CN102333670A - 馈电系统用的电力调整装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种使有效功率的负载稳定的馈电系统用的电力调整装置。本发明的电力调整装置包含在交流电与直流电之间进行电力变换的第1交直流变换器、以及连接于所述第1交直流变换器直流侧的高压配线与所述第1交直流变换器的直流侧的低压配线之间的镍氢电池。

Description

馈电系统用的电力调整装置

技术领域

本发明涉及电气化铁路用的馈电系统用电力调整装置。

背景技术

交流馈电电路使用于长距离、大容量的电力供应，因此使用于日本新干线等的电力供给方式。而且，电气化铁路由于是单相负载，交流馈电用变电所通常将从电力公司等接收的三相电力，用三相二相变换变压器变换为90°相位差的1组单相电力（参照例如非专利文献1）。作为这种三相二相变换变压器，根据接收电压的不同，可以采用Scott接线变压器（接收电压66kV～154kV）或变形Woodbridge接线变压器（接收电压187 kV～275 kV），避免三相电源的不平衡。

而且在交流馈电用变电所的情况下，为了应对电压变动，设置静止型无功功率补偿装置（SVC；Static Var Compensator）。这种SVC用逆变器对无功功率进行补偿，同时也对有功功率进行调整。

图11（1）是在已有的交流馈电用变电所的Scott接线变压器中，包含设置于馈电侧的SVC的接线图。这种SVC通常被称为“电力补偿装置（RPC；Railway static Power Conditioner）”。R相、S相及T相表示Scott接线变压器的三相侧的输入。M座与T座表示Scott接线变压器形成的二相。电力补偿装置（RPC）2a包含连接于M座和T座各自的馈电线4m、4t的逆变器6m、6t、以及连接于2个逆变器6m、6t之间的直流电容器20。将提供给M座与T座各自的馈电线4m、4t的电力作为动力源，驱动电气列车8m、8t行驶。

在Scott接线变压器中，如果M座与T座的负载平衡，则三相侧也平衡。又，如果无功功率小，则电压变动小。因此，电力补偿装置（RPC）2a利用分别连接于M座与T座的逆变器6m、6t对无功功率接线补偿，同时将二个座的有功功率之差的1／2在2个逆变器之间融通，使M座与T座的有功功率相等，使得三相侧的负载平衡。

图11（2）是在Scott接线变压器中包含设置于三相侧的情况的SVC的接线图。图11（3）是包含将Scott接线变压器的M座与T座串联连接，利用斜边S座进行单相馈电的，不等边Scott接线变压器的M座与T座上分别设置逆变器，用直流电路连接的SVC的接线图。图11（2）所示的SVC被称为“三相SVC”，图11（3）所示的SVC也被称为“不平衡补偿单相馈电装置（SFC；Single phase Feeding power Conditioner）”。三相SVC 202a以及不平衡补偿单相馈电装置（SFC）402a包含逆变器6、6m、6t、以及在逆变器6、6m、6t上连接的直流电容器20，利用逆变器6、6m、6t对无功功率进行补偿，同时对有功功率进行调整。

又，在交流馈电中，从交流馈电用变电所到馈电区分所的单相电路中，馈电线的线路阻抗的电阻成分和电抗成分导致电气列车行驶产生的电压下降，有时候会发生在该馈电线的末端不能够得到所希望的馈电线电压的现象（问题）。为了解决这种现象（问题），在专利文献1中，为了利用在馈电线末端通过互连变压器连接的互连变换器（逆变器），对馈电线末端的电压变动进行补偿，公开了在馈电线的末端的馈电线电压的調整装置。这种馈电电压調整装置，在互连变换器（逆变器）的直流侧并联连接对有功功率的长期变动成分进行补偿的电池和对有功功率的短期变动成分进行补偿的直流电容器。

非专利文献1：电气化铁路手册编辑委员会编《电气化铁路手册》株式会社コロナ社（CORONA PUBLISHING Co., LTD）、2007年2月28日、p．585。

专利文献1 ：日本特开2000－6693号公报。

发明内容

在上述专利文献1所示的，设置馈电电压調整装置的结构中，除了无功功率的补偿外，为了防止在馈电线末端的无功功率引起电压下降而连接直流电容器，为了补偿长期性的有功功率的变动而连接电池时，直流电容器存在设置需要较大空间、可靠性未必足够、以及价格昂贵等问题。

本发明的目的在于，提供以简便的设备结构实现馈电线电路之间的有功功率的融通，同时对无功功率进行調整，以使馈电线电压不降低的电力调整装置。即、本发明的目的在于，提供不必设置电容器，而且价格低廉、紧凑、节省空间、具有更高可靠性的电力调整装置。

本发明的发明人锐意地进行研究，发现最好镍氢电池具有足够的静电容量成分。也就是说，发明人发现镍氢电池不仅可以作为二次电池使用，也能够作为电容器使用充分发挥作用。因此，发明人在本发明的电力调整装置中，采用将镍氢电池连接于对交流电与直流电进行变换的交直流变换器的高压配线与低压配线之间，以在镍氢电池中存储馈电线的剩余的再生电力，同时能够为防止馈电线电压的下降，对无功功率进行調整的结构。也就是说，本发明是关于镍氢电池的用途的发明。

本发明的馈电系统用的电力调整装置，其特征在于，包含：在交流电与直流电之间进行电力变换的第1交直流变换器、以及连接于所述第1交直流变换器直流侧的高压配线与所述第1交直流变换器的直流侧的低压配线之间的镍氢电池。即、其特征在于，不在交直流变换器的高压配线与低压配线之间连接电容器，而连接镍氢电池。

