(57)【要約】 【課題】負荷に応じて整流器の運転台数を自動的に切替制御することができる直流変電所および直流給電システムを提供する。【解決手段】本実施形態による直流変電所は、第１変圧器から出力される電流を整流する第１整流器と、第２変圧器から出力される電流を整流する第２整流器と、第１整流器の負荷状態を推定する第１負荷状態推定部と、第２整流器の負荷状態を推定する第２負荷状態推定部と、第１および第２整流器の少なくとも一方の負荷状態に基づいて、第１および第２整流器を並列運転するか、第１または第２整流器を単独運転するかを判断する運転状態評価部と、運転状態評価部が単独運転から並列運転に判断を変えた場合、第１変圧器から第１整流器を通って負荷に至る電流経路と、第２変圧器から第２整流器を通って負荷に至る電流経路とのうち、単独運転時には電流を流さなかった電流経路にも電流を流す指令を出す指令部とを備える。【選択図】図２
2020078984.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流系統からの交流電力を降圧する第１変圧器および第２変圧器と、
前記第１変圧器から出力される電流を整流する第１整流器と、
前記第２変圧器から出力される電流を整流する第２整流器と、
前記第１整流器に入力される電流または前記第１整流器から出力される電流を検出する第１電流検出器と、
前記第２整流器に入力される電流または前記第２整流器から出力される電流を検出する第２電流検出器と、
前記第１電流検出器で検出された電流に基づいて、前記第１整流器の負荷状態を推定する第１負荷状態推定部と、
前記第２電流検出器で検出された電流に基づいて、前記第２整流器の負荷状態を推定する第２負荷状態推定部と、
前記第１および第２整流器の少なくとも一方の負荷状態に基づいて、前記第１および第２整流器を並列運転するか、前記第１または第２整流器を単独運転するかを判断する運転状態評価部と、
前記運転状態評価部が前記単独運転から前記並列運転に判断を変えた場合、前記第１変圧器から前記第１整流器を通って負荷に至る電流経路と、前記第２変圧器から前記第２整流器を通って前記負荷に至る電流経路とのうち、前記単独運転時には電流を流さなかった電流経路にも電流を流す指令を出す指令部とを備える直流変電所。
【請求項２】
前記第１負荷状態推定部は、前記第１整流器で発生される損失の積分値に基づいて、前記第１整流器の負荷状態を推定し、
前記第２負荷状態推定部は、前記第２整流器で発生される損失の積分値に基づいて、前記第２整流器の負荷状態を推定する、請求項１に記載の直流変電所。
【請求項３】
前記運転状態評価部は、前記第１整流器で発生される損失の積分値と、前記第２整流器で発生される損失の積分値との少なくとも一方が第１閾値以上になる場合、前記並列運転すると判断し、
前記指令部は、前記運転状態評価部が前記並列運転すると判断した場合、前記第１変圧器、前記第２変圧器、前記第１整流器および前記第２整流器を動作させて、前記第１整流器および前記第２整流器から出力される電流を前記負荷に供給するよう指令を出す、請求項２に記載の直流変電所。
【請求項４】
前記運転状態評価部は、前記第１整流器で発生される損失の積分値と、前記第２整流器で発生される損失の積分値との少なくとも一方が前記第１閾値よりも低い第２閾値以下である場合、前記単独運転すると判断し、
前記指令部は、前記第２閾値以下になってから所定時間経過後に、前記第１変圧器から前記第１整流器を通って前記負荷に至る電流経路と、前記第２変圧器から前記第２整流器を通って前記負荷に至る電流経路とのうち、いずれか一方の電流経路に流れる電流を遮断させる指令を出す、請求項３に記載の直流変電所。
【請求項５】
前記第１整流器で発生される損失は、前記第１整流器のジャンクション温度、または、前記第１整流器を冷却する第１冷却部の温度に基づいて算出され、
前記第２整流器で発生される損失は、前記第２整流器のジャンクション温度、または、前記第２整流器を冷却する第２冷却部の温度に基づいて算出される、請求項２から４のいずれか一項に記載の直流変電所。
【請求項６】
前記交流系統と前記第１変圧器とを接続するか、遮断するかを切り替える第１交流接触器と、
前記交流系統と前記第２変圧器とを接続するか、遮断するかを切り替える第２交流接触器と、を備え、
前記指令部は、前記運転状態評価部が前記単独運転から前記並列運転に判断を変えた場合、前記第１変圧器および前記第２変圧器の両方を前記交流系統に接続するよう前記第１交流接触器および前記第２交流接触器に指令を出す、請求項１から５のいずれか一項に記載の直流変電所。
【請求項７】
前記第１整流器と前記負荷とを接続するか、遮断するかを切り替える第１直流接触器と、
前記第２整流器と前記負荷とを接続するか、遮断するかを切り替える第２直流接触器と、を備え、
前記指令部は、前記運転状態評価部が前記単独運転から前記並列運転に判断を変えた場合、前記第１整流器および前記第２整流器の両方を前記負荷に接続するよう前記第１直流接触器および前記第２直流接触器に指令を出す、請求項１から６のいずれか一項に記載の直流変電所。
