JP2008024172A - 電気鉄道のき電システム - Google Patents

Abstract

【課題】 電力系統網の安定性を向上させ、列車負荷に安定した電力を供給できる電気鉄道のき電システムを提供することにある。
【解決手段】 電力系統網１１から受電し、変圧器１１Ａを介して、き電線３に交流電力を供給し、電力系統網１２から受電し、き電線３に交流電力を供給するき電システムにおいて、電力系統網１２から受電し、き電線３に交流電力を供給するための電力に変換する電力変換装置６２を有し、電力系統網１１側からの電力需給量等に基づいて、電力変換装置６２を制御する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、電気鉄道のき電システムに関する。

一般的に、交流電気鉄道のき電システムは、以下のように構成されている。き電システムは、２つの電力系統網から受電した電力をき電線にき電する。き電システムは、区分けされた区分毎に、き電変電所を有している。き電変電所には、それぞれ変圧器が設置されている。各変圧器は、それぞれの電力系統網から受電した電力をき電線にき電する。この区分けされたき電線のうちのいずれか１つのき電線が列車負荷に電力を供給する。このようにして、き電システムは、２つの電力系統網から受電し、電力をき電線に供給する（例えば、非特許文献１を参照）。

ここで、２つの電力系統網の送電電圧の振幅／位相は、一般的に一致しない。これは、２つの電力系統網が距離的に遠い場合、各電力系統網で負荷状況（送電する有効電力／無効電力）が異なることに起因する。また、２つの電力系統網で電圧が異なる顕著例として、以下のようなものがある。

第１の例としては、電力系統網間で周波数が異なる場合がある。例えば、一方の電力系統網が５０Ｈｚ、他方の電力系統網が６０Ｈｚのときである。

第２の例としては、一方の電力系統網が電気鉄道事業者の自家発電設備の場合である。この自家発電設備が、他方の電力系統網と分離され、単独で運用されているときには、周波数が完全には一致しない。他方の電力系統網と連系して運用される場合でも、負荷状況によっては、電圧振幅／位相は一致しない。

電力系統網間で電圧が異なれば、き電線に供給するき電電圧も一致しない。従って、２つのき電線を直接接続すると横流が流れる。これを防止するためには、２つのき電変電所の中間にき電区分所を設ける。き電区分所は、切替セクションが設置されている。切替開閉器によって、２つのき電電圧のうち一方を選択して切替セクションに印加する。この切替開閉器を列車の通過に合せて操作して、切替セクションに印加する電圧を切替える。このようにして、２つき電変電所の間の横流を防止している。

次に、直流電気鉄道におけるき電システムについて説明する。基本的には、交流電気鉄道におけるき電システムと同様である。

複数のき電変電所には、それぞれ整流器が設置されている。各整流器は、それぞれの電力系統網から受電した交流電力を直流電力に変換し、き電線に直流電力を供給する。２つのき電線のうちのいずれか１つのき電線は、列車負荷に電力を供給する。２つの整流器の負荷分担比は、各整流器の直流出力電圧値とき電線抵抗に依存する。一般的には、列車負荷からの距離が近い整流器の出力電力の方が大きくなる。

尚、直流き電システムの場合には、交流き電システムのように周波数／位相差の概念がないため、切替セクションを設けない。
持永芳文，"電気鉄道用無効電力補償装置の適用現状"，平成１４年電気学会全国大会，社団法人電気学会，２００２年３月２６日〜２９日発表，第４分冊，ｐ．４１１−４１４

しかしながら、以上のような交流電気鉄道のき電システムは、２つの電力系統網のうちいずれか１つの電力系統網からの電力のみを、き電変電所のき電区間にある列車負荷に供給する。

ここで、供給する電力系統網の短絡容量が小さい（系統インピーダンスが大きい）場合には、送電電圧及びき電電圧が低下し、列車負荷に充分な電力を供給できない。また、送電電圧の低下は、電力系統網に接続されている一般需用家に対しても悪影響を及ぼすことがある。逆に、電力系統網の負荷が大きくなると、送電電圧が低下し、き電電圧も低下し、き電システムに悪影響を及ぼすことになる。

これを防止するためには、電力系統網における電源や送電線を増強することが考えられる。しかし、発電機や送電線の増設には多額の費用を要する。他の方法として、電力を供給していない他方の電力系統網の短絡容量が大きく、送電電力に余裕がある場合には、その電力系統網から電力を融通することも考えられる。しかし、この場合にも送電線が必要となる。特に、電源周波数が異なる場合には、さらに周波数変換装置などの機器を設ける必要がある。

一方、直流電気鉄道のき電システムでは、き電変電所間がき電線で接続されているため、２つの整流器の双方から電力が供給される。従って、交流き電システムの場合ほど顕著でないが、電力系統網の短絡容量が小さい場合には、その送電電圧及びき電電圧が低下する。

そこで、本発明は、電力系統網の安定性を向上させ、列車負荷に安定した電力を供給できる電気鉄道のき電システムを提供することにある。

本発明の観点に従った同期機の制御装置は、第１の電力系統から受電し、変圧器を介して、き電線に交流電力を供給し、第２の電力系統から受電し、前記き電線に交流電力を供給するき電システムにおいて、第２の電力系統から受電し、前記き電線に交流電力を供給するための電力に変換する電力変換手段と、前記第１の電力系統から電気量に関する情報である第１の電気量情報を取得する第１の電気量情報取得手段と、前記第１の電気量情報取得手段により取得した前記第１の電気量情報に基づいて、前記変圧器から出力される交流電力の周波数に合わせ、前記電力変換手段から出力される交流電力を制御するための指令値を決定する指令値決定手段と、前記指令値決定手段により決定された前記指令値に基づいて、前記電力変換手段を制御する制御手段とを備えた構成である。

