JP5604984B2

JP5604984B2 - 電気鉄道システムのき電電圧制御方法

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Publication number: JP5604984B2
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Inventors: 正宣平松
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Filing date: 2010-05-27
Publication date: 2014-10-15
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Also published as: JP2011245979A

Description

本発明は、電気鉄道システムにおけるき電線電圧補償装置に関する発明で、特に、電力貯蔵装置と電気車との協調制御を行うき電電圧制御方法に関する。

現在、日本の電気鉄道で走行する電気車として回生車が増えてきている。

回生車はブレーキをかける際、運動エネルギーを電気エネルギーに変換し、その電気エネルギーを同じ路線上の加速している列車（以下、力行負荷と称する）に供給することによってブレーキをかけている。従って、回生ブレーキによるブレーキ力は力行負荷の状態に依存する。このため、電気鉄道システムには、き電電圧の電圧降下，電圧上昇を抑制して回生車のブレーキ力を安定して得るために、き電電圧補償装置が設けられている。このき電電圧補償装置は、電力変換装置と電力貯蔵装置とを備え、電力変換装置によってき電電圧を一定の電圧範囲に制御するために、回生車からの回生電力を電力貯蔵装置に充電し、力行負荷に力行時の電力として電力貯蔵装置が放電するように構成されている。

図５は、き電電圧補償装置の一例を示す回路構成図である。図５において、符号１はき電線，符号２はレール，符号３はき電線１とレール２との間に設けられた電力変換装置３を示す。この電力変換装置３は、リアクトル４とコンデンサ５とから成るスイッチング成分除去フィルタ６と、リアクトル４とコンデンサ５との共通接続点とレール２間に設けられる双方向チョッパ手段７とを備える。この双方向チョッパ手段７の上下２個の半導体スイッチング素子７ａ，７ｂの共通接続点とレール２の間に平滑化リアクトル８を介して電力貯蔵装置（例えば、電気二重層キャパシタ；以下、ＥＤＬＣと称する）９が設けられている。

なお、符号１０はき電電圧補償装置の電流検出部，符号１１はき電電圧検出部，符号１２はＥＤＬＣ電流検出部，符号１３はＥＤＬＣ電圧検出部である。

き電電圧補償装置は、制御部（図示省略）により、前記き電電圧検出部１１の検出電圧が充電基準電圧を超えると、き電電圧を一定に保つように動作しＥＤＬＣ９に充電する。また、同様に検出電圧が放電基準電圧を下回ると、き電電圧を一定に保つように動作し、ＥＤＬＣ９から放電する。

図６は、き電電圧補償装置の回生吸収（充電）時の制御ブロック図である。図６において、き電電圧補償装置のき電電圧検出値と充電基準電圧値との偏差を偏差部２１で算出し、その偏差部２１の偏差出力はＰＩアンプ２２に出力される。この偏差出力はＰＩアンプ２２に入力されて、出力に電流指令値を得る。この電流指令値はリミッタ２３に出力されて「０〜１」制限処理される。

このリミッタ２３により制限処理された電流指令値と、フィルタ２４によりＥＤＬＣ９の内部抵抗値を考慮して電流指令値を絞り込んだ新たな電流指令値と、を比較器２５により比較して、小さい方の電流指令値を充電電流指令値として出力する。

この比較器２５から出力された充電電流指令値とＥＤＬＣ９の充電電流検出値との偏差を偏差部２６で求め、その偏差出力がＰＩアンプ２７に供給される。このＰＩアンプ２７により双方向チョッパ手段７のデューティを決めるＰＩ制御出力が送出される。

ＰＩアンプ２７から送出されたＰＩ制御出力は、リミッタ２８で「０〜１」に制限処理されてＤｕｔｙアンプ２９に出力される。Ｄｕｔｙアンプ２９は、双方向チョッパ手段７のデューティ比を決定し、このデューティ比に見合ったＰＷＭ信号を生成する。

符号３０はＡＮＤ回路を示し、このＡＮＤ回路３０には、回生電力が発生してき電電圧が上昇したときに、き電電圧補償装置の制御部（図示省略）などから送出される充電許可条件信号とゲート許可条件信号（充放電許可モード）とが供給される。これら充電許可条件信号とゲート許可条件信号が満たされたとき、ＡＮＤ回路３０から出力信号がＡＮＤ回路３１の第１入力端子に供給される。また、Ｄｕｔｙアンプ２９で生成されたＰＷＭ信号がＡＮＤ回路３１の第２入力端子に供給される。これらＡＮＤ回路３１の両入力端子に信号が供給された時に、ＡＮＤ回路３１の出力からは、双方向チョッパ手段７を制御するゲート信号が送出され、このゲート信号により双方向チョッパ手段７を制御してＥＤＬＣ９への充電電流が制御される。

