(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
架線電圧に含まれるリップルを検出し、検出した前記リップルの情報を出力するリップル検出部と、
前記リップルの情報と、前記架線電圧にリップルが含まれているか否かを判定するリップル閾値とを比較し、比較結果に基づいて、前記架線電圧にリップルが含まれていないと判定したときのリップルピーク電圧を出力するリップル判定部と、
前記リップルピーク電圧をピークとする前記リップルの実効値を求めることにより、架線が無負荷状態のときの前記架線の電圧値である無負荷電圧値を推定する無負荷電圧推定部と、
前記架線と接続する電気車が回生動作をしているか否かを判定する回生判定電圧値を算出し、前記回生判定電圧値を前記回生動作により発生した回生エネルギーを利用する主回路部へ出力する演算部と、
を備え、
前記演算部は、前記回生判定電圧値を算出する際に、前記回生電圧値が前記無負荷電圧値よりも規定の値だけ高くなるように算出することを特徴とする駅舎電源装置。
【請求項２】
前記無負荷電圧値の電圧範囲を設定する電圧範囲設定部と、
前記無負荷電圧推定部で推定された前記無負荷電圧値が、前記電圧範囲設定部で設定された電圧範囲内か判定し、前記電圧範囲内の場合、前記無負荷電圧値を前記演算部へ出力する電圧判定部と、
を備えることを特徴とする請求項１に記載の駅舎電源装置。
【請求項３】
前記演算部は、規定された期間に算出した複数の前記無負荷電圧値を記録し、記録された前記無負荷電圧値の平均値を前記主回路部へ出力する回生判定電圧値とする、
ことを特徴とする請求項１に記載の駅舎電源装置。
【請求項４】
前記回生判定電圧値の情報を表示する表示部と、
前記表示部を制御する制御部と、
を備え、
前記演算部は、算出した前記回生判定電圧値を算出時の時刻情報とともに複数日分記録し、複数日分の前記回生判定電圧値を用いて前記主回路部へ出力する時刻毎の回生判定電圧値を算出し、前記電気車の運転時間帯における回生判定電圧値のスケジュールを自動生成し、
前記制御部は、前記表示部に前記スケジュールを表示する制御を行う、
ことを特徴とする請求項１に記載の駅舎電源装置。
【請求項５】
前記演算部は、前記制御部を介して前記電気車の運転時間帯の時刻毎の前記回生判定電圧値の入力を受け付けて、手動設定に基づく前記電気車の運転時間帯における前記回生判定電圧値のスケジュールを生成し、
前記制御部は、前記表示部に前記演算部で自動生成されたスケジュールまたは手動設定に基づいて生成されたスケジュールを表示する制御を行う、
ことを特徴とする請求項４に記載の駅舎電源装置。
【請求項６】
リップル検出部が、架線電圧に含まれるリップルを検出し、検出した前記リップルの情報を出力するリップル検出ステップと、
リップル判定部が、前記リップルの情報と、前記架線電圧にリップルが含まれているか否かを判定するリップル閾値とを比較し、比較結果に基づいて、前記架線電圧にリップルが含まれていないと判定したときのリップルピーク電圧を出力するリップル判定ステップと、
無負荷電圧推定部が、前記リップルピーク電圧をピークとする前記リップルの実効値を求めることにより、架線が無負荷状態のときの前記架線の電圧値である無負荷電圧値を推定する無負荷電圧推定ステップと、
演算部が、前記架線と接続する電気車が回生動作をしているか否かを判定する回生判定電圧値を算出し、前記回生判定電圧値を前記回生動作により発生した回生エネルギーを利用する主回路部へ出力する演算ステップと、
を含み、
前記演算部が、前記演算ステップにおいて、前記回生判定電圧値を算出する際に、前記回生電圧値が前記無負荷電圧値よりも規定の値だけ高くなるように算出することを特徴とする回生判定電圧値演算方法。
【請求項７】
電圧範囲設定部が、前記無負荷電圧値の電圧範囲を設定する電圧範囲設定ステップと、
電圧判定部が、前記無負荷電圧推定ステップで推定された前記無負荷電圧値が、前記電圧範囲設定ステップで設定された電圧範囲内か判定し、前記電圧範囲内の場合、前記無負荷電圧値を前記演算部へ出力する電圧判定ステップと、
を含むことを特徴とする請求項６に記載の回生判定電圧値演算方法。
【請求項８】
前記演算ステップでは、前記演算部が、規定された期間に求めた複数の前記無負荷電圧値を記録し、記録された前記無負荷電圧値の平均値を前記主回路部へ出力する回生判定電圧値とする、
ことを特徴とする請求項６に記載の回生判定電圧値演算方法。
【請求項９】
前記演算ステップでは、前記演算部が、算出した前記回生判定電圧値を算出時の時刻情報とともに複数日分記録し、複数日分の前記回生判定電圧値を用いて前記主回路部へ出力する時刻毎の回生判定電圧値を算出し、
さらに、
前記演算部が、前記電気車の運転時間帯における回生判定電圧値のスケジュールを自動生成するスケジュール生成ステップと、
制御部が、表示部に前記スケジュールを表示する制御を行う表示ステップと、
を含むことを特徴とする請求項６に記載の回生判定電圧値演算方法。
【請求項１０】
前記スケジュール生成ステップでは、前記演算部が、前記制御部を介して前記電気車の運転時間帯の時刻毎の前記回生判定電圧値の入力を受け付けて、手動設定に基づく前記電気車の運転時間帯における前記回生判定電圧値のスケジュールを生成し、
前記表示ステップでは、前記制御部が、前記表示部に前記演算部で自動生成されたスケジュールまたは手動設定に基づいて生成されたスケジュールを表示する制御を行う、
