TW201010883A - Power supply controlling system and power supply controlling method - Google Patents

Description

201010883 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係有關在電氣化鐵路中進行電力供給控制的電 力供給控制系統及電力供給控制方法。 【先前技術】 近年來在運行的列車、尤其是近郊列車與特快列車 中，係採用於制動時使電動機作用為發電機而從車廂將電 力供給至架線之再生剎車（brake)。此外，在架線與列車之 間進行電力控制的主電路中係採用VVVF(Variable Voltage Variable Frequency ;可變電壓可變頻率）變頻器 (inverter)控制來進行細密的電力運用，其中，VVVF變頻 器係藉由使電動機的電壓及頻率可變而進行加速行駛及定 速行駿（以下’稱為「電力行驶」）及制動的控制。另外， 下述專利文獻1所揭示的能量收送電力供給係為能夠進行 正行歇於相同線區的複數輛鐵路車廂間的電力授受者。 專利文獻1 :日本特開2004-304989號公報 【發明内容】 (發明所欲解決之課題） 上述專利文獻1所揭示的能量收送控制系統係在正行 駛於相同線區的其他鐵路車廂（列車）各者之間、或者與在 管理正行駿於相同線區的鐵路車廂之地面控制裝置之間 進行無線通訊的無線通訊控制裝置之間，進行所需要的通 藉此，進行與正行敬於相同線區的鐵路車廂間的電力 授叉。因此，當相同線區内存在消耗電力的其他鐵路車廂 321116 4 201010883 時，能夠在其與該鐵路車廂之間進行電力授受。 然而’當相同線區内不存在消耗電力的其他鐵路車廂 時、或者當雖然相同線區内存在有多數輛進行電力再生的 鐵路車廂但消耗電力的鐵路車廂少時，並無法將再生電力 的大部分送回至架線，除了使用負載電阻尊來將之轉換成 熱能而加以消耗之外並無有效的方法。此外，在無法將再 生電力送回架線時，亦有主電路侧令再生失效的情況。亦 即’在習知技術中係存在有無法有效地利用列車產生的再 生電力之課題。 本發明乃鑒於上述情事而研創者，其目的在於提供一 種不會浪費地消耗列車產生的再生電力，能夠有效地進行 利用的電力供給控制系統及電力供給控制方法。 (解決課題的手段） 為了解決上述課題並達成目的，本發明的電力供給控 制系統係使用設置在變電所側的祕控制裝置及設置在列 車的列車資訊管理裝置來控制供給至列車的供給電力；前 述列車資訊管理裝置係將表示列車正躲的位置之列車現 ^ 立置資訊及表示前述列車的消耗電力量或再生電力量之 量資訊予以輸出至前述遠地控制裝置;前述 遮地控制裝置係從所輸入的前述消耗/ 中，根據附加在該消耗/再生 t力1貝訊 訊將與正躲料於控制對象之的辦現在位置資 耗/再生電力量資訊予以區間的列車相關的消 電力量資訊之二=:據=所抽出_再生 根據所异出的消耗/再生電力量 321116 5 201010883 資訊之合計值，控制供給至屬於控制對象之電力區間的電. 力量。 (發明的效果） 依據本發明的電力供給控制系統，由於設計為，設置. 在變電所側的遠地控制裝置係從所輸入的消耗/再生=力 ·

量資訊中根據附加在該消耗/再生電力量資訊的列車現在 位置資訊將與正行駛於屬於控制對象之電力區間的列車相 關的消耗/再生電力量資訊予以抽出，並算出所抽出的消耗 /再生電力量資訊之合計值，並且根據所算出的消耗/再生 Q 電力量資訊之合計值，控制供給至屬於控制對象之電力區 間的電力量，因此達到不會浪費地消耗列車產生的再生電 力，能夠有效地進行利用之效杲。 【實施方式】 以下，根據圖式詳細說明本發明的電力供給控制系統 及電力供給控制方法的實施形態。另外，本發明並非由以 下的實施形態所限定者。 實施形態1 第1圖係顯示本發明實施形態1的電力供給控制系統 的概要之圖。變電所2係具有遠地控制裝置23，該遠地控 制裝置23係經由配電盤22來控制變電設備21。