本発明によれば、電力系統網の安定性を向上させ、列車負荷に安定した電力を供給できる電気鉄道のき電システムを提供することができる。

以下、図面を参照して、本発明の各実施形態を説明する。

（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る交流電気鉄道のき電システムの構成を示すブロック図である。

き電システムは、交流電力の電力系統網１１，１２と、交流電力のき電線３と、電力系統網１１とき電線３との間に設けられた変圧器１１Ａと、電力系統網１２とき電線３との間に設けられた電力変換装置６２と、電力変換装置６２の出力電圧を決定するための融通電力指令を出力をする制御装置７と、制御装置７からの融通電力指令を受信し、電力変換装置６２を制御する制御回路９２とからなる。電力変換装置６２及び制御回路９２は、き電変電所２２に設けられている。

図２は、電力変換装置６２の変換器６２Ａ，６２Ｂの構成を示す回路図である。

電力変換装置６２は、電力系統網１２からの交流電力をき電線３の交流電力に変換する装置である。電力変換装置６２は、変換器を２台設け、互いの直流回路同士を接続した構成である。電力変換装置６２は、図３に示すように、２台の変換器を、１台はコンバータ６２Ａ、もう１台はインバータ６２Ｂとして構成する。

変換器は、単相ブリッジ電圧形自励式変換器である。変換器の構成例として、「半導体電力変換回路」電気学会半導体電力変換方式調査専門委員会編（オーム社）に記載の変換器がある。

変換器は、図２に示すように、自己消弧形デバイス８１Ａ，８１Ｂ，８１Ｃ，８１Ｄと、環流ダイオード８２Ａ，８２Ｂ，８２Ｃ，８２Ｄと、コンデンサ８３とからなる。電力変換装置６２は、交流側を交流系統側にある変換器用変圧器８４に接続する。変換器は、自己消弧形デバイス８１Ａ及び環流ダイオード８２ＡによりＵアームを構成する。同様に、変換器は、自己消弧形デバイス８１Ｂ及び環流ダイオード８２ＢによりＶアームを、自己消弧形デバイス８１Ｃ及び環流ダイオード８２ＣによりＸアームを、自己消弧形デバイス８１Ｄ及び環流ダイオード８２ＤによりＹアームをそれぞれ構成する。

変換器は、自己消弧形デバイスのスイッチングタイミングを制御して、変換器用変圧器８４の直流巻線電圧Ｖｃと交流系統電圧Ｖａの振幅差と位相差を調整することによって、交流系統から直流回路へ電力を変換（順変換）することができ、直流回路から交流系統へ電力を変換（逆変換）することもできる。従って、変換器は、コンバータ６２Ａ又はインバータ６２Ｂとすることができる。

図３は、制御回路９２の構成を示すブロック図である。

制御回路９２は、電力変換装置６２のコンバータ６２Ａ及びインバータ６２Ｂを制御する。

コンバータ６２Ａは、電力変換装置６２の直流電圧Ｖｄを一定値に維持するよう制御することで、インバータ６２Ｂが出力する電力を、電力系統網１２から供給する。

制御回路９２は、定電圧制御回路６Ｂ、電流指令演算回路６Ｃ、定電流制御回路６Ｄ、及びゲート制御回路６Ｆにより、コンバータ６２Ａを制御する。

電圧検出器６Ａは、直流電圧Ｖｄを検出する。

定電圧制御回路６Ｂは、電圧検出器６Ａにより検出された直流電圧Ｖｄに基づいて、直流電圧指令Ｖｄｒｅｆに追従するように制御する。

電流指令演算回路６Ｃは、定電圧制御回路６Ｂの出力を用いて、直流電圧Ｖｄを一定値（＝直流電圧指令Ｖｄｒｅｆ）とする電流指令値Ｉｃｒｅｆを演算する。

定電流制御回路６Ｄは、電流検出器６Ｅで検出されるコンバータ入力電流ｉｃ（＝電力変換装置入力電流）が前記電流指令Ｉｃｒｅｆに追従するように制御する。定電流制御回路６Ｄは、出力Ｅｃをゲート制御回路６Ｆに入力する。

制御回路６Ｆは、出力Ｅｃに基づいて、コンバータ６２Ａのゲートパルスを決定する。

このようにして、コンバータ６２Ａは、電力系統網１２から供給された交流電力を変換して、インバータ６２Ｂに直流電力を供給する。

一方、制御回路９２は、定電圧制御回路６Ｈ、電流指令演算回路６Ｉ、加算回路６Ｋ、定電流制御回路６Ｍ、ゲート制御回路６Ｎ、及び電流指令変換回路６Ｊにより、インバータ６２Ｂを制御する。

インバータ６２Ｂは、インバータ出力電圧（＝き電電圧ＶＦ２）を一定値に維持するよう制御することで、き電線３を介して列車負荷４に電力を供給する。また同時に、インバータ６２Ｂは、制御装置７からの融通電力指令に基づいて、き電線３及びき電変電所２１を介して、電力系統網１１へ電力を融通する。