又，本发明的电力调整装置也可以还包含从交流电路接收电力并将其提供给馈电线的第1变压器，所述第1交直流变换器的交流侧连接于所述第1变压器的受电侧或供电侧。

本发明的电力调整装置，也可以是，所述第1变压器是将所提供的三相交流电压变换为相位有90°差异的两个二相交流电压再供电的变压器。

又可以是，本发明的电力调整装置还包含在交流电与直流电之间进行电力变换的第2交直流变换器，

所述第1变压器是将接收的三相交流电压变换为二相交流电压后供电的变压器，

所述第1交直流变换器连接于接收由所述第1变压器提供的二相电压中的一个的馈电线，

所述第2交直流变换器连接于接收由所述第1变压器提供的二相电压中的另一个的馈电线，

所述镍氢电池连接于所述第1交直流变换器的直流侧与所述第2交直流变换器的直流侧之间的公共高压配线、与所述第1交直流变换器的直流侧与所述第2交直流变换器的直流侧之间的低压配线之间。

又可以是，本发明的电力调整装置还包含从交流电路接收电力并将其提供给馈电线的第2变压器、以及在交流电与直流电之间进行电力变换的第2交直流变换器，

所述第1变压器与所述第2变压器分别为接收单相交流电压的变压器，

所述第1交直流变换器连接于接收由所述第1变压器提供的交流电压的馈电线，

所述第2交直流变换器连接于接收由所述第2变压器提供的交流电压的馈电线，

所述镍氢电池连接于所述第1交直流变换器的直流侧与所述第2交直流变换器的直流侧之间的高压配线、与所述第1交直流变换器的直流侧与所述第2交直流变换器的直流侧之间的低压配线之间。

最好是，所述镍氢电池为叠层型电池。而且，最好是，所述镍氢电池的导电剂中包含碳。这是本发明的发明人根据通过这样将镍氢电池做成叠层型，或使用含碳导电剂，特别是能够增大镍氢电池的静电容量这样的进一步的发现得出的。

又可以是，所述镍氢电池由一个以上的电池模块构成，所述电池模块分别具有相对设置的板状的正极集电体与负极集电体、在所述正极集电体与所述负极集电体之间配置的隔离层、以及具有与所述正极集电体接触的正极单元（セル）和与所述负极集电体接触的负极单元的多个单位电池，相邻的一所述单位电池的正极集电体与另一所述单位电池的负极集电体相对着叠层，而且在相邻的上述单位电池之间设置由气体或液体构成的传热介质的流通路径。

也可以是，在变压器与交直流变换器之间设置开关。

又可以是，本发明的电力调整装置还包含在交流电与直流电之间进行电力变换的第2交直流变换器，

所述第1交直流变换器的交流侧连接于第1馈电区间的端部，

所述第2交直流变换器的交流侧连接于与所述第1馈电区间电绝缘的第2馈电区间的端部，

所述镍氢电池连接于所述第1交直流变换器的直流侧与所述第2交直流变换器的直流侧之间的公共的高压配线、与所述第1交直流变换器的直流侧与所述第2交直流变换器的直流侧之间的低压配线之间。

本发明的上述目的、其他目的、特征、以及优点从参照附图进行的下述理想的实施形态的详细说明中能够了解到。

采用本发明，本发明的电力调整装置能够在馈电电路之间实现有功功率的融通，对无功功率进行调整，以避免发生馈电线电压的变动。本发明的电力调整装置还不必设置维持馈电线电压用的电容器。

又，本发明的电力调整装置可以将某馈电区间内未被消耗的再生电力存储于镍氢电池以便再利用。而且，本发明的电力调整装置借助于镍氢电池的放电，能够对馈电线提供电力，防止馈电线的电压的下降。借助于此，能够缓和电气列车负载的急剧变动对受电侧的影响。而且，利用本发明的电力调整装置，即使是电力系统的供电停止的情况下，也能够利用镍氢电池来的动力驱动在某一馈电区间的途中停车的电气列车使其到达最近的车站。

附图说明

图1中，图1（1）是本发明第1实施形态的电力调整装置的接线图。图1（2）是本发明第1实施形态的电力调整装置的更详细的接线图；

图2是构成镍氢电池的单位电池的一结构例的结构截面图；

图3是表示图2所示的单位电池的框形构件、第1盖构件以及第2盖构件的结构的立体图；

图4中，图4（1）是单位电池构成的电池模块的一结构例的横截面图，图4（2）是同一结构例的电池模块的一部分的立体图。在图4（2）的立体图中，示出传热板内的空气的流动方向；

图5是一结构例的电池模块使用的传热板的立体图；

图6中，图6（1）是在接收单相交流电的2个变压器上连接的交流馈电电路中，馈电侧设置的第1实施形态的电力调整装置的接线图。图6（2）是接收单相交流电的2个变压器上连接的馈电电路的现有例；

图7是本发明第2实施形态的电力调整装置的接线图；

图8是本发明第3实施形态的电力调整装置的接线图；

图9表示变电所故障時的速度限制问题的应对用的，包含电力调整装置的应用例交流馈电电路；

图10是包含使用本发明的电力调整装置的交流馈电装置的交流馈电电路的结构图；

图11中，图11（1）是在交流馈电用变电所的Scott接线变压器中，设置于馈电侧的电力补偿装置（RPC）的接线图。图11（2）是在Scott接线变压器中，在三相侧设置的三相SVC的接线图。图11（3）是在将Scott接线变压器的M座与T座直接连接，利用斜边S座单相馈电的不等边Scott接线变压器中，M座与T座上分别设置逆变器，将这2个逆变器加以连接的不平衡补偿单相馈电装置（SFC）的接线图；

