JP4208630B2 - 電動車によって要求される電力を規制するための方法およびシステム - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、直流カテナリを介して電力を供給される電動車の電力を規制するための方法に関する。本発明は、より詳細には、カテナリに使用可能な電力に応じて、電動車によって要求される電力を規制する方法に関する。本発明は、当該方法を実施するためのシステムにも関する。
【０００２】
【従来の技術】
直流電力は、通常、鉄道線路に沿って配置された変電所によって電力を供給されるカテナリによって、電動車に供給される。変電所は、特定の電力を供給するように定格される。複数の鉄道車両が、変電所によって電力を供給される線路の一部の上に同時にあるという理由で、またはカテナリが、工事または変電所間の距離が長いために、適切に電力を供給されないという理由で、電動車によって吸収された電力が、カテナリに使用可能な電力より大きい場合、電力供給変電所において、電圧降下が生じ、これにより、電圧が低過ぎるために、過負荷に応答して回路ブレーカが遮断することがあり、または電動車の回路ブレーカが遮断することがある。
【０００３】
電動車の電力を制限するためのマニュアルセレクタを電動車に装備することによって、この問題を解決することが、当技術分野では知られている。マニュアルセレクタは、運転者が、運転者のマニュアルにおいて規定された位置に設定しなければならない。しかし、この種のシステムは、基準動作条件に基づいており、電動車によって要求される電力を、動作条件の変動に自動的に適合させない。したがって、この種のシステムは、最悪の場合のシナリオの動作条件を考慮する方式で電動車の電力を管理する。そして、変電所の付近など電動車がより多くの電力を消費することができるはずのより多くの電力を供給された領域から恩恵を受けることができない。
【０００４】
他の従来の技術の解決法は、カテナリ電圧を測定することによって、電動車が消費することができる最大電力を決定する。この解決法は、電動車が変電所から遠過ぎない場合、一般に有効である。しかし、電動車が変電所から遠距離にある場合、カテナリの抵抗が大きくなり、線間電圧は、カテナリを流れる電流に大きく依存し、したがって電動車によって吸収される電力に大きく依存する。この種の状況では、消費の小さな増大は、大きなカテナリ電圧降下を意味し、電力制限アルゴリズムの作用は、カテナリ電圧の関数なので、規制システムの利得は、ますます高くなり、その結果、電力規制システムは、不安定になる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
したがって、本発明の目的は、電動車の最適動作を保証する電動車の電力をカテナリに使用可能な電力に応じて規制するための安定な方法とシステムを提案することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、線路に沿って分散した電力供給変電所によって直流電力を供給されるカテナリと協動する電流コレクタ手段を含めて、電動車によって要求される電力を規制する方法であって、
電動車のカテナリ電圧Ｖｃａｔを測定するステップと、
電動車のカテナリ電流Ｉｃａｔを測定するステップと、
電動車が接続されたカテナリに電力を供給する変電所の無負荷電圧Ｖｃａｔ_０を評価するステップと、
下式から、カテナリに使用可能な最大電力を評価し、
【数５】

上式で、Ｒが、下式から計算されたカテナリの抵抗であるステップと、
【数６】

電動車によって要求される電力を、計算した最大電力Ｐｍａｘ以下の電力限界Ｐｌｉｍに制限するステップとを含むことを特徴とする方法を提供する。
【０００７】
本発明の他の特徴によれば、変電所の無負荷電圧Ｖｃａｔ_０は、Ｒ’をカテナリの動的抵抗として、入力が差Ｒ’−Ｒである比例積分レギュレータによって、変電所の理論無負荷電圧Ｖｃａｔ_０’の値を訂正することによって評価される。
【０００８】
本発明の他の特徴によれば、電力限界Ｐｌｉｍは、インフラストラクチャによって課された制限を考慮して、計算した電力Ｐｍａｘに０から１の低減係数Ｋを適用することによって計算される。
【０００９】
また、本発明は、線路に沿って分散した電力供給変電所によって直流電力を供給されるカテナリと協動する電流コレクタ手段を含む電動車によって要求される電力を規制するためのシステムであって、
電動車のカテナリ電圧Ｖｃａｔを測定するための手段と、
電動車のカテナリ電流Ｉｃａｔを測定するための手段と、
電動車が接続されたカテナリに電力を供給する変電所の無負荷電圧Ｖｃａｔ_０を評価するためのステージと、
カテナリに使用可能な最大電力Ｐｍａｘを評価するためのステージであって、等価な抵抗
【数７】

