JP2020037321A - 電力供給システムおよび電力供給方法 - Google Patents

Abstract

【課題】電力貯蔵装置の容量を抑えた上で、平常時は回生電力の有効活用による省エネルギー化を図りつつ、電力系異常時は変電所の代替として緊急走行に必要な電力量を補償する。【解決手段】電力貯蔵装置と当該電力貯蔵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、電力貯蔵装置の電力供給範囲であるき電範囲内をき電線から電力供給を受けて走行する１以上の列車の緊急走行に必要となる緊急用電力量を基に、電力貯蔵装置の充放電を制御する。【選択図】図１

Description

本発明は、概して、電力貯蔵装置の充放電の制御に関し、特に、停電や変電所異常等の電力系異常時における、き電線に電力を供給する変電所の代替としての電力貯蔵装置の制御に関する。

近年の環境問題やエネルギー問題の深刻化により、省エネルギー化を実現する技術が重要視されている。鉄道の分野では、車両の運転に必要なエネルギーの削減策のひとつとしてブレーキ作動時に発生する回生電力の有効活用が注目されている。回生電力とは、車両に搭載されたモータの起電力によりブレーキ力を得た際に発電される電力である。回生電力を供給している車両を回生車両と呼ぶ。従来の摩擦ブレーキでは熱として捨てていた車両の運動エネルギーが、電力に変換することで利用可能となる。回生電力の活用方法は、非電化、直流電化および交流電化といった動力形態で異なるが、以下の説明では、直流電化を例に取る。

直流電化のき電システムでは、電力系統から受電した交流電力をダイオードによる整流装置で直流に変換して電力をき電線に供給し、車両が力行時にき電線から電力をとりこむことで当該車両は走行する。回生電力は車両からき電線に供給され、他の力行中の車両（力行車両）が消費することで活用することができる。しかしながら、力行車両不在の場合、回生電力の供給先がなく、有効に活用することができない。なお、力行車両の消費する電力を力行電力と呼ぶ。

このような問題に対し、力行中の車両が不在の場合でも、回生電力の有効活用を可能とする地上設置型回生電力貯蔵装置（以下、電力貯蔵装置）が注目されている。電力貯蔵装置は、き電線に接続され、回生電力を充電し、力行電力が発生した際に充電した電力を放電する装置である。電力貯蔵装置は、停電や変電所異常等の電力系異常時において、き電線に電力を供給する変電所の代替として、蓄えられた電力を列車の緊急走行のために活用する用途としても期待される。

従来の電力貯蔵装置は、き電線に発生している負荷によって変化するき電線電圧の挙動を利用して、充放電を制御している。

車両が存在せずき電線に負荷がないときや回生電力と力行車両で消費される電力が等しい場合、整流装置が出力する電流はゼロであり、き電線の電圧は負荷のない状態における無負荷電圧となる。

回生電力が力行車両で消費される電力を下回っている場合、電力系統からき電線へ整流装置の出力電流が供給され、整流装置の内部抵抗により、き電線電圧は整流装置の出力電流に比例して無負荷電圧より低下する。

回生電力が力行車両で消費される電力を上回っている場合、き電線から電力系統への電流は流れないので整流装置の出力電流はゼロであるが、き電線に電力供給源が存在することでき電線電圧は無負荷電圧より上昇する。

そこで、き電線電圧が無負荷電圧の設計値より高い所定の値（充電電圧）を上回ったら充電、無負荷電圧の設計値より低い所定の値（放電電圧）を下回ったら放電することで、回生電力の有効活用を図る技術が特許文献１に示されている。この特許文献１には「本発明による電力貯蔵式回生電力吸収装置は、電力貯蔵装置と、該電力貯蔵装置からき電線への放電及びき電線から該電力貯蔵装置への充電を制御する電力変換器と、き電線電圧Ｖｓが電力充電運転開始電圧Ｖａｂｓより高いとき、それを電力充電運転開始電圧Ｖａｂｓまで引き下げるように上記電力変換器を制御する充電時電圧制御系と、き電線電圧Ｖｓが電力放電運転開始電圧Ｖｄｉｓｃより低いとき、それを電力放電運転開始電圧Ｖｄｉｓｃまで引き上げるように上記電力変換器を制御する放電時電圧制御系と、き電線電圧Ｖｓが電力充電運転開始電圧Ｖａｂｓ以下且つ電力放電運転開始電圧Ｖｄｉｓｃ以上のとき、電力貯蔵装置の充電率ＳＯＣを充電率指令値ＳＯＣｒｅｆに一致させるように上記電力変換器を制御する充電率制御系と、き電線電圧Ｖｓが電力充電運転開始電圧Ｖａｂｓ以下且つ電力放電運転開始電圧Ｖｄｉｓｃ以上であり、更に、電力貯蔵装置の充電率ＳＯＣと充電率指令値ＳＯＣｒｅｆの偏差の絶対値が基準値ΔＳＯＣ以内のとき上記電力変換器のスイッチングを停止させるサプレス制御系とを有する。」と記載されている。