ことを特徴とする請求項９に記載の回生判定電圧値演算方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、架線で発生した電気車による回生電圧を利用する駅舎電源装置および回生判定電圧値演算方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、駅舎電源装置では、架線側の高圧直流側で発生した電気車による回生エネルギーを吸収し、直流電力を交流電力に変換して、駅舎交流系統の低圧交流側の駅舎設備へ交流電力を供給している。電気車の減速時などで回生エネルギーが発生した場合、架線の電圧値は上昇する。駅舎電源装置は、架線電圧値と、架線と接続する電気車が回生動作をしているか否かを判定する回生判定電圧値とを比較し、架線電圧値の方が高いときは電力吸収動作を行う。このような技術が、下記特許文献１において開示されている。【０００３】
駅舎電源装置で効率的に回生エネルギーを吸収するためには、回生判定電圧値を、力行および回生による電圧変化のない無負荷状態での架線の電圧値である無負荷電圧値より少し高く設定することが望ましい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１４−４０１２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記従来の技術によれば、事前に架線電圧をある程度の期間測定し、無負荷電圧値に対して目分量で固定値の回生判定電圧値を決定している。そのため、無負荷電圧値が変動して低下し、無負荷電圧値と回生判定電圧値との間の電圧差が大きくなると効率的に回生エネルギーを吸収できない、という問題があった。また、駅舎電源装置の運用までの試験期間が増大する、という問題があった。【０００６】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、効率的に回生エネルギーを利用することができる駅舎電源装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の駅舎電源装置は、架線電圧に含まれるリップルを検出し、検出したリップルの情報を出力するリップル検出部を備える。また、駅舎電源装置は、リップルの情報と、架線電圧にリップルが含まれているか否かを判定するリップル閾値とを比較し、比較結果に基づいて、架線電圧にリップルが含まれていないと判定したときのリップルピーク電圧を出力するリップル判定部を備える。また、駅舎電源装置は、リップルピーク電圧をピークとするリップルの実効値を求めることにより、架線が無負荷状態のときの架線の電圧値である無負荷電圧値を推定する無負荷電圧推定部を備える。また、駅舎電源装置は、架線と接続する電気車が回生動作をしているか否かを判定する回生判定電圧値を算出し、回生判定電圧値を回生動作により発生した回生エネルギーを利用する主回路部へ出力する演算部を備える。演算部は、回生判定電圧値を算出する際に、回生電圧値が無負荷電圧値よりも規定の値だけ高くなるように算出することを特徴とする。
また、本発明の回生判定電圧値演算方法は、リップル検出部が、架線電圧に含まれるリップルを検出し、検出したリップルの情報を出力するリップル検出ステップを含む。また、回生判定電圧値演算方法は、リップル判定部が、リップルの情報と、架線電圧にリップルが含まれているか否かを判定するリップル閾値とを比較し、比較結果に基づいて、架線電圧にリップルが含まれていないと判定したときのリップルピーク電圧を出力するリップル判定ステップを含む。また、回生判定電圧値演算方法は、無負荷電圧推定部が、リップルピーク電圧をピークとするリップルの実効値を求めることにより、架線が無負荷状態のときの架線の電圧値である無負荷電圧値を推定する無負荷電圧推定ステップを含む。また、回生判定電圧値演算方法は、演算部が、架線と接続する電気車が回生動作をしているか否かを判定する回生判定電圧値を算出し、回生判定電圧値を回生動作により発生した回生エネルギーを利用する主回路部へ出力する演算ステップを含む。演算部が、演算ステップにおいて、回生判定電圧値を算出する際に、回生電圧値が無負荷電圧値よりも規定の値だけ高くなるように算出することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、効率的に回生エネルギーを利用することができる、という効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施の形態１にかかる駅舎電源装置の構成例を示すブロック図
【図２】実施の形態１にかかる架線電圧の変化を示す図
【図３】実施の形態１にかかる駅舎電源装置において回生判定電圧値を算出する回生判定電圧値演算方法の処理を示すフローチャート
【図４】実施の形態１にかかる駅舎電源装置のハードウェア構成を示す図
【図５】実施の形態２にかかる駅舎電源装置の構成例を示すブロック図
【図６】実施の形態２にかかる駅舎電源装置において回生判定電圧値を算出する回生判定電圧値演算方法の処理を示すフローチャート
【図７】実施の形態３にかかる駅舎電源装置の構成例を示すブロック図
【図８】実施の形態４にかかる駅舎電源装置の構成例を示すブロック図
【図９】実施の形態６にかかる表示部に表示された演算部で自動生成された回生判定電圧値のスケジュールおよび算出された回生判定電圧値を示す図
