JP6082937B2 - 電鉄き電線の制御装置およびシステム - Google Patents

Description

本発明は、電鉄き電線の制御装置およびシステムに係り、特に広範囲の電鉄き電線区間を対象とするに好適な電鉄き電線の制御装置およびシステムに関する。

電鉄き電線用の電力変換器は、そのき電線から電力を供給される電車の走行状態に応じた電力変換を行う。電車の走行状態（走行モード）には、電力を消費して車体を加速する力行モードと、逆に車体の減速時に運動エネルギーを電気エネルギーに戻す回生モードと、力行も回生も行わない惰行や停止の各モードがある。これらの走行モードのうち、電鉄き電線用の電力変換器では力行モード、回生モードにおいて、き電線と電車の間で電力の授受を実行する。

き電線は、電力系統（電鉄用変電所の充電系統）から電力を供給されている。図３には、き電線に対する電力供給設備の一般的な従来構成を示している。この図で、Ｔ（Ｔ０、Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３）はき電線ＬＸ（ＬＸ０、ＬＸ１、ＬＸ２、ＬＸ３）を走行する車両であり、き電線ＬＸ（ＬＸ０、ＬＸ１、ＬＸ２、ＬＸ３）には電力系統Ｌ（Ｌ１、Ｌ２）から電鉄用変電所ＳＳ（ＳＳ１、ＳＳ２）を介して電力が供給されている。

電鉄用変電所ＳＳ１、ＳＳ２の間に設置されるき電線ＬＸは、セクションＳＣでＬＸ１とＬＸ２に分離されており、き電線ＬＸ１側は電鉄用変電所ＳＳ１から給電され、き電線ＬＸ２側は電鉄用変電所ＳＳ２から給電されるように構成されている。またセクションＳＣの両端子間には、電力変換器ＣＯＮ１を備えたき電区分所ＳＳＣ１が設置されている。なお、き電線用の電力変換器ＣＯＮ１には直流き電線に対応するものと、交流き電線に対応するものとがあるが、ここでは交流き電線の例で説明する。

このように、交流き電線ＬＸ（ＬＸ１とＬＸ２）は、電鉄用変電所ＳＳ１、ＳＳ２と、き電区分所ＳＳＣ１に接続されている。ここで、き電区分所ＳＳＣ１とは、電鉄用変電所ＳＳ１、ＳＳ２から電力の供給を受けるき電区間の境界（セクション）で、隣接するき電区間との間でき電線を区分している施設である。

隣接するき電線ＬＸ１とＬＸ２は、異なる電鉄用変電所ＳＳ１、ＳＳ２からそれぞれエネルギーの供給を受けているため、その電圧や位相が同一ではなく、単純に接続することはできない。き電区分所ＳＳＣ１設置のき電線用の電力変換器ＣＯＮ１は、隣接する２つのき電線ＬＸ１とＬＸ２に接続され、両者を短絡させることなく、相互に電力を融通する目的で使用される。き電区分所ＳＳＣ１設置のき電線用の電力変換器ＣＯＮ１による電力の融通は夫々のき電線での力行、回生電力に応じて作動することで、両き電線合計の電力消費量を最小化できる利点がある。

なお、力行、回生電力の融通は夫々が同時に隣接するき電区間で発生したときにのみ可能である。また、電鉄用変電所からの電力供給は、そこから両方向のき電区分所へ向かう２方向の独立したき電線にてなされるのが通常である。

以上図３において主要な設備を説明したが、各設備はさらに以下のように構成されている。まず電力系統Ｌ１、Ｌ２とき電線ＬＸ１、ＬＸ２の間に設置される電鉄用変電所ＳＳ１、ＳＳ２について説明する。電鉄用変電所ＳＳ１、ＳＳ２は、３相２相変換変圧器ＴｒＳ（ＴｒＳ１、ＴｒＳ２）を中心に構成されている。

３相２相変換変圧器ＴｒＳ（ＴｒＳ１、ＴｒＳ２）は、例えばスコット結線変圧器であり、１次側を３相の電力系統Ｌ１、Ｌ２に接続し、２次側の２相をき電線ＬＸ０、ＬＸ１、ＬＸ２、ＬＸ３に接続する。なお電鉄用変電所ＳＳ１、ＳＳ２には、変電所内負荷ＬＤ１、ＬＤ２に給電するための変電所内負荷用変圧器Ｔｒｈ（Ｔｒｈ１、Ｔｒｈ２）が設置されている。また電鉄用変電所ＳＳ１、ＳＳ２には、後述するき電区分所ＳＳＣ１における電力変換器ＣＯＮ１の制御に供するために、電圧変成器ＰＴ１、ＰＴ２と電流変成器ＣＴ１、ＣＴ２並びに電力演算装置Ｐ１、Ｐ２を備えている。

き電区分所ＳＳＣ１は、電力変換器ＣＯＮ１を中心に構成されている。電力変換器ＣＯＮ１は、セクションＳＣの両端間にき電線用変圧器ＴｒＬ（ＴｒＬ１、ＴｒＬ２）を介して接続されており、この間での電圧や位相を調整のうえ、電力の授受方向を制御している。電力制御には、両端の電鉄用変電所ＳＳ１、ＳＳ２において電力演算装置Ｗ１、Ｗ２で求めたき電線の電力Ｐ１、Ｐ２が用いられる。

