JP6016738B2 - 地上蓄電池制御装置およびその制御方法、鉄道用地上蓄電池制御システム - Google Patents
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Description
図1はこの発明の実施の形態1による地上蓄電池制御装置の構成を示す図である。地上蓄電池制御装置107は電力変換器101と、電力変換器101を介してき電線102と接続された蓄電池103と、蓄電池103の残量を推定する電池残量推定手段104と、電池残量推定手段104によって推定された電池残量から、電力変換器101の動作特性を決定する電力変換器動作特性決定手段105と、電力変換器101のき電線102側の電流と電圧が、電力変換器動作特性決定手段105によって決定された電力変換器101の動作特性(後述の電力変換器動作特性)上の点となるように電力変換器101を制御する電力変換器制御手段106から構成される。き電線102には電車602が電気的に接続されている。
この発明の実施の形態2による地上蓄電池制御装置は、実施の形態1に説明した地上蓄電池制御装置と全体構成において共通する。以下、異なる点について説明する。実施の形態1において、電力変換器動作特性決定手段105は、図2に示すような電力変換器動作特性を電力変換器制御手段106へと出力する。この実施の形態においては、電力変換器動作特性決定手段105は図5に示すように、電池残量に応じて電力変換器制御手段106へと出力する電力変換器動作特性を変化させる。
図6はこの発明の実施の形態3による鉄道用地上蓄電池制御システムの構成を示す図である。き電線102には、図1に示す地上蓄電池制御装置107が少なくとも1つと、電車602が少なくとも1車両または1編成の電気的に接続されている。電車情報取得手段601は電車602の少なくとも位置と速度を取得し、力学的エネルギー計算手段603は電車情報取得手段601が取得した電車602の少なくとも位置と速度から、当該電車のもつ力学的エネルギーを計算する。回収可能エネルギー計算手段604は力学的エネルギー計算手段603が計算した電車602の力学的エネルギーに所定の係数を掛けあわせた、将来的に回収可能なエネルギー(あるいは「将来的な回収可能エネルギー」)を計算する。全回収可能エネルギー計算手段605は、路線を走行するき電線102に電気的に接続された回収可能エネルギーを計算した電車602に関する回収可能エネルギーの総和を計算する。
運動エネルギー(K=mv2/2:mは電車質量、vは電車速度)
位置エネルギー(U=mgh:mは電車質量、gは重力加速度、h:電車高度)
より力学的エネルギーを求める得る。電車高度hは電車の位置情報と地図情報(高度情報を含む)より求めることができる。
図7はこの発明の実施の形態4による鉄道用地上蓄電池制御システムの構成を示す図である。この実施の形態は、電車の情報を収集し、収集した電車情報に基づいて変電所701の出力電圧を指令する中央の電力指令装置702が設置された路線に用いられる形態である。収集する電車情報は例えば実施の形態3と同様である。
なお、上記所定の残量は同じものとしてもよいが、それぞれ別の所定の残量とし、間に面積を変化させない所定の幅の領域を持たせるようにしてもよい。
さらに実施の形態2と組み合わせる場合,全回収可能エネルギーに基づく電力変換器制御範囲特性を基準となる電力変換器制御範囲特性とし、その基準となる電力変換器制御範囲特性に対し、当該蓄電池の残量に基づいて、電力変換器制御範囲特性を高電圧側あるいは低電圧側に変化させたものを、電力指令装置702へ出力すればよい。
Claims (8)
- 電力変換器と、
前記電力変換器を介してき電線と接続された蓄電池と、
前記蓄電池の残量を推定する電池残量推定手段と、
前記電池残量推定手段によって推定された前記蓄電池の残量から前記電力変換器のき電線側の電流と電圧の関係を示す電力変換器動作特性を決定する電力変換器動作特性決定手段と、
前記電力変換器のき電線側の電流と電圧が、決定された前記電力変換器動作特性に従うように前記電力変換器を制御する電力変換器制御手段と、
を備え、
前記電力変換器動作特性は、前記電力変換器のき電線側の電圧が、き電線から電力変換器への電流が大きくなるに従い電圧が高く、電力変換器からき電線への電流が大きくなるに従い電圧が低く、なるように設定され、さらに、
前記電力変換器動作特性が、電流ゼロの点の電圧を、前記き電線に接続されて周囲に設置された変電所の動作特性と一致させ、放電側の動作特性を前記変電所の動作特性と一致させるか、またはより低電圧側に設定させている、
ことを特徴とする地上蓄電池制御装置。 - 前記電力変換器動作特性が、電力変換器の充電側の動作特性を、前記き電線に接続されて周囲に設置された回生インバータの動作特性と一致させるか、またはより高電圧側に設定させていることを特徴とする請求項1に記載の地上蓄電池制御装置。