特開２００６−６２４８９号公報

回生電力の有効活用による省エネルギー化を主眼とする場合、回生電力を充電できるように電力貯蔵装置の充電率は一定以下に抑制されることになる。

しかし、電力系異常時における代替の電力供給源として電力貯蔵装置を活用しようとした場合は、電力貯蔵装置の充電率が抑制されていると、列車の緊急走行に必要な電力量を電力貯蔵装置が補填できず、結果として、列車の緊急走行が不完全に終わる（たとえば、停電からの復旧まで列車が駅間に取り残される）状況が想定される。

これを防ぐため、電力貯蔵装置の充電率を上げるといった第１の方法、もしくは、電力貯蔵装置の容量を大きくするといった第２の方法を採用することが考えられる。

しかし、第１の方法では、電力貯蔵装置が回生電力を充電できる余地がなくなる可能性がある。第２の方法では、電力貯蔵装置の設置コストが増大する可能性がある。

本発明は上記課題を解決するために、電力貯蔵装置と当該電力貯蔵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、電力貯蔵装置の電力供給範囲であるき電範囲内をき電線から電力供給を受けて走行する１以上の列車の緊急走行に必要となる電力量を基に、電力貯蔵装置の充放電を制御する。

本発明により、電力貯蔵装置の容量を抑えた上で、平常時は回生電力の有効活用による省エネルギー化を図りつつ、電力系異常時は変電所の代替として緊急走行に必要な電力量を補償することが可能となる。

実施例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。 実施例における電力変換装置の構成例を示す図。 実施例における充放電指標決定部の処理フローを示す図。 実施例における充放電判定部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、本発明の一実施例における電力供給システム１００を含んだ鉄道システムの概要を示す。

変電所１０２は、電力系統から電力を受電し、き電線１０１を介して所定範囲内に在線する列車１０５に対して電力を供給する。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、き電線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電力貯蔵装置１０４とで構成される。また、き電線１０１から電力供給を受けて走行する列車１０５がいる。

電力貯蔵装置１０４の電力供給範囲であるき電範囲Lx（たとえば、電力貯蔵装置１０４が電力を供給可能な一方側の最も遠い位置Saと他方側の最も遠い位置Sb）が定義されている。

電力変換装置１０３は、き電範囲Lx内をき電線１０１から電力供給を受けて走行する１以上の列車１０５の緊急走行に必要となる緊急用電力量Peを基に電力貯蔵装置１０４の充放電を制御する充放電制御処理を周期的にまたは非周期的に実行する。これにより、電力貯蔵装置１０４の容量を抑えた上で、平常時は回生電力の有効活用による省エネルギー化を図りつつ、電力系異常時は変電所１０２の代替として緊急走行に必要な電力量を補償することが可能となる。なお、各回の充放電制御処理では、緊急用電力量Peは、き電範囲Lx内の１以上の列車１０５にそれぞれ対応した１以上の必要充電量Pqに基づいて決定された電力量（たとえば、１以上の必要充電量Pqの総和）である。これにより、緊急用電力量Peを適切な値とすることが期待できる。１以上の列車１０５の各々について、当該列車１０５に対応した必要充電量Pqは、当該列車１０５にとっての緊急走行に必要な電力量である。

電力変換装置１０３は、緊急用電力量Peに加えて、電力貯蔵装置１０４の現在充電量Pcを基に、電力貯蔵装置１０４の充放電を制御する。

現在充電量Pcは、電力貯蔵装置１０４が現在貯蔵する充電量を表す。現在充電量Pcは、電力貯蔵装置１０４の１台分の充電量でもよいし、近隣に設置された他電力貯蔵装置１０４の充電量を足し合わせ、あたかも１台の電力貯蔵装置１０４のように取り扱ってもよい。

緊急用電力量Peは、き電範囲Lx内を走行する列車１０５が緊急走行を行うために必要となる充電量である。き電範囲Lx内を複数の列車１０５が走行する場合は、緊急用電力量Peは、上述したように、複数の列車１０５にそれぞれ対応した複数の必要充電量Pqの総和としてもよい。緊急用電力量Peの適正度を向上するために、各回の充放電制御処理では、緊急用電力量Peは、当該充放電制御処理に関してき電範囲Lx内に存在する列車１０５の数に基づいて決定された電力量である。緊急用電力量Peの適正度をさらに向上するために、各回の充放電制御処理では、緊急用電力量Peは、さらに、当該充放電制御処理に関してき電範囲Lx内に存在する各列車１０５の走行位置に基づいて決定された電力量でよい。緊急用電力量Peの適正度をさらに向上するために、各回の充放電制御処理では、緊急用電力量は、さらに、下記のうちの少なくとも１つ、
・き電範囲Lx内における各列車１０５の緊急時の停車位置、
・き電範囲Lx内における各列車１０５の車両性能（たとえば、車両重量、モータ効率、および、車両に蓄電池が搭載されているか否か、のうちの少なくとも１つ）、
・混雑度（たとえば乗客重量）、
・緊急走行時の計画ランカーブ（たとえば、各走行地点における目標走行速度）、
・き電範囲Lxにおける路線線形（たとえば、各走行地点の勾配、曲線半径、走行抵抗、駅ホーム位置、および、トンネル位置、のうちの少なくとも１つ）、および、
・き電範囲Lxにおけるき電線１０１およびレールの少なくとも１つの送電負荷（たとえば電気抵抗）
に基づいて決定された電力量でよい。

