KR20190102963A - 전력 공급 시스템 및 동 시스템의 제어 방법 - Google Patents

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즈또무 미야우찌
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히로따까 다까하시
마꼬또 하시모또
고따 미나미노소노
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히가시니혼료카쿠데츠도 가부시키가이샤
가부시키가이샤 히타치세이사쿠쇼
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Abstract

최저 가선 전압을 보상함과 함께, 변전소의 대체로 되는 축전 장치의 용량을 억제한다.
동일 가선에 전력을 공급하는 인접하는 제1 및 제2 변전소의 사이의 어느 것인가에 설치되는 축전 장치와 당해 축전 장치를 제어하는 전력 변환 장치를 포함하는 전력 공급 시스템에 있어서, 전력 변환 장치는, 가선으로부터 전력 공급을 받아서 주행하는 1개 이상의 열차의 위치와, 당해 전력 변환 장치의 상기 가선 상의 위치와, 축전 장치의 충전량을 기초로 축전 장치의 충방전을 제어한다.

Description

전력 공급 시스템 및 동 시스템의 제어 방법{POWER SUPPLY SYSTEM AND METHOD FOR CONTROLLING THE SYSTEM}
본 발명은 대체로, 축전 장치의 충방전 제어에 관한 것으로서, 특히, 가선에 전력을 공급하는 변전소의 대체로서의 축전 장치의 충방전 제어에 관한 것이다.
전력 공급을 행하기 위한 설비인 변전소를 설치하기 위해서는, 그 근처의 수전 변전소로부터 전력선을 끄는 등의 비용이 드는 동시에, 전력선의 메인터넌스가 필요해진다. 이 메인터넌스를 없애기 위해서, 변전소의 대체로서 축전 장치를 사용한 배터리 포스트가 생각된다. 이 제어 방법의 예로서, 특허문헌 1에 개시된 방법은, 축전 장치의 충전량과 그 양 옆에 있는 변전소로부터 배터리 포스트 방면에 흐르는 전류값을 기초로 충방전을 제어한다.
일본 특허 공개 제2009-067205호 공보
그러나, 특허문헌 1에서 설명하고 있는 방법은, 양옆에 있는 변전소의 전류값을 기초로 축전 장치의 충방전을 제어하고 있기 때문에, 배터리 포스트로부터 이격된 장소에 대해서도 배터리 포스트로부터 전력을 공급하는 경우가 있다. 배터리 포스트로부터의 공급 범위가 넓으면 넓을수록 필요로 하는 축전 장치의 용량은 증대하게 된다.
본 발명의 목적은, 최저 가선 전압을 보상하면서, 변전소의 대체로 되는 축전 장치의 용량을 억제하는 것이다.
본 발명은 상기 목적을 달성하기 위해서, 동일 가선에 전력을 공급하는 인접하는 제1 및 제2 변전소의 사이의 어느 것인가에 설치되는 축전 장치와 당해 축전 장치를 제어하는 전력 변환 장치를 포함하는 전력 공급 시스템에 있어서, 전력 변환 장치는, 가선으로부터 전력 공급을 받아서 주행하는 1개 이상의 열차의 위치와, 당해 전력 변환 장치의 상기 가선 상의 위치와, 축전 장치의 충전량을 기초로 축전 장치의 충방전을 제어한다.
최저 가선 전압을 보상함과 함께, 변전소의 대체로 되는 축전 장치의 용량을 억제하는 것이 가능하게 된다.
도 1은 실시예 1에 있어서의 전력 공급 시스템을 포함한 철도 시스템의 개요도.
도 2는 실시예 1에 있어서의 전력 변환 장치(103)의 구성예를 도시하는 도면.
도 3은 실시예 1에 있어서의 충방전 판정부(203)의 처리 플로우를 도시하는 도면.
도 4는 축전 장치와 충전 개시 전압의 관계의 일례를 도시하는 도면.
도 5는 실시예 1에 있어서의 전력 변환 동작부(204)의 처리 테이블을 도시하는 도면.
도 6은 실시예 2에 있어서의 전력 변환 장치(603)의 구성예를 도시하는 도면.
도 7은 실시예 2에 있어서의 충방전 판정부(601)의 처리 플로우를 도시하는 도면.
도 8은 전력 변환 장치(603)로부터의 거리와 방전 개시 전압의 관계의 일례를 도시하는 도면.
도 9는 실시예 2에 있어서의 전력 변환 동작부(602)의 처리 테이블을 도시하는 도면.
도 10은 실시예 3에 있어서의 전력 변환 장치(1013)의 구성예를 도시하는 도면.
도 11은 실시예 3에 있어서의 충방전 판정부(1002)의 처리 플로우를 도시하는 도면.
도 12는 실시예 3에 있어서의 충방전 판정부(1002)의 처리의 영역 맵의 일례를 도시하는 도면.
도 13은 실시예 3에 있어서의 전력 변환 동작부(1003)의 처리 테이블을 도시하는 도면.
도 14는 당해 구간에 있어서의 열차(105A), 변전소(102A 및 102B), 전력 변환 장치(1013)의 전압 관계의 일례를 도시하는 도면.
도 15는 당해 구간에 있어서의 열차(105A), 변전소(102A 및 102B), 전력 변환 장치(1013)의 전기 회로의 일례를 도시하는 도면.
도 16은 실시예 4에 있어서의 전력 변환 장치(1603)의 구성예를 도시하는 도면.
도 17은 실시예 4에 있어서의 주행 패턴(1651)의 일례를 도시하는 도면.
도 18은 실시예 4에 있어서의 충방전 판정부(1602)의 처리 플로우를 도시하는 도면.
이하의 설명에 있어서, 「기억부」는, 1개 이상의 메모리를 포함한다. 기억부에 있어서의 적어도 하나의 메모리는, 휘발성 메모리여도 되고 불휘발성 메모리여도 된다.