【図１０】実施の形態６にかかる表示部に表示された演算部で自動生成された回生判定電圧値のスケジュールを示す図
【図１１】実施の形態６にかかる駅舎電源装置において回生判定電圧値を算出する回生判定電圧値演算方法の処理を示すフローチャート
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下に、本発明の実施の形態にかかる駅舎電源装置および回生判定電圧値演算方法を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００１１】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１にかかる駅舎電源装置の構成例を示すブロック図である。駅舎電源装置１０は、電気車１の減速操作などにより架線２に発生した回生エネルギーを吸収し、架線２の直流電力を交流電力に変換して駅舎７へ出力する主回路部４と、主回路部４の動作を制御する駅舎電源操作盤５と、を備える。
【００１２】
回生エネルギーを利用する主回路部４は、架線２に発生した回生エネルギーのＤＣ１５００Ｖ系の直流電力をＡＣ２１０Ｖ系の交流電力に変換して駅舎７へ出力する電力変換部４１と、架線２とレール３の間のＤＣ１５００Ｖ系の架線電圧を検出する電圧センサ４２と、電圧センサ４２で検出された架線電圧に含まれるリップルを検出し、検出したリップルの情報およびリップルを検出したときの架線電圧値を出力するリップル検出部４３と、電圧センサ４２で検出された架線電圧値と、駅舎電源操作盤５で決定された架線２と接続する電気車１が回生動作をしているか否かを判定する回生判定電圧値とを比較し、比較結果に基づいて、電力変換部４１の動作を制御する比較部４４と、を備える。
【００１３】
駅舎電源操作盤５は、リップル検出部４３から取得したリップルの情報と、架線電圧にリップルが含まれているか否かを判定するリップル閾値とを比較し、比較結果に基づいて、架線電圧にリップルが含まれていないと判定したときの架線電圧値を出力するリップル判定部５１と、リップル判定部５１から出力された架線電圧値に基づいて、架線２が無負荷状態にあるときの架線２の電圧値である無負荷電圧値を推定する無負荷電圧推定部５２と、無負荷電圧値に付加する付加電圧値を設定する制御部５３と、決定した回生判定電圧値などの情報を表示する表示部５４と、無負荷電圧推定部５２で推定された無負荷電圧値に制御部５３で設定された付加電圧値を加算して、架線２と接続する電気車１が回生動作をしているか否かを判定する回生判定電圧値を算出し、算出した回生判定電圧値を回生動作により発生した回生エネルギーを利用する主回路部４の比較部４４へ出力する演算部５５と、を備える。
【００１４】
駅舎７は、高圧配電系統６から供給されるＡＣ６６００Ｖ系の電圧をＡＣ２１０Ｖ系の電圧に変換する変圧器８と、駅に設置された空調機器、照明機器、昇降機などの各種の駅負荷９−１，９−２，…，９−ｎ（以下、駅負荷９とする）と、を備える。
【００１５】
駅舎電源装置１０では、架線２の架線電圧値と回生判定電圧値とを比較し、架線２の架線電圧値の方が回生判定電圧値よりも大きいときは電気車１が回生動作中であると判定し、架線２の直流電力を電力変換部４１で直流電力に変換して駅負荷９へ出力する。
【００１６】
つづいて、本実施の形態の駅舎電源装置１０において回生判定電圧値を求める方法について説明する。まず、電圧センサ４２で検出される架線電圧について説明する。図２は、実施の形態１にかかる架線電圧の変化を示す図である。図２において、横軸は時間を示し、縦軸は架線２の架線電圧を示す。図２のグラフは、電気車１が加速も減速もしていない無負荷状態から、電気車１が加速などによる力行の状態、無負荷状態、電気車１が減速などによる回生動作の状態に推移しているときの架線電圧の変化を示している。図２に示す架線電圧の大きさは、各状態での実効値を示しており、無負荷状態では、実際には架線電圧にリップルが含まれている。無負荷状態の（１）のときの詳細波形を下の枠内に示す。架線２には、図１において図示しない変電所から電力が供給されており、変電所の整流器の影響によって架線電圧にはリップルが含まれる。
【００１７】
架線２において無負荷状態から回生動作の状態に推移するとき、電気車１から発生する回生エネルギーによって架線電圧が上昇する。架線電圧が上昇することによって、（１）に示した詳細波形のリップルの谷の部分が押し上げられて浅くなっていく。無負荷状態から回生動作に遷移している（２）の状態では、リップルの谷の部分が浅くなり、さらに、架線電圧が大きくなると、（３）の状態では架線電圧とリップルの頂点が同じ電圧値になる。そして、回生動作の（４）の状態では、さら架線電圧が上昇し、リップルの頂点よりも架線電圧が大きくなる。
【００１８】
駅舎電源装置１０では、架線電圧にリップルが無くなったとき、すなわち架線電圧に周波数成分が無くなったときの架線電圧がリップピーク電圧と同値と判断し、リップピーク電圧を求めることで、演算によりリップル波形で表される架線電圧の実効値、すなわち、（１）の状態における無負荷電圧値を求めることができる。
【００１９】
具体的に、駅舎電源装置１０において回生判定電圧値を算出する回生判定電圧値演算方法について説明する。図３は、実施の形態１にかかる駅舎電源装置１０において回生判定電圧値を算出する回生判定電圧値演算方法の処理を示すフローチャートである。