【請求項８】
前記第１変圧器、前記第１整流器および前記第１電流検出器を有する第１整流器バンクと、
前記第２変圧器、前記第２整流器および前記第２電流検出器を有する第２整流器バンクと、を備え、
前記指令部は、前記第１整流器バンクおよび前記第２整流器バンクのいずれか一方を所定期間ごとに交互に選択して、起動時に最初に運転を開始させる指令を出す、請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の直流変電所。
【請求項９】
前記第１変圧器、前記第１整流器および前記第１電流検出器を有する第１整流器バンクと、
前記第２変圧器、前記第２整流器および前記第２電流検出器を有する第２整流器バンクと、を備え、
前記指令部は、前記第１整流器バンクおよび前記第２整流器バンクの稼働状況に基づいて、前記第１整流器バンクおよび前記第２整流器バンクのいずれか一方に対して、起動時に最初に運転を開始させる指令を出す、請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の直流変電所。
【請求項１０】
前記指令部は、前記第１電流検出器で検出された電流または前記第２電流検出器で検出された電流が所定の閾値以上である場合、前記単独運転から前記並列運転への切替を指令する、請求項１から請求項９のいずれか一項に記載の直流変電所。
【請求項１１】
直流変電所と、電力管理システムとを備える直流給電システムであって、
前記直流変電所は、
交流系統からの交流電力を降圧する第１変圧器および第２変圧器と、
前記第１変圧器から出力される電流を整流する第１整流器と、
前記第２変圧器から出力される電流を整流する第２整流器と、
前記第１整流器に入力される電流または前記第１整流器から出力される電流を検出する第１電流検出器と、
前記第２整流器に入力される電流または前記第２整流器から出力される電流を検出する第２電流検出器と、
前記第１電流検出器で検出された電流に基づいて、前記第１整流器の負荷状態を推定する第１負荷状態推定部と、
前記第２電流検出器で検出された電流に基づいて、前記第２整流器の負荷状態を推定する第２負荷状態推定部とを有し、
前記電力管理システムは、
前記第１および第２整流器の少なくとも一方の負荷状態に基づいて、前記第１および第２整流器を並列運転するか、前記第１または第２整流器を単独運転するかを判断する運転状態評価部と、
前記運転状態評価部が前記単独運転から前記並列運転に判断を変えた場合、前記第１変圧器から前記第１整流器を通って負荷に至る電流経路と、前記第２変圧器から前記第２整流器を通って前記負荷に至る電流経路とのうち、前記単独運転時には電流を流さなかった電流経路にも電流を流す指令を出す指令部とを有する直流給電システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明による実施形態は、直流変電所および直流給電システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
電気鉄道のき電システムでは、１台の整流器装置が故障しても列車の運転を継続することが可能なように、複数台の整流器を１つの直流変電所に設置する場合がある。このような直流変電所では、旅客需要に応じて整流器の運転台数を変える運転方法がとられている。この運転方法は、もっぱら時刻に応じて整流器の稼働台数を決定するスケジュール制御により行われている。このスケジュール制御機能は、季節や曜日に応じてあらかじめ運転・停止時刻、常用・予備機を複数登録した基本運転スケジュールと運転スケジュールカレンダーから、当日運転スケジュールを自動作成し、指定時刻に当該機器（整流器）の入・切を行う（非特許文献１を参照）。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】松井、他２名、「電気鉄道向け電力管理・保全計測統合システム」、東芝レビュー、Vol.61, No.9 (2006) pp.59-63
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、列車のダイヤに運転乱れが生じて列車の空間密度が高まったり、隣接する変電所が故障停止した時に、自変電所が一時的に過負荷になる場合がある。さらに、新たな取り組みとして、リアルタイムの旅客需要に応じて列車の運転本数を任意に増減させる取り組みも行われ始めている。このような時々刻々変化する列車の運行状況に対して、従来のスケジュール運転による整流器の運転台数の制御では自変電所が供給すべき電力の変化に追随することが出来ない。従って、あらかじめ設定されたスケジュール運転では整流器が過負荷になる可能性がある。
【０００５】
一方、整流器の過負荷を防止するため、変電所内の複数ある整流器を常時投入して、常に最大容量で変電所を稼働することも考えられる。しかし、１台運転で済む状況下で２台の整流器を運転させた場合、変圧器の励磁電流損失が大きくなり、省エネルギーにならないといった問題がある。
