JP2005162076A - 電鉄用回生電力吸収制御方法及び装置並びに電力変換器の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 直流き電区間４，５に設置される電力貯蔵装置７への蓄電量を制御する昇降圧チョッパ６を、経済的な容量の電力貯蔵装置７を用いて、エネルギー効率よく制御する。
【解決手段】 電力吸収運転前に、データベース２５４内の列車の運行情報データから、回生電車によるき電線４の電圧上昇を予測し、その予測時点までに電力貯蔵装置７から放電すべき電力を求め、平均的に放電するための電力指令Ｗ^＊を演算し、チョッパ６を用いて放電制御を行う。
【効果】 電力貯蔵装置７の利用率を向上し、小容量の電力貯蔵装置７を用いて、電気鉄道のエネルギー効率を向上でき、機器の低コスト化を図る。
【選択図】 図1

Description

本発明は、電気鉄道システムにおいて、電力貯蔵装置を有し、電力を吸収または供給する電力変換器を備えた電鉄用回生電力吸収制御方法及び装置並びに電力変換器の制御装置に関する。

近年、変電所からの直流電力を電気車に供給するき電系統では、電気車は節電などを目的として回生ブレーキを利用している。この回生ブレーキは、電気車の持つ運動エネルギーを車載のインバータにより電気エネルギーに変換し、き電線を介して放出し、電気車の減速を行う。この回生ブレーキにより放出された電気エネルギーは、他の電気車の加速エネルギーとして消費され、き電システムの省エネ化を図ることができる。

しかし、他の電気車で必要とされている以上の電気エネルギーが回生車より放出されると、回生車付近のパンタ点電圧が上昇してしまう。このパンタ点電圧が所定値まで上昇すると、自動的に回生ブレーキを禁止し、車両の過電圧保護のため機械ブレーキに変更され、乗り心地と省エネ性が悪化する。

この問題に対し、従来、特許文献１に示されるように、余剰電力を電力貯蔵装置に貯蔵し、力行電気車のエネルギーとして放電する方法が提案されている。

特開平１１−９１４１５号公報（段落番号００１２、図５など）

しかし、上記の方法では、電気車の回生運転が続くと、電力貯蔵装置の充電率が上昇し、ついには許容最大充電率に達し、電力吸収ができなくなる。この対策として電力貯蔵装置の容量を増やすと電力貯蔵装置の利用率が低下し、システム全体が高価になるという問題がある。

本発明の目的は、電力貯蔵装置の利用率を向上することによりエネルギー効率を高める電力貯蔵式回生電力吸収装置及び方法を提供することにある。

本発明の望ましい実施態様においては、制御対象き電線の電圧の上昇を予測し、電力貯蔵装置の貯蔵電力をき電線に放電させる。

本発明によれば、回生電気車の集中によっても、制御対象き電線の電圧が所定の値より高くなることを未然に防止し、回生電力を有効に吸収でき、電力貯蔵装置の利用率を向上して、エネルギー効率を高める電力貯蔵式回生電力吸収制御方法又は装置を提供できる。

以下、図面を参照して本発明の実施例について説明する。

実施例１：
図１は、本発明の一実施例による電力貯蔵式回生電力吸収装置の全体構成図である。まず、電力系統から説明する。交流系統１から変圧器２及びダイオード整流器３を介して、き電線４とレール５間に、例えば１５００［Ｖ］の直流を給電している。このき電線４とレール５間（以下、単にき電線４，５と記す）には、昇降圧チョッパ装置に代表されるＤＣ／ＤＣ電力変換器６を通して、電力貯蔵装置７が接続されている。

この実施例におけるＤＣ／ＤＣ電力変換器６は、昇降圧チョッパ装置であり、スイッチング部８を２つのフィルタ部９と１０で挟む形に構成されている。スイッチング部８は、ＩＧＢＴ１１と１２の直列体からなり、夫々のＩＧＢＴにはフリーホイールダイオード１３，１４が逆並列に接続されている。２つのフィルタ部９と１０は、それぞれ、リアクトル１５及び１６と、コンデンサ１７及び１８からなる。良く知られているように、昇降圧チョッパ装置６は、そのＰＷＭ制御により、電力貯蔵装置７の貯蔵電圧を昇圧してき電線４，５に放電させ、また、き電線４，５の電圧を降圧して電力貯蔵装置７に充電する機能を持っている。