【００２０】
まず、リップル検出部４３が、電圧センサ４２で検出された架線電圧に含まれるリップルを検出する（ステップＳ１）。具体的に、リップル検出部４３は架線電圧の周波数成分の解析を行う。リップル検出部４３は、変電所の整流器は一般的に６パルス整流器や１２パルス整流器の場合が多いことから、設置箇所の電力の周波数の６次および１２次の周波数について周波数成分の解析を行う。例えば、変電所の設置個所が周波数５０Ｈｚの地域の場合、６次の周波数３００Ｈｚおよび１２次の周波数６００Ｈｚについて、リップルの大きさ、すなわちリップルの谷からリップルピークまでの高さを示す電圧値を記録する。解析結果は「周波数３００Ｈｚで△△Ｖ」、「周波数６００Ｈｚで□□Ｖ」などとなる。リップルが小さい、すなわち、架線電圧が高いほどリップルの谷からリップルピークまでの高さを示す電圧値は小さくなり、リップルが含まれていないときは０Ｖとなる。
【００２１】
リップル検出部４３では、さらに、設置箇所の電力の周波数の１８次、２４次の周波数について周波数成分の解析を行ってもよい。変電所の設置個所が周波数５０Ｈｚの地域の場合、１８次では周波数９００Ｈｚ、２４次では周波数１２００Ｈｚとなる。なお、リップル検出部４３では、変電所で使用されている整流器が６パルス整流器か１２パルス整流器か既知の場合でも、１つの周波数成分のみを対象とせず、複数の周波数成分を対象とすることでリップル検出時の検出誤差による誤検出の影響を低減することができる。
【００２２】
なお、リップル検出部４３では、周波数成分の解析結果をリップルの大きさを表す電圧値ではなく、リップルの含有率で表してもよい。例えば、「周波数３００Ｈｚで○○％」、「周波数６００Ｈｚで××％」などとなる。リップルが小さい、すなわち、架線電圧が高いほどリップルの含有率は小さくなり、リップルが含まれていないときは０％となる。リップル検出部４３では、周波数成分の解析結果を電圧値で表す場合または含有率で表す場合、ともにＦＦＴ（Fast  Fourier  Transform）によって求めることができるため、いずれの場合でも同様の装置構成となる。
【００２３】
リップル検出部４３は、検出したリップルの情報、すなわち、リップルの周波数成分の解析結果を、リップル検出時の架線電圧値とともにリップル判定部５１へ出力する。
【００２４】
リップル判定部５１は、リップル検出部４３から取得したリップルの情報と、架線電圧にリップルが含まれているか否かを判定するリップル閾値とを比較し、架線電圧にリップルが含まれていないかを判定する（ステップＳ２）。
【００２５】
リップル閾値は、周波数成分の解析結果が電圧値による情報の場合は「ａａＶ」とし、周波数成分の解析結果が含有率による情報の場合は「ｂｂ％」とする。リップル判定部５１は、リップル検出部４３から取得したリップルの情報が、「ａａＶ」より小さい電圧値の場合、または「ｂｂ％」より小さい含有率の場合、架線電圧にリップルが含まれていないと判定する。リップル判定部５１では、リップルの情報の値が０でなくてもリップル閾値より小さい場合は、架線電圧に含まれるリップルは小さいので、架線電圧にリップルは無いとみなすことができる。
【００２６】
上記の例において、リップル判定部５１は、リップル検出部４３から周波数３００Ｈｚおよび周波数６００Ｈｚについてのリップルの情報を取得している場合は、周波数３００Ｈｚおよび周波数６００Ｈｚの両方のリップルの情報がリップル閾値より小さい場合に、架線電圧にリップルが含まれていないと判定する。さらに、周波数９００Ｈｚおよび周波数１２００Ｈｚについてのリップルの情報を取得している場合、リップル判定部５１は、全てのリップルの情報がリップル閾値より小さい場合に、架線電圧にリップルが含まれていないと判定する。
【００２７】
リップル判定部５１は、リップル検出部４３から取得したリップルの情報がリップル閾値より小さい場合は架線電圧にリップルが含まれていないと判定する（ステップＳ２：Ｙｅｓ）。リップル判定部５１は、架線電圧にリップルが含まれていないと判定したとき、リップル検出部４３からリップルの情報とともに取得した架線電圧値の情報を記録する。そして、リップル判定部５１は、記録した架線電圧値の情報を無負荷電圧推定部５２へ出力する。なお、リップル判定部５１は、リップルの情報がリップル閾値以上の場合は架線電圧にリップルが含まれていると判定し（ステップＳ２：Ｎｏ）、処理を終了する。
【００２８】
リップル判定部５１が架線電圧値の情報を無負荷電圧推定部５２へ出力する場合とは、架線電圧にリップルが含まれていない場合、すなわち、電気車１の回生動作によって架線電圧が上昇している場合である。リップル判定部５１では、ステップＳ２の要件を満たしている間、すなわち電気車１が回生動作している間、無負荷電圧推定部５２へ架線電圧値の情報を出力する動作を継続する。
【００２９】
無負荷電圧推定部５２は、リップル判定部５１から取得した架線電圧値の情報から、架線２において力行の状態でも回生動作の状態でもない無負荷状態のときの無負荷電圧値を推定する（ステップＳ３）。無負荷電圧推定部５２では、リップル判定部５１において架線電圧にリップルが含まれていない期間、リップル判定部５１から架線電圧値の情報を取得し続けることになる。図２の（４）で示したように、架線電圧は、上昇するとリップルピーク値よりも大きくなる。無負荷電圧推定部５２は、図１の（３）のとき、すなわちリップルピークのときの架線電圧値があれば、演算により無負荷電圧値を推定することができる。無負荷電圧推定部５２においてリップルピークのときの架線電圧値とは、リップル判定部５１から取得できる架線電圧値のうち最小値となる。