電圧検出器６Ｇは、インバータ６２Ｂからの交流電圧、即ちき電電圧ＶＦ２を検出する。

定電圧制御回路６Ｈは、電圧検出器６Ｇにより検出されたき電電圧ＶＦ２に基づいて、出力電圧指令Ｖｉｒｅｆに追従するように制御を行う。

電流指令演算回路６Ｉは、定電圧制御回路６Ｈの出力を用いて、き電線電圧ＶＦ２を一定値（＝出力電圧指令Ｖｉｒｅｆ）とする電流指令Ｉ１ｒｅｆを演算する。

電流指令変換回路６Ｊは、制御装置７からの融通電力指令を受信して、電流指令Ｉ２ｒｅｆを演算する。

加算回路６Ｋは、電流指令Ｉ１ｒｅｆと電流指令Ｉ２ｒｅｆを加算してインバータ電流指令Ｉｉｒｅｆを演算する。

定電流制御回路６Ｍは、電流検出器６Ｌにて検出されるインバータ出力電流ｉｉ（電力変換装置出力電流）を、インバータ電流指令Ｉｉｒｅｆに追従するように制御を行う。定電流制御回路６Ｍは、出力Ｅｉをゲート制御回路６Ｎに入力する。

ゲート制御回路６Ｎは、出力Ｅｉに基づいて、インバータ６２Ｂのゲートパルスを決定する。

このようにして、インバータ６２Ｂは、き電線３を介して列車負荷４へ電力を供給すると共に、き電変電所２１を介して電力系統網１１へ所望の電力を融通する。

制御装置７は、電力系統網１１から電気量に関する情報を取得し、電力系統網１２から電力系統網１１への電力融通量を調整するための融通電力指令を制御回路９２に出力する。電力融通量は、電力系統網１１からき電変電所２１への送電電力に応じて決定する。また、電力融通量は、電力系統網１１内の電力供給量（発電量）と電力需要量（負荷量）から決定する。さらに、電力融通量は、電力系統網１１内の電圧値に応じて決定する。なお、制御装置７は、電力系統網１２から電気量に関する情報を取得し、電力系統網１１と電力系統網１２の電力需要量の差分から決定してもよい。

本実施形態によれば、交流電気鉄道のき電システムにおいて、き電変電所２２に電力変換装置６２を設置し、制御装置７からの融通電力指令に基づいて、電力変換装置６２を制御することで、列車負荷４へ電力を供給しながら、き電線３を利用して電力系統網１２から電力系統網１１への電力を融通することができる。これにより、電力系統網１１の送電電圧ＶＳ１及びき電電圧ＶＦ１（ＶＦ２）を安定化させつつ、列車負荷４に安定した電力を供給することができる。

また、一方の電力系統網に余剰電力が生じた場合には、他方の電力系統網に電力を融通することでエネルギーの有効活用でき、特に電気鉄道事業者が所有する自家発電設備の余剰電力を電力事業者へ卸売りすることもできる。

さらに、電力系統網１１と電力系統網１２で電源周波数が異なる場合であっても、新たに別の周波数変換装置を設ける必要がない。また、本き電システムは、き電線３に切替セクションを設ける必要がなく、電力系統網１１における電源や送電線の増設を行うことなく、構成することができる。

特に、電力系統網１１に充分な電力が供給できないような問題があるときに（例えば、電源の故障や電力系統網１１内の過負荷など）、効果的な電力融通を行うことができる。

（第２の実施形態）
図４は、本発明の第２の実施形態に係る交流電気鉄道のき電システムの構成図である。図１と同一部分には同一符号を付してその詳しい説明を省略し、ここでは異なる部分について主に述べる。なお、以下の実施形態も同様にして重複した説明を省略する。

本き電システムは、図１に示すき電システムにおいて、変圧器１１Ａの代わりに電力変換装置６１及び電力変換装置６１を制御する制御回路９１を設け、制御装置７を制御装置７Ａに代え、制御装置７Ａから融通電力指令を制御回路９１，９２に出力するようにした点以外は同じである。電力変換装置６１及び制御回路９１は、き電変電所２１に設けられている。

電力変換装置６１は、電力系統網１１からの交流電力をき電線３の交流電力に変換する装置である。電力変換装置６１は、交流系統網１１からの電力をき電線３の電力に変換する装置である。電力変換装置６１は、図１に示す電力変換装置６２と構成は同様である。

制御回路９１は、制御装置７Ａからの融通電力指令を受信して、電力変換装置６１を制御する点以外は、図３に示す制御回路９２と同様の構成となっている。

制御装置７Ａは、電力系統網１１又は電力系統網１２から電気量に関する情報を取得し、電力系統網１１，１２間の融通電力を調整するように、制御回路９１及び制御回路９２へ融通電力指令を出力する。その他の点については、制御装置７Ａは、第１の実施形態に係る制御装置７と同様である。

本実施形態によれば、交流電気鉄道のき電システムにおいて、き電変電所２１，２２にそれぞれ電力変換装置６１，６２を設置し、制御装置７Ａからの融通電力指令に基づいて、電力変換装置６１，６２を制御することで、列車負荷４へ電力を供給しながら、き電線３を利用して電力系統網１１，１２の相互間の電力を融通することができる。これにより、電力系統網１１，１２の送電電圧ＶＳ１，ＶＳ２及びき電電圧ＶＦ１，ＶＦ２を安定化させつつ、列車負荷４に安定した電力を供給することができる。

また、一方の電力系統網に余剰電力が生じた場合には、他方の電力系統網に電力を融通することでエネルギーの有効活用でき、特に電気鉄道事業者が所有する自家発電設備の余剰電力を電力事業者へ卸売りすることもできる。

さらに、電力系統網１１と電力系統網１２で電源周波数が異なる場合であっても、新たに別の周波数変換装置を設ける必要がない。また、本き電システムは、き電線３に切替セクションを設ける必要がなく、電力系統網１１，１２における電源や送電線の増設を行うことなく、構成することができる。

特に、電力系統網１１，１２に充分な電力が供給できないような問題があるときに（例えば、電源の故障や電力系統網１１，１２内の過負荷など）、効果的な電力融通を行うことができる。