緊急用電力量Peは、電力変換装置１０３が算出してもよいし、電力供給システム１００の外部システム（たとえば、運行管理装置）が算出してもよい。各列車１０５について、当該列車１０５の必要充電量Pqは、当該列車１０５に搭載された車上制御装置が算出して電力変換装置１０３や上記外部システムへ通知してもよいし、地上に設置された所定の装置が算出して電力変換装置１０３や上記外部システムへ通知してもよい。すなわち、本発明では、緊急用電力量Pe（および、各列車１０５の必要充電量Pq）を算出する主体は特に制約されないでよい。

また、緊急用電力量Peは、上述したように、各列車１０５の走行位置に加えて、各列車１０５の緊急時の停車位置（たとえば次駅のホーム地点）に基づいてもよい。たとえば、各列車の必要充電量Pqは、当該列車１０５の走行位置から緊急時の停車位置までの距離に基づいてもよい。

各列車１０５の走行位置は、当該列車１０５がき電範囲Lx内に存在するか否かの判定や、より適切な緊急用電力量Peの決定に使用可能である。各列車１０５の走行位置は、各列車１０５が検出し電力変換装置１０３や上記外部システムに通知してもよいし、軌道回路から特定されてもよい。

また、各列車１０５の実際の走行位置が直接入手できる状況ではない場合（または、当該状況であるか否かに関わらず）、き電範囲Lx内の各列車１０５の走行位置は、１以上の列車１０５の各々についてのダイヤを基に推定された走行位置でよい。たとえば、ダイヤ情報（計画された各列車１０５のダイヤを示す情報）を基に、電力変換装置１０３（または上記外部システム）は、各時間帯における各列車１０５の走行位置を推定し、当該推定位置から緊急時の停車位置までの距離を基に、緊急用電力量Peを概算してもよい。ダイヤ情報を基に緊急用電力量Peを算出する場合、緊急用電力量Peの変動を事前に予測することが出来る事から、電力貯蔵装置１０４の充放電動作の制御を時間帯ごとに予め設定することも可能となる。従って、列車走行位置に関する通信処理の省略や、緊急用電力量Peの算出負荷を簡素化できる利点がある。加えて、緊急用電力量Peが短時間で大幅に変動するような状況において、電力貯蔵装置１０４への急速な充放電が難しい場合、予測に基づき実際の変動タイミングより先行して充放電動作を開始することが可能となる。また、ダイヤ通りに各列車１０５が走行している間は予め設定した充放電動作で制御し、ダイヤと異なる走行が行われている場合（たとえば、臨時増発、運行遅延等）は、ダイヤと異なる運行に関する情報（たとえば、車両情報、遅延時分、実績ダイヤ等）を電力変換装置１０３（または上記外部システム）に通知することで、電力変換装置１０３（または上記外部システム）が、計画外の列車運用に対しても対応可能となる。

