JPH05338481A - 電気鉄道の給電方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 下流の鉄道負荷で発生する回生エネルギの有
効利用及び上流の３相系統電源の電圧変動防止が行える
新規な給電方法を提供する。 【構成】 スコット結線変圧器２の１次側に、電力エネ
ルギの貯蓄と放出とに可逆的に設定されるエネルギ貯蔵
装置６ａ，６ｂを設け、前記１次側の３相電力の潮流の
向き及び大きさを検出し、負荷側で発生した回生エネル
ギに基づく前記１次側の３相電力の上流側への逆流検出
時、貯蔵装置６ａ，６ｂを貯蔵に設定して回生エネルギ
を蓄え、負荷増大に基づく前記１次側の３相電力の下流
側への給電増加検出時、貯蔵装置６ａ，６ｂを放出に設
定して貯蔵エネルギを前記１次側に供給する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、回生車両（インバータ
車両）が運行される電気鉄道の給電方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、東海道新幹線等の電気鉄道におい
ては、車両が単相負荷であるため、図３に示すように電
力会社からの３相系統電源１をスコット結線変圧器２に
より単相電源に変換し、この変圧器２の２次側のＭ座，
Ｔ座の巻線２ｍ，２ｔから鉄道線路３のトロリ４ｍ，４
ｔにき電して各車両（列車）５，５’を運行している。
なお、５は通常の車両を示し、５’は回生車両を示す。

【０００３】そして、回生車両５’が運行される以前
は、下流の鉄道負荷がエネルギを消費するのみであるた
め、変圧器２の１次側の３相電力は常に上流の系統電源
１から変圧器２を介して下流側に給電される。しかし、
制動時の運動エネルギを電気エネルギとして回収する回
生車両５’が運行されるようになると、その回生エネル
ギにより３相電力が下流から上流へ逆流する事態も予想
される。

【０００４】ところで、電力需要家が電源側に電力を回
生することは禁じられているため、回生エネルギに基づ
く前記の逆流は防止しなければならない。そこで、回生
エネルギは図３の実線矢印に示すように、同じき電区間
を走行している他の車両５の走行や当該回生車両５’に
搭載した抵抗器Ｒの発熱により下流側で消費することが
考えられている。

【０００５】一方、各車両５，５’は、停止から走行に
移る加速時に最大電力を必要とする単相変動負荷の特徴
を有する。そして、各車両５，５’の運行状態に応じた
鉄道負荷全体の負荷変動は系統電源１の電圧変動を招
き、とくに、加速状態の車両が多くなって需要エネルギ
が増大すると、系統電源１に大きな電圧変動が生じるた
め、従来は下流側に大規模な補償用コンデンサ設備を設
置して系統電源１の電圧変動を防止している。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】前記従来のように回生
エネルギを下流側でその都度完全に消費して上流の系統
電源１への回生を防止する場合、回生エネルギの有効利
用が図れない問題点がある。

【０００７】すなわち、車両５’の回生エネルギを全て
同じき電区間の他の車両５の走行エネルギとして過不足
なく利用すれば有効利用が図れるが、そのような理想的
なエネルギ授受が行えるように運行スケジュールを組む
ことは実際には不可能である。一方、回生エネルギを車
両５’の抵抗器Ｒで消費すれば、前記の運行スケジュー
ルの問題は生じないが、回生エネルギを全く利用できな
い。

【０００８】そのため 、実際には平均的な運行状態で
のエネルギ需要を考慮して回生エネルギの発生量をある
程度に制限し、発生した回生エネルギについては他の車
両５の走行エネルギとして極力有効に利用し、利用でき
ない余剰分を自車５’の抵抗器Ｒで消費する方法が採ら
れるが、これでは回生エネルギが有効には利用できな
い。また、系統電源１の電圧変動を防止するため、従来
のように大規模な補償用のコンデンサ設備を設けること
は極めて不経済である。

【０００９】本発明は、回生エネルギの発生量を制限す
ることなく、しかも、抵抗器等で無駄に浪費することも
なく、上流の３相系統電源への逆流を防止して回生エネ
ルギを有効に利用できるようにし、同時に、従来の大規
模なコンデンサ設備を設けることなく、下流側の負荷変
動に伴う３相系統電源の電圧変動を防止することを目的
とする。