（第３の実施形態）
図５は、本発明の第３の実施形態に係る直流電気鉄道のき電システムの構成図である。

本き電システムは、図４に示すき電システムにおいて、交流電力のき電線３の代わりに直流電力のき電線３Ａを設け、電力変換装置６１，６２の代わりにそれぞれコンバータ６１Ａ，６２Ａを設け、制御回路９１，９２の代わりにそれぞれ制御回路９１Ａ，９２Ａを設け、制御装置７Ａを制御装置７Ｂに代え、制御装置７Ｂから融通電力指令を制御回路９１Ａ，９２Ａに出力するようにした点以外は同じである。コンバータ６１Ａ及び制御回路９１Ａは、き電変電所２１に設置されている。コンバータ６２Ａ及び制御回路９２Ａは、き電変電所２２に設置されている。

コンバータ６１Ａは、電力系統網１１からの交流電力をき電線３Ａの直流電力に変換する装置である。

コンバータ６２Ａは、電力系統網１２からの交流電力をき電線３Ａの直流電力に変換する装置である。

図６を参照して、制御回路９１Ａについて説明する。なお、制御回路９２Ａについては、コンバータ６２Ａを制御する点以外は同様であるため、説明を省略する。

制御回路９１Ａは、制御回路７Ｂからの融通電力指令に基づいて、コンバータ６１Ａを制御する。

制御回路９１Ａは、定電圧制御回路６Ｂ、電流指令演算回路６Ｃ、加算回路６Ｋ、定電流制御回路６Ｄ、ゲート制御回路６Ｆ、及び電流指令変換回路６Ｊにより、コンバータ６１Ａを制御する。

電圧検出器６Ａは、コンバータ６１Ａから出力された直流電圧Ｖｄ（＝き電電圧ＶＦ１）を検出する。

定電圧制御回路６Ｂは、電圧検出器６Ａにより検出された直流電圧Ｖｄに基づいて、直流電圧指令Ｖｄｒｅｆに追従するように制御する。

電流指令演算回路６Ｃは、定電圧制御回路６Ｂの出力を用いて、直流電圧Ｖｄを一定値（＝直流電圧指令Ｖｄｒｅｆ）とする電流指令値Ｉ１ｒｅｆを演算する。

電流指令変換回路６Ｊは、制御装置７Ｂからの融通電力指令を受信して、電流指令Ｉ２ｒｅｆを演算する。

加算回路６Ｋは、電流指令Ｉ１ｒｅｆと電流指令Ｉ２ｒｅｆを加算してコンバータ電流指令Ｉｃｒｅｆを演算する。

定電流制御回路６Ｄは、電流検出器６Ｅで検出されるコンバータ入力電流ｉｃが電流指令Ｉｃｒｅｆに追従するよう制御する。定電流制御回路６Ｄは、出力Ｅｃをゲート制御回路６Ｆに入力する。

制御回路６Ｆは、出力Ｅｃに基づいて、コンバータ６１Ａのゲートパルスを決定する。

このようにして、コンバータ６１Ａは、き電線３Ａを介して列車負荷４へ電力を供給すると共に、き電変電所２２を介して電力系統網１２へ所望の電力を融通する。

制御装置７Ｂは、電力系統網１１又は電力系統網１２から電気量に関する情報を取得し、電力系統網１１，１２間の融通電力を調整するように、制御回路９１Ａ及び制御回路９２Ａへ融通電力指令を出力する。その他の点については、制御装置７Ｂは、第１の実施形態に係る制御装置７と同様である。

本実施形態によれば、直流電気鉄道のき電システムにおいて、き電変電所２１，２２にそれぞれコンバータ６１Ａ，６２Ａを設置し、制御装置７Ｂからの融通電力指令に基づいて、コンバータ６１Ａ，６２Ａを制御することで、列車負荷４へ電力を供給しながら、き電線３Ａを利用して電力系統網１１，１２間で電力を融通することができる。これにより、電力系統網１１，１２の送電電圧ＶＳ１，ＶＳ２及びき電電圧ＶＦ１，ＶＦ２を安定化させつつ、列車負荷４に安定した電力を供給することができる。

また、一方の電力系統網に余剰電力が生じた場合には、他方の電力系統網に電力を融通することでエネルギーの有効活用でき、特に電気鉄道事業者が所有する自家発電設備の余剰電力を電力事業者へ卸売りすることもできる。

特に、電力系統網１１，１２に充分な電力が供給できないような問題があるときに（例えば、電源の故障や電力系統網１１，１２内の過負荷など）、効果的な電力融通を行うことができる。

（第４の実施形態）
図７は、本発明の第４の実施形態に係る交流電気鉄道のき電システムの構成図である。

本き電システムは、図１に示すき電システムにおいて、き電変電所２１の受電点（第１のき電変圧器の一次側）に電圧検出器７１を設置し、制御装置７の代わりに制御装置７Ｃを設け、電圧検出器７１で検出された電圧検出値を制御装置７Ｃで受信する構成とした点以外は同じである。

制御装置７Ｃは、電圧検出器７１で検出された電圧検出値に応じて、電力系統網１２から電力系統網１１への電力融通量を調整する。き電変電所２１の負荷供給電力が大きくなると、その受電電圧が低下するので、制御装置７Ｃは、それに応じて電力系統網１２から電力系統網１１への融通電力を増加するように制御する。

本実施形態によれば、交流電気鉄道のき電システムにおいて、き電変電所２２に電力変換装置６２を設置し、制御装置７Ｃの融通電力指令に基づいて、電力変換装置６２を制御することで、第１の実施形態と同様の作用効果を得ることができる。

また、本き電システムは、き電変電所２１の受電点の電圧に応じて電力系統網１２から電力系統網１１への融通電力量を調整するように構成したので、電力系統網１１側の物理量（電力需給量等）を計測することなく構成することができる。

