JP2010541525A - 電力供給システム - Google Patents

Abstract

【課題】配電用変電所および中間電圧技術の使用を最小限にとどめて、建造および運転コストを低減できる路線に沿った電力供給システムを提供する。
【解決手段】本発明による路線に沿った電力供給システムは、入力端に第１の電圧（２０７）を印加され、出力端において第１の電圧（２０７）よりも低い又は高い第２の電圧（２０８）を供給する配電用変電所と、路線（２０１）に沿って配置されていて、第２の電圧（２０８）によって電力供給され、かつ第２の電圧（２０８）を第３の電圧に変換することを可能にする電源ユニット（２１２）を有する多数の構成要素（２０２〜２０６，２１０）とを含む。
【選択図】図１

Description

本発明は、電力供給システムに関する。

構成要素、特に種々の負荷が直線状の路線に沿って配置されている。この種の路線は、例えばガイドウェイ、トランスラピッド路線、パイプライン、道路、鉄道路線又は遠距離通信線路である。

この種の構成要素は、頻繁に電気的な構成要素を、例えば信号の増幅、設備の状態監視又は設備の分散制御のために必要とする。

この場合、これらの構成要素は、しばしば相互に同じような空間間隔、例えば全てが５ｋｍの間隔にて配置されている。

これら構成要素は、比較的軽い電力消費（例えば＜１ＫＷ）を持つ。何故なら、電力を供給されるのは通常電子回路であり、電力を供給すべき駆動装置が少ないからである。

しばしば、路線に沿って構成要素への電力供給を可能にする他のエネルギー供給設備が存在しないことがある。

例えば１０〜１００ｋｍという路線の長さ故に、２３０Ｖ電源電圧による電力供給は不利である。何故なら、電力供給ケーブルにおける電圧降下が過大であるか、ケーブルにおける必要なケーブル断面積が極端に高すぎてケーブルコストをもたらす故である。

この理由から、電力供給は一般に中間電圧を介して行なわれる。

図１は路線１０１の電力供給システムを示し、路線１０１に沿って多数の構成要素１０２〜１０７が配置されている。図１の例では、各々２つの構成要素が２３０Ｖの電源電圧を供給される。２３０Ｖの電源電圧は配電用変電所１０８、１０９および１１０により供給される。１５ｋＶのレベルの中間電圧が配電用変電所１０８〜１１０に供給される。

各構成要素は、主として負荷として２３０Ｖ電源電圧に接続された装置を含む。

この試みは、特に次の欠点を有する。
ａ．配電用変電所１０８〜１１０は高価である。これらの配電用変電所は建造されかつ運転（例えば監視）されねばならず、しかも変圧器の他にその都度必要な中間電圧設備を含んでいなければならない。
ｂ．路線に平行な中間電圧ケーブルに加えて、更に構成要素への引込線（２３０Ｖ電源ケーブル）が必要である。長い路線においては、その結果著しいケーブル費用が生じる。
ｃ． 中間電圧技術の運転には特別な熟練者が必要である。更に、比較的高い電圧によって多くの構造空間が必要となる。
ｄ．構成要素における個々の負荷は、存在するケーブルを効率よく十分に利用できない。

本発明の課題は、上述の欠点を回避し、特に設備の視点から、構成要素の電力供給のための有利な解決策を提供することにある。

この課題は、本発明によれば、請求項１の構成によって解決される。本発明の発展的構成は従属請求項に示す。

課題解決のために本発明が提供する路線に沿った電力供給システムは、
入力端に第１の電圧を印加され、出力端において第１の電圧よりも低い又は高い第２の電圧を供給する配電用変電所と、
路線に沿って配置されていて、第２の電圧によって電力供給され、かつ第２の電圧を第３の電圧に変換することを可能にする電源ユニットを有する多数の構成要素と
を含む。

この場合、第１の電圧より低い第２の電圧のみを構成要素の電力供給のために用いるとよい。高い第１の電圧は少なくとも１つの配電用変電所においてのみ変換される。

実施形態によれば、第１の電圧が中間電圧である。特に、第１の電圧が５〜２０ｋＶの範囲の電圧である。

他の実施形態によれば、第２の電圧が低電圧である。特に第２の電圧が１０００Ｖ以下の電圧であるとよい。

第２の電圧が交流電圧であることも実施形態の１つである。代替的に、第２の電圧が直流電圧であってもよい。更に、第２の電圧が３相系として構成されていてもよい。

１つの実施形態によれば、電源ユニットに基づいて第２の電圧が調節された第３の電圧に変換され、第３の電圧が交流電圧又は直流電圧である。この場合、特に第３の電圧が１２Ｖ、２４Ｖ、４８Ｖ、１１０Ｖ、２３０Ｖのレベルの電圧を含む。