電力貯蔵装置７は、駅近辺の機器にも貯蔵電力を供給できるように、駅負荷装置１９と接続されている。電力貯蔵装置７としては、二次電池、電気二重層キャパシタ、あるいはフライホイール発電機など、多くの形態が考えられる。

次に、制御装置について説明する。この実施例では、制御系は、充放電可否判定部２０と、この判定によって切替えられる切替えスイッチ２１〜２３と、充電時の電圧制御系２４、放電時の電力制御系２５、並びにこれらによって得られた電力指令に基き動作する電流制御系２６からなる。

まず、充放電可否判定部２０を説明する。第１に、電力貯蔵装置７の最大充電率ＳＯＣｍａｘの制約による充電可否判定である。比較部２０１は、現在の充電率ＳＯＣを、最大充電率設定部２０２からの最大充電率ＳＯＣｍａｘと比較し、充電率ＳＯＣが最大充電率ＳＯＣｍａｘを超えると、充電不可信号２０３を出力する。この充電不可信号２０３は、切替えスイッチ２１を図示の状態から上側へ切替えるので、電圧制御系２４は切離され、以降の制御系に対する電力指令Ｗ^＊はゼロとなる。

第２に、き電線電圧Ｖ１による電力貯蔵装置７への充電の禁止がある。比較部２０４では、電圧検出部２７で検出したき電線電圧Ｖ１を、電力貯蔵装置７への電力吸収運転開始電圧Ｖａｂｓと比較し、この電圧を下回ると、２つ目の充電不可信号２０５を出力し、切替えスイッチ２２を図示の状態から上側へ切替える。この場合にも、電圧制御系２４の出力は切離され、充電制御系に対する電力指令Ｗ^＊はゼロとなる。

第３に、き電線電圧Ｖ１による充放電の切替えである。比較部２０６は、き電線電圧Ｖ１を、放電運転開始電圧設定部２０７からの放電運転開始電圧Ｖｄｉｓｃと比較する。そして、き電線電圧Ｖ１が放電運転開始電圧Ｖｄｉｓｃを下回ると、電力貯蔵装置７からき電線への放電を許可する放電可能信号２０８を出力し、切替えスイッチ２３を図示の状態から上側へ切替える。この切替えによって、制御系は、放電時の電力制御系２５に切替わる。他方、き電線電圧Ｖ１が放電運転開始電圧Ｖｄｉｓｃを上回っておれば、切替えスイッチ２３を図示の状態に保ち、充電時の電圧制御系２４のみが許可される。

なお、放電運転開始電圧Ｖｄｉｓｃが、ダイオード整流器３の無負荷時出力電圧に比べ大きすぎると、電力貯蔵装置７から電力変換器６を介して放電した電力により、き電線電圧が上昇しすぎる。一方、電圧Ｖｄｉｓｃが低すぎる場合には、電力貯蔵装置７からき電線へ放電できる機会が少くなるので、電圧Ｖｄｉｓｃは、ダイオード整流器３の無負荷時出力電圧近傍に設定することが望ましい。

次に、充電時の電圧制御系２４について述べる。減算部２４１において、電力吸収運転開始電圧Ｖａｂｓから、き電線電圧Ｖ１を減算し、負の偏差である超過電圧を小さくする電圧制御部（ＡＶＲ）２４２が設けられている。リミッタ２４３は、き電線電圧Ｖ１が、ＶａｂｓとＶｄｉｓｃの間（Ｖａｂｓ＞Ｖ１＞Ｖｄｉｓｃ）にあるとき、電力貯蔵装置７からき電線へ放電する側の電圧制御を禁止するために設けたものである。以上により、高すぎるき電線電圧Ｖ１を、電力吸収運転開始電圧Ｖａｂｓまで引き下げるための充電時の電圧制御系２４を構成している。

なお、基準電圧Ｖａｂｓが、無負荷時のダイオード整流器３の出力電圧より低い場合、き電線電圧Ｖ１が高すぎないにも拘らず、ダイオード整流器３を介して交流系統１から電力貯蔵装置７へ電力を吸収し、回生車両から吸収できる電力が減る可能性がある。このため、基準電圧Ｖａｂｓは、回生車両がない状態でのダイオード整流器３の無負荷時の出力電圧最大値以上とすべきである。逆に、基準電圧Ｖａｂｓが高すぎると回生電力の吸収が遅れるため、基準電圧Ｖａｂｓは、回生車両がない状態でのダイオード整流器３の無負荷時の出力電圧最大値から数十［Ｖ］高い電圧に設定することが望ましい。

