JP5509442B2 - 電力変換装置及び電気鉄道システム - Google Patents

Description

本発明は、電力貯蔵装置を有し、き電線から電力を吸収またはき電線に電力を供給する電力変換器、及びそのような電力変換器を備える電気鉄道システムに関する。

近年、変電所からの直流電力を電気車に供給する電気鉄道システムでは、電気車は節電などを目的として回生ブレーキを利用している。この回生ブレーキは、電気車の持つ運動エネルギーを車載のインバータにより電気エネルギーに変換して、電気車の減速を行い、この電気エネルギーは、回生電力としてき電線に放出される。き電線に放出された回生電力は、他の電気車に取り込まれて電気エネルギーから加速エネルギーに変換されることにより消費される。このように、回生電力を介して運動エネルギーと電気エネルギーとの間の相互変換を行われることにより、電気鉄道システムの省エネ化がなされている。

このような電気鉄道システムの一例として、直流電気車が加速運転する力行モード時には、二次電池の貯蔵電力を放電させて直流電気車で消費し、直流電気車が減速運転する回生モード時には、直流電気車で発生した回生電力を二次電池に充電する電鉄用直流変電システムが提案されている（特許文献１の段落「００１２」、図５等を参照）。

また、交流を直流に整流する整流器と、この整流器と並列に接続され、電気二重層キャパシタとチョッパとが直列に接続された回路とを有し、この電気二重層キャパシタに充電された電荷を、電気二重層キャパシタ及び回生機能を有する電力変換部を搭載する電気車両に供給する電気車両用の充電設備が知られている（例えば、特許文献２参照）。

また、電気鉄道システムにおいて、き電線に電力貯蔵装置を持つ電力回生装置を設置することで、回生時のパンタ点電圧の上昇を抑制することができるのと同時に、パンタ点電圧が低下して電気車の速度を緩める必要のあるような場所では、電力貯蔵装置からの放電で、パンタ点電圧の低下を抑制することができることも知られている。

特開平１１−９１４１５号公報 特開２００６−２３２１０２号公報

しかしながら、回生電力量に対して、力行電力量は大きな電力量となるために、回生電力の吸収と力行電力の供給を同一電力貯蔵装置にて対応するためには、力行電力量に見合った、大きな電力貯蔵能力が必要であり、電力貯蔵媒体が大型で高価になるという問題がある。

本発明の目的は、高価な電力貯蔵装置の容量を増やすことなく、回生エネルギー、力行エネルギーの双方エネルギーを処理できる経済性に優れた電力変換装置及び電気鉄道システムを提供することにある。

上記課題を解決するための本発明の電力変換装置は、き電線に接続され、き電線電圧に応じて、き電線から入力した電力をき電線電圧より低い電圧を有する直流電力に変換して電力貯蔵装置に出力し、又はき電線電圧より低い電圧を有する直流電力をき電線電圧を有する直流電力に変換してき電線に出力する直流電力変換装置を備える。
また、配電系統の交流電源と接続され、交流電力を直流電力に変換する交直電力変換装置と、直流電力変換装置と交直電力変換装置との間に接続され、直流電力変換装置を介してき電線との間で電力の授受を行うとともに、交直電力変換装置を介して配電系統の交流電源から電力の供給を受けることにより電力を貯蔵する電力貯蔵装置を備える。
更に、き電線の電圧に応じて、直流電力変換装置を制御することにより、き電線と電力貯蔵装置との間での電力の授受の制御を行うとともに、配電系統の交流電源から電力貯蔵装置を介してき電線へ電力を出力する制御を行う制御装置と、を備えている。
この制御装置は、配電系統の容量から定まる整流器出力の最大値と整流器の出力電力とを比較して、整流器の出力電力を、整流器出力の最大値以下に保つ出力電力調整器と、出力電力調整器の出力と、電力貯蔵装置を構成する電池電圧の出力に基づいて、直流電力変換装置を制御するための電流指令値を算出するリミッタとを有する。そして、リミッタにおいて算出した電流指令値に基づいて、き電線の電圧が所定の直流電圧指令値より小さい場合は、電力貯蔵装置に貯蔵された電力及び／又は交直電力変換装置から得た電力をき電線に出力し、き電線の電圧が所定の直流電圧指令値より大きい場合は、き電線の電力を電力貯蔵装置に出力して充電するように、直流電力変換装置を制御する、ことを特徴とする。