【００３０】
そのため、無負荷電圧推定部５２は、リップル判定部５１から取得した架線電圧値の情報から、最小値の架線電圧値の情報を用いて無負荷電圧値を推定する。無負荷電圧推定部５２は、具体的に、リップル判定部５１から取得した架線電圧値Ｖｒｍｓ０のうち最小値をリップルピーク値Ｖ´ｒｍｓ０とし、無負荷電圧値の実効値をＶｎとすると、次式により推定することができる。なお、以降の説明において無負荷電圧値Ｖｎと表記する。
【００３１】
Ｖｎ＝Ｖ´ｒｍｓ０×１．３５／√（２）
【００３２】
上記の式において√（２）は２の平方根を示す。また、図２の（３）の枠内表示において、点線表記のリップルに接する線がリップルピーク値Ｖ´ｒｍｓ０となる。
【００３３】
無負荷電圧推定部５２は、推定した無負荷電圧値Ｖｎを演算部５５へ出力する。
【００３４】
制御部５３は、演算部５５より取得した無負荷電圧値Ｖｎなどの情報を表示部５４に表示し、表示部５４を確認したユーザなどからの操作を受け付けて、無負荷電圧値Ｖｎに付加する付加電圧値を設定する（ステップＳ４）。背景技術で説明したように、駅舎電源装置１０で効率的に回生エネルギーを利用するためには、無負荷電圧値Ｖｎより少し高い値に回生判定電圧値を設定するとよい。制御部５３では、無負荷電圧値Ｖｎと回生判定電圧値との電圧差となる付加電圧値を設定し、設定した付加電圧値を演算部５５へ出力する。
【００３５】
演算部５５では、無負荷電圧推定部５２から取得した無負荷電圧値Ｖｎに、制御部５３から取得した付加電圧値を加算して回生判定電圧値を算出する（ステップＳ５）。前述のように、回生判定電圧値は、無負荷電圧値Ｖｎより少し高く設定することが望ましいが、無負荷電圧値Ｖｎに対して余裕が無いと、主回路部４の比較部４４において、頻繁に判定を変更することや誤判定が懸念される。そのため、制御部５３では、比較部４４での誤動作を鑑みて付加電圧値を設定する。そして、演算部５５は、算出した回生判定電圧値を主回路部４の比較部４４へ出力する（ステップＳ６）。
【００３６】
比較部４４は、電圧センサ４２より入力された架線電圧値と、演算部５５より入力された回生判定電圧値とを比較する。架線電圧値の方が回生判定電圧値より大きい場合、比較部４４は、電気車１が回生動作をしていると判定し、電力変換部４１を制御して架線２の電力を変換して駅舎７側へ出させる。
【００３７】
変電所から送電される電圧は変動しているため、架線２の電圧は常に一定ではなく、その結果、無負荷電圧値も変動する。駅舎電源装置１０では、まず、現在の架線２の電圧値から無負荷電圧値を推定し、推定した無負荷電圧値に付加電圧を付加することによって、回生動作状態かどうかを判定する回生判定電圧値を設定する。架線２の電圧値が変動すれば推定される無負荷推定値も変動することから、駅舎電源装置１０では、架線電圧の変動に応じて変動する無負荷電圧値を推定し、さらに、無負荷電圧値を用いて回生判定電圧値を算出することにより、回生判定電圧値を変動させることができる。
【００３８】
なお、主回路部４の構成については、図１に示した構成に限定するものではない。前述の特許文献１のように、主回路部に回生エネルギーの余剰電力を貯蔵する蓄電部を備える場合にも適用可能である。
【００３９】
図１で示した駅舎電源装置１０のブロック図の一部の構成を実現するハードウェア構成について説明する。図４は、実施の形態１にかかる駅舎電源装置１０のハードウェア構成を示す図である。駅舎電源装置１０において、電力変換部４１、電圧センサ４２、リップル検出部４３、比較部４４、リップル判定部５１、無負荷電圧推定部５２、演算部５５は、プロセッサ７１がＲＡＭ（Random  Access  Memory）、ＲＯＭ（Read  Only  Memory）などで構成されるメモリ７２に記憶された各構成用のプログラムを実行することにより実現される。表示部５４は、ＬＣＤ（Liquid  Crystal  Display）などで構成されるディスプレイ７４により実現される。制御部５３は、入出力インタフェース７３とともに、プロセッサ７１がメモリ７２に記憶された制御部５３用のプログラムを実行することにより実現される。プロセッサ７１、メモリ７２、入出力インタフェース７３、ディスプレイ７４は、システムバス７５により接続されている。駅舎電源装置１０においては、複数のプロセッサ７１および複数のメモリ７２が連携して各ブロック図に示す各構成の機能を実行してもよい。駅舎電源装置１０においては、図４に示すハードウェア構成により実現することができるが、ソフトウェアまたはハードウェアのいずれでも実装可能である。なお、以降の実施の形態で説明する駅舎電源装置の各構成についても、図４に示すハードウェア構成により実現することができるものとする。
【００４０】
以上説明したように、本実施の形態によれば、駅舎電源装置１０では、架線電圧に含まれるリップルを検出し、架線電圧にリップルが含まれていないと判定したときの架線電圧値から架線２が無負荷状態のときの無負荷電圧値を推定し、無負荷電圧値に付加電圧値を加算することで、回生判定電圧値を算出することとした。これにより、変電所からの架線２に送電される送電電圧が変動して無負荷電圧が変動しても、無負荷電圧の変動に対応して回生判定電圧値を算出することができる。