次に、本発明の要部である放電時の電力制御系２５について説明する。まず、充電率算出部２５１は、電圧検出部２８で検出した電力貯蔵装置７側の（実際にはフィルタコンデンサ１８の）電圧Ｖ２と、電流検出部２９で検出した電池電流Ｉとを入力し充電率ＳＯＣを算出する。この充電率ＳＯＣは、貯蔵電力算出部２５２に入力され、現在の貯蔵電力Ｊを算出し、放電電力指令部２５３に出力する。放電電力指令部２５３は、データベース２５４から、予測余剰電力発生時刻Ｔａｂｓと、電力吸収前貯蔵電力量指令部２５５の指令値Ｊａｂｓを読み込み、時刻Ｔａｂｓまでに放電すべき平均の放電電力指令値を算出する。すなわち、現在の貯蔵電力Ｊから電力吸収前貯蔵電力量指令値Ｊａｂｓを減算し、予測余剰電力発生時刻Ｔａｂｓまでの時間で除算することにより、予測時刻まで平均的に放電すべき電力を求めている。

この放電電力指令は、減算部２５６に入力され、駅負荷装置１９の消費電力検出部３０の出力を差し引いた上で、リミッタ２５７に出力する。もちろん、駅負荷装置１９がない場合には、減算部２５６は不要である。

リミッタ２５７は、減算部２５６の出力が負のとき、ゼロにリミットし、それ以外は、減算部２５６の出力をそのまま切替えスイッチ２３へ出力する。したがって、き電線電圧Ｖ１が放電運転開始電圧Ｖｄｉｓｃを下回っており、き電線への放電を許可する信号２０８が存在すれば、切替えスイッチ２３が上側へ切替えられており、この放電電力指令が、次に述べる電流制御系２６への電力指令Ｗ^＊となる。

制御系の最後は、電流制御系２６である。電流指令部２６１は、切替えスイッチ２３からの電力指令値Ｗ^＊を、コンデンサ１８の電圧Ｖ２で除算して電流指令値Ｉ^＊を算出し、減算部２６２へ出力する。減算部２６２では、電流指令値Ｉ^＊と電流検出値Ｉの偏差を電流制御部（ＡＣＲ）２６３に出力し、電流制御部２６３は、この偏差を低減するように、電力変換器６のスイッチング部８内のＩＧＢＴ１１、１２をＰＷＭ制御する。

以上のように構成された実施例１の動作を以下に説明する。

放電電力指令部２５３は、予測余剰電力発生時刻Ｔａｂｓまでに、現在の貯蔵電力Ｊから、電力吸収前貯蔵電力量指令値Ｊａｂｓ以下に低下させるための平均的放電電力指令値を演算する。これに基いて、電力貯蔵装置７からき電線４，５へ徐々に放電させ、今後に予想される回生車による余剰電力を確実に吸収できる状態にすることである。したがって、予測余剰電力発生時刻Ｔａｂｓとは、電気車が回生運転をすることにより、き電線の電圧Ｖ１が、電力吸収運転開始電圧Ｖａｂｓより高くなると予測される時刻である。

この予測余剰電力発生時刻Ｔａｂｓの設定方法を説明する。

運行ダイヤより、ある駅に停車する電気車が駅から５００［ｍ］の場所に到達する時刻を予測することができる。電力変換器６が、駅近傍に設置される場合には、この時刻を予測余剰電力発生時刻Ｔａｂｓとすることができる。また、運行シミュレータを用いれば、電力変換器６が停止している条件で、時間的に変化する電気車の消費または放出する電力を予測できるため、き電線電圧Ｖ１の変化も予測できる。これにより、電力変換器６が接続されたき電線の電圧Ｖ１が、電力吸収運転開始電圧Ｖａｂｓより大きくなる時刻も予測できるため、これを予測余剰電力発生時刻Ｔａｂｓとして設定すればよい。さらに、回生電力吸収装置のリプレース時には、前の回生電力吸収装置の、電力吸収開始時間の履歴を予測余剰電力発生時刻Ｔａｂｓとして設定することができる。