【０００６】
そこで、本実施形態は、負荷に応じて整流器の運転台数を自動的に切替制御することができる直流変電所および直流給電システムを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本実施形態による直流変電所は、交流系統からの交流電力を降圧する第１変圧器および第２変圧器と、第１変圧器から出力される電流を整流する第１整流器と、第２変圧器から出力される電流を整流する第２整流器と、第１整流器に入力される電流または第１整流器から出力される電流を検出する第１電流検出器と、第２整流器に入力される電流または第２整流器から出力される電流を検出する第２電流検出器と、第１電流検出器で検出された電流に基づいて、第１整流器の負荷状態を推定する第１負荷状態推定部と、第２電流検出器で検出された電流に基づいて、第２整流器の負荷状態を推定する第２負荷状態推定部と、第１および第２整流器の少なくとも一方の負荷状態に基づいて、第１および第２整流器を並列運転するか、第１または第２整流器を単独運転するかを判断する運転状態評価部と、運転状態評価部が単独運転から並列運転に判断を変えた場合、第１変圧器から第１整流器を通って負荷に至る電流経路と、第２変圧器から第２整流器を通って負荷に至る電流経路とのうち、単独運転時には電流を流さなかった電流経路にも電流を流す指令を出す指令部とを備える。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】第１実施形態による直流変電所の構成の一例を示す図。
【図２】第１実施形態による直流変電所の運転時における、第１冷却フィンの温度と運転時間の関係の一例を示すグラフ。
【図３】第１実施形態による直流変電所の動作例を示すフロー図。
【図４】第２実施形態による直流変電所を備えた直流給電システムの概略図を示すブロック図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図面を参照して本発明に係る実施形態を説明する。本実施形態は、本発明を限定するものではない。
【００１０】
図面は模式的または概念的なものであり、各部分の比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。明細書と図面において、既出の図面に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。
【００１１】
（第１実施形態）
図１は、第１実施形態による直流変電所１００の構成の一例を示す図である。直流変電所１００は、例えば、電圧などを調整した直流電力を直流き電線１３を介して電車１５に供給する。尚、直流変電所１００は、電車１５に限られず、直流電力を使用する各種の負荷に直流電力を供給してもよい。直流変電所１００は、第１交流接触器２と、第２交流接触器３と、第１変圧器４と、第２変圧器５と、第１整流器６と、第２整流器７と、第１直流接触器８と、第２直流接触器９と、第１電流検出器１０と、第２電流検出器１１と、第１温度推定部１６と、第２温度推定部１７と、運転状態評価部１８と、指令部１９とを備える。
【００１２】
交流系統１は、直流変電所１００に交流電力を供給する。
【００１３】
第１交流接触器２は、交流系統１と第１変圧器４とを接続するか、遮断するかを切り替える。第１交流接触器２の一端は交流系統１と接続され、第１交流接触器２の他端は第１変圧器４と接続されている。
【００１４】
第１変圧器４は、交流系統１からの交流電力を第１整流器６に応じた電圧に降圧する。第１変圧器４の一端は第１交流接触器２と接続され、第１変圧器の他端は第１整流器６と接続されている。
【００１５】
第１整流器６は、第１変圧器４から出力される電流を整流する。第１整流器６の入力側は第１変圧器４と接続され、第１整流器６の出力側は第１直流接触器８と接続されている。第１整流器６は、例えば、シリコンダイオードである。
【００１６】
第１直流接触器８は、第１整流器６と直流き電線１３とを接続するか、遮断するかを切り替える。第１直流接触器８の一端は第１整流器６と接続され、第１直流接触器８の他端は第１電流検出器１０と接続されている。
【００１７】
第１電流検出器１０は、第１整流器６に入力される電流または第１整流器６から出力される電流を検出する。図１に示す第１電流検出器１０は、第１整流器の出力側に接続されている。従って、第１電流検出器１０は、第１整流器６から出力される直流電流を検出する。しかし、これに限られず、第１電流検出器１０は、第１交流接触器２と第１変圧器４との間、または、第１変圧器４と第１整流器６との間に設けられ、第１整流器６に入力される交流電流を検出してもよい。図１に示す第１電流検出器１０の一端は第１直流接触器８と接続され、第１電流検出器１０の他端はき電側遮断器１２と接続されている。第１電流検出器１０は、検出した電流値を第１温度推定部１６に送る。
【００１８】
