JP2014117993A - 電力変換器および電力変換器の制御方法 - Google Patents

電力変換器および電力変換器の制御方法 Download PDF

Info

Publication number
JP2014117993A
JP2014117993A JP2012273156A JP2012273156A JP2014117993A JP 2014117993 A JP2014117993 A JP 2014117993A JP 2012273156 A JP2012273156 A JP 2012273156A JP 2012273156 A JP2012273156 A JP 2012273156A JP 2014117993 A JP2014117993 A JP 2014117993A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
power
secondary battery
consumption
feeder
unit
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2012273156A
Other languages
English (en)
Other versions
JP6081178B2 (ja
Inventor
Yasuhiro Nakatsuka
康弘 中塚
Yasuhiro Imazu
康博 今津
Akihiro Maoka
明洋 真岡
Masaya Ichinose
雅哉 一瀬
Yasuhiro Kiyofuji
康弘 清藤
Akira Bando
阪東  明
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi Ltd filed Critical Hitachi Ltd
Priority to JP2012273156A priority Critical patent/JP6081178B2/ja
Priority to DE102013019420.2A priority patent/DE102013019420B4/de
Priority to GB201320740A priority patent/GB2510238B8/en
Priority to US14/096,294 priority patent/US20140167701A1/en
Publication of JP2014117993A publication Critical patent/JP2014117993A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP6081178B2 publication Critical patent/JP6081178B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/28Arrangements for balancing of the load in a network by storage of energy
    • H02J3/32Arrangements for balancing of the load in a network by storage of energy using batteries with converting means
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/66Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output with possibility of reversal
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60MPOWER SUPPLY LINES, AND DEVICES ALONG RAILS, FOR ELECTRICALLY- PROPELLED VEHICLES
    • B60M3/00Feeding power to supply lines in contact with collector on vehicles; Arrangements for consuming regenerative power
    • B60M3/02Feeding power to supply lines in contact with collector on vehicles; Arrangements for consuming regenerative power with means for maintaining voltage within a predetermined range
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60MPOWER SUPPLY LINES, AND DEVICES ALONG RAILS, FOR ELECTRICALLY- PROPELLED VEHICLES
    • B60M3/00Feeding power to supply lines in contact with collector on vehicles; Arrangements for consuming regenerative power
    • B60M3/06Arrangements for consuming regenerative power
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/04Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks for connecting networks of the same frequency but supplied from different sources
    • H02J3/06Controlling transfer of power between connected networks; Controlling sharing of load between connected networks
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/12Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks for adjusting voltage in ac networks by changing a characteristic of the network load
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/66Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output with possibility of reversal
    • H02M7/68Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output with possibility of reversal by static converters
    • H02M7/72Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output with possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/75Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output with possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a thyratron or thyristor type requiring extinguishing means
    • H02M7/757Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output with possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a thyratron or thyristor type requiring extinguishing means using semiconductor devices only
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/66Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output with possibility of reversal
    • H02M7/68Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output with possibility of reversal by static converters
    • H02M7/72Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output with possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/79Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output with possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M7/797Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output with possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only

Abstract

【課題】電動機が回生した電力を融通して活用する。
【解決手段】電力変換器1は、それぞれ異なる饋電線2に接続される複数の電力変換ユニット14−1,14−2と、各電力変換ユニット14−1,14−2に接続されると共に、二次電池16に接続される直流エネルギ融通部17と、電力制御部11とを備える。電力制御部11は、饋電線2のうち回生電流が流れる回生側の饋電線2に接続されている回生側の電力変換ユニット14と、饋電線2のうち消費電流が流れる消費側の饋電線2に接続されている消費側の電力変換ユニット14に対して指令し、直流エネルギ融通部17を介して回生側の饋電線2から消費側の饋電線2に電力を出力し、かつ、回生電力および消費電力の総和に応じたエネルギを二次電池16に入出力するように直流エネルギ融通部17の電圧を決定する。
【選択図】図1