また、各回の前記充放電制御処理では、前記き電範囲は、隣接する少なくとも１つの別の電力供給システムについてのき電範囲との間で調整された後のき電範囲でよい。具体的には、たとえば、路線内（たとえば駅間）に複数の電力供給システム１００が存在する環境においては、電力供給システム１００毎に、効率的にき電できるき電範囲を特定しておき、その範囲内を列車１０５が緊急時に必要となる電力量Pqを基に、緊急用電力量Peが決定されてもよい。より具体的には、たとえば、10kmおきに電力供給システム１００が設置されている場合、各電力供給システム１００の設置位置の前後5kmを各電力供給システム１００のき電範囲Lxとすることが考えられる。各電力供給システム１００のき電範囲は、電力供給システム１００の設置位置を基に固定でもよいし、各電力供給システム１００または隣接する電力供給システム１００の運用状況や列車１０５の走行状況に応じてき電範囲は動的に変更されてもよい。後者の例は、次の通りである。すなわち、各回の充放電制御処理では、電力貯蔵装置１０４の現在充電量Pcが緊急用電力量Peより不足している場合、または、調整される前のき電範囲内を走行する列車１０５の数が、緊急用電力量Peに従う閾値（たとえば、緊急用電力量Peが小さい程小さい値となる閾値）を超えている場合、調整された後のき電範囲（動的に変更された後のき電範囲）は、少なくとも１つの別の電力供給システム１００についてのき電範囲が延長されたことにより短くされたき電範囲でよい。具体的には、たとえば、ある電力変換装置１０３の電力貯蔵装置１０４の現在充電量Pcが当該電力変換装置１０３に割り当てられた緊急用電力量Peより不足しており、隣接する電力変換装置１０３の電力貯蔵装置１０４には十分な現在充電量Pc（少なくとも当該隣接する電力変換装置１０３の緊急用電力量Peよりも大きな現在充電量P）が確保されている場合、隣接する電力供給システム１００のき電範囲を延長し自身の電力供給システム１００のき電範囲を短くするような運用が考えられる。また、たとえば、ある電力供給システム１００のき電範囲内を列車１０５が多数走行している場合、当該電力変換装置１０３に対する緊急用電力量Peの需要が集中することから、隣接する電力供給システム１００のき電範囲を延長することで、特定の電力貯蔵装置１０４が充電すべき電力量を低減する運用が考えられる。複数の電力供給システム１００の各々について、当該電力供給システム１００と隣接の電力供給システム１００との間のき電範囲を調整（設定）する方法として、電力供給システム１００同士が相互に通信してき電範囲を調整する方法や、各種電力設備の監視や制御を行う遠方の監視制御装置（もしくは類似の機能を持った装置）が調整する方法を採用することが可能である。き電範囲に基づく充放電制御を行う場合、外部システム（たとえば、運行管理装置）から電力供給システム１００に対し、列車１０５の走行位置を送信する構成とすることが採用されてよい。

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。なお、図２において、各種電力量Pm、Pn、Pe、PcおよびPtの単位は、たとえばWh（ワットアワー）であり、各種電圧（および電圧閾値）Vc、VscおよびVsdの単位は、たとえばV（ボルト）である。

電力変換装置１０３は、電力貯蔵装置１０４の最大充電容量Pmおよび定常時充電量Pnおよびき電線電圧Vcおよび充電基準値ΔPを示す情報のソースであるデータソース２０１と、充電判定指標である電力充電運転開始電圧（以下、充電閾値）Vscおよび電力放電運転開始電圧（以下、放電閾値）Vsdおよび目標充電量Ptを決定する充放電指標決定部２０２と、電力貯蔵装置１０４の充放電指令Sを決定する充放電判定部２０３と、充放電指令S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。

定常時充電量Pnは、定常時（たとえば緊急時以外）の充電量、具体的には、たとえば、省エネルギーを主目的として電力貯蔵装置１０４を使用した場合における最適な充電量である。定常時充電量Pnは、たとえば、回生電力を充電する余裕を確保するための充電量（一例として、最大充電容量Pmの40%）でよい。

最大充電容量Pmは、電力貯蔵装置１０４が充電可能な最大充電量である。最大充電容量Pmは、電力貯蔵装置１０４がデバイスとして充電できる最大電力量でもよいし、運用上使用する最大電力量でもよい。たとえば、電力貯蔵装置の充電率が１００％となるまで充電するとデバイスとしての動作効率が下がるような場合には、充電率９０％程度の電力量を最大電力量Pmでもよい。

充電基準値ΔPは、現在充電量Pcが目標充電量Ptに対して十分近づいたかを充放電指標決定部が判定するための指標として用いられ、ゼロ以上の値である（現在充電量Pcと目標充電量Ptの差分がΔP以下になれば、目標とする充電量になっていると判定）。

データソース２０１は、電力変換装置１０３の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は、電力貯蔵装置１０４の最大充電容量Pmおよび定常時充電量Pnおよび充電基準値ΔPを表す情報を充放電判定部２０３へ入力する。また、データソース２０１はデータベースのような情報（たとえば、ダイヤ情報）でもよい。また、データソース２０１から、き電範囲Lxを表す情報が入力されてよい。

き電線電圧Vcが充電閾値Vscより高いとき、充放電判定部２０３は、き電線電圧Vcを充電閾値Vscまで引き下げるように電力変換装置１０３を制御する、つまり、き電線１０１から電力貯蔵装置１０４へ充電する充放電指令Sを電力変換動作部２０４に出力する。また、き電線電圧Vcが放電閾値Vsdより低いとき、充放電判定部２０３は、き電線電圧Vcを放電閾値Vsdまで引き上げるように電力変換装置１０３を制御する、つまり、電力貯蔵装置１０４からき電線１０１へ放電する充放電指令Sを電力変換動作部２０４に出力する。