なお、特許文献１には、位置情報や位置・速度情報に応じて電力貯蔵装置の充放電のタイミングを設定し、回生電力の吸収や放出を効率良く制御する方法が開示されている。

特開２００９−６７２０６号公報（段落［００１１］〜［００１５］，段落［００１７］〜［００２１］）

回生電力の吸収や放出を効率良く制御するためには、き電電圧補償装置において電気車のパンタ点電圧や電気車の回生絞り開始電圧，回生失効電圧を把握することが望ましい。しかしながら、例えば、き電電圧補償装置のき電電圧検出部１０と電気車のパンタ点等の異なる２点の電圧は、き電線抵抗と２点間の相互の距離によって決まるため、き電電圧補償装置のき電電圧検出部１０の電圧と電気車のパンタ点電圧とは電圧値が異なる。そのため、き電電圧補償装置（特許文献１では充放電制御装置；以下同様）は、き電電圧検出部１０の電圧は把握しているものの、電気車のパンタ点電圧は把握しないで充放電を行っていた。また、電気車は車種毎に回生絞り開始電圧や回生失効電圧が異なるため、特許文献１のき電電圧補償装置では回生絞り開始電圧や回生失効電圧を把握していなかった。

また、特許文献１の電気車は、ＥＤＬＣ９（特許文献１では電力蓄積装置；以下同様）の充電率を把握せずに、パンタ点電圧に基づいて回生絞り制御の判断を行っている。そのため、電気車がＥＤＬＣ９の充電余力を上回る回生を行ってＥＤＬＣ９が満充電に近づき充電停止した場合、き電電圧が急上昇し回生失効に至る恐れがあった。あるいは、ＥＤＬＣ９の内部抵抗を考慮せずに、ＥＤＬＣ電圧に依存して電流指令値を絞るフィルタ２４を用いた場合、ＥＤＬＣ９の内部抵抗が経年劣化などにより増加すると、ＥＤＬＣ９が満充電状態に近づき充電電流を絞り始めた際に、内部抵抗による電圧降下により、電流指令値（フィルタ出力）が振動を始め、き電電圧が不安定になり回生失効に至る恐れがあった。

すなわち、特許文献１や従来技術の電気鉄道システムにおいては、き電電圧補償装置がパンタ点電圧，電気車の回生絞り開始電圧，電気車の回生失効電圧を把握しておらず、電気車はＥＤＬＣ９の充電率を把握していない。その結果、電気車とき電電圧補償装置とで協調して効率良くき電電圧の制御を行うことができなかった。

以上示したようなことから、本発明の電気鉄道システムのき電電圧制御方法は、き電電圧補償装置と電気車とで情報のやり取りを行い、き電電圧補償装置と電気車とで協調して効率良くき電電圧の変動を抑制することが課題である。

本願発明における電気鉄道システムのき電電圧制御方法の一態様は、電気車の力行時，回生時に発生するき電電圧の変動を、き電電圧補償装置に備えられた電力貯蔵装置の充放電により抑制する電気鉄道システムのき電電圧制御方法であって、き電電圧補償装置の制御部において、電気車の回生絞り開始電圧，電気車の回生失効電圧，電気車の位置，電気車の回生電流，の情報を得て、電気車の回生時に電力貯蔵装置に充電余力が有る場合は、前記の情報からパンタ点電圧が前記電気車の回生絞り開始電圧以下となるき電電圧補償装置の充電基準電圧を取得し、その充電基準電圧で電力貯蔵装置の充電制御を行い、電気車回生吸収時に電力貯蔵装置に充電余力が無い場合は、前記の情報からパンタ点電圧が前記電気車の回生絞り開始電圧以上，回生失効電圧未満となるき電電圧補償装置の充電基準電圧を取得し、その充電基準電圧で電力貯蔵装置の充電制御を行うことを特徴とする。

また、本願発明における電気鉄道システムのき電電圧制御方法の別態様は、電気車の力行時，回生時に発生するき電電圧の変動を、き電電圧補償装置に備えられた電力貯蔵装置の充放電により抑制する電気鉄道システムのき電電圧制御方法であって、司令所において、電気車の回生絞り開始電圧，電気車の回生失効電圧，電気車の位置，電気車の回生電流，の情報を得て、電力貯蔵装置に充電余力が有る場合、前記の情報からパンタ点電圧が前記電気車の回生絞り開始電圧以下となるき電電圧補償装置の充電基準電圧を取得して、き電電圧補償装置に送出し、電力貯蔵装置に充電余力が無い場合は、前記の情報からパンタ点電圧が前記電気車の回生絞り開始電圧以上，回生失効電圧未満となるき電電圧補償装置の充電基準電圧を取得して、き電電圧補償装置に送出し、き電電圧補償装置において、電気車の回生時に、前記充電基準電圧に基づいて電力貯蔵装置の充電制御を行うことを特徴とする。