Description

本発明は、饋電線(きでんせん)の間で相互に電力を融通することができる電力変換器および電力変換器の制御方法に関する。
回生ブレーキとは、通常は駆動源として用いているモータを発電機として用い、運動エネルギを電気エネルギに変換して回収することで制動をかけることをいう。近年の鉄道車両には、回生ブレーキが搭載されていることが多い。この回生ブレーキによって回生される電力は、饋電線を経由して他の鉄道車両が消費している。
特許文献1の要約の課題には、「受電系統の異なる二つのき電用変電所からのき電区間に対して並列き電を行う交流き電装置を提供する。」と記載され、解決手段には、「第1のき電区間と第2のき電区間を接続する交流き電装置であって、上記第1のき電区間の端部に接続する第1の交流直流変換器と、上記第2のき電区間の端部に接続する第2の交流直流変換器と、容量性直流回路とを含み、上記容量性直流回路は、上記第1の交流直流変換器における正側の直流入出力端と、上記第1の交流直流変換器における負側の直流入出力端との間に接続され、更に、上記第2の交流直流変換器における正側の直流入出力端と、上記第2の交流直流変換器における負側の直流入出力端との間にも接続される。」と記載されている。
特許文献2の要約の課題には、「セクションポスト両側のき電線末端電圧を両方とも所定電圧に維持するとともに、回生エネルギーを有効に利用できるようにする。」と記載され、解決手段には、「単相交流き電線3Aには交流−直流変換器42A、単相交流き電線3Bには交流−直流変換器42Bをそれぞれ接続してき電線末端での電圧変動を補償し、かつ変換器42Aと42Bに共通の直流回路と電力貯蔵要素44との間には直流−直流変換器42Cを接続して、上記き電電圧補償にて生じる有効電力の変動分を補償することにより、掲記課題の解決を図る。」と記載されている。
特開2010−221888号公報 特開2005−205970号公報
従来、鉄道車両が回生ブレーキによって回生した電力は、当該鉄道車両の饋電線に流れる。この回生電力は、当該饋電線の他の鉄道車両が消費できない場合、無駄に捨てられていた。
特許文献2に記載の発明は、2つの饋電線の間で相互に電力を変換すると共に、この電力を二次電池に蓄えることにより、回生エネルギ(回生電力)を蓄えて有効に活用することができる。しかし、特許文献2に記載の発明は、二次電池と直流回路との間に電力変換器が接続されている。そのため、この電力変換器による電力損失が発生する虞がある。
特許文献1に記載の発明は、2つの饋電線の間で相互に電力を変換する電力変換器に、二次電池からなる容量性直流回路を備え、2つの饋電線間で電力を変換する。しかし、この二次電池をどのように制御して回生電力を蓄えるか、また、二次電池に蓄えた回生電力をどのように有効に活用するかについては、何ら開示されていない。
そこで、本発明は、電動機が回生した電力を融通して活用することを可能とする電力変換器および電力変換器の制御方法を提供することを課題とする。
前記した課題を解決するため、請求項1に記載の発明では、それぞれ異なる饋電線に接続される複数の電力変換ユニットと複数の前記電力変換ユニットに接続されると共に、二次電池に接続される直流エネルギ融通部と、前記饋電線のうち回生電流が流れる回生側の饋電線に接続されている回生側の電力変換ユニット、および、前記饋電線のうち消費電流が流れる消費側の饋電線に接続されている消費側の電力変換ユニットに対して指令し、前記直流エネルギ融通部を介して前記回生側の饋電線から前記消費側の饋電線に電力を出力し、かつ、前記回生側の饋電線の回生電力および前記消費側の饋電線の消費電力の総和に応じたエネルギを前記二次電池に入出力するように前記直流エネルギ融通部の電圧を決定する電力制御部と、を備えることを特徴とする電力変換器とした。
その他の手段については、発明を実施するための形態のなかで説明する。
本発明によれば、電動機が回生した電力を融通して活用することを可能とする電力変換器および電力変換器の制御方法を提供することが可能となる。
第1の実施形態に於ける電力変換器を示す概略の構成図である。 第1の実施形態に於ける電力変換器の詳細を示す図である。 二次電池の充電特性を示すグラフである。 第1の実施形態に於ける電力制御部の論理構成を示す図である。 第1の実施形態に於ける充放電量算出と融通量算出とを示す図である。 第2の実施形態に於ける電力変換器を示す概略の構成図である。 第2の実施形態に於ける電力制御部の論理構成を示す図である。 第2の実施形態に於ける充放電量算出と融通量算出とを示す図である。 第3の実施形態に於ける電力変換器を示す概略の構成図である。 第3の実施形態に於ける電力制御部の論理構成を示す図である。 第3の実施形態に於ける鉄道路線と饋電線との関係を示す図である。
以降、本発明を実施するための形態を、各図を参照して詳細に説明する。
(第1の実施形態)
図1は、第1の実施形態に於ける電力変換器を示す概略の構成図である。
電力変換器1は、饋電線2−1(第1饋電線)と、饋電線2−2(第2饋電線)に接続されて、これら饋電線2−1と饋電線2−2との間で相互に電力を変換して融通するものである。饋電線2−1と饋電線2−2は、同様に構成されているので、代表して饋電線2−1について説明し、饋電線2−2の説明を省略する。以下、饋電線2−1,2−2,…を特に区別しないときには、単に饋電線2と記載する。
饋電線2−1は、変圧器3から、BT(Booster Transformer)饋電方式の単相交流の供給を受けて、鉄道車両6−1を動作させるものである。饋電線2−1は、電流計4−1を介して変圧器3に接続され、電力変換器1の一方の端子に接続され、鉄道車両6−1のパンタグラフを介して電力を遣り取りする。電流計4−1を介して饋電線2−1の方向に流れる電流は、供給電流I1aである。饋電線2−1に印加されている電圧は、電圧V1である。饋電線2−1に供給される電力は、供給電力P1aである、饋電線2−1から電力変換器1に融通される電力は、融通電力P1cである。
変圧器3は、一端が図示しない三相交流系統に接続され、第1の他端が電流計4−1を介して饋電線2−1に接続され、第2の他端が電流計4−2を介して饋電線2−2に接続されている。ここで、電力変換器1は、図示しない三相交流系統から供給される電力量を最小化することにより、饋電線2−1,2−2の電力コストを最小化することができる。変圧器3は、例えばスコット結線変圧器であり、三相交流系統の電圧を、所定電圧の単相交流に変換して、饋電線2−1と饋電線2−2とに供給するものである。
電流計4−1は、一端が変圧器3に接続され、他端が饋電線2−1に接続され、センサ出力が通信線を介して電力制御部11に接続されている。電流計4−1は、饋電線2−1に供給される供給電流I1aを計測して出力するものである。電流計4−2は、電流計4−1と同様である。以下、電流計4−1,4−2,…を特に区別しないときには、単に電流計4と記載する。
電圧計5−1は、一端が饋電線2−1に接続され、センサ出力が通信線を介して電力制御部11に接続されている。電圧計5−1は、饋電線2−1に印加されている電圧V1を計測して出力するものである。ここで電圧V1は、単相交流の電圧の実効値である。電圧計5−2は、電圧計5−1と同様である。以下、電圧計5−1,5−2,…を特に区別しないときには、単に電圧計5と記載する。
鉄道車両6−1は、電化された鉄道路線上を運行する車両である。この鉄道車両6−1は、加速の際にはモータを駆動源として用いて電力を消費し、減速の際にはモータを発電機として用いて制動を掛け、併せて運動エネルギから電力を回生するものである。鉄道車両6−1が消費する電力は、消費/回生電力P1bである。なお、饋電線2−1には、複数の車両が運行していると考えられるが、ここでは、複数の車両をモデル化して鉄道車両6−1とし、これら複数の車両の電力の総和を、消費/回生電力P1bとする。消費/回生電力P1bが正のとき、鉄道車両6−1は消費電流を流し、かつ電力を消費している。消費/回生電力P1bが負のとき、鉄道車両6−1は回生電流を流し、かつ、電力を回生している。鉄道車両6−2も、鉄道車両6−1と同様である。以下、鉄道車両6−1,6−2,…などを特に区別しないときには、単に鉄道車両6と記載する。
電力変換器1は、電圧計5−1のセンサ出力が接続され、電流計4−1のセンサ出力が接続されている。これにより、電力変換器1は、饋電線2−1の電圧V1と、饋電線2−1への供給電流I1aとを計測でき、供給電力P1aを算出できる。同様に電力変換器1は、電圧計5−2のセンサ出力が接続され、電流計4−2のセンサ出力が接続されている。これにより、電力変換器1は、饋電線2−2の電圧V2と、饋電線2−2への供給電流I2aとを計測でき、供給電力P2aを算出できる。
電力変換器1は、電力制御部11と、融通電流I1cを計測する電流計12−1と、変圧器13−1と、電力を相互に変換する電力変換ユニット14−1と、融通電流I2cを計測する電流計12−2と、変圧器13−2と、電力を相互に変換する電力変換ユニット14−2と、直流部電圧Vdcを計測する電圧計15と、二次電池16と、直流エネルギ融通部17とを備えている。
電力制御部11は、第1の出力端子が通信線を介して電力変換ユニット14−1に接続されて制御信号C1を出力し、第2の出力端子が通信線を介して電力変換ユニット14−2に接続されて制御信号C2を出力する。電力制御部11は、制御信号C1により電力変換ユニット14−1を制御し、制御信号C2により電力変換ユニット14−2を制御することにより、饋電線2−1,2−2間で電力を融通すると共に、融通できなかった余剰エネルギを二次電池16に蓄えるものである。
電流計12−1は、一端が饋電線2−1に接続され、他端が変圧器13−1に接続され、センサ出力端子が通信線を介して電力制御部11に接続されている。電流計12−1は、饋電線2−1から変圧器13−1に流れる融通電流I1cを計測し、計測した電流値を通信線を介して電力制御部11に送信するものである。電流計12−2は、電流計12−1と同様である。以下、電流計12−1,12−2を特に区別しないときには、単に電流計12と記載する。
変圧器13−1は、一端が電流計12−1を介して饋電線2−1に接続され、他端が電力変換ユニット14−1に接続されている。変圧器13−1は、饋電線2−1の電圧V1を、電力変換ユニット14−1により電力変換可能な所定の電圧に変換するものである。変圧器13−2は、変圧器13−1と同様である。以下、変圧器13−1,13−2,…を特に区別しないときには、単に変圧器13と記載する。なお、変圧器13−1は、必須の構成要件ではなく、電力変換ユニット14−1と饋電線2−1とが、直接に接続された構成であってもよい。このとき、電流計12−1は、饋電線2−1から電力変換ユニット14−1に流れる電流を計測し、計測した電流値を通信線を介して電力制御部11に送信する。