この時刻の設定方法としては、前記実施例で述べた手法のほか、多くの手法が考えられる。実績データを積み上げて、以降の状況を学習することもできる。もし、事故などによるダイヤの乱れが生じた場合には、列車集中制御装置によるリアルタイムの運行情報、車両乗客数、あるいは乗客数の増減によるエネルギーバランスの変化などを情報として、予測余剰電力発生時刻Ｔａｂｓを求めることが望ましい。以上の方法のいずれかを用いて予測余剰電力発生時刻Ｔａｂｓをデータベース２５４に設定することができる。

図２Ａは、本発明の一実施例による放電電力指令部２５３の具体構成ブロック図である。減算部３１は、貯蔵電力算出部２５２から入力された電力貯蔵装置７の貯蔵電力Ｊと、電力吸収前貯蔵電力量指令部２５５からの指令値Ｊａｂｓの差を算出し、電力吸収運転前までに放電すべき電力量（Ｊ−Ｊａｂｓ）を算出する。また、この貯蔵電力量の放電調整は、現在の貯蔵電力Ｊが目標とする電力吸収前貯蔵電力量Ｊａｂｓより大きいときのみ実施するように、減算部３１の出力のうちゼロ以上のみをリミッタ３２で取り出す。

減算部３３は、データベース２５４に保存される予測余剰電力発生時刻のうち、現時刻Ｔより後であり、且つ最も近い予測余剰電力発生時刻Ｔａｂｓを読み出す。そして、現在の時刻Ｔを出力するタイマー３４の出力Ｔとの差を算出し、次の余剰電力発生時刻Ｔａｂｓまでの時間（Ｔａｂｓ−Ｔ）を除算部３５に出力する。

除算部３５は、予測余剰電力発生時刻Ｔａｂｓまでに電力貯蔵装置７の残存電力量の調整を行うための放電電力指令値Ｗ^＊を算出する。具体的には、減算部３３の出力（Ｔａｂｓ−Ｔ）で減算部３１の出力（Ｊ−Ｊａｂｓ）を除算し、その商を放電電力指令値Ｗ^＊とする。なお、Ｔ＞Ｔａｂｓでは、電力指令値Ｗ^＊をゼロとする。

このように、放電電力指令部２５３は、予測余剰電力発生時刻Ｔａｂｓまでに、電力貯蔵装置７の電力貯蔵量が、目標とする電力吸収前貯蔵電力量指令値Ｊａｂｓとなるように、電力変換器６を通して平均的に放電すべき電力指令値Ｗ^＊を算出する。

図２Ｂは、本発明の他の実施例による放電電力指令部の具体構成ブロック図である。図２Ａと同一機能部には同一符号を付け、重複説明は避ける。電力吸収前貯蔵電力量指令値Ｊａｂｓと現在の貯蔵電力Ｊの差をＰＩ制御部３６に入力し、比例積分（ＰＩ）制御部３６の比例ゲインＫｐ及び積分ゲインＫｉを、き電線電圧Ｖ１が電力吸収運転開始電圧Ｖａｂｓになると予測されるまでの時間に応じて変化させる。この貯蔵電力量の放電調整も、現在の貯蔵電力Ｊが目標とする電力吸収前貯蔵電力量Ｊａｂｓより大きいときのみ実施するように、ＰＩ制御部３６の出力のうちゼロ以上のみをリミッタ３７で取り出す。

この実施例においても、放電電力指令部２５３は、その時点での貯蔵電力量Ｊを、時刻Ｔａｂｓまでに、電力吸収前貯蔵電力量指令値Ｊａｂｓ以下にするために放電すべき電力指令値Ｗ^＊を算出することができる。

図３は、本発明の一実施例による電力貯蔵式回生電力吸収装置の動作波形図である。横軸を時間軸として、き電線電圧Ｖ１、電力指令Ｗ^＊、及び電力貯蔵装置７の貯蔵電力Ｊの変化波形を示す。