また、前記電力貯蔵装置に充電余力がある時の充電基準電圧は下記（１）式，前記電力貯蔵装置に充電余力が無い時の充電基準電圧は下記（２）式により算出して取得してもよい。

また、前記電力貯蔵装置に充電余力がある時の充電基準電圧，電力貯蔵装置に充電余力が無い時の充電基準電圧は、電気車の回生絞り開始電圧，回生失効電圧，電気車の回生電流，の情報を電気車−き電電圧補償装置間距離毎に予め設定して記憶しておき、電気車からの情報に応じて記憶された充電基準電圧の中から該当の充電基準電圧を取得してもよい。

また、本願発明における電気鉄道システムのき電電圧制御方法の別の態様は、電気車は、前記電力貯蔵装置の充電率の情報を取得し、この充電率に応じた回生ブレーキ力の上限値を設けて運転を行うことを特徴とする。

また、本願発明における電気鉄道システムのき電電圧制御方法の別の態様は、司令所において、前記電力貯蔵装置の充電率の情報を所得し、この充電率に応じた回生ブレーキ力の上限値を算出して電気車に送出し、電気車は、前記回生ブレーキ力の上限値を設けて運転を行うことを特徴とする。

以上の説明で明らかなように、本発明の電気鉄道システムのき電電圧制御方法によれば、き電電圧補償装置と電気車とで情報のやり取りを行い、き電電圧補償装置と電気車とで協調して、効率良くき電電圧の変動を抑制することができる。

電気鉄道システムの一例を示す概略説明図。回生ブレーキ特性の一例を示す図。分散方式による通信の一例を示す概略説明図。集中方式による通信の一例を示す概略説明図。き電電圧補償装置の一例を示す回路構成図。き電電圧補償装置の回生吸収（充電）時の制御ブロック図。

本発明では、電気車から、位置情報，回生電流，パンタ点電圧，回生絞り開始電圧，回生失効電圧，回生ブレーキ力の上限値等の情報がき電電圧補償装置に与えられ、き電電圧補償装置から、ＥＤＬＣの充電率，充電電流等の情報が電気車に与えられる。そして、き電電圧補償装置において、前記電気車からの情報に基づいてＥＤＬＣの充電制御を行うものである。または、電気車において、き電電圧補償装置からの情報に基づいて回生ブレーキ力の上限値の制御を行うものである。

［実施形態１］
本実施形態１では、分散方式、かつ、線形方式（情報が通信で逐次得られる場合に用いられる方式）での制御方式を説明する。

図１は、電気鉄道システムの一例を示す概略説明図である。図５と同様のものについては同一の符号を付して、その説明は省略する。図１において、符号４０は電気車，符号４１はき電電圧補償装置，符号Ｄｔｅは電気車‐き電電圧補償装置間距離，符号Ｒはき電抵抗，符号Ｖｔｒａｉｎはパンタ点電圧，符号Ｉｒｅｇは回生電流，符号Ｖｄｃはき電電圧補償装置におけるき電電圧，符号ＶｅｄｌｃはＥＤＬＣ電圧を示す。

き電線１の電圧が上昇した場合、電気車４０はその電圧値に応じて回生ブレーキ力を絞り込んでき電電圧の上昇を抑制する機能を備えている。この場合、回生ブレーキ力を絞り込むことで不足するブレーキ力は機械ブレーキ（あるいは、空気ブレーキ）により補足される。

図２はブレーキ特性の一例を示す図で、パンタ点電圧に対する回生ブレーキと機械ブレーキのブレーキ力を示すものである。

ブレーキの切り替えは、回生絞り開始電圧Ｖｔｒａｉｎ＿ｓｒと回生失効電圧Ｖｔｒａｉｎ＿ｍａｘに基づいて行われる。例えば、回生絞り開始電圧Ｖｔｒａｉｎ＿ｓｒ＝１８００Ｖ，回生失効電圧Ｖｔｒａｉｎ＿ｍａｘ＝１８５０Ｖの場合、パンタ点電圧Ｖｔｒａｉｎが１８００Ｖを超えた際に、回生電力を絞る動作つまり機械ブレーキによるブレーキ力を増加させ、回生ブレーキによるブレーキ力を絞る切り換えを行い、パンタ点電圧が１８５０Ｖを超えた際は、回生を停止しすべて機械ブレーキ（あるいは空気ブレーキ）に置き換える。このように、回生ブレーキを絞ることにより、回生ブレーキ力が減少した場合でも、機械ブレーキによりブレーキ力を補足することができる。

