JP2008055918A - 直流き電系統の制御方式 - Google Patents

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Abstract

【課題】設備費用を低減するとともに、上下のき電線の共倒れを防止する。
【解決手段】変電所１０，１１の整流器１２，１３の出力側に変電所遮断器ＳＷ３〜ＳＷ６を介して上りき電線５及び下りき電線６を接続し、上りき電線５及び下りき電線６をそれぞれ半導体スイッチ素子を有する昇降圧チョッパ１４，１５の一端と接続するとともに、各昇降圧チョッパ１４，１５の他端同士を接続し、この接続点と接地電位との間に蓄電設備１６を接続し、各昇降圧チョッパ１４，１５は定格電流の範囲内で上りき電線５と下りき電線６の電圧が等しくなるように電圧の高い方のき電線から低い方のき電線に電流が流れるように制御し、かつ各昇降圧チョッパ１４，１５の電流が過電流になった場合にはそれぞれ昇降圧チョッパ１４，１５を遮断する。
【選択図】図１

Description

この発明は、直流き電系統の制御方式に関するものである。
直流き電系統において、変電所から遠隔した地点に位置する電車は、その起動時等の大きな電流が流れる時に給電電圧降下が大きくなり、パンタグラフ点の電圧が規定値より低くなってしまうことがあり、この電圧降下を補償する必要がある。又、電車が回生運転状態にある時に他に力行車両がない時にはこの回生エネルギを他の電車が吸収することが殆どないため、回生失効となり易く、回生エネルギの有効利用ができなくなる。このため、従来では、特許文献１に示すように、電圧低下の補償や回生電力の吸収が行われている。
図２は特許文献１に示された従来の直流き電系統の給電システムの構成図であり、直流き電変電所１からき電線（トロリー線）２Ａとレール２Ｂ間に所定電圧の直流電力を供給する。この変電所１から遠隔した駅３の近傍に、電気二重層キャパシタ等からなる電力貯蔵装置４が設けられる。電力貯蔵装置４は、直流電力を充放電できる電気二重層キャパシタ（ＥＤＬＣ）４Ａと、き電線２Ａとレール２Ｂとの間を接続できる開閉器４Ｂ及びコントローラ４Ｃで構成される。コントローラ４Ｃは、き電線２Ａとレール２Ｂの間のき電電圧を検出し、このき電電圧の変化に対して以下の制御を行う。
（１）き電電圧が定格値（例えば、１５００Ｖ）を超えた１６５０Ｖ以上となったとき、電車Ａ又はＢの回生（制動）状態と判定し、き電線２Ａから電気二重層キャパシタ４Ａに充電電流を流す極性のスイッチをオンさせ、電車からの回生エネルギを電気二重層キャパシタ４Ａに急速充電により吸収させ、き電電圧の上昇を抑制し、回生失効を回避する。（２）き電電圧が定格値以下になったとき、電車Ａ又はＢの起動（力行）状態と判定し、電気二重層キャパシタ４Ａからき電線２Ａに放電電流を流す極性のスイッチをオンさせ、電気二重層キャパシタ４Ａからき電線２Ａに急速放電させることで、き電電圧の降下を補償する。（３）き電電圧が定格値から許容される電圧範囲内にあるとき、即ち電圧１５００〜１６５０Ｖの範囲内にあるとき、き電線２Ａと電気二重層キャパシタ４Ａとの間を開路させ、待機状態とする。
その他の先行技術文献情報としては、特許文献２，３があり、特許文献２、３ではき電線の一方が故障でも他方のき電線で単線運転することができるものが示されている。
特開２０００−２３３６６９号公報 特開平６−３４４８１１号公報 特開２００２−１７８７９８号公報
特許文献１においては、き電線２Ａ毎に電力貯蔵装置４を設けており、上下のき電線に対しては電力貯蔵装置４を二台設ける必要があり、設備費用が掛かった。又、電気二重層キャパシタ４Ａ等の蓄電設備の運用効率も、電力貯蔵装置４を上下のき電線に共用した場合と比べて半分となった。また、上下のき電線を接続し、上下のき電線に一台の電力貯蔵装置４を共用した場合、電圧低下補償機能及び回生電力吸収機能については正常な動作を期待できるが、一旦事故が起きた場合には上下のき電線が接続されているので、どちらか一方のき電線で事故が発生した場合、健全な側のき電線までき電不能となり、上下のき電線が共倒れになり、健全な側の列車まで運転不能になってしまうという不具合が生じた。又、事故点がどこにあるのかを探すために、電力貯蔵装置４を上下のき電線から分離する必要がある等の運用上の不都合も生じた。