また、本発明の電気鉄道システムは、き電線から電力を入力して走行し、回生運転時に回生電力をき電線に出力する電気車両と、変電装置と、電力変換装置から構成される電気鉄道システムである。この電気鉄道システムでは、変電装置は、第１の交流電圧を有する第１の交流電源に接続され、第１の交流電圧を有する交流電力をき電線電圧を有する直流電力に変換して、き電線に出力する第１の交直電力変換装置と、この第１の交直電力変換装置から出力される直流電力とき電線から出力される回生電力とを入力して電力を貯蔵し、第１の交直電力変換装置からき電線への出力を平滑化する第１の電力貯蔵装置と、を備える。
この制御装置は、配電系統の容量から定まる整流器出力の最大値と整流器の出力電力とを比較して、整流器の出力電力を、整流器出力の最大値以下に保つ出力電力調整器と、出力電力調整器の出力と、第２の電力貯蔵装置を構成する電池電圧の出力に基づいて、直流電力変換装置を制御するための電流指令値を算出するリミッタとを有する。
そして、リミッタにおいて算出した電流指令値に基づいて、き電線の電圧が所定の直流電圧指令値より小さい場合は、第２の電力貯蔵装置に貯蔵された電力及び／又は交直電力変換装置から得た電力をき電線に出力し、き電線の電圧が所定の直流電圧指令値より大きい場合は、き電線の電力を第２の電力貯蔵装置に出力して充電するように、直流電力変換装置を制御することを特徴としている。

本発明によれば、電気車両の回生電力の吸収、貯蔵、き電線への再出力が効率的に行われ、電力の節約、電気車両の運転コストの低減を可能とする電力変換装置及び電気鉄道システムを提供することができる。

また、特高電圧の送電系統に接続され、装置費用が高額な変電装置の設置間隔を長くして、変電装置の数を減らすことができるので、電気鉄道システムの設備費用を低額にすることができる。

更に、電気車両の回生運転時のき電線電圧の上昇、及び、電気車両の力行運転時のき電線電圧の下降を抑制して、電気車両の安定した運行を実現することができる。

以下図面を参照して、本発明の実施形態例（以下、「本例」ということもある。）について説明する。同一の構成要素については同一の参照符号を付してその説明を省略する。

まず、図１に基づいて本発明の第１の実施形態例の電力変換装置について説明する。
本例の電力変換装置１は、き電線３側から説明すると、直流電力変換装置１６と、電力貯蔵装置８と、交直電力変換装置１７と、制御装置２００とから構成されている。
直流電力変換装置１６は、直流き電線３とレール４に接続され、直流き電線電圧に応じて、直流電力を変換し、直流き電線との間で直流電力の授受を行う装置である。また、電力貯蔵装置８は、直流電力変換装置１６と接続され、直流き電線電圧に応じて、直流電力変換装置１６を介してき電線から電力を入力して貯蔵するとともに、貯蔵した電力をき電線に出力する装置である。交直電力変換装置１７は、配電系統の交流電源２と電力貯蔵装置８との間に接続され、交流電力を直流電力に変換する装置である。

本例の電力変換装置は、き電線３とレール４との間の電圧（以下、「き電線電圧」と記す）を所定の値である直流電圧指令値に一致するように、電力貯蔵装置８の入出力電力と配電系統の交流電源から受電する電力を制御することにより、き電線電圧の変動を抑制するようにしている。ここで、配電系統の交流電源の電圧は、例えば、６．６ｋＶ〜３．３ｋＶであり、直流き電線電圧は、例えば、７００Ｖである。

次に、本例の電力変換装置１を構成する各装置について説明する。直流電力変換装置１６は、き電線側から順に、フィルタリアクトル９と、コンデンサ１１と、昇降圧チョッパ回路２０と、昇圧リアクトル１０とを有する。昇降圧チョッパ回路２０は、ＩＧＢＴ素子１１ｍと１１ｎとを直列に接続して構成される。ここで、ＩＧＢＴ素子１１ｍと１１ｎは、図１に示されるＩＧＢＴと、それらのＩＧＢＴに逆並列に接続されたダイオードにより構成される回路のことをいう。