또한, 이하의 설명에 있어서, 「프로세서부」는, 1개 이상의 프로세서이다. 적어도 하나의 프로세서는, 전형적으로는, CPU(Central Processing Unit)와 같은 마이크로프로세서이지만, GPU(Graphics Processing Unit)와 같은 다른 종의 프로세서여도 된다. 적어도 하나의 프로세서는, 처리의 일부 또는 전부를 행하는 하드웨어 회로(예를 들어 FPGA(Field-Programmable Gate Array) 또는 ASIC(Application Specific Integrated Circuit))와 같은 광의의 프로세서여도 된다.
또한, 이하의 설명에 있어서, 「kkk부」(기억부 및 프로세서부를 제외한다)의 표현으로 기능을 설명하는 경우가 있는데, 기능은, 1개 이상의 컴퓨터 프로그램이 프로세서부에 의해 실행됨으로써 실현되어도 되고, 1개 이상의 하드웨어 회로에 의해 실현되어도 된다. 각 기능의 설명은 일례이며, 복수의 기능이 하나의 기능으로 통합되거나, 하나의 기능이 복수의 기능으로 분할되거나 해도 된다.
또한, 이하의 설명에 있어서, 「열차」는, 편성된 1개 이상의 철도 차량(이하, 차량)을 포함한다.
[실시예 1]
도 1은, 본 발명의 실시예 1에 있어서의 전력 공급 시스템을 포함한 철도 시스템의 개요를 도시한다.
동일 가선(101)에 전력을 공급하는 인접하는 변전소(102A)와 변전소(102B)의 사이에 전력 공급 시스템(100)이 설치된다. 전력 공급 시스템(100)은 회생 전력 저장 장치라고 불려도 되고, 배터리 포스트라고 불려도 된다. 전력 공급 시스템(100)은 가선(101)과의 사이에서 전력의 수수를 행하는 전력 변환 장치(103)와, 전력 변환 장치(103)의 제어 하에서 전력 변환 장치(103)를 통하여 충방전을 행하는 축전 장치(104)를 포함한다. 또한, 가선(101)으로부터 전력 공급을 받아서 주행하는 열차(105A 및 105B)(1 이상의 열차의 일례)가 있다.
전력 변환 장치(103)는 열차(105A)의 가선(101) 상의 열차 위치 Ta 및 열차(105B)의 가선(101) 상의 열차 위치 Tb 및 축전 장치(104)의 충전량 Qb를 기초로 축전 장치(104)의 충방전을 제어한다. 예를 들어, 전력 변환 장치(103)는 변전소(102A)(제1 변전소의 일례)의 가선(101) 상의 위치 Pa와, 변전소(102B)(제2 변전소의 일례)의 가선(101) 상의 위치 Pb와, 전력 변환 장치(103)의 가선(101) 상의 위치 Pc에 대한, 상대적인, 열차(105A 및 105B)의 가선(101) 상의 열차 위치 Ta 및 Tb를 기초로, 축전 장치(104)의 충방전을 제어한다.
전력 변환 장치(103)의 구성예에 대하여 도 2를 사용하여 설명한다.
전력 변환 장치(103)는 전력 변환 장치(103)의 가선(101) 상의 위치 Pc를 나타내는 정보의 소스인 데이터 소스(201)와, 축전 장치(104)의 충전량 Qb를 기초로 방전 판정 지표인 방전 판정 거리 Lx를 결정하는 충방전 지표 결정부(202)와, 열차 위치 Ta 및 Tb와, 충전량 Qb와, 전력 변환 장치의 위치 Pc와, 방전 판정 거리 Lx를 기초로, 축전 장치(104)의 충방전 명령(253)을 결정하는 충방전 판정부(203)와, 충방전 명령(253)을 기초로 당해 전력 변환 장치(103)의 동작을 결정하는 전력 변환 동작부(204)를 포함하고 있다.
데이터 소스(201)는 기억부의 일부여도 되고, 외부의 장치와 통신하는 통신 인터페이스여도 된다. 데이터 소스(201)로부터 전력 변환 장치(103)의 위치 Pc를 나타내는 정보가 충방전 판정부(203)에 입력된다. 또한, 본 발명에서는 데이터 소스 대신에 데이터베이스를 사용해도 된다.
충방전 지표 결정부(202)에서 결정되는 방전 판정 거리 Lx는, 주행하는 열차(105A 및 105B)의 전압을 미리 규정한 값 이상으로 유지하는 구간이며, 전력 변환 장치(103)의 위치 Pc로부터의 거리라 정의한다. 방전 판정 거리 Lx는, 예를 들어, 전력 변환 장치(103)의 양 옆에 있는 변전소(102A 및 102B)의 성능으로부터 결정된다. 충방전 지표 결정부(202)는 변전소(102A) 및 변전소(102B)의 정류기 용량 Ia 및 Ib와, 전력 변환 장치(103)의 출력 가능한 전류 Ix와, 전력 변환 장치(103)의 위치 Pc와 변전소(102A)의 위치 Pa 간의 거리 La와, 전력 변환 장치(103)의 위치 Pc와 변전소(102B)의 위치 Pb 간의 거리 Lb를 기초로, 수학식 1을 사용하여 계산한다. 또한, 수학식 1에 있어서의 변수는, 데이터 소스(201)로부터 충방전 지표 결정부(202)에 입력되어도 된다.
