JP2012166646A - 蓄電装置とその設置・運用方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】送電線1の電力を送電線側電力変換装置2が変換し、饋電線3に対して直流電力を供給する。饋電線3に蓄電素子4を電力変換装置5を介して接続する。出力電流制御部6には、饋電線3の架線電圧を検出する架線電圧検出部7と、蓄電素子4の充電率SOCを検出する充電率検出部8を接続する。出力電流制御部6に、検出された架線電圧及び充電率に基づいて、充放電開始電圧と充放電電流飽和電圧を決定する制御テーブル9を接続する。この制御テーブル9にデータ入出力部10を設ける。出力電流制御部6は、充電率が高くなるにつれて、高い架線電圧でも蓄電素子が放電し易く、低い架線電圧では蓄電素子に充電し難くなるように制御する。出力電流制御部6は、充電率が低くなるにつれて、低い架線電圧でも放電し難く、低い架線電圧でも充電し易いように制御する。
【選択図】図1
Description
(1)電力変換器を介して直流電源に接続された畜電素子。
(2)前記電力変換器に接続されて、直流電源に対する蓄電素子の充放電電流を制御する出力電流制御部。
(3)前記出力電流制御部には、直流電源の電圧を検出する電圧検出部と、蓄電素子の充電率を検出する充電率検出部と、前記電圧検出部と充電率検出部により検出された直流電源の電圧及び蓄電素子の充電率に基づいて、蓄電素子の充電開始電圧、放電開始電圧、充電電流飽和電圧及び放電電流飽和電圧の少なくとも1つを決定するための充放電特性が設定された制御テーブルが接続されている。
(4)前記制御テーブルに設定された充放電特性は、
蓄電素子の充電率が高い場合における前記充電開始電圧、放電開始電圧、充電電流飽和電圧及び放電電流飽和電圧の少なくとも1つの電圧が、蓄電素子の充電率が低い場合における前記充電開始電圧、放電開始電圧、充電電流飽和電圧及び放電電流飽和電圧の少なくとも1つの電圧よりも高い値に設定されている。
A.第1実施形態
(第1実施形態の構成)
以下、本発明の第1実施形態を図1に従って具体的に説明する。
図1は、本実施例による蓄電装置を含む饋電システムの全体構成を示す。本実施形態の饋電システムは、送電線1の電力を送電線側電力変換装置2が変換し、饋電線3に対して直流電力を供給する。この場合、直流電源となる饋電線3の定格電圧は、送電線側の電力変換装置2が連続運転可能な電流を出力しているときの電圧である。この送電線1側の電力変換装置2は、例えば、ダイオード整流器やPWMコンバータである。饋電線3の電圧は、例えば、DC600V、750V、1500V、DC3000Vであり、その近辺の電圧で電圧変動が起きる。
このように本実施形態では、充電率が高くなるにつれて高い架線電圧でも放電しやすくなる特性に推移し、低い架線電圧は充電しにくくなる特性になる。逆に、充電率が低くなるにつれて、低い架線電圧でも放電しにくくなる特性に推移し、低い架線電圧でも充電しやすくなる特性に推移する。
前記のような第1実施形態は、次のような変形例を有する。
(1)本実施形態において、必ずしも充電開始電圧(charge_th_low)と放電開始電圧(discharge_th_high)の双方を充電率に応じて動かさなくても良く、いずれか一方を固定値に維持して、充電開始電圧(charge_th_low)または放電開始電圧(discharge_th_high)の一方を充電率に応じて変化させるようにしても同様の効果が得られる。
図5は本発明の第2実施形態を示すものである。この第2実施形態では、蓄電素子4に対して第2の電源11を接続する。第2の電源11としては、例えば、太陽光や風力、水力発電などの発電機が使用できる。第2の電源11は、直流電源と交流電源のいずれでも使用可能であり、直流電源の場合にはその出力電力を直接蓄電素子4に入力する。第2の電源が交流電源の場合には、その出力を整流して得られる直流電力を蓄電素子4に供給する。
前記各実施形態において、蓄電素子4を、複数の蓄電素子から構成することができる。具体的には、図7に示すように、多数の直列した蓄電素子4(以下、蓄電素子モジュールという)を複数列、並列接続することによって構成する。この場合、各蓄電素子モジュールを、各蓄電素子モジュールごとに開放用接触器4aによって開放可能な構成としても良い。ただし、複数の蓄電素子モジュールの内、いくつのモジュールが開放されたのかを検出するために、図1に示すように、出力電流制御装置6に検出部12を接続し、検出したモジュールの数に応じて、出力電流制御装置6が蓄電素子用の電力変換装置5に供給する充放電電流を制限する。
本発明による蓄電装置は、任意の場所に設置することが可能である。しかし、図9に示す第4実施形態においては、饋電用変電所に近い蓄電装置ほど、放電電流飽和電圧(discharge_th_low)または放電開始電圧(discharge_th_high)を架線電圧軸上の高い値に設定する。すなわち、図9は、定格DC1500Vの饋電システムの例であって、饋電変電所14a,14bに近い箇所の蓄電装置では、放電電流飽和電圧(discharge_th_low)または放電開始電圧(discharge_th_high)を1590Vに設定する。これに対して、饋電変電所14a,14bから離れた箇所に設置する蓄電装置では、放電電流飽和電圧(discharge_th_low)または放電開始電圧(discharge_th_high)を1500Vに設定する。