特に、き電線３における列車負荷４が過負荷のときに、効果的な電力融通を行うことができる。

（第５の実施形態）
図８は、本発明の第５の実施形態に係る交流電気鉄道のき電システムの構成図である。

本き電システムは、図７に示すき電システムにおいて、電圧検出器７１の代わりに電流検出器７１Ａを設け、制御装置７Ｃの代わりに制御装置７Ｄを設け、電流検出器７１Ａで検出された電流検出値を制御装置７Ｄで受信する構成とした点以外は同じである。

制御装置７Ｄは、電流検出器７１Ａで検出された電流検出値に応じて、電力系統網１２から電力系統網１１への電力融通量を調整する。き電変電所２１の負荷供給電力が大きくなると、その受電電流が増加するので、制御装置７Ｄは、それに応じて電力系統網１２から電力系統網１１への融通電力を増加するように制御する。

本実施形態によれば、交流電気鉄道のき電システムにおいて、き電変電所２２に電力変換装置６２を設置し、制御装置７Ｄの融通電力指令に基づいて、電力変換装置６２を制御することで、第１の実施形態と同様の作用効果を得ることができる。

また、本き電システムは、き電変電所２１の受電点の電流に応じて電力系統網１２から電力系統網１１への融通電力量を調整するように構成したので、電力系統網１１側の物理量（電力需給量等）を計測することなく構成することができる。

（第６の実施形態）
図９は、本発明の第６の実施形態に係る交流電気鉄道のき電システムの構成図である。

本き電システムは、図７に示すき電システムにおいて、電流検出器７１Ａを追加して設け、制御装置７Ｃの代わりに制御装置７Ｅを設け、電圧検出器７１で検出された電圧検出値及び電流検出器７１Ａで検出された電流検出値を制御装置７Ｅで受信する構成とした点以外は同じである。

制御装置７Ｅは、電圧検出器７１で検出された電圧検出値及び電流検出器７１Ａで検出された電流検出値に応じて、電力系統網１２から電力系統網１１への電力融通量を調整する。き電変電所２１の負荷供給電力量に応じて電力系統網１２から電力系統網１１への融通電力を調整するように制御する。

本実施形態によれば、交流電気鉄道のき電システムにおいて、き電変電所２２に電力変換装置６２を設置し、制御装置７Ｅの融通電力指令に基づいて、電力変換装置６２を制御することで、第１の実施形態と同様の作用効果を得ることができる。

また、本き電システムは、き電変電所２１の受電点の電圧及び電流に応じて電力系統網１２から電力系統網１１への融通電力量を調整するように構成したので、電力系統網１１側の物理量（電力需給量等）を計測することなく構成することができる。

さらに、制御装置７Ｅは、電圧検出値及び電流検出値に基づいて、融通電力指令を出力するため、第４の実施形態及び第５の実施形態よりも効果的な電力融通を行うことができる。

（第７の実施形態）
図１０は、本発明の第７の実施形態に係る交流電気鉄道のき電システムの構成図である。

本き電システムは、図４に示すき電システムにおいて、き電変電所２１，２２のそれぞれの受電点に電圧検出器７１，７２を設置し、制御装置７Ａの代わりに制御装置７Ｆを設け、電圧検出器７１，７２でそれぞれ検出された電圧検出値を制御装置７Ｆで受信する構成とした点以外は同じである。

制御装置７Ｆは、電圧検出器７１，７２でそれぞれ検出された電圧検出値に応じて、電力系統網１１，１２間の電力融通量を調整する。き電変電所２１の負荷供給電力量に応じて電力系統網１２から電力系統網１１への融通電力を調整するように制御する。き電変電所２１の負荷供給電力が大きくなると、その受電電圧が低下するので、制御装置７Ｆは、それに応じて電力系統網１２から電力系統網１１への融通電力を増加するように制御する。同様にして、電力系統網１１から電力系統網１２への融通電力を制御する。

本実施形態によれば、交流電気鉄道のき電システムにおいて、き電変電所２１，２２にそれぞれ電力変換装置６１，６２を設置し、制御装置７Ｆからの融通電力指令に基づいて、電力変換装置６１，６２を制御することで、第２の実施形態と同様の作用効果を得ることができる。

また、本き電システムは、き電変電所２１，２２の受電点の電圧の差に応じて電力融通量を決定し、電力系統網１１，１２間の電力融通を行うことができる。従って、電力系統網１１，１２側の物理量（電力需給量等）を計測することなく構成することができる。

（第８の実施形態）
図１１は、本発明の第８の実施形態に係る交流電気鉄道のき電システムの構成図である。

本き電システムは、図１０に示すき電システムにおいて、電圧検出器７１，７２の代わりに電流検出器７１Ａ，７２Ａを設置し、制御装置７Ｆの代わりに制御装置７Ｇを設け、電流検出器７１Ａ，７２Ａでそれぞれ検出された電流検出値を制御装置７Ｇで受信する構成とした点以外は同じである。

制御装置７Ｇは、電流検出器７１Ａ，７２Ａでそれぞれ検出された電流検出値に応じて、電力系統網１１，１２間の電力融通量を調整する。き電変電所２１の負荷供給電力が大きくなると、その受電電流が増加するので、制御装置７Ｇは、それに応じて電力系統網１２から電力系統網１１への融通電力を増加するように制御する。同様にして、電力系統網１１から電力系統網１２への融通電力を制御する。

本実施形態によれば、交流電気鉄道のき電システムにおいて、き電変電所２１，２２にそれぞれ電力変換装置６１，６２を設置し、制御装置７Ｇからの融通電力指令に基づいて、電力変換装置６１，６２を制御することで、第２の実施形態と同様の作用効果を得ることができる。

