JP7443167B2 - Power storage devices, electric vehicle control devices, and railway systems - Google Patents
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Description
本発明の実施形態は、蓄電装置、電気車制御装置、及び鉄道システムに関する。 Embodiments of the present invention relate to a power storage device, an electric vehicle control device, and a railway system.
電気車は、インバータと電動機とを備える。インバータは、架線または第三軌条などの給電線から電力を受け取り、受け取った電力を用いて、電動機、及び電気車の種々の設備などに電力を供給する。電動機は、例えば、回転子に永久磁石が用いられた永久磁石同期電動機である。インバータは、電動機に交流電力を供給することにより、電動機の軸を回転させ、電気車を力行させる。また、インバータは、電動機の軸の回転の運動エネルギーを電気エネルギーとして回収する回生を行う。 The electric vehicle includes an inverter and an electric motor. The inverter receives power from a power supply line such as an overhead wire or a third rail, and uses the received power to supply power to an electric motor and various equipment of the electric vehicle. The electric motor is, for example, a permanent magnet synchronous electric motor in which a permanent magnet is used in the rotor. The inverter supplies alternating current power to the electric motor, thereby rotating the shaft of the electric motor and powering the electric vehicle. Further, the inverter performs regeneration that recovers the kinetic energy of rotation of the shaft of the electric motor as electrical energy.
上記の構成では、インバータからの交流電力の周波数と、電動機の軸の回転の周波数との差分(すべり)によって、電動機による電気車の走行が制御される。例えば、すべりが正である場合、電動機を加速させる正のトルク(加速トルク)が与えられる。また、例えば、すべりが負である場合、電動機を減速させる負のトルク(回生トルク)が与えられる。また、電動機に回生トルクが与えられている場合、電動機において電力(回生電力)が発電され、電動機からインバータに返還される回生動作(回生制動)が行われる。 In the above configuration, the running of the electric vehicle by the electric motor is controlled by the difference (slip) between the frequency of AC power from the inverter and the frequency of rotation of the shaft of the electric motor. For example, if the slip is positive, a positive torque (acceleration torque) is applied that accelerates the electric motor. Further, for example, if the slip is negative, a negative torque (regenerative torque) that decelerates the electric motor is applied. Further, when regenerative torque is applied to the electric motor, electric power (regenerative electric power) is generated in the electric motor, and regenerative operation (regenerative braking) is performed in which electric power is returned from the electric motor to the inverter.
インバータから電動機に印加される交流電圧の最大値(または実効値)は、インバータに電力を供給するフィルタコンデンサの電圧によって決まる。フィルタコンデンサは、給電線とアースである線路との間にインバータと並列に接続される。即ち、フィルタコンデンサの電圧は、給電線の電圧によって決まる。また、電動機の軸の回転速度と回生トルクとの関係(定トルク特性)は、電動機の構成と、給電線の電圧によって決まる。例えば、給電線の電圧が低くなり、且つ電動機の軸の回転速度が高速になると、回生動作の性能が低下する可能性があるという課題がある。 The maximum value (or effective value) of the AC voltage applied to the motor from the inverter is determined by the voltage of the filter capacitor that supplies power to the inverter. The filter capacitor is connected in parallel with the inverter between the feed line and the ground line. That is, the voltage of the filter capacitor is determined by the voltage of the feeder line. Further, the relationship between the rotational speed of the shaft of the electric motor and the regenerative torque (constant torque characteristic) is determined by the configuration of the electric motor and the voltage of the power supply line. For example, when the voltage of the power supply line becomes low and the rotational speed of the shaft of the electric motor becomes high, there is a problem that the performance of the regenerative operation may deteriorate.
本発明が解決しようとする課題は、回生電力を増加可能な蓄電装置、電気車制御装置、及び鉄道システムを提供することである。 The problem to be solved by the present invention is to provide a power storage device, an electric vehicle control device, and a railway system that can increase regenerated power.
実施形態に係る蓄電装置は、電動機と、給電線から直流電力を受け取り電動機に交流電力を供給する第1電力変換装置と、を具備する電気車と接続された蓄電装置であって、蓄電池と、第2電力変換装置と、制御回路と、を具備する。第2電力変換装置は、前記給電線から直流電力を受け取り、直流電力を前記蓄電池に供給する充電動作と、前記蓄電池からの直流電力により前記給電線に直流電力を供給する放電動作と、を実行する。制御回路は、前記第1電力変換装置が回生動作を行っている場合、前記第2電力変換装置に放電動作を行わせ、前記給電線の電圧が予め設定された回生絞り込み電圧以上である場合、前記第2電力変換装置に充電動作を行わせ、前記給電線の電圧が予め設定された回生絞り込み電圧未満である場合、前記第2電力変換装置に放電動作を行わせ、回生動作により生じる回生電力の前記電動機の物理的減速エネルギーに対する差分が予め設定された閾値未満であり、且つ前記給電線の電圧が予め設定された回生絞り込み電圧未満である場合、前記第2電力変換装置に放電動作を行わせる。
The power storage device according to the embodiment is a power storage device connected to an electric vehicle that includes an electric motor and a first power conversion device that receives DC power from a power supply line and supplies AC power to the electric motor, and includes a storage battery and A second power conversion device and a control circuit are provided. The second power converter receives DC power from the power supply line and performs a charging operation of supplying the DC power to the storage battery, and a discharging operation of supplying DC power to the power supply line using DC power from the storage battery. do. The control circuit causes the second power conversion device to perform a discharging operation when the first power conversion device is performing a regeneration operation , and when the voltage of the power supply line is equal to or higher than a preset regeneration narrowing voltage, The second power converter is caused to perform a charging operation, and when the voltage of the feeder line is less than a preset regeneration narrowing voltage, the second power converter is caused to perform a discharging operation, and the regenerative power generated by the regenerative operation is When the difference in physical deceleration energy of the electric motor is less than a preset threshold, and the voltage of the power supply line is less than a preset regeneration throttling voltage, the second power conversion device is caused to perform a discharging operation. make it happen
以下、実施の形態について図面を参照して説明する。
(第1実施形態)
図1は、第1実施形態に係る鉄道システム1の構成例を示す説明図である。鉄道システム1は、架線2、き電装置3、電気車4、及び線路5などを有する。
Hereinafter, embodiments will be described with reference to the drawings.
(First embodiment)
FIG. 1 is an explanatory diagram showing a configuration example of a railway system 1 according to the first embodiment. The railway system 1 includes an overhead wire 2, a feeding device 3, an electric car 4, a track 5, and the like.
架線2は、き電装置3と電気車4とを電気的に接続する為の給電線である。架線2は、例えば架空電車線である。また、架線2の代わりに第三軌条などが用いられてもよい。 The overhead line 2 is a power supply line for electrically connecting the power feeding device 3 and the electric car 4. The overhead wire 2 is, for example, an overhead contact line. Moreover, a third rail or the like may be used instead of the overhead wire 2.
き電装置3は、架線2に直流電力を供給する構成である。き電装置3は、変圧器11及び整流器12などを備える。き電装置3は、図示されない電圧源からの直流電圧を鉄道システム1の仕様に応じた電圧に変圧器11によって変換する。き電装置3は、変圧器11によって変圧した直流電圧を、整流器12を介して架線2に供給する。これにより、架線2に所定の直流電圧が供給される。 The feeding device 3 is configured to supply DC power to the overhead wire 2 . The feeding device 3 includes a transformer 11, a rectifier 12, and the like. The power feeding device 3 converts a DC voltage from a voltage source (not shown) into a voltage according to the specifications of the railway system 1 using a transformer 11. The feeding device 3 supplies the DC voltage transformed by the transformer 11 to the overhead wire 2 via the rectifier 12 . Thereby, a predetermined DC voltage is supplied to the overhead wire 2.