图12中，图12（1）是包含A变电所、B变电所、C变电所、以及两个馈电区分所（SP）的交流馈电电路的示意图。图12（2）是在B变电所发生停止接收电力的故障时的，图12（1）所示的交流馈电电路的示意图。图12（3）是图12（1）的变电所具备的现有的SVC的接线图。

具体实施方式

下面参考附图对本发明的理想的实施形态进行说明。

1．第1实施形态

图1（1）是本发明第1实施形态的电力调整装置2的接线图，图1（2）是本发明第1实施形态的电力调整装置2的更详细的接线图。第1实施形态的电力调整装置2是SVC，构成在交流馈电用变电所从交流电路接收电力并将其提供到馈电线的Scott接线变压器3的供电侧（馈电侧）设置的电力补偿装置（RPC）。R相、S相以及T相表示Scott接线变压器3的三相侧的输入。M座与T座表示由Scott接线变压器3形成的二相。第1实施形态的SVC 2，其交流侧连接于M座与T座各自的馈电线4m、4t，包含在交流电与直流电之间进行电力变换的逆变器（交直流变换器）6m、6t、以及连接于2个逆变器6m、6t的直流侧的配线之间的镍氢电池10。以提供给M座与T座各自的馈电线4m、4t的电力为动力源，驱动电气列车8m、8t行驶。

本实施形态的电力调整装置2中设置的逆变器6m、6t，是现有技术中使用的构件，由多个二极管构成的整流电路、多个开关元件构成的开关电路、以及电容器等构成。即、逆变器6m、6t具备交流－直流变换器以及直流－交流变换器。

镍氢电池10在2个逆变器6m、6t的直流侧的公共的高压配线上连接的直流输入输出端、与在同样的2个逆变器6m、6t的直流侧的公共的低压配线上连接的直流输入输出端之间连接。

下面对具备上述结构的电力调整装置2的动作进行说明。逆变器6m连接于馈电线4m，将交流电变换为直流电后将其输出到公共线7。又，逆变器6m也能够将公共线7一侧的直流电逆变换为交流电然后向馈电线4m输出。在这种情况下，镍氢电池10起暂时存储直流电的作用。众所周知，这些作用利用内装于逆变器的开关元件实现。对于逆变器6t也同样起作用，交直电力变换以及直交电力变换是能够实现的。

逆变器6m、6t上连接的馈电线4m、4t上各自设置电压计5m、5t。而且，对逆变器6m、6t，设置与电压计5m、5t连接的控制部9。如果镍氢电池10没有贮存足够的电荷，镍氢电池10的电压低，则馈电线4m、4t中的交流电利用逆变器6m、6t所具备的整流作用变换为直流电，对镍氢电池10进行充电。

本实施形态的电力调整装置2中，馈电线4m的电压下降，“电压计5m的电压”＜“电压计5t的电压”时，控制部9对逆变器6m内装的开关元件进行控制，进行逆变换，以此将交流电输出到馈电线4m，能够抑制馈电线4m的电压下降。另一方面，控制部9控制内装于逆变器6t的开关元件，将来自馈电线4t的交流电变换为直流电，补偿利用逆变器6m逆变换为交流电的直流电。又，馈电线4m的电压上升，达到“电压计5m的电压”＞“电压计5t的电压”时，控制部9控制内装于逆变器6m的开关元件进行变换，以此将来自馈电线4m的交流电变换为直流电，实施能够缓和馈电线4m的电压上升的动作。同时，控制部9控制内装于逆变器6t的开关元件，将利用逆变器6m顺变换的直流电逆变换为交流电输出到馈电线4t。在馈电线4t电压下降或上升的情况也相同。在电压计5m与电压计5t的电压比较中，也可以适当设置滞后（ヒステリシス），防止频繁切换。电力调整装置2这样动作，以消除馈电线4m的电压与馈电线4t的电压之差，对有功功率进行調整。 

又，逆变器6m、6t调整无功功率，抑制电压变动。也就是说，控制部9控制逆变器6m、6t，调整馈电线4m、4t上发生的无功功率。具体地说，电气列车8m、8t进行加速运行消耗着无功功率时，从本逆变器6m、6t提供无功功率。以此将馈电线4m、4t的电压维持于合适范围。

具备如上所述构成的第1实施形态的电力调整装置2，利用在M座和T座上分别连接的逆变器6m、6t对无功功率进行补偿，同时将两个座的有功功率之差的1／2，通过镍氢电池10在逆变器间融通，使M座与T座的有功功率相等，三相平衡。

对本发明所要解决的问题进行说明，在逆变器（变换器）上连接配置直流电容器的情况下，存在为设置直流电容器，需要准备宽大的空间的问题、可靠性未必充分的问题、以及价格昂贵的问题。本发明的发明人经过锐意的研究后发现镍氢电池具有足够的静电容量。也就是说，发明人发现不仅能够将镍氢电池作为二次电池使用，也能够作为电容器充分发挥作用。因此，在本实施形态中，在逆变器6m、6t的直流侧的配线之间，配置镍氢电池10，代替直流电容器的配置，解决这些问题。也就是说，本实施形态的电力调整装置2通过在逆变器6m、6t的直流侧的配线间配置镍氢电池10，不另外设置如专利文献1所示的结构那样的直流电容器，也能够在馈电线维持馈电线电压。