Figure pat00001
거리 La를, 위치 Pa와 위치 Pc 간의 저항이라 간주하고, 거리 Lb를, 위치 Pb와 위치 Pc 간의 저항값으로 간주할 수 있다. 수학식 1에 의하면, 변전소(102A)측의 전압 배분과 변전소(102B)측의 전압 배분 중 큰 쪽이 채용된다. 결과적으로, 전력 변환 장치 위치 Pc로부터의 방전 판정 거리 Lx는, 변전소(102A)측에 대해서도, 변전소(102B)측에 대해서도 공통이다. 또한, 방전 판정 거리 Lx는, 변전소(102A)측과 변전소(102B)측에서 상이해도 된다. 방전 판정 거리 Lx는, 수학식 1이 나타내는 정의 대신에, 예를 들어, 변전소(102A)측에 대해서는 수학식 1의 좌측, 변전소(102B)측에 대해서는 수학식 1의 우측이 채용되어도 된다. 또한, 예를 들어, 방전 판정 거리 Lx는, 변전소(102A)측에 대해서는 전력 변환 장치(103)의 위치 Pc와 변전소(102A)의 위치 Pa 간의 거리의 절반, 변전소(102B)측에 대해서는 전력 변환 장치(103)의 위치 Pc와 변전소(102B)의 위치 Pb 간의 거리의 절반이어도 된다(또한, 이와 같이, 방전 판정 거리 Lx가 미리 정해져 있는 경우, 충방전 지표 결정부(202)는 방전 판정 거리 Lx의 데이터 소스여도 된다). 또한, 노선의 지금까지 주행 이력으로부터 방전 판정 거리 Lx가 정해져도 된다.
이어서, 충방전 판정부(203)의 처리에 대하여 도 3을 사용하여 설명한다. 도 3의 처리는, 주기적으로(예를 들어 5초 간격으로) 행하여진다.
스텝 301에서는, 충방전 판정부(203)는 가선(101) 상의 열차 위치와 전력 변환 장치(103)의 가선(101) 상의 위치 Pc와의 거리인 열차 거리 X를 산출한다. 또한, 열차가 복수인 경우에는, 복수의 열차 거리(예를 들어, 열차 위치 Ta와 위치 Pc 간의 거리와, 열차 위치 Tb와 위치 Pc 간의 거리) 중에서 가장 작은 값이, 스텝 301에서 산출된 열차 거리 X로 된다. 다음으로 처리가 스텝 302로 진행한다. 또한, 열차 위치는, 열차의 진행 방향에 관계 없이 열차에 있어서의 소정의 차량의 위치(가선(101) 상의 위치)로 되어도 되고, 열차의 진행 방향에 따른 차량의 위치로 되어도 된다. 또한, 열차 위치의 검출은, 기지의 방법에 의해 검출 가능하다. 예를 들어, 열차 위치는, GPS(Global Positioning System)를 기초로 검출되어도 되고, 속도 발전기를 기초로 검출되어도 된다.
스텝 302에서는, 충방전 판정부(203)는 전력 변환 장치(103)의 전압 Vx를 구한다(검출한다). 다음으로 처리가 스텝 303으로 진행한다.
스텝 303에서는, 충방전 판정부(203)는 스텝 301에서 산출한 열차 거리 X가 방전 판정 거리 Lx 이하인지를 판정한다. 이 판정 결과가 참("예")이라면 처리가 스텝 304로 진행한다. 이 판정 결과가 거짓("아니오")이라면 처리가 스텝 305로 진행한다.
스텝 304에서는, 충방전 판정부(203)는 충방전 명령(253)을 방전 명령으로 하여 방전 명령을 출력한다. 이상으로 처리가 종료로 된다.
스텝 305에서는, 충방전 판정부(203)는 충전량 Qb에 따른 전압이며 충전 개시의 기준 전압인 충전 개시 전압 Vc를 산출한다. 이 산출 방법은 후술한다. 다음으로 처리가 스텝 306으로 진행한다.
스텝 306에서는, 충방전 판정부(203)는 스텝 302에서 구한 전압 Vx가 스텝 305에서 산출한 충전 개시 전압 Vc 이상인지를 판정한다. 이 판정 결과가 "예"라면 처리가 스텝 307로 진행한다. 이 판정 결과가 "아니오"라면 처리가 스텝 308로 진행한다.
스텝 307에서는, 충방전 판정부(203)는 충방전 명령(253)을 충전 명령으로 하여 충전 명령을 출력한다. 이상으로 처리가 종료로 된다.
스텝 308에서는, 충방전 판정부(203)는 충방전 명령(253)을 충방전하지 않는 것으로 한다(충방전하지 않는 명령인 비충방전 명령을 출력한다). 이상으로 처리가 종료로 된다.
도 4는, 도 3의 스텝 305의 처리에서 사용되는 특성의 예를 도시하는 도면이다.
축전 장치(104)의 사용 범위의 최솟값과 최댓값 중에 있는 SOC_a, SOC_b에 대한 충전 개시 전압 Vc를 Vc_a, Vc_b로 했을 때, SOC_a<SOC_b인 경우, Vc_a≤Vc_b가 되도록 Vc가 설정된다. 또한, 본 도면에서는, Vc_a<Vc_b로 되어 있지만, Vc_a=Vc_b로 해도 문제는 없다. 스텝 305에서는, 충방전 판정부(203)는 이 특성을 사용하여 축전 장치(104)의 충전량 Qb로부터 충전 개시 전압 Vc를 산출한다.
다음으로 전력 변환 동작부(204)의 처리에 대하여 도 5를 사용하여 설명한다.
충방전 명령(253)이 방전 명령인 경우, 전력 변환 동작부(204)는 축전 장치(104)로부터 전류 A를 방전하도록 제어한다. 전류 A는, 최대 방전 전류여도 된다. 또는, 충방전 지표 결정부(202)에 있어서 결정된 방전 판정 거리 Lx의 사이, 최저 전압을 보상할 수 있도록 전류 A가 설정되면 되고, 예를 들어, 수학식 1을 사용하여 방전 판정 거리 Lx를 산출한 것이라면, 전력 변환 장치(103)의 출력 가능한 전류 Ix가 전류 A여도 된다. 또한, 열차 위치는 시시각각 변화하고, 도 3의 처리는 주기적으로 행하여지므로, 결국에 스텝 303의 판단 결과가 "아니오"가 되고, 방전이 멈추게 된다.
