(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力変換器と、
前記電力変換器を介してき電線と接続された蓄電池と、
前記蓄電池の残量を推定する電池残量推定手段と、
前記電池残量推定手段によって推定された前記蓄電池の残量から前記電力変換器のき電線側の電流と電圧の関係を示す電力変換器動作特性を決定する電力変換器動作特性決定手段と、
前記電力変換器のき電線側の電流と電圧が、決定された前記電力変換器動作特性に従うように前記電力変換器を制御する電力変換器制御手段と、
を備え、
前記電力変換器動作特性は、前記電力変換器のき電線側の電圧が、き電線から電力変換器への電流が大きくなるに従い電圧が高く、電力変換器からき電線への電流が大きくなるに従い電圧が低く、なるように設定され、さらに、
前記電力変換器動作特性が、電流ゼロの点の電圧を、前記き電線に接続されて周囲に設置された変電所の動作特性と一致させ、放電側の動作特性を前記変電所の動作特性と一致させるか、またはより低電圧側に設定させている、
ことを特徴とする地上蓄電池制御装置。
【請求項２】
前記電力変換器動作特性が、電力変換器の充電側の動作特性を、前記き電線に接続されて周囲に設置された回生インバータの動作特性と一致させるか、またはより高電圧側に設定させていることを特徴とする請求項１に記載の地上蓄電池制御装置。
【請求項３】
前記電力変換器動作特性決定手段が、前記電池残量推定手段によって推定された蓄電池の残量が所定の残量より少ない時は電力変換器動作特性を低電圧側へ移動させ、前記所定の残量より多い時は電力変換器動作特性を高電圧側へ移動させることを特徴とする請求項１または２に記載の地上蓄電池制御装置。
【請求項４】
同一き電線に接続された請求項１または２に記載の前記地上蓄電池制御装置を少なくとも１つ備えると共に、
路線を走行し前記き電線に電気的に接続された電車の位置及び速度を少なくとも含む電車情報を取得する電車情報取得部と、
前記電車情報取得部によって得られた電車の位置と速度から電車の持つ力学的エネルギーを算出する力学的エネルギー計算手段と、
前記力学的エネルギー計算手段によって計算された電車の力学的エネルギーに係数を掛けあわせ、回収可能なエネルギーを算出する回収可能エネルギー計算手段と、
回収可能エネルギーを計算した全電車の回収可能エネルギーの総和を算出する全回収可能エネルギー計算手段と、
前記各地上蓄電池制御装置に設けられた、蓄電池全容量から前記電池残量推定手段によって推定された蓄電池残量を除いた蓄電池空き容量を計算する蓄電池空き容量計算手段と、
蓄電池空き容量を計算した全蓄電池の蓄電池空き容量の総和を計算する全蓄電池空き容量計算手段と、
前記全回収可能エネルギー計算手段によって計算された回収可能エネルギーの総和と、前記全蓄電池空き容量計算手段によって計算された蓄電池空き容量の総和を比較する比較手段と、
を備え、
前記各地上蓄電池制御装置の電力変換器動作特性決定手段が、前記比較手段で、回収可能エネルギーの総和が蓄電池空き容量の総和を上回っていれば、電力変換器動作特性を高電圧側へ移動し、回収可能エネルギーの総和が蓄電池空き容量の総和を下回っていれば電力変換器動作特性全体を低電圧側へ移動させる、
ことを特徴とする鉄道用地上蓄電池制御システム。
【請求項５】
前記電車情報取得部がさらに電車の進行方向を取得し、
前記回収可能エネルギー計算手段において、電車の位置及び進行方向に応じて異なる重みをつけた回収可能なエネルギーを計算することを特徴とする請求項４に記載の鉄道用地上蓄電池制御システム。
【請求項６】
前記電車情報取得部がさらに電車の運行種別を取得し、
前記回収可能エネルギー計算手段において、電車の運行種別に応じて異なる重みをつけた回収可能なエネルギーを計算することを特徴とする請求項４または５に記載の鉄道用地上蓄電池制御システム。
【請求項７】
電力変換器と、
前記電力変換器を介してき電線と接続された蓄電池と、
前記蓄電池の残量を推定する電池残量推定手段と、
前記電力変換器を制御する電力変換器制御手段と、
前記電池残量推定手段が推定した電池残量に応じて前記電力変換器の制御範囲を決定して電力指令装置へ送る電力変換器制御範囲決定手段と、
を含む少なくとも１つの地上蓄電池制御装置と、
路線を走行し前記き電線に電気的に接続された電車の電車情報を取得して、前記き電線に接続された変電所および前記地上蓄電池制御装置に出力指令を出力する電力指令装置と、
を備え、
前記地上蓄電池制御装置の電力変換器制御範囲決定手段が、電力変換器のき電線側の電圧の最大値が、き電線から電力変換器への電流が大きくなるに従い高く、電力変換器からき電線への電流が大きくなるに従い低くなる電力変換器制御範囲特性を、前記電池残量推定手段によって推定された蓄電池の残量が所定の残量より少ない時は放電側の制御範囲を縮小、充電側の制御範囲を拡大させるように、また前記所定の残量より多い時は放電側の制御範囲を拡大、充電側の制御範囲を縮小させるように出力し、
