CN102143856A - 电力供给控制系统以及电力供给控制方法 - Google Patents

电力供给控制系统以及电力供给控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明的目的是不浪费列车产生的再生电力，将其有效利用。本发明的电力供给控制系统是使用设置于变电所(2)侧的远距离控制装置(23)以及设置于列车(1)的列车信息管理装置(114)，控制对列车的供给电力的电力供给控制系统，在该系统中，列车信息管理装置(114)将表示列车(1)正在行驶的位置的列车当前位置信息、以及采用架线电压值/主电路电流值计算出的消耗/再生电量信息，输出到远距离控制装置(23)。远距离控制装置(23)根据附于该消耗/再生电量信息的列车当前位置信息，从接收到的消耗/再生电量信息中，抽出与作为控制对象的电力区间内正在行驶的列车相关的消耗/再生电量信息，计算出消耗/再生电量信息的合计值，同时根据计算出的消耗/再生电量信息的合计值控制对作为控制对象的电力区间供给的电量。

Description

电力供给控制系统以及电力供给控制方法
技术领域
本发明涉及在电气铁路中进行电力供给控制的电力供给控制系统以及电力供给控制方法。
背景技术
近年来，对于运行的列车，特别是近郊列车或特快列车，采用制动时将电动机作为发电机使用并从车辆向架线供给电力的回收制动器。又，对于架线与列车间进行电力控制的主电路采用VVVF(Variable Voltage Variable Frequency，可变电压可变频率)逆变器控制，进行细致的电力运用，该VVVF逆变器控制是通过改变电动机的电压以及频率来进行加速行驶和匀速行驶(以下称为“动力运行”)以及制动的控制。又，下述专利文献1所示的能量授受控制系统是能够在正在同一线区内行驶的多辆铁道车辆间进行电力授受的控制系统。
专利文献1：日本特开2004-304989号公报
上述专利文献1所示的能量授受控制系统与在同一线区内正在行驶的其他各铁道车辆(列车)之间、或与同管理在同一线区内正在行驶的铁道车辆的地面控制装置之间进行无线通信的无线通信控制装置之间，进行必要的通信，以此进行在同一线区内正在行驶的铁道车辆之间的电力授受。从而，在同一线区内存在消耗电力的其他铁道车辆的情况下，能够与该铁道车辆进行电力授受。
但是，在同一线区内不存在消耗电力的其他铁道车辆的情况下，或者即使在同一线区内进行电力回收的铁道车辆存在多辆而消耗电力的铁道车辆少的情况下，不能使回收电量的大部分返回架线，除了使用负载电阻等，将其变换为热能消耗掉的方法外，没有有效的方法。而且存在在不能使回收电量返回线架时主电路侧使回收失效的情况。即，在以往的技术中，存在不能有效利用列车产生的回收电力的问题。
发明内容
本发明是鉴于上述情况而作出的，本发明的目的在于，提供能够不浪费列车产生的回收电力而将其有效地加以利用的电力供给控制系统以及电力供给控制方法。
为了解决上述课题，达到目的，本发明的电力供给控制系统使用设置于变电所侧的远程控制装置和设置于列车的列车信息管理装置控制对列车的供给电力，上述电力供给控制系统中，其特征在于，所述列车信息管理装置将表示列车正在行进的位置的列车当前位置信息以及表示所述列车的消耗电量或回收电量的消耗/回收电量信息输出到所述远程控制装置，所述远程控制装置从输入的所述消耗/回收电量信息中，根据附于该消耗/回收电量信息的列车当前位置信息抽出与作为控制对象的在电力区间内正在行驶的列车相关的消耗/回收电量信息，计算出抽出的消耗/回收电量信息的合计值，同时根据计算出的消耗/回收电量信息的合计值控制对作为控制对象的电力区间供给的电量。
如果采用本发明的电力供给控制系统，则能够达到以下的效果，即设置于变电所侧的远程控制装置从输入的消耗/回收电量信息中，根据附于该消耗/回收电量信息的列车当前位置信息，抽出与作为控制对象的电力区间内正在行驶的列车相关的消耗/回收电量信息，计算出抽出的消耗/回收电量信息的合计值，同时根据计算出的消耗/回收电量信息的合计值，控制对作为控制对象的电力区间供给的电量，因此能够不浪费列车产生的回收电力而进行有效利用。