此外，列 車i係具有列車資訊管理裝置114，該列車資訊管理裝置 114係進行搭載5又備的控制及資訊的管理，並將收集到的 資訊經由例如廣域網路3而傳達給變電所2的遠地控制裝 置。 6 321Π6 201010883 接著’說明實施形態！的電力供給控制系統的列車側 之構成及動作。第2圖係主要顯示本實麵態ι的電力供 . 給控制系統的列車側的一構成例之圖。 • 在第2圖中’列車1係編制為包括頭車庙」】及頭車庙 以外的驅動車们2。頭車们丨係構成為具備：電動機m、 導電弓（pant〇graph)112、電力轉換裝置11〇、以及構成列 車資訊管理裝置114的監視器裝置115、列車資訊收送訊 ❿裝置116及列車天線117。此外，驅動車麻12係構成為具 備：電動機m、導電弓112、電力轉換裝置uG、以及構 成列車資訊管理裝置114的監視器裝置125。 電動機111係進行頭車庙11及驅動車庙12的驅動， 並且在作為發電機而動作時產生制動力。導電弓ιΐ2係在 架線5與列車1之間進行電力的收送。電力轉換裝置㈣ 係在頭車们丨及驅動車们2中將供給自架線5的電力予 以電力轉換而供給至電動機lu。監視器裝置115係進行 ❿歹/車1所搭載的裝備品與服務用機器的資訊（以下，稱為 列車’'訊」）的統籌管理。另外，頭車庙u以外的資訊 係藉由經由與其他車庙（包括驅動車庙⑵所搭載的監視器 25之間的通訊線路8而進行的通訊來收集。列車資 訊收送訊裝置116係經由列車天線117以及將指令所4與 變電所2之間予以連接的廣域網路3，將監視器裝置w 所保有的資訊傳送至其他的列車或外部裝置（系統）。另 =、’列車資訊管理裝£⑴與外部系統之間的通訊並非限 疋為無線通訊或廣域網路等，當然亦可使用衛星通訊或有 32]116 7 201010883 線通訊等各種通訊手段。 電力轉換裝置110係具有主電路1】3，並且在主電路 113的輸入侧（導電弓112側）設有屬於輸出入濾波電路的 一部分之電容器118。主電路113係觀測電容器118兩端 的電壓，並將所觀測得的電壓作為架線電壓值而輸出至列 車資訊管理裝置114 此外，主電路〗13係經由導電弓112 觀測流通在架線5與主電路113之間的電流並作為主電路 電流值而輸出至列車資訊管理裝置1 1 4。 在此，當列車係進行電力行駛時，電力係被電動機ηι /肖耗主電路電⑼L係成為從導電弓U 2側供給至主電路η 3 之流向的電流，此時的主電路電流值定義為「+ (正）」的 電流值。另一方面，當電動機lu係作為發電機而動作時， 電動機111本身係產生電力，因此主電路電流係成為從主 電路113供給至導電弓112側之流向的電流，此時的主電 路電流值定義為「—（負）」的電流值。另外，架線電壓值 及主電流電流值的觀測方法可為任何方法，例如能夠使用 PT(P〇tential Transformer;儀器用變壓器）或 肘

Transformer ;儀器用變流器）等。 列車資訊管理裝置114係自頭車麻Π及各驅動車厢 12的主電路113所觀測得的架線電壓值及主電路電流值， 就每-車厢算出電力量’並將聯結於列車丨的所有^ 電力量加總而算出整體列車的電力量。在此 電力量為「+(正）」則代表列車i係消耗電力，若:「丄 (負）」則代表列車1係再生電力。另外，以下係將列車資 321Π6 8 201010883 訊管理裝置114所算出的電力量記载 此外，構成列車資訊管理裝置114的二生電力量。 器裝置115:保有里㈣訊而作為列車!的運行 根據該里程-貝訊而特定出列丨正行 ° ^列車^在位置之方法例二：二： P〇S1t1〇ning System ;全球定位系統）來進行之方法。 列車資訊管理裝置114係將與所算出的消耗/再 ❹ 力量相關的資訊(以下’稱為「消耗/再生電力量資訊） 及表示列車1正行㈣位置之列車現在位置資訊輸出°至」 域網路3。 接著，說明實施形態1的電力供給控制系統的變電所 側的構成及動作。第3圖係主要顯示實施形態！的電力供 給控制系統的變電所侧的一構成例及與廣域網路連接的一 例之圖。 指令所4係經由廣域網路3將電力供給排程輸出給各 ❹變電所2(2A，2B)。電力供給排程係根據列車運行排程進行 預測而作成。 