電気車4は、線路5上を移動する移動体である。電気車4は、集電器21、車輪22、及び電気車制御装置23などを有する。 The electric car 4 is a moving body that moves on the track 5. The electric car 4 includes a current collector 21, wheels 22, an electric car control device 23, and the like.
集電器21は、架線2などの給電線から直流電力を受け取り、電気車制御装置23に供給する構成である。集電器21は、例えば、給電線が架線である場合、パンタグラフなどとして構成される。また、集電器21は、例えば給電線が第三軌条などである場合、集電シューとして構成される。 The current collector 21 is configured to receive DC power from a power supply line such as the overhead wire 2 and supply it to the electric vehicle control device 23 . For example, when the power supply line is an overhead line, the current collector 21 is configured as a pantograph or the like. Further, the current collector 21 is configured as a current collector shoe, for example, when the power supply line is a third rail or the like.
車輪22は、電気車制御装置23によって回転することにより、電気車4を走行させる構成である。 The wheels 22 are configured to cause the electric vehicle 4 to travel by being rotated by an electric vehicle control device 23 .
電気車制御装置23は、例えば、電気車4などの移動体に搭載される。電気車制御装置23は、架線2から集電器21を介して直流電力を受け取り、受け取った直流電力を電動機の定格に応じた交流電力に変換し、電動機に交流電力を供給する。これにより、電気車制御装置23は、電動機の回転軸を回転させ、電動機の回転軸にギアなどを介して連動する車輪22を回転させ、電気車に線路上を力行させる。 The electric vehicle control device 23 is mounted on a moving body such as the electric vehicle 4, for example. The electric vehicle control device 23 receives DC power from the overhead wire 2 via the current collector 21, converts the received DC power into AC power according to the rating of the motor, and supplies the AC power to the motor. As a result, the electric vehicle control device 23 rotates the rotating shaft of the electric motor, rotates the wheels 22 that are interlocked with the rotating shaft of the electric motor via gears, etc., and causes the electric vehicle to power the electric vehicle on the track.
図1に示されるように、電気車制御装置23は、第1高速度遮断器31、第1フィルタリアクトル32、第1フィルタコンデンサ33、インバータ34、電動機35、レゾルバ36、第2高速度遮断器37、第2フィルタリアクトル38、第2フィルタコンデンサ39、DCDCコンバータ40、蓄電池41、運転台42、及び制御ユニット43を備える。 As shown in FIG. 1, the electric vehicle control device 23 includes a first high-speed circuit breaker 31, a first filter reactor 32, a first filter capacitor 33, an inverter 34, an electric motor 35, a resolver 36, a second high-speed circuit breaker 37, a second filter reactor 38, a second filter capacitor 39, a DCDC converter 40, a storage battery 41, a driver's cab 42, and a control unit 43.
第1高速度遮断器31は、集電器21に接続される。第1高速度遮断器31は、閉路(投入)することにより、インバータ34と集電器21とを接続する。第1高速度遮断器31は、制御ユニット43からの投入指令に基づいて、投入と開放とを切り替える。 The first high-speed circuit breaker 31 is connected to the current collector 21 . The first high-speed circuit breaker 31 connects the inverter 34 and the current collector 21 by closing (closing) the circuit. The first high-speed circuit breaker 31 switches between closing and opening based on a closing command from the control unit 43.
第1フィルタリアクトル32は、集電器21と、インバータ34と第1フィルタコンデンサ33との接続点との間に接続されている。 The first filter reactor 32 is connected between the current collector 21 and a connection point between the inverter 34 and the first filter capacitor 33.
第1フィルタコンデンサ33は、第1フィルタリアクトル32からみてインバータ34と並列に接続されている直流電源である。第1フィルタコンデンサ33の高圧側端子は、第1フィルタリアクトル32及びインバータ34に接続されている。第1フィルタコンデンサ33の低圧側端子は、インバータ34に接続されている。また、第1フィルタコンデンサ33の低圧側端子は、アースとしての線路5に車輪22などを介して電気的に接続されている。第1フィルタコンデンサ33は、第1フィルタリアクトル32などを介して集電器21から供給された電力を平滑し、インバータ34に供給する。 The first filter capacitor 33 is a DC power supply connected in parallel with the inverter 34 when viewed from the first filter reactor 32 . A high voltage side terminal of the first filter capacitor 33 is connected to the first filter reactor 32 and the inverter 34. A low voltage side terminal of the first filter capacitor 33 is connected to an inverter 34. Further, the low voltage side terminal of the first filter capacitor 33 is electrically connected to the track 5 as a ground via the wheels 22 or the like. The first filter capacitor 33 smoothes the power supplied from the current collector 21 via the first filter reactor 32 and the like, and supplies the smoothed power to the inverter 34 .
インバータ34は、例えば、可変電圧可変周波数インバータ(VVVFインバータ)などのインバータ回路である。インバータ34は、供給された直流電力を交流電力(三相交流電力)に変換する第1電力変換装置である。インバータ34は、変換した交流電力を電動機35に供給する。 The inverter 34 is, for example, an inverter circuit such as a variable voltage variable frequency inverter (VVVF inverter). The inverter 34 is a first power conversion device that converts supplied DC power into AC power (three-phase AC power). Inverter 34 supplies the converted AC power to electric motor 35 .
インバータ34は、それぞれ上アームと下アームとを構成する複数の半導体スイッチにより構成された複数のレグを備える。インバータ34は、例えば、3つのレグを備える。各レグは、それぞれ第1フィルタコンデンサ33に並列に接続されている。各レグは、制御ユニット43からのインバータ動作信号に基づいて、上アーム及び下アームの半導体スイッチをオンオフ制御する。これにより、各レグは、第1フィルタコンデンサ33からの直流電圧により、電動機35に交流電力を供給する。各レグは、互いに位相の異なる交流電力を電動機35に供給する。例えばインバータ34は、互いに120°位相が異なる3相の交流電力(三相交流電力)を電動機35に供給する。 The inverter 34 includes a plurality of legs each made up of a plurality of semiconductor switches forming an upper arm and a lower arm. The inverter 34 includes, for example, three legs. Each leg is connected in parallel to the first filter capacitor 33, respectively. Each leg controls the semiconductor switches of the upper arm and the lower arm to turn on and off based on an inverter operation signal from the control unit 43. Thereby, each leg supplies AC power to the electric motor 35 using the DC voltage from the first filter capacitor 33 . Each leg supplies alternating current power with mutually different phases to the electric motor 35. For example, the inverter 34 supplies the electric motor 35 with three-phase AC power (three-phase AC power) having phases different by 120 degrees from each other.
電動機35は、インバータ34からの交流電力によって回転軸を回転させる構成である。電動機35は、例えば、三相式の永久磁石同期電動機(PMSM)として構成される。電動機35は、インバータ34の各レグに接続された複数の巻線を備える固定子と、固定子の中央部に形成された空間に回転可能に設けられた永久磁石回転子とを有する。 The electric motor 35 is configured to rotate a rotating shaft using AC power from the inverter 34. The electric motor 35 is configured as, for example, a three-phase permanent magnet synchronous motor (PMSM). The electric motor 35 includes a stator including a plurality of windings connected to each leg of the inverter 34, and a permanent magnet rotor rotatably provided in a space formed in the center of the stator.
