JP2010166730A

JP2010166730A - 電気車用電源システム

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Publication number: JP2010166730A
Application number: JP2009007952A
Authority: JP
Inventors: Manabu Tamura; 学田村
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2009-01-16
Filing date: 2009-01-16
Publication date: 2010-07-29
Anticipated expiration: 2029-01-16
Also published as: JP5225116B2

Abstract

【課題】電気車用電源装置の負荷に応じて電気車用電源装置の稼動数を制御でき損失電力を軽減できる電気車用電源システムを提供することである。
【解決手段】列車の編成車両にそれぞれ搭載された電気車用電源装置１０は、架線１から得られた直流電力を交流電力に変換し自己の車両の車内負荷に供給するインバータ回路１４と、インバータ回路１４を制御するインバータ制御部１５と、インバータ回路から自己の車両の車内負荷に供給される負荷電力を演算し予め定められた別車両の電気車用電源装置のインバータ制御部に伝送する負荷容量演算部１８とを備え、インバータ制御部１５は、自己の車両の車内負荷の負荷電力及び予め定められた別車両の車内負荷の負荷電力の双方が規定負荷値以下であるときは、自己または別車両のいずれかの電気車用電源装置を停止し、運転継続する方の電気車用電源装置から停止した方の車両に負荷電力を供給する。
【選択図】図１

Description

本発明は、列車の編成車両にそれぞれ電気車用電源装置を搭載した電気車用電源システムに関する。

一般に、列車の編成車両にはそれぞれ電気車用電源装置が設置され、各々の車両の車内負荷に電力を供給している。すなわち、架線から電力を受け取り、電気車用電源装置から電気車の照明や空調装置などの電源を供給するようにしている（例えば、特許文献１参照）。

このような各車両に電気車用電源装置を有した電気車用電源システムにおいては、冗長系を有するために１編成に２台以上の電気車用電源装置を搭載しており、車内負荷の状況に関わらず、それぞれ各電気車用電源装置を稼動している。

特開２００４−３６４４１２号公報

しかし、昨今の省エネ事情（改正省エネ法など）を考えると、損失電力の軽減の観点から車内負荷の状況に関わらず、それぞれ各電気車用電源装置を稼動していることに改善の余地がある。

図５は電気車用電源装置の変換効率の一例を示すグラフである。図５に示すように、電気車用電源装置の変換効率は、出力容量が小さいとき（負荷が少ないとき）や出力容量が１００％（全負荷で動作するとき）より、５０％前後の負荷で動作する方がよいのが一般的である。従って、負荷が少ない状態（２５％前後の負荷）で、２台の車両用電源装置が稼動するより、１台で５０％前後の負荷で動作した方が無負荷電力の関係で損失電力は少なくて済むが、従来の電気車用電源システムにおいては、負荷の状況に応じて各電気車電源装置の稼動数の制御を行っていないので、無負荷電力による損失電力が発生している。

本発明の目的は、電気車用電源装置の負荷に応じて電気車用電源装置の稼動数を制御でき損失電力を軽減できる電気車用電源システムを提供することである。

本発明に係わる電気車用電源システムは、列車の編成車両にそれぞれ搭載された電気車用電源装置は、架線から得られた直流電力を交流電力に変換し自己の車両の車内負荷に供給するインバータ回路と、前記インバータ回路を制御するインバータ制御部と、前記インバータ回路から自己の車両の車内負荷に供給される負荷電力を演算し予め定められた別車両の電気車用電源装置のインバータ制御部に伝送する負荷容量演算部とを備え、前記インバータ制御部は、自己の車両の車内負荷の負荷電力及び予め定められた別車両の車内負荷の負荷電力の双方が規定負荷値以下であるときは、自己または別車両のいずれかの電気車用電源装置を停止し、運転継続する方の電気車用電源装置から停止した方の車両に負荷電力を供給するようにしたことを特徴とする。

