WO2022153776A1 - 変電システムおよび変電システムの制御方法、電気鉄道システム - Google Patents

変電システムおよび変電システムの制御方法、電気鉄道システム Download PDF

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WO2022153776A1
WO2022153776A1 PCT/JP2021/046524 JP2021046524W WO2022153776A1 WO 2022153776 A1 WO2022153776 A1 WO 2022153776A1 JP 2021046524 W JP2021046524 W JP 2021046524W WO 2022153776 A1 WO2022153776 A1 WO 2022153776A1
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WO
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power
conversion device
storage device
charge
power conversion
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Application number
PCT/JP2021/046524
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English (en)
French (fr)
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努 宮内
基也 鈴木
弘隆 高橋
正人 手島
Original Assignee
株式会社日立製作所
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Publication date
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60M—POWER SUPPLY LINES, AND DEVICES ALONG RAILS, FOR ELECTRICALLY- PROPELLED VEHICLES
    • B60M3/00—Feeding power to supply lines in contact with collector on vehicles; Arrangements for consuming regenerative power
    • B60M3/06—Arrangements for consuming regenerative power
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/34—Parallel operation in networks using both storage and other dc sources, e.g. providing buffering

Definitions

  • the present invention relates to the configuration of a substation system and its control, and particularly relates to a technique that is effective when applied to a railway power system for operating a railway vehicle.
  • a large-capacity substation facility In order to build a railway system in a metropolitan area with a large number of trains, a large-capacity substation facility is required.
  • a substation with a power receiving capacity of 6000 kW or more requires a special high-voltage power receiving infrastructure that requires a power receiving infrastructure from a power transmission system using a steel tower or buried piping, and requires a great deal of cost.
  • Patent Document 1 discloses a system in which a power storage device is used in combination with a low power receiving capacity of a substation as one method for solving the above.
  • Patent Document 1 The method of Patent Document 1 is controlled so as to charge the regenerative power as much as possible in order to suppress the capacity of the power storage device and efficiently use the regenerative power.
  • the overload withstand capacity which is the amount of charge / discharge power that can be output within a certain continuous time range, is generally determined.
  • the discharge within the continuous time range is limited.
  • the power that requires the assistance of the power storage device cannot be obtained, and as a result, the output from the substation may decrease, which may affect the operation.
  • an object of the present invention is to secure the power performance required for the train to run while suppressing the power received from the power system to the rated capacity or less in the substation system in which the substation having a low power receiving capacity and the power storage device are used together.
  • the purpose is to provide a possible low-cost and highly reliable substation system and its control method.
  • the present invention comprises a first AC / DC power conversion device that converts AC power from a power system into DC power, and a DC unit that converts DC power from the first AC / DC power conversion device. Between the first DC power conversion device that converts to DC power, the second DC power conversion device that transmits and receives power to and from the wire, and the first DC power conversion device and the second DC power conversion device. Power storage that charges the electric power from the electric power via the second DC power conversion device and discharges the electric power to the electric power via the second DC power conversion device.
  • the first DC power conversion device is controlled by an output equal to or less than the rated capacity, and the power shortage in the second DC power conversion device is compensated by the discharge from the power storage device. It is characterized by controlling.
  • a second AC / DC power conversion device that converts AC power from a power system into DC power and a DC from the second AC / DC power conversion device. It further includes another substation system different from the substation system having a first rectifying device that converts electric power and outputs the power to the electric wire, and the voltage at which the substation system operates is the voltage at which the other substation system operates. It is characterized in that it is controlled to be lower than the voltage to be applied.
  • the present invention is a method for controlling a substation system in which a substation and a power storage device are used in combination.
  • the AC power from the substation is converted into DC power by an AC / DC power converter, and the AC / DC power converter is used.
  • the DC power is converted into the DC power in the DC section by the first DC power conversion device, and the output of the first DC power conversion device is controlled to be less than the rated capacity from the first DC power conversion device.
  • a substation system using a substation having a low power receiving capacity and a power storage device it is possible to secure the power performance required for the train to run while suppressing the power received from the power system to the rated capacity or less. It is possible to realize a low-cost and highly reliable substation system and its control method.
  • FIG. 1 is a configuration diagram of a substation system in this embodiment, in which a solid line represents a connection relationship between a system and equipment, and a dotted line represents a flow of information from each system and equipment.
  • the substation system of this embodiment has a first AC / DC power conversion device 101 that receives AC power from a power system and converts it into DC power, and a DC from a first AC / DC power conversion device 101.
  • a first DC power conversion device 102 that converts power into power in a DC unit
  • a second DC power conversion device 103 that converts the power of the first DC power conversion device 102 and outputs it to a wire
  • a second It is connected between the DC power converter 102 of 1 and the DC power converter 103 of the second, and charges the power from the electric wire via the second DC power converter 103, and the second DC power.
  • It has a power storage device 104 that discharges a current wire via a conversion device 103.
  • the first It has an energy control function 105 that determines a control command 155 of the DC power conversion device 103 and a control command 156 of the first DC power conversion device 102.
  • the energy control function 105 will be described with reference to FIG.
  • the energy control function 105 has a maximum discharge power 252 based on a wire voltage 151, a charge amount 153, and a first supply start voltage 251 set in the energy control function 105.
  • the maximum output calculation function 204 that calculates the outputable power 256 of the first DC power converter 102 based on the voltage 255, and the maximum discharge power 254 of the power storage device 104 and the first DC power converter by the adder 205. It has a function of calculating the sum of the outputable powers 256 of 102 and calculating it as a control command 155 of the second DC power conversion device 103.
  • the maximum charge power calculation function 206 that calculates the maximum charge power 257 based on the voltage 151 of the wire and the charge amount 153
  • the overload limiter charge power limit 258 that calculates the overload limiter charge power limit 258 from the charge amount 153.
  • the calculation function 207, the voltage 151 of the wire, the output power 152 of the second DC power conversion device 103, the rated power 154 of the first DC power conversion device 102, and the energy control function 105 are set.
  • the maximum charge power 257, the overload limiter charge power limit 258, and the charge power are provided by the charge power command calculation function 208 that calculates the charge power command 261 based on the regenerative charge start voltage 259 and the charge power 260, and the minimum value selector 209. It is composed of a function of calculating the minimum value from the commands 261 and multiplying the minimum value by (-1) to be the control command 156 of the first DC power conversion device 102.
  • the first supply start voltage 251 is a threshold voltage that determines the discharge from the power storage device 104
  • the second supply start voltage 255 is the threshold voltage that determines the supply from the first DC power conversion device 102. .. Further, it is desirable that the first supply start voltage 251 ⁇ the second supply start voltage 255 is established.
  • the maximum discharge power calculation function 201 will be described with reference to FIG.
  • the maximum discharge power calculation function 201 uses the maximum discharge power table 301 for determining the maximum discharge power 351 based on the charge amount from the charge amount 153, and the comparer 302 to set the voltage 151 of the electric wire.
  • the maximum discharge power table 301 may be any one that shows the relationship between the charge amount (SOC: State Of Charge) and the maximum discharge power.
  • SOC State Of Charge
  • the horizontal axis is the charge amount (SOC) and the vertical axis is the maximum discharge power graph.
  • the overload limiter discharge power calculation function 202 will be described with reference to FIG.
  • the overload limiter discharge power calculation function 202 has a charge amount data storage function 401 that stores the charge amount 153 and outputs the charge amount 451 one time before the execution of this function, and a subtractor 402. With the function of calculating the variable charge amount 452 by subtracting the charge amount 153 from the previous charge amount 451 and the maximum value selector 403, the larger of the variable charge amount 452 and the "0" value is on the discharge side.
  • the overload limiter process 404 will be described with reference to FIG.
  • the overload limiter process 404 is obtained by multiplying the variable charge amount 453 on the discharge side by the charge amount of the power storage device 104 (not shown) and dividing by the operation cycle time of this process.
  • the discharge current calculation unit 501 that calculates the discharge current 551 per unit time, the function that calculates the square of the discharge current 551 by the multiplier 502 and the discharge current squared value 552, and the discharge current squared value 552 by the subtractor 503.
  • the function to calculate the discharge heat load 554 obtained by subtracting the thermal cooling performance 535 per unit time of the power storage device 104 from, and the overload limiter calculation time range existing in the discharge heat load 554 and the overload limiter process 404.
  • Based on 555 it is composed of an overload limiter calculation function 504 that calculates the sum of the discharge heat loads 554 in the overload limiter calculation time range 555 and outputs it as an overload limiter determination value 454.
  • the maximum discharge power determination process 405 will be described with reference to FIG.
  • the maximum discharge power determination process 405 is composed of an overload limiter determination table 601 that calculates the overload limiter discharge power limit 253 by inputting the overload limiter determination value 454.
  • the overload limiter determination table 601 may be any one that can understand the relationship between the overload limiter determination value and the output ratio.
  • the horizontal axis is configured in the form of an overload limiter determination value
  • the vertical axis is configured in the form of a graph of output ratio.
  • the maximum output calculation function 204 will be described with reference to FIG. 7.
  • the maximum output calculation function 204 uses the comparator 701 to determine whether the voltage 151 of the electric power is equal to or less than the second supply start voltage 255, and if Yes, it is “1”, and if No, it is No. It is composed of a function to output "0" as an output result 751 and a function to calculate the product of the rated power 154 and the output result 751 by the comparator 702 and output it as the output possible power 256 of the first DC power conversion device 102. Will be done.
  • the maximum charge power calculation function 206 will be described with reference to FIG.
  • the maximum charge power calculation function 206 is composed of a maximum charge power table 801 that determines the maximum charge power 257 based on the charge amount from the charge amount 153.
  • the maximum charge power table 801 may be any one that shows the relationship between the charge amount (SOC) and the maximum charge power.
  • the horizontal axis is the charge amount (SOC) and the vertical axis is the maximum charge power graph.
  • the overload limiter charge power calculation function 207 will be described with reference to FIG.
  • the overload limiter charge power calculation function 207 has a charge amount data storage function 901 that stores the charge amount 153 and outputs the charge amount 951 immediately before the execution of this function, and a subtractor 902.
  • the overload limiter process 904 will be described with reference to FIG.
  • the overload limiter process 904 is obtained by multiplying the variable charge amount 953 on the charging side by the charge amount of the power storage device 104 (not shown) and dividing by the operation cycle time of this process.
  • the charge current calculation unit 1001 that calculates the charge current 1051 per unit time, the function that calculates the square of the charge current 1051 by the multiplier 1002, and the charge current square value 1052, and the charge current square value 1052 by the subtractor 1003.
  • the function to calculate the charge heat load 1054 obtained by subtracting the heat cooling performance 1053 per unit time of the power storage device 104 from, and the overload limiter calculation time range existing in the charge heat load 1054 and the overload limiter process 904.