電力貯蔵装置８は、二次電池８により構成される。二次電池８は、例えば、ハイブリッド自動車に搭載されるリチウムイオン電池を使用しても良い。以下に電力貯蔵装置８として二次電池を使用する場合を例に本発明の各実施形態を説明するが、本発明の各実施形態において、二次電池の代わりに、電力貯蔵用のコンデンサを用いることもできる。

電力貯蔵装置８は、直流電力変換装置１６と交直電力変換装置１７との間に接続される。そして、二次電池８は、直流電力変換装置１６側において、昇圧リアクトル１０を介して、ＩＧＢＴ素子１１ｍと１１ｎとを直列に接続する端子と接続される。

交直電力変換装置１７は、配電系統２と接続される変圧器５と、変圧器５と接続され電流を遮断する遮断器６と、遮断器６と接続されかつ出力側で二次電池８に並列に接続されるダイオード整流器７とを有する。

そして、本発明の電機鉄道システムにおいて、電力変換装置１は、制御装置２００を備え、直流電力変換装置１６を制御することを通して、第２の電力貯蔵装置８と、第２の交直電力変換装置１７と、き電線４との間の電力の授受を制御する。

本発明の第１の実施形態に係る電力変換装置１において、まずコンデンサ１１の端子電圧が電圧センサ３０により検出される。この電圧センサ３０により検出された電圧値が、予め所定の値に定められた直流電圧指令値と比較される。電気車両（図示せず）の力行運転時には、電気車両は、き電線から電力を取得する。これにともなって、き電線電圧が低下し、電圧センサ３０により検出された電圧値が、直流電圧指令値より小さくなる。

このように、電圧センサ３０により検出された電圧値が、直流電圧指令値より小さい場合は、電力変換装置１は、制御装置２００から出力されるゲート信号に基づき、チョッパ回路２０のＩＧＢＴ素子１１ｍ、１１ｎをスイッチングし、二次電池８の出力電圧を昇圧することにより、二次電池８もしくはダイオード整流器７から得た電力をき電線側に出力する。これにより、き電線電圧の低下が、抑制される。

電気車両（図示せず）の回生運転時には、電気車両は、回生電力をき電線に放出する。これにより、き電線電圧が上昇し、コンデンサ１１の端子電圧も上昇する。これに伴って、電圧センサ３０により検出された電圧値が、直流電圧指令値より大きくなる。このように、電圧センサ３０の検出値が、直流電圧指令値より大きい場合は、電力変換装置１は、き電線３から電力を吸収し、その電力をチョッパ回路２０のスイッチングにより降圧して二次電池８に充電する。これにより、き電線電圧の上昇が、抑制される。

次に、図１を参照しながら、電力変換装置１の制御動作について、以下に説明する。電力変換装置１の制御装置２００において、電圧センサ３０により検出された電圧値と、予め所定の値に定められた直流電圧指令値が、減算器２０１に入力される。そして、減算器２０１は、直流電圧指令値とコンデンサ１１の端子電圧との電圧偏差を算出する。

この電圧偏差は、電圧制御器（ＡＶＲ）２０２に出力される。そして、電圧制御器（ＡＶＲ）２０２は、電圧偏差をゼロにするようＰＩ演算を施し、二次電池８とダイオード整流器７の出力電流の和である電流指令値を算出する。

また、この電流指令値は、リミッタ２０３に出力される。リミッタ２０３は、電流指令値の下限値を装置定格充電電流値とし、上限値を後述する除算器２０６の出力値として、上下限リミッタ演算を施し、その出力を新たな電流指令値として減算器２０７に出力する。

減算器２０７は、この新たな電流指令値と電流センサ３１の検出値との電流偏差を算出し、この電流偏差を電流制御器（ＡＣＲ）２０８に出力する。電流制御器２０８は、この電流指令値と電流センサ３１の検出値の偏差をゼロにするようＰＩ演算を施し、チョッパ回路２０の入力電圧Ｖｉｎの指令値を算出し、ＰＷＭ制御器２０９に出力する。

ＰＷＭ制御器２０９は、電流制御器（ＡＣＲ）２０８の出力と搬送波発生器２１０の出力である三角波とを入力とし、電流制御器２０８の出力を変調波とし、搬送波発生器２１０の出力を搬送波としてＰＷＭ演算を実施し、チョッパ回路２０のＩＧＢＴ素子１１ｍ、１１ｎのゲート信号を出力する。それらのゲート信号はＩＧＢＴ素子１１ｍ、１１ｎのＩＧＢＴゲートに入力され、ＩＧＢＴ素子はゲート信号に従ってスイッチング動作を行う。

