JP2015107766A - 駅舎電源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】変電所の送り出し電圧の変動に依らず、電気車の余剰回生電力を有効活用することができる駅舎電源装置を得ること。
【解決手段】駅負荷４に余剰回生電力の供給を開始する電圧閾値として、変電区間に電力を供給する変電所２００ａ，２００ｂの送り出し電圧ＶｓｓＡ，ＶｓｓＢよりも大きい回生開始電圧閾値Ｖｓｅｔを設定し、駅舎電源装置１００への印加電圧が回生開始電圧閾値Ｖｓｅｔを上回った場合に、駅負荷４に電力供給を行うようにした。
【選択図】図１

Description

本発明は、交流系統から供給される交流電力と電気車の余剰回生電力とを併用して駅構内の空調装置や照明装置、昇降機等の各電気設備（以下、「駅負荷」という）に電力を供給する駅舎電源装置に関する。

近年、直流き電系統では、電気車の回生ブレーキによって発生した回生電力は、き電線を介して他の電気車の力行電力として利用されている。このような直流き電系統では、同一の変電区間内において、回生電力が力行電力を上回った場合には、き電電圧が上昇し、回生電力が力行電力を下回った場合には、き電電圧が低下する。従来、き電電圧が一定値以上、あるいは、回生電流が一定値以上となった場合に、電力回生インバータを運転させ、き電電圧が一定値以下で、かつ回生電流が一定値以下となった場合に、電力回生インバータを停止させることにより、電力回生時の動作を安定に行いつつ、余剰回生電力を有効活用する技術が開示されている（例えば、特許文献１）。

特許第３８８３０９１号公報

しかしながら、き電電圧の変動は、電気車の力行あるいは回生によって生じるだけでなく、変電区間に電力を供給している変電所の受電電圧の変動や、タップ切り替え操作等によって変電所の送り出し電圧が変動した場合にも生じるため、上記従来技術では、変電所の受電電圧の上昇やタップ切り替え操作等によるき電電圧の上昇によっても電力回生インバータが動作する可能性がある。また、電気車の余剰回生電力が発生していても、変電所の受電電圧の低下やタップ切り替え操作等によるき電電圧の低下により電力回生インバータが動作しない可能性があり、電気車の余剰回生電力を有効活用することができない、という問題があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、変電所の送り出し電圧の変動に依らず、電気車の余剰回生電力を有効活用することができる駅舎電源装置を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するため、本発明にかかる駅舎電源装置は、駅舎に設置され、交流系統から供給される交流電力と変電区間を走行する電気車の余剰回生電力とを併用して、駅負荷に電力を供給する駅舎電源装置であって、前記変電区間内のき電線から供給される直流電力を交流電力に変換して前記駅負荷に供給する電力変換部と、前記変電区間の端部から前記き電線に直流電力を供給する変電所の送り出し電圧よりも大きい回生開始電圧閾値を設定する回生開始電圧設定部と、自装置に印加される電圧が前記回生開始電圧閾値を上回った場合に、前記電力変換部に対して電力供給開始指令を出力する電力供給開始判定部と、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、変電所の送り出し電圧の変動に依らず、電気車の余剰回生電力を有効活用することができる、という効果を奏する。

図１は、実施の形態にかかる駅舎電源装置の一構成例を示す図である。 図２は、実施の形態にかかる駅舎電源装置の動作概念を説明する図である。

以下に添付図面を参照し、本発明の実施の形態にかかる駅舎電源装置について説明する。なお、以下に示す実施の形態により本発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
図１は、実施の形態にかかる駅舎電源装置の一構成例を示す図である。変電区間の両端に位置する各変電所２００ａ，２００ｂからは、それぞれ、変圧器２０１、整流器２０２を介して変電区間のき電線６に直流電力（ここでは、ＤＣ１５００Ｖ系）が供給される。

