JP2019147447A - 電力供給システムおよび同システムの制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】最低架線電圧を補償するとともに、変電所の代替とされる蓄電装置の容量を抑える。【解決手段】同一架線に電力を供給する隣り合う第１および第２の変電所の間のいずれかに設置され蓄電装置と当該蓄電装置を制御する電力変換装置とで構成される電力供給システムにおいて、電力変換装置は、架線から電力供給を受けて走行する１以上の列車の位置と、当該電力変換装置の前記架線上の位置と、蓄電装置の充電量とを基に蓄電装置の充放電を制御する。【選択図】図１

Description

本発明は、概して、蓄電装置の充放電の制御に関し、特に、架線に電力を供給する変電所の代替としての蓄電装置の充放電の制御に関する。

電力供給を行うための設備である変電所を設置するためには、その近くの受電変電所から電力線を引くなどのコストがかかるとともに、電力線のメンテナンスが必要となる。このメンテナンスをなくすため、変電所の代替として蓄電装置を用いたバッテリーポストが考えられる。この制御方法の例として、特許文献１に開示の手法は、蓄電装置の充電量とその両隣にある変電所からバッテリーポスト方面に流れる電流値を基に充放電を制御する。

特開２００９−０６７２０５号公報

しかしながら、特許文献１で述べている手法は、両隣にある変電所の電流値を基に蓄電装置の充放電を制御しているため、バッテリーポストから離れた場所に対してもバッテリーポストから電力を供給することがある。バッテリーポストからの供給範囲が広ければ広いほど必要とする蓄電装置の容量は増大することとなる。

本発明の目的は、最低架線電圧を補償しつつ、変電所の代替とされる蓄電装置の容量を抑えることである。

本発明は上記目的を達成するために、同一架線に電力を供給する隣り合う第１および第２の変電所の間のいずれかに設置され蓄電装置と当該蓄電装置を制御する電力変換装置とで構成される電力供給システムにおいて、電力変換装置は、架線から電力供給を受けて走行する１以上の列車の位置と、当該電力変換装置の前記架線上の位置と、蓄電装置の充電量とを基に蓄電装置の充放電を制御する。

最低架線電圧を補償するとともに、変電所の代替とされる蓄電装置の容量を抑えることが可能となる。

実施例１における電力供給システムを含んだ鉄道システムの概要図。 実施例１における電力変換装置１０３の構成例を示す図。 実施例１における充放電判定部２０３の処理フローを示す図。 蓄電装置と充電開始電圧の関係の一例を示す図。 実施例１における電力変換動作部２０４の処理テーブルを示す図。 実施例２における電力変換装置６０３の構成例を示す図。 実施例２における充放電判定部６０１の処理フローを示す図。 電力変換装置６０３からの距離と放電開始電圧との関係の一例を示す図。 実施例２における電力変換動作部６０２の処理テーブルを示す図。 実施例３における電力変換装置１０１３の構成例を示す図。 実施例３における充放電判定部１００２の処理フローを示す図。 実施例３における充放電判定部１００２の処理の領域マップの一例を示す図。 実施例３における電力変換動作部１００３の処理テーブルを示す図。 当該区間における列車１０５Ａ、変電所１０２Ａおよび１０２Ｂ、電力変換装置１０１３の電圧の関係の一例を示す図。 当該区間における列車１０５Ａ、変電所１０２Ａおよび１０２Ｂ、電力変換装置１０１３の電気回路の一例を示す図。 実施例４における電力変換装置１６０３の構成例を示す図。 実施例４における走行パターン１６５１の一例を示す図。 実施例４における充放電判定部１６０２の処理フローを示す図。

以下の説明において、「記憶部」は、１以上のメモリを含む。記憶部における少なくとも１つのメモリは、揮発性メモリであってもよいし不揮発性メモリであってもよい。

また、以下の説明において、「プロセッサ部」は、１以上のプロセッサである。少なくとも１つのプロセッサは、典型的には、ＣＰＵ（Central Processing Unit）のようなマイクロプロセッサであるが、ＧＰＵ（Graphics Processing Unit）のような他種のプロセッサでもよい。少なくとも１つのプロセッサは、処理の一部または全部を行うハードウェア回路（たとえばＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）またはＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit））といった広義のプロセッサでもよい。