次に、き電線ＬＸ上の列車Ｔにおける電力の授受関係について説明する。ここでは力行運転の時の電力方向を正として矢印表示している。まずき電線ＬＸ１上の列車Ｔ１では、３相２相変換変圧器ＴｒＳ１からの電力Ｐ１を供給され、列車Ｔ１の内部で電力Ｐ１ａを消費し、残りの電力Ｐ１ｂが電力変換装置ＣＯＮ１に回収される。これら電力の総和は零とされる。同様に電線ＬＸ２上の列車Ｔ２では、３相２相変換変圧器ＴｒＳ２からの電力Ｐ２を供給され、列車Ｔ２の内部で電力Ｐ２ａを消費し、残りの電力Ｐ２ｂが電力変換装置ＣＯＮ１に回収される。

なお、き電線ＬＸ上の列車Ｔが回生運転をしているときには、電力Ｐ１ａ、Ｐ２ａが車内で発生（図示の矢印が反対方向）し、き電線ＬＸ１、ＬＸ２に向けて送出される。力行も回生も行わない惰行や停止の各モードでは、列車内の電力Ｐ１ａ、Ｐ２ａ（照明など）はわずかであるが消費状態にある。

ところで図３では、各き電線ＬＸ上に列車Ｔが在線している状態を示しているが、一般には不在線状態、複数在線状態、片側在線状態などのさまざまな状態をとる。また、在線している場合であっても、力行、回生、惰行、停止の各モードでの運転を行っている。実際のき電線上では、これらの組み合わせに応じて多種多様なエネルギーの授受関係を生じている。

電力変換装置ＣＯＮ１は、多様な状態、モードに応じて生じるセクションＳＣの両端間での電力授受を調整している。これによりき電区分所ＳＳＣ１の電力変換器ＣＯＮ１からの融通電力Ｐ１ｂ、Ｐ２ｂは、変換用変圧器ＴｒＬ１、ＴｒＬ２を介して夫々のき電線ＬＸ１、ＬＸ２との間で授受される。

なお図３において、電鉄用変電所ＳＳ１、ＳＳ２は夫々さらに先のき電線ＬＸ０、ＬＸ３を介して電車Ｔ０、Ｔ３へも電力Ｐ３、Ｐ４を供給し、電鉄用変電所ＳＳ１、ＳＳ２は電力系統Ｌ１、Ｌ２から電力ＰＬ１、ＰＬ２を受電している。

電鉄き電線において、電力変換器を使用して電力量を最適に調整する技術としては例えば特許文献１、非特許文献１などが知られている。

特許第４２６７１３２号

「常磐線における車両回生電力の測定とその有効利用の検討」電気学会Ｄ部門全国大会論文集 ２００９年８月３１日

図３を用いて詳細に説明した従来の設備は要するに、２つの電鉄用変電所ＳＳ１、ＳＳ２の間のき電線ＬＸ１、ＬＸ２上で発生する電力の授受を、き電区分所ＳＳＣ内の電力変換器ＣＯＮ１で調整したものである。この区間にのみ特化して定められた設備、制御手法である。

このように構成した場合、対象の区間がき電区分所から電鉄用変電所の間のみに限られ、この電力変換器を用いた電力融通の機会も限られる可能性がある。この機会が限られると、もとの目的の電力消費量の最小化の効果も限定的となるという課題がある。

２つの電鉄用変電所ＳＳ１、ＳＳ２の間のき電線ＬＸ１、ＬＸ２の区間長は通常数十ｋｍ程度であるが、実際の線路はより長大であることが多く、より全体的な制御を行うことが好ましい。例えば、より全体的な視点で考えると、変電所内負荷ＬＤ（ＬＤ１、ＬＤ２）における電力消費も含めた電力変換器を用いた電力融通が考えられる。また、さらに延伸する他のき電線区間（例えばＬＸ０、ＬＸ３）に対する電力変換器を用いた電力融通も考えられる。

電力変換器を用いた電力融通は、一方の電車が力行モード、他方が回生モードであるときに有効であるが、図３のき電線ＬＸ１、ＬＸ２の限定された区間内に複数電車が在線し、そのいずれかが力行モード、他方が回生モードとなる時間長はそれほど多くはない。然しながら、さらに延伸する他のき電線区間ＬＸ０、ＬＸ３も含めて考えるなら、在線電車数も増え、いずれかの電車の組み合わせが力行、回生となる時間長はさらに増大すると考えられるので、より効率的な運用が期待できる。

以上のことから本発明においては、き電線間の電力融通の効果を向上するために、融通の対象となるき電区間を拡大することを目的とする。

本発明は、電力系統から受電する変圧器を含む第１の電鉄用変電所の変圧器の負荷側に接続された第１のき電線と、電力系統から受電する変圧器を含む第２の電鉄用変電所の変圧器の負荷側に接続された第２のき電線とに接続され、第１と第２のき電線の間での融通電力量を定める電鉄き電線の制御装置であって、第１の電鉄用変電所の受電電力と第１のき電線の電力、並びに第２の電鉄用変電所の受電電力と第２のき電線の電力を用いて、第１と第２のき電線の間での融通電力量を定めることを特徴とする。