電動機35は、インバータ34から供給された三相交流電力に応じて動作し、機械的な動力を得る。インバータ34の各レグから各巻線にそれぞれ異なるタイミングで交流電力が供給される。各巻線に流れる電流によって各巻線に発生する磁場と、固定子の磁場との相互作用により、軸を回転させる機械的エネルギーが生じる。電動機35の軸が回転すると、電動機35の軸に連結されたギアなどを介して、電気車4の車輪22に駆動力が伝達し、電気車4が力行する。 The electric motor 35 operates according to three-phase AC power supplied from the inverter 34 to obtain mechanical power. AC power is supplied from each leg of the inverter 34 to each winding at different timings. The interaction between the magnetic field generated in each winding by the current flowing through each winding and the magnetic field of the stator produces mechanical energy that rotates the shaft. When the shaft of the electric motor 35 rotates, driving force is transmitted to the wheels 22 of the electric vehicle 4 through gears connected to the shaft of the electric motor 35, and the electric vehicle 4 runs under power.
レゾルバ36は、電動機35の軸の回転を検出する速度検出手段である。レゾルバ36は、電動機35の軸の回転数を検出し、制御ユニット43に検出結果を供給する。 The resolver 36 is a speed detection means that detects the rotation of the shaft of the electric motor 35. The resolver 36 detects the rotation speed of the shaft of the electric motor 35 and supplies the detection result to the control unit 43.
第2高速度遮断器37は、集電器21に接続される。第2高速度遮断器37は、閉路(投入)することにより、DCDCコンバータ40と集電器21とを接続する。第2高速度遮断器37は、制御ユニット43からの投入指令に基づいて、投入と開放とを切り替える。 The second high-speed circuit breaker 37 is connected to the current collector 21 . The second high-speed circuit breaker 37 connects the DCDC converter 40 and the current collector 21 by closing (turning on). The second high-speed circuit breaker 37 switches between closing and opening based on a closing command from the control unit 43.
第2フィルタリアクトル38は、集電器21と、DCDCコンバータ40と第2フィルタコンデンサ39との接続点との間に接続されている。 The second filter reactor 38 is connected between the current collector 21 and the connection point between the DCDC converter 40 and the second filter capacitor 39.
第2フィルタコンデンサ39は、第2フィルタリアクトル38からみてDCDCコンバータ40と並列に接続されている直流電源である。第2フィルタコンデンサ39の高圧側端子は、第2フィルタリアクトル38及びDCDCコンバータ40に接続されている。第2フィルタコンデンサ39の低圧側端子は、DCDCコンバータ40に接続されている。また、第2フィルタコンデンサ39の低圧側端子は、アースとしての線路5に車輪22などを介して電気的に接続されている。第2フィルタコンデンサ39は、第2フィルタリアクトル38などを介して集電器21から供給された電力を平滑し、DCDCコンバータ40に供給する。 The second filter capacitor 39 is a DC power supply connected in parallel with the DCDC converter 40 when viewed from the second filter reactor 38 . A high voltage side terminal of the second filter capacitor 39 is connected to the second filter reactor 38 and the DCDC converter 40. A low voltage side terminal of the second filter capacitor 39 is connected to a DCDC converter 40. Further, the low voltage side terminal of the second filter capacitor 39 is electrically connected to the track 5 as a ground via the wheels 22 or the like. The second filter capacitor 39 smoothes the power supplied from the current collector 21 via the second filter reactor 38 and the like, and supplies the smoothed power to the DC/DC converter 40 .
DCDCコンバータ40は、例えば、第2フィルタコンデンサ39から供給される直流電力を蓄電池41の定格電力に応じた直流電力に変換する第2電力変換装置である。DCDCコンバータ40は、変換した直流電力を蓄電池41に供給する充電動作と、蓄電池41から電力を架線2に放電させる放電動作とを行う。 The DCDC converter 40 is, for example, a second power conversion device that converts the DC power supplied from the second filter capacitor 39 into DC power according to the rated power of the storage battery 41. The DCDC converter 40 performs a charging operation of supplying the converted DC power to the storage battery 41 and a discharging operation of discharging the power from the storage battery 41 to the overhead wire 2 .
蓄電池41は、例えば、セパレータを介して正極及び負極が積層された電極群を備えるリチウムイオン二次電池として構成される。また、蓄電池41は、大容量のコンデンサとして構成されていてもよい。蓄電池41は、DCDCコンバータ40から供給された直流電力を充電する。また、蓄電池41は、DCDCコンバータ40の制御によって直流電力を放電する。DCDCコンバータ40及び蓄電池41は、架線2からの直流電力を充電し、且つ架線2に直流電力を放電する蓄電装置として構成される。 The storage battery 41 is configured, for example, as a lithium ion secondary battery including an electrode group in which a positive electrode and a negative electrode are stacked with a separator interposed therebetween. Further, the storage battery 41 may be configured as a large capacity capacitor. The storage battery 41 is charged with DC power supplied from the DCDC converter 40. Further, the storage battery 41 discharges DC power under the control of the DCDC converter 40. The DCDC converter 40 and the storage battery 41 are configured as a power storage device that charges DC power from the overhead wire 2 and discharges the DC power to the overhead wire 2.
運転台42は、制御ユニット43に種々の指令を出力する構成である。運転台42は、ノッチなどによる操作に応じて、インバータ動作指令、及び他の種々の指令を制御ユニット43に出力する。 The driver's cab 42 is configured to output various commands to the control unit 43. The driver's cab 42 outputs an inverter operation command and various other commands to the control unit 43 in response to operations using a notch or the like.
制御ユニット43は、第1高速度遮断器31及び第2高速度遮断器37の投入及び開放、インバータ34の制御、及びDCDCコンバータ40の制御を行う制御回路である。即ち、制御ユニット43は、第1高速度遮断器31及び第2高速度遮断器37への投入指令、インバータ34へのインバータ動作信号、及びDCDCコンバータ40への充電及び放電の制御信号の出力をそれぞれ行う。 The control unit 43 is a control circuit that closes and opens the first high-speed circuit breaker 31 and the second high-speed circuit breaker 37, controls the inverter 34, and controls the DCDC converter 40. That is, the control unit 43 outputs a closing command to the first high-speed circuit breaker 31 and the second high-speed circuit breaker 37, an inverter operation signal to the inverter 34, and a charging and discharging control signal to the DCDC converter 40. Do each.
制御ユニット43は、給電線である架線2の電圧の検出結果を取得する。例えば、制御ユニット43は、架線2、第1フィルタコンデンサ33、または第2フィルタコンデンサ39の電圧を検出する電圧検出器を備えていてもよい。また、制御ユニット43は、インバータ34またはDCDCコンバータ40から第1フィルタコンデンサ33または第2フィルタコンデンサ39の電圧の検出結果を取得する構成であってもよい。 The control unit 43 acquires the detection result of the voltage of the overhead wire 2, which is a power supply line. For example, the control unit 43 may include a voltage detector that detects the voltage of the overhead wire 2, the first filter capacitor 33, or the second filter capacitor 39. Further, the control unit 43 may be configured to acquire the detection result of the voltage of the first filter capacitor 33 or the second filter capacitor 39 from the inverter 34 or the DC/DC converter 40.