前記電力指令装置が前記電車情報と電力変換器制御範囲特性に従って出力指令を出力し、
前記電力変換器制御手段が前記電力指令装置の指令に基づいて電力変換器を制御する、
ことを特徴とする鉄道用地上蓄電池制御システム。
【請求項８】
電力変換器を介してき電線と接続された蓄電池を備えた地上蓄電池において、
前記蓄電池の電池残量を推定し、
推定された電池残量から電力変換器のき電線側の電流と電圧の関係を示す電力変換器動作特性を決定し、
前記電力変換器のき電線側の電流と電圧が、決定された前記電力変換器動作特性に従うように前記電力変換器を制御し、
前記電力変換器動作特性を、前記電力変換器のき電線側の電圧が、き電線から電力変換器への電流が大きくなるに従い電圧が高く、電力変換器からき電線への電流が大きくなるに従い電圧が低く、なるように設定し、さらに、
前記電力変換器動作特性が、電流ゼロの点の電圧を、前記き電線に接続されて周囲に設置された変電所の動作特性と一致させ、放電側の動作特性を前記変電所の動作特性と一致させるか、またはより低電圧側に設定させる、
ことを特徴とする地上蓄電池の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、鉄道路線に設置された地上蓄電池の制御を行う地上蓄電池制御装置等に関する。
【背景技術】
【０００２】
鉄道路線に設置された地上蓄電池の制御方法並びに制御装置に関する従来の技術として、例えば、ダイヤや運行シミュレータを用いて電車の回生電力発生時刻を予測し、予測に基づいて電池の充放電を制御するものがあった(下記特許文献１参照)。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−１６２０７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このような蓄電池制御装置においては、路線上に複数の蓄電池が設置されることを考慮しておらず、消費／回生電力の発生予測と蓄電池設置場所における架線電圧のみに依存して制御しているため、電力を効率よく活用できないという問題があった。
【０００５】
例えば運行シミュレータにおいて回生電力の発生が予測されたとき、回生電力発生地点に近い蓄電池が放電を開始する。このとき当該蓄電池の近隣に電力を消費する電車が不在であるならば、架線電圧の許す限りにおいて遠方の電車へと電力を伝達することになり、大きな伝達損失を伴う。
【０００６】
他の例では、回生電力の発生が予測されたときに架線電圧が過大であると電池の放電が停止されるため、回生電力発生時までに十分な充電可能容量を確保できず、結果として回生電力を吸収できない事態が発生しうる。あるいは電車が予測よりも早期に減速を開始した場合、電池に十分な充電可能容量を確保できず、結果として回生電力を吸収できない事態が発生しうる。
【０００７】
この発明は、広義には、き電線での電力伝達損失を抑えるようにした地上蓄電池制御装置等を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明は、電力変換器と、前記電力変換器を介してき電線と接続された蓄電池と、前記蓄電池の残量を推定する電池残量推定手段と、前記電池残量推定手段によって推定された前記蓄電池の残量から前記電力変換器のき電線側の電流と電圧の関係を示す電力変換器動作特性を決定する電力変換器動作特性決定手段と、前記電力変換器のき電線側の電流と電圧が、決定された前記電力変換器動作特性に従うように前記電力変換器を制御する電力変換器制御手段と、を備え、前記電力変換器動作特性は、前記電力変換器のき電線側の電圧が、き電線から電力変換器への電流が大きくなるに従い電圧が高く、電力変換器からき電線への電流が大きくなるに従い電圧が低く、なるように設定され、さらに、前記電力変換器動作特性が、電流ゼロの点の電圧を、前記き電線に接続されて周囲に設置された変電所の動作特性と一致させ、放電側の動作特性を前記変電所の動作特性と一致させるか、またはより低電圧側に設定させている、ことを特徴とする地上蓄電池制御装置等にある。
【発明の効果】
【０００９】
この発明では、き電線での電力伝達損失を抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】この発明の実施の形態１による地上蓄電池制御装置の構成を示す図である。
【図２】この発明の実施の形態１における電力変換器動作特性の一例を示す図である。
【図３】この発明によらない一般的なき電線状態を説明するための図である。
【図４】この発明の実施の形態１におけるき電線状態を説明するための図である。
【図５】この発明の実施の形態２における電力変換器動作特性の一例を示す図である。
【図６】この発明の実施の形態３による鉄道用地上蓄電池制御システムの構成を示す図である。
【図７】この発明の実施の形態４による鉄道用地上蓄電池制御システムの構成を示す図である。
【図８】この発明の実施の形態４における電力変換器の制御範囲の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