  • Based on the 1055 it is composed of an overload limiter calculation function 1004 that calculates the sum of the charge heat loads 1054 in the overload limiter calculation time range 1055 and outputs it as an overload limiter determination value 954.
  • the maximum charge power determination process 905 will be described with reference to FIG.
  • the maximum charge power determination process 905 is composed of an overload limiter determination table 1101 that calculates an overload limiter charge power limit 258 by inputting an overload limiter determination value 954.
  • the overload limiter determination table 1101 may be any one that can understand the relationship between the overload limiter determination value and the output ratio.
  • the horizontal axis is configured in the form of an overload limiter determination value
  • the vertical axis is configured in the form of a graph of output ratio.
  • step 1201 it is determined whether the voltage 151 of the feeder is smaller than the regenerative charge start voltage 259, and if Yes, the process proceeds to step 1202, and if No, the process proceeds to step 1204.
  • step 1202 "0" is compared with the rated power 154 of the first DC power converter 102 minus the output power 152 of the second DC power converter 103, and the larger value is output. do.
  • step 1203 the value obtained in step 1202 and the minimum value of the charging power 260 are calculated and output. This is the end.
  • step 1204 the minimum value of the output power 152 of the second DC power conversion device 103 multiplied by (-1) and the charging power 260 is calculated and output. This is the end.
  • the charge / discharge operation performed by the power storage device 104 as a substation system is the voltage 151 of the wire, the output power 152 of the DC power conversion device 103, and the DC power conversion. It can be represented by the rated power 154 of the device 102, the first supply start voltage 251 and the second supply start voltage 255, and the regenerative charge start voltage 259. This is shown in FIGS. 13 and 14.
  • FIG. 13 shows a wire wire when the first supply start voltage 251 is V0, the second supply start voltage 255 is V1, the regenerative charge start voltage 259 is Vabs, the rated power 154 is P1, and the charge power 260 is P3. It is shown that the charge / discharge is determined by the voltage 151 and the output power 152 of the above.
  • the charging power becomes "0", indicating that the operation of the power storage device (power storage device 104) is discharge. That is, the operation (4) in FIG. 13 is performed.
  • the output power 152 multiplied by (-1) and the smallest of the charging power 260 The value is calculated as the charging power. That is, the operation (1) in FIG. 13 is performed.
  • FIG. 14 shows a case where the first supply start voltage 251 and the second supply start voltage 255 have the same value, the first supply start voltage 251 and the second supply start voltage 255 are set to V0, and the regenerative charge start voltage 259 is set. It is shown that when Vabs and the rated power 154 are P1 and the charging power 260 is P3, charging / discharging is determined by the voltage 151 of the wire and the output power 152.
  • the charging power becomes "0", indicating that the operation of the power storage device (power storage device 104) is discharge. That is, the operation (4) in FIG. 14 is performed.
  • the output power 152 multiplied by (-1) and the smallest of the charging power 260 The value is calculated as the charging power. That is, the operation (1) in FIG. 14 is performed.
  • the power storage device 104 as a substation system is charged and discharged, and the required large amount of power can be secured.
  • the output performance of the power storage device 104 described in this embodiment is equal to or greater than the difference between the rated output of the second DC power conversion device 103 and the rated output of the first DC power conversion device 102.
  • the first AC / DC power conversion device 101 that converts the AC power from the power system into DC power and the DC power from the first AC / DC power conversion device 101 are DC.
  • 104 is provided, the first DC power converter 102 is controlled with an output equal to or less than the rated capacity, and the power shortage in the second DC power converter 103 is compensated by the discharge from the power storage device 104. Control.
  • the power storage device 104 is controlled to be charged by the difference or less.
  • the charging power is controlled so that the amount of heat generated by the power charged to the power storage device 104 is lower than the cooling performance of the power storage device 104.
  • the output performance of the power storage device 104 is equal to or greater than the difference between the rated output of the second DC power conversion device 103 and the rated output of the first DC power conversion device 102.
  • the substation will be laid by receiving power from distribution systems such as utility poles, which have low power receiving infrastructure construction costs, and the power received from the system will be reduced to the rated capacity or less. While suppressing it, it is possible to secure the power performance required for the train to run.
  • FIG. 15 is a configuration diagram of a railway power system in this embodiment, in which the solid line represents the connection relationship between the system and the equipment, and the dotted line represents the flow of information from each system and the equipment.
  • the railway power system of this embodiment is from a first AC / DC power conversion device 101 that receives AC power from a power system and converts it into DC power, and a first AC / DC power conversion device 101.
  • a first DC power conversion device 102 that converts DC power into power in a DC unit
  • a second DC power conversion device 103 that converts the power of the first DC power conversion device 102 and outputs it to a wire. It is connected between the first DC power converter 102 and the second DC power converter 103, and charges the power from the wire via the second DC power converter 103, and at the same time, it charges the second DC.
  • It has a power storage device 104 that discharges a direct current via a power conversion device 103.
  • a first substation system having an energy control function 1501, a second AC / DC power converter 1502 that receives AC power from the power system and converts it into DC power, and DC from a second AC / DC power converter 1502. It has a second substation system having a first rectifying device 1503 that converts electric power into electric power in a DC unit, and a plurality of trains 1504a, 1504b, 1504c that travel based on the electric power from the electric wire.
  • the energy control function 1501 includes the voltage 151 of the wire, the output power 152 of the second DC power conversion device 103, the charge amount 153 of the power storage device 104, and the rated power of the first DC power conversion device 102. Based on 154 and the no-load voltage information 1551 of the first rectifying device 1503, the control command 155 of the second DC power conversion device 103 and the control command 156 of the first DC power conversion device 102 are determined.
  • the same configuration as that described in the first embodiment (FIG. 1) is described with the same reference number as that of FIG. 1, and detailed description thereof will be omitted.
  • the energy control function 1501 will be described with reference to FIG.
  • the energy control function 1501 includes a supply start voltage determination function 1601 that determines a first supply start voltage 1651 and a second supply start voltage 1652 based on the no-load voltage information 1551, and a power line.
  • Maximum discharge power calculation function 1602 that calculates the maximum discharge power 252 based on the voltage 151, the charge amount 153 of the power storage device 104, and the first supply start voltage 1651, and the overload limiter discharge power limit from the charge amount 153.
  • the overload limiter discharge power calculation function 202 for calculating 253 and the minimum value selector 203 the smaller value of the maximum discharge power 252 and the overload limiter discharge power limit 253 is set as the maximum discharge power 254 of the power storage device 104.
  • Maximum output calculation function that calculates the outputable power 256 of the first DC power converter 102 based on the voltage 151 of the wire, the rated power 154 of the DC power converter 102, and the second supply start voltage 1652. It has a function of calculating the sum of the maximum discharge power 254 of the power storage device 104 and the outputable power 256 by the adder 205 and 1603, and calculating it as a control command 155 of the second DC power conversion device 103.
  • the maximum charge power calculation function 206 that calculates the maximum charge power 257 based on the voltage 151 of the wire and the charge amount 153 of the power storage device 104, and the overload limiter charge power limit 258 that calculates the overload limiter charge power limit 258 from the charge amount 153.
  • Load limiter charge power calculation function 207 wire voltage 151, output power 152 of DC power conversion device 103, rated power 154 of DC power conversion device 102, and regenerative charging start set in energy control function 1501
  • the charge power command calculation function 208 that calculates the charge power command 261 based on the voltage 259 and the charge power 260, and the minimum value selector 209, the maximum charge power 257, the overload limiter charge power limit 258, and the charge power command 261 It is composed of a function of calculating the minimum value from the inside and multiplying the minimum value by (-1) to obtain the control command 156.
  • the supply start voltage determination function 1601 sets a voltage ⁇ lower than the no-load voltage information 1551 as the first supply start voltage 1651, and sets the same value as the first supply start voltage 1651 or a voltage ⁇ lower than the second supply start voltage 1651. This is a function of setting the supply start voltage to 1652. Any positive positive value may be set for ⁇ and ⁇ .
  • the maximum discharge power calculation function 1602 has the same function as the maximum discharge power calculation function 201, and instead of the first supply start voltage 251 which is one of the inputs of the maximum discharge power calculation function 201, the first supply start voltage I'm just using 1651. Therefore, detailed description thereof will be omitted.
  • the maximum output calculation function 1603 has the same function as the maximum output calculation function 204, and instead of the second supply start voltage 255 which is one of the inputs of the maximum output calculation function 204, the second supply start voltage 1652 I'm just using. Therefore, detailed description thereof will be omitted.
  • the power storage device (power storage device) 104 as the substation system as described in the first embodiment is charged and discharged, and the required large amount of power can be secured.
  • the charge capacity of the power storage device can also be increased. It will be easier to secure.
  • FIG. 17 is a configuration diagram of a railway power system in this embodiment, in which the solid line represents the connection relationship between the system and the equipment, and the dotted line represents the flow of information from each system and the equipment.
  • the railway power system of this embodiment is from a first AC / DC power conversion device 101 that receives AC power from a power system and converts it into DC power, and a first AC / DC power conversion device 101.
  • a first DC power conversion device 102 that converts DC power into power in a DC unit
  • a second DC power conversion device 103 that converts the power of the first DC power conversion device 102 and outputs it to a wire.
  • a second substation system having two AC / DC power converters 1502 and a first rectifier 1503 that converts DC power from the second AC / DC power converter 1502 into power in the DC section, and power from the main line.
  • the diamond management system 1702 that manages the diamond information 1751 of the plurality of trains 1504a, 1504b, 1504c, the plurality of trains 1504a, 1504b, 1504c, and the no-load voltage information 1551 of the first rectifier 1503. It has a control determination function 1703 that determines a first supply start voltage 1752, a second supply start voltage 1753, and a maximum charge power 1754 based on the timetable information 1751.
  • the energy control function 1701 includes the voltage 151 of the wire, the output power 152 of the second DC power conversion device 103, the charge amount 153 of the power storage device 104, and the rated power 154 of the first DC power conversion device 102. Based on the first supply start voltage 1752, the second supply start voltage 1753, and the maximum charging power 1754, the control command 155 of the second DC power conversion device 103 and the first DC power conversion device 102 The control command 156 is determined.
  • the same configurations as those described in the first embodiment (FIG. 1) and the second embodiment (FIG. 15) are described by the same reference numbers as those in FIGS. 1 and 15, and detailed description thereof will be omitted.
  • the energy control function 1701 will be described with reference to FIG.
  • the energy control function 1701 calculates the maximum discharge power 252 based on the voltage 151 of the wire, the charge amount 153 of the power storage device 104, and the first supply start voltage 1752.
  • the calculation function 1801 the overload limiter discharge power calculation function 202 that calculates the overload limiter discharge power limit 253 from the charge amount 153, and the minimum value selector 203.
  • the output of the first DC power conversion device 102 is possible based on the function of setting a small value as the maximum discharge power 254 of the power storage device 104, the voltage 151 of the wire, the rated power 154, and the second supply start voltage 1753.