また、制御ユニット43は、レゾルバ36からの検出結果に基づいて、電動機35の軸の回転速度を算出する。また、制御ユニット43は、電動機35の軸の回転速度に基づいて、電気車4の車両の速度(車両速度)を算出する。 Furthermore, the control unit 43 calculates the rotation speed of the shaft of the electric motor 35 based on the detection result from the resolver 36. Furthermore, the control unit 43 calculates the vehicle speed (vehicle speed) of the electric car 4 based on the rotational speed of the shaft of the electric motor 35.
制御ユニット43は、運転台42からのインバータ動作指令と、架線2の電圧の検出結果と、電動機35の軸の回転速度と、に基づいて、インバータ34へのインバータ動作信号、及びDCDCコンバータ40への充電及び放電の制御信号の生成などを行う。 The control unit 43 sends an inverter operation signal to the inverter 34 and an inverter operation signal to the DCDC converter 40 based on the inverter operation command from the driver's cab 42, the detection result of the voltage of the overhead wire 2, and the rotation speed of the shaft of the electric motor 35. generates charging and discharging control signals, etc.
制御ユニット43は、例えばパルス信号を生成する論理回路として構成される。また、制御ユニット43は、演算処理を実行する演算素子であるプロセッサと、プログラム及びプログラムで用いられるデータなどを記憶するメモリとを備え、プロセッサがプログラムを実行することにより、パルス信号(インバータ動作信号)を生成する構成であってもよい。 The control unit 43 is configured, for example, as a logic circuit that generates a pulse signal. The control unit 43 also includes a processor, which is an arithmetic element that executes arithmetic processing, and a memory that stores programs and data used in the programs. ) may be configured to generate.
また、電気車制御装置23は、図示されないブレーキ制御器などを備える。ブレーキ制御器は、制御ユニット43の制御に基づいて、電動機35の回転軸に連動するギアまたは車輪に対して空気ブレーキなどによりブレーキをかける。 The electric vehicle control device 23 also includes a brake controller (not shown) and the like. Based on the control of the control unit 43, the brake controller applies brakes, such as an air brake, to gears or wheels that are interlocked with the rotating shaft of the electric motor 35.
図2は、制御ユニット43によるインバータ34及びDCDCコンバータ40の回生動作中の制御について説明する為の説明図である。 FIG. 2 is an explanatory diagram for explaining control by the control unit 43 of the inverter 34 and the DCDC converter 40 during regenerative operation.
制御ユニット43は、まず電圧の検出を行う(ステップS11)。即ち、制御ユニット43は、給電線である架線2の電圧の検出結果を取得する。本例では、制御ユニット43は、第1フィルタコンデンサ33の電圧を検出するものとして説明する。 The control unit 43 first detects voltage (step S11). That is, the control unit 43 acquires the detection result of the voltage of the overhead wire 2, which is the power supply line. In this example, the control unit 43 will be described as one that detects the voltage of the first filter capacitor 33.
制御ユニット43は、回生電力を算出する(ステップS12)。例えば、制御ユニット43は、架線2の電圧の検出結果と、電動機35の軸の回転速度と、に基づいて、インバータ34により回生動作において生じる回生電力を算出する。 Control unit 43 calculates regenerated power (step S12). For example, the control unit 43 calculates the regenerative power generated in the regenerative operation by the inverter 34 based on the detection result of the voltage of the overhead wire 2 and the rotational speed of the shaft of the electric motor 35.
制御ユニット43は、ブレーキ指令値を取得する(ステップS13)。ブレーキ指令値は、減速の度合を示す情報(減速度)である。制御ユニット43は、例えば、運転台42からのインバータ動作指令に基づいて、ブレーキ指令値を取得する。 The control unit 43 acquires a brake command value (step S13). The brake command value is information indicating the degree of deceleration (deceleration). The control unit 43 acquires a brake command value based on an inverter operation command from the driver's cab 42, for example.
制御ユニット43は、物理的減速エネルギーを算出する(ステップS14)。物理的減速エネルギーは、電気車4の車両の質量、現時点での列車の速度(即ち電動機35の軸の回転速度)、ブレーキ指令値(減速度)などから算出される減速のエネルギーである。例えば、物理的減速エネルギーは、質量、速度、及びブレーキ指令値(減速度)の積から算出される。 The control unit 43 calculates physical deceleration energy (step S14). The physical deceleration energy is deceleration energy calculated from the mass of the electric car 4, the current speed of the train (that is, the rotational speed of the shaft of the electric motor 35), the brake command value (deceleration), and the like. For example, physical deceleration energy is calculated from the product of mass, speed, and brake command value (deceleration).
制御ユニット43は、(物理的減速エネルギー)-(回生電力)<閾値Pthであるか否か判断する(ステップS15)閾値Pthは、予め設定された値である。なお、制御ユニット43は、物理的減速エネルギー<回生電力であるか否か判断する構成であってもよい。 The control unit 43 determines whether (physical deceleration energy)−(regenerated power)<threshold value Pth (step S15).The threshold value Pth is a preset value. Note that the control unit 43 may be configured to determine whether physical deceleration energy<regenerated power.
制御ユニット43は、(物理的減速エネルギー)-(回生電力)<閾値Pthであると判断した場合(ステップS15、YES)、回生動作を継続するように、インバータ34を制御し、図2の動作を終了する。 If the control unit 43 determines that (physical deceleration energy) - (regenerative power) < threshold value Pth (step S15, YES), it controls the inverter 34 to continue the regenerative operation, and performs the operation in FIG. end.
(物理的減速エネルギー)-(回生電力)<閾値Pthである場合、物理的減速エネルギーに対して回生電力が十分である。即ち、制御ユニット43は、回生動作によって減速が可能であると判断する。この為、制御ユニット43は、回生動作によって減速するように、インバータ34を制御する。 If (physical deceleration energy)−(regenerated power)<threshold value Pth, the regenerated power is sufficient for the physical deceleration energy. That is, the control unit 43 determines that deceleration is possible through regenerative operation. For this reason, the control unit 43 controls the inverter 34 to reduce the speed by regenerative operation.
また、制御ユニット43は、(物理的減速エネルギー)-(回生電力)<閾値Pthではないと判断した場合(ステップS15、NO)、第1フィルタコンデンサ33の電圧の検出結果が、予め設定された回生絞り込み電圧未満であるか否か判断する(ステップS16)。 Further, if the control unit 43 determines that (physical deceleration energy) - (regenerated power) < threshold value Pth (step S15, NO), the detection result of the voltage of the first filter capacitor 33 is set in advance. It is determined whether or not it is less than the regenerative narrowing voltage (step S16).
(物理的減速エネルギー)-(回生電力)≧閾値Pthである場合、物理的減速エネルギーに対して回生電力が不十分である。即ち、制御ユニット43は、回生動作による減速が不十分であると判断する。この為、制御ユニット43は、回生動作によって生じる回生電力を増加させることができるか否か判断する。 If (physical deceleration energy)−(regenerated power)≧threshold value Pth, the regenerated power is insufficient with respect to the physical deceleration energy. That is, the control unit 43 determines that the deceleration due to the regenerative operation is insufficient. Therefore, the control unit 43 determines whether it is possible to increase the regenerative power generated by the regenerative operation.