構成要素が負荷又は負荷用接続端子を含み、負荷が路線に沿って配置されていることも実施形態の１つである。この場合、負荷が路線のための制御ユニットを含むとよい。

発展的構成によれば、構成要素が次のユニットを含む。即ち、
入力変圧器と、
入力変圧器に接続されている力率改善ユニットと、
力率改善ユニットに接続されている電圧調整ユニットと
電圧調整ユニットに接続されていて第３の電圧を発生するインバータ。

代替的に、次の構成要素を含んでもよい。即ち、
入力変圧器と、
入力変圧器に接続されている電圧調整ユニットと、
電圧調整ユニットに接続されていて第３の電圧を発生するインバータ。

更に、構成要素は、インバータの前に配置されている中間回路コンデンサを含み得る。

第２の電圧が直流電圧である場合、構成要素が直流チョッパ（ＤＣ−ＤＣコンバータ）を含んでもよい。

直線状の路線が、車道、トランスラピッド路線、パイプライン、道路、鉄道路線又は遠距離通信線路を含んでいることも実施形態の１つである。

図１は路線に沿って多数の構成要素が配置されている路線における従来の電力供給システムを示す概略図である。 図２は本発明による路線に沿った電力供給システム、特に路線に沿って配置されている多数の構成要素の電力供給と構成要素のあり得る構成を示す概略図である。

以下、図面を参照しながら本発明の実施例を説明する。

図２は路線２０１に沿った電力供給システム、特に路線２０１に沿って配置されている多数の構成要素２０２〜２０６および２１０の電力供給システムを示す。

電力供給は、路線２０１の始端において、例えば１５ＫＶの高さの中間電圧２０７を介して行なわれる。

代替的に、路線２０１の終端又は中央もしくは複数個所での冗長供給も可能である。

中間電圧２０７は、配電用変電所２０９を介して低電圧２０８に変換される。

構成要素２０２〜２０６および２１０への給電は低電圧２０８を介して行なわれ、低電圧２０８は１０００Ｖ未満であることが好ましい。特に小さいケーブル断面積を可能にすべく、１０００Ｖ以下の電圧を使用するとよい。低電圧２０８は、交流系統として実施するとよい。代替的に低電圧２０８を３相交流系統として実現してもよい。

この装置の利点は、配電用変圧器２０９とそれに伴う中間電圧の基礎設備が、配電用変電所毎に１台しか必要ないことにある。

構成要素２１０の構成を例示的に示す。構成要素２１０に、負荷２１１に加えて電源ユニット２１２を設けている。代替的に負荷を構成要素の外部に配置してもよい。

入力変圧器２１３が、後続の構成要素のために電圧を低減すると共に電気的絶縁をもたらす。構成要素の入力の直近位置故に、付加的なサージ保護手段を設けると好ましい。入力変圧器の出力側には、特に最大入力電圧（例えば１０００Ｖ）の際にも中間回路電圧より小さい電圧が生じる。

入力変圧器２１３は、ケーブルにおける電流の正弦波経過と、これに伴うケーブルの効率的利用とに配慮して力率改善ユニット２１４に接続されている。特に力率改善ユニット２１４は任意選択的であり、時々、例えば負荷が小さい場合には省略可能である。

特に構成要素２０２〜２０６および２１０の給電のためのケーブル２０８の長さによって、最小ケーブル断面積のコスト効率の良い設計の枠内では、ケーブルにおいて著しい電圧降下が生じ、即ち構成要素の入力電圧が配電用変電所２０９の出力電圧の５０％、従って、５００Ｖ以下迄低下することがある。この種の電圧降下とその他の入力電圧変動とを電源ユニット２１２が補償する。

電圧調整ユニット２１５が力率改善ユニット２１４の出力端に接続されていて、中間回路コンデンサ２１６（場合によっては代わりのエネルギー蓄積要素、例えば電流中間回路も使用可能）において一定の中間回路電圧を発生する。

特に電圧調整ユニット２１５は中間回路電圧を測定し、中間回路においてほぼ一定の電圧が生じるように力率改善ユニット２１４を制御する。

力率改善ユニット２１４および電圧調整ユニット２１５は、固有の、別々の回路ブロックで実現してもよい。これらは、入力電圧に関係なく一定の中間回路電圧が得られるように配慮する。中間回路電圧が変化する場合に、後続のインバータ２１７がこれらの電圧変動を補償するとよい。

インバータ２１７は、出力端に中間回路電圧から一定の出力電圧、例えば２３０Ｖのレベルの通常の電源電圧を発生する。必要なら、一定の、例えば２４Ｖの直流電圧又は可変の直流電圧を供給し得る。