  • the sum of the maximum discharge power 254 of the power storage device 104 and the outputable power 256 is calculated by the maximum output calculation function 1802 for calculating the power 256 and the adder 205, and is calculated as the control command 155 of the second DC power conversion device 103. Has a function.
  • the maximum charge power calculation function 206 that calculates the maximum charge power 257 based on the voltage 151 of the wire and the charge amount 153, and the overload limiter charge power limit 258 that calculates the overload limiter charge power limit 258 from the charge amount 153.
  • the charge upper limit determination unit 1803 that determines the charge upper limit power 1851 based on the calculation function 207, the charge power 260 set in the energy control function 1701, and the maximum charge power 1754, the wire voltage 151, and the output power 152.
  • the charge power command calculation function 1804 that calculates the charge power command 261 based on the regenerative charge start voltage 259 and the charge upper limit power 1851 set in the rated power 154 and the energy control function 1701, and the minimum value selector 209. Therefore, the minimum value is calculated from the maximum charge power 257, the overload limiter charge power limit 258, and the charge power command 261, and the minimum value multiplied by (-1) is set as the control command 156.
  • timetable information 1751 included in the timetable management system 1702 will be described with reference to FIG.
  • the horizontal axis of FIG. 19 represents the time, and the vertical axis represents the position. Further, in FIG. 19, the timetable information of the five trains 1901, 1902, 1903, 1904, 1905 is shown.
  • the one-dot chain line 1901, 1902, 1903 represents the timetable of each train from E station to A station.
  • Dotted trains 1904 and 1905 represent the timetable of each train from A station to E station. This makes it possible to grasp the departure and arrival times at each station of each train and the current status at a specific time. Since the information shown in FIG. 19 is sufficient, for example, the departure and arrival times of each station may be shown in a table.
  • the control determination function 1703 will be described with reference to FIG.
  • the control determination function 1703 includes a charge / discharge control determination function 2001 that determines the charge / discharge control information 2051 of the power storage device 104 every hour based on the timetable information 1751, and no load on the charge / discharge control information 2051 and the first rectifier 1503. It is composed of a supply start voltage determination function 2002 that determines a first supply start voltage 1752, a second supply start voltage 1753, and a maximum charge power 1754 based on the hourly voltage information 1551.
  • FIG. 21 defines the output range of the power storage device 104 and applies it to the timetable information 1751.
  • the region sandwiched between the two lines 2101 and 2102 is the output range of the power storage device 104. At this time, if there is a train in this range, priority is given to discharge, and if there is no train, priority is given to charge.
  • the charge priority range is determined in consideration of the overload limiter time range. For example, if the charge is prioritized until just before the train 1901 enters the output range of the power storage device 104 and the discharge is prioritized immediately after the train 1901 enters the output range of the power storage device 104, the discharge is performed in consideration of the overload limiter time range. It may not be damaged.
  • charging is prioritized by subtracting the overload limiter time range from the time when the train 1901 enters the output range of the power storage device 104.
  • the one indicated by the broken line arrow is the charge priority
  • the one indicated by the solid line arrow is the discharge priority
  • the time zone without an arrow in the area indicates that the train is not in the area but the charge is not prioritized in consideration of the overload limiter time range. It should be noted that this region does not have to be charge priority, and may be in a state of discharge priority or no charge / discharge, for example.
  • the first supply start voltage 1752 and the second supply start voltage 1753 are set to "0".
  • the maximum charge power 1754 is the maximum charge power of the power storage device 104.
  • a voltage ⁇ lower than the no-load voltage information 1551 is set as the first supply start voltage 1752, which is the same value as the first supply start voltage 1752, or further.
  • the ⁇ low voltage be the second supply start voltage 1753. Any positive positive value may be set for ⁇ and ⁇ .
  • the maximum charge power 1754 is set to "0".
  • the charge upper limit determination unit 1803 shown in FIG. 18 will be described.
  • the maximum charge power 1754 is "0”
  • the charge power 260 is set as the charge upper limit power 1851
  • the maximum charge power 1754 is set as the charge upper limit power 1851.
  • the power storage device (power storage device 104) as a substation system is charged and discharged, and the required large amount of power can be secured.
  • the description is based on the operation schedule, but this schedule reflects not only the predetermined timetable but also the situation that changes from moment to moment, such as information on trains running on the route. It may be a thing.
  • FIG. 22 is a configuration diagram of a railway power system in this embodiment, in which the solid line represents the connection relationship between the system and the equipment, and the dotted line represents the flow of information from each system and the equipment.
  • the railway power system of this embodiment is from a first AC / DC power conversion device 101 that receives AC power from a power system and converts it into DC power, and a first AC / DC power conversion device 101.
  • a first DC power conversion device 102 that converts DC power into power in a DC unit
  • a second DC power conversion device 103 that converts the power of the first DC power conversion device 102 and outputs it to a wire. It is connected between the first DC power conversion device 102 and the second DC power conversion device 103, and charges the power from the electric wire via the second DC power conversion device 103, and also charges the second DC.
  • a power storage device 104 that discharges a wire via a power conversion device 103, a first substation system having an energy control function 2201, and a first substation system that receives AC power from the power system and converts it into DC power.
  • a second substation system having two AC / DC power converters 1502 and a first rectifier 1503 that converts DC power from the second AC / DC power converter 1502 into power in the DC section, and power from the main line.
  • the energy control function 2201 includes the voltage 151 of the wire, the output power 152 of the second DC power conversion device 103, the charge amount 153 of the power storage device 104, and the rated power 154 of the first DC power conversion device 102. Based on the first supply start voltage 2252, the second supply start voltage 2253, and the maximum charging power 2254, the control command 155 of the second DC power conversion device 103 and the first DC power conversion device 102 The control command 156 is determined.
  • the same configurations as those described in the first embodiment (FIG. 1) and the second embodiment (FIG. 15) are described by the same reference numbers as those in FIGS. 1 and 15, and detailed description thereof will be omitted.
  • the energy control function 2201 will be described with reference to FIG.
  • the energy control function 2201 calculates the maximum discharge power 252 based on the voltage 151 of the wire, the charge amount 153 of the power storage device 104, and the first supply start voltage 2252.
  • the overload limiter discharge power calculation function 202 that calculates the overload limiter discharge power limit 253 from the charge amount 153, and the minimum value selector 203.
  • the output of the first DC power converter 102 is possible based on the function of setting a small value as the maximum discharge power 254 of the power storage device 104, the voltage 151 of the wire, the rated power 154, and the second supply start voltage 2253.
  • the sum of the maximum discharge power 254 of the power storage device 104 and the outputable power 256 is calculated by the maximum output calculation function 2302 that calculates the power 256 and the adder 205, and is calculated as the control command 155 of the second DC power conversion device 103. Has a function.
  • the maximum charge power calculation function 206 that calculates the maximum charge power 257 based on the voltage 151 of the wire and the charge amount 153, and the overload limiter charge power limit 258 that calculates the overload limiter charge power limit 258 from the charge amount 153.
  • the charge power command calculation function 1804 that calculates the charge power command 261 based on the regenerative charge start voltage 259 and the charge upper limit power 1851 set in the rated power 154 and the energy control function 2201, and the minimum value selector 209. Therefore, the minimum value is calculated from the maximum charge power 257, the overload limiter charge power limit 258, and the charge power command 261, and the minimum value multiplied by (-1) is set as the control command 156.
  • the maximum discharge power calculation function 2301 has the same function as the maximum discharge power calculation function 1801 of FIG. 18, and instead of the first supply start voltage 1752, which is one of the inputs of the maximum discharge power calculation function 1801, the first Only the supply start voltage 2252 is used. Therefore, detailed description thereof will be omitted.
  • the maximum output calculation function 2302 has the same function as the maximum output calculation function 1802, and instead of the second supply start voltage 1753 which is one of the inputs of the maximum output calculation function 1802, the second supply start voltage 2253 I'm just using. Therefore, detailed description thereof will be omitted.
  • the charge upper limit determination unit 2303 has the same function as the charge upper limit determination unit 1803, and only uses the maximum charge power 2254 instead of the maximum charge power 1754 which is one of the inputs of the charge upper limit determination unit 1803. Is. Therefore, detailed description thereof will be omitted.
  • the control determination function 2202 will be described with reference to FIG. 24.
  • a voltage ⁇ lower than the no-load voltage information 1551 is set as the first supply start voltage 2252, and a voltage having the same value as the first supply start voltage 2252 or a voltage ⁇ lower than the first supply start voltage 2252 is set as the second supply start voltage.
  • the voltage is 2253. Any positive positive value may be set for ⁇ and ⁇ .
  • step 2403 the light load regeneration start voltage Va of the regenerative vehicle extracted in step 2402 is extracted.
  • the light load regeneration start voltage Va of the regenerative vehicle is extracted based on the characteristic information of each train (not shown).
  • step 2404 the distance L extracted in step 2402, the light load regeneration start voltage Va extracted in step 2403, the regenerative charge start voltage Vabs of the power storage device 104, and the electric resistance per unit distance (not shown). Based on R, the maximum charge current Imax is calculated by the following equation (1).
  • step 2405 the value obtained by multiplying the Imax calculated in step 2404 by the regenerative charge start voltage Vabs of the power storage device 104 is calculated as the rechargeable power and set as the maximum charge power 2254.
  • the power storage device (power storage device) 104 as a substation system is charged and discharged, and the required large amount of power can be secured.
  • the present invention is not limited to the above-described embodiment, and includes various modifications.
  • the above examples have been described in detail to aid in understanding of the present invention, and are not necessarily limited to those having all the configurations described.
  • it is possible to replace a part of the configuration of one embodiment with the configuration of another embodiment and it is also possible to add the configuration of another embodiment to the configuration of one embodiment.
  • the present invention may be implemented by combining the control determination function 1703 of the third embodiment and the control determination function 2202 of the fourth embodiment and inputting necessary timetable information and vehicle information.
  • maximum charge power calculation function 207 ... overload limiter charge power calculation function, 208 ... charge power command calculation function, 209 ... minimum value selector, 251 ... first supply start voltage, 252 ... (power Maximum discharge power (of storage device 104), 253 ... Overload limiter discharge power limit, 254 ... Maximum discharge power (of power storage device 104), 255 ... Second supply start voltage, 256 ... (of DC power converter 102) Outputtable power, 257 ... maximum charge power, 258 ... overload limiter charge power limit, 259 ... regenerative charge start voltage, 260 ... charge power, 261 ... charge power command, 301 ... maximum discharge power table, 302 ... comparer, 303 ... Multiplier, 351 ...