本実施形態１では、電気車４０から、位置情報（ＧＰＳや軌道信号等），回生電流Ｉｒｅｇ，パンタ点電圧Ｖｔｒａｉｎ，回生絞り開始電圧Ｖｔｒａｉｎ＿ｓｒ，回生失効電圧Ｖｔｒａｉｎ＿ｍａｘ，回生ブレーキ力の上限値（回生電流の上限値で電気ブレーキ力の大きさの情報となる）等の情報が、き電電圧補償装置４１に与えられる。逆に、き電電圧補償装置４１からは電気車４０へＥＤＬＣ９の充電率，充電電流等の情報が与えられる。

これらの情報を用いて、き電電圧補償装置４１により、き電電圧補償装置４１と電気車４０との距離Ｄｔｅ，回生電流Ｉｒｅｇに応じて、パンタ点電圧Ｖｔｒａｉｎを推定したき電電圧制御を行う。

本実施形態１の機器（き電電圧補償装置４１と電気車４０）間の通信については、図３に示すように、機器（き電電圧補償装置４１と電気車４０）毎に制御値を判断し、制御する方式（以下、分散方式と称する）が用いられる。

まず、ＥＤＬＣ９に充電余力がある場合の制御方法について説明する。

き電電圧補償装置４１の制御部（図示省略）により、下記（１）式が成立するように、き電電圧補償装置充電時（回生時）における充電基準電圧Ｖｄｃ＿ｒｅｇを算出して制御を行う。

パンタ点電圧Ｖｔｒａｉｎから、き電電圧補償装置４１‐電気車４０間のき電抵抗Ｒによる電圧降下分（Ｒ×Ｉｒｅｇ）を減算することにより、き電電圧補償装置におけるき電電圧Ｖｄｃを算出することができる。

そのため、上記（１）式に示すように、き電電圧補償装置４１によって、回生絞り開始電圧Ｖｔｒａｉｎ＿ｓｒから、き電線の抵抗Ｒによる電圧降下分（Ｒ×Ｉｒｅｇ）と通信遅れ＋誤差抵抗分αを差し引いた値で、充電基準電圧Ｖｄｃ＿ｒｅｇの制御を行うことにより、電気車４０の車種に応じてパンタ点電圧Ｖｔｒａｉｎを回生絞り開始電圧Ｖｔｒａｉｎ＿ｓｒよりも低い値で制御することができる。なお、通信遅れ＋誤差抵抗値αは、通信遅れ，誤差抵抗によって不用意に回生絞りがかからないために与えられる値を示す。ただし、充電基準電圧Ｖｄｃ＿ｒｅｇ≦き電無負荷電圧となるとき電電圧補償装置４１は回生電力でなく、変電所からの電力を充電してしまうため、充電基準電圧Ｖｄｃ＿ｒｅｇ＞き電無負荷電圧を条件とする。

また、ＥＤＬＣ９に充電余力がある場合に、パンタ点電圧Ｖｔｒａｉｎを回生絞り開始電圧Ｖｔｒａｉｎ＿ｓｒよりも低い値で制御することにより、電気車４０は回生絞りを動作させずに制動を行うことが可能となり、ＥＤＬＣ９に無駄なく充電することができる。その結果、電気車４０はＥＤＬＣ９の充電率に応じた運転を行うことができる。

次に、ＥＤＬＣ９に充電余力が無い場合の制御方法について説明する。

き電電圧補償装置４１の制御部（図示省略）により、下記（２）式が成立するように、き電電圧補償装置４１充電時（回生時）における充電基準電圧Ｖｄｃ＿ｒｅｇを算出して制御を行う。

き電電圧補償装置４１の制御部（図示省略）において、上記（２）式に示すように回生失効電圧Ｖｔｒａｉｎ＿ｍａｘから、き電線の抵抗Ｒによる電圧降下分（Ｒ×Ｉｒｅｇ）と通信誤差＋誤差抵抗分βを差し引いた値で、充電基準電圧Ｖｄｃ＿ｒｅｇの制御を行うことにより、電気車４０の車種に応じてパンタ点電圧Ｖｔｒａｉｎを回生絞り開始電圧Ｖｔｒａｉｎ＿ｓｒ以上，回生失効電圧Ｖｔｒａｉｎ＿ｍａｘ以下の値で制御することができる。なお、通信誤差＋誤差抵抗値βは、通信遅れ，誤差抵抗によって不用意に回生失効がかからないために与えられる値を示す。ただし、充電基準電圧Ｖｄｃ＿ｒｅｇ≦き電無負荷電圧となると、き電電圧補償装置４１は回生電力でなく、変電所からの電力を充電してしまうため、充電基準電圧Ｖｄｃ＿ｒｅｇ＞き電無負荷電圧を条件とする。