本発明によれば、電気車用電源装置の負荷に応じて電気車用電源装置の稼動数を制御でき損失電力を軽減できる。

本発明の第１の実施の形態に係わる電気車用電源システムの構成図。本発明の第１の実施の形態における車内負荷Ｒと規定負荷値Ｒｒとの関係を示すグラフ。本発明の第２の実施の形態に係わる電気車用電源システムの構成図。本発明の実施の形態に係わる電気車用電源システムを編成車両に適用した構成図。電気車用電源装置の変換効率の一例を示すグラフ。

図１は本発明の第１の実施の形態に係わる電気車用電源システムの構成図である。電気車用電源装置１０ａ、１０ｂは、架線１１より供給される直流電力を車両のパンタグラフ１２を通して高圧補機スイッチ箱１３に入力され、インバータ回路１４に入力される。インバータ回路１４はインバータ制御部１５により制御される。インバータ回路１４の出力はトランス部１６を経て車内負荷１７に供給される。車内負荷１７は照明や空調装置等であり、これらにインバータ回路１４からの負荷電力として供給される。負荷容量演算部１８は車内負荷１７に供給される負荷電力を演算し、インバータ回路１４の状況として相手側のインバータ制御部１５に伝送している。これにより２台の電気車用電源装置１０ａ、１０ｂでお互いの状況を確認している。編成車両には電気車用電源装置１０が２台以上あるが、２台の電気車用電源装置１０を一対として互いに車内負荷１７を伝送しあっている。また、２台の電気車用電源装置１０ａ、１０ｂは、受給電箱１９を介してトランス部１６から電力の需給が可能となっている。

インバータ制御部１５は、自己の車両の車内負荷１７の負荷電力及び予め定められた別車両の車内負荷１７の負荷電力の双方が規定負荷値以下であるかどうかを判定する。図２は車内負荷Ｒと規定負荷値Ｒｒとの関係を示すグラフである。図２に示すように、インバータ制御部１５は自己の車両の車内負荷１７の負荷電力及び予め定められた別車両の車内負荷１７の負荷電力の双方が図２に示す規定負荷値Ｒｒを下回ったときに、自己または別車両のいずれかの電気車用電源装置１０を停止し、運転継続する方の電気車用電源装置１０から停止した方の車両に負荷電力を供給する。

すなわち、電気車用電源装置１０ａ、１０ｂの負荷が減少したことは、負荷容量演算部１８にて検出され、お互いのインバータ制御部１５にて、図２の負荷出力規定値を下回ったことを判定した時点ｔ１で、例えば、片側の電気車用電源装置１０ｂのインバータ回路１４を停止し、それとともに受給電箱１９を動作させて電気車用電源装置１０ａから電気車用電源装置１０ｂに負荷電力の供給を行う。一方、逆パターンである電気車用電源装置１０ａを停止した場合には、電気車用電源装置１０ｂから電気車用電源装置１０ａに負荷電力の供給を行うことになる。

ここで、インバータ制御部１５は、自己または別車両のいずれかの電気車用電源装置を停止にあたり、電気車用電源装置１０ａ、１０ｂの稼働時間を判定基準として、電気車用電源装置１０ａ、１０ｂの稼働時間の多い方を停止する。すなわち、電気車用電源装置１０ａ、１０ｂのどちらかを稼動停止する場合、インバータ制御部１５にてお互いの稼働時間を判定し、稼働時間の少ない方の電気車用電源装置１０のインバータ回路１４を停止する。この場合は、電気車用電源装置１０の停止において、編成車両上の電気車用電源装置１０の稼動時間のばらつきを減少することができる。

また、電気車用電源装置１０の稼働時間に代えて、電気車用電源装置の予め定められた運転日を判定基準として、当該運転日に該当しない方の電気車用電源装置１０を停止するようにすることもできる。

すなわち、電気車用電源装置１０ａ、１０ｂのどちらかを稼動停止する場合、インバータ制御部１５にてカレンダーを参照し、運転日が偶数日かあるいは奇数日かを判定して、電気車用電源装置１０ａ、１０ｂのどちらかを停止する。この場合は、稼働時間による場合よりも判断基準を簡易化でき、編成車両上の電気車用電源装置１０の稼動時間のばらつきを減少することができる。