を計算するためのモジュールと、電力
【数８】

を計算するためのモジュールとを含むステップと、
電動車によって要求される電力を、計算した最大電力Ｐｍａｘ以下の値に制限するための手段とを含むことを特徴とするシステムを提供する。
【００１０】
本発明による電力規制システムの特定の実施形態は、以下の特徴の１つまたは複数を、単独で、あるいは技術的に実行可能なあらゆる組合わせで、有することができる：
【００１１】
変電所の電圧Ｖｃａｔ_０を評価するためのステージには、電動車に電力を供給する変電所の理論無負荷電圧に対応する信号Ｖｃａｔ_０’を送達する少なくとも１つのメモリが含まれ、前記信号Ｖｃａｔ_０’が、変電所の電圧Ｖｃａｔ_０を評価するための基準値として役立つ。
【００１２】
変電所の電圧Ｖｃａｔ_０を評価するためのステージが、理論無負荷信号Ｖｃａｔ_０’に注入され、かつＲ’をカテナリの動的抵抗として、入力として差Ｒ’−Ｒを受信する比例積分レギュレータによって生成される訂正信号を生成するための手段をさらに含む。
【００１３】
最大電力Ｐｍａｘは、インフラストラクチャによって課された制限を考慮して、レジューサモジュールから獲得された乗算器の係数Ｋによって訂正される。
【００１４】
カテナリ電圧Ｖｃａｔと、カテナリ電流Ｉｃａｔを測定するための手段は、電流コレクタ手段によって担持されたセンサである。
【００１５】
本発明の主題、態様、および利点は、非限定的な例として、添付の図面を参照して説明された、本発明の一実施形態の以下の説明からよりよく理解されるであろう。
【００１６】
図面の読取りをより容易にするために、本発明を理解するために必要な要素のみを示した。
【００１７】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の一特定の実施形態による、電動車の電力を規制するためのシステムの全体的な構造を示す。
【００１８】
この図に示したように、システムには、カテナリに使用可能な最大電力Ｐｍａｘを評価するためのステージ２０が含まれ、このステージは、鉄道車両が接続されたカテナリに電力を供給する変電所の無負荷電圧Ｖｃａｔ_０を評価するためのステージ２１と並行して動作する。
【００１９】
最大電力を評価するためのステージ２０には、カテナリの抵抗Ｒを計算するためのモジュール６と、カテナリに使用可能な最大電力Ｐｍａｘを評価するためのモジュール１０とが含まれる。
【００２０】
モジュール６は、入力として、電動車のパンタグラフ上のそれぞれのセンサ１４および１５からカテナリ電圧Ｖｃａｔとカテナリ電流Ｉｃａｔの測定信号、ならびに変電所の無負荷電圧を評価するためのステージ２１によって獲得された値Ｖｃａｔ_０とを受信する。図１では、信号ＶｃａｔとＩｃａｔは、低域フィルタ３および４によって濾波され、その後、計算モジュール６に供給される。
【００２１】
入力Ｉｃａｔ、Ｖｃａｔ、およびＶｃａｔ_０から、モジュール６は、下式によりカテナリの抵抗を計算する。
【数９】

【００２２】
上式は、電動車がカテナリに接続されたとき、電動車への電力供給を示す電力電気概略図を表している、図２から容易に推定することができる。図２では、電力をカテナリに供給する電力供給変電所が、電圧Ｖｃａｔ_０を供給する発電機によって表現され、変電所と電動車の間のカテナリの部分の抵抗は、抵抗Ｒによって表現されている。
【００２３】
モジュール６の出力Ｒは、モジュール１０の入力に供給され、モジュール１０は、変電所の無負荷電圧を評価するためのステージ２１の出力において獲得された値Ｖｃａｔ_０も、入力として受信する。このデータから、モジュール１０は、下式を使用して、カテナリに使用可能な最大電力を計算する。
【数１０】