まず、き電線電圧Ｖ１と切替えスイッチ２２，２３の関係を述べると、図３の右端部に示した通り、き電線電圧Ｖ１の大きさの範囲によって、各スイッチ２２，２３が下又は上に切替わる。この結果として、中央やや左に示す通り、き電線電圧Ｖ１が電力吸収運転開始電圧Ｖａｂｓ以上で充電が可能であり、他方、き電線電圧Ｖ１が放電運転開始電圧Ｖｄｉｓｃ以下で放電が可能である。そして、き電線電圧Ｖ１が、電力吸収運転開始電圧Ｖａｂｓと放電運転開始電圧Ｖｄｉｓｃの間にある（Ｖｄｉｓｃ＜Ｖ１＜Ｖａｂｓ）限り、き電線電圧は正常な範囲と見なして、本実施例の回生電力吸収装置は動作しない。

さて、時刻ｔ１までは、き電線電圧Ｖ１が、Ｖｄｉｓｃ＜Ｖ１＜Ｖａｂｓの範囲にあるため、切替えスイッチ２２が上に切替わっており、電力変換器６への電力指令値Ｗ^＊はゼロである。

次に、時刻ｔ１からｔ２の間では、き電線電圧Ｖ１は、Ｖ１＜Ｖｄｉｓｃに低下している。このため、比較部２０６から、電力貯蔵装置７からの放電を許可する放電可能信号２０８が発生し、切替えスイッチ２３は上側に切替わり、放電時の電力制御系２５が活かされ、放電制御による充電率の調整が行われる。先に説明した通り、放電時の電力制御系２５は、その時点での電力貯蔵装置７の貯蔵電力量Ｊを、時刻Ｔａｂｓ（図３ではｔ２）までに、電力吸収前貯蔵電力量指令値Ｊａｂｓ以下にするために、平均的に放電すべき電力指令値Ｗ^＊を出力する。この電力指令値Ｗ^＊に従い、電力変換器６は、電力貯蔵装置７の貯蔵電力をき電線側に放電させるため、電力貯蔵装置７の貯蔵電力Ｊは、時刻ｔ２までに電力吸収前貯蔵電力量指令値Ｊａｂｓと一致する。図３に示すように、時刻ｔ２からしばらくして、き電線電圧Ｖ１が放電運転開始電圧Ｖｄｉｓｃを上回り、切替えスイッチ２３は再び図示の状態に戻り、放電制御は停止する。

その後、時刻ｔ３までの間、き電線電圧Ｖ１は、電力吸収運転開始電圧Ｖａｂｓと放電運転開始電圧Ｖｄｉｓｃの間にある（Ｖｄｉｓｃ＜Ｖ１＜Ｖａｂｓ）ので、き電線電圧Ｖ１は正常な範囲にあると見なされる。したがって、本実施例の回生電力吸収装置は動作せず、充放電は行われない。

次に、時刻ｔ３になると、き電線電圧Ｖ１が電力吸収運転開始電圧Ｖａｂｓを上回る。すると、充放電可否判定部２０の比較部２０４からの充電不可信号２０５が消滅し、切替えスイッチ２２は図示の状態に戻り、充電時の電圧制御系（ＡＶＲ）が活かされ、充電が可能となる。これにより、時刻ｔ３からｔ４までは、充電時の電圧制御系２４の働きで、電力貯蔵装置７への充電によって、き電線電圧Ｖ１を電力吸収運転開始電圧Ｖａｂｓに一致させるように、充電時の電圧制御が行われる。

時刻ｔ４には、再び、き電線電圧Ｖ１は、Ｖｄｉｓｃ＜Ｖ１＜Ｖａｂｓとなるため、切替えスイッチ２２が上側に切替わって電力指令Ｗ^＊はゼロとなり、回生電力吸収装置は動作せず、充放電は行われない。

そして、時刻ｔ５には、再度、き電線電圧Ｖ１は、Ｖ１＜Ｖｄｉｓｃに低下しているため、電力貯蔵装置７からの放電による電力の補給を許可する放電可能信号２０８が発生し、切替えスイッチ２３は上側に切替わり、放電制御による充電率の調整が行われる。この場合にも、次の予測余剰電力発生時刻Ｔａｂｓと、時刻ｔ５における電力貯蔵装置７の貯蔵電力Ｊから、放電すべき電力指令値Ｗ^＊を算出し、出力する。