而且，现有的镍氢电池，其导电剂使用碱式氢氧化钴（CoO(OH)），而本实施形态的镍氢电池其导电剂使用碳。这样由碳构成电极的结果是，本实施形态的镍氢电池也能够作为双电层电容器（电气二重层电容器）起作用。因此能够得到大的静电容量。而且如下所述，本实施形态的镍氢电池10由非常多的单位电池构成。由于这些情况，本实施形态的镍氢电池10，其静电容量非常大，而且也能够作为电容器充分起作用。

如上所述，本实施形态的镍氢电池，由于其导电剂使用碳，具体地说其正极的导电剂使用碳、而且由非常多的单位电池构成，具体地说形成叠层型结构，等价静电容量非常大。

平板电极的静电容量C，众所周知用下述关系式（式1）表示。 （式1）　C＝ε×S／d，其中ε为介电常数，S为平板电极的面积，d为平板电极间的距离。在这里，S（平板电极面积）在本实施形态的镍氢电池中大致可以认为是隔离层的面积。构成下述镍氢电池的多个单位电池分别采用褶状隔离层，形成叠层型电池。因此能够容易地将S（平板电极面积）做得大，其结果是，能够实现大的静电容量。

又已知本实施形态的镍氢电池的静电容量与其他电池相比也较大。首先，在锂离子电池中，不存在形成电容器所需要的电荷（离子）。总之，在C＝Q／V的情况下（Q为电荷、V为电位），由于电荷Q极小，在锂离子电池的情况下，静电容量C不会大，大致为0。从而，锂离子电池与本实施形态的镍氢电池相比静电容量非常小。

又，铅蓄电池在结构上不能够像镍氢电池那样将电极面积（S）做大，电极间的距离（d）也大。因此其静电容量估计在镍氢电池的十分之一以下，与本实施形态的镍氢电池相比可以说是极小的。另一方面，双电层电容器的静电容量的确大，但是蓄电容量比电池小。因此被认为即使是在电力调整装置中使用双电层电容器，有功功率的調整也很有限。

根据以上所述，本发明的发明人着眼于镍氢电池具有大的静电容量，将其使用于电气化铁路用的交流馈电系统。这样的应用，其他电池是不能做到的。

1．1．关于镍氢电池

下面对第1实施形态的电力调整装置2使用的镍氢电池10进行详细说明。

镍氢电池10由多个单位电池串联连接形成的电池模块构成，可以由单个的电池模块构成，也可以由多个电池模块串联连接的串联电池模块构成。或者也可以由上述单个的电池模块或上述串联连接电池模块并联连接构成。如果并联连接则电池容量大，而且等价内阻小。

[单位电池的一结构例]

图2和图3是上述单位电池的一结构例的说明图。

图2是表示上述单位电池C的结构的剖面图。单位电池C具备包含隔离层61、构成正极的正极板62、构成负极的负极板63的电极体65、形成将电极体65与电解液一起收容的空间的矩形的框形构件67、第1盖构件69、以及第2盖构件71。还有，图2所示的单位电池C以氢氧化镍为主要正极活性物质，以吸氢合金为主要负极活性物质，以碱性水溶液为电解液，构成能够反复进行充放电的镍氢2次电池。

如图3所示，第1盖构件69具有覆盖框形构件67的一开口67a的平板状的主体部69a，在主体部69a的4个边的各边上形成为一体的边缘部大致沿着框形构件67的4个边的各边67b弯折，形成覆盖框形构件67的外周面的一部分的侧部69b。第2盖构件71也与第1盖构件69一样，具有主体部71a以及侧部71b，覆盖框形构件67的另一开口67c。

电极体65如图2所示，具有正极板62与负极板63隔着隔离层61在规定的方向上交错叠层相对的叠层结构。更具体地说，具有隔着褶状折曲的隔离层，正极板62与负极板63交错叠层相对的褶状结构。在图2和图3所示的单位电池C中，电极体65在框形构件67的，图3的左右方向上相对的一组边67b、67b的一方向另一方的方向Y上叠层。

由于这样的褶形隔离层被使用于单位电池，由多个单位电池构成的镍氢电池中，隔离层的面积S变得非常的大，其结果是，整个镍氢电池的静电容量也非常大。 

[单位电池构成的电池模块的一结构例]

图4（1）是由单位电池构成的电池模块的一结构例的横截面图。图4（2）是图4（1）的电池模块的一部分的立体图，示出电池模块中的传热板内的空气的流动方向（但是图4（1）所示的绝缘板107、108省略）。图5是图4（1）、（2）的电池模块中使用的传热板的立体图。

图4所示的电池模块81是多个上述单位电池叠层形成的电池模块。上述结构例的各单位电池中，在相对设置的正极集电体99与负极集电体100之间，交替接近两集电体配置在碱性电解液中不发生腐蚀等变质，使离子能够透过而不使电子透过的波纹状的隔离层101。而且在各单位电池中，在波纹状的隔离层101与正极集电体99围成的空间，配置电解质溶液102以及含有正极活性物质的正极片103，在波纹状的隔离层101与负极集电体100围成的空間配置电解质溶液102以及含有负极活性物质的负极片104，正极片103与负极片104夹着隔离层101交替装入。单位电池通过使隔离层101形成为波纹状，能够将正极片103、负极片104作为多个单元叠层于单位电池中。借助于此，容易实现单位电池的静电容量的大容量化。而且，因此电极面积变大，相邻的单元（Cell）之间能够以非常小的电阻连接，因此不需要连接于单元之间的电缆，电池总体上能够实现小型化。