接著’針對變電所2的構成，利用所圖示的變電所2a 進行更詳細的說明。變電所2A係具備有變電設備21、配 電盤22及遠地控制裝置23。變電設備21係自屬於電力供 給源之母線6產生供給至架線5的電力。遠地控制裝置23 係經由配電盤22進行變電設備21的控制。 變電設備21的電力供給路徑係從母線6開始經由斷路 器211及遮斷器212再分歧成複數個系統213。各系統213 321Π6 201010883 係構成為含有遮斷器213a、變壓器213b、整流器213c及 -斷路器213d°在各系統213的輸出再度合流為一後，經由 並聯連接的複數個直流遮斷器214而連接至架線5。 遠地控制裝置23係除了進行根據經由廣域網路3從指 令所4輸入的電力供給排程之靜態控制之外，還根據正行 驶於設置有該遠地控制裝置23的變電所2所供給電力的電 力區間之列車1所即時（real time)輸出的消耗/再生電力 量資訊而進行以下說明的動態控制。另外，關於靜態控制 與動態控制的切換時間點（timing)，只要以能夠使電力供 給最有效率地進行而適當切換即可（例如，僅在像是再生電 力過剩的行敬列車較少的白天進行動態控制之方式等）。 關於變電所2的供給電力量之切換，通常而言係如上 述’根據以列車的運行資訊為根據預先進行預測而得的電 力供給排程來進行。相對於此，本實施形態中則是根據來 自列車1的消耗/再生電力量資訊，並藉由變電設備21中 的各系統213的各個遮斷器213a的閉合/遮斷及複數個直 ❹ 流遮斷器214的閉合/遮斷來進行。藉由此種控制，能夠進 厅更細岔的供給電力量之切換控制。 接著’針對根據送訊自各列車的列車現在位置資訊及 >肖耗/再生電力量資訊而進行的供給電力量之控制進行說 明。 退地控制裝置23係從經由廣域網路3而輸入的消耗/ 再生電力量資訊中根據附加在消耗/再生電力量資訊的列 車現在位置資訊，將與正行駛於屬於控制對象之電力區間 32Π16 201010883 的列車相關的消耗/再生電力量資訊予以抽出，且算出所抽 ♦ 出的消耗/再生電力量資訊之合計值。在第3圖所示的例子 中，變電所2A的遠地控制裝置23係從與列車la至Id相 關的消耗/再生電力量資訊中算出根據列車現在位置資訊 所抽出之列車1 a、1 b、1 c的消耗/再生電力量之合計值。 遠地控制裝置23係當正行駛於變電所2的電力區間的 各列車的消耗/再生電力量之合計值為「+ (正）」時，相應 於消耗/再生電力量之合計值將變電設備21中的複數個直 ® 流遮斷器214之中的若干個予以遮斷，進行使變電所2的 供給電力量減少之控制，而當正行驶於變電所2的電力區 間的各列車的消耗/再生電力量之合計值為「一（負）」時， 相應於消耗/再生電力量之合計值將變電設備21中的複數 個直流遮斷器214之中的若干個予以閉合，進行使變電所 2的供給電力量增加之控制。另外，在上述供給電力量之 控制中，當再生電力量的合計值大幅地超過消耗電力量的 φ 合計值時，當然亦可藉由遮斷設置在各系統213的各個遮 斷器213a而進行使供給電力量減少之控制。 依據上述實施形態1，由於係設計為，特定出正行駛 於供給電力的電力區間的複數個列車，並根據進行電力行 駛的複數個列車的消耗電力量及進行電力再生的複數個列 車的再生電力量之合計電力量來控制變電所所供給的電力 量，因此，能夠將在變電所的電力區間内進行電力再生的 列車的再生電力供給至在相同電力區間内進行電力行駛的 列車，而能夠有效地利用列車所產生的電力。此外，當進 11 321116 201010883 行電力再生的各列車的再力電力量之合計值超過進行電力 灯敦的各列車的请耗電力量之合計值時，能夠削減變電所 所供給的電力量。 實施形態2 在實施形態1中，遠地控制裝置23所進行的電力量之 1 控制係根據送訊自列車侧的消耗/再生電力量資訊來進 行。另一方面，由於各列車係處於行駛中的狀態，因此從 列車資訊管理裝置114輸出列車現在位置資訊之後到遠地 控制裝置23實施變電所2的供給電力量之控制為止會產生❹ 某程度的時間差（時間延遲（time lag))。