駅舎２には、交流系統１から供給された高圧の交流電力（ここでは、ＡＣ６６００Ｖ系）を低圧の交流電力（ここでは、ＡＣ２１０Ｖ系）に変換する変圧器３が図示しない駅電気室等に設置され、駅構内の空調装置や照明装置、昇降機等の各電気設備４−１，４−２，…４−ｎ（以下、「駅負荷４」という）に電力が供給されている。実施の形態１にかかる駅舎電源装置１００は、変電所２００ａ−変電所２００ｂ間の駅舎２を含む変電区間内を走行する電気車５が消費しきれなかった余剰回生電力を、低圧の交流電力に変換して駅負荷４に供給するように構成される。つまり、駅負荷４には、交流系統１から供給される交流電力と変電区間内の余剰回生電力とが並行して供給される。

図１に示すように、実施の形態１にかかる駅舎電源装置１００は、変電区間内のき電線６およびレール７に接続され、き電線６から供給される直流電力（ここでは、ＤＣ１５００Ｖ系）を交流電力（ここでは、ＡＣ２１０Ｖ系）に変換するインバータ９、およびこのインバータ９を制御する制御部１０を具備した電力変換部８と、変電区間の両端部に位置する各変電所２００ａ，２００ｂの各送り出し電圧ＶｓｓＡ，ＶｓｓＢに基づいて、電力変換部８から駅負荷４への電気車５の余剰回生電力の供給を開始する回生開始電圧閾値Ｖｓｅｔを設定する回生開始電圧設定部１１と、駅舎電源装置１００への印加電圧Ｖｉｎが回生開始電圧閾値Ｖｓｅｔを上回った場合に、電力変換部８の制御部１０に対して電力供給開始指令を出力する電力供給開始判定部１２とを備えている。

なお、電力変換部８を構成するインバータ９の構成については公知であり、このインバータ９の回路構成により本発明が限定されるものではない。

また、各変電所２００ａ，２００ｂの各送り出し電圧ＶｓｓＡ，ＶｓｓＢを入手する手段については、例えば、公知の情報通信網等を利用すればよく、この各変電所２００ａ，２００ｂの各送り出し電圧ＶｓｓＡ，ＶｓｓＢを入手する手段により本発明が限定されるものではない。

つぎに、実施の形態１にかかる駅舎電源装置１００の動作概念について説明する。

変電区間内を走行する電気車の回生ブレーキによって発生した回生電力は、き電線を介して変電区間内を走行する他の電気車の力行電力として利用されるが、同一の変電区間内において、回生電力が力行電力を上回った場合には、き電電圧が上昇し、回生電力が力行電力を下回った場合には、き電電圧が低下する。また、変電所の受電電圧の変動によって送り出し電圧が変動する。

変電所側では、タップ切り替え等により送り出し電圧を制御し、例えば１６５０Ｖ程度を上限としたき電電圧の変動抑制制御を行っている。

このため、き電電圧に一定の電圧閾値を設けた判定手法では、余剰回生電力が発生したか否かを確実に判定することができず、電気車の余剰回生電力を有効活用することができない。

図２は、実施の形態にかかる駅舎電源装置の動作概念を説明する図である。図２（ａ）は、変電区間内の電気車が力行している例を示し、図２（ｂ）は、電気車が回生している例を示している。ここでは、説明を容易にするため、変電区間内を走行する電気車５が１である場合について説明する。

図２（ａ）に示すように、変電区間を走行する電気車５が力行している場合には、電気車５が負荷となり、電気車５の受電点の電圧Ｖｄは、各変電所２００ａ，２００ｂの送り出し電圧ＶｓｓＡ，ＶｓｓＢよりも低下する。

一方、図２（ｂ）に示すように、変電区間を走行する電気車５が回生している場合には、電気車５の受電点の電圧Ｖｄは、各変電所２００ａ，２００ｂの送り出し電圧ＶｓｓＡ，ＶｓｓＢよりも上昇する。