また、ＥＤＬＣ９に充電余力が無い場合に、パンタ点電圧Ｖｔｒａｉｎを回生絞り開始電圧Ｖｔｒａｉｎ＿ｓｒ以上，回生失効電圧Ｖｔｒａｉｎ＿ｍａｘ以下として制御することにより、回生絞りを動作させて回生ブレーキと機械ブレーキとの協働による制動を行うことで、き電電圧の急上昇を防止することが可能となり、ＥＤＬＣ９が満充電に近づいて充電停止となり、機械ブレーキのみの制動に円滑に移行できるため、き電電圧が急激に上昇することによる回生失効を抑制することができる。

以上の制御方法により、電気車４０はＥＤＬＣ９の充電率に応じた制動制御を行うことができる。

さらに、き電電圧補償装置４１によって、上記（１）式，（２）式に示すように制御を行うことにより、電気車４０とき電電圧補償装置４１とが協調し、回生失効を抑制した運転を行うことができると共に、パンタ点電圧を推定したき電電圧の制御が可能となる。

また、電気車４０において、き電電圧補償装置４１から与えられたＥＤＬＣ９の情報（充電率）に応じて、電気車４０の回生ブレーキ力に上限値（回生上限電流）を設けてもよい。この上限値は、電気車４０が回生ブレーキで制動を行っても、回生電力でＥＤＬＣ９の残り容量を超えないように設定される。

これにより、ＥＤＬＣ９に充電余力が有る場合は、電気車４０が回生絞りを動作させずに制動を行い、ＥＤＬＣ９に無駄なく充電を行うことができる。一方、ＥＤＬＣ９に充電余力が無い場合は、電気車４０が積極的に回生絞りを動作させて制動を行うことができ、ＥＤＬＣ９が満充電に近づいて充電停止となり、き電電圧が急激に上昇し、回生失効となることを抑制することができる。その結果、電気車４０はＥＤＬＣ９の充電率に応じた運転を行うことができる。

さらに、電気車４０によって上記のように制御を行うことにより、電気車４０とき電電圧補償装置４１とが協調して回生失効を抑制した運転を行うことができる。

［実施形態２］
本実施形態２の機器（き電電圧補償装置４１・電気車４０）間の通信については、実施形態１（図３）と同様に、分散方式が用いられる。また、本実施形態２では階段方式での制御方式を説明する。

本実施形態２では、電気車４０から、位置情報（ＧＰＳや軌道信号等），回生電流Ｉｒｅｇ，パンタ点電圧Ｖｔｒａｉｎ，回生絞り開始電圧Ｖｔｒａｉｎ＿ｓｒ，回生失効電圧Ｖｔｒａｉｎ＿ｍａｘ，回生ブレーキ力の上限値等の情報が、き電電圧補償装置４１に与えられる。逆に、き電電圧補償装置４１からは電気車４０へＥＤＬＣ９の充電率，充電電流等の情報が与えられる。

本実施形態２では、き電電圧補償装置４１と電気車４０間の距離を適当な区間に分け、き電電圧補償装置４１の制御部（図示省略）によって前記区間毎に、パンタ点電圧Ｖｔｒａｉｎを推定したき電電圧制御を行う。

まず、ＥＤＬＣ９に充電余力が有る場合の制御方法について説明する。

き電電圧補償装置４１の制御部（図示省略）は電気車４０からの情報に基づいて、回生絞り開始電圧Ｖｔｒａｉｎ＿ｓｒ，回生失効電圧Ｖｔｒａｉｎ＿ｍａｘ，区間毎に充電基準電圧Ｖｄｃ＿ｒｅｇを予め設定し記憶しておく。

例えば、回生絞り開始電圧Ｖｔｒａｉｎ＿ｓｒが１７５０Ｖ，回生失効電圧Ｖｔｒａｉｎ＿ｍａｘが１８００Ｖ，き電線の単位長抵抗ｒが０．０３Ω／ｋｍ，回生電流Ｉｒｅｇが１０００Ａの場合、下記の表１に示すように、各区間毎に充電基準電圧Ｖｄｃ＿ｒｅｇを予め設定し記憶する。この各区間毎における充電基準電圧Ｖｄｃ＿ｒｅｇは、例えば、前記数式（１）に各値を代入することにより算出することができる。例えば、表１に示すように、１ｋｍ毎の区間に分けると、０〜４ｋｍではパンタ点電圧Ｖｔｒａｉｎ＝１７４０Ｖ以下となるように設定できる。なお、１０００Ａの場合、４ｋｍ以遠は担当外となる。