また本発明は、電力系統から受電する変圧器を含む第１の電鉄用変電所の変圧器の負荷側に接続された第１のき電線と、電力系統から受電する変圧器を含む第２の電鉄用変電所の変圧器の負荷側に接続された第２のき電線とに接続され、第１と第２のき電線の間での融通電力量を定める第１の電鉄き電線の制御装置と、電力系統から受電する変圧器を含む第３の電鉄用変電所の変圧器の負荷側に接続された第３のき電線と、第１の電鉄用変電所の変圧器の負荷側に接続された第４のき電線とに接続され、第３と第４のき電線の間での融通電力量を定める第２の電鉄き電線の制御装置とを含む電鉄き電線の制御システムであって、第１の電鉄き電線の制御装置は、第１の電鉄用変電所の受電電力と第１のき電線の電力、並びに第２の電鉄用変電所の受電電力と第２のき電線の電力を用いて、第１と第２のき電線の間での融通電力量を定め、第２の電鉄き電線の制御装置は、第１の電鉄用変電所の受電電力と第４のき電線の電力、並びに第３の電鉄用変電所の受電電力と第３のき電線の電力を用いて、第３と第４のき電線の間での融通電力量を定めることを特徴とする。

本発明のき電線用の電力変換器は、き電線への供給電力のみならず、変電所の所内電力、および、電鉄用変電所の先に接続されるき電区間の電力まで管理できるので、電力を融通する対象き電区間の範囲が広がるという利点がある。
また、隣接する同種の変換器の融通電力情報を用いて夫々の融通電力目標値に補正を加える統括制御装置により、さらに広範囲の最適化を実現できる。

本発明の第１実施例に係る電鉄き電線の制御システム構成を示す図。 本発明の第２実施例に係る電鉄き電線の制御システム構成を示す図。 き電線に対する電力供給設備の一般的な従来構成を示す図。 電力変換器での融通電力量の演算方法を示した図。 隣接電鉄用変電所まで拡大適用する時の制御システム構成を示す図。 統括制御装置における融通電力目標値補正の計算方法例を示す図。 各電力変換器ＣＯＮの補正後目標値決定手順例を示す図。

本発明の実施例について図を用いて説明する。本発明では、電鉄用変電所よりさらに先のき電区間まで含めた電力融通を実現する目的を、計測点を変更するだけの最小の変更で、システムの構成を変更することなく実現したものである。

そのために本発明においては、電鉄用変電所ＳＳ１、ＳＳ２への受電電力ＰＬ１、ＰＬ２を直接的に、又は間接的手法により把握、管理する。

図１は、本発明の第１実施例に係る電鉄き電線の制御システム構成を示す図である。この図において、電力計測点以外は従来例として示した図３と同一であるので、電力計測点を中心に説明する。この図は、電鉄用変電所ＳＳ１、ＳＳ２への受電電力ＰＬ１、ＰＬ２を直接入手する事例を示している。

要するに図３の従来例では、き電線ＬＸ１、ＬＸ２に対する供給電力Ｐ１、Ｐ２を計測していた。このために電力演算装置Ｗ１、Ｗ２は、電線ＬＸ１、ＬＸ２に設置された電圧変成器ＰＴ１、ＰＴ２、電流変成器ＣＴ１、ＣＴ２から電圧、電流を入手していた。

これに対し本発明の第１実施例では、図１に示すように電鉄用変電所ＳＳ１、ＳＳ２への受電電力ＰＬ１、ＰＬ２を直接計測する。このために電力演算装置Ｗ１Ａ、Ｗ２Ａは、電力系統Ｌ１、Ｌ２の受電線に設置された電圧変成器ＰＴ１Ａ、ＰＴ２Ａ、電流変成器ＣＴ１Ａ、ＣＴ２Ａから電圧、電流を入手する。電鉄用変電所ＳＳ１、ＳＳ２への受電電力ＰＬ１、ＰＬ２は、電力変換器ＣＯＮ１に伝送され、ここでの制御に利用される。

図２は、本発明の第２実施例に係る電鉄き電線の制御システム構成を示す図である。この図において、電力計測点以外は従来例として示した図３と同一であるので、電力計測点を中心に説明する。この図は、電鉄用変電所ＳＳ１、ＳＳ２への受電電力ＰＬ１、ＰＬ２を間接的に入手する事例を示している。

図２では、何らかの制約により、電力系統Ｌ１、Ｌ２の受電線の電圧変成器ＰＴ１Ａ、ＰＴ２Ａ、電流変成器ＣＴ１Ａ、ＣＴ２Ａの一部または全部を設置できない場合の代替方法を示している。既設の変電所に新たに電力演算装置Ｗ１、Ｗ２を設置する場合などでは、このようなケースを生じえる。

間接的計測では、電力系統Ｌ１、Ｌ２の受電線に接続される全ての変圧器の二次側電力を計測して合算することで、電鉄用変電所ＳＳ１、ＳＳ２への受電電力ＰＬ１、ＰＬ２を間接的に入手する。具体的には、まず３相２相変換変圧器ＴｒＳ（ＴｒＳ１、ＴｒＳ２）の２次側に接続された全てのき電線ＬＸ０、ＬＸ１、ＬＸ２、ＬＸ３に対する供給電力Ｐ０、Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３を計測する。き電線ＬＸ０に対する供給電力Ｐ０の計測のために電圧変成器ＰＴ０、と電流変成器ＣＴ０を、またき電線ＬＸ３に対する供給電力Ｐ３の計測のために電圧変成器ＰＴ３、と電流変成器ＣＴ３を図３の設備に追加設置する。き電線ＬＸ１、ＬＸ２に対する供給電力Ｐ１、Ｐ２を得るための電圧変成器ＰＴ１、ＰＴ２と電流変成器ＣＴ２、ＣＴ２は図３のものをそのまま利用する。

