JP6135201B2 - Control device and control method for DC feeding substation - Google Patents
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Description
本発明は、並列接続された整流器および直流電力貯蔵装置を備えた直流き電変電所の制御装置および制御方法に関する。 The present invention relates to a control device and a control method for a DC feeder substation including a rectifier and a DC power storage device connected in parallel.
電気鉄道用変電所の負荷は、時間による変化の大きい短時間大電力負荷である事は一般に良く知られている。そのため、路面電車などの小規模な鉄道事業の場合を除き、電鉄用変電所の受電電圧は66kVなど特別高圧以上のバックパワーの大きな電源系統から受電されており、6.6kV系統の高圧配電系統から受電する場合には、受電電力に制限が掛けられ整流器の出力も制限される。 It is generally well known that the load of an electric railway substation is a short-time high-power load that varies greatly with time. Therefore, except in the case of small-scale railway business such as trams, the receiving voltage of railway substations is received from a power supply system with a large back power of 66 kV or higher, such as a high voltage distribution system of 6.6 kV. When receiving power from the power supply, the received power is limited and the output of the rectifier is also limited.
このような出力制限があるため、6.6kV受電のき電用変電所では大電力を出力することができず列車運転に支障をきたす恐れがある。 Because of such output restrictions, a 6.6 kV power receiving substation cannot output a large amount of power, which may hinder train operation.
尚、回生失効対策および電圧降下対策として電力貯蔵媒体を適用した直流き電システムは、例えば特許文献1、2に記載のものが提案されている。
For example, those disclosed in
上記のように、6.6kV受電のき電用変電所出力は、電力会社の出力制限により2000kW以下に規制されており、これまでは小規模な鉄道事業者の小規模な変電所への適用しかできないものであった。 As mentioned above, the power substation output for 6.6 kV power reception is regulated to 2000 kW or less due to the power company's output restrictions, and so far it has been applied to small substations by small railway operators. It was only possible.
また、特許文献1、2に記載の電力貯蔵媒体を備えたき電システムは、変電所に設置する場合は回生失効対策として適用され、変電所の中間に設置する場合は電圧降下対策として適用されてきた。これらの装置が充放電を行うことで、結果的には受電電力のピークを抑えるある程度の効果は期待できたが、6.6kV受電のき電用変電所に適用して大容量の出力が期待できるものではない。
In addition, the power feeding system provided with the power storage medium described in
本発明は上記課題を解決するものであり、その目的は、6.6kV受電においても、前記電力の制約により列車運転に支障をきたすことのない、電力貯蔵媒体と受電電源のハイブリット化を図った直流き電変電所の制御装置および制御方法を提供することにある。 The present invention solves the above-described problems, and the object of the present invention is to achieve a hybrid power storage medium and power receiving power source that does not interfere with train operation due to the power restrictions even in 6.6 kV power receiving. It is an object to provide a control device and a control method for a DC feeding substation.
上記課題を解決するための請求項1に記載の直流き電変電所の制御装置は、交流電力を直流電力に変換してき電線に供給する整流器と、前記整流器に並列接続され、電力貯蔵媒体および該電力貯蔵媒体の充電、放電を制御する電力変換部を有した直流電力貯蔵装置とを備えた直流き電変電所の制御装置であって、前記整流器の出力電圧変動に応じた整流器出力容量を検出する整流器出力容量検出部と、前記整流器の定格電圧、定格容量、総合電圧変動率で決まる整流器出力特性から、前記整流器出力容量が、設定した電力を超えることのない前記直流電力貯蔵装置の放電開始電圧を算出し、該算出した放電開始電圧により直流電力貯蔵装置を放電制御し、前記整流器出力容量検出部により検出された整流器出力容量が、設定した電力を超えないように前記直流電力貯蔵装置の出力電力を制御する制御部と、を備えたことを特徴としている。
The DC feeder substation control device according to
また請求項4に記載の直流き電変電所の制御方法は、交流電力を直流電力に変換してき電線に供給する整流器と、前記整流器に並列接続され、電力貯蔵媒体および該電力貯蔵媒体の充電、放電を制御する電力変換部を有した直流電力貯蔵装置とを備えた直流き電変電所の制御方法であって、整流器出力容量検出部が、前記整流器の出力電圧変動に応じた整流器出力容量を検出する整流器出力容量検出ステップと、制御部が、前記整流器の定格電圧、定格容量、総合電圧変動率で決まる整流器出力特性から、前記整流器出力容量が、設定した電力を超えることのない前記直流電力貯蔵装置の放電開始電圧を算出し、該算出した放電開始電圧により直流電力貯蔵装置を放電制御するステップと、制御部が、前記整流器出力容量検出部により検出された整流器出力容量が、設定した電力を超えないように前記直流電力貯蔵装置の出力電力を制御するステップと、を備えたことを特徴としている。 The method for controlling a DC feeder substation according to claim 4 includes a rectifier that converts AC power into DC power and supplies the electric power to the electric wire, and is connected in parallel to the rectifier, the power storage medium and charging of the power storage medium, A DC feeding substation control method comprising a DC power storage device having a power conversion unit for controlling discharge, wherein the rectifier output capacity detection unit has a rectifier output capacity corresponding to the output voltage fluctuation of the rectifier. The rectifier output capacity detection step to detect, and the control unit, from the rectifier output characteristics determined by the rated voltage, rated capacity, and overall voltage fluctuation rate of the rectifier, the rectifier output capacity does not exceed the set power calculates a discharge start voltage of the storage device, the method comprising discharging controlling the DC power storage device by the discharge starting voltage of the calculated, the control unit, is detected by the rectifier output capacitance detector Rectifier output capacity has been characterized by comprising the steps of: controlling the output power of the DC power storage device so as not to exceed the power set.