そして、電気車４０の運転時に、き電電圧補償装置４１の制御部（図示省略）は電気車４０から取得した情報（回生絞り開始電圧Ｖｔｒａｉｎ＿ｓｒ，回生失効電圧Ｖｔｒａｉｎ＿ｍａｘ，位置情報等）に応じて、前記記憶された充電基準電圧Ｖｄｃ＿ｒｅｇから該当の充電基準電圧Ｖｄｃ＿ｒｅｇを取得し、その充電基準電圧Ｖｄｃ＿ｒｅｇでＥＤＬＣ９の充電制御を行う。

き電電圧補償装置４１の制御部（図示省略）により上記のように制御することで、実施形態１と同様に、電気車の車種毎にパンタ点電圧Ｖｔｒａｉｎを回生絞り開始電圧Ｖｔｒａｉｎ＿ｓｒよりも低い値で制御することができる。また、ＥＤＬＣ９に充電余力がある場合に、パンタ点電圧Ｖｔｒａｉｎを回生絞り開始電圧Ｖｔｒａｉｎ＿ｓｒ以下として制御することにより、電気車４０は回生絞りを動作させずに制動を行うことが可能となり、ＥＤＬＣ９に無駄なく充電することができる。その結果、電気車４０はＥＤＬＣ９の充電率に応じた運転を行うことができる。

次に、ＥＤＬＣ９に充電余力が無い場合の制御方法について説明する。各条件（回生絞り開始電圧Ｖｔｒａｉｎ＿ｓｒ，回生失効電圧Ｖｔｒａｉｎ＿ｍａｘ，き電線の単位長抵抗ｒ，回生電流Ｉｒｅｇ）はＥＤＬＣ９に充電余力が有る場合と同様とする。

き電電圧補償装置４１の制御部（図示省略）により、回生絞り開始電圧Ｖｔｒａｉｎ＿ｓｒ，回生失効電圧Ｖｔｒａｉｎ＿ｍａｘ，区間毎に充電基準電圧Ｖｄｃ＿ｒｅｇを予め設定し記憶しておく。この充電基準電圧Ｖｄｃ＿ｒｅｇは、例えば、上記数式（２）に各値を代入することにより算出することができる。例えば、表２に示すように、１ｋｍ毎の区間に分けると、０〜４ｋｍではパンタ点電圧Ｖｔｒａｉｎを１７５０Ｖ周辺に設定できる。なお、１０００Ａの場合は、４ｋｍ以遠は担当外となる。

き電電圧補償装置４１の制御部（図示省略）によって上記のように制御することにより、実施形態１と同様に、パンタ点電圧Ｖｔｒａｉｎを電気車４０の車種に応じて、回生絞り開始電圧Ｖｔｒａｉｎ＿ｓｒ以上，回生失効電圧Ｖｔｒａｉｎ＿ｍａｘ未満の値で制御することができる。また、ＥＤＬＣ９に充電余力が無い場合に、パンタ点電圧Ｖｔｒａｉｎを回生絞り開始電圧Ｖｔｒａｉｎ＿ｓｒ以上，回生失効電圧Ｖｔｒａｉｎ＿ｍａｘ未満として制御することにより、電気車４０は回生絞りを動作させて回生ブレーキと機械ブレーキの協働による制動を行うことで、き電電圧の急上昇を防止することが可能となり、ＥＤＬＣ９が満充電に近づいて充電停止となり機械ブレーキのみの制動に円滑に移行できるため、き電電圧が急激に上昇することによる回生失効を抑制することができる。その結果、電気車４０はＥＤＬＣ９の充電率に応じた運転を行うことができる。

また、本実施形態２のように階段方式によって制御することにより、通信が不安定な場合など、情報を得るのに秒単位で時間がかかる場合等に有効である。

また、電気車４０において、き電電圧補償装置４１から与えられＥＤＬＣ９の情報（充電率）から、電気車４０の回生ブレーキ力に上限値を設けてもよい。この上限値は、電気車４０が回生ブレーキで制動を行っても、回生電力でＥＤＬＣ９の残り容量を超えないように設定される。

さらに、電気車４０は上記のように制御を行うことにより、電気車４０とき電電圧補償装置４１とが協調して回生失効を抑制した運転を行うことができる。

［実施形態３］
本実施形態３では、図４に示すように、機器（き電電圧補償装置４１と電気車４０）間の通信に、き電電圧補償装置４１と電気車４０の情報を一端運行を管理する司令所５０に集め、司令所５０から各機器の指令値を出力する方式（以下、集中方式と称する）が用いられる。また、本実施形態３の通信については、線形方式（情報が通信で逐次得られる場合に用いられる方式）を用いるものとする。