附图说明
图1是表示本实施形态1的电力供给控制系统的概要的图。
图2是表示本实施形态1的电力供给控制系统中主要是列车侧的一个构成例的图。
图3是表示本实施形态1的电力供给控制系统中主要是变电所侧的一个构成例以及与广域网连接的一个例子的图。
图4是表示本实施形态2的电力供给控制系统中主要是列车侧的一个构成例的图。
符号说明
1         列车
11        先头车辆(front car)
110       电力变换装置
111       电动机
112       导电弓(pantograph)
113       主电路
114、114a 列车信息管理装置
115、115a 先头车辆的监视装置
116       列车信息收发信装置
117       列车天线
118       电容器
12        驱动车辆
125       驱动车辆的监视装置
2、2A、2B 变电所
21        变电设备
211       断路器(disconnector)
212       遮断器(breaker)
213       系统
213a      遮断器
213b      变压器
213c      整流器
213d      断路器
214       直流遮断器
22        配电盘
23        远程控制装置
3         广域网
4         指令所
5         架线
6         母线
8        通信线路
具体实施方式
下面根据附图对本发明的电力供给控制系统以及电力供给方法的实施形态进行详细说明。还有，以下所述的实施形态不是对本发明的限定。
实施形态1
图1是表示本发明的实施形态1的电力供给控制系统的概要的图。变电所2具有通过变电盘22对变电设备21进行控制的远程控制装置23。又，列车1具有实施对搭载装备的控制以及信息管理并且通过例如广域网3将收集的信息传送到变电所2的远程控制装置23的列车信息管理装置114。
下面对实施形态1的电力供给控制系统的列车侧的结构以及动作进行说明。图2是表示本实施形态1的电力供给控制系统的主要是列车侧的一构成例的图。
在图2中，列车1由先头车辆11以及先头车辆以外的驱动车辆12编成。先头车辆11具备电动机111、导电弓112、电力变换装置110、构成列车信息管理装置114的监视装置115、列车信息收发信装置116以及列车天线117而构成。又，驱动车辆12具备电动机111、导电弓112、电力变换装置110、以及构成列车信息管理装置114的监视装置125而构成。
电动机111对先头车辆11以及驱动车辆12进行驱动，同时在作为发电机工作时发生制动力。导电弓112在线架5和列车1间进行电力的授受。电力变换装置110在先头车辆11以及驱动车辆12中，将从线架5供给的电力加以变换后提供给电动机111。监视装置115对搭载于列车1的装备件或工作机器的信息(以下称为“列车信息”)进行汇总管理。又，先头列车11以外的信息通过与搭载于包含驱动车辆12的其他车辆的监视装置125之间的通信线路8的通信进行收集。列车信息收发信装置116将监视装置115保有的信息通过列车天线117、以及连接指令所4与变电所2之间的广域网3传送到其他列车或外部装置(系统)。又，列车信息管理装置114与外部系统之间的通信不限于无限通信或广域网等，当然也可以采用卫星通信或有线通信等各种通信手段。
电力变换装置110具有主电路113，同时在主电路113的输入端(导电弓112侧)设置作为输入输出滤波器电路的一部分的电容器118。主电路113观测电容器118两端的电压，将观测到的电压作为架线电压值输出到列车信息管理装置114。又，主电路113观测通过导电弓112在架线5与主电路113之间流过的电流，作为主电路电流值输出到列车信息管理装置114。