  • Overload limiter judgment table 701 ... Comparison Instrument, 702 ... Multiplier, 751 ... Output result, 801 ... Maximum charge power table, 901 ... Charge amount data storage function, 902 ... Subtractor, 903 ... Maximum value selector, 904 ... Overload limiter processing, 905 ... Maximum charge Power determination process, 951 ... (previous) charge amount, 952 ... variable charge amount, 953 ... variable charge amount, 954 ... overload limiter judgment value, 1001 ... charge current calculation unit, 1002 ... multiplier, 1003 ... subtraction Instrument, 1004 ... Overload limiter calculation function, 1051 ... Charge Electric current, 1052 ... Charging current squared value, 1053 ... Thermal cooling performance, 1054 ...

Abstract

低受電容量の変電所と電力貯蔵装置を併用した変電システムにおいて、電力系統からの受電を定格容量以下に抑えつつ、列車が走行する上で必要な電力性能を確保可能な低コストで信頼性の高い変電システムを提供する。電力系統からの交流電力を直流電力に変換する第１の交直電力変換装置と、前記第１の交直電力変換装置からの直流電力を直流部での直流電力に変換する第１の直流電力変換装置と、き電線との電力送受を行う第２の直流電力変換装置と、前記第１の直流電力変換装置と前記第２の直流電力変換装置の間に接続され、前記第２の直流電力変換装置を経由して前記き電線からの電力を充電するとともに、前記第２の直流電力変換装置を経由して前記き電線に対して放電を行う電力貯蔵装置と、を備え、前記第１の直流電力変換装置を定格容量以下の出力で制御し、前記第２の直流電力変換装置での電力の不足分を前記電力貯蔵装置からの放電により補うように制御することを特徴とする。

Description

変電システムおよび変電システムの制御方法、電気鉄道システム
　本発明は、変電システムの構成とその制御に係り、特に、鉄道車両を動作させるための鉄道電力システムに適用して有効な技術に関する。
　列車本数の多い都市圏の鉄道システムを構築するためには、大容量な変電設備が必要である。一般的に受電容量6000kW以上の変電所は、鉄塔または埋設配管による送電系統からの受電インフラを必要とする特別高圧受電となり多大なコストを要する。
また、レール対地電位抑制の観点を考えると、変電所間距離を縮小することが重要である。しかしながら、新興国の都市などでは、そのコストや、受電インフラ容量の設備を考えると、き電システム構築をすることが非常に難しい。
　また、受電インフラ容量の低い地方路線を考えると、大電力を必要とする場合には、特別高圧受電の変電所から送電線を用いて電力を送電することにより電力網を構築する必要があるため、送電線のメンテナンスに多大なコストを要する。
　このような状況から、変電所を高圧受電の2000kW以下に抑えることで、受電インフラ構築費用の低い電柱などの配電系統からの受電で変電所を敷設し、電力供給可能とすることは、重要なことである。
　本技術分野の背景技術として、例えば、特許文献１のような技術がある。特許文献１には、上記を解決するための１つの方法として、変電所の低受電容量化に加えて電力貯蔵装置を併用したシステムが開示されている。
特開２０１０－５８５６５号公報
　上記特許文献１の手法は、電力貯蔵装置の容量を抑制するとともに、回生電力を効率的に使用するため、回生電力をできるだけ充電するように制御されている。
　しかしながら、回生電力が得られず、電力貯蔵装置の充電量が低下した際には、電力貯蔵装置からの出力が得られないため、結果として変電所からの出力が低下し、運行に影響を及ぼす可能性がある。また、電力貯蔵装置の連続充放電は電力貯蔵装置自体の寿命にも影響を与えるため、一般的にある連続時間の範囲で出力可能な充放電電力量である過負荷耐量が決まっている。
　このため、ある連続時間の範囲で回生電力をできるだけ充電した場合に、その連続時間の範囲での放電は限られた時間となる。その結果、電力貯蔵装置のアシストを必要とする電力が得られず、結果として変電所からの出力が低下し、運行に影響を及ぼす可能性がある。
　そこで、本発明の目的は、低受電容量の変電所と電力貯蔵装置を併用した変電システムにおいて、電力系統からの受電を定格容量以下に抑えつつ、列車が走行する上で必要な電力性能を確保可能な低コストで信頼性の高い変電システムとその制御方法を提供することにある。
　上記課題を解決するために、本発明は、電力系統からの交流電力を直流電力に変換する第１の交直電力変換装置と、前記第１の交直電力変換装置からの直流電力を直流部での直流電力に変換する第１の直流電力変換装置と、き電線との電力送受を行う第２の直流電力変換装置と、前記第１の直流電力変換装置と前記第２の直流電力変換装置の間に接続され、前記第２の直流電力変換装置を経由して前記き電線からの電力を充電するとともに、前記第２の直流電力変換装置を経由して前記き電線に対して放電を行う電力貯蔵装置と、を備え、前記第１の直流電力変換装置を定格容量以下の出力で制御し、前記第２の直流電力変換装置での電力の不足分を前記電力貯蔵装置からの放電により補うように制御することを特徴とする。
　また、本発明は、上記の変電システムを用いた電気鉄道システムにおいて、電力系統からの交流電力を直流電力に変換する第２の交直電力変換装置と、前記第２の交直電力変換装置からの直流電力を変換し、き電線へ出力を行う第１の整流装置と、を有する前記変電システムとは異なる別の変電システムをさらに備え、前記変電システムが動作する電圧が、前記別の変電システムが動作する電圧よりも低くなるように制御することを特徴とする。
　また、本発明は、変電所と電力貯蔵装置を併用した変電システムの制御方法であって、変電所からの交流電力を、交直電力変換装置により直流電力に変換し、前記交直電力変換装置からの直流電力を、第１の直流電力変換装置により直流部での直流電力に変換するとともに、前記第１の直流電力変換装置の出力を定格容量以下で制御し、前記第１の直流電力変換装置からの直流電力を、第２の直流電力変換装置によりき電線に送電する直流電力に変換し、前記第２の直流電力変換装置での電力の不足分を電力貯蔵装置からの放電により補うように制御することを特徴とする。
　本発明によれば、低受電容量の変電所と電力貯蔵装置を併用した変電システムにおいて、電力系統からの受電を定格容量以下に抑えつつ、列車が走行する上で必要な電力性能を確保可能な低コストで信頼性の高い変電システムとその制御方法を実現することができる。
　上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
本発明の実施例１に係る変電システムの概略構成を示す図である。 図１のエネルギー制御機能１０５の構成を示す図である。 図２の最大放電電力算出機能２０１の構成を示す図である。 図２の過負荷リミッタ放電電力算出機能２０２の構成を示す図である。 図４の過負荷リミッタ処理４０４の構成を示す図である。 図４の最大放電電力決定処理４０５の構成を示す図である。 図２の最大出力算出機能２０４の構成を示す図である。 図２の最大充電電力算出機能２０６の構成を示す図である。 図２の過負荷リミッタ充電電力算出機能２０７の構成を示す図である。 図９の過負荷リミッタ処理９０４の構成を示す図である。 図９の最大充電電力決定処理９０５の構成を示す図である。 図２の充電電力指令計算機能２０８の処理フローを示す図である。 図１の電力貯蔵装置１０４の充放電制御の例を示す図である。 図１の電力貯蔵装置１０４の充放電制御の例を示す図である。 本発明の実施例２に係る鉄道電力システムの概略構成を示す図である。 図１５のエネルギー制御機能１５０１の構成を示す図である。 本発明の実施例３に係る鉄道電力システムの概略構成を示す図である。 図１７のエネルギー制御機能１７０１の構成を示す図である。 本発明の実施例３に係る運行ダイヤの例を示す図である。 図１７の制御決定機能１７０３の構成を示す図である。 本発明の実施例３に係る充放電制御方法を示す図である。 本発明の実施例４に係る鉄道電力システムの概略構成を示す図である。 図２２のエネルギー制御機能２２０１の構成を示す図である。 図２２の制御決定機能２２０２の処理フローを示す図である。
　以下、図面を用いて本発明の実施例を説明する。なお、各図面において同一の構成については同一の符号を付し、重複する部分についてはその詳細な説明は省略する。
　図１から図１４を参照して、本発明の実施例１に係る変電システムとその制御方法について説明する。図１は、本実施例における変電システムの構成図であり、実線はシステムおよび設備の接続関係を表し、点線は各システムおよび設備からの情報の流れを表している。
　本実施例の変電システムは、図１に示すように、電力系統からの交流電力を受電し直流電力に変換する第１の交直電力変換装置１０１と、第１の交直電力変換装置１０１からの直流電力を直流部での電力に変換する第１の直流電力変換装置１０２と、第１の直流電力変換装置１０２の電力を変換し、き電線に出力する第２の直流電力変換装置１０３と、第１の直流電力変換装置１０２と第２の直流電力変換装置１０３の間に接続され、第２の直流電力変換装置１０３を経由して、き電線からの電力を充電するとともに、第２の直流電力変換装置１０３を経由して、き電線に対して放電を行う電力貯蔵装置１０４を有する。
　また、き電線の電圧１５１と、第２の直流電力変換装置１０３の出力電力１５２と、電力貯蔵装置１０４の充電量１５３と、第１の直流電力変換装置１０２の定格電力１５４を基に、第２の直流電力変換装置１０３の制御指令１５５と第１の直流電力変換装置１０２の制御指令１５６を決定するエネルギー制御機能１０５を有する。
　図２を用いて、エネルギー制御機能１０５について説明する。