充電閾値Vsc（の設定値）を下げると、き電線１０１から電力貯蔵装置１０４への充電が行われやすくなる。たとえば、充電閾値Vscを無負荷電圧以下とすると、回生電力が発生していない状況においても上記制御により電力貯蔵装置１０４への充電が行われやすくなる。逆に、放電閾値Vsd（の設定値）を上げると、電力貯蔵装置１０４からき電線１０１への放電が行われやすくなる。たとえば、放電閾値Vsdを無負荷電圧以上とすると、回生電力が発生している状況においても上記制御により電力貯蔵装置１０４からの放電が行われる場合がある。本特性を利用することにより、電力貯蔵装置１０４の現在充電量Pcが目標充電量Ptに満たない場合は、充電閾値Vscおよび放電閾値Vsdを低下することで、充電を促進し、かつ過放電を抑制することが可能となる。逆に、電力貯蔵装置１０４の現在充電量Pcが目標充電量Pt以上となっている場合は、充電閾値Vscおよび放電閾値Vsdを上昇することで、放電を促進し、かつ過充電を抑制することが可能となる。

以下、周期的に（または非周期的に）行われる充放電制御処理の処理フローを説明する。本実施例では、充放電制御処理は、充放電指標決定部２０２が行う処理Ａと、充放電判定部２０３が行う処理Ｂとで構成されている。なお、少なくとも１つの充放電制御処理は、処理Ａが１回以上行われた後に処理Ｂが行われてもよい。その際、処理Ｂの際に使用される処理Ａの結果としての充電閾値Vscと放電閾値Vsdの各々は、１回以上の処理Ａにそれぞれ対応した１以上の充電閾値Vscに基づく値（たとえば平均値）および１以上の放電閾値Vsdに基づく値（たとえば平均値）でもよい。

充放電指標決定部２０２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。

まず、充放電指標決定部２０２は、最大充電容量Pm、定常時充電量Pnおよび充電基準値ΔPの情報をデータソース２０１から、緊急用電力量Pe（および、き電範囲Lx）の情報をたとえばデータソース２０１から、現在充電量Pcの情報を電力貯蔵装置１０４から、それぞれ入力する（ステップ１０１０）。

次に、充放電指標決定部２０２は、緊急用電力量Peが最大充電容量Pmより大きい（Pm＜Pe）か否かを判定する（ステップ１０２０）。

Pm＜Peの場合（ステップ１０２０：Ｙｅｓ）、充放電指標決定部２０２は、最大充電容量Pmの数値を目標充電量Ptとして設定する（ステップ１０３０）。

Pm≧Peの場合（ステップ１０２０：Ｎｏ）、充放電指標決定部２０２は、緊急用電力量Peが定常時充電量Pnより大きい（Pn＜Pe）か否かを判定する（ステップ１０４０）。

Pn＜Peの場合（ステップ１０４０：Ｙｅｓ）、充放電指標決定部２０２は、緊急用電力量Peの数値を目標充電量Ptとして設定する（ステップ１０５０）。

Pn≧Peの場合（ステップ１０４０：Ｎｏ）、充放電指標決定部２０２は、定常時充電量Pnの数値を目標充電量Ptとして設定する（ステップ１０６０）。

次に、充放電指標決定部２０２は、現在充電量Pcが、上記で設定した目標充電量Ptに充電基準値ΔPを加えた値より大きい（Pt＋ΔP＜Pc）か否かを判定する。

Pt＋ΔP＜Pcの場合（ステップ１０７０：Ｙｅｓ）、充放電指標決定部２０２は、過充電と判断する、具体的には、電力貯蔵装置１０４への放電を促進するため充電閾値Vscおよび放電閾値Vsdの設定値をより上げる（たとえば定常時より上げる）（ステップ１０８０）。

Pt＋ΔP≧Pcの場合（ステップ１０７０：Ｎｏ）、充放電指標決定部２０２は、現在充電量Pcが目標充電量Ptから充電基準値ΔPを引いた値より大きい（Pt−ΔP＜Pc）か否かを判定する（ステップ１０９０）。

Pt−ΔP＜Pcの場合（ステップ１０９０：Ｙｅｓ）、充放電指標決定部２０２は、現在充電量Pcは許容範囲内の充電量であると判断する、具体的には、充電閾値Vscおよび放電閾値Vsdの設定値を維持する（たとえば定常時の設定とする）（ステップ１１００）。

Pt−ΔP≧Pcの場合（ステップ１０９０：Ｎｏ）、充放電指標決定部２０２は、過放電もしくは充電不足と判断する、具体的には、電力貯蔵装置１０４への充電を促進するため充電閾値Vscおよび放電閾値Vsdの設定値をより下げる（たとえば定常時より下げる）（ステップ１１１０）。

最後に、充放電指標決定部２０２は、上記で設定した充電閾値Vscおよび放電閾値Vsdを充放電判定部２０３へ送信する（ステップ１１２０）。

図３の処理において、Pt＝Pm（ステップ１０３０）は、電力貯蔵装置１０４の最大充電量Pmまで充電しても緊急用電力量Peに満たない状況が発生している事を意味する。この場合の対応策として、たとえば、隣接する両側または一側の電力供給システム１００とき電範囲の分担を調整することで（具体的には、自身の電力供給システム１００のき電範囲Lxを短くし隣接の電力供給システム１００のき電範囲を延長することで）、自身の電力変換装置１０３に割り当てられる緊急用電力量Peを抑制することが考えられる。