き電側遮断器１２は、直流変電所１００と直流き電線１３とを接続するか、または、遮断するかを切り替える。き電側遮断器１２は、き電側遮断器１２ａと、き電側遮断器１２ｂを有する。き電側遮断器１２ａは直流き電線１３ａを直流変電所１００に接続するか否かを切り替え、き電側遮断器１２ｂは、直流き電線１３ｂを直流変電所１００に接続するか否かを切り替える。
【００１９】
直流き電線１３は、電車１５に直流電力を供給する。図１に示す電車１５は、直流き電線１３ｂとパンタグラフを介して接続され、直流き電線１３ｂから直流電力を受けている。電車１５は、この直流電力を駆動源としてレール１４上を移動する。電車１５がエアセクション１３ｃを通過すると、電車１５は、直流き電線１３ａと接続され、直流き電線１３ａから直流電力を受けるようになる。また、それぞれの直流き電線１３ａ，１３ｂは、直流変電所１００に隣接する他の変電所からも直流電力の供給を受けてもよい。尚、レール１４は、直流き電線１３と対となる帰線路を構成して、第１整流器６および第２整流器７に電流を戻す。
【００２０】
第１負荷状態推定部としての第１温度推定部１６は、第１電流検出器１０で検出された電流に基づいて、第１整流器６の負荷状態を推定する。電車１５の負荷が大きくなると、第１整流器６を流れる電流も大きくなる。第１整流器６に流れる電流および第１整流器６の素子の導通損失特性に基づいて、第１整流器６で損失が発生する。第１整流器６で発生される損失に応じて、第１整流器６は発熱する。よって、第１温度推定部１６は、第１整流器６の温度を推定することで、第１整流器６の負荷状態を推定することができる。
【００２１】
より具体的には、第１温度推定部１６は、第１整流器６で発生される損失の積分値に基づいて、第１整流器６の負荷状態を推定する。また、第１整流器６で発生される損失は、第１整流器６のジャンクション温度、または、第１整流器６を冷却する第１冷却部（図示せず）の温度に基づいて算出される。第１冷却部は、例えば、第１整流器６に取り付けられた冷却フィン（以下、第１冷却フィンと呼ぶ）などのヒートシンクである。第１冷却フィンは、第１整流器６の素子を覆う樹脂のケース部に接触するように設けられ、第１整流器６の熱を外部に放出する。従って、第１冷却フィンの温度は、第１整流器６の温度とほぼ同じになる。第１温度推定部１６は、第１電流検出器１０が検出した電流値に基づいて第１整流器６の温度を推定し、推定した温度を運転状態評価部１８へ送る。尚、第１温度推定部１６による温度の推定方法の詳細については、後で説明する。
【００２２】
第２交流接触器３、第２変圧器５、第２整流器７、第２直流接触器９、第２電流検出器１１および第２温度推定部１７は、それぞれ第１交流接触器２、第１変圧器４、第１整流器６、第１直流接触器８、第１電流検出器１０および第１温度推定部１６と同様の構成及び機能を有する。
【００２３】
運転状態評価部１８は、第１および第２整流器６，７の少なくとも一方の負荷状態に基づいて、第１および第２整流器６，７を並列運転するか、第１または第２整流器６，７を単独運転するかを判断する。並列運転では、第１および第２整流器６，７が同時に運転する。単独運転では、第１および第２整流器６，７のいずれか一方が運転し、他方が停止する。上記のように、整流器６，７の負荷は、各整流器の素子で発生される損失と関連している。
【００２４】
従って、運転状態評価部１８は、第１整流器６で発生される損失の積分値と、第２整流器７で発生される損失の積分値との少なくとも一方が第１閾値以上になる場合、並列運転すると判断する。すなわち、第１および第２整流器６，７の負荷が大きくなる場合、運転状態評価部１８は、単独運転から並列運転に判断を変える。一方、運転状態評価部１８は、第１整流器６で発生される損失の積分値と、第２整流器７で発生される損失の積分値との少なくとも一方が第１閾値よりも低い第２閾値以下である場合、単独運転すると判断する。すなわち、第１および第２整流器６，７の負荷が小さくなる場合、運転状態評価部１８は、並列運転から単独運転に判断を変える。運転状態評価部１８は、第１および第２負荷状態推定部の少なくとも一方から負荷状態を受け取り、並列運転か単独運転かの判断結果を指令部１９に送る。尚、第１閾値および第２閾値については、後述する図２を参照して説明する。
【００２５】
指令部１９は、運転状態評価部１８が単独運転から並列運転に判断を変えた場合、第１変圧器４から第１整流器６を通って直流き電線１３を介して電車１５に至る電流経路と、第２変圧器５から第２整流器７を通って直流き電線１３を介して電車１５に至る電流経路とのうち、単独運転時には電流を流さなかった電流経路にも電流を流す指令を出す。すなわち、指令部１９は、運転状態評価部１８が並列運転すると判断した場合、第１変圧器４、第２変圧器５、第１整流器６および第２整流器７を動作させて、第１整流器６および第２整流器７から出力される電流を直流き電線１３を介して電車１５に供給するよう指令を出す。
【００２６】