　エネルギー制御機能１０５は、図２に示すように、き電線の電圧１５１と、充電量１５３と、エネルギー制御機能１０５内に設定されている第１の供給開始電圧２５１を基に、最大放電電力２５２を算出する最大放電電力算出機能２０１と、充電量１５３から過負荷リミッタ放電電力制限２５３を算出する過負荷リミッタ放電電力算出機能２０２と、最小値選択器２０３により、最大放電電力２５２と過負荷リミッタ放電電力制限２５３のうち小さい値を電力貯蔵装置１０４の最大放電電力２５４とする機能と、き電線の電圧１５１と、定格電力１５４と、エネルギー制御機能１０５内に設定されている第２の供給開始電圧２５５を基に、第１の直流電力変換装置１０２の出力可能電力２５６を算出する最大出力算出機能２０４と、加算器２０５により電力貯蔵装置１０４の最大放電電力２５４と第１の直流電力変換装置１０２の出力可能電力２５６の和を算出し、第２の直流電力変換装置１０３の制御指令１５５として算出する機能を有する。
　また、き電線の電圧１５１と、充電量１５３を基に、最大充電電力２５７を算出する最大充電電力算出機能２０６と、充電量１５３から過負荷リミッタ充電電力制限２５８を算出する過負荷リミッタ充電電力算出機能２０７と、き電線の電圧１５１と、第２の直流電力変換装置１０３の出力電力１５２と、第１の直流電力変換装置１０２の定格電力１５４と、エネルギー制御機能１０５内に設定されている回生充電開始電圧２５９と充電電力２６０を基に、充電電力指令２６１を計算する充電電力指令計算機能２０８と、最小値選択器２０９により、最大充電電力２５７と過負荷リミッタ充電電力制限２５８と充電電力指令２６１の中から最小値を計算し、その最小値に(-1)を掛けたものを第１の直流電力変換装置１０２の制御指令１５６とする機能により構成される。
　ここで、第１の供給開始電圧２５１は電力貯蔵装置１０４からの放電を決める閾値電圧であり、第２の供給開始電圧２５５は第１の直流電力変換装置１０２からの供給を決める閾値電圧である。また、第１の供給開始電圧２５１≦第２の供給開始電圧２５５が成立することが望ましい。
　図３を用いて、最大放電電力算出機能２０１について説明する。
　最大放電電力算出機能２０１は、図３に示すように、充電量１５３から充電量に基づく最大放電電力３５１を決定する最大放電電力テーブル３０１と、比較器３０２を用いて、き電線の電圧１５１が第１の供給開始電圧２５１以下かどうかを判断し、Yesの場合に「1」を、Noの場合に「0」を出力結果３５２として出力する機能と、乗算器３０３により最大放電電力３５１と出力結果３５２の積を計算し、電力貯蔵装置１０４の最大放電電力２５２として出力する機能により構成される。
　なお、最大放電電力テーブル３０１は、充電量（SOC：State Of Charge）と最大放電電力の関係が分かるものであれば良い。例えば、図示されているように、横軸を充電量（SOC）、縦軸を最大放電電力のグラフの形で構成する。
　図４を用いて、過負荷リミッタ放電電力算出機能２０２について説明する。
　過負荷リミッタ放電電力算出機能２０２は、図４に示すように、充電量１５３を保存し、本機能を実施した一回前の充電量４５１を出力する充電量データ保存機能４０１と、減算器４０２により一回前の充電量４５１から充電量１５３を引くことにより変動充電量４５２を算出する機能と、最大値選択器４０３により変動充電量４５２と「0」値のうち大きい方を放電側での変動充電量４５３とし出力する機能と、放電側での変動充電量４５３を入力として過負荷リミッタ判定値４５４を計算する過負荷リミッタ処理４０４と、過負荷リミッタ判定値４５４を入力として過負荷リミッタ放電電力制限２５３を算出する過負荷リミッタに基づく最大放電電力決定処理４０５により構成される。
　図５を用いて、過負荷リミッタ処理４０４について説明する。
　過負荷リミッタ処理４０４は、図５に示すように、放電側での変動充電量４５３に、図示していない電力貯蔵装置１０４の電荷量を掛け、本処理の動作周期時間で割ることにより得られる単位時間当たりの放電電流５５１を計算する放電電流計算部５０１と、乗算器５０２により放電電流５５１の二乗を計算し、放電電流二乗値５５２を算出する機能と、減算器５０３により放電電流二乗値５５２から電力貯蔵装置１０４の単位時間あたりの熱冷却性能５５３を差し引くことで得られる放電熱負荷５５４を算出する機能と、放電熱負荷５５４と過負荷リミッタ処理４０４内に存在する過負荷リミッタ計算時間範囲５５５を基に、過負荷リミッタ計算時間範囲５５５にある放電熱負荷５５４の和を計算し、過負荷リミッタ判定値４５４として出力する過負荷リミッタ計算機能５０４により構成される。
　図６を用いて、最大放電電力決定処理４０５について説明する。
　最大放電電力決定処理４０５は、図６に示すように、過負荷リミッタ判定値４５４を入力として過負荷リミッタ放電電力制限２５３を算出する過負荷リミッタ判定テーブル６０１により構成される。
　なお、過負荷リミッタ判定テーブル６０１は、過負荷リミッタ判定値と出力割合の関係が分かるものであれば良い。例えば、図示されているように、横軸を過負荷リミッタ判定値、縦軸を出力割合のグラフの形で構成する。
　図７を用いて、最大出力算出機能２０４について説明する。
　最大出力算出機能２０４は、図７に示すように、比較器７０１を用いてき電線の電圧１５１が第２の供給開始電圧２５５以下かどうかを判断し、Yesの場合に「1」、Noの場合に「0」を出力結果７５１として出力する機能と、乗算器７０２により定格電力１５４と出力結果７５１の積を計算し、第１の直流電力変換装置１０２の出力可能電力２５６として出力する機能により構成される。
　図８を用いて、最大充電電力算出機能２０６について説明する。
　最大充電電力算出機能２０６は、図８に示すように、充電量１５３から充電量に基づく最大充電電力２５７を決定する最大充電電力テーブル８０１により構成される。
　なお、最大充電電力テーブル８０１は、充電量（SOC）と最大充電電力の関係が分かるものであれば良い。例えば、図示されているように、横軸を充電量（SOC）、縦軸を最大充電電力のグラフの形で構成する。
　図９を用いて、過負荷リミッタ充電電力算出機能２０７について説明する。
　過負荷リミッタ充電電力算出機能２０７は、図９に示すように、充電量１５３を保存し、本機能を実施した一回前の充電量９５１を出力する充電量データ保存機能９０１と、減算器９０２により充電量１５３から一回前の充電量９５１を引くことにより変動充電量９５２を算出する機能と、最大値選択器９０３により変動充電量９５２と「0」値のうち大きい方を充電側での変動充電量９５３とし出力する機能と、充電側での変動充電量９５３を入力として過負荷リミッタ判定値９５４を計算する過負荷リミッタ処理９０４と、過負荷リミッタ判定値９５４を入力として過負荷リミッタ充電電力制限２５８を算出する過負荷リミッタに基づく最大充電電力決定処理９０５により構成される。
　図１０を用いて、過負荷リミッタ処理９０４について説明する。
　過負荷リミッタ処理９０４は、図１０に示すように、充電側での変動充電量９５３に、図示していない電力貯蔵装置１０４の電荷量を掛け、本処理の動作周期時間で割ることにより得られる単位時間あたりの充電電流１０５１を計算する充電電流計算部１００１と、乗算器１００２により充電電流１０５１の二乗を計算し、充電電流二乗値１０５２を算出する機能と、減算器１００３により充電電流二乗値１０５２から電力貯蔵装置１０４の単位時間あたりの熱冷却性能１０５３を差し引くことで得られる充電熱負荷１０５４を算出する機能と、充電熱負荷１０５４と過負荷リミッタ処理９０４内に存在する過負荷リミッタ計算時間範囲１０５５を基に、過負荷リミッタ計算時間範囲１０５５にある充電熱負荷１０５４の和を計算し、過負荷リミッタ判定値９５４として出力する過負荷リミッタ計算機能１００４により構成される。
　図１１を用いて、最大充電電力決定処理９０５について説明する。
　最大充電電力決定処理９０５は、図１１に示すように、過負荷リミッタ判定値９５４を入力として過負荷リミッタ充電電力制限２５８を算出する過負荷リミッタ判定テーブル１１０１により構成される。
　なお、過負荷リミッタ判定テーブル１１０１は、過負荷リミッタ判定値と出力割合の関係が分かるものであれば良い。例えば、図示されているように、横軸を過負荷リミッタ判定値、縦軸を出力割合のグラフの形で構成する。
　図１２を用いて、充電電力指令計算機能２０８の処理について説明する。
　先ず、ステップ１２０１において、き電線の電圧１５１が回生充電開始電圧２５９よりも小さいかを判定し、Yesであればステップ１２０２に進み、Noであればステップ１２０４に進む。
　次に、ステップ１２０２では、第１の直流電力変換装置１０２の定格電力１５４から第２の直流電力変換装置１０３の出力電力１５２を引いたものと「0」を比較し、大きい方の値を出力する。
　続いて、ステップ１２０３では、ステップ１２０２で得た値と、充電電力２６０のうち最小の値を算出し、出力する。以上で終了となる。
　一方、ステップ１２０４では、第２の直流電力変換装置１０３の出力電力１５２に(-1)を掛けたものと充電電力２６０のうち最小の値を算出し、出力する。以上で終了となる。
　図２に示すエネルギー制御機能１０５の処理を実施した場合の変電システムとしての電力貯蔵装置１０４で行われる充放電動作は、き電線の電圧１５１と直流電力変換装置１０３の出力電力１５２と直流電力変換装置１０２の定格電力１５４と第１の供給開始電圧２５１と第２の供給開始電圧２５５と回生充電開始電圧２５９とから表すことが可能となる。これを、図１３および図１４に示す。
　図１３は、第１の供給開始電圧２５１をV0、第２の供給開始電圧２５５をV1、回生充電開始電圧２５９をVabs、定格電力１５４をP1、充電電力２６０をP3とした場合に、き電線の電圧１５１と出力電力１５２により充放電が決まることを示している。
　図１２のステップ１２０２および１２０３で説明したように、き電線の電圧１５１が回生充電開始電圧Vabsよりも小さい場合においては、定格電力P1から出力電力１５２を引いたものと「0」との最大値を最初に算出し、その後充電電力２６０との最小値を出力する。
　これは、定格電力P1が出力電力１５２よりも大きい場合には、その差と充電電力２６０とを比較して小さいほうの電力を充電するように制御されることを示している。すなわち、図１３中の(2)あるいは(3)の動作が行われることになる。
　また、定格電力P1が出力電力１５２よりも小さい場合には、充電電力は「0」となり、蓄電装置（電力貯蔵装置１０４）の動作は放電になることを示している。すなわち、図１３中の(4)の動作が行われることになる。
　また、き電線の電圧１５１が回生充電開始電圧Vabs以上の場合においては、図１２のステップ１２０４で説明したように、出力電力１５２に(-1)を掛けたものと充電電力２６０のうち最小の値を充電電力として算出する。すなわち、図１３中の(1)の動作が行われることになる。
　なお、図１３では、回生を負で表現しているので、最大で充電するケースでも-P3/Vabsの電流で制限された形となる。