さらにその上で、変電所内負荷用変圧器Ｔｒｈ１、Ｔｒｈ２の二次側電力Ｐ１ｈ、Ｐ２ｈを計測するために、電圧変成器ＰＴ１Ｂ、ＰＴ２Ｂと電流変成器ＣＴ２Ｂ、ＣＴ２Ｂを追加設置する。

電力演算装置Ｗ１では、計測した電力Ｐ１、Ｐ０、Ｐ１ｈの合計として、電鉄用変電所ＳＳ１の合計受電電力ＰＬ１を算出して電力変換装置ＣＯＮ１に伝送する。電力演算装置Ｗ２では、計測した電力Ｐ２、Ｐ３、Ｐ２ｈの合計として、電鉄用変電所ＳＳ２の合計受電電力ＰＬ２を算出して電力変換装置ＣＯＮ１に伝送する。これらすべての計測器ＰＴ、ＣＴの計測結果を用いれば、変圧器Ｔｒ、Ｔｒｈを経由して分配される各々の電力を個別に計測できるので、その総和を電力量ＰＬ１、ＰＬ２として用いることができる。

なお、図示していないが、これらの一部が計測不能の場合でも、そこへ流れる電力量を除く部分の電力供給に関しては融通量の計算に織り込むことができる。さらには、図１のＰＴ１Ａ、ＣＴ１Ａ、ＰＴ２Ａ、ＣＴ２Ａの一部が利用可能な場合には、補完することができる。即ち、図１の電圧変成器ＰＴ１Ａ、ＰＴ２Ａが利用可能であれば、図２の電流変成器ＣＴ１、ＣＴ２、ＣＴ０、ＣＴ３、ＣＴ１Ｂ、ＣＴ２Ｂの全部または一部を用い、図１の電流変成器ＣＴ１Ａ、ＣＴ２Ａが利用可能であれば、図２の電圧変成器ＰＴ１、ＰＴ２、ＰＴ０、ＰＴ３、ＰＴ１Ｂ、ＰＴ２Ｂの全部または一部を用いて推定することができる。

以上の計測を通じて、き電区分所ＳＳＣ内の電力変換器ＣＯＮ１には、４か所の電力が得られている。電鉄用変電所ＳＳ１、ＳＳ２への受電電力ＰＬ１、ＰＬ２と、き電線ＬＸ１、ＬＸ２から電力変換器ＣＯＮ１に流入する電力Ｐ１ｂ、Ｐ２ｂである。これ等の電力情報を用いて電力変換器ＣＯＮ１は融通電力量を決定する。但し、受電電力ＰＬ１、ＰＬ２と流入電力Ｐ１ｂ、Ｐ２ｂについて、図１、図２の矢印方向を正としている。

図４は融通電力量の計算方法の一例を示している。図４において、縦軸の各欄には電力き電線ＬＸ１、ＬＸ２の各種運用状態のケースを行１０１から行１０４の４ケースに分けて示している。横軸には、き電線ＬＸ１側の消費電力ＰＡ（列１０５）、き電線ＬＸ２側の消費電力ＰＢ（列１０６）、消費電力絶対値の大小比較（列１０７）、き電線ＬＸ１側からき電線ＬＸ２側への電力融通量ＰＣ（列１０８）、融通後の電力購入量（列１０９）をそれぞれ示している。

この表記によれば、列１０５のき電線ＬＸ１側の消費電力ＰＡは、ＰＡ＝ＰＬ１−Ｐ１ｂであり、列１０６のき電線ＬＸ２側の消費電力ＰＢは、ＰＢ＝ＰＬ２−Ｐ２ｂである。行１０１から行１０４の４ケースは、消費電力ＰＡとＰＢの正負関係の組み合わせで定まる。ケース１はＰＡ、ＰＢともに正の場合、ケース２はＰＡが正、ＰＢが負の場合、ケース３はＰＡが負、ＰＢが正の場合、ケース４は、ＰＡ、ＰＢともに負の場合である。

なおＰＡ、ＰＢが正の状態とは、投入した電力を消費しきれない状態であり、ＰＡ、ＰＢが負の状態とは、投入した電力以上の電力を回収している状態である。従って、ＰＡ、ＰＢがともに正の状態ではき電線ＬＸ１、ＬＸ２の双方に十分な消費が発生していないことになるため、この区間での電力融通の必要性を生じていない。またＰＡ、ＰＢがともに負の状態ではき電線ＬＸ１、ＬＸ２の双方で電力の回収が生じており、この区間での電力融通の必要性を生じていない。