電力変換ユニット14−1は、例えば単相3レベル変換器であり、一端が変圧器13−1に接続され、他端が直流エネルギ融通部17に接続され、制御端子が通信線を介して電力制御部11に接続されている。以下、電力変換ユニット14−1,14−2,…を特に区別しないときには、単に電力変換ユニット14と記載する。
電力制御部11は、饋電線2−1に回生電流が流れ、回生電力が発生しているとき(消費/回生電力P1bが負のとき)、この回生電力を饋電線2−2に融通するように、電力変換ユニット14−1に指令する。
電力制御部11は、二次電池16のSOC(充電量)が所定条件を満たすならば、各饋電線2の消費/回生電力の総和に応じたエネルギを二次電池に入出力するように直流部電圧Vdcを決定し、二次電池16のSOC(充電量)が所定条件を満たさないならば、二次電池16にエネルギを入出力しないように直流部電圧Vdcを決定し、電力変換ユニット14−1に指令する。
電力制御部11は、饋電線2−2に回生電力が発生しているとき(消費/回生電力P2bが負のとき)、この回生電力を饋電線2−1に融通するように、電力変換ユニット14−2に指令する。
電力制御部11は、二次電池16のSOC(充電量)が所定条件を満たすならば、各饋電線2の消費/回生電力の総和に応じたエネルギを二次電池に入出力するように融通電流I2cを決定し、二次電池16のSOC(充電量)が所定条件を満たさないならば、二次電池16にエネルギを入出力しないように融通電流I2cを決定し、電力変換ユニット14−2に指令する。
電圧計15は、一端が直流エネルギ融通部17に接続され、センサ出力端子が通信線を介して電力制御部11に接続されている。電圧計15は、直流エネルギ融通部17に印加されている直流部電圧Vdcを計測し、計測した電圧値を通信線を介して電力制御部11に送信するものである。
二次電池16は、直流エネルギ融通部17に接続され、SOC(State Of Charge)出力端子が通信線を介して電力制御部11に接続されている。二次電池16は、饋電線2−1の消費/回生電力P1bと、饋電線2−1の消費/回生電力P2bとの総和に応じた余剰エネルギを入出力するものである。二次電池16は更に、電力制御部11に、当該電池のSOC(充電量)の情報を出力する。
直流エネルギ融通部17は、電力変換ユニット14−1の直流側と電力変換ユニット14−2の直流側に接続され、更に二次電池16に接続されて、この二次電池16を備えている。直流エネルギ融通部17は、電力変換ユニット14−1,14−2および二次電池16の間で、相互にエネルギを融通するものである。
電力変換ユニット14−1から直流エネルギ融通部17には、電流I1dが流れる。
電力変換ユニット14−2から直流エネルギ融通部17には、電流I2dが流れる。
直流エネルギ融通部17から二次電池16には、充電/放電電流I0が流れる。充電/放電電流I0が正のとき、二次電池16に充電される。充電/放電電流I0が負のとき、二次電池16から放電される。
図2は、第1の実施形態に於ける電力変換器の詳細を示す図である。
直流エネルギ融通部17は、接地された中点17Cと、正の直流電圧が印加されている正点17Pと、負の直流電圧が印加されている負点17Nとを備えている。正点17Pには、電圧計15−1が接続されている。負点17Nには、電圧計15−2が接続されている。
電圧計15−1は、一端が直流エネルギ融通部17の正点17Pに接続されている。電圧計15−1は、正点17Pに印加されている正点電圧Vdcpを計測するものである。電圧計15−2は、一端が直流エネルギ融通部17の負点17Nに接続されている。電圧計15−2は、負点17Nに印加されている負点電圧Vdcnを計測するものである。電力制御部11(図1参照)は、電圧計15−1が計測した正点電圧Vdcpと、電圧計15−2が計測した負点電圧Vdcnとを加算して、直流部電圧Vdcを算出する。
二次電池16は、電池ユニット161−1〜161−6と、二次電池制御部162と、スイッチ回路163−1〜163−6とを備えている。以下、電池ユニット161−1〜161−6を特に区別しないときには、単に電池ユニット161と記載する。スイッチ回路163−1〜163−6を特に区別しないときには、単にスイッチ回路163と記載する。
電池ユニット161−1〜161−3は、スイッチ回路163−1〜163−3を介して中点17Cと正点17Pとの間に接続されており、正点電圧Vdcpが印加されている。電池ユニット161−4〜161−6は、スイッチ回路163−4〜163−6を介して負点17Nと中点17Cとの間に接続されており、負点電圧Vdcnが印加されている。正点電圧Vdcpと、負点電圧Vdcnとは、直流部電圧Vdcのほぼ半分である。これにより、二次電池16は、耐圧特性を直流部電圧Vdcの半分とすることができる。
二次電池制御部162は、スイッチ回路163−1〜163−6の制御端子に接続されて、これらスイッチ回路163−1〜163−6のオンとオフとを切り替える。
電池ユニット161−3は、スイッチ回路163−3を介して中点17Cと正点17Pとの間に接続されている。電池ユニット161−2は、スイッチ回路163−2,163−3を介して中点17Cと正点17Pとの間に接続されている。電池ユニット161−1は、スイッチ回路163−1〜163−3を介して中点17Cと正点17Pとの間に接続されている。電池ユニット161−4〜161−6と、スイッチ回路163−4〜163−6も同様に構成されている。これにより、二次電池制御部162は、電池ユニット161毎に直流エネルギ融通部17から切り離すことができるので、電池ユニット161の故障時には、これを容易に交換することができる。
二次電池制御部162は更に、図示しない各種センサにより各電池ユニット161の出力電圧、出力電流、温度などを測定してSOC(充電量)の情報を算出し、電力制御部11(図1参照)に出力している。
図3は、二次電池の充電特性を示すグラフである。
グラフの横軸は、二次電池16のSOC(充電量)を示している。グラフの縦軸は、二次電池16の電圧Vを示している。二次電池制御部162は、各電池ユニット161の出力電圧と、当該グラフの特性により、各電池ユニット161のSOC(充電量)と二次電池16のSOC(充電量)とを算出し、電力制御部11(図1参照)に出力する。
二次電池16の充電量−電圧特性は、30%から70%の間で、ほぼ線形である。SOCが30%のとき、二次電池16は電圧Vminを出力する。SOCが70%のとき、二次電池16は電圧Vmaxを出力する。目標SOCのとき、二次電池16は電圧Vtを出力する。第1の実施形態の電力制御部11は、二次電池16のSOCが、少なくとも30%から70%の範囲になるように制御している。しかし、これに限られず、任意のSOCの範囲になるように制御してもよい。
第1の実施形態の電力制御部11は更に、二次電池16に充分な充電余力と放電余力を持たせると共に、各電池ユニット161の寿命を長くするため、目標SOCを約50%に設定している。
図4は、第1の実施形態に於ける電力制御部の論理構成を示す図である。
電力制御部11は、電力算出部111−1,111−2と、電流算出部112と、電池特性算出部113と、加減算器114−1,114−2と、比例積分制御器115−1,115−2と、瞬時値制御部116−1,116−2とを備えている。電力制御部11には、饋電線2−1に係る供給電流I1a、融通電流I1c、電圧V1と、饋電線2−2に係る供給電流I2a、融通電流I2c、電圧V2と、二次電池16のSOC(充電量)と、直流エネルギ融通部17に印加されている直流部電圧Vdcとが入力され、これらに基づいて制御信号C1,C2が出力される。以下、電力算出部111−1,111−2,…を特に区別しないときには、単に電力算出部111と記載する。瞬時値制御部116−1,116−2を特に区別しないときには、単に瞬時値制御部116と記載する。
鉄道車両6−1の消費/回生電力P1bは、饋電線2−1への供給電力P1aと融通電力P1cとの差である。電力算出部111−1は、饋電線2−1に係る供給電流I1a、融通電流I1c、電圧V1と、以下の(1)式に基づいて、鉄道車両6−1の消費/回生電力P1bを算出する。
Figure 2014117993
同様に、鉄道車両6−2の消費/回生電力P2bは、饋電線2−2への供給電力P2aと融通電力P2cとの差である。電力算出部111−2は、饋電線2−2に係る供給電流I2a、融通電流I2c、電圧V2と、以下の(2)式に基づいて、鉄道車両6−2の消費/回生電力P2bを算出する。
Figure 2014117993
電流算出部112は、消費/回生電力P1b,P2bの総和と、現在のSOC(充電量)とに基づいて、二次電池16へ充電するか、二次電池16から放電するか、または、二次電池16に充電と放電のいずれも行わないかを決定する。
なお、以下では、単純化のため、二次電池16の容量が無限大であり、充電/放電電力P0には、何ら制約が無いものと仮定する。このとき、供給電力P1a,P2aを最小化するように計算すると、充電/放電電力指令値P0*は、以下の(3)式のようになる。
実際には、二次電池16の充電/放電電力P0には、二次電池16の容量による制約があるため、(3)式に、何らかの制約条件を組み込むことが必要となる。
Figure 2014117993
電流算出部112は、消費/回生電力P1b,P2bの総和が正(消費電力が優勢)で、かつ、現在のSOCが目標SOCよりも高いならば、消費/回生電力P1b,P2bの総和の絶対値に応じたエネルギを二次電池16から放電する。二次電池16が蓄えたエネルギを有効に活用するためである。
電流算出部112は、消費/回生電力P1b,P2bの総和が正(消費電力が優勢)で、かつ、現在のSOCが目標SOC以下ならば、二次電池16に対して充電と放電のいずれも行わない。二次電池16を過放電状態にしないためである。
電流算出部112は、消費/回生電力P1b,P2bの総和が負(回生電力が優勢)または0で、かつ、現在のSOCが最大SOCよりも低いならば、消費/回生電力P1b,P2bの総和の絶対値に応じたエネルギを二次電池16に充電する。回生された電力を無駄にしないためである。
電流算出部112は、消費/回生電力P1b,P2bの総和が負(回生電力が優勢)または0で、かつ、現在のSOCが最大SOC以上ならば、二次電池16に対して充電と放電のいずれも行わない。二次電池16を過充電状態にしないためである。