【００２４】
上式は、図２を参照して確立された以下の式から導き出すことができる。
【数１１】

【００２５】
次いで、モジュール１０の出力は、乗算器１２の入力に供給され、乗算器１２はまた、インフラストラクチャによって課された限度を考慮するために、モジュール１１から低減係数Ｋ（０＜Ｋ＜１）の値も受信する。係数Ｋは、電動車がその上で循環するネットワークに依存し、モジュール１１に含まれるデータベースによって供給され、モジュール６によって計算されたカテナリの抵抗Ｒの値の関数である。
【００２６】
乗算器回路１２の出力は、カテナリ電圧を低減する危険を冒さずに、電動車の電力消費機器ユニットのすべてによって、任意の所与の時間に要求することができる、最大電力に相当する電力限界Ｐｌｉｍを供給する。次いで、この値Ｐｌｉｍは、図示していないが、電動車によって要求される電力がＰｌｉｍを超えないように制限するための手段に送られる。
【００２７】
次に、図１を参照して、変電所の無負荷電圧Ｖｃａｔ_０を評価するためのステージ２１の動作を説明する。
【００２８】
ステージ２１には、カテナリの動的抵抗Ｒ’を計算するためのモジュール５が含まれる。モジュール５は、入力として、センサ１４と１５によって供給され、かつ測定センサによって送信された原始信号のみを保持するように緩慢な処理フィルタ１および２によって濾波された電圧Ｖｃａｔと電流Ｉｃａｔの測定信号を受信する。時間間隔Δｔにおいて、モジュール５は、値ＶｃａｔとＩｃａｔを記憶して、下式から、動的抵抗Ｒ’の連続値を計算する。
【数１２】

【００２９】
動的抵抗Ｒ’は、カテナリの抵抗と、変電所の抵抗と、複数の電動車が同じ線上で循環している場合に、同じ変電所に接続された電動車の消費によって生じた電圧降下に対応する仮想抵抗との和に相当する。
【００３０】
次いで、計算値Ｒ’が、減算器９の入力に供給され、減算器９は、この計算値から、前述したステージ２０のモジュール６によって、先行繰返しの際に計算された抵抗Ｒを減算する。減算器９の出力は、制限出力値を有する比例積分レギュレータ７の入力に供給される。レギュレータ７の出力信号は、訂正信号を提供し、この訂正信号は、減算器１３に供給され、減算器１３は、メモリ８によって提供された、変電所の理論無負荷供給電圧に相当する信号Ｖｃａｔ_０’から、その訂正信号を減算する。減算器１３の出力は、訂正信号Ｖｃａｔ_０に対応し、この信号は、カテナリに使用可能な最大電力を評価するためのステージ２０のモジュール６と１０に送信される。計算プロセスを開始するために、計算の第１繰返しにおいてステージ２１によってステージ２０に供給された値Ｖｃａｔ_０は、変電所の無負荷電圧の理論値Ｖｃａｔ_０’に等しいことが有利である。
【００３１】
この種の評価ステージ２１は、電動車によって要求される電力がカテナリに実際に使用可能な電力を超えることによって生じた変電所における電圧降下を考慮するという利点を有する。
【００３２】
ステージ２０および２１による計算のいくつかの繰返しに従うことにより、このレギュレータは、カテナリに使用可能な瞬間最大電力を生成し、したがって、インフラストラクチャによって課された限度に対応する低減係数を考慮して、変電所によって電力を供給される線上を進行する電動車によって任意の時間に要求することのできる電力限界Ｐｌｉｍを生成する。
【００３３】
その結果、本発明によるレギュレータは、電動車が超えてはならず、かつ電動車に装備されている、牽引モータ、列車暖房および付属機器などの電気消費機器ユニットのすべての間に分配されなければならない最大電力設定点を決定することができる。
【００３４】
当然、本発明は、単に例示として記述および示した実施形態に限定されない。本発明の保護の範囲から逸脱せずに、記述し示した実施形態は、特に様々な構成要素の部分の構成の観点から、または技術的な等価物を代用することによって、修正することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による電力レギュレータの構造を示すブロック図である。
【図２】電動車に電力を供給する変電所の電力電気回路を表す概略図である。
【符号の説明】
１、２ 緩慢な処理フィルタ
３、４ 低域フィルタ
５、６、１０、１１ モジュール
７ レギュレータ
８ メモリ
９、１３ 減算器
１２ 乗算器
１４、１５ センサ
２０、２１ ステージ
Ｒ 抵抗