충방전 명령(253)이 충전 명령인 경우, 전력 변환 동작부(204)는 전력 변환 장치(103)의 전압 Vx가 충전 개시 전압 Vc로 되도록 충전 전류를 제어한다.
충방전 명령(253)이 아무것도 하지 않는다(비충방전 명령)인 경우, 전력 변환 동작부(204)는 동작하지 않는다.
이상, 실시예 1에 의하면, 열차 거리 X가 방전 판정 거리 Lx 이하인 경우에, 축전 장치(104)로부터 방전이 된다. 즉, 축전 장치(104)로부터의 방전은, 전력 변환 장치(103)의 위치 Pc로부터 가까운 위치에 열차가 있을 때에 한정된다. 이와 같이, 축전 장치(104)의 방전 범위를, 가선 전압으로서 최저 보상해야 할 범위로 한정하면서, 축전 장치(104)의 용량 저감 및 슬림화를 도모할 수 있다. 또한, 슬림화에 의해 협애한 지역에 있어서도 설치하는 것이 가능해진다는 효과를 만들어 낼 수도 있다.
또한, 실시예 1에 의하면, 열차 거리 X로서, 복수의 열차 위치 중 최솟값이 채용된다. 이에 의해, 어느 것인가의 열차에 대응한 열차 거리가 방전 판정 거리 Lx 이하가 되면, 열차 거리가 방전 판정 거리 Lx보다 큰(방전 범위의 밖에 있는) 열차도, 축전 장치(104)의 방전 전력의 공급을 받을 수 있다.
또한, 실시예 1에 의하면, 축전 장치(104)의 충전이, 축전 장치(104)의 충전량 Qb를 기초로 제어된다. 이에 의해, 적절한 충전량을 축전 장치(104)의 사용 범위 내에서 유지할 수 있다. 구체적으로는, 실시예 1에 의하면, 모든 열차가 방전 범위의 밖에 있고, 전력 변환 장치(103)의 전압 Vx가, 충전 개시 전압 Vc 이상이 된 경우에, Vx가 Vc로 되도록 충전 전류가 제어된다. 이에 의해, 어느 것인가의 열차가 방전 범위에 들어갈 때에 대비하여 적절한 충전을 행할 수 있다.
[실시예 2]
실시예 2를 설명한다. 그 때, 실시예 1과의 상위점을 주로 설명하고, 실시예 1과의 공통점에 대해서는 설명을 간략 또는 생략한다.
도 6은, 실시예 2에 있어서의 전력 변환 장치(603)의 구성예를 도시하는 도면이다.
전력 변환 장치(603)는 충방전 판정부(203) 대신에 충방전 판정부(601)를 갖고, 전력 변환 동작부(204) 대신에 전력 변환 동작부(602)를 갖는다.
충방전 판정부(601)의 처리 플로우를 도 7에 도시하였다. 또한, 스텝 701 내지 703, 스텝 708 내지 711에 대해서는, 스텝 301 내지 303, 스텝 305 내지 308과 동일 처리이기 때문에, 설명을 생략한다.
스텝 703의 판정 결과가 "예"라면 처리가 스텝 704로 진행한다.
스텝 704에서는, 충방전 판정부(601)는 열차 거리 X에 따른 방전 개시 전압 Vd를 산출한다. 이 산출 방법은 후술한다. 다음으로 처리가 스텝 705로 진행한다. 또한, 복수의 열차가 있는 경우, 열차 거리 X는, 복수의 열차 위치 중 최솟값이다.
스텝 705에서는, 충방전 판정부(601)는 전력 변환 장치(103)의 전압 Vx가 스텝 704에서 산출한 방전 개시 전압 Vd 이하인지를 판정한다. 이 판정 결과가 "예"라면 처리가 스텝 706으로 진행한다. 이 판정 결과가 "아니오"라면 처리가 스텝 707로 진행한다.
스텝 706에서는, 충방전 판정부(601)는 충방전 명령(253)을 방전 명령으로 하여 방전 명령을 출력한다. 이상으로 처리가 종료로 된다.
스텝 707에서는, 충방전 판정부(601)는 충방전 명령(253)을 충방전하지 않는 것으로 한다. 이상으로 처리가 종료로 된다.
도 8은, 도 7의 스텝 705의 처리에서 사용되는 특성의 예를 도시하는 도면이다.
이 특성은, 궤전 저항에 의존하는 형태로 정할 수 있고, 축전 장치(104)(전력 변환 장치(103))와 열차와의 거리인 열차 거리에 따라 방전 개시 전압 Vd를 변경하는 것을 의미하고 있다. 방전 범위(위치 Pc로부터, 시스템으로서 최저 전압 을 보상하고자 하는 거리인 방전 판정 거리 Lx까지의 범위) 내에 열차가 존재하고, 최저 전압을 유지하기 위하여 필요한 방전 개시 전압 Vd를 정한다. 이 특성으로 방전함으로써 최저 전압을 반드시 보상할 수 있음과 함께, 전력 변환 장치(103)의 전압 Vx가 Vd보다도 높은 경우에는 방전을 하지 않고 충전량을 유지하는 것이 가능하게 된다. 이 특성에 의하면, 열차 위치가 전력 변환 장치(103)의 위치 Pc와 겹쳐 있는(즉 열차 거리가 0인) 경우의 방전 개시 전압을 보상하는 최저 전압으로 하고, 위치 Pc로부터 이격됨에 따라 방전 개시 전압이 높아진다. 스텝 705에서는, 이 특성을 사용하여, 충방전 판정부(601)는 열차 거리 X를 기초로, 방전 개시 전압 Vd를 산출한다. 예를 들어, 이 특성을 나타내는 정보가 데이터 소스(201)로부터 충방전 판정부(601)에 입력되어도 된다.