【００１０】また、単相負荷構成の車両の走行に伴う３
相系統電源側での不平衡の改善も行えるようにすること
を目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】前記の目的を達成するた
めに、本発明の電気鉄道の給電方法においては、３相系
統電源に接続されたスコット結線変圧器の１次側に、電
力エネルギの貯蔵と放出とに可逆的に設定されるエネル
ギ貯蔵装置を設け、前記１次側の３相電力の潮流の向き
及び大きさを検出し、鉄道線路の回生エネルギに基づく
前記１次側の３相電力の上流側への逆流検出時、貯蔵装
置を貯蔵に設定して回生エネルギを蓄え、鉄道線路の負
荷増加に基づく前記１次側の３相電力の下流側への給電
増加検出時、貯蔵装置を放出に設定して貯蔵エネルギを
前記１次側に供給する。

【００１２】また、３相系統電源の不平衡の改善も行う
ときは、スコット結線変圧器の１次側の３相電力の潮流
の向き及び大きさを相毎に検出し、前記１次側の３相電
力の上流側への逆流検出時，下流側への給電増加検出時
に、エネルギ貯蔵装置の貯蔵量，放出量を各相の潮流の
大きさに応じて相毎に調整する。

【００１３】

【作用】前記のように構成された本発明の給電方法の場
合、下流の鉄道負荷で発生した回生エネルギは、このエ
ネルギの余剰分の上流側への逆流の検出によりエネルギ
貯蔵装置に貯蔵される。

【００１４】また、鉄道負荷の需要エネルギの増大時
は、この増大に伴う３相電力の給電増加検出によりエネ
ルギ貯蔵装置から貯蔵エネルギが放出され、蓄えられた
回生エネルギで３相電力が補われる。

【００１５】そして、回生エネルギを蓄えて必要なとき
に有効に利用するため、従来のような回生エネルギの発
生制限及び抵抗器での浪費が不要になり、回生エネルギ
の有効な利用が可能になり、同時に前記需要エネルギの
増大時の３相系統電源の電圧変動も防止できる。

【００１６】また、回生エネルギを貯蔵するときに、そ
のエネルギの逆流に基づく１次側の３相電力の変動を相
毎に検出して貯蔵量を相毎に調整し、蓄えた回生エネル
ギを放出するときにも、１次側の３相電力の変動を相毎
に検出して放出量を相毎に調整すると、単相負荷構成の
車両の運行に伴う３相系統電源の不平衡も改善される。

【００１７】

【実施例】実施例について、図１及び図２を参照して説
明する。 （１実施例）まず、１実施例について、図１を参照して
説明する。同図において、図３と同一符号は同一もしく
は相当するものを示し、６ａは変圧器２の１次側に設け
られた電動発電機構成のエネルギ貯蔵装置、７は変圧器
２の１次側電力の潮流の向き及び大きさを検出する潮流
検出器である。

【００１８】そして、貯蔵装置６ａはエネルギ蓄積用の
電動発電機８及びインバータ，コンバータに可逆的に切
換わる２台の電力変換器９，１０，制御器１１により構
成される。また、回生車両５’は回生エネルギの発生が
制限されず、従来の抵抗器Ｒも搭載していない。

【００１９】そして、回生車両５’が発生した回生エネ
ルギは図１の実線矢印に示すように同じき電区間の他の
車両５により利用されて消費されるとともに、残りの余
剰分が変圧器２の２次側から１次側に逆流する。さら
に、潮流検出器７は変圧器２の１次側の電流，電圧の大
きさ及びその変化から１次側の３相電力の潮流の大きさ
及び向きを常時監視し、監視結果を貯蔵装置６ａの制御
器１１に供給する。

【００２０】そして、制御供給１１は系統電源１から変
圧器２の１次側への３相電力の潮流（以下順流という）
が設定された下限値に低下し、回生エネルギによる逆流
検出時になると、電力変換器９，１０をインバータ，コ
ンバータそれぞれに切換えるとともに電動発電機８を電
動機にし、貯蔵装置６ａをエネルギ貯蔵にする。

【００２１】そのため、回生エネルギの余剰分に基づく
３相電力は、電力変換器９，１０を介して電動発電機８
に運動エネルギとして貯蔵される。そして、この貯蔵に
より変圧器２の１次側の３相電力は、実際には逆流する
ことがなく、順流に保たれる。

【００２２】つぎに、加速車両の増大等により鉄道負荷
が増え、変圧器２の１次側の順流の３相電力が所定の上
限値より大きくなる給電増加検出時は、潮流検出器７の
検出結果に基づき制御器１１が電力変換器９，１０をコ
ンバータ，インバータに切換えるとともに電動発電機８
を発電機切換え、貯蔵装置６ａをエネルギ放出にする。

【００２３】そして、電動発電機８の発電エネルギを電
力変換器９，１０により３相電力に変換して変圧器２の
１次側に注入し、貯蔵した回生エネルギを利用して系統
電源１の供給電力の増大を抑制し、その電圧の低下変動
を防止する。