又，正极片103连接于正极集电体99，负极片104连接于负极集电体100。而且，在相邻的两个单位电池之间，插入如图5所示的传热板96，使一单位电池的正极集电体99与另一单位电池的负极集电体100接触。该传热板96的空气流通孔97的方向与正极片103和负极片104的上下方向一致。各单位电池的正极集电体99与负极集电体100之间，借助于隔离层101分割为正极单元和负极单元两部分，由隔离层101与正极集电体99包围，配置正极片103的区域构成正极单元，由隔离层101与负极集电体100包围，配置负极片104的区域构成负极单元。

如图4（1）所示，导电性优异而且热传导性好的金属构成的正极集电体99与负极集电体100分别与正极片103以及负极片104直接接触，而且，各集电体99、100与起着电气连接正极集电体99与负极集电体100的作用的传热板96接触。借助于此，电池反应发生的热量能够高效率地传递给沿着图4（2）的箭头所示的方向通过传热板96的空气流通孔97流动的空气向外部排放。这样一来，电池模块81的温度被维持于电池反应能够平稳进行的合适范围。

如图4（1）所示，在正极的端部设置联合正极集电体105，在负极的端部设置联合负极集电体106。电池模块81的侧部设置绝缘板107、108。在联合正极集电体105的中央部安装连接用的正极端子（未图示），在联合负极集电体106的中央部安装连接用的负极端子（未图示）。

正极片103是在例如正极活性物质、导电性填料、以及树脂中添加溶剂形成浆液状的涂料，然后将形成为浆液状的涂料涂布在基板上，形成板状使其固化得到的，负极片104是在例如在负极活性物质、导电性填料、以及树脂中添加溶剂做成浆液状的涂料，然后将形成为浆液状的涂料涂布在基板上形成板状并固化后得到的。作为正极活性物质和负极活性物质，可以使用所有公知的活性物质材料。导电性填料可以单独或组合使用碳纤维、镀镍碳纤维、碳素颗粒、镀镍碳素颗粒、镀镍有机纤维、纤维状镍、镍颗粒、或镍箔。作为树脂，可以使用软化温度120℃以下的热可塑性树脂、固化温度为常温到120℃的树脂、在蒸发温度为120℃以下的溶剂中溶解的树脂、在可溶于水的溶剂中溶解的树脂、或在可溶解于醇（アルコール）的溶剂中溶解的树脂等。基板可以采用镍板等有导电性的金属板。

传热板96是以铝为素材并镀镍的板材，设置多个在上下方向上贯通的流通孔97作为空气流通路径。将该传热板96插入正极集电体99与负极集电体100之间，能够使由吸气电扇（未图示）吸入的空气向流通孔97流动。传热板96是与正极集电体99和负极集电体100接触，将正极集电体99与负极集电体100电气连接用的构件，具有导电性。在这一点上，铝的电阻比较低，热传导率比较大，因此作为传热板96具有理想的特性，但是有容易氧化的缺点。因此，在铝板上镀镍不仅能够抑制其氧化，而且通过镀镍能够降低接触电阻，所以作为传热板96更加理想。

[镍氢电池的电动势及静电容量]

对本实施形态中使用的镍氢电池10，最好是对叠层型镍氢电池的电动势和静电容量的具体数值进行探讨。在本实施形态的电力调整装置中，镍氢电池可以有各种各样的结构，例如将19个包含30单元的单位电池的电池模块串联连接形成的串联电池模块两列并联连接构成。在这里，单位电池具有的标准性能，是例如电动势1.25V、电池容量150Ah、每单位电池容量的静电容量130F／Ah等数值。

在这种情况下，该镍氢电池的电动势为1.25×30×19＝712.5V。而该镍氢电池的静电容量约为2×130×150／（30×19）约等于68法拉。这样，可以知道本实施形态的电力调整装置使用的镍氢电池具有非常大的静电容量。 

如上所述，可知本实施形态的镍氢电池10其等价静电容量非常大。从而，通过将这样的镍氢电池10使用于交流馈电系统，可以省去设置需要很大空间的直流电容器。

1．2．第1实施形态的变形例

图1所示的电力调整装置是在输入三相交流电的Scott接线变压器中设置于馈电侧的SVC，但是本发明第1实施形态的电力调整装置对于输入单相交流电的变压器也可以设置。图6（1）是在输入单相交流电的两个变压器23a、23b上连接的交流馈电电路中，设置于馈电侧的第1实施形态的电力调整装置的接线图。而图6（2）是表示输入单相交流电的两个变压器23a、23b上连接的交流馈电电路的比较例的接线图。 

在图6（1）所示的电力调整装置中，在馈电线上设置能够切断来自变压器23a、23b的电力的断路器22a、22b。又，在变压器23a、23b与逆变器6a、6b之间分别设置开关24a、24b。开关24a、24b的作用将在下述“4．关于本发明的应用例”中加以说明。

如图6（1）所示，输入单相交流电的两个变压器23a、23b上连接第1实施形态的电力调整装置，这样可以省去直流电容器的设置。还有，单相交流电可以是二线式也可以是三线式。又，本实施形态的电力调整装置用V形连接的两台单层变压器接收三相交流电，也可以使用于按地区供电的结构。

2．第2实施形态

图7是本发明第2实施形态的电力调整装置202的接线图。第2实施形态的电力调整装置202构成在交流馈电用变电所的Scott接线变压器3中设置于受电侧（三相侧）的三相SVC。R相、S相及T相表示Scott接线变压器3的三相侧的输入。M座与T座表示在Scott接线变压器3的供电侧形成的二相。第2实施形态的SVC 202包含交流侧连接于输入的三相的各相的逆变器6以及连接于逆变器6的直流侧的镍氢电池10。