列車のダイヤに運転乱れが生じて列車の空間密度が高まったり、隣接する変電所が故障停止した時に、単独運転中の第１または第２整流器６，７が過負荷となってしまう場合がある。そこで、指令部１９は、第１および第２整流器６，７の少なくとも一方の負荷が大きくなった場合、接触器２，３，８，９に指令を送り、並列運転させる。これにより、整流器１台あたりの過負荷を抑制することができる。
【００２７】
すなわち、指令部１９は、運転状態評価部１８が単独運転から並列運転に判断を変えた場合、第１変圧器４および第２変圧器５の両方を交流系統１に接続するよう第１交流接触器２および第２交流接触器３に指令を出す。また、指令部１９は、運転状態評価部１８が単独運転から並列運転に判断を変えた場合、第１整流器６および第２整流器７の両方を直流き電線１３を介して電車１５に電力供給を行うよう第１直流接触器８および第２直流接触器９に指令を出す。
【００２８】
一方、指令部１９は、第２閾値以下になってから所定時間経過後に、第１変圧器４から第１整流器６を通って電車１５に至る電流経路と、第２変圧器５から第２整流器７を通って直流き電線１３を介して電車１５に至る電流経路とのうち、いずれか一方の電流経路に流れる電流を遮断させる指令を出す。すなわち、指令部１９は、並列運転から単独運転に切り替える場合、第１整流器６および第２整流器７のいずれか一方に流れる電流を遮断する。指令部１９は、単独運転に切り替える場合も、接触器２，３，８，９に指令を送る。尚、並列運転および単独運転の切り替え時の動作の詳細については、図２を参照して後述する。
【００２９】
次に、第１温度推定部１６による温度の推定方法について説明する。尚、第２温度推定部１７についても同様である。
【００３０】
上記のように、第１温度推定部１６は、第１整流器６のジャンクション温度または第１冷却フィンの温度を推定する。例えば、第１温度推定部１６は、第１整流器６の素子で発生される損失、第１整流器６のジャンクション部と第１整流器６のケース部との間の熱抵抗、第１整流器６のケース部と第１冷却フィンとの間の熱抵抗、冷却フィンと周辺空気との間の熱抵抗および第１冷却フィンの熱容量に基づいて、第１整流器のジャンクション温度または第１冷却フィンの温度を推定する。
【００３１】
第１電流検出器１０は一定のサンプリングごとに電流値を検出し、第１温度推定部１６は一定のサンプリングごとに第１整流器のジャンクション温度または第１冷却フィンの温度を推定する。第１温度推定部１６は、例えば、ｎ回目のサンプリングにおける第１冷却フィンの温度をΔＴ（ｆ−ａ）ｎ、１サンプリング前（ｎ−１回目）の冷却フィン温度をΔＴ（ｆ−ａ）ｎ−１として、式１を用いて第１冷却フィンの温度を推定する。
【数１】
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式１において、右辺第１項の前回値ΔＴ（ｆ−ａ）ｎ−１に右辺第２項の温度上昇を足すことにより、温度の積分値として、第１冷却フィンの温度ΔＴ（ｆ−ａ）ｎが算出される。尚、第１冷却フィンの周辺空気の初期温度ΔＴ（ｆ−ａ）０は、例えば、４０℃または５０℃などの固定値であってもよく、熱電対等の温度センサによって測定された測定値であってもよい。
【００３２】
また、式１の第２項において、Ｐｌｏｓｓは、素子で発生される損失であり、第１電流検出器１０が検出した電流値および第１整流器６の素子の導通損失特性から算出される。Ｒｔｈ（ｆ−ａ）は冷却フィンと周辺空気との間の熱抵抗である。ｔ−Ｔｎ−１はサンプリング間隔の時間であり、τは第１冷却フィンの熱時定数である。
【００３３】
尚、サンプリングごとに検出される電流値は、第１電流検出器１０が検出した電流値を一時遅れローパスフィルタまたは平均化処理によって平滑化した値であってもよい。これは、電流値のリップルを抑制して、正しい電流値を測定するためである。また、サンプリング周波数は第１整流器６の出力リップルよりも少なくとも２倍以上高い周波数である必要がある。これは、リップルよりも短い周期でサンプリングすることにより、エイリアシングの発生を抑制するためである。一方、高速なサンプリングによらず電流値を得るために、第１電流検出器１０の計測値アナログ出力部に対して、ＲＣフィルタやアンチエイリアシングフィルタなどを設定して、物理的に平滑化してもよい。
【００３４】
また、ジャンクション温度を算出する場合、素子損失Ｐｌｏｓｓにジャンクション部から第１冷却フィンまでの熱抵抗を乗じて、式１により算出される第１冷却フィンの温度に加算すればよい。ジャンクション温度は、第１整流器６の素子内部の温度である。従って、ジャンクション温度を算出することにより、第１整流器６の負荷状態をより正確に推定することができる。一方、第１冷却フィンの温度は、算出するための計算が単純である。従って、第１冷却フィンの温度を算出することにより、第１整流器６の負荷状態を容易に推定することができる。
【００３５】
以下では、第１冷却フィンの温度が運転状態評価部１８の判断に用いられる場合を説明する。しかし、ジャンクション温度が用いられる場合も同様である。以下では、単独運転時に第１整流器６が用いられる場合を説明する。しかし、単独運転時に第２整流器７が用いられる場合も同様である。