【００４１】
実施の形態２．
本実施の形態では、無負荷電圧値の範囲を設定する場合について説明する。
【００４２】
図５は、実施の形態２にかかる駅舎電源装置１０ａの構成例を示すブロック図である。駅舎電源装置１０ａの主回路部４の構成は、図１に示す実施の形態１の主回路部４と同様である。駅舎電源操作盤５ａは、駅舎電源操作盤５に、無負荷電圧推定部５２で推定された無負荷電圧値に対して、設定上限値および設定下限値によって電圧範囲を設定する電圧範囲設定部５６と、無負荷電圧推定部５２で推定された無負荷電圧値が、電圧範囲設定部５６で設定された電圧範囲内か判定する電圧判定部５７と、を追加している。
【００４３】
架線電圧は、前述のように変動するものであるが、どのような値にでもなるものではなく、一般的に、電気車１が走行するうえで架線電圧として運用可能な範囲は限定される。そのため、電圧範囲設定部５６は、無負荷電圧値の設定上限値および設定下限値を設定して、無負荷電圧値の電圧範囲を設定する。電圧判定部５７は、無負荷電圧推定部５２で推定された無負荷電圧値が、電圧範囲設定部５６で設定された電圧範囲内か判定し、無負荷電圧値が電圧範囲内のときは無負荷電圧値を演算部５５へ出力し、無負荷電圧値が電圧範囲外のときは無負荷電圧値を棄却して演算部５５へ出力しない。
【００４４】
なお、駅舎電源操作盤５ａでは、電圧範囲設定部５６の機能を制御部５３が実行することによって電圧範囲設定部５６を設けない構成にしてもよい。
【００４５】
上記の動作を、フローチャートを用いて説明する。図６は、実施の形態２にかかる駅舎電源装置１０ａにおいて回生判定電圧値を算出する回生判定電圧値演算方法の処理を示すフローチャートである。電圧範囲設定部５６は、無負荷電圧値の設定上限値および設定下限値を設定して、無負荷電圧値の電圧範囲を設定する（ステップＳ１１）。電圧判定部５７は、無負荷電圧推定部５２で推定された無負荷電圧値が、電圧範囲設定部５６で設定された電圧範囲内か判定する（ステップＳ１２）。無負荷電圧値が電圧範囲内の場合（ステップＳ１２：Ｙｅｓ）、電圧判定部５７は、無負荷電圧値を演算部５５へ出力する。無負荷電圧値が電圧範囲外の場合（ステップＳ１２：Ｎｏ）、電圧判定部５７は、無負荷電圧値を演算部５５へ出力せずに棄却して処理を終了する。ステップＳ１〜Ｓ６の処理は、図３のフローチャートに示す実施の形態１の処理と同様である。なお、図６では、ステップＳ３とステップＳ４との間にステップＳ１１，Ｓ１２を追加しているが、ステップＳ１１の処理はステップＳ１〜Ｓ３とは独立した処理のため、ステップＳ１１についてはステップＳ３の前でもよい。
【００４６】
以上説明したように、本実施の形態によれば、無負荷電圧値に電圧範囲を設定し、設定した電圧範囲内の無負荷電圧値のみ使用することとした。これにより、事故による電気車１のダイヤ乱れや運休など、特殊な運用状態が発生し、通常と異なる電圧変動が発生した場合に、本来の無負荷電圧値とはかけ離れた値を誤推定し、誤推定した無負荷電圧値に基づいて回生判定電圧値を設定することを防ぐことができる。
【００４７】
実施の形態３．
実施の形態１ではリップル検出部４３を主回路部４に備えていたが、本実施の形態では、リップル検出部４３を駅舎電源操作盤に備える場合について説明する。
【００４８】
図７は、実施の形態３にかかる駅舎電源装置１０ｂの構成例を示すブロック図である。駅舎電源装置１０ｂにおいて、主回路部４ｂは主回路部４からリップル検出部４３を削除したものであり、駅舎電源操作盤５ｂは駅舎電源操作盤５にリップル検出部４３を追加したものである。
【００４９】
リップル検出部４３の配置が異なるだけで、駅舎電源装置１０ｂとしての動作は実施の形態１の駅舎電源装置１０と同様である。本実施の形態では、リップル検出部４３を駅舎電源操作盤５ｂに備えることで、主回路部４ｂについては、回生判定電圧値を固定値とする従来からの主回路部と同様の構成にすることができる。すなわち、駅舎電源操作盤５ｂが、駅舎電源装置１０ｂにおいて回生判定電圧値を変動して設定するうえで特徴的な構成を全て備えている。
【００５０】
以上説明したように、本実施の形態によれば、リップル検出部４３を主回路部側ではなく駅舎電源操作盤側に備えることとした。これにより、主回路部の構成を従来と同様の構成にしつつ、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。
【００５１】
実施の形態４．
本実施の形態では、実施の形態３の構成において無負荷電圧値の範囲を設定する場合について説明する。
【００５２】
図８は、実施の形態４にかかる駅舎電源装置１０ｃの構成例を示すブロック図である。駅舎電源装置１０ｃにおいて主回路部４ｂの構成は図７に示す実施の形態３と同様である。駅舎電源操作盤５ｃは、駅舎電源操作盤５ｂに、無負荷電圧推定部５２で推定された無負荷電圧値に対して、設定上限値および設定下限値によって電圧範囲を設定する電圧範囲設定部５６と、無負荷電圧推定部５２で推定された無負荷電圧値が、電圧範囲設定部５６で設定された電圧範囲内か判定する電圧判定部５７と、を追加している。
【００５３】