この実施例の構成を要約すれば次の通りである。まず、主回路は、直流電源１〜３と、き電線４，５に接続された電力貯蔵装置７と、き電線と電力貯蔵装置７との間の電力の授受を行う電力変換器６を備えている。制御系は、き電線４，５の電圧が高いとき、電力変換器６を用いて、き電線４，５から電力貯蔵装置６への充電を制御するとともに、き電線の電圧が低いとき、電力変換器６を用いて、電力貯蔵装置７からき電線への放電を制御する制御装置を前提としている。ここで、き電線電圧の上昇を予測する手段（データベース２５４にその結果のデータを記憶）と、電力貯蔵装置７の貯蔵電力を検出する手段（充電率算出部２５１）を備えている。そして、き電線の電圧が上昇すると予測された時刻Ｔａｂｓまでに、電力貯蔵装置７の貯蔵電力を所定の値Ｊａｂｓまで下げるための放電電力指令Ｗ^＊を算出する手段２５を備えている。

本実施例によれば、回生車によるき電線電圧Ｖ１の上昇が予想される電力吸収運転前に、電力貯蔵装置７の貯蔵電力を調整し、その後の回生電力を確実に吸収することができる。したがって、比較的低い容量の電力貯蔵装置７であっても、エネルギー効率を高めることができ、電力貯蔵装置７をはじめとする機器の低コスト化を実現できる。

実施例２：
図４は、本発明の他の実施例による電力貯蔵式回生電力吸収装置の全体構成図である。図４において、図１と同一機能部には同一符号を付け、重複説明は避ける。本実施例は、実施例１と比べ、放電時の電力制御系２５内のみが異なる。まず、データベース２５４は、予測余剰電力発生時刻Ｔａｂｓに加え、電力変換器６が接続される点のき電線電圧Ｖ１を電力吸収運転開始電圧Ｖａｂｓとするために吸収すべき電力量である予測余剰電力量Ｊｓｕｒを記憶する。次に、減算部２５８は、最大貯蔵電力設定部２５９で設定された許容最大貯蔵電力量Ｊｍａｘから、予測余剰電力量Ｊｓｕｒを差し引き、電力吸収前貯蔵電力量指令値Ｊａｂｓを算出している。

これにより、電力変換器６は、電力吸収運転前に必要な量だけ貯蔵電力量を調整するため、電力貯蔵装置７からの余分な放電を抑制でき、電力変換器６で発生するロスを低減することができる。

以降、先の実施例と異なる点のみ説明する。減算部２５８の出力する電力吸収前貯蔵電力量指令値Ｊａｂｓは、予測余剰電力量Ｊｓｕｒに依存する可変量である。したがって、予測余剰電力量Ｊｓｕｒが少ないときには、電力吸収前貯蔵電力量指令値Ｊａｂｓは、許容最大貯蔵電力量Ｊｍａｘに近い値に設定され、電力貯蔵装置７からの放電電力は少なくて済む。これにより、例えば二次電池である電力貯蔵装置７の内部抵抗や、例えば昇降圧チョッパである電力変換器６での損失を抑制することができる。

図５は、図４の実施例による電力貯蔵式回生電力吸収装置の動作波形図であり、図３と対応させて図示している。電力指令値Ｗ^＊と電力貯蔵装置７の貯蔵電力Ｊのグラフには、比較のため、先の実施例による電力指令値Ｗ^＊と貯蔵電力Ｊをそれぞれ破線で示した。本実施例では、予測余剰電力量Ｊｓｕｒから電力吸収前貯蔵電力量指令値Ｊａｂｓを算出するため、Ｊａｂｓは状況に応じて変化する。この例では、予測余剰電力量Ｊｓｕｒが比較的少なかったため、電力吸収前貯蔵電力量指令値Ｊａｂｓは先の実施例よりも大きくなっている。したがって、予測余剰電力発生時刻ｔ２までに放電すべき電力指令Ｗ^＊が図示するように小さくなっており、これに応じて、電力貯蔵装置７の貯蔵電力Ｊの変化も小さくて済んでいる。

時刻ｔ４において、次の予測余剰電力発生時刻Ｔａｂｓと予測余剰電力量Ｊｓｕｒを元に、再び電力吸収前貯蔵電力量指令値Ｊａｂｓが算出される。これに基き、時刻ｔ５からは電力貯蔵装置７の貯蔵電力Ｊを新たに予測された時刻Ｔａｂｓまでに、新たに算出された電力吸収前貯蔵電力量指令値Ｊａｂｓ以下にするよう、電力指令値Ｗ^＊が算出される。