これにより、本例の電力変換装置１では、二次電池８とダイオード整流器７の出力電流の和を電流指令値に追従させることができる。この電流指令値はコンデンサ１１の端子電圧を所定の値に一致するように算出された値である。ゆえに、電力変換装置１はコンデンサ１１の端子電圧を一定にするように二次電池８もしくはダイオード整流器７の出力電流を制御することができる。

なお、定常状態においては、コンデンサ１１の端子電圧は、き電線３のき電線電圧と一致している。そのため、電力変換装置１は、コンデンサ１１の端子電圧を電圧センサ３０を用いて検出し、二次電池８の充放電とダイオード整流器７からの電流の流れを制御するようにする。これにより、き電線電圧を所定の値に維持することができる。

次に、本例のリミッタ２０３の上限値算出方法について説明する。本例のリミッタ２０３の機能は、整流器７の出力電力を所定の値以下となるように制限することである。また、本例の電力変換装置では、交直電力変換装置１７は、その設置が比較的容易である配電系統に接続され、配電系統から交流電力を受電する。

しかしながら、配電設備側からの受電では、配電系統の送電容量に制約があるために、配電系統から受電してき電線に供給できる電力容量に限りがある。例えば、配電変電所の１フィーダでの送電容量は２ＭＷ程度であるが、き電線への必要供給電力は３ＭＷを超える場合がほとんどである。このため、配電系統から供給される電力すなわち整流器の出力電力を配電系統の送電容量以下に制限し、配電系統からき電線に配電系統の送電容量以上の電力を供給することにより配電系統に障害を及ぼすことを防止することが必要となる。

また、ダイオード整流器７の出力電流が、電流センサ３３により検出される。そして、ダイオード整流器７の出力電圧と等しい二次電池８の端子電圧が、電圧センサ３２により検出される。この電流センサ３３と電圧センサ３２で検出された検出値が乗算器２０４にて乗算され、ダイオード整流器７の出力電力値が得られる。

このダイオード整流器７の出力電力値と配電系統の容量から定められる所定の整流器出力最大値は、出力電力調整器２０５に入力される。出力電力調整器２０５は、ダイオード整流器７の出力電力を整流器出力最大値以下に保つように電力変換装置１の出力電力上限値の調整値を算出し、出力する。

出力電力調整器２０５の出力は、除算器２０６に入力される。また、二次電池８の端子電圧も除算器２０６に入力される。そして、除算器２０６は、出力電力調整器２０５の出力を二次電池８の端子電圧で除算した値を算出し、リミッタ２０３に出力する。

以上の演算により、本例の電力変換装置１では、ダイオード整流器７の出力電力を所定の値以下に制限することができる。

次に、図２に基づいて、本例に用いられる出力電力調整器２０５の演算について説明する。まず、出力電力調整器２０５に整流器7の出力電力が入力され、この整流器７の出力電圧が配電系統の許容電力から決る整流器出力電力最大値と比較される（ステップＳ１）。このステップＳ１で、整流器7の出力電力が整流器出力電力最大値よりも小さいと判定された場合には、その差電力分の値を前回演算時の出力電力上限値に加算して新たな出力電力上限値に設定する（ステップＳ２）。そして、この新たに設定された出力電力上限値が、整流器7の定格電力を超えないように制限された後（ステップＳ３）、除算器２０６に出力される(ステップＳ６)。

また、ステップＳ１において、整流器7出力電力が整流器出力電力最大値よりも大きいと判定された場合（ステップＳ１のＹＥＳ）には、その差電力分の値を前回演算時の出力電力上限値から減算し、新たな出力電力上限値とする（ステップＳ４）。この新たな出力電力上限値は負の値にならないように制限された後（ステップＳ５）、除算器２０６に出力される（ステップＳ６）。以上のステップＳ１〜Ｓ６の処理が完了すると最初の処理に戻る。