このようなＰＡ、ＰＢの両者が同符号の場合では、電力融通を行っても受電電力ＰＬ１、ＰＬ２の総和は不変である。この場合、電力変換装置ＣＯＮ１は電力融通を停止するだけでなく、例えば、電力変換装置ＣＯＮ１に内蔵する電力用素子をゲートブロック状態とするなどして待機状態とし、余分な電力消費量を減ずるのがよい。なお、仮にＰＡ、ＰＢが異符合であっても融通電力量があらかじめ定められた値よりも小さい場合には、電力融通を行っても受電電力ＰＬ１、ＰＬ２の総和は不変である。この場合にも、電力変換装置ＣＯＮ１は電力融通を停止するだけでなく、例えば、電力変換装置ＣＯＮ１に内蔵する電力用素子をゲートブロック状態とするなどして待機状態とし、余分な電力消費量を減ずるのがよい。

以上のことから、消費電力ＰＡ、ＰＢの両者が同符号となるケース１、４では、電力融通制御を停止（列１０８）する。この場合の電力購入量は、それぞれの消費電力ＰＡ、ＰＢである。

これに対し消費電力ＰＡ、ＰＢが異なる符合であるということは、一方では回収電力が生じており、他方にはこれを消費する負荷が存在する状態を意味している。このため、ここでは行１０２、行１０３のケース２、３をさらに細分する。列１０７に示すように、消費電力ＰＡ、ＰＢの絶対値の大小比較により、行１０２Ａ、行１０２Ｂ、行１０３Ａ、行１０３Ｂの４ケースとする。そして、夫々の絶対値の小さい方に対応した電力量を符号が負（回生）の側から正（力行）の側へ融通する。

行１０２Ａと行１０３Ａは、消費電力ＰＡの絶対値が、ＰＢの絶対値よりも小さい事例、行１０２Ｂと行１０３Ｂは、消費電力ＰＢの絶対値が、ＰＡの絶対値よりも小さい事例である。前者の事例では、絶対値の小さい方に対応した電力量ＰＡが融通量とされ、後者の事例では絶対値の小さい方に対応した電力量ＰＢが融通量とされる。また電力の融通方向は、行１０２Ａと行１０２Ｂでは符号が負（回生）のき電線ＬＸ２側から正（力行）のき電線ＬＸ１側へ融通する。また行１０３Ａと行１０３Ｂでは符号が負（回生）のき電線ＬＸ１側から正（力行）のき電線ＬＸ２側へ融通する。

この結果、最終的な融通後電力購入量は、行１０２Ａと行１０３Ａのケースでは、電鉄用変電所ＳＳ２側でＰＬ２＝ＰＡ＋ＰＢとして電鉄用変電所ＳＳ１側でＰＬ１＝０とされる。また行１０２Ｂと行１０３Ｂのケースでは、電鉄用変電所ＳＳ２側でＰＬ２＝０として電鉄用変電所ＳＳ１側でＰＬ１＝ＰＡ＋ＰＢとされる。

図４の考え方によれば、電鉄用変電所ＳＳ１、ＳＳ２の受電端電力ＰＬ１、ＰＬ２を評価しているので、変電所内負荷ＬＤ１、ＬＤ２における消費量あるいは延伸するき電線ＬＸ０、ＬＸ３における電力消費の状態をも加味した総合的な電力融通を行っている。

図１、図２は、隣接する電鉄用変電所ＳＳ１、ＳＳ２の間での電力融通により、広範な領域の電力の有効利用を図ったものであるが、これはさらに多くの電鉄用変電所を含めた総括的運用とすることも可能である。

図５は、図１、図２の適用範囲（電鉄用変電所ＳＳ１、ＳＳ２の間）をさらに隣接する電鉄用変電所ＳＳ３、ＳＳ４まで拡大適用したものを示している。各き電区分所ＳＳＣ１、ＳＳＣ２、ＳＳＣ３は、広域の統括制御装置９と信号線９１１により接続され、夫々の電力融通目標値他の情報を統括制御装置９に通知し、統括制御装置９は最適化計算を実施して、夫々の融通電力目標値の補正値を指令する。

図６は統括制御装置９における融通電力目標値の補正値の計算方法の一例を示している。図６では、ここでの演算のために各き電区分所ＳＳＣ１、ＳＳＣ２、ＳＳＣ３で求めた融通後電力購入量を入手している。融通後電力購入量は、図４の行１０９Ａ、１０９Ｂの値であり、図４ではき電区分所ＳＳＣ１の計算した電鉄用変電所ＳＳ１の受電電力をＰＬ１とし、同じくき電区分所ＳＳＣ１の計算した電鉄用変電所ＳＳ２の受電電力をＰＬ２としている。なお、ＰＬ１、ＰＬ２は実際には図４のケース１からケース４ごとに求められた個別の値であり、これを代表してＰＬ１、ＰＬ２と表記している。

図６の見方であるが、最上段の横には電鉄用変電所ＳＳを図５の配列順（ＳＳ３、ＳＳ１、ＳＳ２、ＳＳ４）に従い表示している。次段の横にはき電区分所ＳＳＣ内の電力変換器ＣＯＮを図５の配列順（ＣＯＮ３、ＣＯＮ１、ＣＯＮ２）に従い表示している。