図10に示す第5実施形態は、饋電変電所14a,14bからから遠い場所に設置する蓄電装置ほど大容量化したものである。このような第5実施形態によれば、饋電電流が流れることによって生じる饋電損失を削減することができ、省エネルギー効果を増大することが可能になる。この場合、蓄電装置を大容量化する手段としては、変電所から遠くになるにつれて、蓄電装置を並列運転数を増やすことで、その容量を増強する。
なお、上記の実施形態は、本明細書において一例として提示したものであって、発明の範囲を限定することを意図するものではない。すなわち、その他の様々な形態で実施されるこが可能であり、発明の範囲を逸脱しない範囲で、種々の省略や置き換え、変更を行うことが可能である。これらの実施形態やその変形例は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
2…送電線側電力変換装置
3…饋電線
4…蓄電素子
4a…開放用接触器
5…蓄電素子側電力変換装置
6…出力電流制御部
7…架線電圧検出部
8…充電率検出部
9…制御テーブル
10…データ入出力部
11…第2の電源
12…開放用接触器の検出部
13…RMS電流検出部
14a,14b…饋電変電所
Claims (12)
- 電力変換器を介して直流電源に接続された畜電素子と、
前記電力変換器に接続されて、直流電源に対する蓄電素子の充放電電流を制御する出力電流制御部とを備え、
前記出力電流制御部には、直流電源の電圧を検出する電圧検出部と、蓄電素子の充電率を検出する充電率検出部と、前記電圧検出部と充電率検出部により検出された直流電源の電圧及び蓄電素子の充電率に基づいて、蓄電素子の充電開始電圧、放電開始電圧、充電電流飽和電圧及び放電電流飽和電圧の少なくとも1つを決定するための充放電特性が設定された制御テーブルが接続され、
前記制御テーブルに設定された充放電特性は、
蓄電素子の充電率が高い場合における前記充電開始電圧、放電開始電圧、充電電流飽和電圧及び放電電流飽和電圧の少なくとも1つの電圧が、蓄電素子の充電率が低い場合における前記充電開始電圧、放電開始電圧、充電電流飽和電圧及び放電電流飽和電圧の少なくとも1つの電圧よりも高い値に設定されていることを特徴とする蓄電装置。 - 前記直流電源の電源電圧が交流から直流に変換する電力変換器によって供給され、
前記直流電源の無負荷時送り出し電圧は、前記交流電圧が変動することによって変化するものであって、
前記制御テーブルに設定された充放電特性が、蓄電素子へ充電動作を行うときの前記直流電源の直流電圧が、前記交流電圧変動によって変化する前記直流電源の電圧よりも高く設定されていることを特徴とする請求項1記載の蓄電装置。 - 前記直流電源の定格電圧は、前記直流電源の電圧源である電力変換装置が連続運転可能な電流を出力しているときの直流電源電圧であることを特徴とする請求項2記載の蓄電装置。
- 前記蓄電素子に接続された電力変換器は、複数の電力変換器を並列接続して構成されることを特徴とする請求項1の蓄電装置。
- 前記蓄電素子に接続された電力変換器は、スイッチング素子をゲート駆動することで動作する電力変換器であり、
前記直流電源の電圧が前記無負荷送り出し電圧よりも低い状態で、かつ、前記直流電源の定格電圧よりも高い状態においてゲートドライブを停止することを特徴とする請求項1から請求項4のいずれかに記載の蓄電装置。 - 前記蓄電素子または前記直流電源の少なくとも1つに、第2の電源が接続されていることを特徴とする請求項1に記載の蓄電システム。
- 前記直流電源が変電所及び回生車両に接続された饋電線であることを特徴とする請求項1から請求項6のいずれか1項に記載の蓄電装置。
- 前記蓄電素子を複数個直列に接続した蓄電素子直列モジュールが、複数列並列に接続され、
複数列並列に接続された各蓄電素子直列モジュールと電力変換器との間に開放用接触器が設けられ、
前記出力電流制御部に、開放された蓄電素子直列モジュールの数を検出する開放用接触器検出部が設けられ、
前記出力電流制御部は、この開放用接触器検出部において検出された蓄電素子直列モジュール数に応じて充放電電流を制限するものであることを特徴とする請求項1から請求項7のいずれか1項に記載の蓄電装置。 - 前記出力電流制御部に、蓄電素子の温度、RMS電流、外気温の少なくとも1つを検出する検出部が設けられ、
前記出力電流制御部は、この検出部からの蓄電素子の温度、RMS電流、外気温の少なくとも1つの値に応じて充放電電流を制限することを特徴とする請求項1から請求項8のいずれか1項に記載の蓄電装置。 - 前記請求項2に記載の蓄電装置を複数台設置して運用する場合に、
蓄電装置の位置が前記交流を直流に変換する電力変換器に近いほど、蓄電素子を充放電する前記電力変換器の放電時の直流電源側電圧が高く設定することを特徴とする蓄電装置の設置・運用方法。 - 前記請求項2に記載の蓄電装置を複数台設置して運用する場合に、
蓄電装置の位置が前記交流を直流に変換する電力変換器から遠いほど、蓄電装置の出力が大きく設定することを特徴とする蓄電装置の設置・運用方法。 - 前記請求項2に記載の蓄電装置を、回生車両の停止する複数の駅に設置して運用する場合に、
駅に設置される蓄電装置は、列車が停車する回数が大きい駅ほど蓄電装置の容量が大きく設定することを特徴とする蓄電装置の設置・運用方法。
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