이어서, 전력 변환 동작부(602)의 처리에 대하여 도 9를 사용하여 설명한다.
충방전 명령(253)이 방전 명령인 경우, 전력 변환 동작부(602)는 전력 변환 장치(603)의 전압 Vx가 방전 개시 전압 Vd로 되도록 방전 전류를 제어한다.
충방전 명령(253)이 충전 명령인 경우, 전력 변환 동작부(602)는 전력 변환 장치(603)의 전압 Vx가 충전 개시 전압 Vc로 되도록 충전 전류를 제어한다.
충방전 명령(253)이 아무것도 하지 않는 경우, 전력 변환 동작부(602)는 동작하지 않는다.
이상, 실시예 2에 의하면, 축전 장치(104)의 방전 범위를, 가선 전압으로서 최저 보상해야할 범위로 한정함과 함께, 당해 구간의 전압 상태를 고려하여 정말로 필요할 때에만 한정하는 것이 가능하게 되어, 축전 장치(104)의 한층 더 용량 저감 및 슬림화를 도모할 수 있다. 또한, 슬림화에 의해 협애한 지역에 있어서도 설치하는 것이 가능해진다는 효과를 만들어 낼 수도 있다.
[실시예 3]
실시예 3을 설명한다. 이 때, 실시예 2와의 상위점을 주로 설명하고, 실시예 2와의 공통점에 대해서는 설명을 간략 또는 생략한다.
도 10은, 실시예 3에 있어서의 전력 변환 장치(1013)의 구성예를 도시하는 도면이다.
전력 변환 장치(1013)는 데이터 소스(201) 대신에 데이터 소스(1001)를 갖고, 충방전 판정부(601) 대신에 충방전 판정부(1002)를 갖고, 전력 변환 동작부(602) 대신에 전력 변환 동작부(1003)를 갖는다.
데이터 소스(1001)는 전력 변환 장치(1013)의 위치 Pc를 나타내는 정보 외에, 변전소(102A 및 102B)의 위치 Pa 및 Pb를 나타내는 정보와, 당해 구간의 궤전 저항 R(예를 들어, Pa와 Pc 간의 궤전 저항 R1, 및 Pc와 Pb 간의 궤전 저항 Rx)을 나타내는 정보와, 열차 주행 시에 공급하는 예정의 전력량 Qt를 나타내는 정보를 출력한다. 충방전 판정부(1002)는 열차 위치 Ta 및 Tb와, 충전량 Qb와, 전력 변환 장치(1013)의 위치 Pc와, 방전 판정 거리 Lx를 기초로, 축전 장치(104)의 충방전 명령(253)을 결정한다. 전력 변환 동작부(1003)는 열차 위치 Ta 및 Tb와, 전력 변환 장치(1013)의 위치 Pc와, 충방전 명령(253)과, 변전소(102A 및 102B)의 위치 Pa 및 Pb와, 그 구간의 궤전 저항 R을 기초로, 전력 변환 장치(1013)의 동작을 결정한다.
충방전 판정부(1002)의 처리를 도 11에 도시한다. 또한, 스텝 1101 내지 1107에 대해서는, 701 내지 707과 동일 처리이기 때문에, 설명을 생략한다.
스텝 1103의 판정 결과가 "아니오"라면 처리가 스텝 1108로 진행한다.
스텝 1108에서는, 충방전 판정부(1002)는 열차가 주행하고 있는 동안에 축전 장치(104)로부터 공급하는 전력량 Qt를 데이터 소스(1001)로부터 판독하고, (축전 장치(104)의 사용 범위의 최솟값)+전력량 Qt=필요한 목표 충전량 Qc를 산출한다. 다음으로 처리가 스텝 1109로 진행한다.
스텝 1109에서는, 충방전 판정부(1002)는 현재의 충전량 Qb가 스텝 1108에서 산출한 목표 충전량 Qc 미만인지를 판정한다. 이 판정 결과가 "예"라면 처리가 스텝 1110으로 진행한다. 이 판정 결과가 "아니오"라면 처리가 스텝 1111로 진행한다.
스텝 1110에서는, 충방전 판정부(1002)는 충방전 명령(253)을 강제 충전 명령으로 하여, 강제 충전 명령을 출력한다. 이 강제 충전을 행함으로써, 다음 방전 타이밍에서 방전을 행할 수 있도록 축전 장치의 충전량을 제어하는 것이 가능하게 된다. 이상으로 처리가 종료로 된다.
스텝 1111에서는, 충방전 판정부(1002)는 충전량 Qb에 따른 충전 개시 전압 Vc를 산출한다. 이 처리는, 도 3의 스텝 305과 동일하다. 다음으로 처리가 스텝 1112로 진행한다.
스텝 1112에서는, 충방전 판정부(1002)는 현재의 충전량 Qb가 축전 장치(104)의 사용 범위의 최댓값 미만, 또한, 전력 변환 장치(1013)의 전압 Vx가 스텝 1111에서 산출한 충전 개시 전압 Vc 이상인지를 판정한다. 이 판정 결과가 "예"라면 처리가 스텝 1113으로 진행한다. 이 판정 결과가 "아니오"라면 처리가 스텝 1114로 진행한다.
스텝 1113에서는, 충방전 판정부(1002)는 충방전 명령(253)을 충전 명령으로 하여 충전 명령을 출력한다. 이상으로 처리가 종료로 된다.
스텝 1114에서는, 충방전 판정부(1002)는 충방전 명령(253)을 충방전하지 않는 것으로 한다. 이상으로 처리가 종료로 된다.