二次電池16に充電または放電する場合、電流算出部112は、充電電流指令値I0*を、以下の(4)式に基づいて算出する。二次電池16に充電と放電のいずれも行わない場合、電流算出部112は、充電電流指令値I0*を0とする。
Figure 2014117993
電池特性算出部113は、二次電池16に充電電流指令値I0*に応じた電流が流れる場合の直流部電圧指令値Vdc*を算出するものである。
加減算器114−1は、直流部電圧指令値Vdc*から、現在の直流部電圧Vdcを減算するものである。比例積分制御器115−1は、加減算器114−1の出力結果に対して、比例積分制御を行うものである。これにより、加減算器114−1および比例積分制御器115−1は、直流部電圧Vdcを、直流部電圧指令値Vdc*に収束させることができる。
加減算器114−1および比例積分制御器115−1は、以下の(5)式に基づいて、直流部電圧指令値Vdcxを算出する。(5)式では、比例積分制御関数を、関数PI(Proportional Integral)として示している。
Figure 2014117993
瞬時値制御部116−1は、直流部電圧指令値Vdcxに基づいて、電力変換ユニット14−1への制御信号C1を生成する。電力変換ユニット14−1は、制御信号C1によって電力変換を行う。
電流算出部112は、消費/回生電力P1b,P2bに基づいて、饋電線2−1から直流エネルギ融通部17に融通する融通電力P1cと、饋電線2−2から直流エネルギ融通部17に融通する融通電力P2cとを決定する。
消費/回生電力P1bが正、かつ、消費/回生電力P2bが負の場合、または、消費/回生電力P1bが負、かつ、消費/回生電力P2bが正の場合には、消費/回生電力P1bの絶対値と、消費/回生電力P2bの絶対値のいずれか小さい方の電力を、電力を回生した饋電線2から、電力を消費している饋電線2に融通する。
電流算出部112は更に、二次電池16の充電/放電電力P0が0でないならば、消費/回生電力P1bの絶対値と、消費/回生電力P2bの絶対値のいずれか大きい方に係る饋電線2を判定し、この饋電線2からの融通電力に、充電/放電電力P0を加算する。これにより、電流算出部112は、融通電力指令値P1c*,P2c*を決定する。
電流算出部112は、決定した融通電力指令値P2c*と、電圧V2と、以下の(6)式に基づき、融通電流指令値I2c*を決定する。
Figure 2014117993
加減算器114−2は、融通電流指令値I2c*から、現在の融通電流I2cを減算するものである。比例積分制御器115−2は、加減算器114−2の出力結果に対して、比例積分制御を行うものである。これにより、加減算器114−2および比例積分制御器115−2は、融通電流I2cを、融通電流指令値I2c*に収束させることができる。
加減算器114−2および比例積分制御器115−2は、以下の(7)式に基づいて、融通電流指令値I2xを算出する。(7)式では、比例積分制御関数を、関数PIとして示している。
Figure 2014117993
瞬時値制御部116−2は、融通電流指令値I2xに基づいて、電力変換ユニット14−2への制御信号C2を生成する。電力変換ユニット14−2は、制御信号C2によって電力変換を行う。
以上のようにして、電力制御部11は、制御信号C1,C2を生成し、饋電線2−1,2−2間の電力を融通する。
図5(a),(b)は、第1の実施形態に於ける充放電量算出と融通量算出とを示す図である。
図5(a)は、充放電量算出の方法を示す図である。
消費/回生電力P1b,P2bの総和が正(消費電力が優勢)で、かつ、現在のSOCが目標SOCよりも高いならば、電力変換器1は、消費/回生電力P1b,P2bの総和に応じたエネルギを二次電池16から放電することを示している。二次電池16から放電する場合に充電/放電電力P0は負となる。すなわち、充電/放電電力P0は、前記(3)式で表される。
消費/回生電力P1b,P2bの総和が正(消費電力が優勢)で、かつ、現在のSOCが目標SOC以下ならば、電力変換器1は、二次電池16の充電も放電も行わない。すなわち、充電/放電電力P0は、0となる。
消費/回生電力P1b,P2bの総和が負(回生電力が優勢)または0で、かつ、現在のSOCが最大SOCよりも低いならば、電力変換器1は、消費/回生電力P1b,P2bの総和に(−1)を乗算した値に応じたエネルギを、二次電池16に充電することを示している。すなわち、充電/放電電力P0は、前記(3)式で表される。
消費/回生電力P1b,P2bの総和が負(回生電力が優勢)または0で、かつ、現在のSOCが最大SOC以上ならば、電力変換器1は、二次電池16の充電も放電も行わない。すなわち、充電/放電電力P0は、0となる。
図5(b)は、融通量算出の方法を示す図である。
消費/回生電力P1bが正(電力を消費)で、かつ、消費/回生電力P2bが正(電力を消費)ならば、饋電線2間の電力の融通は行われない。電力変換器1は、充電/放電電力P0に基づいて、融通電力P1c,P2cを決定する。図では、この場合を(*1)で示している。
消費/回生電力P1bが正(電力を消費)で、消費/回生電力P2bが負(電力を回生)または0で、かつ、P1bの絶対値よりもP2bの絶対値が小さいならば、電力変換器1は、饋電線2−2からの融通電力P2cを(−P2b)とし、饋電線2−1からの融通電力P1cを(P2b+P0)とする。
消費/回生電力P1bが正(電力を消費)で、消費/回生電力P2bが負(電力を回生)または0で、かつ、P2bの絶対値よりもP1bの絶対値が小さいか等しいならば、電力変換器1は、饋電線2−1からの融通電力P1cを(−P1b)とし、饋電線2−1からの融通電力P1cを(P1b+P0)とする。
消費/回生電力P1bが負(電力を回生)または0で、消費/回生電力P2bが正(電力を消費)で、かつ、P1bの絶対値よりもP2bの絶対値が小さいならば、電力変換器1は、饋電線2−2からの融通電力P2cを(−P2b)とし、饋電線2−1からの融通電力P1cを(P2b+P0)とする。
消費/回生電力P1bが負(電力を回生)または0で、消費/回生電力P2bが正(電力を消費)で、かつ、P2bの絶対値よりもP1bの絶対値が小さいか等しいならば、電力変換器1は、饋電線2−1からの融通電力P1cを(−P1b)とし、饋電線2−1からの融通電力P1cを(P1b+P0)とする。
消費/回生電力P1bが負(電力を回生)または0で、かつ、消費/回生電力P2bが負(電力を回生)または0ならば、饋電線2間の電力の融通は行われない。電力変換器1は、充電/放電電力P0に基づいて、融通電力P1c,P2cを決定する。図では、この場合を(*2)で示している。
(第1の実施形態の効果)
以上説明した第1の実施形態では、次の(A)〜(E)のような効果がある。
(A) 2つの饋電線2間で、鉄道車両6が電力を回生している饋電線2から、その回生電力を消費側の饋電線2に融通して活用すると共に、融通できなかった電力を二次電池16に蓄えている。これにより、各饋電線2が再び電力を消費しはじめた場合に、二次電池16に蓄えた電力を有効に利用することができる。
(B) 二次電池16のSOC(充電量)が所定条件を満たさないならば、二次電池16への充電/放電を行わないように、直流エネルギ融通部17の直流部電圧Vdcを決定している。これにより、二次電池16と直流エネルギ融通部17との間にスイッチなどを設けること無しに、この二次電池16が所定の充電量となるように制御することができる。
(C) 電力制御部11は、2つの饋電線2−1,2−2の消費/回生電力の総和に応じたエネルギを、二次電池16に入出力するように、直流エネルギ融通部17の直流部電圧Vdcを決定している。これにより、直流エネルギ融通部17との間に電圧変換回路などを設けることなく、饋電線2−1,2−2間で融通できなかった電力を二次電池16に蓄え、この蓄えた電力を利用することができる。
(D) 電池ユニット161−1〜161−3は、中点17Cと正点17Pとの間に接続されている。電池ユニット161−4〜161−6は、中点17Cと負点17Nとの間に接続されている。各電池ユニット161には、直流部電圧Vdcの半分の電圧が印加される。これにより、各電池ユニット161には、直流部電圧Vdcの半分の耐圧のものを用いることができる。
(E) 各電池ユニット161は、スイッチ回路163によって直流エネルギ融通部17から切り離せるように構成されている。これにより、各電池ユニット161の故障の際に容易に交換可能となり、電力変換器1のメンテナンス性を向上させることができる。
(第2の実施形態)
図6は、第2の実施形態に於ける電力変換器1を示す概略の構成図である。図1に示す第1の実施形態の電力変換器1と同一の要素には同一の符号を付与している。
第2の実施形態の電力変換器1Aは、第1の実施形態の電力変換器1と同様に、饋電線2−1,2−2が接続されており、更に饋電線2−3(第3饋電線)が接続されて、これら饋電線2−1〜2−3の間で相互に電力を変換して融通するものである。
饋電線2−1は、第1の実施形態の饋電線2−1(図1参照)とは異なり、変圧器3−1によって単相交流が供給されている。変圧器3−1は、一端が図示しない三相交流系統に接続され、他端が電流計4−1を介して饋電線2−1に接続されている。それ以外の構成は、第1の実施形態の饋電線2−1(図1参照)と同様である。
饋電線2−2,2−3は、饋電線2−1と同様に構成されている。
電力変換器1Aは、第1の実施形態の電力変換器1(図1参照)に加えて更に、融通電流I3cを計測する電流計12−3と、変圧器13−3と、電力を相互に変換する電力変換ユニット14−3とを備え、電力変換器1Aは更に、第1の実施形態の電力制御部11(図1参照)とは異なる電力制御部11Aを備えている。
電流計12−3は、電流計12−1,12−2(図1参照)と同様である。
変圧器13−3は、変圧器13−1,13−2(図1参照)と同様である。
電力変換ユニット14−3は、電力変換ユニット14−1,14−2(図1参照)と同様であり、制御信号C3によって制御されて、直流エネルギ融通部17に電流I3dを流す。
なお、これに限られず、電力変換器1Aには、4系統以上の饋電線2が接続されていてもよく、更に、二次電池16が接続されていなくてもよい。
図7は、第2の実施形態に於ける電力制御部11Aの論理構成を示す図である。図4に示す第1の実施形態の電力制御部11と同一の要素には同一の符号を付与している。
電力制御部11Aは、第1の実施形態の電力制御部11に加えて更に、電力算出部111−3と、加減算器114−3と、比例積分制御器115−3と、瞬時値制御部116−3とを備えている。