【００２４】（他の実施例）つぎに、他の実施例につい
て、図２を参照して説明する。同図において、６ｂは図
１の貯蔵装置６ａの代わりに設けられるエネルギ貯蔵装
置であり、貯蔵装置６ａと異なる点は、図１の電動発電
機８の代わりに超伝導コイル１２をエネルギの貯蔵に用
いる点である。また、１３は図１の電力変換器９，１０
に相当する電力変換器である。

【００２５】そして、回生エネルギに基づく変圧器２の
１次側の３相電力の逆流検出時は、制御器１１により電
力変換器１３が３相電力の吸収に制御され、貯蔵装置６
ｂがエネルギ貯蔵に設定され、回生エネルギが超伝導コ
イル１２に蓄えられる。

【００２６】また、変圧器２の１次側の３相電力の給電
増大時は、電力変換器１３が３相電力の放出に制御さ
れ、貯蔵装置６ｂがエネルギ放出に設定されて超伝導コ
イル１２のエネルギが３相電力に変換されて変圧器２の
１次側に注入される。したがって、この実施例の場合も
１実施例と同様の効果が得られる。

【００２７】ところで、前記両実施例において、潮流検
出器７に３相電力の相毎の検出部を設けるとともに、貯
蔵装置６ａ，６ｂに電力変換器９，１０又は１３を相毎
に設け、制御器１１により回生エネルギの貯蔵量，放出
量を相毎に調整してもよい。この場合、変圧器２の１次
側の３相電力の変動がエネルギ貯蔵装置６ａ，６ｂによ
り相毎に補正され、単相変動負荷である車両５，５’の
運行に伴う系統電源１の３相不平衡も改善される利点が
ある。

【００２８】

【発明の効果】本発明は、以上説明したように構成され
ているため、以下に記載する効果を奏する。まず、請求
項１の構成の場合は、下流の鉄道負荷で発生した回生エ
ネルギは、このエネルギの余剰分に基づくスコット結線
変圧器２の１次側の３相電力の逆流検出によりエネルギ
貯蔵装置６ａ，６ｂに貯蔵され、鉄道負荷の需要エネル
ギの増大時は、この増大に伴う３相電力の給電増加の検
出によりエネルギ貯蔵装置６ａ，６ｂから貯蔵エネルギ
が放出され、蓄えられた回生エネルギで３相電力が補わ
れる。

【００２９】そして、回生エネルギを蓄えて必要なとき
に有効に利用するため、従来のような回生エネルギの発
生制限及び抵抗器での浪費が不要になり、回生エネルギ
の有効な利用が可能になり、同時に、前記需要エネルギ
の増大時の３相系統電源１の電圧変動も防止でき、従来
の大規模なコンデンサ設備を省くことができる。

【００３０】また、請求項２の構成の場合は、回生エネ
ルギを貯蔵するときに、そのエネルギの逆流に基づく変
圧器２の１次側の３相電力の変動を相毎に検出して貯蔵
量を相毎に調整し、蓄えた回生エネルギを放出するとき
にも、１次側の３相電力の変動を相毎に検出して放出量
を相毎に調整するため、系統電源１の不平衡も改善でき
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の電気鉄道の給電方法の１実施例の構成
図である。

【図２】本発明の他の実施例の一部の構成図である。

【図３】従来例の構成図である。

【符号の説明】

１ ３相系統電源 ２ スコット結線変圧器 ６ａ，６ｂ エネルギ貯蔵装置

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ３相系統電源をスコット結線変圧器によ
   り単相電源に変換してき電する電気鉄道の給電方法にお
   いて、 前記スコット結線変圧器の１次側に、電力エネルギの貯
   蔵と放出とに可逆的に設定されるエネルギ貯蔵装置を設
   け、 前記１次側の３相電力の潮流の向き及び大きさを検出
   し、 負荷側で発生した回生エネルギに基づく前記１次側の３
   相電力の上流側への逆流検出時、前記貯蔵装置を貯蔵に
   設定して前記回生エネルギを蓄え、 負荷増大に基づく前記１次側の３相電力の下流側への給
   電増加検出時、前記貯蔵装置を放出に設定して貯蔵エネ
   ルギを前記１次側に供給することを特徴とする電気鉄道
   の給電方法。
2. 【請求項２】 スコット結線変圧器の１次側の３相電力
   の潮流の向き及び大きさを相毎に検出し、 前記１次側の３相電力の上流側への逆流検出時，下流側
   への給電増加検出時に、エネルギ貯蔵装置の貯蔵量，放
   出量を各相の潮流の大きさに応じて相毎に調整し、上流
   側の不平衡を改善することを特徴とする請求項１記載の
   電気鉄道の給電方法。