또한, 충방전 판정부(1002)의 처리는 도 12에 도시한 바와 같은 영역 맵에 기초하여 제어하는 것이어도 된다. 예를 들어, 도 12에 도시한 바와 같은 영역 맵을 나타내는 정보가 데이터 소스(1001)로부터 충방전 판정부(1002)에 판독되어도 된다. 도 12에 의하면, 충전량과 열차 거리와 충방전 명령의 관계가 정의되어 있다. 열차 거리 X가 방전 판정 거리 Lx 이하인 경우, 축전 장치(104)의 사용 범위(충전량의 범위)에서 방전이 행하여진다. 열차 거리 X가 방전 판정 거리 Lx보다 길고, 축전 장치(104)의 충전량 Qb가 목표 충전량 Qc 미만인 경우, 강제 충전이 행하여진다. 열차 거리 X가 방전 판정 거리 Lx보다 길고, 축전 장치(104)의 충전량 Qb가 목표 충전량 Qc 이상인 경우(즉, 바로 충전을 필요로 하지 않는 경우), 회생 충전(차량의 회생에 의해 전압이 상승한 때에 충전)이 행하여진다.
이어서, 전력 변환 동작부(1003)의 처리에 대하여 도 13을 사용하여 설명한다.
충방전 명령(253)이 방전 명령인 경우, 전력 변환 동작부(1003)는 전력 변환 장치(1013)의 전압 Vx가 방전 개시 전압 Vd로 되도록 방전 전류를 제어한다.
충방전 명령(253)이 충전 명령인 경우, 전력 변환 동작부(1003)는 전력 변환 장치(1013)의 전압 Vx가 충전 개시 전압 Vc로 되도록 충전 전류를 제어한다.
충방전 명령(253)이 아무것도 하지 않는 경우, 전력 변환 동작부(1003)는 동작하지 않는다.
충방전 명령(253)이 강제 충전 명령인 경우, 전력 변환 동작부(1003)는 전력 변환 장치(1013) 또는 당해 구간에 존재하는 열차의 전압이 최저 전압 이상으로 되도록 충전 전류 Ie를 제어한다. 이 방법에 대하여 도 14를 사용하여 설명한다.
도 14는, 당해 구간에 있어서의 변전소(102A), 변전소(102B), 전력 변환 장치(1013) 및 열차(105A)의 전압의 관계의 일례를 도시하고 있다. 또한, 좌측으로부터 변전소(102A), 전력 변환 장치(1013), 열차(105A), 변전소(102B)의 순서로 배치 또는 존재하고 있다. 통상, 당해 구간(변전소(102A)와 변전소(102B) 간)에 있어서의 최저 전압은, 전력 공급을 받고 있는 전력 변환 장치(1013) 및 열차(105A) 중 어느 것이 된다. 도 14에서는, 열차(105A)가 변전소(102A) 및 변전소(102B)로부터 전력 공급을 받고 있고, 전력 변환 장치(1013)는 미동작의 상태를 나타내고 있기 때문에, 열차(105A)가 가장 전압이 낮아진다. 이 상태에 있어서, 전력 변환 장치(1013)를 동작시켜 축전 장치(104)에 충전을 행하고자 하면, 전력 변환 장치(1013)에 대하여 변전소(102A) 및 변전소(102B)로부터 전력 공급되는 것이기 때문에, 열차(105A) 및 전력 변환 장치(1013)의 전압 상태를 고려하여 충전 전류 Ie를 제어할 필요가 있다.
도 15에 도 14를 전기 회로로서 기술한 것을 나타낸다. 또한, 변전소(102A)의 전압을 V0, 변전소(102B)의 전압을 V1, 전력 변환 장치(1013)의 전압을 Vb, 열차(105A)의 전압을 Vt로 한다. 또한, 변전소(102A)의 위치 Pa와 전력 변환 장치(1013)의 위치 Pc 간의 거리를 기초로 산출한 궤전 저항을 R1, 전력 변환 장치(1013)의 위치 Pc와 열차(105A)의 위치 Ta와의 거리를 기초로 산출한 궤전 저항을 R2, 열차(105A)의 위치 Ta와 변전소(102B)의 위치 Pb와의 거리를 기초로 산출한 궤전 저항을 R3으로 한다. 또한, 전력 변환 장치(1013)에 흐르는 전류를 Ie, 열차(105A)에 흐르는 전류를 I2, 변전소(102B)로부터 흐르는 전류를 I3으로 한다. 이때, 변전소(102A)로부터 흐르는 전류 Ik는, 수학식 2와 같이 된다.
Figure pat00002
또한, 이하의 수학식 3 내지 수학식 5가 성립한다.
Figure pat00003
Figure pat00004
Figure pat00005
본 실시예에서 관측하고 있는 값은, R1, R2, R3, Ib, Vb이다. 따라서, Ie, Vb의 이력 정보를 사용하여 Vb, Vt를 예측한다(즉, 수학식 3 내지 수학식 5에 관계되는 값이 이력 정보(전압 이력 및 전류 이력)에 상당한다). Ie를 Ie_new로 변경했을 때의 Vb, Vt를 Vb_new, Vt_new로 한 경우, 이하의 수학식 6 내지 수학식 8이 성립한다.
Figure pat00006
Figure pat00007
Figure pat00008
또한, 실제로는 I2, R2, R3은 열차가 주행중이기 때문에 변동하지만, 순간적이면, 그 영향은 거의 없다.
수학식 3 내지 수학식 8을 변형하면, 수학식 9 및 수학식 10이 된다.
Figure pat00009
Figure pat00010
수학식 9 및 수학식 10에서, Vt_new, Vb_new가 최저 전압 이상이 되도록 전력 변환 장치(1013)에 흘리는 충전 전류 Ie를 결정하면 된다. 또한, V0을 상정할 수 있는 큰 값, 예를 들어 무부하 시 전압으로 함으로써 Vt_new, Vb_new 어느 쪽이든 가장 나쁜 평가가 가능하게 된다.