在这里，在列车1进行动力运行的情况下，电动机111消耗电力，主电路电流成为从导电弓112侧向主电路113提供的方向的电流，将这时的主电路电流值作为“+(正)”电流值定义。另一方面，在电动机111作为发电机工作的情况下，由于电动机111自身发生电力，因此主电路电流成为从主电路113向导电弓112侧提供的方向的电流，将这时的主电路电流值作为“-(负)”电流值定义。又，架线电压值与主电路电流值的观测方法采用任何方法都可以，也可以使用例如PT(电压互感器：Potential Transformer)或CT(电流互感器：Current Transformer)等。
列车信息管理装置114从用先头车辆11以及各驱动车辆12的主电路113观测出的架线电压值以及主电路电流值计算出每一车辆的电量(即电能，electric power amount)，将连结于列车1的全部车辆的电量相加，计算出列车整体的电量。在这里，如果计算出的电量为“+”值，则是列车1消耗电力，如果是“-”值，则是列车1回收(即再生，regenerate，下同)电力。又，这以下将列车信息管理装置114计算出的电量作为消耗/回收电量进行表示。
又，构成列车信息管理装置114的先头车辆11的监视装置115存有作为列车1的运行信息的里程信息，根据该里程信息确定列车1正在行驶的当前位置。又，确定列车1的当前位置的方法也可以是例如用GPS(Golbal Positioning System，全球定位系统)定位的方法。
列车信息管理装置114将与计算出的消耗/回收电量相关的信息(以下称为“消耗/回收电量信息”)以及表示列车1行驶位置的列车当前位置信息输出到广域网3。
下面对实施形态1的电力供给控制系统的变电所侧的结构以及动作进行说明。图3是表示实施形态1的电力供给控制系统的、主要是变电所侧的一个构成例以及与广域网连接的一个例子的图。
指令所4通过广域网3将电力供给表(Schedule)输出到各变电所2(2A、2B)。电力供给表是根据列车运行时刻表进行预测而做成的。
下面采用更详细图示的变电所2A对变电所2的结构进行说明。变电所2A具备变电设备21、配电盘22以及远程控制装置23。变电设备21生成从作为电力供应源的母线6向架线5提供的电力。远程控制装置23通过配电盘22对变电设备21进行控制。
变电设备21的电力供给路径从母线6通过断路器211以及遮断器212分岔到多个系统213。各系统213包括遮断器213a、变压器213b、整流器213c以及断路器213d而构成。各系统213的输出再一次合流之后，通过并联连接的多个直流遮断器214连接于架线5。
远程控制装置23除了基于通过广域网3从指令所4输入的电力供给表进行的静态控制外，还根据从设置了该远程控制装置23的变电所2供电的电力区间内正在行驶的列车1实时输出的消耗/回收电量信息，进行以下说明的动态控制。又，静态控制与动态控制的切换定时(timing)只要是能够适当地进行切换以实现最有效率的电力供给即可(例如只在回收电量有多余的那样的行驶列车少的白天进行动态控制等)。
变电所2的供给电量的切换，若是通常，如上所述根据基于列车运行信息预测的电力供给表进行。另一方面，在本实施形态中，根据列车1来的消耗/回收电量信息，利用变电设备21的各系统213的各个遮断器213a的接通/遮断、多个直流遮断器214的各个的接通/遮断进行。借助于该控制，能够进行更细致的供电量的切换控制。
下面对根据各列车送来的列车当前位置信息以及消耗/回收电量信息进行的供电量控制进行说明。
远程控制装置23根据附于消耗/回收电量信息的列车当前位置信息，从通过广域网3输入的消耗/回收电量信息中抽出与作为控制对象的电力区间内正在行驶的列车相关的消耗/回收电量信息，计算出抽出的消耗/回收电量信息的合计值。在图3所示的例子中，变电所2A的远程控制装置23从与列车1a～1d相关的消耗/回收电量信息中计算出根据列车当前位置信息抽出的列车1a、1b、1c的消耗/回收电量的合计值。
当在变电所2的电力区间内行驶的各列车的消耗/回收电量的合计值为“-(负)”时，远程控制装置23根据消耗/回收电量的合计值断开变电设备21中的多个直流遮断器214中的几个，进行降低变电所2的供给电量的控制，当在变电所2的电力区间内行驶的各列车的消耗/回收电量的合计值为“+(正)”时，远程控制装置23根据消耗/回收电量的合计值接通变电设备21的多个直流遮断器214中的几个，实施增加变电所2的供给的电量的控制。又，上述供给电量的控制中，回收电量的合计值大幅度超过消耗电量的合计值的情况下，当然也可以通过断开设置在各系统213的各个遮断器213a来实施降低供给电量的控制。