　図１４は、第１の供給開始電圧２５１と第２の供給開始電圧２５５が同値の場合であり、第１の供給開始電圧２５１および第２の供給開始電圧２５５をV0、回生充電開始電圧２５９をVabs、定格電力１５４をP1、充電電力２６０をP3とした場合に、き電線の電圧１５１と出力電力１５２により充放電が決まることを示している。
　図１２のステップ１２０２および１２０３で説明したように、き電線の電圧１５１が回生充電開始電圧Vabsよりも小さい場合においては、定格電力P1から出力電力１５２を引いたものと「0」との最大値を最初に算出し、その後充電電力２６０との最小値を出力する。
　これは、定格電力P1が出力電力１５２よりも大きい場合には、その差と充電電力２６０とを比較して小さいほうを充電することを示している。すなわち、図１４中の(2)あるいは(3)の動作が行われることになる。
　また、定格電力P1が出力電力１５２よりも小さい場合には、充電電力は「0」となり、蓄電装置（電力貯蔵装置１０４）の動作は放電になることを示している。すなわち、図１４中の(4)の動作が行われることになる。
　また、き電線の電圧１５１が回生充電開始電圧Vabs以上の場合においては、図１２のステップ１２０４で説明したように、出力電力１５２に(-1)を掛けたものと充電電力２６０のうち最小の値を充電電力として算出する。すなわち、図１４中の(1)の動作が行われることになる。
　なお、図１４では、回生を負で表現しているので、最大で充電するケースでも-P3/Vabsの電流で制限された形となる。
　以上述べた処理により、変電システムとしての電力貯蔵装置１０４の充放電動作が行われ、必要な大電力を確保することが可能となる。
　なお、本実施例で述べた電力貯蔵装置１０４の出力性能は、第２の直流電力変換装置１０３の定格出力と第１の直流電力変換装置１０２の定格出力の差分以上にすることが望ましい。
　以上説明したように、本実施例の変電システムは、電力系統からの交流電力を直流電力に変換する第１の交直電力変換装置１０１と、第１の交直電力変換装置１０１からの直流電力を直流部での直流電力に変換する第１の直流電力変換装置１０２と、き電線との電力送受を行う第２の直流電力変換装置１０３と、第１の直流電力変換装置１０２と第２の直流電力変換装置１０３の間に接続され、第２の直流電力変換装置１０３を経由してき電線からの電力を充電するとともに、第２の直流電力変換装置１０３を経由してき電線に対して放電を行う電力貯蔵装置１０４を備えており、第１の直流電力変換装置１０２を定格容量以下の出力で制御し、第２の直流電力変換装置１０３での電力の不足分を電力貯蔵装置１０４からの放電により補うように制御する。
　また、第１の直流電力変換装置１０２の出力が、第２の直流電力変換装置１０３の負荷よりも大きい場合、その差分以下で電力貯蔵装置１０４を充電するように制御する。
　また、第２の直流電力変換装置１０３から電力貯蔵装置１０４に対して充電する際、第１の直流電力変換装置１０２の出力を停止する。
　また、電力貯蔵装置１０４に充電する電力により発生する熱量が、電力貯蔵装置１０４の冷却性能を下回るように充電電力を制御する。
　また、電力貯蔵装置１０４の出力性能は、第２の直流電力変換装置１０３の定格出力と第１の直流電力変換装置１０２の定格出力の差分以上とする。
　これにより、高圧受電の2000kW以下に抑えた変電所の低受電容量化により、受電インフラ構築費用の低い電柱などの配電系統からの受電で変電所を敷設し、系統からの受電を定格容量以下に抑えつつ、列車が走行する上で必要な電力性能を確保することができる。
　図１５および図１６を参照して、本発明の実施例２に係る鉄道電力システムについて説明する。図１５は、本実施例における鉄道電力システムの構成図であり、実線はシステムおよび設備の接続関係を表し、点線は各システムおよび設備からの情報の流れを表している。
　本実施例の鉄道電力システムは、図１５に示すように、電力系統からの交流電力を受電し直流電力に変換する第１の交直電力変換装置１０１と、第１の交直電力変換装置１０１からの直流電力を直流部での電力に変換する第１の直流電力変換装置１０２と、第１の直流電力変換装置１０２の電力を変換し、き電線に出力する第２の直流電力変換装置１０３と、第１の直流電力変換装置１０２と第２の直流電力変換装置１０３の間に接続され、第２の直流電力変換装置１０３を経由して、き電線からの電力を充電するとともに、第２の直流電力変換装置１０３を経由して、き電線に対して放電を行う蓄電装置１０４を有する。
　また、エネルギー制御機能１５０１を有する第１の変電システムと、電力系統からの交流電力を受電し直流電力に変換する第２の交直電力変換装置１５０２と、第２の交直電力変換装置１５０２からの直流電力を直流部での電力に変換する第１の整流装置１５０３を有する第２の変電システムと、き電線からの電力を基に走行する複数の列車１５０４ａ，１５０４ｂ，１５０４ｃを有する。
　また、エネルギー制御機能１５０１は、き電線の電圧１５１と、第２の直流電力変換装置１０３の出力電力１５２と、電力貯蔵装置１０４の充電量１５３と、第１の直流電力変換装置１０２の定格電力１５４と、第１の整流装置１５０３の無負荷時電圧情報１５５１を基に、第２の直流電力変換装置１０３の制御指令１５５と第１の直流電力変換装置１０２の制御指令１５６を決定する。実施例１（図１）で述べた構成と同じ構成については、図１と同じ参照番号で記しており、詳細な説明は省略する。
　図１６を用いて、エネルギー制御機能１５０１について説明する。
　エネルギー制御機能１５０１は、図１６に示すように、無負荷時電圧情報１５５１を基に第１の供給開始電圧１６５１および第２の供給開始電圧１６５２を決定する供給開始電圧決定機能１６０１と、き電線の電圧１５１と、蓄電装置１０４の充電量１５３と、第１の供給開始電圧１６５１を基に、最大放電電力２５２を算出する最大放電電力算出機能１６０２と、充電量１５３から過負荷リミッタ放電電力制限２５３を算出する過負荷リミッタ放電電力算出機能２０２と、最小値選択器２０３により、最大放電電力２５２と過負荷リミッタ放電電力制限２５３のうち小さい値を蓄電装置１０４の最大放電電力２５４とする機能と、き電線の電圧１５１と、直流電力変換装置１０２の定格電力１５４と、第２の供給開始電圧１６５２を基に、第１の直流電力変換装置１０２の出力可能電力２５６を算出する最大出力算出機能１６０３と、加算器２０５により蓄電装置１０４の最大放電電力２５４と出力可能電力２５６の和を算出し、第２の直流電力変換装置１０３の制御指令１５５として算出する機能を有する。
　また、き電線の電圧１５１と、蓄電装置１０４の充電量１５３を基に、最大充電電力２５７を算出する最大充電電力算出機能２０６と、充電量１５３から過負荷リミッタ充電電力制限２５８を算出する過負荷リミッタ充電電力算出機能２０７と、き電線の電圧１５１と、直流電力変換装置１０３の出力電力１５２と、直流電力変換装置１０２の定格電力１５４とエネルギー制御機能１５０１内に設定されている回生充電開始電圧２５９と充電電力２６０を基に、充電電力指令２６１を計算する充電電力指令計算機能２０８と、最小値選択器２０９により、最大充電電力２５７と過負荷リミッタ充電電力制限２５８と充電電力指令２６１の中から最小値を計算し、その最小値に(-1)を掛けたものを制御指令１５６とする機能により構成される。
　供給開始電圧決定機能１６０１は、無負荷時電圧情報１５５１よりもα低い電圧を第１の供給開始電圧１６５１とし、第１の供給開始電圧１６５１と同じ値、或いは、さらにβ低い電圧を第２の供給開始電圧１６５２とする機能である。このα、βは正の任意の値を設定すればよい。
　最大放電電力算出機能１６０２は、最大放電電力算出機能２０１と同一の機能であり、最大放電電力算出機能２０１の入力の１つである第１の供給開始電圧２５１の代わりに第１の供給開始電圧１６５１を使用しているだけである。このため詳細な説明は省略する。
　また、最大出力算出機能１６０３は、最大出力算出機能２０４と同一の機能であり、最大出力算出機能２０４の入力の１つである第２の供給開始電圧２５５の代わりに第２の供給開始電圧１６５２を使用しているだけである。このため詳細な説明は省略する。
　以上述べた構成により、実施例１で述べたような変電システムとしての電力貯蔵装置（蓄電装置）１０４の充放電動作が行われ、必要な大電力を確保することが可能となる。
　なお、第２の交直電力変換装置１５０２および第１の整流装置１５０３により構成される第２の変電システムを考慮して供給開始電圧を設定することで、電力貯蔵装置（蓄電装置）の充電容量も確保しやすくなる。
　図１７から図２１を参照して、本発明の実施例３に係る鉄道電力システムについて説明する。図１７は、本実施例における鉄道電力システムの構成図であり、実線はシステムおよび設備の接続関係を表し、点線は各システムおよび設備からの情報の流れを表している。
　本実施例の鉄道電力システムは、図１７に示すように、電力系統からの交流電力を受電し直流電力に変換する第１の交直電力変換装置１０１と、第１の交直電力変換装置１０１からの直流電力を直流部での電力に変換する第１の直流電力変換装置１０２と、第１の直流電力変換装置１０２の電力を変換し、き電線に出力する第２の直流電力変換装置１０３と、第１の直流電力変換装置１０２と第２の直流電力変換装置１０３の間に接続され、第２の直流電力変換装置１０３を経由して、き電線からの電力を充電するとともに、第２の直流電力変換装置１０３を経由して、き電線に対して放電を行う蓄電装置１０４と、エネルギー制御機能１７０１を有する第１の変電システムと、電力系統からの交流電力を受電し直流電力に変換する第２の交直電力変換装置１５０２と、第２の交直電力変換装置１５０２からの直流電力を直流部での電力に変換する第１の整流装置１５０３を有する第２の変電システムと、き電線からの電力を基に走行する複数の列車１５０４ａ，１５０４ｂ，１５０４ｃと、複数の列車１５０４ａ，１５０４ｂ，１５０４ｃのダイヤ情報１７５１を管理するダイヤ管理システム１７０２と、第１の整流装置１５０３の無負荷時電圧情報１５５１とダイヤ情報１７５１を基に第１の供給開始電圧１７５２、第２の供給開始電圧１７５３、最大充電電力１７５４を決定する制御決定機能１７０３を有する。
　また、エネルギー制御機能１７０１は、き電線の電圧１５１と、第２の直流電力変換装置１０３の出力電力１５２と、蓄電装置１０４の充電量１５３と、第１の直流電力変換装置１０２の定格電力１５４と、第１の供給開始電圧１７５２と、第２の供給開始電圧１７５３と、最大充電電力１７５４を基に、第２の直流電力変換装置１０３の制御指令１５５と第１の直流電力変換装置１０２の制御指令１５６を決定する。実施例１（図１）および実施例２（図１５）で述べた構成と同じ構成については、図１および図１５と同じ参照番号で記しており、詳細な説明は省略する。
　図１８を用いて、エネルギー制御機能１７０１について説明する。