第3圖顯示有上 述狀況。如第3圖所示，從行駛於變電所2A的電力區間的 列車la在時間tl輸出列車現在位置資訊到變電所2A的遠 地控制裝置23在時間t2對變電所2A的電力區間實施供給 電力量之控制之期間，發生列車1&朝著圖中的箭頭的行進 方向前進且越過中性區間（neutral secti〇n)而移動至變 電所2B的電力區間之狀況。此時係成為，送訊自列車❹ 的消耗/再生電力量資訊較宜用在變電所2B的遠地控制裝 置23對變電所2B的電力區間進行供給電力量之控制的控 制態樣。實施形態2即是用以實施上述控制者。 第4圖係主要顯示實施形態2的電力供給控制系統的 列車1侧的一構成例之圖。其中，與實施形態i相同或同 等的構成部係標註相同的符號且省略其詳細說明。 在實施形態2中，除了利用架線電壓值及主電路電流 值之外，還利用列車資訊管理裝置114a所保有的列車資訊 32Π16 12 201010883 中的列車1的速度資訊及加速度資度。列車資訊管理裝置 .114係除了輸出列車1的消耗/再生電力量資訊及列車現在 位置資訊多廣域網路3之外，還輸出列車1的速度資訊及 加速度資訊至廣域網路3。 遠地控制裝置23係根據各列車所輸出的列車現在位 置資訊、速度資訊及加速度資訊預測在實施供給電力量之 控制的時間（時刻）時列車1的位置，且根據該預測算出在 實施供給電力量之控制的時間時正行歇於電力區間的各列 ❹車的電力景之合計值。接者，根據該算出結果進行變電所 2的供給電力量之控制。其中，雖然以列車現在位置資訊 及速度資訊為基礎便能夠預測列車1的位置，但加入加速 度資訊則能夠更正確地預測列車1的位置。 依據實施形態2 ’由於設計為，預測在實施遠地控制 裝置所進行的供給電力量之控制之時間時正行駛於變電所 供給電力的電力區間的預定在線列車，並根據進行電力行 ❹駛的複數個預定在線列車的消耗電力量及進行電力再生的 複數個預定在線列車的再生電力量之合計電力量來控制變 電所所供給的電力量，因此，能夠比實施形態丨更正確地 控制變電所的供給電办量，而能夠更有效地利用列車所產 生的電力。 另外’速度資訊及加速度資訊可利用任何方法算出， 例如能夠藉由測速發電機（tachogenerator)的速度資訊與 列車現在位置資訊來算出加速度資訊。 此外，更進一步將從駕駛台的主控裝置輸入的駕駛指 321116 13 201010883 力㈣'剎車）資訊從列車資訊管理裝置ma輸出至 ^工制裝置23，而加入列車i的行駿狀態（加速狀態或 減速狀態）來預測列車1 _ 』早1的位置，藉此，能夠更正確地控制 變電所的供給電力量。 (產業上的利用可能性） 如上述’本發明的電力供給控制系統係在電氣化鐵路 的電力供給控❹、統中有效地利㈣車的再生電力，就削 減變電所的供給電力之發明而言是有用的。 【圖式簡單說明】 第1圖係顯示本實施形態丨的電力供給控制系統的概 要之圖。 第2圖係主要顯示本實施形態i的電力供給控制系統 的列車侧的一構成例之圖。 第3圖係主要顯示本實施形態1的電力供給控制系統 的變電所侧的一構成例及與廣域網路的連接的一例之圖。 第4圖係主要顯示本實施形態2的電力供給控制系統 的列車侧的一構成例之圖。 【主要元件符號說明】 [、la至Id列車 2、2A、2B變電所 3 廣域網路 4 指令所 5 架線 6 母線 8 通訊線路 11 頭車廂 12 驅動車廂 21 變電設備 22 配電盤 23 遠地控制裝置 14 32ίΏ6 201010883 110 電力轉換裝置 111 電動機 112 導電弓 113 主電路 114、 114a列車資訊管理裝置 115、 115a頭車廂,的監視器裝置 116 列車資訊收送訊裝置 117 列車天線 118 電容器 211、213d斷路器 212、213a遮斷器 213 系統 213b 變壓器 213c 整流器 214 直流遮斷器 ]5 321116

Claims (1)