また、以下の説明において、「ｋｋｋ部」（記憶部およびプロセッサ部を除く）の表現にて機能を説明することがあるが、機能は、１以上のコンピュータプログラムがプロセッサ部によって実行されることで実現されてもよいし、１以上のハードウェア回路によって実現されてもよい。各機能の説明は一例であり、複数の機能が１つの機能にまとめられたり、１つの機能が複数の機能に分割されたりしてもよい。

また、以下の説明において、「列車」は、編成された１以上の鉄道車両（以下、車両）で構成される。

図１は、本発明の実施例１における電力供給システムを含んだ鉄道システムの概要を示す。

同一架線１０１に電力を供給する隣り合う変電所１０２Ａと変電所１０２Ｂの間に電力供給システム１００が設けられる。電力供給システム１００は、回生電力貯蔵装置と呼ばれてもよいし、バッテリーポストと呼ばれてもよい。電力供給システム１００は、架線１０１との間で電力の授受を行う電力変換装置１０３と、電力変換装置１０３の制御の下で電力変換装置１０３を介して充放電を行う蓄電装置１０４とで構成される。また、架線１０１から電力供給を受けて走行する列車１０５Ａおよび１０５Ｂ（１以上の列車の一例）がいる。

電力変換装置１０３は、列車１０５Ａの架線１０１上の列車位置Taおよび列車１０５Ｂの架線１０１上の列車位置Tbおよび蓄電装置１０４の充電量Qbを基に蓄電装置１０４の充放電を制御する。たとえば、電力変換装置１０３は、変電所１０２Ａ（第１の変電所の一例）の架線１０１上の位置Paと、変電所１０２Ｂ（第２の変電所の一例）の架線１０１上の位置Pbと、電力変換装置１０３の架線１０１上の位置Pcとに対する、相対的な、列車１０５Ａおよび１０５Ｂの架線１０１上の列車位置TaおよびTbを基に、蓄電装置１０４の充放電を制御する。

電力変換装置１０３の構成例について図２を用いて説明する。

電力変換装置１０３は、電力変換装置１０３の架線１０１上の位置Pcを示す情報のソースであるデータソース２０１と、蓄電装置１０４の充電量Qbを基に放電判定指標である放電判定距離Lxを決定する充放電指標決定部２０２と、列車位置TaおよびTbと、充電量Qbと、電力変換装置の位置Pcと、放電判定距離Lxとを基に、蓄電装置１０４の充放電指令２５３を決定する充放電判定部２０３と、充放電指令２５３を基に当該電力変換装置１０３の動作を決定する電力変換動作部２０４とで構成されている。

データソース２０１は、記憶部の一部でもよいし、外部の装置と通信する通信インターフェースでもよい。データソース２０１から電力変換装置１０３の位置Pcを表す情報が充放電判定部２０３に入力される。また、本発明ではデータソースに替わりデータベースを用いても良い。

充放電指標決定部２０２で決定される放電判定距離Lxは、走行する列車１０５Ａおよび１０５Ｂの電圧を予め規定した値以上に維持する区間であって、電力変換装置１０３の位置Pcからの距離と定義する。放電判定距離Lxは、たとえば、電力変換装置１０３の両隣にある変電所１０２Ａおよび１０２Ｂの性能から決まる。充放電指標決定部２０２は、変電所１０２Ａおよび変電所１０２Ｂの整流器容量IaおよびIbと、電力変換装置１０３の出力可能な電流Ixと、電力変換装置１０３の位置Pcと変電所１０２Ａの位置Paと間の距離Laと、電力変換装置１０３の位置Pcと変電所１０２Ｂの位置Pbとの間の距離Lbとを基に、数１を用いて計算する。なお、数１における変数は、データソース２０１から充放電指標決定部２０２に入力されてよい。

距離Laを、位置Paと位置Pc間の抵抗とみなし、距離Lbを、位置Pbと位置Pc間の抵抗値とみなすことができる。数１によれば、変電所１０２Ａ側の電圧配分と変電所１０２Ｂ側の電圧配分とのうち大きい方が採用される。結果として、電力変換装置位置Pcからの放電判定距離Lxは、変電所１０２Ａ側についても変電所１０２Ｂ側についても共通である。なお、放電判定距離Lxは、変電所１０２Ａ側と変電所１０２Ｂ側とで異なっていてもよい。放電判定距離Lxは、数１が示す定義に代えて、たとえば、変電所１０２Ａ側については数１の左側、変電所１０２Ｂ側については数１の右側が採用されてもよい。また、たとえば、放電判定距離Lxは、変電所１０２Ａ側については電力変換装置１０３の位置Pcと変電所１０２Ａの位置Paとの間の距離の半分、変電所１０２Ｂ側については電力変換装置１０３の位置Pcと変電所１０２Ｂの位置Pbと間の距離の半分であってもよい（なお、このように、放電判定距離Lxが予め定められている場合、充放電指標決定部２０２は、放電判定距離Lxのデータソースであってよい）。また、路線のこれまでの走行履歴から放電判定距離Lxが定められてもよい。