次に、図３に基づいて、本発明の第２の実施形態例について説明する。本発明の第２の実施形態例の構成要素のうち、本発明の第１の実施形態例の構成要素と同一の機能を有するものについては同一の参照符号を付して説明を省略する。本発明の第２の実施形態では、第１の実施形態で使用されるダイオード整流器７の代わりに、サイリスタ、またはＩＧＢＴ等の半導体装置を使用して直流電圧を制御できる他励、または自励の交流/直流半導体変換器３４が使用されている。

この第２の実施形態例における電力変換装置１の基本的な動作は、前述の第１の実施形態例に係る電力変換装置１の動作と同様である。しかしながら、第２の実施形態例に係る電力変換装置３０１においては、二次電池８に並列に接続される配電系統からの電力を半導体変換器３４自身が制限することにより、配電系統から流入する電力をより確実に、また可変的に制限することができる。

すなわち、本発明の第２の実施形態例によれば、半導体変換器３４の出力電流を計測している電流センサ３３と、半導体変換器３４の出力電圧と等しい電圧を示す電圧センサ３２の出力から、電力を算出している。この算出された電力は、半導体変換器３４の通電電流を制限することにより、配電系統からの電力を制限値以下（通常１フィーダ２ＭＷ以下）に制限することが可能となる。このように、本発明の第２の実施形態例では、半導体変換器３４が、配電系統から流入する電力を制限する目的で、半導体変換器３４の出力電流を制限している。このため、制御装置４００が備えるリミッタ２１３は、半導体変換器３４の出力電流を監視することなく、直流電力変換器１６を保護することを目的として、直流電力変換器１６内を流れる電流値を制限することが可能となる。

以上説明したように、本発明の第２の実施形態例の電力変換器３０１は、配電系統からの電力を監視することなく、入力電圧センサ３０にて測定したき電線の電圧と、電圧センサ３２にて測定した二次電池８の端子電圧をもとに動作点を決定することができる。

次に、図４に基づいて、本発明に係る電力変換装置を備える電気鉄道システムの例について説明する。図４に示す電気鉄道システム５００は、き電線３と、レール４と、き電線３とレール４との間を走行する電気車両５０１と、変電装置５０２と、本発明に係る電力変換装置１とを備えている。電気車両５０１は、き電線３から電力を入力して走行する。また、電気車両５０１は、ブレーキ操作時に発生する制動時のエネルギーにより発電をし、この発電した回生電力をき電線３に出力する。

変電装置５０２は、変圧器５０３と、整流器５０４とを有する第１の交直電力変換装置５０５を備える。第１の交直電力変換装置５０５は、第１の交流電圧を有する第１の交流電源５１０に接続され、第１の交流電圧を有する交流電力をき電線電圧を有する直流電力に変換して、き電線３に出力する。

また、変電装置５０２は、第１の交直電力変換装置５０５から出力された直流電力とき電線３からの回生電力とを入力して、それらの電力を第１の電力貯蔵装置５０６に貯蔵する。そして、変電装置５０２は、電力貯蔵装置５０６を介することにより、第１の交直電力変換装置からき電線３への出力を平滑化する。

変電装置５０２は、特高電圧、例えば、６６ｋＶ〜２２ｋＶの交流電力を降圧して直流電力に変換し、き電線３に供給することを主要な役割としている。また、変電装置５０２は、き電線３に直流電力を供給する主要な役割を行う他に、チョッパ回路５０７を介してき電線３に接続される第１の電力貯蔵装置５０６を有し、き電線から回生電力を吸収して貯蔵することも行っている。

本発明の電機鉄道システムは、本発明に係る上述の電力変換装置を備えている。本発明の第１の実施形態に係る電力変換装置を例として、本発明の電気鉄道システムについて以下に説明する。

本発明の電機鉄道システムが備える電力変換装置は、直流電力変換装置１６と、第２の電力貯蔵装置８と、第２の交直電力変換装置１７と、それらを制御する制御装置（図示せず）とを有する。直流電力変換装置１６は、き電線３に接続され、き電線電圧を有する直流電力とき電線電圧より低い電圧を有する直流電力との間で直流電力を相互に変換する。

本発明の電機鉄道システムが備える電力変換装置において、第２の電力貯蔵装置８は、直流電力変換装置１６と接続され、電気車両５０１の回生運転時にき電線３から直流電力変換装置１６を通して回生電力を入力して貯蔵し、電気車両５０１の力行運転時に、貯蔵された電力を直流電力変換装置１６を通してき電線３に出力する。