また、本き電システムは、き電変電所２１，２２の受電点の電流の差に応じて電力融通量を決定し、電力系統網１１，１２間の電力融通を行うことができる。従って、電力系統網側の物理量（電力需給量等）を計測することなく構成することができる。

（第９の実施形態）
図１２は、本発明の第９の実施形態に係る交流電気鉄道のき電システムの構成図である。

本き電システムは、図１０に示すき電システムにおいて、電流検出器７１Ａ，７２Ａを追加して設け、制御装置７Ｆの代わりに制御装置７Ｈを設け、電圧検出器７１，７２で検出された電圧検出値及び電流検出器７１Ａ，７２Ａで検出された電流検出値を制御装置７Ｈで受信する構成とした点以外は同じである。

制御装置７Ｈは、電圧検出器７１，７２で検出された電圧検出値及び電流検出器７１Ａ，７２Ａで検出された電流検出値に応じて、電力系統網１２，１１間の電力融通量を調整する。き電変電所２１の負荷供給電力量に応じて電力系統網１２から電力系統網１１への融通電力を調整するように制御する。同様にして、電力系統網１１から電力系統網１２への融通電力を調整するように制御する。

本実施形態によれば、交流電気鉄道のき電システムにおいて、き電変電所２１，２２にそれぞれ電力変換装置６１，６２を設置し、制御装置７Ｈの融通電力指令に基づいて、電力変換装置６１，６２を制御することで、第２の実施形態と同様の作用効果を得ることができる。

また、本き電システムは、き電変電所２１，２２の受電点の電圧及び電流の差に応じて電力融通量を決定し、電力系統網１１，１２間の電力融通を行うことができる。従って、電力系統網側の物理量（電力需給量等）を計測することなく構成することができる。

さらに、制御装置７Ｈにおいて、電圧検出値及び電流検出値に基づいて、融通電力指令を出力するため、第７の実施形態及び第８の実施形態よりも効果的な電力融通を行うことができる。

（第１０の実施形態）
図１３は、本発明の第１０の実施形態に係る直流電気鉄道のき電システムの構成図である。

本き電システムは、図５に示すき電システムにおいて、き電変電所２１，２２のそれぞれの受電点に電圧検出器７１，７２を設置し、制御装置７Ｂの代わりに制御装置７Ｉを設け、電圧検出器７１，７２でそれぞれ検出された電圧検出値を制御装置７Ｉで受信する構成とした点以外は同じである。

制御装置７Ｉは、電圧検出器７１，７２でそれぞれ検出された電圧検出値に応じて、電力系統網１１，１２間の電力融通量を調整する。き電変電所２１の負荷供給電力が大きくなると、その受電電圧が低下するので、制御装置７Ｉは、それに応じて電力系統網１２から電力系統網１１への融通電力を増加するように制御する。同様にして、電力系統網１１から電力系統網１２への融通電力を制御する。

本実施形態によれば、直流電気鉄道のき電システムにおいて、き電変電所２１，２２にそれぞれコンバータ６１Ａ，６２Ａを設置し、制御装置７Ｉからの融通電力指令に基づいて、コンバータ６１Ａ，６２Ａを制御することで、第３の実施形態と同様の作用効果を得ることができる。

また、本き電システムは、き電変電所２１，２２の受電点の電圧の差に応じて電力融通量を決定し、電力系統網１１，１２間の電力融通を行うことができる。従って、電力系統網１１，１２側の物理量（電力需給量等）を計測することなく構成することができる。

（第１１の実施形態）
図１４は、本発明の第１１の実施形態に係る直流電気鉄道のき電システムの構成図である。

本き電システムは、図１３に示すき電システムにおいて、電圧検出器７１，７２の代わりに電流検出器７１Ａ，７２Ａを設置し、制御装置７Ｉの代わりに制御装置７Ｊを設け、電流検出器７１Ａ，７２Ａでそれぞれ検出された電流検出値を制御装置７Ｊで受信する構成とした点以外は同じである。

制御装置７Ｊは、電流検出器７１Ａ，７２Ａでそれぞれ検出された電流検出値に応じて、電力系統網１１，１２間の電力融通量を調整する。き電変電所２１の負荷供給電力が大きくなると、その受電電流が増加するので、制御装置７Ｊは、それに応じて電力系統網１２から電力系統網１１への融通電力を増加するように制御する。同様にして、電力系統網１１から電力系統網１２への融通電力を制御する。

本実施形態によれば、直流電気鉄道のき電システムにおいて、き電変電所２１，２２にそれぞれコンバータ６１Ａ，６２Ａを設置し、制御装置７Ｊからの融通電力指令に基づいて、コンバータ６１Ａ，６２Ａを制御することで、第３の実施形態と同様の作用効果を得ることができる。

また、本き電システムは、き電変電所２１，２２の受電点の電流の差に応じて電力融通量を決定し、電力系統網１１，１２間の電力融通を行うことができる。従って、電力系統網１１，１２側の物理量（電力需給量等）を計測することなく構成することができる。

（第１２の実施形態）
図１５は、本発明の第１２の実施形態に係る直流電気鉄道のき電システムの構成図である。

本き電システムは、図１３に示すき電システムにおいて、電流検出器７１Ａ，７２Ａを追加して設け、制御装置７Ｉの代わりに制御装置７Ｋを設け、電圧検出器７１，７２で検出された電圧検出値及び電流検出器７１Ａ，７２Ａで検出された電流検出値を制御装置７Ｋで受信する構成とした点以外は同じである。