電力制御部11Aには、饋電線2−1に係る供給電流I1a、融通電流I1c、電圧V1と、饋電線2−2に係る供給電流I2a、融通電流I2c、電圧V2と、饋電線2−3に係る供給電流I3a、融通電流I3c、電圧V3と、二次電池16のSOC(充電量)と、直流エネルギ融通部17に印加されている直流部電圧Vdcとが入力され、これらに基づいて制御信号C1,C2,C3が出力される。
制御信号C3の算出方法は、第1の実施形態の制御信号C2の算出方法(図4参照)と同様である。
図8(a),(b)は、第2の実施形態に於ける充放電量算出と融通量算出とを示す図である。
図8(a)は、充放電量算出の方法を示す図である。
消費/回生電力P1b〜P3bの総和が正(消費電力が優勢)で、かつ、現在のSOCが目標SOCよりも高いならば、電力変換器1は、消費/回生電力P1b〜P3bの総和に応じたエネルギを二次電池16から放電することを示している。
消費/回生電力P1b〜P3bの総和が正(消費電力が優勢)で、かつ、現在のSOCが目標SOC以下ならば、電力変換器1は、二次電池16の充電も放電も行わない。すなわち、充電/放電電力P0は、0となる。
消費/回生電力P1b〜P3bの総和が負(回生電力が優勢)または0で、かつ、現在のSOCが最大SOCよりも低いならば、電力変換器1は、消費/回生電力P1b〜P3bの総和に(−1)を乗算した値に応じたエネルギを、二次電池16に充電することを示している。
消費/回生電力P1b〜P3bの総和が負(回生電力が優勢)または0で、かつ、現在のSOCが最大SOC以上ならば、電力変換器1は、二次電池16の充電も放電も行わない。すなわち、充電/放電電力P0は、0となる。
図8(b)は、融通量算出の方法を示す図である。
消費/回生電力P1b〜P3bが全て正(電力消費)ならば、饋電線2間の電力の融通は行われない。電力変換器1は、充電/放電電力P0に基づいて、融通電力P1c〜P3cを決定する。図では、この場合を(*3)で示している。
消費/回生電力P1b〜P3bのいずれかが正(電力消費)で、その他が負(電力回生)または0で、かつ、消費電力の総和の絶対値よりも回生電力の総和の絶対値の方が大きいか等しいならば、電力変換器1は、回生電力に係る各饋電線2から、消費電力に係る全ての饋電線2に対して、その消費電力を融通する。電力変換器1は更に、充電/放電電力P0に応じて、回生電力に係る各饋電線2から電力を融通して、二次電池16を充電する。図では、この場合を、(P0依存)と記載している。
消費/回生電力P1b〜P3bのいずれかが正(電力消費)で、その他が負(電力回生)または0で、かつ、消費電力の総和の絶対値よりも回生電力の総和の絶対値の方が小さいならば、電力変換器1は、回生電力が生じている全ての饋電線2から、その回生電力を、消費電力に係る各饋電線2に対して融通する。電力変換器1は更に、充電/放電電力P0に応じて、二次電池16から、消費電力に係る各饋電線2に対して電力を融通する。図では、この場合を、(P0依存)と記載している。
消費/回生電力P1b〜P3bの全てが負(電力回生)または0ならば、饋電線2間の電力の融通は行われない。電力変換器1は、充電/放電電力P0に基づいて、融通電力P1c〜P3cを決定する。図では、この場合を(*6)で示している。
(第2の実施形態の効果)
以上説明した第2の実施形態では、次の(F)〜(H)のような効果がある。
(F) 電力変換器1Aは、少なくとも3系統の饋電線2−1〜2−3の間で、回生電力を相互に融通している。よって、複数の饋電線2で同時に回生電力が発生して二次電池に充電しなければならなくなる場合が減少し、二次電池が小容量の場合、または、二次電池を有さない場合でも、饋電線2に生じる回生電力を有効に活用することができる。
(G) 電力制御部11Aは、消費電力が生じている饋電線2の電力総和の絶対値と、回生電力が生じている饋電線2の電力総和の絶対値とを比較して、その絶対値の小さい方を電力の融通量としている。これにより、3系統以上の饋電線2が接続されている場合であっても、容易に電力の融通量を算出することができる。
(H) 電力変換ユニット14は、1台が直流エネルギ融通部17の直流部電圧Vdcを決定し、それ以外の電力変換ユニット14が、各饋電線2との間で融通する電流を決定している。これにより、3系統以上の饋電線2が接続されている場合であっても、二次電池16から所望の充電/放電電力を入出力できるように、直流部電圧Vdcを決定し、かつ、各饋電線2の間で、所望の電力を融通することができる。
(第3の実施形態)
図9は、第3の実施形態に於ける電力変換器1Bを示す概略の構成図である。図6に示す第2の実施形態の電力変換器1Aと同一の構成には同一の符号を付与している。
第3の実施形態の電力変換器1Bは、第2の実施形態の電力変換器1A(図6参照)に加えて、運行指令装置7が接続され、第2の実施形態の電力制御部11A(図6、図7参照)とは異なる電力制御部11Bを備えている。
運行指令装置7は、鉄道車両6−1〜6−3に、図示しないケーブルなどで通信可能に接続されている。運行指令装置7は、各鉄道車両6−1〜6−3の運行を指令すると共に、これらの運行情報を取得して管理するものである。運行指令装置7は、電力変換器1Bの電力制御部11Bに、各鉄道車両6−1〜6−3の運行情報を出力する。ここで運行情報とは、運行のダイアグラムや、各鉄道車両6−1〜6−3の現在の速度や操作情報(加速指示中または減速指示中)などである。
図10は、第3の実施形態に於ける電力制御部11Bの論理構成を示す図である。図7に示す第2の実施形態の電力制御部11Aと同一の要素には、同一の符号を付与している。
第3の実施形態の電力制御部11Bは、第2の実施形態の電力制御部11A(図7参照)に加えて更に、目標SOC算出部117を備えている。
目標SOC算出部117は、運行情報に基づいて、目標SOCを算出するものである。目標SOC算出部117は、例えば、各鉄道車両6−1〜6−3の現在の速度がそれぞれ所定値を超えており、減速による回生電力が発生する蓋然性が高いときには、回生電力を二次電池16に充電しやすくするため、目標SOCを減少させる。目標SOC算出部117は更に、各鉄道車両6−1〜6−3が停止しており、加速による消費電力が発生する蓋然性が高いときには、二次電池16から消費電力を融通(放電)しやすくするため、目標SOCを増加させる。
しかし、これに限られず、目標SOC算出部117は、運行ダイアグラムから、各饋電線2上で動作する鉄道車両6の数が少ないことを検知したならば、回生電力が消費電力によって打ち消される蓋然性が低くなると判断し、目標SOCを増加させてもよい。
図11は、第3の実施形態に於ける鉄道路線と饋電線2との関係を示す図である。
電力変換器1Bは、U駅からO駅までの鉄道路線に係る饋電線2−1と、O駅からF駅までの鉄道路線に係る饋電線2−2と、O駅からM駅までの鉄道路線に係る饋電線2−3とに接続されて、これら3系統の饋電線2−1〜2−3の間で、回生電力を相互に融通している。電力変換器1Bには、運行指令装置7が接続され、この運行指令装置7によって、最も適切な目標SOCになるように調整している。
(第3の実施形態の効果)
以上説明した第3の実施形態では、次の(I)のような効果がある。
(I) 目標SOC算出部117は、運行指令情報に基づいて、回生電力の発生の蓋然性を予測して、目標SOCを増加または減少している。これにより、回生電力を二次電池16に対して、更に多く充電することができる。
(変形例)
本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば上記した実施形態は、本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。また、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることも可能である。
上記の各構成、機能、処理部、処理手段などは、それらの一部または全部を、例えば集積回路などのハードウェアで実現してもよい。上記の各構成、機能などは、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈して実行することにより、ソフトウェアで実現してもよい。各機能を実現するプログラム、テーブル、ファイルなどの情報は、メモリ、ハードディスク、SSD(Solid State Drive)などの記録装置、または、ICカード、SDカード、DVD(Digital Versatile Disk)などの記録媒体に置くことができる。
各実施形態に於いて、制御線や情報線は、説明上必要と考えられるものを示しており、製品上必ずしも全ての制御線や情報線を示しているとは限らない。実際には、殆ど全ての構成が相互に接続されていると考えてもよい。
本発明の変形例として、例えば、次の(a)〜(c)のようなものがある。
(a) 第1〜第3の実施形態の饋電線2には、BT饋電方式の単相交流が流れている。しかし、これに限られず、饋電線2には、直流饋電方式、AT(Auto Transformer)饋電方式などが流れていてもよい。また、饋電線2は、同軸ケーブル饋電方式で電力を供給してもよい。
(b) 第1の実施形態の電力変換器1は、更に、饋電線2−1,2−2の間の電力不平衡を抑制するように電力を融通してもよい。
(c) 第1〜第3の実施形態の饋電線2は、鉄道車両6に電力を供給している。しかし、これに限られず、饋電線2は、トロリーバス、電気自動車、モノレール、ケーブルカー、ロープウェイなどに電力を供給してもよい。
1,1A,1B 電力変換器
11,11A,11B 電力制御部
111−1〜111−3 電力算出部
112 電流算出部
113 電池特性算出部
116−1〜116−3 瞬時値制御部
117 目標SOC算出部
12−1〜12−3 電流計
13−1〜13−3 変圧器
14−1〜14−3 電力変換ユニット
15−1,15−2 電圧計
16 二次電池
161−1〜161−6 電池ユニット
162 二次電池制御部
163−1〜163−6 スイッチ回路
17 直流エネルギ融通部
17P 正点
17C 中点
17N 負点
2−1〜2−3 饋電線
3,3−1〜3−3 変圧器
4−1〜4−3 電流計
5−1〜5−3 電圧計
6−1〜6−3 鉄道車両
7 運行指令装置
P0 充電/放電電力
P1a〜P3a 供給電力
P1b〜P3b 消費/回生電力
P1c〜P3c 融通電力
I0 充電/放電電流
I1a〜I3a 供給電流
I1c〜I3c 融通電流
I1d〜I3d 電流
Vdc 直流部電圧
SOC 充電量
V1〜V3 電圧
C1〜C3 制御信号