次に、充放電判定部２０３の処理について図３を用いて説明する。図３の処理は、周期的に（たとえば５秒間隔で）行われる。

ステップ３０１では、充放電判定部２０３は、架線１０１上の列車位置と電力変換装置１０３の架線１０１上の位置Pcとの距離である列車距離Xを算出する。なお、列車が複数ある場合には、複数の列車距離（たとえば、列車位置Taと位置Pc間の距離と、列車位置Tbと位置Pc間の距離）の中で最も小さい値が、ステップ３０１で算出された列車距離Xとされる。次に処理がステップ３０２に進む。なお、列車位置は、列車の進行方向に関わらず列車における所定の車両の位置（架線１０１上の位置）とされてもよいし、列車の進行方向に応じた車両の位置とされてもよい。また、列車位置の検出は、既知の方法により検出可能である。たとえば、列車位置は、ＧＰＳ（Global Positioning System）を基に検出されてもよいし、速度発電機を基に検出されてもよい。

ステップ３０２では、充放電判定部２０３は、電力変換装置１０３の電圧Vxを求める（検出する）。次に処理がステップ３０３に進む。

ステップ３０３では、充放電判定部２０３は、ステップ３０１で算出した列車距離Xが放電判定距離Lx以下かを判定する。この判定結果が真（Ｙｅｓ）であれば処理がステップ３０４に進む。この判定結果が偽（Ｎｏ）であれば処理がステップ３０５に進む。

ステップ３０４では、充放電判定部２０３は、充放電指令２５３を放電指令とし、放電指令を出力する。以上で処理が終了となる。

ステップ３０５では、充放電判定部２０３は、充電量Qbに応じた電圧であり充電開始の基準電圧である充電開始電圧Vcを算出する。この算出方法は後述する。次に処理がステップ３０６に進む。

ステップ３０６では、充放電判定部２０３は、ステップ３０２で求めた電圧Vxがステップ３０５で算出した充電開始電圧Vc以上かを判定する。この判定結果がＹｅｓであれば処理がステップ３０７に進む。この判定結果がＮｏであれば処理がステップ３０８に進む。

ステップ３０７では、充放電判定部２０３は、充放電指令２５３を充電指令とし、充電指令を出力する。以上で処理が終了となる。

ステップ３０８では、充放電判定部２０３は、充放電指令２５３を充放電しないとする（充放電しない指令である非充放電指令を出力する）。以上で処理が終了となる。

図４は、図３のステップ３０５の処理で用いられる特性の例を示す図である。

蓄電装置１０４の使用範囲の最小値と最大値の中にあるSOC_a、SOC_bに対しての充電開始電圧VcをVc_a、Vc_bとした時、SOC_a<SOC_bの場合、Vc_a≦Vc_bとなるようにVcが設定される。なお、本図では、Vc_a<Vc_bとなっているが、Vc_a=Vc_bとしても問題はない。ステップ３０５では、充放電判定部２０３は、この特性を用いて蓄電装置１０４の充電量Qbから充電開始電圧Vcを算出する。

次に電力変換動作部２０４の処理について図５を用いて説明する。

充放電指令２５３が放電指令の場合、電力変換動作部２０４は、蓄電装置１０４から電流Aを放電するように制御する。電流Aは、最大放電電流でよい。あるいは、充放電指標決定部２０２において決定された放電判定距離Lxの間、最低電圧を補償できるように電流Aが設定すればよく、たとえば、数１を用いて放電判定距離Lxを算出したのならば、電力変換装置１０３の出力可能な電流Ixが電流Aでもよい。なお、列車位置は時々刻々と変化し、図３の処理は周期的に行われるので、やがてステップ３０３の判断結果がＮｏとなり、放電が止まることになる。