Claims (8)

1. 変電所によって電力を供給されるカテナリへ電動車によって要求される電力を規制する方法であって、前記電動車は線路に沿って分散した電力供給変電所によって直流電力を供給されるカテナリと協動する電流コレクタ手段を含み、
   電動車のパンタグラフ上の第１のセンサにより、電動車のカテナリ電圧Ｖｃａｔを測定するステップと、
   電動車のパンタグラフ上の第２のセンサにより、電動車のカテナリ電流Ｉｃａｔを測定するステップと、
   電動車内の変電所の訂正された信号を得る手段により、電動車が接続されたカテナリに電力を供給する変電所の訂正された信号Ｖｃａｔ_０ を得るステップと、
   下式から、電動車内の最大電力を評価する手段により、カテナリに使用可能な最大電力を評価し、
   

   

   上式で、Ｒが、下式から計算されたカテナリの抵抗であるステップと、
   

   

   電動車によって要求される電力を、計算した最大電力Ｐｍａｘ以下の電力限界Ｐｌｉｍに制限するステップとを含むことを特徴とする方法。
2. 変電所の訂正された信号Ｖｃａｔ_０が、Ｒ’をカテナリの動的抵抗として、入力が差Ｒ’−Ｒである前記電動車内の変電所の訂正された信号を得る手段内の比例積分レギュレータ（７）によって、前記変電所の理論無負荷電圧Ｖｃａｔ_０’の値を訂正することによって得られることを特徴とする、電動車によって要求される電力を規制するための請求項１に記載の方法。
3. 電力限界Ｐｌｉｍが、電動車内の乗算器回路により、電動車内でカテナリに使用可能な最大電量を評価する手段により計算した電力Ｐｍａｘに、カテナリの前記抵抗の関数である０から１の低減係数Ｋを適用することによって計算されることを特徴とする請求項１または２に記載の電力を規制する方法。
4. 線路に沿って分散した電力供給変電所によって直流電力を供給されるカテナリへ電動車によって要求される電力を規制するためのシステムであって、前記システムは前記電動車と前記カテナリを含み、前記電動車は前記カテナリと協動する電流コレクタ手段を含み、
   電動車のカテナリ電圧Ｖｃａｔを測定するための手段（１４）と、
   電動車のカテナリ電流Ｉｃａｔを測定するための手段（１５）と、
   電動車が接続されたカテナリに電力を供給する変電所の訂正された信号Ｖｃａｔ_０を得るための手段（２１）と、
   等価抵抗
   

   

   を計算するためのモジュール（６）と、電力
   

   

   を計算するためのモジュール（１０）とを含む、カテナリに使用可能な最大電力Ｐｍａｘを評価するための手段（２０）と、
   電動車によって要求される電力を計算した最大電力Ｐｍａｘ以下の値に制限するための手段とを含むことを特徴とするシステム。
5. 変電所の訂正された信号Ｖｃａｔ_０を得るための前記手段（２１）が、電動車に電力を供給する変電所の理論無負荷電圧に対応する信号Ｖｃａｔ_０’を送達する少なくとも１つのメモリを含み、前記信号Ｖｃａｔ_０’が、変電所の訂正された信号Ｖｃａｔ_０を得るための基準値として役立つことを特徴とする請求項４に記載のシステム。
6. 変電所の訂正された信号Ｖｃａｔ_０を得るための前記手段（２１）が、理論無負荷信号Ｖｃａｔ_０’に注入され、かつＲ’をカテナリの動的抵抗として、差Ｒ’−Ｒを入力として受信する比例積分レギュレータ（７）によって生成される訂正信号を生成するための手段をさらに含むことを特徴とする請求項４または５に記載のシステム。
7. 前記最大電力Ｐｍａｘが、カテナリの前記抵抗の関数である、レジューサモジュール（１１）から獲得された乗算器係数Ｋによって訂正されることを特徴とする請求項４から６のいずれか一項に記載のシステム。
8. カテナリ電圧Ｖｃａｔとカテナリ電流Ｉｃａｔを測定するための手段（１４、１５）が、電流コレクタ手段によって担持されたセンサであることを特徴とする請求項４から７のいずれか一項に記載のシステム。

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