リップル検出部４３の配置が異なるだけで、駅舎電源装置１０ｃとしての動作は実施の形態２の駅舎電源装置１０ａと同様である。本実施の形態では、リップル検出部４３を駅舎電源操作盤５ｃに備えることで、主回路部４ｂについては、回生判定電圧値を固定値とする従来からの主回路部と同様の構成にすることができる。すなわち、駅舎電源操作盤５ｃが、駅舎電源装置１０ｃにおいて回生判定電圧値を変動して設定するうえで特徴的な構成を全て備えている。
【００５４】
なお、駅舎電源操作盤５ｃでは、電圧範囲設定部５６の機能を制御部５３が実行することによって電圧範囲設定部５６を設けない構成にしてもよい。
【００５５】
以上説明したように、本実施の形態によれば、リップル検出部４３を主回路部側ではなく駅舎電源操作盤側に備えることとした。これにより、主回路部の構成を従来と同様の構成にしつつ、実施の形態２と同様の効果を得ることができる。
【００５６】
実施の形態５．
本実施の形態では、演算部５５が、複数の回生判定電圧値の平均値を主回路部４へ出力する場合について説明する。実施の形態１の駅舎電源装置１０を用いて説明するが、実施の形態２から４の駅舎電源装置１０ａ，１０ｂ，１０ｃにも適用可能である。
【００５７】
駅舎電源装置１０の構成は、図１に示す実施の形態１の場合と同様である。本実施の形態では、演算部５５は、規定された期間において、算出した回生判定電圧値のデータを記録する。演算部５５は、算出した回生判定電圧値をその都度主回路部４の比較部４４へ出力せず、規定された期間で算出した複数の回生判定電圧値の平均値を求め、求めた回生判定電圧値の平均値を主回路部４の比較部４４へ出力する。演算部５５は、規定された期間毎に回生判定電圧値の平均値を求めて主回路部４の比較部４４へ出力する。
【００５８】
以上説明したように、本実施の形態によれば、演算部５５では、規定された期間内で算出した回生判定電圧値の平均値を求め、規定された期間毎に回生判定電圧値の平均値を比較部４４へ出力することとした。これにより、架線電圧に突発的な変動があった場合の影響を低減し、本来の値とはかけ離れた値の回生判定電圧値を比較部４４へ出力することを防ぐことができる。また、規定された期間によって回生判定電圧値の変更タイミングを決めることで、回生判定電圧値のデータの集計を容易にすることができる。
【００５９】
実施の形態６．
本実施の形態では、演算部５５が、算出した回生判定電圧値を複数日分記録する場合について説明する。実施の形態１の駅舎電源装置１０を用いて説明するが、実施の形態２から４の駅舎電源装置１０ａ，１０ｂ，１０ｃにも適用可能である。
【００６０】
駅舎電源装置１０の構成は、図１に示す実施の形態１の場合と同様である。本実施の形態では、演算部５５は、算出した回生判定電圧値のデータを、算出時の時刻情報とともに複数日分記録する。演算部５５は、算出した回生判定電圧値をその都度比較部４４へ出力せず、算出された複数日分の回生判定電圧値のデータを用いて、主回路部４へ出力する時刻毎の回生判定電圧値を算出する。演算部５５は、同じ時刻だが異なる日の回生判定電圧値の情報を用いて、実施の形態５と同様に平均値を求めてもよいが、隣接する時刻における回生判定電圧値の情報により平均値を求める以外の方法で最適な時刻毎の回生判定電圧値を求めてもよい。
【００６１】
演算部５５は、時刻毎に求めた回生判定電圧値によって、電気車１の運転時間帯における回生判定電圧値のスケジュールを自動生成する。演算部５５は、前日までの回生判定電圧値のデータに基づいて、翌日以降の運転時間帯の回生判定電圧値のスケジュール、すなわち、回生判定電圧値の変動の予測パターンを生成する。これにより、実施の形態１から５では、算出した回生判定電圧値を算出した時刻以降の運転時間帯に利用していたが、運転時間帯の回生判定電圧値のスケジュールにより、前日までの同時刻の回生判定電圧値のデータに基づいて、現在の時刻における回生判定電圧値を推定することができる。
【００６２】
制御部５３は、演算部５５で自動生成されたスケジュールを表示部５４に表示する制御を行う。図９は、実施の形態６にかかる表示部５４に表示された演算部５５で自動生成された回生判定電圧値のスケジュールおよび算出された回生判定電圧値を示す図である。電気車１の運転時間帯における各時刻での回生判定電圧値を示すものである。
【００６３】
図９において、設定上限値８１および設定下限値８２は、回生判定電圧値の電圧範囲を設定するものである。実施の形態２，４において電圧範囲設定部５６が設定する設定上限値および設定下限値としてもよい。回生判定電圧値８３は、演算部５５に記録されている個々の回生判定電圧値のデータである。ここでは１つの回生判定電圧値に８３を付与しているが、図９にプロットされている全ての点が回生判定電圧値８３に該当する。現在値８４に示す三角マークは現在の時刻における回生判定電圧値の大きさを示す。回生判定電圧値スケジュール８５は各時刻において設定された回生判定電圧値を示すラインであり、現在値８４は回生判定電圧値スケジュール８５上に現れることになる。
【００６４】
架線電圧８６は現在の架線２の電圧値を示す。回生判定電圧値８７は現在値８４で示される現在の時刻における回生判定電圧値を示す。表示形式８８はユーザがスケジュールまたは計測を選択することで、表示部５４に表示される図９に示す表示内容を切り替える選択部である。図９では計測が選択されている場合を示している。スケジュール自動／手動８９は表示形式８８でスケジュールが選択されている場合に、表示部５４に表示するスケジュールを自動生成されたスケジュールか手動設定されたスケジュールに切り替える切替部である。