つまり、同一の変電区間内において回生電力が力行電力を上回った場合には、図１に示す駅舎電源装置１００への印加電圧Ｖｉｎは、各変電所２００ａ，２００ｂの送り出し電圧ＶｓｓＡ，ＶｓｓＢよりも大きくなる。

したがって、本実施の形態では、インバータ９を動作させ駅負荷４に電力供給を開始する電圧閾値を、各変電所２００ａ，２００ｂの送り出し電圧ＶｓｓＡ，ＶｓｓＢに応じて変動させるようにしている。

具体的には、回生開始電圧設定部１１は、インバータ９を動作させ駅負荷４に電力供給を開始する電圧閾値として、変電区間の両端に位置する各変電所２００ａ，２００ｂの送り出し電圧ＶｓｓＡ，ＶｓｓＢよりも大きい回生開始電圧閾値Ｖｓｅｔを設定し、電力供給開始判定部１２は、駅舎電源装置１００への印加電圧Ｖｉｎが回生開始電圧閾値Ｖｓｅｔを上回った場合に、電力変換部８の制御部１０に対して電力供給開始指令を出力する。

このようにすれば、各変電所２００ａ，２００ｂの送り出し電圧ＶｓｓＡ，ＶｓｓＢの変動に依らず、電気車５の余剰回生電力を有効活用することができる。

以上説明したように、実施の形態１の駅舎電源装置によれば、駅負荷に余剰回生電力の供給を開始する電圧閾値として、変電区間に電力を供給する変電所の送り出し電圧よりも大きい回生開始電圧閾値を設定し、駅舎電源装置への印加電圧が回生開始電圧閾値を上回った場合に、駅負荷に電力供給を行うようにしたので、変電所の送り出し電圧の変動に依らず、電気車の余剰回生電力を有効活用することができる。

実施の形態２．
実施の形態２にかかる駅舎電源装置の構成は、実施の形態１にかかる駅舎電源装置と同一であるので、ここでは説明を省略する。

実施の形態１では、駅負荷４に電力供給を開始する電圧閾値として、変電区間に電力を供給する各変電所２００ａ，２００ｂの送り出し電圧ＶｓｓＡ，ＶｓｓＢよりも大きい回生開始電圧閾値Ｖｓｅｔを設定し、駅舎電源装置１００への印加電圧Ｖｉｎが回生開始電圧閾値Ｖｓｅｔを上回った場合に、駅負荷４に電力供給を行う例について説明したが、変電区間内の回生電力が力行電力を上回り、余剰回生電力が発生している場合でも、電気車５の位置が変電所２００ａ，２００ｂに近くなると、余剰回生電力による電圧上昇分が減少し、駅舎電源装置１００への印加電圧Ｖｉｎが各変電所２００ａ，２００ｂの送り出し電圧ＶｓｓＡ，ＶｓｓＢよりも大きい値に設定した回生開始電圧閾値Ｖｓｅｔを上回らない場合がある。

したがって、本実施の形態では、駅舎電源装置１００への印加電圧Ｖｉｎが回生開始電圧閾値Ｖｓｅｔを上回った場合に加え、駅舎電源装置１００への印加電圧Ｖｉｎが回生開始電圧閾値Ｖｓｅｔを上回らない場合でも、駅舎電源装置１００に流れ込む電流Ｉｉｎを検知した場合には、駅負荷４に電力供給を行うようにしている。

インバータ９は、一般に入力フィルタや平滑用コンデンサ等の容量性負荷を有しており、変電区間内に電気車が存在せず無負荷となっている場合、あるいは、変電区間内の力行電力と回生電力とが平衡している場合には、この容量性負荷には電流は流れない。

一方、変電区間内の力行電力と回生電力とが不平衡状態となると、インバータ９が有する容量性負荷に電流が流れ、回生電力が力行電力を上回り、余剰回生電力が発生した場合には、インバータ９が有する容量性負荷に電流が流れ込むこととなる。