【００３６】
図２は、第１実施形態による直流変電所１００の運転時における、第１冷却フィンの温度と運転時間の関係の一例を示すグラフである。図２の横軸は運転時間、縦軸は第１冷却フィンの温度である。Ｌ５０，Ｌ１００，Ｌ１５０は、それぞれ５０％，１００％，１５０％定格電流の第１整流器６への通電時における第１冷却フィンの温度特性曲線を示す。Ｔ５０，Ｔ１００は、それぞれ５０％，１００％定格電流通電時における第１冷却フィンの温度の飽和温度を示す。従って、Ｔ５０，Ｔ１００は、それぞれＬ５０，Ｌ１００の飽和時における温度に対応する。
【００３７】
Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３は、第１温度推定部１６によって推定された第１冷却フィンの温度の時間変化を示す。Ｌ１は、運転開始直後の単独運転時における第１冷却フィンの温度を示す。Ｌ２は、並列運転時における第１冷却フィンの温度を示す。Ｌ３は、並列運転から再び単独運転になった時における第１冷却フィンの温度を示す。
【００３８】
直流変電所１００は、第１整流器６の単独運転で運転を開始する。例えば、運転開始時から負荷が大きく、第１整流器６には１５０％定格電流が流れる。従って、図２に示すように、Ｌ１は、Ｌ１５０と同様の温度特性を示す。
【００３９】
ｔ１において、第１冷却フィンの温度がＴ１００（第１閾値）以上になるため、運転状態評価部１８は、単独運転から並列運転に判断を変える。この場合、指令部１９は、第２整流器７を追加で動作させて単独運転から並列運転に切り替える。これにより、第１整流器６の負荷が軽減される。従って、ｔ１以降では、温度特性曲線は、Ｌ１からＬ２に切り替わり、第１冷却フィンの温度は低下する。
【００４０】
第１閾値は、上記のように、１００％定格電流が流れた場合における第１冷却部の温度の飽和温度（Ｔ１００）であることが好ましい。１００％定格電流は、安定して第１整流器６を使用できる電流である。従って、１００％定格電流を超えた高電流（高負荷）が単独運転中の第１整流器６に流れ、第１整流器６が過負荷になることを抑制することができる。
【００４１】
ｔ２において、第１冷却フィンの温度がＴ５０（第２閾値）以下になる。運転状態評価部１８は、並列運転から単独運転に判断を変える。この場合、指令部１９は、すぐには並列運転から単独運転に切り替えない。これは、並列運転と単独運転との間の切り替えが頻繁に繰り返されると、運転切り替えに用いる接触器２，３，８，９の寿命が短くなるおそれがあるためである。そこで、運転状態評価部１８が単独運転すると判断した場合であっても、指令部１９は、ｔ２から所定時間は並列運転を継続させる。所定時間は、例えば、約２時間である。尚、所定時間の起算時は、ｔ２に代えて、ｔ１であってもよい。
【００４２】
第２閾値は、１００％定格電流の半分である５０％定格電流が流れた場合における第１冷却部の温度の飽和温度（Ｔ５０）以下であることが好ましい。これは、単独運転に切り替えた後の第１整流器６に流れる電流が１００％定格電流以下の電流になるためである。第１整流器６と第２整流器７との間で順方向の抵抗が同じであるとする。例えば、第１整流器６および第２整流器７にそれぞれ５０％定格電流が流れている場合、第２整流器７の電流を遮断すると、第１整流器に１００％定格電流が流れる。すなわち、２台の整流器にかかっていた負荷が１台に集中しても、１００％定格電流を超える電流が流れて整流器が過負荷になることを抑制することができる。
【００４３】
ｔ２から約２時間経過したｔ３において、指令部１９は、第１整流器６の単独運転に切り替える。単独運転に切り替わると、第２整流器７にかかっていた負荷が第１整流器６にかかるようになる。従って、ｔ３以降では、温度特性曲線は、Ｌ２からＬ３に切り替わり、第１冷却フィンの温度は上昇する。
【００４４】
ｔ４において、Ｌ３はＴ１００以上になる。運転状態評価部１８は、再び単独運転から並列運転に判断を変える。ｔ４以降も同様に、第１冷却フィンの温度に応じて単独運転と並列運転とが切り替わりながら、直流変電所１００が運転を継続する。
【００４５】
尚、運転状態評価部１８は、ｔ２において並列運転から単独運転に判断を変える際、第１整流器６の温度だけでなく、第２整流器７（第２冷却フィン）の温度を用いて判断してもよい。この場合、運転状態評価部１８は、第１冷却フィンおよび第２冷却フィンの両方の温度がＴ５０以下になった場合に、単独運転と判断してもよく、第１冷却フィンおよび第２冷却フィンのいずれか一方の温度がＴ５０以下になった場合に、単独運転と判断してもよい。
【００４６】
次に、図３を参照して、直流変電所１００の動作を説明する。
【００４７】
図３は、第１実施形態による直流変電所１００の動作例を示すフロー図である。直流変電所１００は、稼働している間は、図３の処理を繰り返し実行する。
【００４８】
まず、直流変電所１００が運転を開始して、第１整流器６が単独運転を開始する（Ｓ１０）。