　エネルギー制御機能１７０１は、図１８に示すように、き電線の電圧１５１と、蓄電装置１０４の充電量１５３と、第１の供給開始電圧１７５２を基に、最大放電電力２５２を算出する最大放電電力算出機能１８０１と、充電量１５３から過負荷リミッタ放電電力制限２５３を算出する過負荷リミッタ放電電力算出機能２０２と、最小値選択器２０３により、最大放電電力２５２と過負荷リミッタ放電電力制限２５３のうち小さい値を蓄電装置１０４の最大放電電力２５４とする機能と、き電線の電圧１５１と、定格電力１５４と、第２の供給開始電圧１７５３を基に、第１の直流電力変換装置１０２の出力可能電力２５６を算出する最大出力算出機能１８０２と、加算器２０５により蓄電装置１０４の最大放電電力２５４と出力可能電力２５６の和を算出し、第２の直流電力変換装置１０３の制御指令１５５として算出する機能を有する。
　また、き電線の電圧１５１と、充電量１５３を基に、最大充電電力２５７を算出する最大充電電力算出機能２０６と、充電量１５３から過負荷リミッタ充電電力制限２５８を算出する過負荷リミッタ充電電力算出機能２０７と、エネルギー制御機能１７０１内に設定されている充電電力２６０と最大充電電力１７５４を基に充電上限電力１８５１を決定する充電上限決定部１８０３と、き電線の電圧１５１と、出力電力１５２と、定格電力１５４とエネルギー制御機能１７０１内に設定されている回生充電開始電圧２５９と充電上限電力１８５１を基に、充電電力指令２６１を計算する充電電力指令計算機能１８０４と、最小値選択器２０９により、最大充電電力２５７と過負荷リミッタ充電電力制限２５８と充電電力指令２６１の中から最小値を計算し、その最小値に(-1)を掛けたものを制御指令１５６とする機能により構成される。
　図１９を用いて、ダイヤ管理システム１７０２に入っているダイヤ情報１７５１の例を説明する。
　図１９の横軸が時刻、縦軸が位置を表している。また、図１９では、１９０１，１９０２，１９０３，１９０４，１９０５の５列車のダイヤ情報を記している。一点鎖線の１９０１，１９０２，１９０３はE駅からA駅に向かう列車それぞれのダイヤを表している。点線の列車１９０４，１９０５はA駅からE駅に向かう列車それぞれのダイヤを表している。これにより各列車の各駅における発着時刻や、特定の時間における在線状況を把握できる。なお、図１９に示した情報があればよいため、例えば、各駅の発着時刻を表で記した形であっても良い。
　図２０を用いて、制御決定機能１７０３について説明する。
　制御決定機能１７０３は、ダイヤ情報１７５１を基に時間毎に蓄電装置１０４の充放電制御情報２０５１を決定する充放電制御決定機能２００１と、充放電制御情報２０５１と第１の整流装置１５０３の無負荷時電圧情報１５５１を基に第１の供給開始電圧１７５２と第２の供給開始電圧１７５３と最大充電電力１７５４を決定する供給開始電圧決定機能２００２により構成される。
　図２１を用いて、充放電制御決定機能２００１について説明する。
　図２１は、蓄電装置１０４の出力範囲を定め、ダイヤ情報１７５１にあてはめたものである。図２１では２１０１と２１０２の２本の線で挟まれた領域を蓄電装置１０４の出力範囲とする。この時、この範囲に列車が存在する場合には放電優先とし、列車が存在しない場合は充電優先とする。
　但し、充電優先の範囲は過負荷リミッタ時間範囲を考慮して定める。例えば、列車１９０１が蓄電装置１０４の出力範囲に入る直前まで充電優先とし、列車１９０１が蓄電装置１０４の出力範囲に入った直後に放電優先とした場合、過負荷リミッタ時間範囲を考慮すると放電が行われない可能性がある。
　このため、列車１９０１が蓄電装置１０４の出力範囲に入る時刻から過負荷リミッタ時間範囲を差し引いた分を充電優先とする。
　図２１の２１０１と２１０２の２本の線で挟まれた領域において、破線の矢印で示したものが充電優先、実線の矢印で示したものが放電優先である。また、当該領域において矢印がない時間帯は、当該領域に列車は在線していないが過負荷リミッタ時間範囲を考慮すると充電優先にはならないところを示している。なお、この領域は充電優先でなければよく、例えば放電優先や充放電無しという状態にしても良い。
　このようにすることで、充電優先の場合には充電量を確保するように制御することが可能となるとともに、放電優先の場合には必要とする大電力を確保するように制御することが可能となる。
　供給開始電圧決定機能２００２では、充放電制御情報２０５１が充電の場合には、第１の供給開始電圧１７５２および第２の供給開始電圧１７５３を「0」とする。最大充電電力１７５４は蓄電装置１０４の最大充電電力とする。
　また、充放電制御情報２０５１が充電以外の場合には、無負荷時電圧情報１５５１よりもα低い電圧を第１の供給開始電圧１７５２とし、第１の供給開始電圧１７５２と同じ値、或いは、さらにβ低い電圧を第２の供給開始電圧１７５３とする。このα、βは正の任意の値を設定すればよい。最大充電電力１７５４は「0」とする。
　図１８に示した充電上限決定部１８０３について説明する。最大充電電力１７５４が「0」の場合、充電電力２６０を充電上限電力１８５１とし、最大充電電力１７５４が「0」以外の場合には、最大充電電力１７５４を充電上限電力１８５１とする。この処理により、充放電制御情報２０５１が放電の場合は実施例１および実施例２と同様の充電制御が行われるとともに、充放電制御情報２０５１が放電以外の場合は充電電力を上昇させて、充電量の確保の促進に努めることが可能となる。
　これらの機能により、蓄電装置１０４の充電量を確保しつつ、変電システムとしての電力貯蔵装置（蓄電装置１０４）の充放電動作が行われ、必要な大電力を確保することが可能となる。
　なお、本実施例では運行ダイヤを基に記しているが、このダイヤは予め決められたものだけではなく、例えば、路線上を走行している列車情報などの時々刻々と変化する状況を反映したものであっても良い。
　図２２から図２４を参照して、本発明の実施例４に係る鉄道電力システムについて説明する。図２２は、本実施例における鉄道電力システムの構成図であり、実線はシステムおよび設備の接続関係を表し、点線は各システムおよび設備からの情報の流れを表している。
　本実施例の鉄道電力システムは、図２２に示すように、電力系統からの交流電力を受電し直流電力に変換する第１の交直電力変換装置１０１と、第１の交直電力変換装置１０１からの直流電力を直流部での電力に変換する第１の直流電力変換装置１０２と、第１の直流電力変換装置１０２の電力を変換し、き電線に出力する第２の直流電力変換装置１０３と、第１の直流電力変換装置１０２と第２の直流電力変換装置１０３の間に接続され、第２の直流電力変換装置１０３を経由して、き電線からの電力を充電するとともに、第２の直流電力変換装置１０３を経由して、き電線に対して放電を行う蓄電装置１０４と、エネルギー制御機能２２０１を有する第１の変電システムと、電力系統からの交流電力を受電し直流電力に変換する第２の交直電力変換装置１５０２と、第２の交直電力変換装置１５０２からの直流電力を直流部での電力に変換する第１の整流装置１５０３を有する第２の変電システムと、き電線からの電力を基に走行する複数の列車１５０４ａ，１５０４ｂ，１５０４ｃと、複数の列車１５０４ａ，１５０４ｂ，１５０４ｃの位置および電力情報２２５１ａ，２２５１ｂ，２２５１ｃと、第１の整流装置１５０３の無負荷時電圧情報１５５１を基に第１の供給開始電圧２２５２と第２の供給開始電圧２２５３と最大充電電力２２５４を決定する制御決定機能２２０２を有する。
　また、エネルギー制御機能２２０１は、き電線の電圧１５１と、第２の直流電力変換装置１０３の出力電力１５２と、蓄電装置１０４の充電量１５３と、第１の直流電力変換装置１０２の定格電力１５４と、第１の供給開始電圧２２５２と、第２の供給開始電圧２２５３と、最大充電電力２２５４を基に、第２の直流電力変換装置１０３の制御指令１５５と第１の直流電力変換装置１０２の制御指令１５６を決定する。実施例１（図１）および実施例２（図１５）で述べた構成と同じ構成については、図１および図１５と同じ参照番号で記しており、詳細な説明は省略する。
　図２３を用いて、エネルギー制御機能２２０１について説明する。
　エネルギー制御機能２２０１は、図２３に示すように、き電線の電圧１５１と、蓄電装置１０４の充電量１５３と、第１の供給開始電圧２２５２を基に、最大放電電力２５２を算出する最大放電電力算出機能２３０１と、充電量１５３から過負荷リミッタ放電電力制限２５３を算出する過負荷リミッタ放電電力算出機能２０２と、最小値選択器２０３により、最大放電電力２５２と過負荷リミッタ放電電力制限２５３のうち小さい値を蓄電装置１０４の最大放電電力２５４とする機能と、き電線の電圧１５１と、定格電力１５４と、第２の供給開始電圧２２５３を基に、第１の直流電力変換装置１０２の出力可能電力２５６を算出する最大出力算出機能２３０２と、加算器２０５により蓄電装置１０４の最大放電電力２５４と出力可能電力２５６の和を算出し、第２の直流電力変換装置１０３の制御指令１５５として算出する機能を有する。
　また、き電線の電圧１５１と、充電量１５３を基に、最大充電電力２５７を算出する最大充電電力算出機能２０６と、充電量１５３から過負荷リミッタ充電電力制限２５８を算出する過負荷リミッタ充電電力算出機能２０７と、エネルギー制御機能２２０１内に設定されている充電電力２６０と最大充電電力２２５４を基に充電上限電力１８５１を決定する充電上限決定部２３０３と、き電線の電圧１５１と、出力電力１５２と、定格電力１５４とエネルギー制御機能２２０１内に設定されている回生充電開始電圧２５９と充電上限電力１８５１を基に、充電電力指令２６１を計算する充電電力指令計算機能１８０４と、最小値選択器２０９により、最大充電電力２５７と過負荷リミッタ充電電力制限２５８と充電電力指令２６１の中から最小値を計算し、その最小値に(-1)を掛けたものを制御指令１５６とする機能により構成される。
　最大放電電力算出機能２３０１は、図18の最大放電電力算出機能１８０１と同一の機能であり、最大放電電力算出機能１８０１の入力の１つである第１の供給開始電圧１７５２の代わりに第１の供給開始電圧２２５２を使用しているだけである。このため詳細な説明は省略する。
　また、最大出力算出機能２３０２は、最大出力算出機能１８０２と同一の機能であり、最大出力算出機能１８０２の入力の１つである第２の供給開始電圧１７５３の代わりに第２の供給開始電圧２２５３を使用しているだけである。このため詳細な説明は省略する。
　また、充電上限決定部２３０３は、充電上限決定部１８０３と同一の機能であり、充電上限決定部１８０３の入力の１つである最大充電電力１７５４の代わりに最大充電電力２２５４を使用しているだけである。このため詳細な説明は省略する。
　図２４を用いて、制御決定機能２２０２について説明する。
　先ず、ステップ２４０１では、無負荷時電圧情報１５５１よりもα低い電圧を第１の供給開始電圧２２５２とし、第１の供給開始電圧２２５２と同じ値、或いは、さらにβ低い電圧を第２の供給開始電圧２２５３とする。このα、βは正の任意の値を設定すればよい。