充放電指令２５３が充電指令の場合、電力変換動作部２０４は、電力変換装置１０３の電圧Vxを充電開始電圧Vcになるように充電電流を制御する。

充放電指令２５３が何もしない（非充放電指令）の場合、電力変換動作部２０４は、動作しない。

以上、実施例１によれば、列車距離Xが放電判定距離Lx以下の場合に、蓄電装置１０４から放電がされる。すなわち、蓄電装置１０４からの放電は、電力変換装置１０３の位置Pcから近い位置に列車がいるときに限定される。このように、蓄電装置１０４の放電範囲を、架線電圧として最低補償しなければならない範囲に限定しつつ、蓄電装置１０４の容量低減およびスリム化を図ることができる。また、スリム化により狭隘な地域においても設置することが可能になるという効果を生み出すこともできる。

また、実施例１によれば、列車距離Xとして、複数の列車位置のうちの最小値が採用される。これにより、いずれかの列車に対応した列車距離が放電判定距離Lx以下となれば、列車距離が放電判定距離Lxより大きい（放電範囲の外にいる）列車も、蓄電装置１０４の放電電力の供給を受け得る。

また、実施例１によれば、蓄電装置１０４の充電が、蓄電装置１０４の充電量Qbを基に制御される。これにより、適切な充電量を蓄電装置１０４の使用範囲内で維持できる。具体的には、実施例１によれば、全ての列車が放電範囲の外にいて、電力変換装置１０３の電圧Vxが、充電開始電圧Vc以上となった場合に、VxがVcになるように充電電流が制御される。これにより、いずれかの列車が放電範囲に入るときに備えて適切な充電を行うことができる。

実施例２を説明する。その際、実施例１との相違点を主に説明し、実施例１との共通点については説明を簡略または省略する。

図６は、実施例２における電力変換装置６０３の構成例を示す図である。

電力変換装置６０３は、充放電判定部２０３に代えて充放電判定部６０１を有し、電力変換動作部２０４に代えて電力変換動作部６０２を有する。

充放電判定部６０１の処理フローを図７に示す。なお、ステップ７０１〜７０３、ステップ７０８〜７１１については、ステップ３０１〜３０３、ステップ３０５〜３０８と同一処理のため、説明を省略する。

ステップ７０３の判定結果がＹｅｓであれば処理がステップ７０４に進む。

ステップ７０４では、充放電判定部６０１は、列車距離Xに応じた放電開始電圧Vdを算出する。この算出方法は後述する。次に処理がステップ７０５に進む。なお、複数の列車がいる場合、列車距離Xは、複数の列車位置のうちの最小値である。

ステップ７０５では、充放電判定部６０１は、電力変換装置１０３の電圧Vxがステップ７０４で算出した放電開始電圧Vd以下かを判定する。この判定結果がＹｅｓであれば処理がステップ７０６に進む。この判定結果がＮｏであれば処理がステップ７０７に進む。

ステップ７０６では、充放電判定部６０１は、充放電指令２５３を放電指令とし、放電指令を出力する。以上で処理が終了となる。

ステップ７０７では、充放電判定部６０１は、充放電指令２５３を充放電しないとする。以上で処理が終了となる。

図８は、図７のステップ７０５の処理で用いられる特性の例を示す図である。

この特性は、き電抵抗に依存する形で決めることができ、蓄電装置１０４（電力変換装置１０３）と列車との距離である列車距離に応じて放電開始電圧Vdを変更することを意味している。放電範囲（位置Pcから、システムとして最低電圧補償したい距離である放電判定距離Lxまでの範囲）内に列車が存在し、最低電圧を維持するために必要な放電開始電圧Vdを定める。この特性で放電することで最低電圧を必ず補償できるとともに、電力変換装置１０３の電圧VxがVdよりも高い場合には放電をせず充電量を保つことが可能となる。この特性によれば、列車位置が電力変換装置１０３の位置Pcと重なっている（つまり列車距離が０である）場合の放電開始電圧を補償する最低電圧とし、位置Pcから離れるにつれ放電開始電圧が高くなる。ステップ７０５では、この特性を用いて、充放電判定部６０１は、列車距離Xを基に、放電開始電圧Vdを算出する。たとえば、この特性を表す情報がデータソース２０１から充放電判定部６０１に入力されてよい。

