcatO de la soul-station alimentant la catenaire sur laquelle est connecte le vehicule ferroviaire. L'etage 20 d'evaluation de la poissance maximale comporte un module 6 de calcul de la resistance de la catenaire R et un module 10 d'evaluation de la puissance maximale Pmax disponible a la catenaire. Le module 6 recoit en entree d'une part des signaux de mesure de la tension Vcat et du courant catenaire Icat envoyes respectivement par des capteurs 14 et 15 disposes au niveau du pantographe de la motrice et d'autre part la valeur VcatO obtenue par l'etage 21 d'evaluation de la tension a vice de la soul-station. Conformement a la figure 1, les signaux Vcat et Icat vent filtres par des filtres passe teas 3 et 4 avant d'8tre envoyes dans le module de calcul 6. A partir des entrees Icat, Vcat et VcatO, le module 6 procede au calcul la resistance catenaire a ['aide de la relation: R (Vcato- Vcat) Icat l O Cette equation peut facilement 8tre deduite de la figure 2, representant un schema electrique de puissance illustrant l'alimentation de la motrice de vehicule ferroviaire lorsque cette derriere est connectee a une catenaire. Sur cette figure 2, la soul-station d'alimentation qui alimente la catenaire est symbolisee par un generateur fournissant la tension VcatO et la resistance de la portion de catenaire separant la soul-station de la motrice est symbolisee par une resistance R. La sortie R du module 6 est fournie en entree du module 10 qui recoit egalement en entree la valeur VcatO obtenue en sortie de ltetage 21 d'evaluation de la tension a vice de la soul-station. Le module 10 calcule a partir de ces donnees la puissance maximale disponible a la catenaire a ['aide de la relation: P (Vcato)2 4*R Cette relation peut etre deduite des equations suivantes etablies en reference a la figure 2: Vcat = VcatO - R*Icat et P= Vcat*Icat soit P=( VcatO*Icat) - R*(Icat)2 d'ou = Vcato-2*R*Icat DIcat aP VcatO (Vcato)2 et 3I t = 0 Icat max = 2 * R =' Pmax = 4 * R La sortie du module 10 est ensuite envoyee en entree d'un circuit multiplicateur 12 qui recoit egalement la valeur d'un coefficient reducteur K (O valeur de la resistance R de la catenaire calculee par le module 6. La sortie du circuit multiplicateur 12 fournie la puissance limite Plim correspondent a la puissance maximale que peut demander, a un instant donne, ['ensemble les equipements consommateurs d'electricite du vehicule ferroviaire sans risque de chute de tension a la catenaire. Cette valeur Plim est enfin envoyee dans des moyens, non representees, limitant la puissance demandee par la motrice afin que celle-ci ne depasse pas Plim. Le fonctionnement de ltetage 21 d'evaluation de la tension a vice VcatO de la sous- station va maintenant etre faite en reference a la figure 1. l 5 L'etage 21 comporte un module 5 permettant de calculer la resistance dynamique R' de la catenaire. Ce module S recoit en entree les signaux de mesure de la tension Vcat et du courant Icat fournis par les capteurs 14 et 15, ces signaux etant filtres par des filtres 1 et 2 a traitement lent permettant de ne conserver que les signaux primitifs envoyes par les capteurs de mesures. Le module 5 memorise, a intervalles de temps At, les valeurs Vcat et Icat et procede successivement au calcul de resistance dynamique R' a ['aide de la relation: R' Vcat Vcat(t + At) - Vcat(t) lIcat Icat(t + At) - Icat() Cette resistance dynamique R' correspond a la somme de la resistance de la catenaire, de la resistance de la soul- station et d'une resistance fictive correspondent a la chute de tension provoquee par la consommation de motrices reliees a la meme sous- station lorsque plusieurs motrices circulent sur un meme ligne. La valeur calculee R' est ensuite envoyee en entree d'un soustracteur 9 qui soustrait a cette valeur la resistance R calculee, a ['iteration precedente, par le module 6 de l'etage 20 precedemment decrit. La sortie de ce soustracteur 9 est envoyee en entree d'un regulateur 7 de type proportionnel integrateur muni d'une valeur de sortie limitee. Le signal de sortie du regulateur 7 fourni un signal de correction qui est envoye dans un soustracteur 13 de maniere a le soustraire d'un signal Vcatc' correspondent a la tension a vice theorique d'alimentation de la soulstation fournie par une memoire 8. La sortie du soustracteur 13 correspond a un signal corrige VcatO qui est envoye aux modules 6 et 10 de l'etage 20 d'evaluation de la puissance maximale disponible a la catenaire. Pour lancer le processus de calcul, la valeur VcatO fourni par l'etage 21 a l'etage 20 lors de la premiere iteration de calcul, est avantageusement egale a la valeur theorique VcatO' de la tension a vice de la sous- station. Un tel etage d'evaluation 21 presente l'avantage de tenir compte des chutes de tension de la soul-station provoquees par un depassement de la puissance demandee par la motrice par rapport a la poissance reellement disponible a la catenaire. Le dispositif de regulation ainsi realise permet, apres l'etablissement de plusieurs iterations de calcul