この発明は上記のような課題を解決するために成されたものであり、設備費用を低減することができるとともに、上下のき電線の共倒れを防止することができる直流き電系統の制御方式を得ることを目的とする。
この発明の請求項１に係る直流き電系統の制御方式は、変電所の直流出力側に変電所遮断器を介して上りき電線及び下りき電線を接続した直流き電系統において、半導体スイッチ素子を有する第１及び第２の昇降圧チョッパの一端をそれぞれ上り及び下りのき電線と接続するとともに、各昇降圧チョッパの他端同士を接続し、この接続点と接地電位との間に蓄電設備を接続し、各昇降圧チョッパは定格電流の範囲内で上りき電線と下りき電線の電圧が等しくなるように電圧の高い方のき電線から電圧の低い方のき電線に電流が流れるように制御され、かつ各昇降圧チョッパの電流が過電流になった場合にはそれぞれの昇降圧チョッパを遮断するようにしたものである。
以上のようにこの発明の請求項１によれば、半導体スイッチ素子を有する第１及び第２の昇降圧チョッパの一端をそれぞれ上り及び下りのき電線と接続するとともに、各昇降圧チョッパの他端同士を接続し、この接続点と接地電位との間に蓄電設備を接続し、各昇降圧チョッパは定格電流の範囲内で上りき電線と下りき電線の電圧が等しくなるように電圧の高い方のき電線から電圧の低い方のき電線に電流が流れるように制御しており、一方のき電線の電圧が電車の回生状態等により高くなった場合には蓄電設備に充電電流が流れるとともに、電圧が低い方のき電線に電流が流れ、回生失効が回避される。また、一方のき電線の電圧が低下したときには、電圧が低い方のき電線に電圧が高い方のき電線及び蓄電設備から電流が流入し、電圧低下は補償される。又、上下のき電線で蓄電設備を共用しているので、上下のき電線で電力を融通することができ、設備容量を低減することができるとともに、蓄電設備を充放電制御する昇降圧チョッパが上下のき電線間の切り離し及び蓄電設備とそれぞれのき電線との切り離しを兼ねているので、設備費用を安価にすることができる。さらに、昇降圧チョッパの電流が過電流になった場合に、昇降圧チョッパを遮断するようにし、昇降圧チョッパは動作が速いので、事故時には事故側の昇降圧チョッパ及び事故側の変電所遮断器のみしか動作せず、健全な側のき電線については電車運転を継続することができる。また、事故点の判定も事故側のき電線のみとなり、蓄電設備を健全な側のき電線から切り離す必要も無くなる。
以下、この発明を実施するための最良の形態を図面とともに説明する。図１はこの発明の実施最良形態による直流き電系統の制御方式の構成図を示し、変電所１０，１１からの交流電力は整流器１２，１３により直流電力に変換され、変電所遮断器ＳＷ３〜ＳＷ６を介して上下のき電線５，６に供給される。又、上下のき電線５，６は半導体スイッチ素子等からなる第１及び第２の昇降圧チョッパ１４，１５の一端とそれぞれ接続され、各昇降圧チョッパ１４，１５の他端同士は相互に接続され、この接続点と接地電位との間には蓄電設備（例えば、電気二重層キャパシタや蓄電池）１６を接続する。従って、蓄電設備１６は上下のき電線５，６において共用した形となっている。又、各昇降圧チョッパ１４，１５には図示しない過電流検出器が設けられており、立ち上がりの早い短絡電流等が発生した場合には、過電流検出器によりこれを検出し、ゲ−ト遮断により電流を流さないように制御する。