Claims (13)

  1. それぞれ異なる饋電線に接続される複数の電力変換ユニットと、
    複数の前記電力変換ユニットに接続されると共に、二次電池に接続される直流エネルギ融通部と、
    前記饋電線のうち回生電流が流れる回生側の饋電線に接続されている回生側の電力変換ユニット、および、前記饋電線のうち消費電流が流れる消費側の饋電線に接続されている消費側の電力変換ユニットに対して指令し、前記直流エネルギ融通部を介して前記回生側の饋電線から前記消費側の饋電線に電力を出力し、かつ、前記回生側の饋電線の回生電力および前記消費側の饋電線の消費電力の総和に応じたエネルギを前記二次電池に入出力するように前記直流エネルギ融通部の電圧を決定する電力制御部と、
    を備えることを特徴とする電力変換器。
  2. 前記直流エネルギ融通部は、電圧を計測する手段を備え、計測した電圧値を前記電力制御部に送信する通信線が接続されている、
    ことを特徴とする請求項1に記載の電力変換器。
  3. 複数の前記電力変換ユニットは、自身が接続されている前記饋電線から流れる電流を計測する手段を備え、計測した電流値を前記電力制御部に送信する通信線と、前記電力制御部が指令した制御値を受信する通信線とが接続されている、
    ことを特徴とする請求項1に記載の電力変換器。
  4. 前記電力制御部は、前記二次電池の充電量が所定条件を満たさないならば、前記回生電力および前記消費電力の総和に応じたエネルギを前記二次電池に入出力しないように前記直流エネルギ融通部の電圧を決定する、
    ことを特徴とする請求項1に記載の電力変換器。
  5. 前記電力制御部は、
    前記回生側の饋電線の前記回生電力の絶対値の総和が前記消費側の饋電線の前記消費電力の絶対値の総和よりも大きく、かつ、前記二次電池の充電量が最大の充電量未満ならば、前記二次電池にエネルギを入力するように前記直流エネルギ融通部の電圧を決定し、
    前記回生電力の絶対値の総和が前記消費電力の絶対値の総和よりも小さく、かつ、前記二次電池の充電量が目標の充電量以上ならば、前記二次電池からエネルギを出力するように前記直流エネルギ融通部の電圧を決定する、
    ことを特徴とする請求項1に記載の電力変換器。
  6. 前記二次電池の充電量を検知する二次電池制御部、
    を更に備えることを特徴とする請求項1ないし請求項5のいずれか1項に記載の電力変換器。
  7. 前記電力制御部は更に、前記二次電池制御部が検知した充電量が所定条件を満たすならば、複数の前記饋電線の前記回生電力および前記消費電力の総和に応じたエネルギを、前記二次電池から入出力するように各前記電力変換ユニットを制御する、
    ことを特徴とする請求項6に記載の電力変換器。
  8. 前記二次電池は、
    各電池モジュールが直列接続して構成された電池ユニットが、複数並列接続されて構成される、
    ことを特徴とする請求項6に記載の電力変換器。
  9. 前記直流エネルギ融通部は、接地された中点、正の直流電圧が印加されている正点、および、負の直流電圧が印加されている負点を備え、
    複数の前記電池ユニットは、前記中点と前記正点との間、および、前記負点と前記中点との間に、それぞれ接続されている、
    ことを特徴とする請求項8に記載の電力変換器。
  10. 前記二次電池は、
    前記二次電池制御部によって制御され、前記電池ユニット毎に前記直流エネルギ融通部から切り離すことが可能なスイッチ回路を備える、
    ことを特徴とする請求項8に記載の電力変換器。
  11. 前記電力制御部は更に、複数の前記饋電線の電力で駆動される車両の運行情報を取得して、目標とする前記二次電池の充電量を調整する、
    ことを特徴とする請求項8に記載の電力変換器。
  12. それぞれ異なる饋電線に接続される複数の電力変換ユニットと、
    複数の前記電力変換ユニットに接続された直流エネルギ融通部と、
    前記饋電線のうち回生電流が流れる回生側の饋電線に接続されている回生側の電力変換ユニットと、前記饋電線のうち消費電流が流れる消費側の饋電線に接続されている消費側の電力変換ユニットに対して指令し、前記直流エネルギ融通部を介して前記回生側の饋電線から前記消費側の饋電線に電力を出力させる電力制御部と、
    を備えることを特徴とする電力変換器。
  13. それぞれ異なる饋電線に接続される複数の電力変換ユニットと、
    複数の前記電力変換ユニットに接続されると共に、二次電池に接続された直流エネルギ融通部と、
    電力制御部と、
    を備える電力変換器であって、
    前記電力制御部は、
    前記饋電線のうち回生電流が流れる回生側の饋電線に接続されている回生側の電力変換ユニットと、前記饋電線のうち消費電流が流れる消費側の饋電線に接続されている消費側の電力変換ユニットに対して指令し、前記直流エネルギ融通部を介して前記回生側の饋電線から前記消費側の饋電線に電力を出力し、かつ、前記回生側の饋電線の回生電力および前記消費側の饋電線の消費電力の総和に応じたエネルギを前記二次電池に入出力するように前記直流エネルギ融通部の電圧を決定する、
    ことを特徴とする電力変換器の電力変換方法。
JP2012273156A 2012-12-14 2012-12-14 電力変換器および電力変換器の制御方法 Active JP6081178B2 (ja)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2012273156A JP6081178B2 (ja) 2012-12-14 2012-12-14 電力変換器および電力変換器の制御方法
DE102013019420.2A DE102013019420B4 (de) 2012-12-14 2013-11-20 Umrichter und Steuerungsverfahren für diesen
GB201320740A GB2510238B8 (en) 2012-12-14 2013-11-25 Power converter and its control method
US14/096,294 US20140167701A1 (en) 2012-12-14 2013-12-04 Power Converter and its Control Method