前記司令所５０には、電気車４０から位置情報（ＧＰＳや軌道信号等），回生電流Ｉｒｅｇ，パンタ点電圧Ｖｔｒａｉｎ，回生絞り開始電圧Ｖｔｒａｉｎ＿ｓｒ，回生失効電圧Ｖｔｒａｉｎ＿ｍａｘ，回生ブレーキ力の上限値等の情報が与えられる。さらに、き電電圧補償装置４１から司令所５０へＥＤＬＣ９の充電率，充電電流等の情報が与えられる。

そして、司令所５０において、充電基準電圧Ｖｄｃ＿ｒｅｇを取得し、その充電基準電圧Ｖｄｃを指令値としてき電電圧補償装置４１に出力する。充電基準電圧Ｖｄｃ＿ｒｅｇの取得方法については、ＥＤＬＣ９の充電に余力が有る場合も、充電に余力が無い場合も、実施形態１と同様に式（１）および式（２）で示す演算方法で取得することができる。

また、司令所５０において、き電電圧補償装置４１から与えられたＥＤＬＣ９の充電率に応じて電気車４０の回生ブレーキ力に上限値を設定し、電気車４０に指令値として出力してもよい。この上限値は、電気車４０が回生ブレーキで制動を行っても、回生電力でＥＤＬＣ９の残り容量を超えないように設定される。

これにより、ＥＤＬＣ９に充電余力が有る場合は、電気車４０が回生絞りを動作させずに制動を行い、ＥＤＬＣ９に無駄なく充電を行うことができる。一方、ＥＤＬＣ９に充電余力が無い場合は、電気車４０が積極的に回生絞りを動作させて回生ブレーキと機械ブレーキとの協働による制動を行うことで、き電電圧の急上昇を防止することが可能となり、ＥＤＬＣ９が満充電に近づいて充電停止となり機械ブレーキのみの制動に円滑に移行できるので、き電電圧が急激に上昇することによる回生失効を抑制することができる。その結果、電気車４０はＥＤＬＣ９の充電率に応じた運転を行うことができる。

［実施形態４］
本実施形態４では、集中方式、かつ、階段方式での制御方式を説明する。

本実施形態４において、司令所５０には、実施形態３と同様に、電気車４０から位置情報（ＧＰＳや軌道信号等），回生電流Ｉｒｅｇ，パンタ点電圧Ｖｔｒａｉｎ，回生絞り開始電圧Ｖｔｒａｉｎ＿ｓｒ，回生失効電圧Ｖｔｒａｉｎ＿ｍａｘ，回生ブレーキ力の上限値等の情報が与えられる。さらに、き電電圧補償装置４１から司令所５０へＥＤＬＣ９の充電率，充電電流等の情報が与えられる。

そして、司令所５０において、前記の情報から充電基準電圧Ｖｄｃ＿ｒｅｇを取得し、その充電基準電圧Ｖｄｃ＿ｒｅｇは指令値としてき電電圧補償装置４１に出力される。充電基準電圧Ｖｄｃ＿ｒｅｇの取得方法については、ＥＤＬＣ９の充電に余力が有る場合も、充電に余力が無い場合も、実施形態２と同様の方法で取得することができる。

また、司令所５０において、き電電圧補償装置４１から与えられたＥＤＬＣ９の充電率に応じて電気車４０の回生ブレーキ力に上限値を設定し、電気車４０に指令値を出力してもよい。この上限値は、電気車４０が回生ブレーキで制動を行っても、回生電力でＥＤＬＣ９の残り容量を超えないように設定される。

これにより、ＥＤＬＣ９に充電余力が有る場合は、電気車４０が回生絞りを動作させずに制動を行い、ＥＤＬＣ９に無駄なく充電を行うことができる。一方、ＥＤＬＣ９に充電余力が無い場合は、電気車４０が積極的に回生絞りを動作させて回生ブレーキと機械ブレーキとの協働による制動を行うことで、き電電圧の急上昇を防止することが可能となり、ＥＤＬＣ９が満充電に近づいて充電停止となり機械ブレーキのみの制動に円滑に移行できるため、き電電圧が急激に上昇することによる回生失効を抑制することができる。その結果、電気車４０がＥＤＬＣ９の充電率に応じた運転を行うことができる。

さらに、電気車４０が上記のように制御を行うことにより、電気車４０とき電電圧補償装置４１とが協調して回生失効を抑制した運転を行うことができる。

また、本実施形態４のように階段方式によって制御することにより、通信が不安定な場合など、情報を得るのに秒単位で時間がかかる場合に有効である。

以上、本発明において、記載された具体例に対してのみ詳細に説明したが、本発明の技術思想の範囲で多彩な変形および修正が可能であることは、当業者にとって明白なことであり、このような変形および修正が特許請求の範囲に属することは当然のことである。