次に、電力変換動作部６０２の処理について図９を用いて説明する。

充放電指令２５３が放電指令の場合、電力変換動作部６０２は、電力変換装置６０３の電圧Vxを放電開始電圧Vdになるように放電電流を制御する。

充放電指令２５３が充電指令の場合、電力変換動作部６０２は、電力変換装置６０３の電圧Vxを充電開始電圧Vcになるように充電電流を制御する。

充放電指令２５３が何もしないの場合、電力変換動作部６０２は動作しない。

以上、実施例２によれば、蓄電装置１０４の放電範囲を、架線電圧として最低補償しなければならない範囲に限定するとともに、当該区間の電圧状態を考慮して本当に必要な時のみに限定することが可能となり、蓄電装置１０４の更なる容量低減およびスリム化を図ることができる。また、スリム化により狭隘な地域においても設置することが可能になるという効果を生み出すこともできる。

実施例３を説明する。その際、実施例２との相違点を主に説明し、実施例２との共通点については説明を簡略または省略する。

図１０は、実施例３における電力変換装置１０１３の構成例を示す図である。

電力変換装置１０１３は、データソース２０１に代えてデータソース１００１を有し、充放電判定部６０１に代えて充放電判定部１００２を有し、電力変換動作部６０２に代えて電力変換動作部１００３を有する。

データソース１００１は、電力変換装置１０１３の位置Pcを示す情報に加えて、変電所１０２Ａおよび１０２Ｂの位置PaおよびPbを示す情報と、当該区間のき電抵抗R（たとえば、PaとPc間のき電抵抗R1、および、PcとPb間のき電抵抗Rx）を示す情報と、列車走行時に供給する予定の電力量Qtを示す情報とを出力する。充放電判定部１００２は、列車位置TaおよびTbと、充電量Qbと、電力変換装置１０１３の位置Pcと、放電判定距離Lxとを基に、蓄電装置１０４の充放電指令２５３を決定する。電力変換動作部１００３は、列車位置TaおよびTbと、電力変換装置１０１３の位置Pcと、充放電指令２５３と、変電所１０２Ａおよび１０２Ｂの位置PaおよびPbと、該区間のき電抵抗Rとを基に、電力変換装置１０１３の動作を決定する。

充放電判定部１００２の処理を図１１に示す。なお、ステップ１１０１〜１１０７については、７０１〜７０７と同一処理であるため、説明を省略する。

ステップ１１０３の判定結果がＮｏであれば処理がステップ１１０８に進む。

ステップ１１０８では、充放電判定部１００２は、列車が走行している間に蓄電装置１０４から供給する電力量Qtをデータソース１００１から読み出し、（蓄電装置１０４の使用範囲の最小値）＋電力量Qt＝必要な目標充電量Qc、を算出する。次に処理がステップ１１０９に進む。

ステップ１１０９では、充放電判定部１００２は、現在の充電量Qbがステップ１１０８で算出した目標充電量Qc未満かを判定する。この判定結果がＹｅｓであれば処理がステップ１１１０に進む。この判定結果がＮｏであれば処理がステップ１１１１に進む。

ステップ１１１０では、充放電判定部１００２は、充放電指令２５３を強制充電指令とし、強制充電指令を出力する。この強制充電を行うことにより、次の放電タイミングで放電を行えるように蓄電装置の充電量を制御することが可能となる。以上で処理が終了となる。

ステップ１１１１では、充放電判定部１００２は、充電量Qbに応じた充電開始電圧Vcを算出する。この処理は、図３のステップ３０５と同一である。次に処理がステップ１１１２に進む。

ステップ１１１２では、充放電判定部１００２は、現在の充電量Qbが蓄電装置１０４の使用範囲の最大値未満、かつ、電力変換装置１０１３の電圧Vxがステップ１１１１で算出した充電開始電圧Vc以上かを判定する。この判定結果がＹｅｓであれば処理がステップ１１１３に進む。この判定結果がＮｏであれば処理がステップ１１１４に進む。

ステップ１１１３では、充放電判定部１００２は、充放電指令２５３を充電指令とし、充電指令を出力する。以上で処理が終了となる。

ステップ１１１４では、充放電判定部１００２は、充放電指令２５３を充放電しないとする。以上で処理が終了となる。

なお、充放電判定部１００２の処理は図１２に示すような領域マップに基づいて制御することでもよい。たとえば、図１２に示すような領域マップを示す情報がデータソース１００１から充放電判定部１００２に読み出されてもよい。図１２によれば、充電量と列車距離と充放電指令との関係が定義されている。列車距離Xが放電判定距離Lx以下の場合、蓄電装置１０４の使用範囲（充電量の範囲）で、放電が行われる。列車距離Xが放電判定距離Lxより長く、蓄電装置１０４の充電量Qbが目標充電量Qc未満の場合、強制充電が行われる。列車距離Xが放電判定距離Lxより長く、蓄電装置１０４の充電量Qbが目標充電量Qc以上の場合（つまり、即座に充電を必要としない場合）、回生充電（車両の回生により電圧が上昇した際に充電）が行われる。