回生絞り込み電圧は、車両のインバータ34及び鉄道システム1の種々の構成の性能によって決まる値である。例えば、他の列車において高速度遮断器が開放され、架線2から負荷が無くなった場合、架線2の電圧が急激に増加する。この為、鉄道システム1では、回生動作によって増加する架線2の電圧の上限が、回生絞り込み電圧として設定されている。制御ユニット43は、回生絞り込み電圧を超えないように、インバータ34による回生動作を制御する。即ち、制御ユニット43は、第1フィルタコンデンサ33の電圧の検出結果が、予め設定された回生絞り込み電圧未満である場合、架線2の電圧、即ち第1フィルタコンデンサ33の電圧を増加させることによって、回生電力を増加させることができると判断する。 The regenerative throttling voltage is a value determined by the performance of the inverter 34 of the vehicle and various configurations of the railway system 1. For example, when a high-speed circuit breaker is opened in another train and the load is removed from the overhead wire 2, the voltage on the overhead wire 2 increases rapidly. For this reason, in the railway system 1, the upper limit of the voltage of the overhead wire 2 that increases due to the regenerative operation is set as the regenerative narrowing voltage. The control unit 43 controls the regeneration operation by the inverter 34 so as not to exceed the regeneration narrowing voltage. That is, when the detection result of the voltage of the first filter capacitor 33 is less than the preset regeneration narrowing voltage, the control unit 43 increases the voltage of the overhead wire 2, that is, the voltage of the first filter capacitor 33, thereby It is determined that regenerative power can be increased.
制御ユニット43は、第1フィルタコンデンサ33の電圧の検出結果が、回生絞り込み電圧未満であると判断した場合(ステップS16、YES)、放電動作を行うように、DCDCコンバータ40を制御する(ステップS17)。DCDCコンバータ40は、制御ユニット43から放電を指示する制御信号を受信した場合、蓄電池41から直流電力を架線2に放電させる。このように、制御ユニット43は、DCDCコンバータ40及び蓄電池41に放電動作を行わせることにより、架線2の電圧を増加させることができる。 When the control unit 43 determines that the detection result of the voltage of the first filter capacitor 33 is less than the regeneration narrowing voltage (step S16, YES), the control unit 43 controls the DCDC converter 40 to perform a discharging operation (step S17). ). When the DC/DC converter 40 receives a control signal instructing discharge from the control unit 43 , the DC/DC converter 40 discharges DC power from the storage battery 41 to the overhead wire 2 . In this way, the control unit 43 can increase the voltage of the overhead wire 2 by causing the DCDC converter 40 and the storage battery 41 to perform a discharging operation.
なお、制御ユニット43は、第1フィルタコンデンサ33の電圧を検出しつつ、徐々に蓄電池41から放電させる量を増やしてもよいし、予め定められた電力量を蓄電池41から放電させてもよい。また、制御ユニット43は、第1フィルタコンデンサ33の電圧の検出結果に基づいてPI制御を行い、蓄電池41からの放電量を制御する構成であってもよい。 Note that the control unit 43 may gradually increase the amount of discharge from the storage battery 41 while detecting the voltage of the first filter capacitor 33, or may discharge a predetermined amount of power from the storage battery 41. Further, the control unit 43 may be configured to perform PI control based on the detection result of the voltage of the first filter capacitor 33 to control the amount of discharge from the storage battery 41.
また、制御ユニット43は、第1フィルタコンデンサ33の電圧の検出結果が、回生絞り込み電圧未満ではないと判断した場合(ステップS16、NO)、充電動作を行うように、DCDCコンバータ40を制御する(ステップS18)。DCDCコンバータ40は、制御ユニット43から充電を指示する制御信号を受信した場合、架線2から第2フィルタコンデンサ39を介して供給される直流電力を蓄電池41に充電させる。このように、制御ユニット43は、架線2の直流電力によって蓄電池41を充電することができる。 Further, when the control unit 43 determines that the detection result of the voltage of the first filter capacitor 33 is not less than the regeneration narrowing voltage (step S16, NO), the control unit 43 controls the DCDC converter 40 to perform the charging operation ( Step S18). When receiving a control signal instructing charging from the control unit 43, the DCDC converter 40 charges the storage battery 41 with the DC power supplied from the overhead wire 2 via the second filter capacitor 39. In this way, the control unit 43 can charge the storage battery 41 with the DC power of the overhead wire 2.
次に、車両速度と回生電力との関係、及び電圧と回生電力との関係について説明する。
図3は、車両速度と回生電力との関係について説明するための説明図である。図3の縦軸は、回生動作によって生じるエネルギーである回生電力を示す。図3の横軸は、電気車4の車両の速度(車両速度)を示す。なお、横軸は、電動機35の軸の回転速度であってもよい。
Next, the relationship between vehicle speed and regenerated power, and the relationship between voltage and regenerated power will be explained.
FIG. 3 is an explanatory diagram for explaining the relationship between vehicle speed and regenerated power. The vertical axis in FIG. 3 indicates regenerative power, which is energy generated by regenerative operation. The horizontal axis in FIG. 3 indicates the speed of the electric vehicle 4 (vehicle speed). Note that the horizontal axis may be the rotational speed of the shaft of the electric motor 35.
図3に示されるように、車両速度と回生電力との間には、車両速度が所定の速度に達するまで、車両速度に因らず回生電力が一定となる定トルク特性がある。図3は、架線2に対して蓄電池41から放電が行われていない場合の定トルク特性である。即ち、図3は、第1フィルタコンデンサ33の電圧が放電動作中に比べて低いある値である場合の定トルク特性の例を示す。 As shown in FIG. 3, there is a constant torque characteristic between the vehicle speed and the regenerated power in which the regenerated power is constant regardless of the vehicle speed until the vehicle speed reaches a predetermined speed. FIG. 3 shows constant torque characteristics when the storage battery 41 is not discharging the overhead wire 2. That is, FIG. 3 shows an example of constant torque characteristics when the voltage of the first filter capacitor 33 is a certain value lower than that during the discharging operation.
回生電力は、車両速度が速度域によって変化する。具体的には、回生電力は、車両速度が所定の値(以下、定トルク領域終端速度と称する)に達するまで一定である。また、回生電力は、車両速度が定トルク領域終端速度を超えると徐々に低下する。 The regenerated power changes depending on the speed range of the vehicle speed. Specifically, the regenerated power remains constant until the vehicle speed reaches a predetermined value (hereinafter referred to as constant torque region terminal speed). Furthermore, the regenerated power gradually decreases when the vehicle speed exceeds the constant torque region terminal speed.
例えば、図3の点Aでは、車両速度(第1速度)が定トルク領域終端速度未満である。この為、十分に回生電力が生じている状態となっている。これに対し、図3の点Bでは、車両速度(第2速度)が定トルク領域終端速度以上となっている。この為、十分に回生電力が得られていない状態となっている。 For example, at point A in FIG. 3, the vehicle speed (first speed) is less than the constant torque region terminal speed. Therefore, a sufficient amount of regenerated power is generated. On the other hand, at point B in FIG. 3, the vehicle speed (second speed) is equal to or higher than the constant torque region terminal speed. For this reason, sufficient regenerative power is not obtained.
図4は、第1フィルタコンデンサ33の電圧と回生電力との関係について説明するための説明図である。図4の縦軸は、回生電力を示す。図3の横軸は第1フィルタコンデンサ33の電圧を示す。 FIG. 4 is an explanatory diagram for explaining the relationship between the voltage of the first filter capacitor 33 and regenerated power. The vertical axis in FIG. 4 indicates regenerated power. The horizontal axis in FIG. 3 indicates the voltage of the first filter capacitor 33.