機器（き電電圧補償装置４１・電気車４０）間の通信については、直接方式（無線・レーザー・電力線通信）、および基地局（無線＋専用線ｏｒ公衆回線）などを介した間接方式等が考えられるが、本発明では特定しない。また、通信プロトコルについても本発明では特定しない。さらに、電気車４０の位置を特定する方法も起動信号を用いた方法やＧＰＳを用いた方法など複数あるが、本発明では特定しない。

９…電力貯蔵装置（ＥＤＬＣ）
４０…電気車
４１…き電電圧補償装置
５０…司令所
Ｖｔｒａｉｎ…パンタ点電圧
Ｖｔｒａｉｎ＿ｓｒ…回生絞り開始電圧
Ｖｔｒａｉｎ＿ｍａｘ…回生失効電圧
Ｖｄｃ＿ｒｅｇ…充電基準電圧
Ｉｒｅｇ…回生電流

Claims

電気車の力行時，回生時に発生するき電電圧の変動を、き電電圧補償装置に備えられた電力貯蔵装置の充放電により抑制する電気鉄道システムのき電電圧制御方法であって、
き電電圧補償装置の制御部において、
電気車の回生絞り開始電圧，電気車の回生失効電圧，電気車の位置，電気車の回生電流，の情報を得て、電気車の回生時に電力貯蔵装置に充電余力が有る場合は、前記の情報からパンタ点電圧が前記電気車の回生絞り開始電圧以下となるき電電圧補償装置の充電基準電圧を取得し、その充電基準電圧で電力貯蔵装置の充電制御を行い、電気車回生吸収時に電力貯蔵装置に充電余力が無い場合は、前記の情報からパンタ点電圧が前記電気車の回生絞り開始電圧以上，回生失効電圧未満となるき電電圧補償装置の充電基準電圧を取得し、その充電基準電圧で電力貯蔵装置の充電制御を行うことを特徴とする電気鉄道システムのき電電圧制御方法。
電気車の力行時，回生時に発生するき電電圧の変動を、き電電圧補償装置に備えられた電力貯蔵装置の充放電により抑制する電気鉄道システムのき電電圧制御方法であって、
司令所において、電気車の回生絞り開始電圧，電気車の回生失効電圧，電気車の位置，電気車の回生電流，の情報を得て、電力貯蔵装置に充電余力が有る場合、前記の情報からパンタ点電圧が前記電気車の回生絞り開始電圧以下となるき電電圧補償装置の充電基準電圧を取得して、き電電圧補償装置に送出し、電力貯蔵装置に充電余力が無い場合は、前記の情報からパンタ点電圧が前記電気車の回生絞り開始電圧以上，回生失効電圧未満となるき電電圧補償装置の充電基準電圧を取得して、き電電圧補償装置に送出し、
き電電圧補償装置において、電気車の回生時に、前記充電基準電圧に基づいて電力貯蔵装置の充電制御を行うことを特徴とする電気鉄道システムのき電電圧制御方法。
前記電力貯蔵装置に充電余力がある時の充電基準電圧は下記（１）式，電力貯蔵装置に充電余力が無い時の充電基準電圧は下記（２）式により算出して取得することを特徴とする請求項１または２記載の電気鉄道システムのき電電圧制御方法。
前記電力貯蔵装置に充電余力がある時の充電基準電圧，電力貯蔵装置に充電余力が無い時の充電基準電圧は、電気車の回生絞り開始電圧，回生失効電圧，電気車の回生電流，の情報を電気車−き電電圧補償装置間距離毎に予め設定して記憶しておき、電気車からの情報に応じて、記憶された充電基準電圧の中から該当の充電基準電圧を取得することを特徴とする請求項１または２記載の電気鉄道システムのき電電圧制御方法。
電気車は、前記電力貯蔵装置の充電率の情報を取得し、この充電率に応じた回生ブレーキ力の上限値を設けて運転を行うことを特徴とする請求項１又は請求項１を引用する請求項３，４のうち何れか１項に記載の電気鉄道システムのき電電圧制御方法。
司令所において、前記電力貯蔵装置の充電率の情報を所得し、この充電率に応じた回生ブレーキ力の上限値を算出して電気車に送出し、
電気車は、前記回生ブレーキ力の上限値を設けて運転を行うことを特徴とする請求項２又は請求項２を引用する請求項３，４のうち何れか１項に記載の電気鉄道システムのき電電圧制御方法。