逆变器6是与上述现有技术的逆变器相同的逆变器。而且在逆变器6的直流侧的高压配线上连接的直流输入输出端与该逆变器6的直流侧的低压配线上连接的直流输入输出端之间连接镍氢电池10。

在第2实施形态的电力调整装置202中，三相侧上设置的逆变器6上连接镍氢电池10，以此对无功功率进行补偿，同时进行有功功率的調整。借助于此，能够省去直流电容器的设置。

也就是说，镍氢电池10其静电容量大，能够作为电容器充分起作用，因此本实施形态的电力调整装置202即使不另外设置如专利文献1所示的结构那样的直流电容器，也能够在三相侧维持所期望的电压。

3．第3实施形态

图8是本发明第3实施形态的电力调整装置402的接线图。第3实施形态的电力调整装置402构成不平衡补偿单相馈电装置（SFC）。“不平衡补偿单相馈电装置（SFC）”通过在利用将Scott接线变压器3的M座与T座直接连接形成的斜边S座单相馈电的，不等边Scott接线变压器的M座与T座上，分别设置逆变器6m、6t，连接这两个逆变器6m、6t构成。

在图8中，R相、S相以及T相表示Scott接线变压器3的三相侧的输入。M座与T座表示利用Scott接线变压器3形成的二相。第3实施形态的电力调整装置402包含分别连接于M座与T座的逆变器6m、6t、以及在逆变器6m、6t上连接的镍氢电池10。还有，逆变器6m、6t与上述现有技术的逆变器相同。

在第3实施形态的电力调整装置402中，分别在M座与T座上设置的逆变器6m、6t上连接镍氢电池10，以此对无功功率进行补偿，同时对有功功率进行调整。这样可以省去直流电容器的设置。

也就是说，镍氢电池10静电容量大，可以作为电容器充分起作用，因此本实施形态的电力调整装置402即使不另外设置如专利文献1所示的结构那样的直流电容器，也能够在馈电线上维持馈电线电压。

4．关于本发明的应用例

下面对本发明的应用例进行说明。图12（1）是包含A变电所、B变电所、C变电所、以及两个馈电区分所（SP）51、52的交流馈电电路的示意图。在各变电所具备作为现有的SVC的电力补偿装置（RPC）2a。图12（2）是在图12（1）所示的交流馈电电路内的B变电所发生受电停止的故障的情况下的，包含A变电所、B变电所、C变电所、以及两个馈电区分所（SP）51、52的交流馈电电路的示意图。图12（3）是现有的电力补偿装置（RPC）2a的接线图，表示在变电所发生受电停止的故障时的情况。

首先，在图12（1）所示的交流馈电电路内的B变电所，假定发生受电停止的故障。于是，交流馈电电路的连接状态形成图12（2）所示的状态。也就是说，如图12（2）所示，A变电所与B变电所之间的馈电区分所51将从A变电所到馈电区分所51的区分与从馈电区分所51到B变电所的区分电连接，将从A变电所到B变电所作为一个救济馈电区间，使电气列车持续行驶。这种情况下的救济馈电区间只由A变电所提供电力。

同样，B变电所与C变电所之间的馈电区分所52将从B变电所到馈电区分所52的区分与从馈电区分所52到C变电所的区分电连接，将从B变电所到C变电所作为一个救济馈电区间，使电气列车持续行驶。这种情况下的救济馈电区间只由C变电所提供电力。

向来，B变电所发生故障停止受电时的交流馈电电路中，如图12（3）所示，在从B变电所到馈电线之间设置的断路器22m、22t动作，电力被切断。从而，虽然在从A变电所到B变电所的区间、以及从B变电所到C变电所的区间，电气列车也能够行驶，但是所提供的电力只有一半，因此电气列车的行驶速度也大受限制。

图9表示应对现有的交流馈电电路的变电所故障时的速度限制问题用的，包含本发明的电力调整装置的应用例的交流馈电电路。图9（1）将包含A变电所、B变电所、C变电所、以及两个馈电区分所（SP）51、52的交流馈电电路的示意图表示于上部，将各变电所具备的本发明的电力调整装置的接线图表示于下部。电力调整装置与图1所示的电力补偿装置（RPC）相同，在图12（3）中，M座、T座上连接的逆变器6m、6t的直流侧的配线间插入的电容器20被代之以设置镍氢电池10。而且图9所示的电力调整装置不仅包含断路器22m、22t，而且包含开关24m、24t。

而图9（2）的上部表示图9（1）所示的交流馈电电路内的B变电所发生受电停止的故障的情况下的馈电区间的连接状况。如图9（2）的上部所示，A变电所与B变电所之间的馈电区分所51将从A变电所到馈电区分所51的区分、以及从馈电区分所51到B变电所的区分电连接。而B变电所与C变电所之间的馈电区分所52将从B变电所到馈电区分所52的区分与从馈电区分所52到C变电所的区分电连接。

图9（2）的下部表示在上述B变电所发生故障时的电力调整装置的状況。图9（2）的下部所示的电力调整装置中，开关24m、24t成为断开状态，但是断路器22m、22t不动作（即处于通电状态）。从而形成B变电所左右的馈电区间夹着电力调整装置相连，而且能够利用镍氢电池10提供电力的状态。从而，从A变电所到B变电所的区间与从B变电所到C变电所的区间分别利用馈电区分所51、52的连接形成救济馈电区间。而且由于A变电所与C变电所形成并联馈电，在这些救济馈电区间行驶的电气列车也能够继续通常的驱动。