【００４９】
次に、第１電流検出器１０は、第１整流器６に流れる電流を検出する（Ｓ２０）。
【００５０】
次に、第１温度推定部１６は、第１冷却フィンの温度を推定する（Ｓ３０）。
【００５１】
次に、運転状態評価部１８は、第１冷却フィンの温度がＴ１００以上か否かを判定する（Ｓ４０）。第１冷却フィンの温度がＴ１００未満である場合（Ｓ４０のＮＯ）、ステップＳ２０〜Ｓ４０が再び実行される。一方、第１冷却フィンの温度がＴ１００以上である場合（Ｓ４０のＹＥＳ）、運転状態評価部１８は、並列運転と判断する（Ｓ５０）。
【００５２】
次に、指令部１９は、単独運転から並列運転に切り替える。すなわち、指令部１９は、停止中の第２整流器７に電流を流すように接触器２，３，８，９に指令を出す（Ｓ６０）。
【００５３】
次に、第１電流検出器１０は、ステップＳ２０と同様に、第１整流器６に流れる電流を検出する（Ｓ７０）。
【００５４】
次に、第１温度推定部１６は、ステップＳ３０と同様に、第１冷却フィンの温度を推定する（Ｓ８０）。
【００５５】
次に、運転状態評価部１８は、第１冷却フィンの温度がＴ５０以下か否かを判定する（Ｓ９０）。第１冷却フィンの温度がＴ５０よりも高い場合（Ｓ９０のＮＯ）、ステップＳ７０〜Ｓ９０が再び実行される。一方、第１冷却フィンの温度がＴ５０以下である場合（Ｓ９０のＹＥＳ）、運転状態評価部１８は、単独運転と判断する（Ｓ１００）。
【００５６】
次に、指令部１９は、第１冷却フィンの温度がＴ５０以下になってから所定時間経過後、並列運転から単独運転に切り替える。すなわち、指令部１９は、第２整流器７に流れる電流を遮断させるように接触器２，３，８，９に指令を出す（Ｓ１１０）。ステップＳ１１０の処理が終了すると、直流変電所１００が稼働している間は、ステップＳ２０以降の処理を繰り返す。
【００５７】
以上のように、第１実施形態によれば、第１温度推定部１６は、第１整流器６に流れる電流に基づいて、第１整流器６に取り付けられた第１冷却フィンの温度を推定する。運転状態評価部１８は、第１冷却フィンの温度に基づいて、並列運転するか単独運転するかを判断する。指令部１９は、運転状態評価部１８の判断が単独運転から並列運転になった場合、電流が流れていない第２整流器７の電流経路にも電流を流す指令を出す。
【００５８】
これにより、第１実施形態による直流変電所１００は、電力供給する電車１５の数が増え、負荷が大きくなった場合、整流器の運転台数を増やすことができる。この結果、整流器の過負荷を抑制して、安定したき電を維持することができる。
【００５９】
もし、負荷に応じた整流器の運転制御が行われない場合、整流器の過負荷防止のため、変電所内の複数ある整流器を常時投入して、常に最大容量の変電所として稼働することもできる。しかし、１台運転で済む状況下で２台の整流器を運転させた場合、変圧器の励磁電流損失などが増加し、省エネルギーにならない。
【００６０】
これに対して、本実施形態による直流変電所１００は、負荷が小さい場合に単独運転に切り替えることができる。従って、負荷に応じて整流器の運転台数を増減させることができるため、整流器の過負荷を抑制することができ、かつ、変圧器によるエネルギー損失を抑制することができる。
【００６１】
尚、直流変電所１００は、第１変圧器４、第１整流器６および第１電流検出器１０を有する第１整流器バンクＢ１と、第２変圧器５、第２整流器７および第２電流検出器１１を有する第２整流器バンクＢ２とを備えてもよい。さらに、指令部１９は、第１整流器バンクＢ１および第２整流器バンクＢ２のいずれか一方を所定期間ごとに交互に選択して、起動時に最初に運転を開始させる指令を出してもよい。これにより、第１整流器バンクＢ１および第２整流器バンクＢ２の運転時間をより均等化することができ、第１整流器バンクＢ１および第２整流器バンクＢ２の寿命を均等に延ばすことができる。所定期間は、例えば、１日である。
【００６２】
また、指令部１９は、第１整流器バンクＢ１および第２整流器バンクＢ２の稼働状況に基づいて、第１整流器バンクＢ１および第２整流器バンクＢ２のいずれか一方に対して、起動時に最初に運転を開始させる指令を出してもよい。例えば、指令部１９は、第１整流器バンクＢ１および第２整流器バンクＢ２のそれぞれの稼働回数や稼働時間を積算する。指令部１９は、稼働回数が少ない、または、稼働時間が短い整流器バンクに対して、直流変電所１００の起動時に最初に運転を開始させる。これによっても、第１整流器バンクＢ１および第２整流器バンクＢ２の運転時間をより均等化することができ、第１整流器バンクＢ１および第２整流器バンクＢ２の寿命を均等に延ばすことができる。
【００６３】