図６の上から３段目に図４の融通後電力購入量を購入量目標値として示している。この見方を電力変換器ＣＯＮ１の場合で説明すると、ＣＯＮ１の右下欄に電鉄用変電所ＳＳ２側の購入量をＰＬ２１として表示し、ＣＯＮ１の左下欄に電鉄用変電所ＳＳ１側の購入量をＰＬ１１として表示している。なおＰＬ２１は、き電区分所ＳＳＣ１で計算した電鉄用変電所ＳＳ２の受電電力を意味し、同じくＰＬ１１は、き電区分所ＳＳＣ１で計算した電鉄用変電所ＳＳ１の受電電力を意味している。これらのＰＬ１１、ＰＬ２１は、電力変換器ＣＯＮ１での計算により統括制御装置９に報告された値である。

同様の報告は隣接するき電線区間の電力変換器ＣＯＮ１でも行っている。例えばき電区分所ＳＳＣ３内の電力変換器ＣＯＮ３は、図６のＣＯＮ３の右下欄に示すように電鉄用変電所ＳＳ１側の購入量をＰＬ１３と報告し、ＣＯＮ３の左下欄に電鉄用変電所ＳＳ３側の購入量をＰＬ３３として報告している。

このように、図６の上から３段目には各き電区分所ＳＳＣで計算した両端の電鉄用変電所ＳＳにおける融通後電力購入量を購入量目標値として示している。これによれば、例えば電鉄用変電所ＳＳ１の購入量目標値として、電力変換器ＣＯＮ１で計算した値ＰＬ１１と、電力変換器ＣＯＮ３で計算した値ＰＬ１３が得られている。

図６の４段目には、電鉄用変電所ＳＳごとに、隣接する電力変換器ＣＯＮで計算した購入量目標値の和を求めている。例えば電鉄用変電所ＳＳ１の場合、電力変換器ＣＯＮ１で計算した値ＰＬ１１と、電力変換器ＣＯＮ３で計算した値ＰＬ１３の和としてＰＬ１Ｓを算出する。同様に例えば電鉄用変電所ＳＳ２の場合、電力変換器ＣＯＮ１で計算した値ＰＬ２１と、電力変換器ＣＯＮ２で計算した値ＰＬ２２の和としてＰＬ２Ｓを算出する。このようにする理由は、隣接する電力変換器ＣＯＮが推定した電鉄用変電所ＳＳの融通後電力購入量が相違する場合があることによる。

図６の下段には、最終的に決定された各電力変換器ＣＯＮの補正後目標値が記述されている。補正後目標値は、隣接する電力変換器ＣＯＮで計算した購入量目標値の和を用いて図７の処理により定められる。

図７は、各電力変換器ＣＯＮの補正後目標値決定手順を示している。ここでは電力変換器ＣＯＮ１を例にとり示しているが、この考え方は他の電力変換器ＣＯＮにも適用される。電力変換器ＣＯＮの補正後目標値決定には、この変換器の両端の電鉄用変電所における購入量目標値の和を利用する。電力変換器ＣＯＮ１の場合には、図６のＰＬ１Ｓ（＝ＰＬ１３＋ＰＬ１）とＰＬ２Ｓ（ＰＬ２１＋ＰＬ２２）を用いる。なお、図７の考え方は基本的に図４の判断処理と基本的に同じであるので、ここでの説明は簡便に行う。

図７において、横軸の列２０５には、電鉄用変電所ＳＳ１について求めた購入量目標値の和ＰＬ１Ｓ、列２０５には電鉄用変電所ＳＳ２について求めた購入量目標値輪ＰＬ２Ｓを記述している。縦軸の各欄にはＰＬ１ＳとＰＬ２Ｓの正負に応じてケースを行２０１から行２０４の４ケースに分けて示している。なお、横軸の列２０７には各ケースでの消費電力絶対値、列２０８には各ケースでの最終的に決定した補正目標値ＰＣ１を示している。

ケース１はＰＬ１Ｓ、ＰＬ２Ｓとも正の場合、ケース２はＰＬ１Ｓが正、ＰＬ２Ｓが負の場合、ケース３はＰＬ１Ｓが負、ＰＬ２Ｓが正の場合、ケース４は、ＰＬ１Ｓ、ＰＬ２Ｓともに負の場合である。

なおＰＬ１Ｓ、ＰＬ２Ｓが正の状態とは、投入した電力を消費しきれない状態であり、ＰＬ１Ｓ、ＰＬ２Ｓが負の状態とは、電力系統側に電力を供給している状態である。従って、ＰＬ１Ｓ、ＰＬ２Ｓがともに正の状態ではき電線ＬＸ１、ＬＸ２の双方に十分な消費が発生していないことになるため、この区間での電力融通の必要性を生じていない。またＰＬ１Ｓ、ＰＬ２Ｓがともに負の状態ではき電線ＬＸ１、ＬＸ２の双方で電力の回収が生じており、この区間での電力融通の必要性を生じていない。

このようなＰＬ１Ｓ、ＰＬ２Ｓの両者が同符号の場合では、電力融通を行っても受電電力ＰＬ１、ＰＬ２の総和は不変である。この場合、電力変換装置ＣＯＮ１は電力融通を停止するだけでなく、例えば、電力変換装置ＣＯＮ１に内蔵する電力用素子をゲートブロック状態とするなどして待機状態とし、余分な電力消費量を減ずるのがよい。なお、仮にＰＬ１Ｓ、ＰＬ２Ｓが異符合であっても融通電力量があらかじめ定められた値よりも小さい場合には、電力融通を行っても受電電力ＰＬ１、ＰＬ２の総和は不変である。この場合にも、電力変換装置ＣＯＮ１は電力融通を停止するだけでなく、例えば、電力変換装置ＣＯＮ１に内蔵する電力用素子をゲートブロック状態とするなどして待機状態とし、余分な電力消費量を減ずるのがよい。