上記構成において、昇降圧チョッパ１４，１５は半導体スイッチ素子のオンオフ制御により直流電圧を昇降圧するものであるが、ここでは定格電流の範囲内で上りき電線５と下りき電線６の電圧が等しくなるように電圧の高い方のき電線から電圧の低い方のき電線に電流が流れるように電流の方向及び大きさを制御する。従って、一方のき電線の電圧が電車の回生状態により高くなった場合には、昇降圧チョッパ１４，１５を介して電圧の高い方の一方のき電線から電圧の低い方の他方のき電線に電流が流れ、電車からの回生エネルギは蓄電設備１６に吸収されるとともに、電圧の低い方の他方のき電線にも電流が流れる。このため、一方のき電線のき電電圧の上昇が抑制され、回生失効が回避される。又、電車の起動状態等により一方のき電線の電圧が低くなった場合には、昇降圧チョッパ１４，１５を介して電圧が高い他方のき電線から電圧が低い一方のき電線に電流が流れるとともに、蓄電設備１６から電圧が低い一方のき電線に放電電流が流れ、き電電圧の低下が補償される。さらに、上りき電線５又は下りき電線６に事故があった場合には、過電流検出器により事故電流を検出し、事故があった方の昇降圧チョッパをゲート遮断する。
上記した実施最良形態においては、上りき電線５と下りき電線６とを昇降圧チョッパ１４，１５を介して接続するとともに、各昇降圧チョッパ１４，１５の接続点と接地電位との間に蓄電設備１６を接続し、各昇降圧チョッパ１４，１５は定格電流の範囲内で上りき電線５と下りき電線６の電圧が等しくなるように電圧の高い方のき電線から電圧の低い方のき電線に電流が流れるように制御されるので、一方のき電線の電圧が電車の回生状態により高くなった場合には、蓄電設備１６に充電電流が流れるとともに、電圧が低い方のき電線に電流が流れ、回生失効が回避される。又、一方のき電線の電圧が低下した場合には、電圧が低下した方のき電線へ電圧が高い方のき電線から電流が流入するとともに、蓄電設備１６から放電電流が流入し、電圧低下は補償される。また、上下のき電線５，６で蓄電設備１６を共用し、上下のき電線５，６で電力を融通しているので、設備容量を低減することができるとともに、蓄電設備１６を充放電制御する昇降圧チョッパ１４，１５が上下のき電線５，６間の切り離しとき電線５，６と蓄電設備１６との切り離しを兼ねているので、半導体スイッチ素子を用いる部材は二つの昇降圧チョッパ１４，１５だけであるので、設備費用を安価にすることができる。また、昇降圧チョッパ１４，１５の電流が過電流になった場合に昇降圧チョッパ１４，１５を遮断するようにし、昇降圧チョッパ１４，１５は動作が速いので、事故時には事故側の昇降圧チョッパ及び事故側の変電所遮断器のみしか動作せず、健全な側のき電線に事故電流が流れることはなくなり、健全な側のき電線については電車運転を継続することができ、き電線５，６の共倒れは無くなる。又、事故点の判定の必要が事故側のき電線のみとなり、蓄電設備１６を健全な側のき電線から切り離す必要も無くなる。
この発明の実施最良形態による直流き電系統の制御方式の構成図である。 特許文献１に示された従来の直流き電系統の給電システムの構成図である。
符号の説明
５，６…き電線
１０，１１…変電所
１２，１３…整流器
１４，１５…昇降圧チョッパ
１６…蓄電設備
ＳＷ３〜ＳＷ６…変電所遮断器

Claims (1)

  1. 変電所の直流出力側に変電所遮断器を介して上りき電線及び下りき電線を接続した直流き電系統において、半導体スイッチ素子を有する第１及び第２の昇降圧チョッパの一端をそれぞれ上り及び下りのき電線と接続するとともに、各昇降圧チョッパの他端同士を接続し、この接続点と接地電位との間に蓄電設備を接続し、各昇降圧チョッパは定格電流の範囲内で上りき電線と下りき電線の電圧が等しくなるように電圧の高い方のき電線から電圧の低い方のき電線に電流が流れるように制御され、かつ各昇降圧チョッパの電流が過電流になった場合にはそれぞれの昇降圧チョッパを遮断するようにしたことを特徴とする直流き電系統の制御方式。
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