また、たとえば、電力変換装置１０３は、運転指令室や運行管理装置、列車集中制御装置へ本状況の発生を通知し、当該電力変換装置１０３の設置位置近辺を走行する列車１０５のダイヤやランカーブの変更を促す事で、電力停止時の影響を最小化することも考えられる。具体的には、各回の前記充放電制御処理では、電力貯蔵装置１０４の現在充電量Pcが緊急用電力量Peより不足している場合、電力変換装置１０３は、き電範囲Lx内の１以上の列車の少なくとも１つのダイヤもしくはランカーブの変更に関する処理（たとえば、ダイヤもしくはランカーブを変更する、または、ダイヤもしくはランカーブの変更を運行管理装置のような外部システムに依頼する）、もしくは、指令員もしくは当該１以上の列車の各々の運転士に対する警報の通知に関する処理（たとえば、当該警報を通知する、または、当該警報の通知を上記外部システムに依頼する）を実行する。

上記ステップ１０８０、およびステップ１１１０では、充放電指標決定部２０２は、現在充電量Pcと目標充電量Ptの比較結果に応じて、充電閾値Vscおよび放電閾値Vsdの増減を行う。充放電指標決定部２０２は、図３の処理を周期的に実行するが、実行するたびに充電閾値Vscおよび放電閾値Vsdの設定値を上昇もしくは低下させてもよいし、所定の値に固定しておいてもよい。実行するたびに設定値が上昇もしくは低下する場合、充電閾値Vscおよび放電閾値Vsdの設定値には、上限値もしくは下限値が予め定められておいてもよい。また、充電閾値Vscおよび放電閾値Vsdの設定値は、使用する設定値を予め複数パターン定めておき、現在充電量Pcと目標充電量Ptの差に応じて使い分けられてもよい。たとえば、現在充電量Pcと目標充電量Ptの差が小さい（たとえば一定値未満である）場合、充放電指標決定部２０２は、充電閾値Vscおよび放電閾値Vsdの設定値を現在の値より小さい値としてもよい。また、たとえば、現在充電量Pcと目標充電量Ptの差が大きい（たとえば上記一定値以上である）場合、充放電指標決定部２０２は、充電閾値Vscおよび放電閾値Vsdの設定値を現在の値より大きい値としてもよい。また、上記では充電閾値Vscと放電閾値Vsdの両方が変化するが、どちらか片方の設定値だけが変化してもよい。

上記は電力系正常時を想定した充放電指標決定部２０２の処理手順であるが、電力系異常時においては異なる処理が行われてもよい。たとえば、充放電指標決定部２０２は、電力系異常を検出した場合は、ステップ１０８０、１１００および１１００の少なくとも１つにおいて、充電閾値Vscおよび放電閾値Vsdの少なくとも１つの設定値を、電力系異常時用の設定値に変更してもよい。その際、電力系異常時にき電線電圧Vcを定常時より低く保つ方法として、たとえば、放電閾値Vsdを定常時より下げて設定することが考えられる。

次に、充放電判定部２０３の動作について図４を用いて説明する。図４の処理は、周期的に（たとえば５秒間隔で）行われる。

まず、充放電判定部２０３は、最大充電容量Pmおよびき電線電圧Vcの情報をデータソース２０１から、現在充電量Pcの情報を電力貯蔵装置１０４から、充電閾値Vscおよび放電閾値Vsdの情報を充放電指標決定部２０２から、それぞれ入力する（ステップ２０１０）。

次に、充放電判定部２０３は、き電線電圧Vcが放電閾値Vsdよりも小さい（Vc＜Vsd）か否かを判定する（ステップ２０２０）。

Vc＜Vsdの場合（ステップ２０２０：Ｙｅｓ）、充放電判定部２０３は、電力変換動作部２０４に対して、放電開始を意味する充放電指令Sを送信する（ステップ２０３０）。

Vc≧Vsdの場合（ステップ２０２０：Ｎｏ）、充放電判定部２０３は、き電線電圧Vcが充電閾値Vscより大きい（Vsc＜Vc）か否かを判定する（ステップ２０４０）。Vsc＜Vcの場合（ステップ２０４０：Ｙｅｓ）、充放電判定部２０３は、現在充電量Pcが最大充電容量Pmより小さい（Pc＜Pm）か否かを判定する（ステップ２０５０）。

Vsc＜VcかつPc＜Pmの場合（ステップ２０５０：Ｙｅｓ）、充放電判定部２０３は、電力変換動作部２０４に対して、充電開始を意味する充放電指令Sを送信する（ステップ２０６０）。

Vsc≧Vc、または、Pc≧Pmの場合（ステップ２０４０：Ｎｏ、または、ステップ２０５０：Ｎｏ）、充放電判定部２０３は、電力変換動作部２０４に対して、充放電停止を意味する充放電指令Sを送信する（ステップ２０７０）。