つまり、駅舎電源装置１００に流れ込む電流Ｉｉｎを検知した場合には、駅舎電源装置１００への印加電圧Ｖｉｎが回生開始電圧閾値Ｖｓｅｔを上回っていない場合でも、余剰回生電力が発生しているものと見做すことができる。

したがって、本実施の形態では、電力供給開始判定部１２は、駅舎電源装置１００への印加電圧Ｖｉｎが回生開始電圧閾値Ｖｓｅｔを上回った場合、あるいは、駅舎電源装置１００に流れ込む電流Ｉｉｎを検知した場合に、電力変換部８の制御部１０に対して電力供給開始指令を出力する。

このようにすれば、変電区間内の回生電力が力行電力を上回り、余剰回生電力が発生している場合に、電気車５の位置が変電所２００ａ，２００ｂに近く、余剰回生電力による電圧上昇分が減少し、駅舎電源装置１００への印加電圧Ｖｉｎが各変電所２００ａ，２００ｂの送り出し電圧ＶｓｓＡ，ＶｓｓＢよりも大きい値に設定した回生開始電圧閾値Ｖｓｅｔを上回らない場合でも、電気車５の余剰回生電力を有効活用することができる。

以上説明したように、実施の形態２の駅舎電源装置によれば、駅舎電源装置への印加電圧が回生開始電圧閾値を上回った場合に加え、駅舎電源装置への印加電圧が回生開始電圧閾値を上回らない場合でも、駅舎電源装置に流れ込む電流を検知した場合には、駅負荷に電力供給を行うようにしたので、変電区間内の回生電力が力行電力を上回り、余剰回生電力が発生している場合に、電気車の位置が変電所に近く、余剰回生電力による電圧上昇分が減少し、駅舎電源装置への印加電圧が回生開始電圧閾値を上回らない場合でも、電気車の余剰回生電力を有効活用することができる。

なお、以上の実施の形態に示した構成は、本発明の構成の一例であり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、一部を省略する等、変更して構成することも可能であることは言うまでもない。

以上のように、本発明は、変電所の送り出し電圧の変動に依らず、電気車の余剰回生電力を有効活用することができる技術として有用であり、特に、交流系統から供給される交流電力と電気車の余剰回生電力とを併用して駅構内の空調装置や照明装置、昇降機等の各電気設備に電力を供給する駅舎電源装置に適している。

１ 交流系統、２ 駅舎、３ 変圧器、４，４−１，４−２，…４−ｎ 駅負荷（電気設備）、５ 電気車、６ き電線、７ レール、８ 電力変換部、９ インバータ、１０ 制御部、１１ 回生開始電圧設定部、１２ 電力供給開始判定部、１００ 駅舎電源装置、２００ａ，２００ｂ 変電所、２０１ 変圧器、２０２ 整流器。

Claims (2)

1. 駅舎に設置され、交流系統から供給される交流電力と変電区間を走行する電気車の余剰回生電力とを併用して、駅負荷に電力を供給する駅舎電源装置であって、
   前記変電区間内のき電線から供給される直流電力を交流電力に変換して前記駅負荷に供給する電力変換部と、
   前記変電区間の端部から前記き電線に直流電力を供給する変電所の送り出し電圧よりも大きい回生開始電圧閾値を設定する回生開始電圧設定部と、
   自装置に印加される電圧が前記回生開始電圧閾値を上回った場合に、前記電力変換部に対して電力供給開始指令を出力する電力供給開始判定部と、
   を備える
   ことを特徴とする駅舎電源装置。
2. 前記電力供給開始判定部は、自装置に印加される電圧が前記回生開始電圧閾値を上回らない場合でも、自装置に流れ込む電流を検知した場合に、前記電力供給開始指令を出力することを特徴とする請求項１に記載の駅舎電源装置。

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