如果采用实施形态1，则能够确定供给电力的电力区间内在线的多列列车，根据进行动力运行的多列列车的消耗电量以及进行回收发电的多列列车的回收电量的合计电量，控制变电所供给的电量，因此，能够将在变电所的电力区间内进行回收发电的列车的回收电量提供给在同一电力区间内进行动力运行的列车，能够有效利用列车产生的电力。又，进行回收发电的各列车的回收电量的合计值超过进行动力运行的各列车的消耗电量的合计值的情况下，可以削减变电所供给的电量。
实施形态2
在实施形态1中，远程控制装置23进行的电量控制根据从列车侧发送来的消耗/回收电量信息进行。另一方面，由于各列车正在行驶，因此，从列车信息管理装置114输出列车当前位置信息开始到远程控制装置23实施变电所2的供给电量控制为止，会产生一定程度的时间差(时滞)。图3表示该状况。如图3所示发生以下状况，从时间t1在变电所2A的电力区间内正在行驶的列车1a输出列车当前位置信息开始，到时间t2变电所2A的远程控制装置23对变电所2A的电力区间实施供给电量的控制为止的期间，列车1a沿着图中的箭头的行驶方向7行驶，越过无电区(Neutral section)移动到变电所2B的电力区间。在这种情况下，在变电所2B的远程控制装置23对变电所2B的电力区间进行供给电量控制时使用列车1a发送来的消耗/回收电量信息是理想的控制形态。实施形态2是实现该控制的形态。
图4是表示本实施形态2的电力供给控制系统中主要是列车1侧的一个构成例的图。又，对于与实施形态1相同或同等的结构部赋予相同的符号，省略其详细说明。
实施形态2中，除了架线电压值与主电路电流值之外，对于列车信息管理装置114a持有的列车信息中列车1的速度信息与加速度信息也加以利用。列车信息管理装置114a除了列车1的消耗/回收电量信息以及列车当前位置信息之外，还将列车1的速度信息以及加速度信息输出到广域网3。
远程控制装置23根据各列车输出的列车当前位置信息、速度信息以及加速度信息，预测实施供给电量控制的时间(时刻)的列车1的位置，根据该预测，计算出在实施供给电量控制的时间电力区间中在线的各列车的电量的合计值。而且，根据该计算出的结果，进行变电所2的供给电量的控制。又，根据列车当前位置信息以及速度信息，能够预测列车1的位置，而通过加上加速度信息，能够更加正确地进行位置预测。
如果采用实施形态2，则在由远程控制装置实施对供给电量的控制的时间，预测变电所供给电力的电力区间中在线的预定在线列车，根据进行动力运行的多列预定在线列车的消耗电量以及进行回收发电的多列预定在线列车的回收电量的合计电量，控制变电所供给的电量，因此，能够比实施形态1更正确地控制变电所的供给电量，能够更有效地利用列车发生的电力。
又，速度信息以及加速度信息无论采用何种方法计算都可以，例如能够利用测速发电机(tachogenerator)的速度信息和列车当前位置信息计算出加速度信息。
又，将从运转台的主控制器输入的运行指令(动力运行、制动)信息从列车信息管理装置114a再输出到远程控制装置23，加上列车1的行驶状态(加速状态或减速状态)，预测列车1的位置，借助于此，能够更加正确地控制变电所的供给电量。
工业应用性
如上所述，本发明的电力供给控制系统，在电气铁路的电力供给控制系统中，作为能够有效地利用列车的回收电力，减少变电所的供给电力的发明是有用的。
权利要求书(按照条约第19条的修改)
1.一种电力供给控制系统，使用设置于变电所侧的远程控制装置和设置于列车的列车信息管理装置控制对列车的电力供给，其特征在于，
所述列车信息管理装置将表示列车行驶位置的列车当前位置信息以及表示所述列车的消耗电量或回收电量的消耗/回收电量信息输出到所述远程控制装置，
所述远程控制装置从输入的所述消耗/回收电量信息中，根据该消耗/回收电量信息所附的列车当前位置信息，抽出与在作为控制对象的电力区间中行驶的列车相关的消耗/回收电量信息，计算出抽出的消耗/回收电量信息的合计值，同时根据计算出的消耗/回收电量信息的合计值控制提供给作为控制对象的电力区间的电量。