制御装置７Ｋは、電圧検出器７１，７２で検出された電圧検出値及び電流検出器７１Ａ，７２Ａで検出された電流検出値に応じて、電力系統網１１，１２間の電力融通量を調整する。き電変電所２１の負荷供給電力量に応じて電力系統網１２から電力系統網１１への融通電力を調整するように制御する。同様にして、電力系統網１１から電力系統網１２への融通電力を調整するように制御する。

本実施形態によれば、交流電気鉄道のき電システムにおいて、き電変電所２１，２２にそれぞれコンバータ６１Ａ，６２Ａを設置し、制御装置７Ｋの融通電力指令に基づいて、電力変換装置６１Ａ，６２Ａを制御することで、第３の実施形態と同様の作用効果を得ることができる。

また、本き電システムは、き電変電所２１，２２の受電点の電圧及び電流の差に応じて電力融通量を決定し、電力系統網１１，１２間の電力融通を行うことができる。従って、電力系統網１１，１２側の物理量（電力需給量等）を計測することなく構成することができる。

さらに、本き電システムは、制御装置７Ｋにおいて、電圧検出値及び電流検出値に基づいて、融通電力指令を出力するため、第１０の実施形態及び第１１の実施形態よりも効果的な電力融通を行うことができる。

なお、各実施形態の変換器は、自己消弧形デバイスのシンボルをＩＧＢＴ（insulated gate bipolar transistor）としているが、これはＩＧＢＴに限定するものではなく、ＧＴＯ、バイポーラトランジスタおよびＭＯＳＦＥＴ（電界効果トランジスタ，metal oxide semiconductor field effect transistor）など自己消弧能力を持つデバイスであれば何でも構わない。

各実施形態において、変換器は、単相ブリッジの例を用いて説明したが、三相ブリッジ電圧形自励式変換器等の他の構成であってもよい。例えば、図２に示す単相ブリッジ電圧形自励式変換器を３台用いることにより三相変換器を構成することができる。また、それらを多重化することにより、高調波を低減することができる。単相ブリッジ電圧形自励式変換器は、直流送電、無効電力補償装置および周波数変換装置等の電力変換装置に適用することができる。

各実施形態において、電力系統網及びき電変電所を２つとしたが、いくつであっても構わない。特に、電力変換装置（又はコンバータ）の設置箇所を増やすに従って、多数の電力系統網間における電力融通の自由度を向上でき、全体の安定度を向上することができる。

各実施形態において、電圧検出器７１，７２及び電流検出器７１Ａ，７２Ａは、電力変換装置６１，６２、コンバータ６１Ａ，６２Ａ、及び変圧器１１Ａのそれぞれ一次側（受電側）に設けた構成としたが、二次側（き電線３側）に設けた構成としてもよい。

第４の実施形態、第５の実施形態及び第６の実施形態において、電力変換装置６２の代わりに、コンバータ６２Ａを設けて同様の構成としてもよい。これにより、直流電気鉄道のき電システムにおいても、同様の電力融通を行うことができる。

なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

本発明の第１の実施形態に係る交流電気鉄道のき電システムの構成を示すブロック図。 第１の実施形態に係る電力変換装置の変換器の構成を示す回路図。 第１の実施形態に係る制御回路の構成を示すブロック図。 本発明の第２の実施形態に係る交流電気鉄道のき電システムの構成を示すブロック図。 本発明の第３の実施形態に係る直流電気鉄道のき電システムの構成を示すブロック図。 第３の実施形態に係る制御回路の構成を示すブロック図。 本発明の第４の実施形態に係る交流電気鉄道のき電システムの構成を示すブロック図。 本発明の第５の実施形態に係る交流電気鉄道のき電システムの構成を示すブロック図。 本発明の第６の実施形態に係る交流電気鉄道のき電システムの構成を示すブロック図。 本発明の第７の実施形態に係る交流電気鉄道のき電システムの構成を示すブロック図。 本発明の第８の実施形態に係る交流電気鉄道のき電システムの構成を示すブロック図。 本発明の第９の実施形態に係る交流電気鉄道のき電システムの構成を示すブロック図。 本発明の第１０の実施形態に係る直流電気鉄道のき電システムの構成を示すブロック図。 本発明の第１１の実施形態に係る直流電気鉄道のき電システムの構成を示すブロック図。 本発明の第１２の実施形態に係る直流電気鉄道のき電システムの構成を示すブロック図。

符号の説明

３…き電線、４…列車負荷、７…制御装置、１１，１２…電力系統網、１１Ａ…変圧器、２１，２２…き電変電所、６２…電力変換装置、９２…制御回路、ＶＦ１…き電電圧、ＶＳ２…送電電圧。

Claims (10)