또한, 도시하고 있지 않지만, 변전소(102A) 및 변전소(102B)의 전압 상태를 외부의 장치와의 통신에 의해 입수하여 수학식 9 및 수학식 10에 사용하는 방법이어도 된다.
또한, 강제 충전 명령의 경우에, 도 13 내지 도 15에 도시한 가선을 경유하는 것이 아니라, 보다 상위의 변전 설비로부터 직접 충전하는 것이어도 된다.
이상, 실시예 3에 의하면, 축전 장치(104)의 방전 범위를, 가선 전압으로서 최저 보상 해야할 범위로 한정함과 함께, 당해 구간의 전압 상태를 고려하여 정말로 필요할 때에만 한정하는 것이 가능하게 된다. 또한, 축전 장치(104)의 충전을 원활하게 행하는 것이 가능하게 되어, 한층 더 용량 저감 및 슬림화를 도모할 수 있다. 또한, 슬림화에 의해 협애한 지역에 있어서도 설치하는 것이 가능해진다는 효과를 만들어 낼 수도 있다.
[실시예 4]
실시예 4를 설명한다. 이 때, 실시예 1과의 상위점을 주로 설명하고, 실시예 1과의 공통점에 대해서는 설명을 간략 또는 생략한다.
도 16은, 실시예 4에 있어서의 전력 변환 장치(1603)의 구성예를 도시한다.
전력 변환 장치(1603)는 구간 주행 패턴 소스(1601)를 더 갖고, 또한, 충방전 판정부(203) 대신에 충방전 판정부(1602)를 갖는다.
구간 주행 패턴 소스(1601)는 당해 구간을 주행하는 열차의 주행 패턴(1651)을 나타내는 정보의 소스이다. 구간 주행 패턴 소스(1601)는 예를 들어, 기억부의 일부여도 되고, 외부의 장치와 통신하는 통신 인터페이스여도 된다.
충방전 판정부(1602)는 열차 위치 Ta 및 Tb와, 충전량 Qb와, 전력 변환 장치(1603)의 위치 Pc와, 방전 판정 거리 Lx와, 주행 패턴(1651)을 기초로, 축전 장치(104)의 충방전 명령(253)을 결정한다.
도 17에 주행 패턴(1651)의 일례를 도시한다.
주행 패턴(1651)은 전력 변환 장치(1603)의 양 옆에 있는 변전소(102A)부터 변전소(102B)까지의 주행 패턴이다. 이 주행 패턴(1651)에서는, 변전소(102A)의 위치 Pa부터 위치 P1까지가 역행(力行), 위치 P1부터 위치 P2까지가 타행(惰行), 위치 P2부터 위치 P3까지가 역행, 위치 P3으로부터 역이 있는 위치 P4까지가 제동, 역이 있는 위치 P4부터 위치 P5까지가 역행, 위치 P5로부터 변전소(102B)의 위치 Pb까지가 타행으로 되어 있다.
또한, 주행 패턴(1651)은 도시하고 있지 않은 다이아를 관리하고 있는 시스템으로부터의 정보를 기초로 적시 변경되어도 된다. 또한, 전력 변환 장치(1603)는 구간 주행 패턴 소스(1601) 대신 노선 데이터 소스를 구비하고, 노선 데이터 소스로부터 입력되는 노선 데이터를 사용하여, 역으로부터 이격되거나 또는 제한 속도가 상위로 전환되는 부근에서 열차가 가속, 역 부근으로부터 역을 향하거나 또는 제한 속도가 하위로 전환되는 부근에서 열차가 감속한다는 상정을 한 주행 패턴을 상정하여 사용해도 된다.
충방전 판정부(1602)의 처리를 도 18에 도시하였다. 또한, 스텝 1801 내지 1803, 스텝 1807 내지 1810에 대해서는, 스텝 301 내지 303, 스텝 305 내지 308과 동일 처리이기 때문에, 설명을 생략한다.
스텝 1803의 판정 결과가 "예"라면 처리가 스텝 1804로 진행한다.
스텝 1804에서는, 충방전 판정부(1602)는 방전 판정 거리 Lx 이하의 열차 거리 X에 대응한 열차 위치에서의 주행이 역행(주행 상태가 역행 상태)인지 여부를 판정한다. 이 판정은, 본 실시예에서는 상술한 주행 패턴(1651)을 기초로 행하여지지만, 당해 열차 위치에 있는 열차로부터의 정보(주행 상태를 나타내는 정보)를 기초로 한다고 하는 다른 방법으로 판정이 행하여져도 된다. 이 판정 결과가 "예"라면 처리가 스텝 1805로 진행한다. 이 판정 결과가 "아니오"라면 처리가 스텝 1806으로 진행한다.
스텝 1805에서는, 충방전 판정부(1602)는 충방전 명령(253)을 방전 명령으로 하여 방전 명령을 출력한다. 이상으로 처리가 종료로 된다.
스텝 1806에서는, 충방전 판정부(1602)는 충방전 명령(253)을 충방전하지 않는 것으로 한다. 이상으로 처리가 종료로 된다.
이상, 실시예 4에 의하면, 열차 거리 X가 방전 판정 거리 Lx 이하이며 또한 당해 열차가 역행인 경우에 방전이 행하여진다. 이 때문에, 축전 장치(104)의 한층 더한 용량 저감 및 슬림화를 도모할 수 있다. 또한, 슬림화에 의해 협애한 지역에 있어서도 설치하는 것이 가능해진다는 효과를 만들어 낼 수도 있다.