以上の実施例によれば、電力変換装置１０３が制御する電力貯蔵装置１０４の現在電力量Pcが、列車１０５が電力系異常時において各列車１０５が緊急走行のために必要となる緊急用電力量Peを確保できるように、電力貯蔵装置１０４への充電が促進され、かつ放電が抑制されるような目標充電量Ptおよび電力充放電開始電圧（Vsc、Vsd）を、電力変換装置１０３が設定する。また、緊急用電力量Peが少ない場合は、列車１０５からの回生電力を吸収する余地が確保できるように、電力貯蔵装置１０４への放電が促進され、かつ充電が抑制されるような目標充電量Ptおよび電力充放電開始電圧（Vsc、Vsd）を、電力変換装置１０３が設定する。このように、列車１０５の走行状況に応じて電力貯蔵装置１０４の充電量を制御することにより、電力貯蔵装置１０４の容量を抑えた上で、平常時は回生電力の有効活用による省エネルギー化を図りつつ、電力系異常時は変電所１０２の代替として列車緊急走行に必要となる電力量を補償する電力貯蔵装置１０４を提供することが可能となる。

また、実施例によれば、多くの列車１０５が近辺を走行する時間帯（過密運転）には緊急用電力量が大きくなり、電力貯蔵装置１０４が回生吸収できる電力量が制限される可能性があるが、過密運転の場合は列車同士による力行電力・回生電力の融通が可能であるため、過密運転時に電力貯蔵装置１０４の充電量を上げたとしても、省エネルギー化への影響は小さいと想定される。

以上、具体的な実施例を説明したが、これは本発明の説明のための例示であって、本発明の範囲を上記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。たとえば、図３及び図４の処理は、以下のように総括することができる。

すなわち、各回の前記充放電制御処理では、電力変換装置１０３は、電力貯蔵装置１０４の充電閾値Vscおよび放電閾値Vsdの少なくとも１つと電力貯蔵装置１０４の現在充電量Pcとの大小関係に基づいて充放電を制御する。充電閾値Vscは、電力貯蔵装置１０４の現在充電量Pcと比較される閾値であって、電力貯蔵装置１０４の充電を開始するか否かを決定するための閾値である。放電閾値Vscは、電力貯蔵装置１０４の現在充電量Pcと比較される閾値であって、電力貯蔵装置１０４の放電を開始するか否かを決定するための閾値である。各回の充放電制御処理では、充電閾値Vscおよび放電閾値Vsdの少なくとも１つは、当該処理での目標充電量Ptと現在充電量Pcとの大小関係に基づいて決定された値である。各回の充放電制御処理では、目標充電量Ptは、緊急用電力量Peと、電力貯蔵装置１０４の最大充電容量Pm及び定常時充電量Pnの少なくとも１つとの大小関係に基づいて決定された充電量である。

具体的には、各回の充放電制御処理について、次のことが言える。すなわち、緊急用電力量Peが最大充電容量Pmより大きい場合、目標充電量Ptは、最大充電容量Pmである。緊急用電力量Peが最大充電容量Pm以下かつ定常時充電量Pnより大きい場合、目標充電量Ptは、緊急用電力量Peである。現在充電量Pcが目標充電量Ptと所定値（たとえば充電基準値ΔP）との和より大きい場合、充電閾値Vscおよび放電閾値Vsdの各々がより高い値とされる。現在充電量Pcが目標充電量Ptと当該所定値との差以下である場合、充電閾値Vscおよび放電閾値Vsdの各々がより低い値とされる。

１００：電力供給システム
１０３：電力変換装置
１０４：電力貯蔵装置

Claims (13)