以上のことから、購入量目標値の和ＰＬ１Ｓ、ＰＬ２Ｓの両者が同符号となるケース１、４では、電力融通制御を停止（列２０８）する。この場合の補正目標値ＰＣ１（き電線ＬＸ１側からき電線ＬＸ２側への融通電力量）は、０である。

これに対し購入量目標値の和ＰＬ１Ｓ、ＰＬ２Ｓが異なる符合であるということは、一方では回収電力が生じており、他方にはこれを消費する負荷が存在する状態を意味している。このため、ここでは行２０２、行２０３のケース２、３をさらに細分する。列２０７に示すように、購入量目標値の和ＰＬ１Ｓ、ＰＬ２Ｓの絶対値の大小比較により、行２０２Ａ、行２０２Ｂ、行２０３Ａ、行２０３Ｂの４ケースとする。そして、夫々の絶対値の小さい方に対応した電力量を符号が負（回生）の側から正（力行）の側へ融通する。

行２０２Ａと行２０３Ａは、購入量目標値の和ＰＬ１Ｓの絶対値が、ＰＬ２Ｓの絶対値よりも小さい事例、行２０２Ｂと行２０３Ｂは、購入量目標値の和ＰＬ２Ｓの絶対値が、ＰＬ１Ｓの絶対値よりも小さい事例である。前者の事例では、絶対値の小さい方に対応した購入量目標値の和ＰＬ１Ｓが融通量とされ、後者の事例では絶対値の小さい方に対応した購入量目標値の和ＰＬ２Ｓが融通量とされる。また電力の融通方向は、行２０２Ａと行２０２Ｂでは符号が負（回生）のき電線ＬＸ２側から正（力行）のき電線ＬＸ１側へ融通する。また行２０３Ａと行２０３Ｂでは符号が負（回生）のき電線ＬＸ１側から正（力行）のき電線ＬＸ２側へ融通する。

図７に示した各き電区分所の電力融通目標値により、たとえば電力変換器ＣＯＮ１においては電鉄用変電所ＳＳ１、ＳＳ２の一方を最小化できる。統括制御装置９は、他方の電力量を更に隣接したき電線との間で最適化するための融通電力目標値を計算する。これにより統括制御装置９が管理する全ての領域での電力消費を最適化することができる。

ＳＳＣ：き電区分所
ＳＳ（ＳＳ１、ＳＳ２、ＳＳ３、ＳＳ４）：電鉄用変電所
ＣＯＮ１：電力変換器
ＴｒＳ（ＴｒＳ１、ＴｒＳ２）：３相２相変換変圧器
Ｔｒｈ（Ｔｒｈ１、Ｔｒｈ２）：変電所内負荷用変圧器
Ｐ１ｂ、Ｐ２ｂ：き電線から変換器へ流入する電力
ＬＸ（ＬＸ０、ＬＸ１、ＬＸ２、ＬＸ３、ＬＸ４、ＬＸ５）：き電線
Ｌ（Ｌ０、Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４、Ｌ５）：電力系統（電鉄用変電所の充電系統）
Ｔ（Ｔ０、Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４、Ｔ５）：電車
Ｐ１ａ、Ｐ２ａ：電車による消費電力
ＴｒＬ（ＴｒＬ１、ＴｒＬ２）：き電線用変圧器
ＰＬ１、ＰＬ２：受電端電力
Ｗ１、Ｗ２：電力演算装置
ＰＴ１、ＰＴ２：電圧変成器
ＣＴ１、ＣＴ２：電流変成器
Ｔｒｈ１、Ｔｒｈ２：変電所内負荷用変圧器
ＬＤ１、ＬＤ２：変電所内負荷
９：統括制御装置

Claims (14)