また請求項2に記載の直流き電変電所の制御装置は、請求項1において、前記整流器出力容量検出部は、直流き電線側の電圧、電流から整流器出力容量を検出することを特徴としている。 According to a second aspect of the present invention, there is provided a control device for a DC feeder substation according to the first aspect, wherein the rectifier output capacity detector detects a rectifier output capacity from a voltage and current on the DC feeder side. .
また請求項5に記載の直流き電変電所の制御方法は、請求項4において、前記整流器出力容量検出ステップは、直流き電線側の電圧、電流から整流器出力容量を検出することを特徴としている。 The DC feeder substation control method according to claim 5 is characterized in that, in claim 4 , the rectifier output capacity detection step detects the rectifier output capacity from the voltage and current on the DC feeder side. .
また請求項3に記載の直流き電変電所の制御装置は、請求項1において、前記整流器出力容量検出部は、交流受電側の電圧、電流および力率から整流器出力容量を検出することを特徴としている。 According to a third aspect of the present invention, there is provided a control apparatus for a DC feeder substation according to the first aspect, wherein the rectifier output capacity detector detects a rectifier output capacity from a voltage, current and power factor on the AC power receiving side. It is said.
また請求項6に記載の直流き電変電所の制御方法は、請求項4において、前記整流器出力容量検出ステップは、交流受電側の電圧、電流および力率から整流器出力容量を検出することを特徴としている。 According to a sixth aspect of the present invention, there is provided the DC feeding substation control method according to the fourth aspect , wherein the rectifier output capacity detecting step detects the rectifier output capacity from the voltage, current and power factor on the AC power receiving side. It is said.
上記構成によれば、整流器の出力電力は設定した電力、例えば受電契約電力を超えることがなく、且つ直流電力貯蔵装置の出力電力によって変電所としての出力電力を増加させることができる。また、上記構成によれば、整流器の総合電圧変動率の大小に応じて直流電力貯蔵装置の放電開始電圧を変更することができるので、整流器の総合電圧変動率が変動しても、整流器の出力電力を、設定した電力以下に確実に抑制することができる。 According to the above configuration, the output power of the rectifier does not exceed the set power, for example, the power receiving contract power, and the output power as a substation can be increased by the output power of the DC power storage device. In addition, according to the above configuration, since the discharge start voltage of the DC power storage device can be changed according to the magnitude of the overall voltage fluctuation rate of the rectifier, even if the overall voltage fluctuation rate of the rectifier fluctuates, the output of the rectifier The power can be surely suppressed below the set power.
(1)請求項1〜6に記載の発明によれば、整流器の出力電力が、設定した電力、例えば電力会社の高圧受電出力制限を超えることがなく、且つき電線下の列車運転に支障をきたすことはない。また、整流器の総合電圧変動率の大小に応じて直流電力貯蔵装置の放電開始電圧を変更することができるので、整流器の総合電圧変動率が変動しても、整流器の出力電力を、設定した電力以下に確実に抑制することができる。
(1) According to the inventions described in
以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態を説明するが、本発明は下記の実施形態例に限定されるものではない。本発明の実施形態例による直流き電ハイブリット変電所は、整流器と電気二重層キャパシタ(電力貯蔵媒体)のチョッパ(電力変換部)出力を並列接続し、チョッパ出力電圧を適正に制御することにより、電力会社の高圧受電出力制限を超えることなく、大容量の出力を可能とした。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings, but the present invention is not limited to the following embodiments. The DC feeding hybrid substation according to the embodiment of the present invention is configured such that the rectifier and the chopper (power conversion unit) output of the electric double layer capacitor (power storage medium) are connected in parallel, and the chopper output voltage is appropriately controlled. High-capacity output is possible without exceeding the high voltage receiving output limit of the electric power company.