第１の実施の形態によれば、電気車用電源装置１０ａ、１０ｂの負荷が規定負荷値を下回った時点で、インバータ回路１４の運転を停止するので、損失電力を軽減できる。すなわち、電気車用電源装置１０の負荷が軽負荷（冷房、暖房の使用がない時）時には、車内負荷は高負荷時の約１／２以下であることから、電気車用電源装置１０を１台停止しても車両負荷的には影響はないので、車内負荷を自動的に検出判定及び稼動制御を行うことで稼動数を制御でき損失電力を軽減できる。

図３は本発明の第２の実施の形態に係わる電気車用電源システムの構成図である。この第２の実施の形態は、図１に示した第１の実施の形態に対し、モニタ装置２０を追加して設け、モニタ装置２０から電気車用電源装置１０ａ、１０ｂのインバータ制御部１５に指令を出力するようにしたものである。図１と同一要素には同一符号を付し重複する説明は省略する。

モニタ装置２０には、自己の車両の負荷容量演算部１８から自己の車両の車内負荷の負荷電力が入力されるとともに、予め定められた別車両の負荷容量演算部１８からもその別車両の車内負荷の負荷電力が入力される。そして、モニタ装置２０は、自己の車両の車内負荷の負荷電力及び予め定められた別車両の車内負荷の負荷電力の双方が規定負荷値以下であるかどうかを判定し、双方が規定負荷値以下であるときは、アラームを出力するとともに自己または別車両のいずれかの電気車用電源装置１０を停止する。そして、運転継続する方の電気車用電源装置から停止した方の車両に負荷電力を供給する。

すなわち、電気車用電源装置１０ａ、１０ｂのそれぞれの負荷容量演算部１８にて車内負荷を検出しモニタ装置２０に送信する。モニタ装置２０は、図２に示した規定負荷値を下回ったかどうかを判定し、車内負荷が規定負荷値を下回った時点でアラームを出力する。また、電気車用電源装置１０ａ、１０ｂのどちらか停止するかを決定し、停止する方の電気車用電源装置１０のインバータ制御部１５に停止指令を出力する。

第２の実施の形態によれば、規定負荷値を下回ったことをモニタ装置２０のアラームで確認ができ、モニタ装置２０からの指令にて停止する用の電気車用電源装置１０のインバータ回路１４の運転を停止することができる。

図４は本発明の実施の形態に係わる電気車用電源システムを編成車両に適用した構成図である。図４に示すように編成車両の各車両２１ａ〜２１ｅには、それぞれ電気車用電源装置１０ａ〜１０ｅが搭載されている。そして、各々の電気車用電源装置１０ａ〜１０ｅは伝送線２２を介してモニタ装置２０に接続されている。編成車両の各車両２１ａ〜２１ｅにそれぞれ搭載された電気車用電源装置１０ａ〜１０ｅは、図３に示した電気車用電源装置１０と同様な構成であり、図示は省略するが、架線から得られた直流電力を交流電力に変換し自己の車両の車内負荷に供給するインバータ回路１４と、インバータ回路１４を制御するインバータ制御部１５と、インバータ回路１４から自己の車両の車内負荷に供給される負荷電力を演算する負荷容量演算部１８とを備えている。

モニタ装置２０は、各々の車両２１ａ〜２１ｅの負荷容量演算部１８から各々の車両２１ａ〜２１ｅの車内負荷の負荷電力を入力し、編成車両全体の電気車用電源装置１０ａ〜１０ｅの負荷を計算する。そして、規定負荷値以下の出力の電気車用電源装置１０がないように運転すべき電気車用電源装置１０を選択し、選択した電気車用電源装置１０のインバータ制御部１５に運転指令を出力する。

すなわち、モニタ装置２０では、編成車両内の電気車用電源装置１０ａ〜１０ｅの負荷状況の伝送を受け、これらの確認をしている。

そして、編成車両内の電気車用電源装置１０の負荷が減少した場合には、編成全体の車両２１ａ〜２１ｅの電気車用電源装置１０ａ〜１０ｅは、モニタ装置２０に対して負荷情報を伝送し、これを受けたモニタ装置２０は、編成全体の負荷を計算し、各電気車用電源装置１０ａ〜１０ｅにて、図２の規定負荷値を下回ったことを確認し、どの電気車用電源装置１０を稼動・停止させるか選択のうえ動作指令を行う。これにより、編成全体の負荷を考慮することで、電気車用電源装置を、より効率良く稼動できる。