次に、電力変換動作部１００３の処理について図１３を用いて説明する。

充放電指令２５３が放電指令の場合、電力変換動作部１００３は、電力変換装置１０１３の電圧Vxを放電開始電圧Vdになるように放電電流を制御する。

充放電指令２５３が充電指令の場合、電力変換動作部１００３は、電力変換装置１０１３の電圧Vxを充電開始電圧Vcになるように充電電流を制御する。

充放電指令２５３が何もしないの場合、電力変換動作部１００３は、動作しない。

充放電指令２５３が強制充電指令の場合、電力変換動作部１００３は、電力変換装置１０１３あるいは当該区間に存在する列車の電圧が最低電圧以上となるように充電電流Ieを制御する。この方法について図１４を用いて説明する。

図１４は、当該区間における変電所１０２Ａ、変電所１０２Ｂ、電力変換装置１０１３および列車１０５Ａの電圧の関係の一例を示している。なお、左から変電所１０２Ａ、電力変換装置１０１３、列車１０５Ａ、変電所１０２Ｂの順に配置あるいは存在している。通常、当該区間（変電所１０２Ａと変電所１０２Ｂ間）における最低電圧は、電力供給を受けている電力変換装置１０１３および列車１０５Ａのいずれかとなる。図１４では、列車１０５Ａが変電所１０２Ａおよび変電所１０２Ｂから電力供給を受けており、電力変換装置１０１３は未動作の状態をあらわしているため、列車１０５Ａが最も電圧が低くなる。この状態において、電力変換装置１０１３を動作させ蓄電装置１０４に充電を行おうとすると、電力変換装置１０１３に対して変電所１０２Ａおよび変電所１０２Ｂから電力供給されることになるため、列車１０５Ａおよび電力変換装置１０１３の電圧状態を考慮して充電電流Ieを制御する必要がある。

図１５に図１４を電気回路として記述したものを示す。なお、変電所１０２Ａの電圧をV0、変電所１０２Ｂの電圧をV1、電力変換装置１０１３の電圧をVb、列車１０５Ａの電圧をVtとする。また、変電所１０２Ａの位置Paと電力変換装置１０１３の位置Pcとの間の距離を基に算出したき電抵抗をR1、電力変換装置１０１３の位置Pcと列車１０５Ａの位置Taとの距離を基に算出したき電抵抗をR2、列車１０５Ａの位置Taと変電所１０２Ｂの位置Pbとの距離を基に算出したき電抵抗をR3とする。さらに、電力変換装置１０１３に流れる電流をIe、列車１０５Ａに流れる電流をI2、変電所１０２Ｂから流れる電流をI3とする。この時、変電所１０２Ａから流れる電流Ikは、数２の通りとなる。

また、以下の数３〜数５が成立する。

本実施例で観測している値は、R1、R2、R3、Ib、Vbである。従って、Ie、Vbの履歴情報を用いてVb、Vtを予測する（つまり、数３〜数５に関わる値が履歴情報（電圧履歴および電流履歴）に相当する）。IeをIe_newに変更した際のVb、VtをVb_new、Vt_newとした場合、以下の数６〜数８が成立する。

なお、実際にはI2、R2、R3は列車が走行中のため変動するが、瞬時的であれば、その影響は、ほとんどない。

数３〜数８を変形すると、数９および数１０となる。

数９及び数１０で、Vt_new、Vb_newが最低電圧以上となるように電力変換装置１０１３に流す充電電流Ieを決定すればよい。なお、V0を想定できる大きな値、たとえば無負荷時電圧とすることでVt_new、Vb_newどちらも最も悪い評価が可能となる。