1. 電力系統から受電する変圧器を含む第１の電鉄用変電所の前記変圧器の負荷側に接続された第１のき電線と、電力系統から受電する変圧器を含む第２の電鉄用変電所の前記変圧器の負荷側に接続された第２のき電線とに接続され、第１と第２のき電線の間での融通電力量を定める電鉄き電線の制御装置であって、
   前記第１の電鉄用変電所の受電電力と第１のき電線の電力、並びに前記第２の電鉄用変電所の受電電力と第２のき電線の電力を用いて、前記第１と第２のき電線の間での融通電力量を定めることを特徴とする電鉄き電線の制御装置。
2. 請求項１に記載の電鉄き電線の制御装置であって、
   前記第１と第２の電鉄用変電所の受電電力を、前記第１と第２の電鉄用変電所のそれぞれの受電端に設置されたそれぞれの計測器から得ることを特徴とする電鉄き電線の制御装置。
3. 請求項１に記載の電鉄き電線の制御装置であって、
   前記第１と第２の電鉄用変電所の受電電力を、前記第１と第２の電鉄用変電所が電力系統から受電するそれぞれの前記変圧器の負荷側に設置されたそれぞれの計測器から得ることを特徴とする電鉄き電線の制御装置。
4. 請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の電鉄き電線の制御装置であって、
   前記第１と第２のき電線の間での融通電力量は、前記第１の電鉄用変電所の受電電力と第１のき電線の電力の差、並びに前記第２の電鉄用変電所の受電電力と第２のき電線の電力の差を比較して定められることを特徴とする電鉄き電線の制御装置。
5. 請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の電鉄き電線の制御装置であって、
   前記変圧器は３相を２相に変換する３相２相変換変圧器であって、その負荷側の２相の座を前記き電線に接続していることを特徴とする電鉄き電線の制御装置。
6. 請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の電鉄き電線の制御装置であって、
   前記第１と第２のき電線の間での融通電力量を用いて、前記第１と第２の電鉄用変電所における融通後電力購入量を定めることを特徴とする電鉄き電線の制御装置。
7. 請求項４に記載の電鉄き電線の制御装置であって、
   前記第１の電鉄用変電所の受電電力と第１のき電線の電力の差、並びに前記第２の電鉄用変電所の受電電力と第２のき電線の電力の差が、同一極性であるか、又は異極性であっても絶対値が小さい時には電力融通を停止することを特徴とする電鉄き電線の制御装置。
8. 請求項７に記載の電鉄き電線の制御装置であって、
   電力融通を電力変換器を用いて行うときに、前記電力融通の停止操作は、き電線を接続する、または電力変換器用の変圧器とき電線を接続する遮断器を投入し、ゲートブロック状態で待機することを特徴とする電鉄き電線の制御装置
9. 請求項８に記載の電鉄き電線の制御装置であって、
   待機状態中に電力変換器直流回路の充電装置により、系統電圧による充電電圧より直流電圧を高く維持することを特徴とする電鉄き電線の制御装置。
10. 電力系統から受電する変圧器を含む第１の電鉄用変電所の前記変圧器の負荷側に接続された第１のき電線と、電力系統から受電する変圧器を含む第２の電鉄用変電所の前記変圧器の負荷側に接続された第２のき電線とに接続され、第１と第２のき電線の間での融通電力量を定める第１の電鉄き電線の制御装置と、電力系統から受電する変圧器を含む第３の電鉄用変電所の前記変圧器の負荷側に接続された第３のき電線と、前記第１の電鉄用変電所の前記変圧器の負荷側に接続された第４のき電線とに接続され、第３と第４のき電線の間での融通電力量を定める第２の電鉄き電線の制御装置とを含む電鉄き電線の制御システムであって、
    前記第１の電鉄き電線の制御装置は、前記第１の電鉄用変電所の受電電力と第１のき電線の電力、並びに前記第２の電鉄用変電所の受電電力と第２のき電線の電力を用いて、前記第１と第２のき電線の間での融通電力量を定め、
    前記第２の電鉄き電線の制御装置は、前記第１の電鉄用変電所の受電電力と第４のき電線の電力、並びに前記第３の電鉄用変電所の受電電力と第３のき電線の電力を用いて、前記第３と第４のき電線の間での融通電力量を定めることを特徴とする電鉄き電線の制御システム。
11. 請求項１０に記載の電鉄き電線の制御システムであって、
    前記第１から第３の電鉄用変電所の受電電力を、前記第１から第３の電鉄用変電所のそれぞれの受電端に設置されたそれぞれの計測器から得ることを特徴とする電鉄き電線の制御システム。
12. 請求項１０に記載の電鉄き電線の制御システムであって、
    前記第１から第３の電鉄用変電所の受電電力を、前記第１から第３の電鉄用変電所が電力系統から受電するそれぞれの前記変圧器の負荷側に設置されたそれぞれの計測器から得ることを特徴とする電鉄き電線の制御システム。
13. 請求項１０から請求項１２のいずれか１項に記載の電鉄き電線の制御システムであって、
    前記第１と第２のき電線の間での融通電力量は、前記第１の電鉄用変電所の受電電力と第１のき電線の電力の差、並びに前記第２の電鉄用変電所の受電電力と第２のき電線の電力の差を比較して定め、
    前記第３と第４のき電線の間での融通電力量は、前記第１の電鉄用変電所の受電電力と第４のき電線の電力の差、並びに前記第３の電鉄用変電所の受電電力と第３のき電線の電力の差を比較して定められることを特徴とする電鉄き電線の制御システム。
14. 請求項１０から請求項１３のいずれか１項に記載の電鉄き電線の制御システムであって、
    隣接する電鉄用変電所の間を接続する２つのき電線の間の電力融通量と、各電鉄用変電所の受電電力とから融通後受電電力を電鉄用変電所ごとに求め、各電鉄用変電所に対して求められた２つの融通後受電電力の和を求め、
    第１の電鉄用変電所に対して求められた２つの融通後受電電力の和と、第２の電鉄用変電所に対して求められた２つの融通後受電電力の和とを比較して前記第１の電鉄き電線の制御装置により前記第１と第２のき電線の間での融通電力量を制御し、
    第１の電鉄用変電所に対して求められた２つの融通後受電電力の和と、第３の電鉄用変電所に対して求められた２つの融通後受電電力の和とを比較して前記第２の電鉄き電線の制御装置により前記第３と第４のき電線の間での融通電力量を制御することを特徴とする電鉄き電線の制御システム。

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