本発明の電力変換装置において、第２の交直電力変換装置１７は、例えば、６．６ｋＶ〜３．３ｋＶを有する配電系統の第２の交流電源２、と第２の電力貯蔵装置８とに接続され、第２の交流電圧を有する交流電力を直流電力に変換する。ここで、第２の交直電力変換装置１７が接続される第２の交流電源の電圧は、変電装置５０２が接続される特高電圧を有する交流電源の第１の交流電圧、例えば、６６ｋＶ〜２２ｋＶより低い。

そして、第２の交直電力変換装置１７は、電気車両５０１の力行運転時に、第２の電力貯蔵装置８の貯蔵電力量と、第２の電力貯蔵装置８からき電線３への出力電力量とを補充する。すなわち、電力変換装置が接続される配電系統の交流電源は、第２の電力貯蔵装置８の貯蔵電力量と第２の電力貯蔵装置８からき電線３への出力電力量とを補充している。

本発明の電気鉄道システムにおいて、変電装置と変電装置との間に本発明の電力変換装置を設けることにより、電気車両の回生電力の吸収、貯蔵、き電線への再出力が効率的に行われ、電力の節約、電力コストの低減が可能となる。

本発明の電気鉄道システムにおいて、変電装置の間に本発明の電力変換装置を設けることにより、変電装置の設置する間隔を長くすることができる。これにより、配電系統に接続され、装置費用が低額の電力変換装置を設けることにより、特高電圧に接続され、装置費用が高額の変電装置の数を減らすことができるので、電気鉄道システム全体の設備費用を低額にすることができる。

本発明の第１の実施形態に係る電力変換装置の全体の構成を示す図である。 図１の電力変換装置の出力電力調整器における処理のフローチャートを示す図である。 本発明の第２の実施形態に係る電力変換装置の全体の構成を示す図である。 本発明の電力変換装置を備える電気鉄道システムの全体の構成を示す図である。

符号の説明

１、３０１…電力変換装置、２…配電系統、３…き電線、４…レール、５、５０３…変圧器、６…遮断器、７、５０４…ダイオード整流器、８、５０６…二次電池、９…フィルタリアクトル、１０…昇圧リアクトル、１１…コンデンサ、１１ｍ、１１ｎ…ＩＧＢＴ素子、１６…直流電力変換装置、１７、１８、５０５…交直電力変換装置、２０…チョッパ回路、３０…入力電圧センサ、３１…電流センサ、３２…電圧センサ、３３…電流センサ、３４…交流／直流半導体変換器、２００…制御回路部、２０１…減算器、２０２…電圧制御器、２０３、２１３…リミッタ、２０４…乗算器、２０５…出力電圧調整器、２０６…除算器、２０７…減算器、２０８…電流制御器、２０９…ＰＷＭ制御器、２１０…搬送波発生器、５００…電気鉄道システム、５０１…電気車両、５０２…変電装置、５０７…半導体装置

Claims (5)