2.一种电力供给控制系统，使用设置于变电所侧的远程控制装置和设置于列车的列车信息管理装置控制对列车的电力供给，其特征在于，
所述列车信息管理装置将表示列车行驶位置的列车当前位置信息、列车速度信息和列车加速度信息、以及表示所述列车的消耗电量或回收电量的消耗/回收电量信息输出到所述远程控制装置，
所述远程控制装置从输入的所述消耗/回收电量信息中，根据该消耗/回收电量信息所附的列车当前位置信息、列车速度信息以及列车加速度信息，预测在实施供给电量控制的时间控制对象的电力区间中在线的预定在线列车，抽出与预测到的预定在线列车相关的消耗/回收电量信息，计算出消耗/回收电量信息的合计值，同时根据计算出的消耗/回收电量信息的合计值控制对作为控制对象的电力区间供给的电量。
3.如权利要求1或2所述的电力供给控制系统，其特征在于，在所述消耗/回收电量信息的合计值为正值并且所述列车正在消耗电力的情况下，所述远程控制装置实施增加对所述电力区间供给的电量的控制，在所述消耗/回收电量信息的合计值为负值并且所述列车正在回收电力的情况下，所述远程控制装置实施减少对所述电力区间供给的电量的控制。
4.一种电力供给控制方法，使用设置于变电所侧的远程控制装置和设置于列车的列车信息管理装置控制对列车的电力供给，其特征在于，
所述远程控制装置在切换根据基于列车的运行时刻表制作成的电力供给表来控制变电所供给的电量的静态控制和根据表示所述列车的消耗电量或回收电量的消耗/回收电量信息来控制变电所供给的电量的动态控制的同时，
对提供给作为所述变电所的控制对象的电力区间的电量进行控制。
5.如权利要求4所述的电力供给控制方法，其特征在于，
作为所述动态控制包含：
所述列车信息管理装置
将表示列车行驶位置的列车当前位置信息、以及所述消耗/回收电量信息传送到所述远程控制装置的步骤；
所述远程控制装置
接收来自所述列车信息管理装置的所述消耗/回收电量信息、以及该消耗/回收电量信息所附的列车当前位置信息的接收步骤；
根据所述列车当前位置信息抽出与在作为控制对象的电力区间行驶的列车相关的消耗/回收电量信息的抽出步骤；
计算出抽出的消耗/回收电量信息的合计值的计算步骤；以及
根据计算出的消耗/回收电量信息的合计值对作为控制对象的电力区间供给的电量进行控制的控制步骤。
6.如权利要求4所述的电力供给控制方法，其特征在于，
作为所述动态控制包含：
所述列车信息管理装置
将表示列车行驶位置的列车当前位置信息、列车速度信息和列车加速度信息、以及所述消耗/回收电量信息传送到所述远程控制装置的步骤；
所述远程控制装置
接收来自所述列车信息管理装置的所述消耗/回收电量信息、以及该消耗/回收电量信息所附的列车当前位置信息、列车速度信息以及列车加速度信息的接收步骤；
根据所述列车当前位置信息、列车速度信息以及列车加速度信息，预测在实施供给电量控制的时间在控制对象的电力区间中在线的预定在线列车的预测步骤；
抽出与预测的预定在线列车相关的消耗/回收电量信息，计算出消耗/回收电量信息的合计值的计算步骤；以及
根据计算出的消耗/回收电量信息的合计值对作为控制对象的电力区间供给的电量进行控制的控制步骤。
7.如权利要求1或2所述的电力供给控制系统，其特征在于，
所述远程控制装置在切换根据基于列车运行时刻表制作成的电力供给表来控制变电所供给的电量的静态控制和根据表示作为所述变电所的控制对象的电力区间内正在行驶的所述列车的消耗电量或回收电量的消耗/回收电量信息来控制变电所供给的电量的动态控制的同时，
对提供给作为所述变电所的控制对象的电力区间的电量进行控制。
8.如权利要求4所述的电力供给控制方法，其特征在于，在作为所述变电所的控制对象的电力区间内行驶的所述列车的运行数少且所述回收电量超过所述消耗电量的情况下，所述远程控制装置实施所述动态控制。
9.如权利要求7所述的电力供给控制系统，其特征在于，在作为所述变电所的控制对象的电力区间内行驶的所述列车运行数少且所述回收电量超过所述消耗电量的情况下，所述远程控制装置实施所述动态控制。
10.如权利要求1或2所述的电力供给控制系统，其特征在于，所述列车信息管理装置将连接于所述列车的全部车辆的电量相加，计算出所述消耗/回收电量信息。