なお、図示していないが、変電所１０２Ａおよび変電所１０２Ｂの電圧状態を外部の装置との通信により入手して数９及び数１０に使用する方法でもよい。

また、強制充電指令の場合に、図１３から図１５に示した架線を経由するのではなく、より上位の変電設備から直接充電することでもよい。

以上、実施例３によれば、蓄電装置１０４の放電範囲を、架線電圧として最低補償しなければならない範囲に限定するとともに、当該区間の電圧状態を考慮して本当に必要な時のみに限定することが可能となる。さらに、蓄電装置１０４の充電をスムーズに行うことが可能となり、更なる容量低減およびスリム化を図ることができる。また、スリム化により狭隘な地域においても設置することが可能になるという効果を生み出すこともできる。

実施例４を説明する。その際、実施例１との相違点を主に説明し、実施例１との共通点については説明を簡略または省略する。

図１６は、実施例４における電力変換装置１６０３の構成例を示すである。

電力変換装置１６０３は、区間走行パターンソース１６０１をさらに有し、かつ、充放電判定部２０３に代えて充放電判定部１６０２を有する。

区間走行パターンソース１６０１は、当該区間を走行する列車の走行パターン１６５１を示す情報のソースである。区間走行パターンソース１６０１は、たとえば、記憶部の一部でもよいし、外部の装置と通信する通信インターフェースでもよい。

充放電判定部１６０２は、列車位置TaおよびTbと、充電量Qbと、電力変換装置１６０３の位置Pcと、放電判定距離Lxと、走行パターン１６５１とを基に、蓄電装置１０４の充放電指令２５３を決定する。

図１７に走行パターン１６５１の一例を示す。

走行パターン１６５１は、電力変換装置１６０３の両隣にある変電所１０２Ａから変電所１０２Ｂまでの走行パターンである。この走行パターン１６５１では、変電所１０２Ａの位置Paから位置P1までが力行、位置P1から位置P2までが惰行、位置P2から位置P3までが力行、位置P3から駅がある位置P4までが制動、駅がある位置P4から位置P5までが力行、位置P5から変電所Ｂの位置Pbまでが惰行となっている。

なお、走行パターン１６５１は、図示していないダイヤを管理しているシステムからの情報を基に適時変更されてもよい。また、電力変換装置１６０３は、区間走行パターンソース１６０１の代わりに路線データソースを備え、路線データソースから入力される路線データを用いて、駅から離れるあるいは制限速度が上位に転じる付近で列車が加速、駅付近から駅に向かうあるいは制限速度が下位に転じる付近で列車が減速するという想定をした走行パターンを想定して用いてもよい。

充放電判定部１６０２の処理を図１８に示す。なお、ステップ１８０１〜１８０３、ステップ１８０７〜１８１０については、ステップ３０１〜３０３、ステップ３０５〜３０８と同一処理であるため、説明を省略する。

ステップ１８０３の判定結果がＹｅｓであれば処理がステップ１８０４に進む。

ステップ１８０４では、充放電判定部１６０２は、放電判定距離Lx以下の列車距離Xに対応した列車位置での走行が力行（走行状態が力行状態）かどうかを判定する。この判定は、本実施例では上述の走行パターン１６５１を基に行われるが、当該列車位置にいる列車からの情報（走行状態を示す情報）を基にするといった他の方法で判定が行われてもよい。この判定結果がＹｅｓであれば処理がステップ１８０５に進む。この判定結果がＮｏであれば処理がステップ１８０６に進む。

ステップ１８０５では、充放電判定部１６０２は、充放電指令２５３を放電指令とし、放電指令を出力する。以上で処理が終了となる。

ステップ１８０６では、充放電判定部１６０２は、充放電指令２５３を充放電しないとする。以上で処理が終了となる。

以上、実施例４によれば、列車距離Xが放電判定距離Lx以下であり更に当該列車が力行の場合に放電が行われる。このため、蓄電装置１０４の更なる容量低減およびスリム化を図ることができる。また、スリム化により狭隘な地域においても設置することが可能になるという効果を生み出すこともできる。

以上、幾つかの実施例を説明したが、これらは本発明の説明のための例示であって、本発明の範囲をこれらの実施例にのみ限定する趣旨ではない。本発明は、他の種々の形態でも実行することが可能である。例えば、実施例４は、実施例１に代えてまたは加えて、実施例２および実施例３のいずれの実施例と組み合わせても問題はない。

１００：電力供給システム、１０３：電力変換装置、１０４：蓄電装置

Claims (11)