また、モニタ装置２０は、電気車用電源装置の変換効率が一番高いところで稼動可能な電気車用電源装置の台数が多くなるように、運転すべき電気車用電源装置１０を選択するようにする。この場合は、さらに効率良く電気車用電源装置を稼動することができる。

１０…電気車用電源装置、１１…架線、１２…パンタグラフ、１３…高圧補機スイッチ箱、１４…インバータ回路、１５…インバータ制御部、１６…トランス部、１７…車内負荷、１８…負荷容量演算部、１９…受給電箱、２０…モニタ装置、２１…車両、２２…伝送線

Claims

列車の編成車両にそれぞれ搭載された電気車用電源装置は、架線から得られた直流電力を交流電力に変換し自己の車両の車内負荷に供給するインバータ回路と、前記インバータ回路を制御するインバータ制御部と、前記インバータ回路から自己の車両の車内負荷に供給される負荷電力を演算し予め定められた別車両の電気車用電源装置のインバータ制御部に伝送する負荷容量演算部とを備え、前記インバータ制御部は、自己の車両の車内負荷の負荷電力及び予め定められた別車両の車内負荷の負荷電力の双方が規定負荷値以下であるときは、自己または別車両のいずれかの電気車用電源装置を停止し、運転継続する方の電気車用電源装置から停止した方の車両に負荷電力を供給するようにしたことを特徴とする電気車用電源システム。
前記インバータ制御部は、自己または別車両のいずれかの電気車用電源装置を停止にあたり、前記電気車用電源装置の稼働時間を判定基準として、前記電気車用電源装置の稼働時間の多い方を停止することを特徴とする請求項１記載の電気車用電源システム。
前記インバータ制御部は、自己または別車両のいずれかの電気車用電源装置を停止にあたり、前記電気車用電源装置の予め定められた運転日を判定基準として、当該運転日に該当しない方の電気車用電源装置を停止することを特徴とする請求項１記載の電気車用電源システム。
列車の編成車両にそれぞれ搭載された電気車用電源装置は、架線から得られた直流電力を交流電力に変換し自己の車両の車内負荷に供給するインバータ回路と、前記インバータ回路を制御するインバータ制御部と、前記インバータ回路から自己の車両の車内負荷に供給される負荷電力を演算する負荷容量演算部とを備え、さらに、自己の車両の前記負荷容量演算部から自己の車両の車内負荷の負荷電力を入力するとともに予め定められた別車両の前記負荷容量演算部からその別車両の車内負荷の負荷電力を入力するモニタ装置を設け、前記モニタ装置は、自己の車両の車内負荷の負荷電力及び予め定められた別車両の車内負荷の負荷電力の双方が規定負荷値以下であるときはアラームを出力するとともに自己または別車両のいずれかの電気車用電源装置を停止し、運転継続する方の電気車用電源装置から停止した方の車両に負荷電力を供給するように前記インバータ制御部に指令を出力することを特徴とする電気車用電源システム。
列車の編成車両にそれぞれ搭載された電気車用電源装置は、架線から得られた直流電力を交流電力に変換し自己の車両の車内負荷に供給するインバータ回路と、前記インバータ回路を制御するインバータ制御部と、前記インバータ回路から自己の車両の車内負荷に供給される負荷電力を演算する負荷容量演算部とを備え、さらに、各々の車両の前記負荷容量演算部から各々の車両の車内負荷の負荷電力を入力するモニタ装置を設け、前記モニタ装置は、編成車両全体の電気車用電源装置の負荷を計算し、規定負荷値以下の出力の電気車用電源装置がないように運転すべき電気車用電源装置を選択し、選択した電気車用電源装置の前記インバータ制御部に運転指令を出力することを特徴とする電気車用電源システム。
前記モニタ装置は、前記電気車用電源装置の変換効率が一番高いところで稼動可能な電気車用電源装置の台数が多くなるように、運転すべき電気車用電源装置を選択することを特徴とする請求項５記載の電気車用電源システム。