図4に示されるように、回生電力は、インバータ34に供給される直流電力の電圧、即ち第1フィルタコンデンサ33の電圧によって変化する。具体的には、回生電力は、第1フィルタコンデンサ33の電圧が所定の値(上記の回生絞り込み電圧)に達するまで一定であり、第1フィルタコンデンサ33の電圧が電圧を超えると徐々に低下する。 As shown in FIG. 4, the regenerated power changes depending on the voltage of the DC power supplied to the inverter 34, that is, the voltage of the first filter capacitor 33. Specifically, the regenerative power is constant until the voltage of the first filter capacitor 33 reaches a predetermined value (the above-mentioned regenerative narrowing voltage), and gradually decreases when the voltage of the first filter capacitor 33 exceeds the voltage. .
例えば、図4の点Cでは、第1フィルタコンデンサ33の電圧が回生絞り込み電圧(回生絞り込み開始電圧)未満である。この為、十分に回生電力が生じている状態となっている。これに対し、図4の点Dでは、第1フィルタコンデンサ33の電圧が回生絞り込み電圧(回生絞り込み開始電圧)以上となっている。この為、回生絞り込みが行われ、十分に回生電力が得られていない状態となっている。 For example, at point C in FIG. 4, the voltage of the first filter capacitor 33 is less than the regeneration narrowing down voltage (regeneration narrowing down starting voltage). Therefore, a sufficient amount of regenerated power is generated. On the other hand, at point D in FIG. 4, the voltage of the first filter capacitor 33 is equal to or higher than the regeneration narrowing down voltage (regeneration narrowing starting voltage). For this reason, regeneration is narrowed down and sufficient regenerative power is not obtained.
上記したように、トルク性能は、速度域によって変化し、架線電圧によっても変化する。具体的には、定トルク領域終端速度は、架線電圧、即ちインバータ34に直流電力を供給する第1フィルタコンデンサ33の電圧に依存する。例えば、第1フィルタコンデンサ33の電圧が低下すると、定トルク領域終端速度も低下する。この結果、高速域の回生トルクも低下する。この結果、回生動作時に生じる回生電力が減少する。 As mentioned above, torque performance changes depending on the speed range and also changes depending on the overhead wire voltage. Specifically, the constant torque region terminal speed depends on the overhead line voltage, that is, the voltage of the first filter capacitor 33 that supplies DC power to the inverter 34. For example, when the voltage of the first filter capacitor 33 decreases, the constant torque region terminal speed also decreases. As a result, regenerative torque in the high-speed range also decreases. As a result, regenerative power generated during regenerative operation is reduced.
しかしながら、上記の図2のように、制御ユニット43は、第1フィルタコンデンサ33の電圧の検出結果が、回生絞り込み電圧未満である場合、放電動作を行うように、DCDCコンバータ40を制御する。これにより、架線2の電圧が蓄電池41からの放電によって増加する。 However, as shown in FIG. 2 above, if the detection result of the voltage of the first filter capacitor 33 is less than the regenerative narrowing voltage, the control unit 43 controls the DCDC converter 40 to perform a discharging operation. As a result, the voltage of the overhead wire 2 increases due to discharge from the storage battery 41.
図5は、車両速度と回生電力との関係について説明するための説明図である。図5の縦軸は、回生動作によって生じるエネルギーである回生電力を示す。図5の横軸は、電気車4の車両の速度(車両速度)を示す。 FIG. 5 is an explanatory diagram for explaining the relationship between vehicle speed and regenerated power. The vertical axis in FIG. 5 indicates regenerative power, which is energy generated by regenerative operation. The horizontal axis in FIG. 5 indicates the speed of the electric vehicle 4 (vehicle speed).
図5のグラフ51は、通常の定トルク特性を示す。図5のグラフ51は、図3の定トルク特性と同じである。即ち、図5のグラフ51は、架線2に対して蓄電池41から放電が行われていない場合の定トルク特性である。グラフ51の定トルク領域終端速度を第1定トルク領域終端速度と称する。 Graph 51 in FIG. 5 shows normal constant torque characteristics. Graph 51 in FIG. 5 is the same as the constant torque characteristic in FIG. 3. That is, the graph 51 in FIG. 5 shows constant torque characteristics when the storage battery 41 is not discharging the overhead wire 2. The constant torque region terminal speed of graph 51 is referred to as the first constant torque region terminal speed.
図5のグラフ52は、放電動作時の定トルク特性を示す。上記したように、架線2に対して蓄電池41から放電が行われると、架線2の電圧が増加する。架線2の電圧が増加すると、第1フィルタコンデンサ33からインバータ34に印加される電圧が増加する。第1フィルタコンデンサ33の電圧が増加すると、図5のグラフ51及びグラフ52で示されるように、定トルク特性における定トルク領域終端速度が第1定トルク領域終端速度から第2定トルク領域終端速度に増加する。 Graph 52 in FIG. 5 shows constant torque characteristics during discharge operation. As described above, when the storage battery 41 discharges electricity from the overhead wire 2, the voltage of the overhead wire 2 increases. When the voltage of the overhead wire 2 increases, the voltage applied from the first filter capacitor 33 to the inverter 34 increases. When the voltage of the first filter capacitor 33 increases, as shown in graphs 51 and 52 of FIG. 5, the constant torque region terminal speed in the constant torque characteristic changes from the first constant torque region terminal speed to the second constant torque region terminal speed. increases to
点Eは、放電動作が行われておらず、且つ第1速度で回生動作を行った場合に生じる回生電力を示す。点Eの例では、車両速度(第1速度)が第1定トルク領域終端速度未満となっている。この為、点Eの例は、十分に回生電力が生じている状態となっている。 Point E indicates the regenerated power generated when the discharge operation is not performed and the regeneration operation is performed at the first speed. In the example of point E, the vehicle speed (first speed) is less than the first constant torque region terminal speed. Therefore, the example at point E is in a state where sufficient regenerative power is generated.
点Fは、放電動作が行われておらず、且つ第1速度より速い第2速度で回生動作を行った場合に生じる回生電力を示す。点Fの例では、車両速度(第2速度)が第1定トルク領域終端速度以上となっている。この為、点Fの例は、十分に回生電力が生じていない状態となっている。 Point F indicates regenerated power generated when a discharge operation is not performed and a regeneration operation is performed at a second speed faster than the first speed. In the example of point F, the vehicle speed (second speed) is equal to or higher than the first constant torque region terminal speed. Therefore, the example of point F is in a state where sufficient regenerative power is not generated.
点Gは、放電動作が行われており、且つ第2速度で回生動作を行った場合に生じる回生電力を示す。点Gの例では、車両速度(第2速度)が第2定トルク領域終端速度未満となっている。この為、点Gの例は、十分に回生電力が生じている状態となっている。 Point G indicates the regenerated power generated when the discharge operation is performed and the regeneration operation is performed at the second speed. In the example of point G, the vehicle speed (second speed) is less than the second constant torque region terminal speed. Therefore, the example of point G is in a state where sufficient regenerative power is generated.