また、指令部１９は、第１電流検出器１０で検出された電流または第２電流検出器１１で検出された電流が所定の閾値以上である場合、単独運転から並列運転への切替を指令してもよい。隣の変電所に事故などが発生すると、急に負荷が上昇し、単独運転時の第１整流器６が過負荷になってしまう場合がある。これは、負荷の上昇に比べて温度上昇が遅いため、第１冷却フィンの温度がＴ１００以上になる前に第１整流器６が過負荷になるためである。そこで、第１電流検出器１０で検出する電流値が所定の閾値以上になった場合、指令部１９は、第１冷却フィンの温度がＴ１００未満であっても、並列運転をさせる。これにより、急に負荷が上昇しても整流器の過負荷を抑制することができる。
【００６４】
また、第１温度推定部１６は、温度計を有し、第１整流器６のジャンクション温度または第１冷却フィンの温度を直接測定してもよい。第２温度推定部１７も同様である。
【００６５】
（変形例）
変形例による直流変電所１００は、３つ以上の整流器を備えている。各整流器に対応するように、直流変電所１００は、それぞれ交流接触器、変圧器、直流接触器、電流検出器および温度推定部も有する。
【００６６】
変形例では、第１実施形態における単独運転から並列運転への切り替えは、運転する整流器の数を増やすことに対応する。一方、第１実施形態における並列運転から単独運転への切り替えは、運転する整流器の数を減らすことに対応する。
【００６７】
例えば、１つの整流器が運転している場合、冷却フィンの温度がＴ１００以上になると、停止していた１つの整流器が運転を開始する。この場合、２つの整流器が運転している。さらに負荷が増大し、２つの整流器のうちいずれか１つの整流器の冷却フィンの温度が再びＴ１００以上になると、停止していた１つの整流器が運転を開始する。この場合、３つの整流器が運転している。このように、運転している整流器のうち少なくとも１つの整流器の冷却フィンの温度がＴ１００以上になった場合、停止していた整流器が運転を開始すればよい。すなわち、第１閾値は、第１実施形態と同様に、Ｔ１００でよい。
【００６８】
一方、運転する整流器の数を減らす場合、運転していた１つの整流器の運転を停止した後、運転している整流器のうち少なくとも１つの整流器の冷却フィンの温度がＴ１００を超えないように、第２閾値を設定すればよい。例えば、３つの整流器にそれぞれ６６％定格電流が流れている場合、１つの整流器の電流を遮断すると、残り２つの電流にそれぞれ９９％定格電流が流れる。従って、第２閾値は、６６％定格電流通電時における冷却フィンの温度の飽和温度以下であることが好ましい。また、運転する整流器を２つから１つに減らす場合、第２閾値は、第１実施形態と同様に、Ｔ５０でよい。
【００６９】
変形例による直流変電所１００は、第１実施形態による直流変電所１００と同様の効果を得ることができる。
【００７０】
（第２実施形態）
図４は第２実施形態による直流変電所１００ａを備えた直流給電システム３００の概略構成を示すブロック図である。図４の直流給電システム３００は、直流変電所１００ａと、電力管理システム２００とを備えている。
【００７１】
直流変電所１００ａは、図１の直流変電所１００から運転状態評価部１８と指令部１９を省略したものであり、その他の構成は図１の直流変電所１００と同様である。
【００７２】
電力管理システム２００は、運転状態評価部１８ａと指令部１９ａを有する。運転状態評価部１８ａと指令部１９ａは、図１の運転状態評価部１８および指令部１９と同様の動作を行う。図４の運転状態評価部１８ａと指令部１９ａは、複数の直流変電所のそれぞれについて、整流器を単独運転するか、並列運転するかを切替制御することができる。また、電力管理システム２００は、複数の直流変電所を管理するものであり、例えば、直流変電所１００ａを含めた各直流変電所における接触器２，３，８，９などの主回路機器を遠隔監視制御したり、第１変圧器４、第２変圧器５、第１電流検出器１０および第２電流検出器１１などを含む各機器の故障発生状況などの情報を遠隔監視する。
【００７３】
第２実施形態による直流給電システム３００によれば、電力管理システム２００にて、複数の直流変電所のそれぞれについて、必要なときだけ整流器を並列運転させることができる。また、各直流変電所内に運転状態評価部１８と指令部１９を設けなくて済むため、各直流変電所の構成を既存の直流変電所とほぼ同じ構成にすることができる。また、第２実施形態による直流給電システム３００に上述した変形例を組み合わせても良い。
【００７４】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
【符号の説明】
【００７５】
１  交流系統、２  第１交流接触器、３  第２交流接触器、４  第１変圧器、  ５  第２変圧器、６  第１整流器、７  第２整流器、８  第１直流接触器、９  第２直流接触器、１０  第１電流検出器、１１  第２電流検出器、１６  第１温度推定部、  １７  第２温度推定部、１８  運転状態評価部、１９  指令部、１００  直流変電所、２００  電力管理システム、３００  直流給電システム
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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