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STElec, software para simulaciones de potencia de tracción ferroviaria

STElec es una herramienta de simulación iniciada en SENER en 2001 con el fin de optimizar el diseño y dimensionado del sistema de tracción que se emplea en toda clase de ferrocarriles, como tranvías, metros, ferrocarriles convencionales y trenes de alta velocidad. El software permite seleccionar correctamente el sistema de alimentación para cada uno de los vehículos mencionados anteriormente. El principal motivo para trabajar con esta herramienta reside en la complejidad de la resolución del flujo de cargas del sistema eléctrico ferroviario, debido a la existencia de elementos no lineales.

STElec ha sido completamente desarrollado por SENER y se ha empleado con éxito en el diseño y dimensionamiento de redes de tracción eléctrica de numerosos tipos de líneas ferroviarias y en diferentes topologías. Sus ventajas y facilidad de uso lo convierten en idóneo para analizar, optimizar y calcular sistemas de alimentación ferroviarios. Además, el software da al diseñador la posibilidad de elegir entre diferentes configuraciones en función de las restricciones de cada sistema. La independencia de SENER con respecto a los fabricantes de material móvil, los sistemas de tracción, y las administraciones públicas y otras empresas privadas asegura que la solución final ofrecida por STElec considera todas las opciones presentes en el mercado, sin estar condicionada por ninguna en concreto.

Las aplicaciones de STElec inluyen, entre otras: estudios energéticos para el diseño básico de redes eléctricas ferroviarias, diseño de propuestas para concursos públicos y privados y proyectos de detalle para la electrificación de líneas existentes o de nueva construcción, así como para la renovación de líneas obsoletas.

En la actualidad, SENER ha iniciado un acuerdo de colaboración con Ferrocarril Metropolità de Barcelona (FMB) que le permitirá comparar los resultados de la herramienta de simulación de tracción STElec con sus resultados reales y comprobar sus funcionalidades. Esta cooperación representa un hito importante para STElec porque poder validar sus resultados con datos reales supone una gran oportunidad para el equipo de desarrollo.

INTERFAZ WEB

La interfaz web empleada por STElec permite efectuar simulaciones de tracción de forma remota mientras se garantiza la confidencialidad del proyecto y de la base de datos, gracias a que los servidores en los que está instalado el software se encuentran protegidos en las instalaciones de SENER.

Además, la sencilla interfaz de usuario de STElec ofrece la flexibilidad y la eficiencia necesarias para llevar a cabo múltiples simulaciones al mismo tiempo, con lo que se optimiza el uso de los recursos requeridos para ejecutarlas. Esto resulta fundamental si se tienen en cuenta los elevados requisitos computacionales de la herramienta.

PROCESO DE SIMULACIÓN

El proceso de simulación consta de las tres etapas descritas a continuación:

Simulación de marcha: analiza el rendimiento del vehículo a lo largo del trazado según los parámetros operativos definidos. Como resultado de esta etapa, se obtienen los siguientes datos: duración del trayecto, velocidad media del convoy, aceleración, fuerza de frenado, consumo de energía (mecánica de las ruedas y efectos eléctricos en el pantógrafo) y potencia que hay que recargar. El análisis cinemático permite crear perfiles de velocidad y aceleración que, posteriormente, serán ajustados en el análisis dinámico en el que se considerarán las restricciones reales del material móvil. Los resultados de la simulación también están disponibles gráficamente.

Simulación de flota: una vez determinados los parámetros operativos, como la marcha, horarios, etc., el software genera un ‘mapa de vehículos’ que contiene información temporal sobre los convoyes, incluidas su ubicación y demanda de energía.

Simulación eléctrica (analizador del flujo de cargas): a partir de los datos eléctricos (potencia demandada/regenerada) de cada convoy, es posible diseñar un modelo de red de alimentación (catenaria y carril, subestaciones, red de distribución de media tensión, etc.) a partir del que se realizarán simulaciones del flujo de corriente en catenaria, junto con la potencia en las subestaciones y, como resultado, se consiguen los siguientes valores: máximo flujo de intensidad y mínimo valor de tensión en catenaria, tensión del circuito de retorno, intensidad y potencia demandadas en las subestaciones de tracción, potencia regenerada (potencia generada mediante frenado regenerativo), energía acumulada en volantes o baterías de condensadores, índice de regeneración de energía, etc.

Estos resultados pueden obtenerse en condiciones normales de operación y en condiciones degradadas (en caso de avería de una subestación, por ejemplo). Los resultados de la simulación eléctrica están disponibles en forma numérica y gráfica para su análisis posterior.

Galería

Captura de pantalla de STElec. Etapas del proceso de simulación. Perfil de velocidades según material móvil (velocidad vs. km). Curva de tracción de material móvil (esfuerzo de tracción vs. km). Malla de tráfico. Caída de tensión en catenaria para una red de corriente continua. Tensión carril tierra. Intensidades en conductores de línea. Demanda de potencia instantánea en subestaciones. Demanda de potencia eficaz (RMS) en subestaciones. Demanda de potencia eficaz (RMS) en subestaciones.

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