5．在馈电区分所的应用

本发明的电力调整装置也可以在馈电区分所使用。图10是包含使用本发明的电力调整装置的交流馈电装置50的交流馈电电路的结构图。图10所示的交流馈电电路包含出线120和进线140。而且，图10所示的交流馈电电路包含馈电用变电所（SS）40a、40b、以及馈电区分用的馈电区分所（SP）200，这些变电所和馈电区分所实际上设置于电气化铁路沿线。而且，以馈电用变电所（SS）40a、40b为中心在左右馈电电路之间设置备用段（dead section）110。馈电用变电所（SS）40a、40b与馈电区分所（SP）200之间被称为“馈电区间”。还有，图10的结构图是交流馈电电路的一部分，也可以设置更多的馈电用变电所（SS）40a、40b和馈电区分所（SP）200。

馈电用变电所（SS）40a、40b包含三相二相变换变压器300，由M座和T座构成的二相电力分别向左右馈电电路输出。通常驱动时，在M座与T座分别设置的断路器220不动作，电路被关闭。馈电用变电所（SS）40a、40b或馈电系统等发生故障时断路器220动作，断开电路。

馈电区分所（SP）200包含断路器60。断路器60处于通常断开状态。一旦馈电区分所（SP）200的左右馈电用变电所（SS）40a、40b中的任一个发生故障，从该馈电用变电所（SS）40a、40b来的供电停止，断路器60就合闸，从没有故障的馈电用变电所（SS）40a、40b来的供电越过馈电区分所（SP）200，到达发生故障的馈电用变电所（SS）40a、40b应该负责的馈电区间。

又如图10所示，在本实施形态的馈电区分所（SP）200配置的交流馈电装置50中，设置将馈电电路的交流电变换为直流电，将直流电逆变换为馈电电路的交流电的两个逆变器（交直流变换器）6a、6b、以及在两个逆变器（交直流变换器）6a、6b的直流侧的高压（正侧）配线与低压（负侧）配线之间连接的镍氢电池10。也就是说，镍氢电池10连接于在逆变器6a、6b的直流侧的公共的高压（正侧）配线上连接的直流输入输出端与在逆变器6a、6b的直流侧的公共的低压（负侧）配线上连接的直流输入输出端之间。

逆变器6a其交流侧被连接于电气列车线上连接的交流电线4a，将交流电变换为直流电向公共线（公共的高压配线以及公共的低压配线）7输出。又，逆变器6a也能够将作为直流侧的公共线7一侧的直流电逆变换为交流电向交流电线4a输出。在这种情况下，镍氢电池10如上所述作为2次电池起作用，同时也作为电容器起作用。众所周知，这些作用利用内装于逆变器的开关元件实现。逆变器6b也能够起相同的作用，能够实现交直流电力变换以及直交流电力变换。

逆变器6a、6b上连接的交流电线4a、4b上分别设置电压计5a、5b。而且对逆变器6a、6b，设置与电压计5a、5b连接的控制部9。如果镍氢电池10中没有足够的电荷贮存，镍氢电池10的电压低，则交流电线4a、4b上的交流电借助于逆变器6a、6b的整流作用，变换为直流电，对镍氢电池10进行充电。

本实施形态的交流馈电装置50中，一旦交流电线4a的电压下降，形成 “电压计5a的电压”＜“电压计5b的电压”的关系，控制部9就控制逆变器6a内装的开关元件进行逆变换，以此将交流电输出到交流电线4a，进行抑制交流电线4a的电压下降的动作。另一方面，控制部9控制逆变器6b内装的开关元件将交流电线4b来的交流电变换为直流电，补偿由逆变器6a逆变换为交流电的直流电。又，一旦交流电线4a的电压上升，形成 “电压计5a的电压”＞“电压计5b的电压”的关系，控制部9就控制逆变器6a内装的开关元件进行变换，以此将交流电线4a来的交流电变换为直流电，进行使交流电线4a的电压上升缓和的动作。同时，控制部9控制逆变器6b内装的开关元件，利用逆变器6a将顺变换得到的直流电逆变换为交流电向交流电线4b输出。在交流电线4b上电压下降或上升的情况下也相同。在电压计5a与电压计5b的电压比较中，也可以适当设置滞后，防止频繁的切换。交流馈电装置50这样进行工作，以消除交流电线4a的电压与交流电线4b的电压之间的差异。

在这里，与使用电容器代替镍氢电池10的现有的交流馈电装置相比，本实施形态的镍氢电池10由于是2次电池，能够贮存大量电荷。从而，能够将来自交流电线4a的更多的电力贮存于镍氢电池10，因此再生电力的吸收能力高。

本实施形态的交流馈电装置50中，馈电区分所（SP）200左右的任一馈电区间内需要瞬间巨大电力（例如由于电气列车的加速运行）的情况下，该馈电区间的电压比另一馈电区间的电压低。于是，如上所述，逆变器6a、6b动作，使电力从另一馈电区间流向电压低的馈电区间。这样能够防止需要电力的馈电区间的电气列车线电压的下降。

又，在馈电区分所（SP）200的左右任一馈电区间内发生再生电力的情况下，该馈电区间的电压变高。于是，如上所述，逆变器6a、6b动作，几乎所有的电力从电压高的馈电区间，被贮存到镍氢电池10，部分电力流往另一馈电区间。这样能够防止发生再生电力的馈电区间的电气列车线电压的上升。而且，能够将发生的再生电力贮存于镍氢电池10，因此再生电力不会被浪费，能够有效利用。而且，由于再生电力的吸收能力大，能够防止再生失效。