付加的な電流制限とインバータ２１７における調節を組み合わせた中間回路コンデンサ２１６の容量の変化により、パルス状の電流摂取が中間回路コンデンサ２１６から引き出され、１０００Ｖケーブル２０８上では認識されない（中間回路コンデンサ２１６の緩衝作用）。このようなパルス状の電流摂取は、負荷の投入接続時に典型的に発生する。この緩衝作用により、ケーブル２０８を効率的に設計できる。何故ならば、各負荷が電流ケーブル（１０００Ｖ）からは平均的な電力しか引き出さず、例えば上述の負荷投入時における尖頭電流は中間回路コンデンサによって緩衝されるからである。

特に低電圧２０８が直流電圧であるとき、入力変圧器２１３および力率改善ユニット２１４をＤＣ−ＤＣコンバータで置換できる。

他の利点：
ａ．高い中間回路電圧を路線に沿って導く必要がない。中間回路電圧を１度だけ配電用変電所に供給するだけでよい。その他では設備全体を低電圧技術（好ましくは１０００Ｖ未満）で構成できる。このため、建造および運転のためのコストが減少する。更に、１０００Ｖケーブルへの構成要素の接続を簡単化できる（スリーブ接続）。

ｂ．路線に平行した単一ケーブルで足りる。配電用変電所から出発する付加的な星形ケーブル敷設が省略可能であり、ケーブルとケーブル敷設に関するコストが著しく減少する。

ｃ．力率改善が効率的に提供可能である。それによってケーブルおよび変圧器のためのコストが低減する。

ｄ．構成要素内に設けられている電子装置に基づき効率よく衝撃負荷の防止が行なわれ、このことがケーブルならびに変圧器のためのコストに有利に作用する。

２０１ 路線、２０２〜２０６ 構成要素、２０８ ケーブル、２０９ 配電用変電所、２１０ 構成要素、２１１ 負荷、２１２ 電源ユニット、２１３ 入力変圧器、２１４ 力率改善ユニット、２１５ 電圧調整ユニット、２１６ 中間回路コンデンサ、２１７ インバータ

Claims (17)

1. 入力端に第１の電圧（２０７）を印加され、出力端において第１の電圧（２０７）よりも低い又は高い第２の電圧（２０８）を供給する配電用変電所と、
   路線（２０１）に沿って配置されていて、第２の電圧（２０８）によって電力供給され、かつ第２の電圧（２０８）を第３の電圧に変換することを可能にする電源ユニット（２１２）を有する多数の構成要素（２０２〜２０６，２１０）と
   を含む路線に沿った電力供給システム。
2. 第１の電圧が中間電圧である請求項１記載の電力供給システム。
3. 第１の電圧が５〜２０ｋＶの範囲内の電圧である請求項１又は２記載の電力供給システム。
4. 第２の電圧が低電圧である請求項１乃至３の１つに記載の電力供給システム。
5. 第２の電圧が１０００Ｖ以下の電圧である請求項１乃至４の１つに記載の電力供給システム。
6. 第２の電圧が交流電圧である請求項１乃至５の１つに記載の電力供給システム。
7. 第２の電圧が３相交流電圧である請求項１乃至６の１つに記載の電力供給システム。
8. 第２の電圧が直流電圧である請求項１乃至５の１つに記載の電力供給システム。
9. 電源ユニットに基づいて第２の電圧が調節された第３の電圧に変換され、第３の電圧が交流電圧又は直流電圧である請求項１乃至８の１つに記載の電力供給システム。
10. 第３の電圧が１２Ｖ、２４Ｖ、４８Ｖ、１１０Ｖ、２３０Ｖの高さの電圧を含む請求項１乃至９の１つに記載の電力供給システム。
11. 構成要素が負荷（２１１）又は負荷用接続端子を含み、負荷が路線に沿って配置されている請求項１乃至１０の１つに記載の電力供給システム。
12. 負荷が路線のための制御ユニットを含む請求項１乃至１１の１つに記載の電力供給システム。
13. 構成要素が、入力変圧器（２１３）と、入力変圧器（２１３）に接続されている力率改善ユニット（２１４）と、力率改善ユニット（２１４）に接続されている電圧調整ユニット（２１５）と、電圧調整ユニット（２１５）に接続されていて第３の電圧を発生するインバータ（２１２）とを含む請求項１乃至１２の１つに記載の電力供給システム。
14. 構成要素が、入力変圧器と、入力変圧器に接続されている電圧調整ユニットと、電圧調整ユニットに接続されていて第３の電圧を発生するインバータとを含む請求項１乃至１２の１つに記載の電力供給システム。
15. インバータの前に中間回路コンデンサ（２１６）が配置されている請求項１３又は１４記載の電力供給システム。
16. 第２の電圧が直流電圧である場合に、構成要素が直流チョッパを含む請求項１３乃至１５の１つに記載の電力供給システム。
17. 路線は、車道、トランスラピッド路線、パイプライン、道路、鉄道路線、遠距離通信線路を含んでいる請求項１乃至１６の１つに記載の電力供給システム。

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