上記したように、制御ユニット43は、第1フィルタコンデンサの電圧検出結果が回生絞り込み電圧未満である場合に、蓄電池41により架線2に放電を行うようにDCDCコンバータを制御する。これにより、架線2の電圧が増加し、定トルク特性における定トルク領域終端速度が増加する。この結果、電気車4の車両が高速で走行している際の回生動作によって生じる回生電力を増加させることができる。 As described above, the control unit 43 controls the DC/DC converter so that the storage battery 41 discharges to the overhead wire 2 when the voltage detection result of the first filter capacitor is less than the regenerative narrowing voltage. As a result, the voltage of the overhead wire 2 increases, and the constant torque region terminal speed in the constant torque characteristic increases. As a result, it is possible to increase the regenerative power generated by the regenerative operation when the electric vehicle 4 is traveling at high speed.
(第2実施形態)
図6は、第2実施形態に係る鉄道システム1Aの構成例を示す説明図である。なお、第1実施形態と同じ構成には同じ参照符号を付し、詳細な説明を省略する。第1実施形態では、電気車4に搭載された蓄電池から架線2に放電を行う構成であった。これに対し、第2実施形態は、地上に設けられた定置型蓄電装置から架線2に放電を行う点が第1実施形態と異なる。
(Second embodiment)
FIG. 6 is an explanatory diagram showing a configuration example of a railway system 1A according to the second embodiment. In addition, the same reference numerals are given to the same structure as 1st Embodiment, and detailed description is abbreviate|omitted. In the first embodiment, the configuration is such that discharge is performed from the storage battery mounted on the electric vehicle 4 to the overhead wire 2 . On the other hand, the second embodiment differs from the first embodiment in that discharge is performed from a stationary power storage device provided on the ground to the overhead wire 2.
鉄道システム1Aは、架線2、き電装置3、電気車4、線路5、及び定置型蓄電装置6Aなどを有する。 The railway system 1A includes an overhead wire 2, a feeding device 3, an electric car 4, a track 5, a stationary power storage device 6A, and the like.
定置型蓄電装置6Aは、架線2からの直流電力による充電及び架線2への放電を行う装置である。定置型蓄電装置6Aは、DCDCコンバータ40、蓄電池41、及び制御ユニット43を備える。 The stationary power storage device 6A is a device that charges with DC power from the overhead wire 2 and discharges to the overhead wire 2. The stationary power storage device 6A includes a DCDC converter 40, a storage battery 41, and a control unit 43.
DCDCコンバータ61Aは、例えば、図示されないフィルタコンデンサなどを介して架線2から供給される直流電力を蓄電池62Aの定格電力に応じた直流電力に変換する電力変換装置(第2電力変換装置)である。DCDCコンバータ61Aは、変換した直流電力を蓄電池62Aに供給する充電動作と、蓄電池62Aから電力を架線2に放電させる放電動作とを行う。 The DCDC converter 61A is, for example, a power converter (second power converter) that converts DC power supplied from the overhead wire 2 via a filter capacitor (not shown) into DC power according to the rated power of the storage battery 62A. The DCDC converter 61A performs a charging operation of supplying the converted DC power to the storage battery 62A and a discharging operation of discharging the power from the storage battery 62A to the overhead wire 2.
蓄電池62Aは、例えば、セパレータを介して正極及び負極が積層された電極群を備えるリチウムイオン二次電池として構成される。また、蓄電池62Aは、大容量のコンデンサとして構成されていてもよい。蓄電池62Aは、DCDCコンバータ61Aから供給された直流電力を充電する。また、蓄電池62Aは、DCDCコンバータ61Aの制御によって直流電力を放電する。 The storage battery 62A is configured, for example, as a lithium ion secondary battery including an electrode group in which a positive electrode and a negative electrode are stacked with a separator in between. Further, the storage battery 62A may be configured as a large capacity capacitor. The storage battery 62A is charged with DC power supplied from the DCDC converter 61A. Further, the storage battery 62A discharges DC power under the control of the DCDC converter 61A.
制御ユニット63Aは、DCDCコンバータ61Aの制御を行う。即ち、制御ユニット63Aは、DCDCコンバータ61Aに対して充電または放電を指示するための制御信号の出力を行う。 The control unit 63A controls the DCDC converter 61A. That is, the control unit 63A outputs a control signal for instructing the DCDC converter 61A to charge or discharge.
制御ユニット63Aは、給電線である架線2の電圧の検出結果を取得する。例えば、制御ユニット63Aは、架線2、またはDCDCコンバータ61Aと架線2との間に設けられたフィルタコンデンサの電圧を検出する電圧検出器を備えていてもよい。また、制御ユニット63Aは、DCDCコンバータ61Aから電圧の検出結果を取得する構成であってもよい。 The control unit 63A acquires the detection result of the voltage of the overhead wire 2, which is a power supply line. For example, the control unit 63A may include a voltage detector that detects the voltage of a filter capacitor provided between the overhead wire 2 or the DC/DC converter 61A and the overhead wire 2. Further, the control unit 63A may be configured to acquire the voltage detection result from the DC/DC converter 61A.
制御ユニット63Aは、架線2の電圧の検出結果に基づいて、DCDCコンバータ40に充電を行わせるか放電を行わせるかを判断する。例えば、制御ユニット63Aは、第1実施形態と同様に、架線2の電圧の検出結果が、予め設定された回生絞り込み電圧未満であるか否か判断する。制御ユニット63Aは、電圧の検出結果が、回生絞り込み電圧未満であると判断した場合、放電動作を行うように、DCDCコンバータ61Aを制御する。 The control unit 63A determines whether to cause the DCDC converter 40 to perform charging or discharging, based on the detection result of the voltage of the overhead wire 2. For example, similarly to the first embodiment, the control unit 63A determines whether the detection result of the voltage of the overhead wire 2 is less than a preset regeneration narrowing voltage. When the control unit 63A determines that the voltage detection result is less than the regeneration narrowing voltage, the control unit 63A controls the DCDC converter 61A to perform a discharging operation.
DCDCコンバータ61Aは、制御ユニット63Aから放電を指示する制御信号を受信した場合、蓄電池62Aから直流電力を架線2に放電させる。このように、制御ユニット63Aは、DCDCコンバータ61A及び蓄電池62Aに放電動作を行わせることにより、架線2の電圧を増加させることができる。 The DCDC converter 61A discharges DC power from the storage battery 62A to the overhead wire 2 when receiving a control signal instructing discharge from the control unit 63A. In this way, the control unit 63A can increase the voltage of the overhead wire 2 by causing the DCDC converter 61A and the storage battery 62A to perform a discharging operation.
なお、制御ユニット63Aは、架線2の電圧を検出しつつ、徐々に蓄電池62Aから放電させる量を増やしてもよいし、予め定められた電力量を蓄電池62Aから放電させてもよい。また、制御ユニット63Aは、架線2の電圧の検出結果に基づいてPI制御を行い、蓄電池62Aからの放電量を制御する構成であってもよい。 The control unit 63A may gradually increase the amount of discharge from the storage battery 62A while detecting the voltage of the overhead wire 2, or may discharge a predetermined amount of power from the storage battery 62A. Further, the control unit 63A may be configured to perform PI control based on the detection result of the voltage of the overhead wire 2 and control the amount of discharge from the storage battery 62A.
また、制御ユニット63Aは、架線2の電圧の検出結果が、回生絞り込み電圧未満ではないと判断した場合、充電動作を行うように、DCDCコンバータ61Aを制御する。 Moreover, when the control unit 63A determines that the detection result of the voltage of the overhead wire 2 is not less than the regeneration narrowing voltage, the control unit 63A controls the DC/DC converter 61A to perform a charging operation.