本実施例によれば、余剰回生電力量Ｊｓｕｒを予測することにより、電力貯蔵装置７からの余分な放電を防ぐことがでる。したがって、先の実施例の効果に加え、さらに、二次電池（電力貯蔵装置）７や双方向チョッパ（電力変換器）６で発生する電力損失を抑制することができる。

本発明は、電鉄用回生電力吸収装置の電力貯蔵装置の利用率向上を実現する。このほか、ハイブリッド自動車や鉄道用ハイブリッド気動車にも応用できる。すなわち、交流系統１の代りにエンジン発電機、負荷となる電気車の代りに力行／回生用のモータを備え、直流電源電圧の上昇を予測する手段として、ブレーキをかけ始める時刻を予測しデータベース２５４に記憶する構成とする。これにより、ハイブリッド自動車やハイブリッド気動車の電力貯蔵装置における回生電力吸収制御装置として利用できる。

本発明の一実施例による電力貯蔵式回生電力吸収装置の全体構成図。 本発明の一実施例による放電電力指令部の具体構成ブロック図。 本発明の他の実施例による放電電力指令部の具体構成ブロック図。 本発明の一実施例による電力貯蔵式回生電力吸収装置の動作波形図。 本発明の他の実施例による電力貯蔵式回生電力吸収装置の全体構成図。 本発明の他の実施例による電力貯蔵式回生電力吸収装置の動作波形図。

符号の説明

１…交流系統、２…変圧器、３…ダイオード整流器、４…き電線、５…レール、６…ＤＣ／ＤＣ電力変換器（昇降圧チョッパ装置など）、７…電力貯蔵装置（二次電池，電気二重層キャパシタ，フライホイール発電機など）、８…スイッチング部、９，１０…フィルタ部、１１，１２…ＩＧＢＴ、２０…充放電可否判定部、２１〜２３…切替えスイッチ、２４…充電時の電圧制御系、２５…放電時の電力制御系、２５１…充電率算出部、２５２…貯蔵電力算出部、２５３…放電電力指令部、２５４…データベース、２５５…電力吸収前貯蔵電力量指令部、２５７…リミッタ、２６…電流制御系。

Claims (20)