1. 第１の電力系統から受電し、変圧器を介して、き電線に交流電力を供給し、第２の電力系統から受電し、前記き電線に交流電力を供給するき電システムにおいて、
   第２の電力系統から受電し、前記き電線に交流電力を供給するための電力に変換する電力変換手段と、
   前記第１の電力系統から電気量に関する情報である第１の電気量情報を取得する第１の電気量情報取得手段と、
   前記第１の電気量情報取得手段により取得した前記第１の電気量情報に基づいて、前記変圧器から出力される交流電力の周波数に合わせ、前記電力変換手段から出力される交流電力を制御するための指令値を決定する指令値決定手段と、
   前記指令値決定手段により決定された前記指令値に基づいて、前記電力変換手段を制御する制御手段と
   を有することを特徴とするき電システム。
2. 第１の電力系統から受電し、整流器を介して、き電線に直流電力を供給し、第２の電力系統から受電し、前記き電線に直流電力を供給するき電システムにおいて、
   前記第２の電力系統から受電し、前記き電線に供給する直流電力に変換する電力変換手段と、
   前記第１の電力系統から電気量に関する情報である第１の電気量情報を取得する第１の電気量情報取得手段と、
   前記第１の電気量情報取得手段により取得した前記第１の電気量情報に基づいて、前記電力変換手段から出力される直流電力を制御するための指令値を決定する指令値決定手段と、
   前記指令値決定手段により決定された前記指令値に基づいて、前記電力変換手段を制御する制御手段と
   を有することを特徴とするき電システム。
3. 前記指令値決定手段は、
   前記第１の電気量情報に含まれた前記第１の電力系統の送電電力量に基づいて、決定すること
   を特徴とする請求項１又は請求項２に記載のき電システム。
4. 前記指令値決定手段は、
   前記第１の電気量情報に含まれた前記第１の電力系統の電力供給量及び電力需要量に基づいて、決定すること
   を特徴とする請求項１又は請求項２に記載のき電システム。
5. 前記指令値決定手段は、
   前記第１の電気量情報に含まれた前記第１の電力系統の電圧量に基づいて、決定すること
   を特徴とする請求項１又は請求項２に記載のき電システム。
6. 前記第２の電力系統から電気量に関する情報である第２の電気量情報を取得する第２の電気量情報取得手段を有し、
   前記第１の電気量情報に含まれた前記第１の電力系統の電力需要量及び前記第２の電気量情報に含まれた前記第２の電力系統の電力需要量の差分に基づいて、決定すること
   を特徴とする請求項１又は請求項２に記載のき電システム。
7. 第１の電力系統から受電し、変圧器を介して、き電線に交流電力を供給し、第２の電力系統から受電し、前記き電線に交流電力を供給するき電システムにおいて、
   第２の電力系統から受電し、前記き電線に交流電力を供給するための電力に変換する電力変換手段と、
   前記変圧器に供給される電気量に関する情報である電気量情報を取得する電気量情報取得手段と、
   前記電気量情報取得手段により取得した前記電気量情報に基づいて、前記変圧器から出力される交流電力の周波数に合わせ、前記電力変換手段から出力される交流電力を制御するための指令値を決定する指令値決定手段と、
   前記指令値決定手段により決定された前記指令値に基づいて、前記電力変換手段を制御する制御手段と
   を有することを特徴とするき電システム。
8. 第１の電力系統から受電し、整流器を介して、き電線に直流電力を供給し、第２の電力系統から受電し、前記き電線に直流電力を供給するき電システムにおいて、
   前記第２の電力系統から受電し、前記き電線に供給する直流電力に変換する電力変換手段と、
   前記整流器に供給される電気量に関する情報である電気量情報を取得する電気量情報取得手段と、
   前記電気量情報取得手段により取得した前記電気量情報に基づいて、前記電力変換手段から出力される電力を制御するための指令値を決定する指令値決定手段と、
   前記指令値決定手段により決定された前記指令値に基づいて、前記電力変換手段を制御する制御手段と
   を有することを特徴とするき電システム。
9. 第１の電力系統及び前記第２の電力系統から受電し、き電線に電力を供給するき電システムにおいて、
   第１の電力系統から受電し、前記き電線に供給するための電力に変換する第１の電力変換手段と、
   第２の電力系統から受電し、前記き電線に供給するための電力に変換する第２の電力変換手段と、
   前記第１の電力系統から電気量に関する情報である第１の電気量情報を取得する第１の電気量情報取得手段と、
   前記第２の電力系統から電気量に関する情報である第２の電気量情報を取得する第２の電気量情報取得手段と、
   前記第１の電気量情報取得手段により取得した前記第１の電気量情報に基づいて、前記第１の電力変換手段から出力される電力を制御するための第１の指令値を決定する第１の指令値決定手段と、
   前記第１の指令値決定手段により決定された前記第１の指令値に基づいて、前記第１の電力変換手段を制御する第１の制御手段と、
   前記第２の電気量情報取得手段により取得した前記第２の電気量情報に基づいて、前記第２の電力変換手段から出力される電力を制御するための第２の指令値を決定する第２の指令値決定手段と、
   前記第２の指令値決定手段により決定された前記第２の指令値に基づいて、前記第２の電力変換手段を制御する第２の制御手段と
   を有することを特徴とするき電システム。
10. 第１の電力系統及び前記第２の電力系統から受電し、き電線に電力を供給するき電システムにおいて、
    第１の電力系統から受電し、前記き電線に供給するための電力に変換する第１の電力変換手段と、
    第２の電力系統から受電し、前記き電線に供給するための電力に変換する第２の電力変換手段と、
    前記第１の電力変換手段に供給される電気量に関する情報である第１の電気量情報を取得する第１の電気量情報取得手段と、
    前記第２の電力変換手段に供給される電気量に関する情報である第２の電気量情報を取得する第２の電気量情報取得手段と、
    前記第１の電気量情報取得手段により取得した前記第１の電気量情報及び前記第２の電気量情報取得手段により取得した前記第２の電気量情報に基づいて、前記第１の電力変換手段から出力される電力を制御するための第１の指令値を決定する第１の指令値決定手段と、
    前記第１の指令値決定手段により決定された前記第１の指令値に基づいて、前記第１の電力変換手段を制御する第１の制御手段と、
    前記第１の電気量情報取得手段により取得した前記第１の電気量情報及び前記第２の電気量情報取得手段により取得した前記第２の電気量情報に基づいて、前記第２の電力変換手段から出力される電力を制御するための第２の指令値を決定する第２の指令値決定手段と、
    前記第２の指令値決定手段により決定された前記第２の指令値に基づいて、前記第２の電力変換手段を制御する第２の制御手段と
    を有することを特徴とするき電システム。

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