【００６５】
図９に示す回生判定電圧値８３および回生判定電圧値スケジュール８５から、演算部５５が、どのような回生判定電圧値８３のデータから主回路部４へ出力する時刻毎の回生判定電圧値を算出したのかを把握することができる。
【００６６】
図１０は、実施の形態６にかかる表示部５４に表示された演算部５５で自動生成された回生判定電圧値のスケジュールを示す図である。図１０では表示形式８８においてスケジュールが選択されている場合を示している。図９に示す回生判定電圧値スケジュール８５に対して図１０では回生判定電圧値スケジュール８５上にプロット９１があるが、これは演算部５５が複数日分の回生判定電圧値を用いて、主回路部４へ出力する時刻毎の回生判定電圧値を算出した値である。
【００６７】
ここで、ユーザは、表示部５４に表示されている図１０の表示より、電気車１の運転時間帯における各時刻の回生判定電圧値を把握することができる。ユーザは、制御部５３を介して各時刻の回生判定電圧値を手動で設定してもよい。制御部５３は、電気車１の運転時間帯の時刻毎の回生判定電圧値の入力をユーザから受け付けると、受け付けた回生判定電圧値の情報を演算部５５へ出力する。演算部５５は、制御部５３を介して取得した回生判定電圧値の情報に基づいて、ユーザから受け付けた手動設定の回生判定電圧値に基づいて電気車１の運転時間帯における回生判定電圧値のスケジュールを生成する。演算部５５では、前述の自動生成したスケジュールに対して、ユーザから受け付けた回生判定電圧値に対応する時刻の値を置き換えるなどの方法により手動設定に基づくスケジュールを生成する。これにより、ユーザは、回生判定電圧値の電圧変動の状況を確認しながら、例えば、電気車１の遅延や事故が発生した場合に、臨機応変に回生判定電圧値を設定することができる。
【００６８】
上記の動作を、フローチャートを用いて説明する。図１１は、実施の形態６にかかる駅舎電源装置１０において回生判定電圧値を算出する回生判定電圧値演算方法の処理を示すフローチャートである。本実施の形態では、演算部５５が、ステップＳ５において、算出した回生判定電圧値を算出時の時刻情報とともに複数日分記録し、複数日分の回生判定電圧値を用いて主回路部４へ出力する時刻毎の回生判定電圧値を算出する。さらに、演算部５５は、電気車１の運転時間帯における回生判定電圧値のスケジュールを自動生成する（ステップＳ２１）。また、演算部５５は、制御部５３を介して電気車１の運転時間帯の時刻毎の回生判定電圧値の入力を受け付けて、手動設定に基づく電気車１の運転時間帯における回生判定電圧値のスケジュールを生成する（ステップＳ２１）。そして、制御部５３が、表示部５４に演算部５５で自動生成されたスケジュールまたは手動設定に基づいて生成されたスケジュールを表示する制御を行う（ステップＳ２２）。ステップＳ１〜Ｓ６の処理は、図３のフローチャートに示す実施の形態１の処理と同様である。
【００６９】
以上説明したように、本実施の形態によれば、駅舎電源装置１０では、算出した回生判定電圧値のデータを算出時の時刻情報とともに複数日分記録し、電気車１の運転時間帯における回生判定電圧値のスケジュールを生成することとした。これにより、回生判定電圧値の変動を予測することができる。また、回生判定電圧値の変動を予測できることから、時間帯による無負荷電圧の変動に対応してユーザによる回生判定電圧値の設定も可能となる。また、複数日分の回生判定電圧値のデータを用いることにより、前日までに架線電圧に突発的な変動があった場合の影響を低減し、本来の値とはかけ離れた値の回生判定電圧値のデータをそのまま利用することを防ぐことができる。
【００７０】
以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。
【符号の説明】
【００７１】
１  電気車、２  架線、３  レール、４，４ｂ  主回路部、５，５ａ，５ｂ，５ｃ  駅舎電源操作盤、６  高圧配電系統、７  駅舎、８  変圧器、９，９−１，９−２，…，９−ｎ  駅負荷、１０，１０ａ，１０ｂ，１０ｃ  駅舎電源装置、４１  電力変換部、４２  電圧センサ、４３  リップル検出部、４４  比較部、５１  リップル判定部、５２  無負荷電圧推定部、５３  制御部、５４  表示部、５５  演算部、５６  電圧範囲設定部、５７  電圧判定部。
【要約】
架線電圧に含まれるリップルを検出し、検出した前記リップルの情報および架線電圧値を出力するリップル検出部４３と、リップルの情報と、架線電圧にリップルが含まれているか否かを判定するリップル閾値とを比較し、比較結果に基づいて、架線電圧にリップルが含まれていないと判定したときの前記架線電圧値を出力するリップル判定部５１と、架線電圧値に基づいて、架線が無負荷状態のときの架線の電圧値である無負荷電圧値を推定する無負荷電圧推定部５２と、無負荷電圧値に付加する付加電圧値を設定する制御部５３と、無負荷電圧値に付加電圧値を加算して架線と接続する電気車が回生動作をしているか否かを判定する回生判定電圧値を算出し、回生判定電圧値を回生動作により発生した回生エネルギーを利用する主回路部４へ出力する演算部５５と、を備える。【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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