1. 電力貯蔵装置と前記電力貯蔵装置を制御する電力変換装置とで構成され、き電線に電力を供給する電力供給システムにおいて、
   前記電力変換装置は、前記電力貯蔵装置の電力供給範囲であるき電範囲内を前記き電線から電力供給を受けて走行する１以上の列車の緊急走行に必要となる緊急用電力量を基に前記電力貯蔵装置の充放電を制御する充放電制御処理を周期的にまたは非周期的に実行する
   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、
   各回の前記充放電制御処理では、前記緊急用電力量は、当該充放電制御処理に関して前記き電範囲内に存在する列車の数に基づいて決定された電力量である
   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、
   各回の前記充放電制御処理では、前記緊急用電力量は、さらに、当該充放電制御処理に関して前記き電範囲内に存在する各列車の走行位置に基づいて決定された電力量である
   ことを特徴とする電力供給システム。
4. 請求項３に記載の電力供給システムにおいて、
   各回の前記充放電制御処理では、前記緊急用電力量は、さらに、下記のうちの少なくとも１つ、
   前記各列車の緊急時の停車位置、
   前記各列車の車両性能、
   前記各列車の混雑度、
   緊急走行時のランカーブ、
   前記き電範囲における路線線形、および、
   前記き電範囲におけるき電線およびレールの少なくとも１つの送電負荷
   に基づいて決定された電力量である
   ことを特徴とする電力供給システム。
5. 請求項１ないし請求項４のうちのいずれか１項に記載の電力供給システムにおいて、
   前記き電範囲内の各列車の走行位置は、前記１以上の列車の各々についてのダイヤを基に推定された走行位置である
   ことを特徴とする電力供給システム。
6. 請求項１ないし請求項５のうちのいずれか１項に記載の電力供給システムにおいて、
   各回の前記充放電制御処理では、前記き電範囲は、隣接する少なくとも１つの別の電力供給システムについてのき電範囲との間で調整された後のき電範囲である
   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、
   各回の前記充放電制御処理では、前記電力貯蔵装置の現在充電量が前記緊急用電力量より不足している場合、または、調整される前の前記き電範囲内を走行する列車の数が、前記緊急用電力量に従う閾値を超えている場合、前記調整された後のき電範囲は、前記少なくとも１つの別の電力供給システムについてのき電範囲が延長されたことにより短くされたき電範囲である
   ことを特徴とする電力供給システム。
8. 請求項１ないし請求項７のうちのいずれか１項に記載の電力供給システムにおいて、
   各回の前記充放電制御処理では、前記電力貯蔵装置の現在充電量が前記緊急用電力量より不足している場合、前記電力変換装置は、前記１以上の列車の少なくとも１つのダイヤもしくはランカーブの変更に関する処理、もしくは、指令員もしくは前記１以上の列車の各々の運転士に対する警報の通知に関する処理を実行する
   ことを特徴とする電力供給システム。
9. 請求項１ないし請求項８のうちのいずれか１項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、電力系の異常を検知した場合、前記電力貯蔵装置の充電閾値および放電閾値の少なくとも１つを変更し、
   前記充電閾値は、前記電力貯蔵装置の現在充電量と比較される閾値であって、前記電力貯蔵装置の充電を開始するか否かを決定するための閾値であり、
   前記放電閾値は、前記電力貯蔵装置の現在充電量と比較される閾値であって、前記電力貯蔵装置の放電を開始するか否かを決定するための閾値である
   ことを特徴とする電力供給システム。
10. 請求項１ないし請求項９のうちのいずれか１項に記載の電力供給システムにおいて、
    各回の前記充放電制御処理では、前記緊急用電力量は、前記１以上の列車にそれぞれ対応した１以上の必要充電量に基づいて決定された電力量であり、
    前記１以上の列車の各々について、当該列車に対応した必要充電量は、当該列車にとっての緊急走行に必要な電力量である
    ことを特徴とする電力供給システム。
11. 請求項１ないし請求項１０のうちのいずれか１項に記載の電力供給システムにおいて、
    各回の前記充放電制御処理では、前記電力変換装置は、前記電力貯蔵装置の充電閾値および放電閾値の少なくとも１つと前記電力貯蔵装置の現在充電量との大小関係に基づいて充放電を制御し、
    前記充電閾値は、前記電力貯蔵装置の現在充電量と比較される閾値であって、前記電力貯蔵装置の充電を開始するか否かを決定するための閾値であり、
    前記放電閾値は、前記電力貯蔵装置の現在充電量と比較される閾値であって、前記電力貯蔵装置の放電を開始するか否かを決定するための閾値であり、
    各回の前記充放電制御処理では、前記充電閾値および前記放電閾値の少なくとも１つは、当該処理での目標充電量と前記現在充電量との大小関係に基づいて決定された値であり、
    各回の前記充放電制御処理では、前記目標充電量は、前記緊急用電力量と、前記電力貯蔵装置の最大充電容量及び定常時充電量の少なくとも１つとの大小関係に基づいて決定された充電量である
    ことを特徴とする電力供給システム。
12. 請求項１１に記載の電力供給システムにおいて、
    各回の前記充放電制御処理では、
    前記緊急用電力量が前記最大充電容量より大きい場合、前記目標充電量は、前記最大充電容量であり、
    前記緊急用電力量が前記最大充電容量以下且つ前記定常時充電量より大きい場合、前記目標充電量は、前記緊急用電力量であり、
    前記現在充電量が前記目標充電量と所定値との和より大きい場合、前記充電閾値および前記放電閾値の各々がより高い値であり、
    前記現在充電量が前記目標充電量と前記所定値との差以下である場合、前記充電閾値および前記放電閾値の各々がより低い値である
    ことを特徴とする電力供給システム。
13. 電力貯蔵装置の充放電を制御することでき電線に電力を供給する電力供給方法において、
    前記電力貯蔵装置の電力供給範囲であるき電範囲内を前記き電線から電力供給を受けて走行する１以上の列車の緊急走行に必要となる緊急用電力量を基に前記電力貯蔵装置の充放電を制御する充放電制御処理を周期的にまたは非周期的に実行する
    ことを特徴とする電力供給方法。