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2012273156A JP6081178B2 (ja) 2012-12-14 2012-12-14 電力変換器および電力変換器の制御方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2014117993A true JP2014117993A (ja) 2014-06-30
JP6081178B2 JP6081178B2 (ja) 2017-02-15

Family

ID=49918134

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2012273156A Active JP6081178B2 (ja) 2012-12-14 2012-12-14 電力変換器および電力変換器の制御方法

Country Status (4)

Country Link
US (1) US20140167701A1 (ja)
JP (1) JP6081178B2 (ja)
DE (1) DE102013019420B4 (ja)
GB (1) GB2510238B8 (ja)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015157607A (ja) * 2014-02-25 2015-09-03 株式会社東芝 蓄電池装置および蓄電池装置の制御方法
JP2016049817A (ja) * 2014-08-29 2016-04-11 株式会社日立製作所 き電システム
WO2016104104A1 (ja) * 2014-12-26 2016-06-30 株式会社日立製作所 鉄道き電システム及び鉄道き電制御方法
JP2021084548A (ja) * 2019-11-28 2021-06-03 株式会社日立製作所 交流き電システム
JP2022094710A (ja) * 2020-12-15 2022-06-27 株式会社日立製作所 交流き電システム

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2014068815A1 (ja) * 2012-10-31 2014-05-08 株式会社 東芝 電力管理装置および電力管理システム
DE102017211355A1 (de) 2017-07-04 2019-01-10 Siemens Aktiengesellschaft Anordnung zum Ausgleich von Spannungseinbrüchen und System mit solch einer Anordnung
CN114362164B (zh) * 2022-01-12 2023-04-25 西南交通大学 一种级联并联式铁路能量路由调控方法

Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5023537A (en) * 1989-08-23 1991-06-11 Sundstrand Corporation Low frequency feeder fault protection
JP2006151093A (ja) * 2004-11-26 2006-06-15 Hitachi Ltd 電力貯蔵式き電線電圧補償装置及び方法
JP2007006568A (ja) * 2005-06-22 2007-01-11 Fujitsu Access Ltd 電源装置
US20070029975A1 (en) * 2005-07-19 2007-02-08 Linear Technology Corporation Power manager and power managing method for battery-powered application
JP2008228449A (ja) * 2007-03-13 2008-09-25 Fuji Electric Systems Co Ltd 電池の充放電回路スイッチ制御方式
JP2008247176A (ja) * 2007-03-30 2008-10-16 Railway Technical Res Inst き電回路共振抑制装置
JP2009067206A (ja) * 2007-09-12 2009-04-02 Toshiba Corp 電力蓄積装置
US20100244781A1 (en) * 2009-01-14 2010-09-30 Quentin Wayne Kramer Cell management system
JP2010221888A (ja) * 2009-03-24 2010-10-07 Kawasaki Heavy Ind Ltd 交流き電装置
JP2011016399A (ja) * 2009-07-07 2011-01-27 Kawasaki Heavy Ind Ltd き電システム用の電力調整装置
JP2012105407A (ja) * 2010-11-08 2012-05-31 Toshiba Corp 蓄電システム