이상, 몇 가지의 실시예를 설명했지만, 이들은 본 발명의 설명을 위한 예시이며, 본 발명의 범위를 이들 실시예에만으로 한정하는 취지가 아니다. 본 발명은 다른 다양한 형태로도 실행하는 것이 가능하다. 예를 들어, 실시예 4는, 실시예 1 대신에 또는 그에 추가로, 실시예 2 및 실시예 3의 어느 실시예와 조합해도 문제는 없다.
100: 전력 공급 시스템
103: 전력 변환 장치
104: 축전 장치

Claims (11)

  1. 동일 가선에 전력을 공급하는 인접하는 제1 및 제2 변전소의 사이의 어느 것인가에 설치되는 축전 장치와 상기 축전 장치를 제어하는 전력 변환 장치를 포함하는 전력 공급 시스템에 있어서,
    상기 전력 변환 장치는, 상기 가선으로부터 전력 공급을 받아서 주행하는 1개 이상의 열차의 상기 가선 상의 열차 위치와, 당해 전력 변환 장치의 상기 가선 상의 위치와, 상기 축전 장치의 충전량을 기초로, 상기 축전 장치의 충방전을 제어하는
    것을 특징으로 하는 전력 공급 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 전력 변환 장치는, 상기 1개 이상의 열차의 어느 것인가의 상기 가선 상의 열차 위치와 당해 전력 변환 장치의 상기 가선 상의 위치와의 거리인 열차 거리가, 당해 전력 변환 장치의 상기 가선 상의 위치로부터 소정의 거리인 방전 판정 거리 이하로 된 경우에, 상기 축전 장치로부터 방전을 하는
    것을 특징으로 하는 전력 공급 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 전력 변환 장치는, 상기 1개 이상의 열차의 모든 상기 열차 거리가 상기 방전 판정 거리보다 길고, 또한, 당해 전력 변환 장치의 전압이, 상기 축전 장치의 충전량으로부터 정해지는 충전 개시의 기준 전압인 충전 개시 전압 이상이 된 경우에, 상기 축전 장치에 충전을 하는
    것을 특징으로 하는 전력 공급 시스템.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 전력 변환 장치는, 또한, 상기 1개 이상의 열차의 상기 열차 거리 중 최소 거리에 따라 방전 개시의 기준이 되는 전압인 방전 개시 전압을 결정하고,
    당해 전력 변환 장치의 전압이 상기 방전 개시 전압 이하인 경우에, 상기 전력 변환 장치는, 상기 축전 장치로부터 방전을 하는
    것을 특징으로 하는 전력 공급 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 전력 변환 장치는, 상기 제1 변전소의 상기 가선 상의 위치인 제1 위치와, 상기 제2 변전소의 상기 가선 상의 위치인 제2 위치와, 당해 전력 변환 장치의 상기 가선 상의 위치인 제3 위치에 대한, 상기 1개 이상의 열차의 상기 가선 상의 열차 위치를 기초로, 상기 축전 장치의 충방전을 제어하는
    것을 특징으로 하는 전력 공급 시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 전력 변환 장치는, 상기 1개 이상의 열차의 어느 것인가의 상기 가선 상의 열차 위치와 당해 전력 변환 장치의 상기 가선 상의 위치와의 거리인 열차 거리가, 당해 전력 변환 장치의 상기 가선 상의 위치로부터 소정의 거리인 방전 판정 거리 이하로 된 경우에, 상기 축전 장치로부터 방전을 하는
    것을 특징으로 하는 전력 공급 시스템.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 전력 변환 장치는, 상기 1개 이상의 열차의 모든 상기 열차 거리가 상기 방전 판정 거리보다 길고, 또한, 상기 축전 장치의 충전량이 목표 충전량 미만인 경우에, 상기 축전 장치의 충전량이 상기 목표 충전량 이상이 될 때까지 상기 축전 장치에 충전을 하는 것을 특징으로 하는 전력 공급 시스템.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 전력 변환 장치는, 상기 충전을 위한 전류값을, 상기 제1 내지 제3 위치와, 상기 제1 내지 제3 위치에 대한 상대적인 상기 1개 이상의 열차의 상기 가선 상의 열차 위치와, 당해 전력 변환 장치의 전압 이력 및 전류 이력을 기초로, 상기 충전을 위한 당해 전력 변환 장치의 전류값을 결정하는
    것을 특징으로 하는 전력 공급 시스템.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 전력 변환 장치는, 상기 1개 이상의 열차의 모든 상기 거리가 상기 방전 판정 거리보다 길고, 상기 축전 장치의 충전량이 상기 목표 충전량 이상이며, 또한, 당해 전력 변환 장치의 전압이, 상기 축전 장치의 충전량으로부터 정해지는 충전 개시의 기준 전압인 충전 개시 전압 이상이 된 경우에, 상기 축전 장치에 충전을 하는
    것을 특징으로 하는 전력 공급 시스템.
  10. 제2항 또는 제6항에 있어서,
    상기 전력 변환 장치는, 상기 열차 거리가 상기 방전 판정 거리 이하인 열차가 역행 상태인 경우에, 상기 축전 장치로부터 방전을 하는
    것을 특징으로 하는 전력 공급 시스템.
  11. 동일 가선에 전력을 공급하는 인접하는 제1 및 제2 변전소의 사이의 어느 것인가에 설치되는 축전 장치와 상기 축전 장치를 제어하는 전력 변환 장치를 포함하는 전력 공급 시스템의 제어 방법으로서,
    상기 가선으로부터 전력 공급을 받아서 주행하는 1개 이상의 열차의 상기 가선 상의 열차 위치를 검출하고,
    상기 1개 이상의 열차의 상기 가선 상의 상기 검출된 열차 위치와, 당해 전력 변환 장치의 상기 가선 상의 위치와, 상기 축전 장치의 충전량을 기초로, 상기 축전 장치의 충방전을 제어하는
    것을 특징으로 하는 제어 방법.
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