図1は、本発明の実施形態例による直流き電ハイブリット変電所の構成を示している。図1において、10は、交流母線20からの6.6kVの交流電圧を交流遮断器52−1を介して受電し1500Vに変圧する変圧器11と、変圧器11の出力電圧を直流電圧に整流する整流器12を備えた整流部である。
FIG. 1 shows the configuration of a DC feed hybrid substation according to an embodiment of the present invention. In FIG. 1,
整流器12の出力側は、正極側高速度遮断器54P、負極側断路器89Nを介してき電線31、レール32に接続されている。
The output side of the
40は、高速度遮断器54CP、断路器89CNを介して前記整流器12に並列に接続されたキャパポスト(登録商標)である(このキャパポスト40は回生電力貯蔵装置であり、本発明の直流電力貯蔵装置である)。
40 is a capacitor post (registered trademark) connected in parallel to the
このキャパポスト40は、電力貯蔵媒体としての電気二重層キャパシタ41と、昇圧/降圧チョッパ42(電力変換部)を構成する半導体スイッチ42a,42bおよびリアクトル42Lと、フィルターリアクトル43Lと、フィルターコンデンサ43Cとを備えている。尚、前記半導体スイッチ42a,42bには逆導通を可能とするダイオードが各々並列に接続されている。
The
昇圧/降圧チョッパ42は、き電線31の電圧に応じてき電線電圧(直流母線電圧)を昇圧、降圧する制御を行う。すなわち、き電線電圧が例えば定格電圧範囲の上限を超えたら半導体スイッチ42aをスイッチング制御し、き電線31から高速度遮断器54CP、フィルターリアクトル43L、半導体スイッチ42aおよびリアクトル42Lを介して電気二重層キャパシタ41に充電電流を流し、これによってき電線31を降圧させる。
The step-up / step-down
また、き電線電圧が例えば定格電圧範囲の下限を下回ったら半導体スイッチ42bをスイッチング制御し、半導体スイッチ42bのオン期間中に電気二重層キャパシタ41によりリアクトル42Lに蓄えられた電磁エネルギーを、半導体スイッチ42bのオフ期間中に、半導体スイッチ42aに接続されたダイオード(図示省略)およびフィルターリアクトル43Lおよび高速度遮断器54CPを介してき電線31に放電し、これによってき電線31を昇圧(電圧降下を抑制)する。
Further, when the feeder voltage falls below, for example, the lower limit of the rated voltage range, the
尚、前記昇圧/降圧チョッパ42を制御する制御部は図示省略している。
A controller for controlling the step-up / step-down
前記キャパポスト40の定格は、DC1500V、2000KW、放電容量は30MW・sである。
The capacity of the
前記昇圧/降圧チョッパ42の充電電圧は1550〜1620Vの範囲、放電電圧は1380V〜1500Vの範囲、電流は3626A(最大時)〜1333A(1500V時)である。
The charging voltage of the step-up / step-down
前記電気二重層キャパシタ41の定格は、170V、4.8F、8SS×64P、30MW・sである。
The rating of the electric
前記変圧器11は、1000kW用、6.6kV/1200V×2で構成されている。 The transformer 11 is configured for kW and 6.6 kV / 1200 V × 2 for 1000 kW.
前記整流器12は小容量整流器で構成され、定格はDC1500V、1000kW、D種、667Aである。
The
また、整流器12のき電線側の電圧、電流を各々検出する計器用変圧器、変流器と、整流器12の交流受電側の電圧、電流を各々検出する計器用変圧器、変流器と、それら計器用変圧器、変流器の各検出出力によって整流器の出力容量を求める(検出する)整流器出力容量検出部は図示省略している。
Further, an instrument transformer and a current transformer for detecting voltage and current on the feeder side of the
次に、本実施形態例における制御方法を図2〜図4とともに説明する。図2、図3は、図1の直流き電ハイブリット変電所の電力容量とき電線31の電圧(直流母線電圧)との関係を示している。 Next, the control method in the present embodiment will be described with reference to FIGS. 2 and 3 show the relationship between the power capacity of the DC feeder hybrid substation of FIG. 1 and the voltage of the electric wire 31 (DC bus voltage).