DCDCコンバータ61Aは、制御ユニット63Aから充電を指示する制御信号を受信した場合、架線2から供給される直流電力を蓄電池62Aに充電させる。このように、制御ユニット63Aは、架線2の直流電力によって蓄電池62Aを充電することができる。 When the DC/DC converter 61A receives a control signal instructing charging from the control unit 63A, the DC/DC converter 61A charges the storage battery 62A with the DC power supplied from the overhead wire 2. In this way, the control unit 63A can charge the storage battery 62A with the DC power of the overhead wire 2.
上記したように、定置型蓄電装置6Aは、架線2の電圧の検出結果に基づいて、蓄電池62Aから架線2に放電を行い、架線電圧を増加させることができる。これにより、架線電圧が増加した区間に存在する電気車4において、定トルク特性における定トルク領域終端速度が増加する。この結果、電気車4の車両が高速で走行している際の回生動作によって生じる回生電力を増加させることができる。 As described above, the stationary power storage device 6A can discharge electricity from the storage battery 62A to the overhead wire 2 based on the detection result of the voltage of the overhead wire 2, thereby increasing the overhead wire voltage. As a result, in the electric vehicle 4 existing in the section where the overhead wire voltage has increased, the constant torque region terminal speed in the constant torque characteristic increases. As a result, it is possible to increase the regenerative power generated by the regenerative operation when the electric vehicle 4 is traveling at high speed.
なお、鉄道システム1は、複数の電気車4をそなえていてもよい。また、複数の電気車4がそれぞれ集電器21、車輪22、及び電気車制御装置23などを有していてもよい。また、架線2に接続される複数の電気車4の少なくとも1つが、インバータ34、電動機35、DCDCコンバータ40、蓄電池41、及び制御ユニット43を備える電気車制御装置23として構成されていればよい。即ち、架線2にDCDCコンバータ40及び蓄電池41を備えていない電気車が接続されていてもよい。 Note that the railway system 1 may include a plurality of electric cars 4. Furthermore, each of the plurality of electric cars 4 may have a current collector 21, wheels 22, electric car control device 23, and the like. Further, at least one of the plurality of electric cars 4 connected to the overhead wire 2 may be configured as an electric car control device 23 including an inverter 34 , an electric motor 35 , a DC/DC converter 40 , a storage battery 41 , and a control unit 43 . That is, an electric vehicle that is not equipped with the DC/DC converter 40 and the storage battery 41 may be connected to the overhead wire 2 .
なお、上述の各実施の形態で説明した機能は、ハードウエアを用いて構成するに留まらず、ソフトウエアを用いて各機能を記載したプログラムをコンピュータに読み込ませて実現することもできる。また、各機能は、適宜ソフトウエア、ハードウエアのいずれかを選択して構成するものであっても良い。 Note that the functions described in each of the above-described embodiments are not limited to being configured using hardware, but can also be realized using software by loading a program in which each function is described into a computer. Further, each function may be configured by selecting either software or hardware as appropriate.
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。 Although several embodiments of the invention have been described, these embodiments are presented by way of example and are not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, substitutions, and changes can be made without departing from the gist of the invention. These embodiments and their modifications are included within the scope and gist of the invention, as well as within the scope of the invention described in the claims and its equivalents.
1…鉄道システム、1A…鉄道システム、2…架線、3…き電装置、4…電気車、5…線路、6A…定置型蓄電装置、11…変圧器、12…整流器、21…集電器、22…車輪、23…電気車制御装置、31…第1高速度遮断器、32…第1フィルタリアクトル、33…第1フィルタコンデンサ、34…インバータ、35…電動機、36…レゾルバ、37…第2高速度遮断器、38…第2フィルタリアクトル、39…第2フィルタコンデンサ、40…DCDCコンバータ、41…蓄電池、42…運転台、43…制御ユニット、51…グラフ、52…グラフ、61A…DCDCコンバータ、62A…蓄電池、63A…制御ユニット。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1... Railway system, 1A... Railway system, 2... Overhead line, 3... Power feeding device, 4... Electric car, 5... Track, 6A... Stationary power storage device, 11... Transformer, 12... Rectifier, 21... Current collector, 22... Wheels, 23... Electric vehicle control device, 31... First high speed circuit breaker, 32... First filter reactor, 33... First filter capacitor, 34... Inverter, 35... Electric motor, 36... Resolver, 37... Second High-speed circuit breaker, 38... Second filter reactor, 39... Second filter capacitor, 40... DCDC converter, 41... Storage battery, 42... Cab, 43... Control unit, 51... Graph, 52... Graph, 61A... DCDC converter , 62A...Storage battery, 63A...Control unit.
Claims (3)
蓄電池と、
前記給電線から直流電力を受け取り、直流電力を前記蓄電池に供給する充電動作と、前記蓄電池からの直流電力により前記給電線に直流電力を供給する放電動作と、を実行する第2電力変換装置と、
前記第1電力変換装置が回生動作を行っている場合、前記第2電力変換装置に放電動作を行わせる制御回路と、
を具備し、
前記制御回路は、
前記給電線の電圧が予め設定された回生絞り込み電圧以上である場合、前記第2電力 変換装置に充電動作を行わせ、前記給電線の電圧が予め設定された回生絞り込み電圧未 満である場合、前記第2電力変換装置に放電動作を行わせ、
回生動作により生じる回生電力の前記電動機の物理的減速エネルギーに対する差分が 予め設定された閾値未満であり、且つ前記給電線の電圧が予め設定された回生絞り込み 電圧未満である場合、前記第2電力変換装置に放電動作を行わせる、蓄電装置。 A power storage device connected to an electric vehicle that includes an electric motor and a first power conversion device that receives DC power from a power supply line and supplies AC power to the electric motor,
storage battery and
a second power conversion device that performs a charging operation that receives DC power from the power supply line and supplies the DC power to the storage battery; and a discharge operation that supplies DC power to the power supply line using the DC power from the storage battery; ,
a control circuit that causes the second power converter to perform a discharging operation when the first power converter is performing a regenerative operation;
Equipped with
The control circuit includes:
When the voltage of the power supply line is equal to or higher than a preset regeneration throttling voltage, causing the second power conversion device to perform a charging operation, and when the voltage of the power supply line is lower than a preset regeneration throttling voltage, causing the second power converter to perform a discharging operation,
If the difference between the regenerative power generated by the regenerative operation and the physical deceleration energy of the electric motor is less than a preset threshold, and the voltage of the feeder line is less than the preset regeneration throttling voltage, the second power conversion is performed. A power storage device that causes the device to perform a discharge operation .
電動機と、
前記給電線から直流電力を受け取り前記電動機に交流電力を供給する第1電力変換装置と、
を具備する電気車制御装置。 The power storage device according to claim 1;
electric motor and
a first power conversion device that receives DC power from the power supply line and supplies AC power to the electric motor;
An electric vehicle control device comprising:
請求項1に記載の蓄電装置と、
電動機と、前記給電線から直流電力を受け取り前記電動機に交流電力を供給する第1電力変換装置と、を備える電気車制御装置と、
を具備する鉄道システム。
a feeding device that supplies DC power to the feeder;
The power storage device according to claim 1;
an electric vehicle control device comprising: an electric motor; and a first power converter that receives DC power from the power supply line and supplies AC power to the electric motor;
A railway system equipped with
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