也就是说，借助于逆变器6a、6b以及镍氢电池10，能够将相位不同的两个馈电用变电所（SS）40a、40b来的电力向馈电区间并联馈送。

例如在图10中，假定在左侧的馈电用变电所（SS）40a与馈电区分所（SP）200之间的馈电区间，正在加速的电气列车通过馈电区分所（SP）200的左近旁行驶着。该加速中的电气列车可以从左侧的馈电用变电所40a和右侧的馈电用变电所40b双方接受加速所需要的电力。也就是说，本实施形态中，对左侧的馈电用变电所40a来的电力的依赖比例约为1／2。从而，可以以馈电用变电所之间实现负荷均匀化为目标，其结果是，能够缓和行驶着加速车辆的馈电区间的电压下降。

根据上面所述，对于本行业的普通技术人员来说，本发明的许多改良和其他实施形态是显然的。从而，上述说明应该只作为例示解释，提供的目的是将实施本发明的最佳实施形态向本行业的普通技术人员示教。在不超出本发明的宗旨的条件下，其结构和/或功能的细节可以有实质性变更。

符号说明：

2、202、402      电力调整装置；

3                 Scott接线变压器；

4m、4t         馈电线；

5m、5t         电压计；

6、6m、6t、6a、6b 逆变器；

7                 公共线；

8、8m、8 t        电气列车；

9                 控制部；

10               镍氢电池；

22a、22b、22m、22t  断路器；

23a、23b         变压器；

24a、24b、24m、24t  开关；

51、52           馈电区分所（SP）；

65                电极体；

67                框形构件；

69                第1盖构件；

71                第2盖构件。

Claims (11)

1.一种馈电系统用的电力调整装置，其特征在于，包含：

在交流电与直流电之间进行电力变换的第1交直流变换器、以及

连接于所述第1交直流变换器直流侧的高压配线与所述第1交直流变换器的直流侧的低压配线之间的镍氢电池。

2.根据权利要求1所述的电力调整装置，其特征在于，

还包含从交流电路接收电力，并将其提供给馈电线的第1变压器，

所述第1交直流变换器的交流侧连接于所述第1变压器的受电侧或供电侧。

3.根据权利要求2所述的电力调整装置，其特征在于，

所述第1变压器是将接收的三相交流电压变换为相位有90°差异的两个二相交流电压再供电的变压器。

4.根据权利要求1所述的电力调整装置，其特征在于，

所述镍氢电池为叠层型电池。

5.根据权利要求1所述的电力调整装置，其特征在于，

所述镍氢电池的导电剂中包含碳。

6.根据权利要求2所述的电力调整装置，其特征在于，

还包含在交流电与直流电之间进行电力变换的第2交直流变换器，

所述第1变压器是将接收的三相交流电压变换为二相交流电压后供电的变压器，

所述第1交直流变换器连接于接收由所述第1变压器提供的二相电压中的一个的馈电线，

所述第2交直流变换器连接于接收由所述第1变压器提供的二相电压中的另一个的馈电线，

所述镍氢电池连接于所述第1交直流变换器的直流侧与所述第2交直流变换器的直流侧之间的公共高压配线、与所述第1交直流变换器的直流侧与所述第2交直流变换器的直流侧之间的低压配线之间。

7.根据权利要求6所述的电力调整装置，其特征在于，还包含：

所述第1变压器与所述第1交直流变换器之间设置的第1开关、以及

所述第1变压器与所述第2交直流变换器之间设置的第2开关。

8.根据权利要求2所述的电力调整装置，其特征在于，

还包含从交流电路接收电力并将其提供给馈电线的第2变压器、以及在交流电与直流电之间进行电力变换的第2交直流变换器，

所述第1变压器与所述第2变压器分别为接收单相交流电压的变压器，

所述第1交直流变换器连接于接收由所述第1变压器提供的交流电压的馈电线，

所述第2交直流变换器连接于接收由所述第2变压器提供的交流电压的馈电线，

所述镍氢电池连接于所述第1交直流变换器的直流侧与所述第2交直流变换器的直流侧之间的高压配线、与所述第1交直流变换器的直流侧与所述第2交直流变换器的直流侧之间的低压配线之间。

9.根据权利要求8所述的电力调整装置，其特征在于，还包含：

所述第1变压器与所述第1交直流变换器之间设置的第1开关、以及

所述第2变压器与所述第2交直流变换器之间设置的第2开关。

10.根据权利要求1所述的电力调整装置，其特征在于，

所述镍氢电池由一个以上的电池模块构成，

所述电池模块分别具有，相对设置的板状的正极集电体与负极集电体、在所述正极集电体与所述负极集电体之间配置的隔离层、以及具有与所述正极集电体接触的正极单元和与所述负极集电体接触的负极单元的多个单位电池，相邻的一所述单位电池的正极集电体与另一所述单位电池的负极集电体相对着叠层，而且在相邻的上述单位电池之间设置由气体或液体构成的传热介质的流通路径。

11.根据权利要求1所述的电力调整装置，其特征在于，

还包含在交流电与直流电之间进行电力变换的第2交直流变换器，

所述第1交直流变换器的交流侧连接于第1馈电区间的端部，

所述第2交直流变换器的交流侧连接于与所述第1馈电区间电绝缘的第2馈电区间的端部，

所述镍氢电池连接于所述第1交直流变换器的直流侧与所述第2交直流变换器的直流侧之间的公共的高压配线、与所述第1交直流变换器的直流侧与所述第2交直流变换器的直流侧之间的低压配线之间。

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