Family Cites Families (29)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3663875A (en) * 1969-01-30 1972-05-16 Mitsubishi Electric Corp Control system for electric vehicles
US3558981A (en) * 1969-06-13 1971-01-26 Ite Imperial Corp Ground relay system for multiple substation protection
JPS602075A (ja) * 1983-06-15 1985-01-08 Mitsubishi Electric Corp エレベ−タの安全装置
US5280418A (en) * 1990-11-11 1994-01-18 Griffin Anthony J Voltage regulation in a railway power distribution system
US5568039A (en) * 1994-12-16 1996-10-22 Motorola, Inc. Apparatus and method of providing an initiation voltage to a rechargeable battery system
US5583415A (en) * 1994-12-27 1996-12-10 Motorola, Inc. Apparatus for simulating high battery temperature for rechargeble battery systems
US5898239A (en) * 1998-01-26 1999-04-27 Lockhead Martin Corp. Automatic electronic bypass power switch
JP3895496B2 (ja) * 1999-04-09 2007-03-22 富士通株式会社 充電制御回路及び充電装置並びに充電制御方法
JP2001289886A (ja) * 2000-04-03 2001-10-19 Sanyo Electric Co Ltd 電池電圧測定装置
JP3725015B2 (ja) * 2000-09-22 2005-12-07 山洋電気株式会社 無停電電源装置
DE50105088D1 (de) * 2001-02-16 2005-02-17 Siemens Ag Kraftfahrzeug-bordnetz
US6909942B2 (en) * 2002-02-25 2005-06-21 General Electric Company Method for power distribution system components identification, characterization and rating
JP4131395B2 (ja) * 2003-02-21 2008-08-13 株式会社デンソー 車両用回生制動装置
JP2005205970A (ja) 2004-01-21 2005-08-04 Fuji Electric Systems Co Ltd 電圧補償方法
US20060103350A1 (en) * 2004-11-12 2006-05-18 Akku Power Electronic Co., Ltd. [an equalizing-charge charger]
DE102005014285A1 (de) * 2005-03-24 2006-10-05 Siemens Ag Vorrichtung und Verfahren zum Ladungsausgleich von in Reihe angeordneten einzelnen Zellen eines Energiespeichers
US8026698B2 (en) * 2006-02-09 2011-09-27 Scheucher Karl F Scalable intelligent power supply system and method
JP4816128B2 (ja) * 2006-02-21 2011-11-16 株式会社デンソー 車両用発電制御装置
JP4337848B2 (ja) * 2006-07-10 2009-09-30 トヨタ自動車株式会社 電源システムおよびそれを備える車両、ならびに温度管理方法
US7825627B2 (en) * 2006-07-17 2010-11-02 O2Micro International Limited Monitoring battery cell voltage
US20080121136A1 (en) * 2006-11-28 2008-05-29 General Electric Company Hybrid locomotive and method of operating the same
US7598706B2 (en) * 2007-01-26 2009-10-06 General Electric Company Cell balancing battery pack and method of balancing the cells of a battery
US7787272B2 (en) * 2007-03-01 2010-08-31 Wisconsin Alumni Research Foundation Inverter based storage in dynamic distribution systems including distributed energy resources
US7920942B2 (en) * 2007-03-01 2011-04-05 Wisconsin Alumni Research Foundation Control of combined storage and generation in distributed energy resources
US7683575B2 (en) * 2007-07-18 2010-03-23 Tesla Motors, Inc. Method and apparatus for identifying and disconnecting short-circuited battery cells within a battery pack
JP4626828B2 (ja) * 2007-11-01 2011-02-09 本田技研工業株式会社 放電制御装置
JP2009159726A (ja) * 2007-12-26 2009-07-16 Honda Motor Co Ltd 放電制御装置
RU2465157C2 (ru) * 2008-02-29 2012-10-27 Кавасаки Дзукогио Кабусики Кайся Система электроснабжения электрической железной дороги
WO2010109840A1 (ja) 2009-03-24 2010-09-30 川崎重工業株式会社 き電システム用の電力調整装置

Patent Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5023537A (en) * 1989-08-23 1991-06-11 Sundstrand Corporation Low frequency feeder fault protection
JP2006151093A (ja) * 2004-11-26 2006-06-15 Hitachi Ltd 電力貯蔵式き電線電圧補償装置及び方法
JP2007006568A (ja) * 2005-06-22 2007-01-11 Fujitsu Access Ltd 電源装置
US20070029975A1 (en) * 2005-07-19 2007-02-08 Linear Technology Corporation Power manager and power managing method for battery-powered application
JP2008228449A (ja) * 2007-03-13 2008-09-25 Fuji Electric Systems Co Ltd 電池の充放電回路スイッチ制御方式
JP2008247176A (ja) * 2007-03-30 2008-10-16 Railway Technical Res Inst き電回路共振抑制装置
JP2009067206A (ja) * 2007-09-12 2009-04-02 Toshiba Corp 電力蓄積装置
US20100244781A1 (en) * 2009-01-14 2010-09-30 Quentin Wayne Kramer Cell management system
JP2010221888A (ja) * 2009-03-24 2010-10-07 Kawasaki Heavy Ind Ltd 交流き電装置
JP2011016399A (ja) * 2009-07-07 2011-01-27 Kawasaki Heavy Ind Ltd き電システム用の電力調整装置
JP2012105407A (ja) * 2010-11-08 2012-05-31 Toshiba Corp 蓄電システム

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015157607A (ja) * 2014-02-25 2015-09-03 株式会社東芝 蓄電池装置および蓄電池装置の制御方法
JP2016049817A (ja) * 2014-08-29 2016-04-11 株式会社日立製作所 き電システム
WO2016104104A1 (ja) * 2014-12-26 2016-06-30 株式会社日立製作所 鉄道き電システム及び鉄道き電制御方法
JP2021084548A (ja) * 2019-11-28 2021-06-03 株式会社日立製作所 交流き電システム
JP7386063B2 (ja) 2019-11-28 2023-11-24 株式会社日立製作所 交流き電システム
JP2022094710A (ja) * 2020-12-15 2022-06-27 株式会社日立製作所 交流き電システム
JP7438923B2 (ja) 2020-12-15 2024-02-27 株式会社日立製作所 交流き電システム

Also Published As

Publication number Publication date
GB2510238A (en) 2014-07-30
GB2510238B (en) 2015-03-18
DE102013019420B4 (de) 2018-09-13
GB2510238B8 (en) 2015-04-01
DE102013019420A1 (de) 2014-06-18
JP6081178B2 (ja) 2017-02-15
GB2510238A8 (en) 2015-04-01
GB201320740D0 (en) 2014-01-08
US20140167701A1 (en) 2014-06-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6081178B2 (ja) 電力変換器および電力変換器の制御方法
KR101560995B1 (ko) 철도 차량 시스템
WO2014132321A1 (ja) 電源装置
CN102123927B (zh) 在电梯电力系统中来自多个来源的电力的管理
US8314511B2 (en) Method and apparatus for allocating electricity from a distributor
JP5182310B2 (ja) 鉄道編成車両の駆動システム
RU2493090C2 (ru) Управление общим током и аккумулированием энергии в приводе лифта
CN103094631A (zh) 蓄电系统
JP2013023074A (ja) 鉄道き電システム
US9083194B2 (en) Battery charging system and train
EP3556604B1 (en) Station building power supply device
JP5398433B2 (ja) 電気鉄道用電力システム
CN105228852B (zh) 用于车辆的高压车载网络结构
JPWO2018003581A1 (ja) 電力貯蔵システム
KR101392581B1 (ko) 가선 교통 시스템의 해석 장치 및 해석 방법 및 그 프로그램을 저장한 기록 매체
CN115719968A (zh) 储能系统及其控制方法
WO2015136682A1 (ja) 蓄電システム
JP7059627B2 (ja) 鉄道用電力貯蔵装置
JP5952174B2 (ja) 移動体の電力管理システム
JP2021104791A (ja) 高電圧直流き電システム、電力変換装置及び高電圧直流き電方法
JP6703913B2 (ja) 蓄電装置
RU153541U1 (ru) Электрическая система тягового агрегата
GB2525279A (en) Railway vehicle driving device
JP7059626B2 (ja) 鉄道用電力貯蔵装置
JP5383169B2 (ja) 直流電気鉄道と交流電気鉄道の電力融通システム

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20150828

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20160531

RD02 Notification of acceptance of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7422

Effective date: 20160715

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20160725

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20161220

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20170118

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6081178

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

S111 Request for change of ownership or part of ownership

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313111

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350