11.如权利要求1或2所述的电力供给控制系统，其特征在于，所述列车信息管理装置采用表示从所述列车行驶的线区的起点到各基准点的距离的里程信息或者GPS，确定该列车的当前位置，作为所述列车的当前位置信息。

Claims (6)

1.一种电力供给控制系统，使用设置于变电所侧的远程控制装置和设置于列车的列车信息管理装置控制对列车的电力供给，其特征在于，
所述列车信息管理装置将表示列车行驶位置的列车当前位置信息以及表示所述列车的消耗电量或回收电量的消耗/回收电量信息输出到所述远程控制装置，
所述远程控制装置从输入的所述消耗/回收电量信息中，根据该消耗/回收电量信息所附的列车当前位置信息，抽出与在作为控制对象的电力区间中行驶的列车相关的消耗/回收电量信息，计算出抽出的消耗/回收电量信息的合计值，同时根据计算出的消耗/回收电量信息的合计值控制提供给作为控制对象的电力区间的电量。
2.一种电力供给控制系统，使用设置于变电所侧的远程控制装置和设置于列车的列车信息管理装置控制对列车的电力供给，其特征在于，
所述列车信息管理装置将表示列车行驶位置的列车当前位置信息、列车速度信息和列车加速度信息、以及表示所述列车的消耗电量或回收电量的消耗/回收电量信息输出到所述远程控制装置，
所述远程控制装置从输入的所述消耗/回收电量信息中，根据该消耗/回收电量信息所附的列车当前位置信息、列车速度信息以及列车加速度信息，预测在实施供给电量控制的时间控制对象的电力区间中在线的预定在线列车，抽出与预测到的预定在线列车相关的消耗/回收电量信息，计算出消耗/回收电量信息的合计值，同时根据计算出的消耗/回收电量信息的合计值控制对作为控制对象的电力区间供给的电量。
3.如权利要求1或2所述的电力供给控制系统，其特征在于，在所述消耗/回收电量信息的合计值为正值的情况下，所述远程控制装置实施降低对所述电力区间供给的电量的控制，在所述消耗/回收电量信息的合计值为负值的情况下，所述远程控制装置实施增加对所述电力区间供给的电量的控制。
4.一种电力供给控制方法，使用设置于变电所侧的远程控制装置和设置于列车的列车信息管理装置控制对列车的电力供给，其特征在于，
所述远程控制装置并用下述控制：
根据基于列车的运行时刻表制作成的电力供给表，控制变电所供给的电量的静态控制；以及
根据表示所述列车的消耗电量或回收电量的消耗/回收电量信息，控制变电所供给的电量的动态控制。
5.如权利要求4所述的电力供给控制方法，其特征在于，
作为所述动态控制包含：
所述列车信息管理装置
将表示列车行驶位置的列车当前位置信息、以及所述消耗/回收电量信息传送到所述远程控制装置的步骤；
所述远程控制装置
接收来自所述列车信息管理装置的所述消耗/回收电量信息、以及该消耗/回收电量信息所附的列车当前位置信息的接收步骤；
根据所述列车当前位置信息抽出与在作为控制对象的电力区间行驶的列车相关的消耗/回收电量信息的抽出步骤；
计算出抽出的消耗/回收电量信息的合计值的计算步骤；以及
根据计算出的消耗/回收电量信息的合计值对作为控制对象的电力区间供给的电量进行控制的控制步骤。
6.如权利要求4所述的电力供给控制方法，其特征在于，
作为所述动态控制包含：
所述列车信息管理装置
将表示列车正在行驶的位置的列车当前位置信息、列车速度信息和列车加速度信息、以及所述消耗/回收电量信息传送到所述远程控制装置的步骤；
所述远程控制装置
接收来自所述列车信息管理装置的所述消耗/回收电量信息、以及该消耗/回收电量信息所附的列车当前位置信息、列车速度信息以及列车加速度信息的接收步骤；
根据所述列车当前位置信息、列车速度信息以及列车加速度信息，预测在实施供给电量控制的时间在控制对象的电力区间中在线的预定在线列车的预测步骤；
抽出与预测的预定在线列车相关的消耗/回收电量信息，计算出消耗/回收电量信息的合计值的计算步骤；以及
根据计算出的消耗/回收电量信息的合计值对作为控制对象的电力区间的供给电量进行控制的控制步骤。
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