1. 201010883 七、申請專利範圍： 1. 一種電力供給控制系統，係使用設置在變電所側的遠地 控制裝置及設置在列車的列車資訊管理裝置來控制供 給至列車的供給電力； 八 前述列車資訊管理裝置係將表#列車正行駛的位 置之列車現在位置資訊及表示前述列車的消耗電力量 或再生電力量之消耗/再生電力量資訊予以輪出至前述 遠地控制裝置； 前述遠地控制裝置係從所輸入的前述消耗/再生電 力量資訊中，根據附加在該消耗/再生電力量資訊的列 車現在位置資訊將與正行駛於屬於控制對象之電力區 間的列車相目的消耗/再生電力量資訊予以抽&，並算 出=抽出的消耗/再生電力量資訊之合計值，並且根據 所算出的消耗/再生電力量資訊之合計值，控至 屬於控制對象之電力區間的電力量。 —至 2. 一種電力供給控制线’係使用設置在變電所侧的遠地 控制裝置及設置在列車的列車資訊管理裝置來控制供 給至列車的供給電力； 、 前述列車資訊管理裝置係將表示列車正行駛的位 置之列車現在位置資訊、列車速度資訊及列車加速度資 訊、以及表示前述列車的消耗電力量或再生電力量之消 耗/再生電力量資訊予以輸出至前述遠地控制裝置； 田前述遠地控制裝置係從所輸入的前述消耗/再生電 力量資訊中，根據附加在該消耗/再生電力量資訊的列 321116 16 201010883 . 車現在位置資訊、列車速度資訊及列車加速度資訊預測 在實施供給電力量之控制的時間時正行敗於屬於控制 、 對象之電力區_預定在線列車’並將與所預測的預定 « 在線列車相關的消耗/再生電力量資訊予以抽出且算出 消耗/再生電力量資訊之合計值，並且根據所算出的消 耗/再生電力##訊之合計值，控制供給至屬於控制對 象之電力區間的電力量。 參3·如申請專利範圍第i項或第2項之電力供給控制系統， 其中，前述遠地控制裝置係當前述消耗/再生電力量資 訊之合計值為正時，進行使供給至前述電力區間的電力 量減少之控制，當前述消耗/再生電力量資訊之合計值 為負時，進行使供給至前述電力區間的電力量增加之控 制。 4·-種電力供給控制方法’係使㈣置在變電所側的遠地 ㈣裝置及設置在料的財#訊管理裝置來控制供 ❼ 給至列車的供給電力； 前述遠地控制裝置係以併用的方式進行 及動態控制’其中’該靜態控制係根據以列車運㈣^ 為根據而作成的電力供給排程來控制變電所所供給之 電力量’該動態控制係根據表示前述列車的消耗電力量 或再生電力量之消耗/再生電力量資訊來控制變電所 供給之電力量。 5.=申4專利範圍第4項之電力供給控制方法，其中尤 别述動態控制而言， 3211]6 】7 201010883 前述列車資訊管理裝置係含有： ' 將表示列車正行駛的位置之列車現在位置資訊及 · 前述消耗/再生電力量資訊送訊至前述遠地控制裝置之 φ 步驟； I 前述遠地控制裝置係含有： 收訊步驟，係將來自前述列車資訊管理裝置的前述 消耗/再生電力量資訊及附加在該消耗/再生電力量資 訊的列車現在位置資訊予以收訊； 抽出步驟，係根據前述列車現在位置資訊，將與正 行敬於屬於控制對象之電力區間的列車相關的消耗/再 生電力量資訊予以抽出； 算出步驟，係算出所抽出的消耗/再生電力量資訊 之合計值；及 控制步驟，係根據所算出的消耗/再生電力量資訊 之合計值，控制供給至屬於控制對象之電力區間的電力 量。 ❹ 6.如申請專利範圍第4項之電力供給控制方法，其中，就 前述動態控制而言， 前述列車資訊管理裝置係含有： 將表示列車正行駛的位置之列車現在位置資訊、列 車速度資訊及列車加速度資訊、以及前述消耗/再生電 力量資訊送訊至前述遠地控制裝置之步驟； 前述遠地控制裝置係含有： 收訊步驟，係將來自前述列車資訊管理裝置的前述 18 321116 201010883 消耗/再生電力量資訊、以及附加在該消耗/再生電力量 資訊的列車現在位置資訊、列車速度資訊及列車加速度 資訊予以收訊； 預測步驟，係根據前述列車現在位置資訊、列車速 度資訊及列車加速度資訊，預測在實施供給電力量之控 制的時間時正行駛於屬於控制對象之電力區間的預定 在線列車； 算出步驟，係將與所預測的預定在線列車相關的消 耗/再生電力量資訊予以抽出並算出消耗/再生電力量 資訊之合計值；及 控制步驟，係根據所算出的消耗/再生電力量資訊 之合計值，控制供給至屬於控制對象之電力區間的電力 量。 ]9 321116