1. 同一架線に電力を供給する隣り合う第１および第２の変電所の間のいずれかに設置され蓄電装置と前記蓄電装置を制御する電力変換装置とで構成される電力供給システムにおいて、
   前記電力変換装置は、前記架線から電力供給を受けて走行する１以上の列車の前記架線上の列車位置と、当該電力変換装置の前記架線上の位置と、前記蓄電装置の充電量とを基に、前記蓄電装置の充放電を制御する
   ことを特徴とする電力供給システム。
2. 請求項１に記載の電力供給システムにおいて、
   前記電力変換装置は、前記１以上の列車のいずれかの前記架線上の列車位置と当該電力変換装置の前記架線上の位置との距離である列車距離が、当該電力変換装置の前記架線上の位置から所定の距離である放電判定距離以下となった場合に、前記蓄電装置から放電をする
   ことを特徴とする電力供給システム。
3. 請求項２に記載の電力供給システムにおいて、
   前記電力変換装置は、前記１以上の列車のすべての前記列車距離が前記放電判定距離より長く、かつ、当該電力変換装置の電圧が、前記蓄電装置の充電量から定まる充電開始の基準電圧である充電開始電圧以上となった場合に、前記蓄電装置に充電をする
   ことを特徴とする電力供給システム。
4. 請求項２に記載の電力供給システムにおいて、
   前記電力変換装置は、さらに、前記１以上の列車の前記列車距離のうち最小距離に応じて放電開始の基準となる電圧である放電開始電圧を決定し、
   当該電力変換装置の電圧が前記放電開始電圧以下の場合に、前記電力変換装置は、前記蓄電装置から放電をする
   ことを特徴とする電力供給システム。
5. 請求項１に記載の電力供給システムにおいて、
   前記電力変換装置は、前記第１の変電所の前記架線上の位置である第１の位置と、前記第２の変電所の前記架線上の位置である第２の位置と、当該電力変換装置の前記架線上の位置である第３の位置とに対する、前記１以上の列車の前記架線上の列車位置を基に、前記蓄電装置の充放電を制御する
   ことを特徴とする電力供給システム。
6. 請求項５に記載の電力供給システムにおいて、
   前記電力変換装置は、前記１以上の列車のいずれかの前記架線上の列車位置と当該電力変換装置の前記架線上の位置との距離である列車距離が、当該電力変換装置の前記架線上の位置から所定の距離である放電判定距離以下となった場合に、前記蓄電装置から放電をする
   ことを特徴とする電力供給システム。
7. 請求項６に記載の電力供給システムにおいて、
   前記電力変換装置は、前記１以上の列車のすべての前記列車距離が前記放電判定距離より長く、かつ、前記蓄電装置の充電量が目標充電量未満の場合に、前記蓄電装置の充電量が前記目標充電量以上となるまで前記蓄電装置に充電をすることを特徴とする電力供給システム。
8. 請求項７に記載の電力供給システムにおいて、
   前記電力変換装置は、前記充電のための電流値を、前記第１乃至第３の位置と、前記第１乃至第３の位置に対する相対的な前記１以上の列車の前記架線上の列車位置と、当該電力変換装置の電圧履歴および電流履歴とを基に、前記充電のための当該電力変換装置の電流値を決定する
   ことを特徴とする電力供給システム。
9. 請求項７に記載の電力供給システムにおいて、
   前記電力変換装置は、前記１以上の列車のすべての前記距離が前記放電判定距離より長く、前記蓄電装置の充電量が前記目標充電量以上であり、かつ、当該電力変換装置の電圧が、前記蓄電装置の充電量から定まる充電開始の基準電圧である充電開始電圧以上となった場合に、前記蓄電装置に充電をする
   ことを特徴とする電力供給システム。
10. 請求項２または６に記載の電力供給システムにおいて、
    前記電力変換装置は、前記列車距離が前記放電判定距離以下である列車が力行状態の場合に、前記蓄電装置から放電をする
    ことを特徴とする電力供給システム。
11. 同一架線に電力を供給する隣り合う第１および第２の変電所の間のいずれかに設置され蓄電装置と前記蓄電装置を制御する電力変換装置とで構成される電力供給システムの制御方法であって、
    前記架線から電力供給を受けて走行する１以上の列車の前記架線上の列車位置を検出し、
    前記１以上の列車の前記架線上の前記検出された列車位置と、当該電力変換装置の前記架線上の位置と、前記蓄電装置の充電量とを基に、前記蓄電装置の充放電を制御する
    ことを特徴とする制御方法。
    

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