まず、電力会社からの受電を1000kWに抑制し、キャパポスト40の放電容量を2000kWとした場合を図2とともに説明する。
First, the case where the power reception from the electric power company is suppressed to 1000 kW and the discharge capacity of the
直流母線電圧が1590〜1620Vの範囲において、整流器12はき電線負荷とキャパポスト40の充電を行う。
When the DC bus voltage is in the range of 1590 to 1620 V, the
直流母線電圧が1590〜1500Vの範囲において、整流器12はき電線負荷に電力を供給する。
When the DC bus voltage is in the range of 1590 to 1500 V, power is supplied to the
直流母線電圧が1500Vであるとき、整流器12からは定格容量1000kWが出力され、キャパポスト40からは直流母線電圧を1500V一定とする電流が出力される(すなわちキャパポスト40の放電開始電圧は1500V)。
When the DC bus voltage is 1500 V, the rated capacity of 1000 kW is output from the
最大電流は整流器12から667A、キャパポスト40から1333Aであり、変電所として最大2000Aが出力される。
The maximum current is from
そして、電気二重層キャパシタ41が放電終了するとキャパポスト40は停止し、変電所出力電圧は負荷電流が2000A時には最低1260Vとなる。
When the electric
したがって、図2の場合の変電所最大出力は3000kWである。 Therefore, the substation maximum output in the case of FIG. 2 is 3000 kW.
前記電力会社からの受電電力はキャパポスト40の放電電圧により調整可能である。そこで、キャパポスト40の放電開始電圧を例えば図3のように1380Vとし、制御部によってキャパポスト40の出力制御を行う。
The received power from the power company can be adjusted by the discharge voltage of the
図3において、直流母線電圧が1590〜1620Vの範囲において、整流器12はき電線負荷とキャパポスト40の充電を行う。
In FIG. 3, the
直流母線電圧が1590〜1380Vの範囲において、整流器12はき電線負荷に電力を供給する。
When the DC bus voltage is in the range of 1590 to 1380V, power is supplied to the
直流母線電圧が1380Vであるとき、キャパポスト40が放電を開始し、直流母線電圧を1380V一定とする電流が出力される。このため整流器12は最大1333A(1840kW)で抑制され、契約電力2000kW以下となる。
When the DC bus voltage is 1380V, the
また、キャパポスト40は最大1333Aまで出力するので、変電所最大出力は最大出力電流2666A、最大出力電力3680kWまで出力可能となる。
Further, since the
本実施形態例では、上記のように、整流器12の契約電力2000kW(設定した電力)を超えないように、キャパポスト40の出力電力を制御するものであるが、整流器12の出力電圧は受電電圧の変動や、整流器11の特性である総合電圧変動率に応じて変動する。
In the present embodiment, as described above, the output power of the
このため、前記変動に応じてキャパポスト40の充放電の開始電圧を変更する必要がある。具体的には、例えば定格1500V、定格容量1000kW、総合電圧変動率5%の整流器からの出力制限容量を2000kWとする時、整流器の無負荷出力電圧は1500×1.05=1575V、整流器出力2000kWの時の整流器出力電圧は1500−1500×0.05=1425Vである。
For this reason, it is necessary to change the charge / discharge start voltage of the
上記から、キャパポスト40への充電開始電圧は1550V以上とし、放電開始電圧は1425Vとする。この場合、受電電圧の変動により整流器の出力電圧が変動し、整流器の出力容量2000kW一定以下を厳密には守れないケースも考えられることから、受電電圧の変動に合わせて充放電の開始電圧を変更する事が必要となる。
From the above, the charging start voltage to the
そこで整流器12の出力容量2000kWを守るために、例えば直流側の電圧と電流を常時監視し(整流器出力容量検出部による)、契約電力2000kWを超えないようにキャパポスト40から出力する。具体的には、直流電圧×直流電流≦整流器出力2000kWを満足するようにキャパポスト40から出力する。
Therefore, in order to protect the output capacity of 2000 kW of the
例えば整流器出力を2000kW以下にするため、直流出力電圧に応じて電流の閾値を設け、この電流を超えないように電気二重層キャパシタ41から電力を出力する。
For example, in order to set the rectifier output to 2000 kW or less, a current threshold is provided according to the DC output voltage, and power is output from the electric
また他の方法としては、整流器12の出力容量を、受電の電圧、電流、力率(φ)から計算し(整流器出力容量検出部による)、契約電力2000kWを超えないようにキャパポスト40から出力する。具体的には、受電電圧×受電電流×√3×φ≦2000kWを満足するようにキャパポスト40から出力する。
As another method, the output capacity of the
例えば整流器出力を2000kW以下にするため、受電電圧に応じて受電電流に閾値を設け、この電流を超えないように電気二重層キャパシタ41から電力を出力する。
For example, in order to set the output of the rectifier to 2000 kW or less, a threshold value is provided for the received current according to the received voltage, and power is output from the electric
また、前記総合電圧変動率の違いに応じてキャパポスト40の放電開始電圧を変更する。すなわち、例えば図4に示す整流器の総合電圧変動率5%と8%の整流器出力特性のように、5%のときのキャパポスト40の放電開始電圧(1425V)は、8%のときのキャパポスト40の放電開始電圧(1380V)よりも高くなる。
Further, the discharge start voltage of the
尚、前記整流部10を構成する変圧器11、整流器12、キャパポスト40を構成する電気二重層キャパシタ41、昇圧/降圧チョッパ42の定格、容量等は前記実施形態例に限るものではない。