- 前記電力変換器動作特性決定手段が、前記電池残量推定手段によって推定された蓄電池の残量が所定の残量より少ない時は電力変換器動作特性を低電圧側へ移動させ、前記所定の残量より多い時は電力変換器動作特性を高電圧側へ移動させることを特徴とする請求項1または2に記載の地上蓄電池制御装置。
- 同一き電線に接続された請求項1または2に記載の前記地上蓄電池制御装置を少なくとも1つ備えると共に、
路線を走行し前記き電線に電気的に接続された電車の位置及び速度を少なくとも含む電車情報を取得する電車情報取得部と、
前記電車情報取得部によって得られた電車の位置と速度から電車の持つ力学的エネルギーを算出する力学的エネルギー計算手段と、
前記力学的エネルギー計算手段によって計算された電車の力学的エネルギーに係数を掛けあわせ、回収可能なエネルギーを算出する回収可能エネルギー計算手段と、
回収可能エネルギーを計算した全電車の回収可能エネルギーの総和を算出する全回収可能エネルギー計算手段と、
前記各地上蓄電池制御装置に設けられた、蓄電池全容量から前記電池残量推定手段によって推定された蓄電池残量を除いた蓄電池空き容量を計算する蓄電池空き容量計算手段と、
蓄電池空き容量を計算した全蓄電池の蓄電池空き容量の総和を計算する全蓄電池空き容量計算手段と、
前記全回収可能エネルギー計算手段によって計算された回収可能エネルギーの総和と、前記全蓄電池空き容量計算手段によって計算された蓄電池空き容量の総和を比較する比較手段と、
を備え、
前記各地上蓄電池制御装置の電力変換器動作特性決定手段が、前記比較手段で、回収可能エネルギーの総和が蓄電池空き容量の総和を上回っていれば、電力変換器動作特性を高電圧側へ移動し、回収可能エネルギーの総和が蓄電池空き容量の総和を下回っていれば電力変換器動作特性全体を低電圧側へ移動させる、
ことを特徴とする鉄道用地上蓄電池制御システム。 - 前記電車情報取得部がさらに電車の進行方向を取得し、
前記回収可能エネルギー計算手段において、電車の位置及び進行方向に応じて異なる重みをつけた回収可能なエネルギーを計算することを特徴とする請求項4に記載の鉄道用地上蓄電池制御システム。 - 前記電車情報取得部がさらに電車の運行種別を取得し、
前記回収可能エネルギー計算手段において、電車の運行種別に応じて異なる重みをつけた回収可能なエネルギーを計算することを特徴とする請求項4または5に記載の鉄道用地上蓄電池制御システム。 - 電力変換器と、
前記電力変換器を介してき電線と接続された蓄電池と、
前記蓄電池の残量を推定する電池残量推定手段と、
前記電力変換器を制御する電力変換器制御手段と、
前記電池残量推定手段が推定した電池残量に応じて前記電力変換器の制御範囲を決定して電力指令装置へ送る電力変換器制御範囲決定手段と、
を含む少なくとも1つの地上蓄電池制御装置と、
路線を走行し前記き電線に電気的に接続された電車の電車情報を取得して、前記き電線に接続された変電所および前記地上蓄電池制御装置に出力指令を出力する電力指令装置と、
を備え、
前記地上蓄電池制御装置の電力変換器制御範囲決定手段が、電力変換器のき電線側の電圧の最大値が、き電線から電力変換器への電流が大きくなるに従い高く、電力変換器からき電線への電流が大きくなるに従い低くなる電力変換器制御範囲特性を、前記電池残量推定手段によって推定された蓄電池の残量が所定の残量より少ない時は放電側の制御範囲を縮小、充電側の制御範囲を拡大させるように、また前記所定の残量より多い時は放電側の制御範囲を拡大、充電側の制御範囲を縮小させるように出力し、
前記電力指令装置が前記電車情報と電力変換器制御範囲特性に従って出力指令を出力し、
前記電力変換器制御手段が前記電力指令装置の指令に基づいて電力変換器を制御する、
ことを特徴とする鉄道用地上蓄電池制御システム。 - 電力変換器を介してき電線と接続された蓄電池を備えた地上蓄電池において、
前記蓄電池の電池残量を推定し、
推定された電池残量から電力変換器のき電線側の電流と電圧の関係を示す電力変換器動作特性を決定し、
前記電力変換器のき電線側の電流と電圧が、決定された前記電力変換器動作特性に従うように前記電力変換器を制御し、
前記電力変換器動作特性を、前記電力変換器のき電線側の電圧が、き電線から電力変換器への電流が大きくなるに従い電圧が高く、電力変換器からき電線への電流が大きくなるに従い電圧が低く、なるように設定し、さらに、
前記電力変換器動作特性が、電流ゼロの点の電圧を、前記き電線に接続されて周囲に設置された変電所の動作特性と一致させ、放電側の動作特性を前記変電所の動作特性と一致させるか、またはより低電圧側に設定させる、
ことを特徴とする地上蓄電池の制御方法。
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