1. 直流き電線に接続された電力貯蔵装置と、前記直流き電線と電力貯蔵装置との間の電力の授受を制御する電力変換器を備えた電鉄用回生電力吸収制御方法であって、前記き電線の電圧の上昇を予測するステップと、この予測に応じて、前記電力貯蔵装置の貯蔵電力が所定値以下になるように、前記電力貯蔵装置の貯蔵電力をき電線に向けて放電させるステップを備えたことを特徴とする電鉄用回生電力吸収制御方法。
2. 請求項１において、前記き電線の電圧の上昇を予測するステップは、き電線電圧が所定値まで上昇する時刻を予測するステップを含み、前記電力貯蔵装置の貯蔵電力をき電線に向けて放電させるステップは、前記時刻までに前記電力貯蔵装置の貯蔵電力を所定値以下まで下げるための平均的な放電電力を演算するステップと、この平均的な放電電力に基いて前記電力変換器を制御するステップを備えたことを特徴とする電鉄用回生電力吸収制御方法。
3. 請求項１において、前記き電線の電圧が所定の値以上のとき、前記電力貯蔵装置から前記き電線に向けての放電を禁止するステップを備えたことを特徴とする電鉄用回生電力吸収制御方法。
4. 請求項１において、前記き電線の電圧が所定の電圧以下のとき、前記き電線から前記電力貯蔵装置に向けての充電を禁止するステップを備えたことを特徴とする電鉄用回生電力吸収制御方法。
5. 請求項１において、前記き電線の電圧が所定の電圧以下のとき、前記き電線から前記電力貯蔵装置に向けての充電を禁止するステップと、前記き電線の電圧が前記所定の電圧よりも小さい第２の所定電圧以上のとき、前記電力貯蔵装置から前記き電線に向けての放電を禁止するステップを備えたことを特徴とする電鉄用回生電力吸収制御方法。
6. 請求項１において、前記き電線の電圧の上昇を予測するステップは、電気車の運行ダイヤに基いて、前記き電線の電圧の上昇時刻を算出するステップを備えたことを特徴とする電鉄用回生電力吸収制御方法。
7. 請求項１において、前記き電線の電圧の上昇を予測するステップは、電気車の運行シミュレータによって、前記き電線の電圧の上昇時刻を算出するステップを備えたことを特徴とする電鉄用回生電力吸収制御方法。
8. 請求項１において、前記き電線の電圧の上昇を予測するステップは、過去の回生電力吸収装置の運転履歴に基いて、前記き電線の電圧の上昇時刻を算出するステップを備えたことを特徴とする電鉄用回生電力吸収制御方法。
9. 請求項１において、前記き電線の余剰電力量を予測するステップと、前記電力貯蔵装置の最大貯蔵電力量から前記余剰電力量を減算して貯蔵電力の前記所定値を算出するステップを備えたことを特徴とする電鉄用回生電力吸収制御方法。
10. 直流電源と、き電線に接続された電力貯蔵装置と、前記き電線と前記電力貯蔵装置との間の電力の授受を行う電力変換器と、前記き電線の電圧が高いとき、前記電力変換器を用いて、前記き電線から前記電力貯蔵装置への充電を制御するとともに、前記き電線の電圧が低いとき、前記電力変換器を用いて、前記電力貯蔵装置から前記き電線への放電を制御する制御装置を備えた電鉄用回生電力吸収制御装置において、き電線電圧の上昇を予測する手段と、前記電力貯蔵装置の貯蔵電力を検出する手段と、前記き電線の電圧が上昇すると予測された時刻までに、前記電力貯蔵装置の貯蔵電力を所定値まで下げるための放電電力指令を算出する手段を備えたことを特徴とする電鉄用回生電力吸収制御装置。
11. 請求項１０において、前記き電線電圧が上昇したとき、前記き電線の電圧を目標値に近づくように充電制御する電圧制御装置を備えたことを特徴とする電鉄用回生電力吸収制御装置。
12. 請求項１０において、前記き電線の電圧に基き、前記電力変換器を用いた放電制御、充電制御及び／又は無制御とに切替える切替え手段を備えたことを特徴とする電鉄用回生電力吸収制御装置。
13. 請求項１０において、前記き電線電圧の上昇を予測する手段は、電気車の運行ダイヤに基いて、前記き電線の電圧が上昇する時刻を予測する手段を備えたことを特徴とする電鉄用回生電力吸収制御装置。
14. 請求項１０において、前記き電線電圧の上昇を予測する手段は、前記き電線の電圧が上昇する時刻を算出する運行シミュレータを備えたことを特徴とする電鉄用回生電力吸収制御装置。
15. 請求項１０において、前記き電線電圧の上昇を予測する手段は、前記き電線の電圧が上昇する時刻を、過去の回生電力吸収装置の運転履歴より算出する手段を備えたことを特徴とする電鉄用回生電力吸収制御装置。
16. 請求項１０において、前記き電線の余剰電力量を予測する手段と、前記電力貯蔵装置の最大貯蔵電力量から前記余剰電力量を減算して、貯蔵電力の前記所定値を算出する手段を備えたことを特徴とする電鉄用回生電力吸収制御装置。
17. 請求項１０において、前記電力貯蔵装置は、二次電池を備えたことを特徴とする電鉄用回生電力吸収制御装置。
18. 請求項１０において、前記電力貯蔵装置は、電気二重層キャパシタを備えたことを特徴とする電鉄用回生電力吸収制御装置。
19. 請求項１０において、前記電力貯蔵装置は、フライホイール発電機を備えたことを特徴とする電鉄用回生電力吸収制御装置。
20. 直流電源に接続された電力貯蔵装置と、前記直流電源と前記電力貯蔵装置との間の電力の授受を行う電力変換器と、前記直流電源の電圧が高いとき、前記電力変換器を用いて、前記直流電源から前記電力貯蔵装置への充電を制御するとともに、前記直流電源の電圧が低いとき、前記電力変換器を用いて、前記電力貯蔵装置から前記直流電源への放電を制御する制御装置を備えた電力変換器の制御装置において、直流電源電圧の上昇を予測する手段と、前記電力貯蔵装置の貯蔵電力を検出する手段と、前記直流電源の電圧が上昇すると予測された時刻までに、前記電力貯蔵装置の貯蔵電力を所定の値まで下げるための放電電力指令を算出する手段を備えたことを特徴とする電力変換器の制御装置。
    

Images