des etages 20 et 21, d'obtenir a chaque instant la puissance maximale disponible a la catenaire et ainsi d'obtenir, en tenant compte d'un coefficient reducteur correspondent aux limitations imposees par les infrastructures, la puissance limite Plim pouvant 8tre demandee a chaque instant par un vehicule ferroviaire circulant sur la ligne alimentee par la soul-station. En consequence, le dispositif de regulation selon ['invention permet de determiner la consigne de puissance maximale qui ne doit pas 8tre depassee par la motrice du vehicule ferroviaire et qui doit 8tre repartie entre tous les equipements consommateurs d'electricite a bord du vehicule ferroviaire, tels que moteurs de traction, chauffage du train et equipements auxiliaires. Bien entendu, ['invention ntest nullement limitee au mode de realisation decrit et illustre qui nta ete donne qu'a titre d'exemple. Des modifications restent possibles, notarnment du point de vue de la constitution des divers elements ou par substitution d' equivalents techniques, sans sortir pour autant du domaine de protection de ['invention. REVENDICATIONS 1) Procede pour la regulation de la puissance demandee par une motrice de vehicule ferroviaire, ladite motrice comportant des moyens collecteurs de courant cooperant avec une catenaire alimentee en courant continu par des soul-stations d'alimentation reparties le long de la vole ferree, caracterise en ce qu'il comporte les etapes de: - mesure de la tension catenaire Vcat au niveau de la motrice; - mesure du courant catenaire Icat au niveau de la motrice; - evaluation de la tension a vice VcatO de la soul-station alimentant la catenaire sur laquelle la motrice est connectee; - evaluation de la puissance maximale disponible a la catenaire a partir de la relation Pmax = () ou R est la resistance de catenaire calculee a ['aide 4*R (Vcato - Vcat) de la relaton R=; Icat - limitation de la puissance demandee par la motrice a une puissance limite Plim inferieure ou egale a la puissance maximale Pmax calculee. 2) Procede pour la regulation de la puissance demandee par une motrice de vehicule ferroviaire selon la revendication 1, caracterise en ce que ['evaluation de la tension a vice Vcate de la soul-station est obtenue en corrigeant la valeur de la tension a vice theorique VcatO' de ladite soulstation au moyen diun regulateur(7) de type proportionnel integrateur dont 1'entree est la difference R'- R. ou R' est la resistance dynamique de la catenaire. 3) Procede pour la regulation de la puissance selon l'une quelconque des revendications 1 a 2, caracterise en ce que la puissance limite Plim est calculee en affectant un coefficient reducteur K, compris entre O et 1, a la puissance Pmax calculee, ce coefficient reducteur K tenant compte des limitations imposees par les infrastructures. 4) Dispositif pour la regulation de la puissance d'une motrice de vehicule ferroviaire, ladite motrice comportant des moyens collecteurs de courant cooperant avec une catenaire alimentee en courant continu par des soul-stations d'alimentation reparties le long de la vole ferree, caracterise en ce qutil comporte: - des moyens (14) de mesures de la tension catenaire Vcat au niveau de la motrice; - des moyens (15) de mesure du courant catenaire Icat au niveau de la motrice; - un etage (21) d'evaluation de la tension de la soul-station VcatO alimentant la l O catenaire sur laquelle la motrice est connectee; - un etage (20) d'evaluation de la puissance maximale Pmax disponible a la catenaire comportant un module (6) de calcul de resistance equivalente R= ( I) et un module (10) de calcul de la puissance p (Vcato)2; 4*R l 5 - des moyens limitant la puissance demandee par la motrice en deca de la puissance maximale Pmax calculee. ) Dispositif selon la revendication 4, caracterise en ce que ledit etage (21) d'evaluation de la tension de soul-station VcatO comporte au moins une memoire delivrant un signal Vcate' correspondent a la tension a vice theorique de la sous station alimentant la motrice, ledit signal VcatO' servant de valeur de base pour ['evaluation de la tension de soul-station VcatO. 6) Dispositif selon l'une quelconque des revendications 4 a S. caracterise en ce que ledit etage (21) d'evaluation de la tension de la soul-station VcatO comporte en outre des moyens d' elaboration d'un signal de correction qui est inj ecte dans le signal de la tension a vice theorique VcatO', ledit signal de correction etant el ab ore au mo yen d'un regulateur (7) de typ e prop ortionnel integrateur qui recoit en entree la difference R'-R,ou R' est la resistance dynamique de la catenaire. 7) Dispositif selon l'une quelconque des revendications 4 a 6, caracterise en ce que ladite puissance maximale Pmax est corrigee par un coeffcient multiplicateur K obtenu a partir d'un module reducteur (11) tenant compte des limitations imposees par ['infrastructure. 8) Dispositif selon l'une quelconque des revendications 4 a 7, caracterise en ce que les moyens (14, 15) de mesure de la tension catenaire Vcat et du courant