1. 電力貯蔵装置を備える電力変換装置であって、
   き電線に接続され、き電線電圧に応じて、前記き電線から入力した電力を前記き電線電圧より低い電圧を有する直流電力に変換して前記電力貯蔵装置に出力し、又は前記き電線電圧より低い電圧を有する直流電力を前記き電線電圧を有する直流電力に変換して前記き電線に出力する直流電力変換装置と、
   配電系統の交流電源と接続され、交流電力を直流電力に変換する交直電力変換装置と、
   前記直流電力変換装置と前記交直電力変換装置との間に接続され、前記直流電力変換装置を介して前記き電線との間で電力の授受を行うとともに、前記交直電力変換装置を介して前記配電系統の交流電源から電力の供給を受けることにより電力を貯蔵する前記電力貯蔵装置と、
   前記き電線の電圧に応じて、前記直流電力変換装置を制御することにより、前記き電線と前記電力貯蔵装置との間での電力の授受の制御を行うとともに、前記配電系統の交流電源から前記電力貯蔵装置を介して前記き電線へ電力を出力する制御を行う制御装置と、を備え、
   前記制御装置は、
   前記配電系統の容量から定まる整流器出力の最大値と整流器の出力電力とを比較して、前記整流器の出力電力を、前記整流器出力の最大値以下に保つ出力電力調整器と、
   前記出力電力調整器の出力と、前記電力貯蔵装置を構成する電池電圧の出力に基づいて、前記直流電力変換装置を制御するための電流指令値を算出するリミッタとを有し、
   前記リミッタにおいて算出した電流指令値に基づいて、前記き電線の電圧が所定の直流電圧指令値より小さい場合は、前記電力貯蔵装置に貯蔵された電力及び／又は前記交直電力変換装置から得た電力を前記き電線に出力し、前記き電線の電圧が前記所定の直流電圧指令値より大きい場合は、前記き電線の電力を前記電力貯蔵装置に出力して充電するように、前記直流電力変換装置を制御する、
   ことを特徴とする電力変換装置。
2. 前記直流電力変換装置は、第１の半導体装置と第２の半導体装置とを直列に接続したチョッパ回路を備え、前記チョッパ回路が前記き電線と並列に接続され、前記電力貯蔵装置と前記交直電力変換装置が、第１の半導体装置と第２の半導体装置とを接続する端子とそれぞれ並列に接続される、
   ことを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
3. 前記制御装置は、前記交直電力変換装置から出力する出力電力の最大値を制限するように、前記直流電力変換装置を制御する、
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の電力変換装置。
4. 前記交直電力変換装置は、前記配電系統からの交流電力を整流して直流電力に変換する自励式または他励式の半導体変換器を備え、
   前記半導体変換器は、前記交直電力変換装置から出力する出力電力の最大値を制限することを特徴とする請求項１または２に記載の電力変換装置。
5. き電線から電力を入力して走行し、回生運転時に回生電力を前記き電線に出力する電気車両と、変電装置と、電力変換装置から構成される電気鉄道システムであって、
   前記変電装置は、
   第１の交流電圧を有する第１の交流電源に接続され、第１の交流電圧を有する交流電力をき電線電圧を有する直流電力に変換して、前記き電線に出力する第１の交直電力変換装置と、
   前記第１の交直電力変換装置から出力される直流電力と前記き電線から出力される前記回生電力とを入力して電力を貯蔵し、前記第１の交直電力変換装置から前記き電線への出力を平滑化する第１の電力貯蔵装置と、を備え、
   前記電力変換装置は、
   前記き電線に接続され、き電線電圧を有する直流電力と前記き電線電圧より低い電圧を有する直流電力との間で直流電力を相互に変換する直流電力変換装置と、
   前記直流電力変換装置と接続され、前記電気車両の回生運転時に前記き電線から前記直流電力変換装置を通して回生電力を入力して貯蔵し、前記電気車両の力行運転時に、貯蔵された電力を前記直流電力変換装置を通して前記き電線に出力する第２の電力貯蔵装置と、
   前記第１の交流電圧より低い第２の交流電圧を有する第２の交流電源と前記第２の電力貯蔵装置とに接続され、第２の交流電圧を有する交流電力を直流電力に変換して、前記電気車両の力行運転時に、前記直流電力変換装置を通して、前記第２の電力貯蔵装置の貯蔵電力量と前記第２の電力貯蔵装置から前記き電線への出力電力量とを補充する第２の交直電力変換装置と
   前記直流電力変換装置を制御することにより、前記第２の電力貯蔵装置と、前記第２の交直電力変換装置と、前記き電線との間の電力の授受を制御する制御装置と、を備え、
   前記制御装置は、
   前記配電系統の容量から定まる整流器出力の最大値と整流器の出力電力とを比較して、前記整流器の出力電力を、前記整流器出力の最大値以下に保つ出力電力調整器と、
   前記出力電力調整器の出力と、前記第２の電力貯蔵装置を構成する電池電圧の出力に基づいて、前記直流電力変換装置を制御するための電流指令値を算出するリミッタとを有し、
   前記リミッタにおいて算出した電流指令値に基づいて、前記き電線の電圧が所定の直流電圧指令値より小さい場合は、前記第２の電力貯蔵装置に貯蔵された電力及び／又は前記交直電力変換装置から得た電力を前記き電線に出力し、前記き電線の電圧が前記所定の直流電圧指令値より大きい場合は、前記き電線の電力を前記第２の電力貯蔵装置に出力して充電するように、前記直流電力変換装置を制御する、
   ことを特徴とする電気鉄道システム。

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