　次に、ステップ２４０２では、在線している列車１５０４ａ，１５０４ｂ，１５０４ｃの中から、回生をしている車両の中で自変電所に最も近い車両Xを抽出し、その車両Xとの距離Lを求める。なお回生車両がいない場合には、L=∞とする。
　続いて、ステップ２４０３では、ステップ２４０２で抽出した回生車両の軽負荷回生開始電圧Vaを抽出する。
　なお、回生車両の軽負荷回生開始電圧Vaは、図示していない各列車の特性情報を基に抽出する。各列車の特性情報は、軽負荷回生開始電圧Vaが含まれていればよく、例えば、引張力、制動力、電気ブレーキ力、軽負荷回生開始電圧、軽負荷回生終了電圧などで構成されていれば良い。回生車両がいない場合にはVa=0とする。
　続いて、ステップ２４０４では、ステップ２４０２で抽出した距離Lと、ステップ２４０３で抽出した軽負荷回生開始電圧Vaと蓄電装置１０４の回生充電開始電圧Vabsと、図示していない単位距離当たりのき電抵抗Rを基に、最大充電電流Imaxを以下の式（１）で計算する。
　Imax = (Va - Vabs)/(R×L)・・・（１）
　続いて、ステップ２４０５では、ステップ２４０４で算出したImaxと蓄電装置１０４の回生充電開始電圧Vabsを掛けた値を充電可能電力として算出し、最大充電電力２２５４として設定する。
　以上で処理は終了となる。このようにすることで、回生車両のうち軽負荷となる分だけを最大充電電力とすることになり、その結果、余計な充電をしなくなることも可能となる。
　以上述べた構成により、実施例１で述べたように変電システムとしての電力貯蔵装置（蓄電装置）１０４の充放電動作が行われ、必要な大電力を確保することが可能となる。
　なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記の実施例は本発明に対する理解を助けるために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
　例えば、実施例３の制御決定機能１７０３と実施例４の制御決定機能２２０２を組み合わせて、必要とするダイヤ情報、車両情報を入力とすることで本発明を実施してもよい。
　１０１…第１の交直電力変換装置、１０２…第１の直流電力変換装置、１０３…第２の直流電力変換装置、１０４…電力貯蔵装置（蓄電装置）、１０５…エネルギー制御機能、１５１…き電線の電圧、１５２…（直流電力変換装置１０３の）出力電力、１５３…（電力貯蔵装置１０４の）充電量、１５４…（直流電力変換装置１０２の）定格電力、１５５…（直流電力変換装置１０３の）制御指令、１５６…（直流電力変換装置１０２の）制御指令、２０１…最大放電電力算出機能、２０２…過負荷リミッタ放電電力算出機能、２０３…最小値選択器、２０４…最大出力算出機能、２０５…加算器、２０６…最大充電電力算出機能、２０７…過負荷リミッタ充電電力算出機能、２０８…充電電力指令計算機能、２０９…最小値選択器、２５１…第１の供給開始電圧、２５２…（電力貯蔵装置１０４の）最大放電電力、２５３…過負荷リミッタ放電電力制限、２５４…（電力貯蔵装置１０４の）最大放電電力、２５５…第２の供給開始電圧、２５６…（直流電力変換装置１０２の）出力可能電力、２５７…最大充電電力、２５８…過負荷リミッタ充電電力制限、２５９…回生充電開始電圧、２６０…充電電力、２６１…充電電力指令、３０１…最大放電電力テーブル、３０２…比較器、３０３…乗算器、３５１…最大放電電力、３５２…出力結果、４０１…充電量データ保存機能、４０２…減算器、４０３…最大値選択器、４０４…過負荷リミッタ処理、４０５…最大放電電力決定処理、４５１…（一回前の）充電量、４５２…変動充電量、４５３…変動充電量、４５４…過負荷リミッタ判定値、５０１…放電電流計算部、５０２…乗算器、５０３…減算器、５０４…過負荷リミッタ計算機能、５５１…放電電流、５５２…放電電流二乗値、５５３…熱冷却性能、５５４…放電熱負荷、５５５…過負荷リミッタ計算時間範囲、６０１…過負荷リミッタ判定テーブル、７０１…比較器、７０２…乗算器、７５１…出力結果、８０１…最大充電電力テーブル、９０１…充電量データ保存機能、９０２…減算器、９０３…最大値選択器、９０４…過負荷リミッタ処理、９０５…最大充電電力決定処理、９５１…（一回前の）充電量、９５２…変動充電量、９５３…変動充電量、９５４…過負荷リミッタ判定値、１００１…充電電流計算部、１００２…乗算器、１００３…減算器、１００４…過負荷リミッタ計算機能、１０５１…充電電流、１０５２…充電電流二乗値、１０５３…熱冷却性能、１０５４…充電熱負荷、１０５５…過負荷リミッタ計算時間範囲、１１０１…過負荷リミッタ判定テーブル、１５０１…エネルギー制御機能、１５０２…第２の交直電力変換装置、１５０３…第１の整流装置、１５０４ａ，１５０４ｂ，１５０４ｃ…列車、１５５１…無負荷時電圧情報、１６０１…供給開始電圧決定機能、１６０２…最大放電電力算出機能、１６０３…最大出力算出機能、１６５１…第１の供給開始電圧、１６５２…第２の供給開始電圧、１７０１…エネルギー制御機能、１７０２…ダイヤ管理システム、１７０３…制御決定機能、１７５１…ダイヤ情報、１７５２…第１の供給開始電圧、１７５３…第２の供給開始電圧、１７５４…最大充電電力、１８０１…最大放電電力算出機能、１８０２…最大出力算出機能、１８０３…充電上限決定部、１８０４…充電電力指令計算機能、１８５１…充電上限電力、１９０１，１９０２，１９０３，１９０４，１９０５…列車、２００１…充放電制御決定機能、２００２…供給開始電圧決定機能、２０５１…充放電制御情報、２１０１，２１０２…電力貯蔵装置（蓄電装置）の出力範囲、２２０１…エネルギー制御機能、２２０２…制御決定機能、２２５１ａ，２２５１ｂ，２２５１ｃ…（列車の）位置および電力情報、２２５２…第１の供給開始電圧、２２５３…第２の供給開始電圧、２２５４…最大充電電力、２３０１…最大放電電力算出機能、２３０２…最大出力算出機能、２３０３…充電上限決定部

Claims (13)

  1. 　電力系統からの交流電力を直流電力に変換する第１の交直電力変換装置と、
    　前記第１の交直電力変換装置からの直流電力を直流部での直流電力に変換する第１の直流電力変換装置と、
    　き電線との電力送受を行う第２の直流電力変換装置と、
    　前記第１の直流電力変換装置と前記第２の直流電力変換装置の間に接続され、前記第２の直流電力変換装置を経由して前記き電線からの電力を充電するとともに、前記第２の直流電力変換装置を経由して前記き電線に対して放電を行う電力貯蔵装置と、を備え、
    　前記第１の直流電力変換装置を定格容量以下の出力で制御し、前記第２の直流電力変換装置での電力の不足分を前記電力貯蔵装置からの放電により補うように制御することを特徴とする変電システム。
  2. 　請求項１に記載の変電システムにおいて、
    　前記第１の直流電力変換装置の出力が、前記第２の直流電力変換装置の負荷よりも大きい場合、その差分以下で前記電力貯蔵装置を充電するように制御することを特徴とする変電システム。
  3. 　請求項１または２に記載の変電システムにおいて、
    　前記第２の直流電力変換装置から前記電力貯蔵装置に対して充電する際、前記第１の直流電力変換装置の出力を停止することを特徴とする変電システム。
  4. 　請求項１から３のいずれか１項に記載の変電システムにおいて、
    　前記電力貯蔵装置に充電する電力により発生する熱量が、前記電力貯蔵装置の冷却性能を下回るように充電電力を制御することを特徴とする変電システム。
  5. 　請求項１から４のいずれか１項に記載の変電システムにおいて、
    　前記電力貯蔵装置の出力性能は、前記第２の直流電力変換装置の定格出力と前記第１の直流電力変換装置の定格出力の差分以上とすることを特徴とする変電システム。
  6. 　請求項１から５のいずれか１項に記載の変電システムを用いた電気鉄道システムにおいて、
    　電力系統からの交流電力を直流電力に変換する第２の交直電力変換装置と、
    　前記第２の交直電力変換装置からの直流電力を変換し、き電線へ出力を行う第１の整流装置と、を有する前記変電システムとは異なる別の変電システムをさらに備え、
    　前記変電システムが動作する電圧が、前記別の変電システムが動作する電圧よりも低くなるように制御することを特徴とする電気鉄道システム。
  7. 　請求項６に記載の電気鉄道システムにおいて、
    　１以上の列車の運行情報を有するダイヤ管理システムを備え、
    　前記運行情報を基に、前記変電システムの制御を決定することを特徴とする電気鉄道システム。
  8. 　請求項６または７に記載の電気鉄道システムにおいて、
    　１以上の列車の特性情報を有する特性管理システムを備え、
    　前記１以上の列車の位置と電力および特性情報を基に、前記変電システムの制御を決定することを特徴とする電気鉄道システム。
  9. 　変電所と電力貯蔵装置を併用した変電システムの制御方法であって、
    　変電所からの交流電力を、交直電力変換装置により直流電力に変換し、
    　前記交直電力変換装置からの直流電力を、第１の直流電力変換装置により直流部での直流電力に変換するとともに、前記第１の直流電力変換装置の出力を定格容量以下で制御し、
    　前記第１の直流電力変換装置からの直流電力を、第２の直流電力変換装置によりき電線に送電する直流電力に変換し、
    　前記第２の直流電力変換装置での電力の不足分を電力貯蔵装置からの放電により補うように制御することを特徴とする変電システムの制御方法。
  10. 　請求項９に記載の変電システムの制御方法であって、
    　前記第１の直流電力変換装置の出力が、前記第２の直流電力変換装置の負荷よりも大きい場合、その差分以下で前記電力貯蔵装置を充電するように制御することを特徴とする変電システムの制御方法。
  11. 　請求項９または１０に記載の変電システムの制御方法であって、
    　前記第２の直流電力変換装置から前記電力貯蔵装置に対して充電する際、前記第１の直流電力変換装置の出力を停止することを特徴とする変電システムの制御方法。
  12. 　請求項９から１１のいずれか１項に記載の変電システムの制御方法であって、
    　前記電力貯蔵装置に充電する電力により発生する熱量が、前記電力貯蔵装置の冷却性能を下回るように充電電力を制御することを特徴とする変電システムの制御方法。
  13. 　請求項９から１２のいずれか１項に記載の変電システムの制御方法であって、
    　前記電力貯蔵装置の出力性能は、前記第２の直流電力変換装置の定格出力と前記第１の直流電力変換装置の定格出力の差分以上とすることを特徴とする変電システムの制御方法。
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