Note that the ratings, capacities, and the like of the transformer 11, the
10…整流部
11…変圧器
12…整流器
20…交流母線
31…き電線
32…レール
40…キャパポスト(回生電力貯蔵装置)
41…電気二重層キャパシタ
42…昇圧/降圧チョッパ
42a,42b…半導体スイッチ
42L…リアクトル
43c…フィルターコンデンサ
43L…フィルターリアクトル
DESCRIPTION OF
41 ... Electric
Claims (6)
前記整流器の出力電圧変動に応じた整流器出力容量を検出する整流器出力容量検出部と、
前記整流器の定格電圧、定格容量、総合電圧変動率で決まる整流器出力特性から、前記整流器出力容量が、設定した電力を超えることのない前記直流電力貯蔵装置の放電開始電圧を算出し、該算出した放電開始電圧により直流電力貯蔵装置を放電制御し、前記整流器出力容量検出部により検出された整流器出力容量が、設定した電力を超えないように前記直流電力貯蔵装置の出力電力を制御する制御部と、
を備えたことを特徴とする直流き電変電所の制御装置。 A rectifier that converts AC power into DC power and supplies the rectifier to the electric wire; and a DC power storage device that is connected in parallel to the rectifier and includes a power storage medium and a power conversion unit that controls charging and discharging of the power storage medium. A control device for a DC feeder substation,
A rectifier output capacity detector for detecting a rectifier output capacity corresponding to the output voltage fluctuation of the rectifier;
From the rectifier output characteristics determined by the rated voltage, rated capacity, and overall voltage fluctuation rate of the rectifier, the discharge start voltage of the DC power storage device in which the rectifier output capacity does not exceed the set power is calculated. A control unit for controlling the output power of the DC power storage device so that the DC power storage device is controlled to discharge according to a discharge start voltage, and the rectifier output capacity detected by the rectifier output capacity detection unit does not exceed a set power; ,
A control device for a DC feeder substation characterized by comprising:
整流器出力容量検出部が、前記整流器の出力電圧変動に応じた整流器出力容量を検出する整流器出力容量検出ステップと、
制御部が、前記整流器の定格電圧、定格容量、総合電圧変動率で決まる整流器出力特性から、前記整流器出力容量が、設定した電力を超えることのない前記直流電力貯蔵装置の放電開始電圧を算出し、該算出した放電開始電圧により直流電力貯蔵装置を放電制御するステップと、
制御部が、前記整流器出力容量検出部により検出された整流器出力容量が、設定した電力を超えないように前記直流電力貯蔵装置の出力電力を制御するステップと、
を備えたことを特徴とする直流き電変電所の制御方法。 A rectifier that converts AC power into DC power and supplies the rectifier to the electric wire; and a DC power storage device that is connected in parallel to the rectifier and includes a power storage medium and a power conversion unit that controls charging and discharging of the power storage medium. A control method for a DC feeder substation,
A rectifier output capacity detection unit detects a rectifier output capacity corresponding to the output voltage fluctuation of the rectifier, and a rectifier output capacity detection step;
The controller calculates the discharge start voltage of the DC power storage device from which the rectifier output capacity does not exceed the set power from the rectifier output characteristics determined by the rated voltage, rated capacity, and overall voltage fluctuation rate of the rectifier. And controlling the discharge of the DC power storage device with the calculated discharge start voltage;
A step control unit, the rectifier output capacitance rectifier output capacitance detected by the detection unit, to control the output power of the DC power storage device so as not to exceed the power set,
A control method for a DC feeder substation characterized by comprising:
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JP2014061868A (en) | 2014-04-10 |
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