この発明に係る地上蓄電池制御装置等では、電力変換器のき電線側の電圧が、蓄電池の充電(蓄電)電流が大きくなるに従い電圧が高く、放電電流が大きくなるに従い電圧が低くなる電力変換器動作特性に従って電力変換器が制御される。さらに電力変換器動作特性は、蓄電池の蓄電残量に従って変更される。これにより、地上蓄電池制御装置の電車との距離が遠い(電力変換器のき電線側の電圧が高い)場合には少ない電力がき電線に伝達され、電車との距離が近い(電力変換器のき電線側の電圧が低い)場合には大きな電力がき電線に伝達され、路線におけるき電線での電力伝達損失を抑えることができる。
【００１２】
以下、この発明による地上蓄電池制御装置等を各実施の形態に従って図面を用いて説明する。なお、各実施の形態において、同一もしくは相当部分は同一符号で示し、重複する説明は省略する。
【００１３】
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１による地上蓄電池制御装置の構成を示す図である。地上蓄電池制御装置１０７は電力変換器１０１と、電力変換器１０１を介してき電線１０２と接続された蓄電池１０３と、蓄電池１０３の残量を推定する電池残量推定手段１０４と、電池残量推定手段１０４によって推定された電池残量から、電力変換器１０１の動作特性を決定する電力変換器動作特性決定手段１０５と、電力変換器１０１のき電線１０２側の電流と電圧が、電力変換器動作特性決定手段１０５によって決定された電力変換器１０１の動作特性(後述の電力変換器動作特性)上の点となるように電力変換器１０１を制御する電力変換器制御手段１０６から構成される。き電線１０２には電車６０２が電気的に接続されている。
【００１４】
電池残量推定手段１０４は、例えば蓄電池１０３の電圧から電池残量を推定する。電力変換器制御手段１０６は、電力変換器１０１のき電線１０２側の電流と電圧を検出するための検出器(図示省略)を含む。
【００１５】
図２にこの実施の形態における電力変換器動作特性の一例を示す。横軸が電力変換器１０１とき電線１０２の間の電流、縦軸が電力変換器１０１のき電線側電圧を示し、横軸の電力変換器１０１とき電線１０２の間の電流が０の点から右側が電力変換器１０１からき電線１０２への電流(放電側)、左側がき電線１０２から電力変換器１０１への電流を示す(充電(蓄電)側)。そして実線が電力変換器動作特性を示し、電流０点の右側の破線が変電所動作特性、左側が回生インバータ動作特性を示す。
【００１６】
電力変換器動作特性は、蓄電池放電側(電流０(ゼロ)点の右側)、すなわち電力変換器１０１からき電線１０２へ電流が流れる状況において、電流が大きくなるに従い電力変換器１０１のき電線側電圧が低下するように設定されている。また蓄電池充電側(電流０点の左側)、すなわち、き電線１０２から電力変換器１０１へ電流が流れる状況において、電流が大きくなるに従い電力変換器１０１のき電線側電圧が上昇するように設定されている。
【００１７】
図３に、地上蓄電池制御装置に相当するこの発明によらない一般的な地上蓄電池１７ａ，１７ｂが２つ設置され、左側の地上蓄電池１７ａに近い位置に電車６０２が電力を消費しながら走行している状況における、き電線状態を説明するための図を示す。図３の(ａ)は位置ごとの単位距離あたりの伝達損失、(ｂ)は右向きを正とするき電線電流、(ｃ)はき電線の電圧、(ｄ)は電車６０２と地上蓄電池１７ａ，１７ｂの配置を示す。
【００１８】
このとき、(ｂ)に示すように、地上蓄電池１７ａ，１７ｂからは所定の電流がき電線１０２に供給される。簡単のため、双方の地上蓄電池１７ａ，１７ｂから供給される電流が等しいとする。き電線１０２での伝達損失は流れる電流の２乗に比例することから、図３の(ａ)のグラフに示すように、単位距離あたりの伝達損失は一定値となり、総伝達損失は２つの地上蓄電池１７ａ，１７ｂ間の距離と、単位距離あたりの伝達損失との積で表される。
【００１９】
一方、地上蓄電池がこの発明による地上蓄電池制御装置(地上蓄電池)１０７ａ，１０７ｂである場合のき電線状態を説明するための、図３に対応する図を図４に示す。図４の(ａ)から(ｃ)において点線は図３の実線に対応する。電車６０２と地上蓄電池１０７ａ，１０７ｂの間の電圧降下は電流と距離の積に比例するため、もし双方の地上蓄電池から同量の電流が供給されたとすると、図３の(ｃ)に示す通り、電車６０２から遠い方の地上蓄電池１７ｂにおける電力変換器のき電線側電圧が、電車６０２に近い方の地上蓄電池１７ａにおける電力変換器のき電線側電圧と比較し高くなる。
【００２０】
この発明においては図２に示す通り、放電側では電圧が高くなるに従い電流が小さくなるように電力変換器動作特性が決定されているため、電力変換器制御手段１０６の働きにより、電車６０２から遠い方の地上蓄電池１０７ｂから流れる電流は減少し、電車６０２に近い方の地上蓄電池１０７ａから流れる電流は増大する。すなわち、き電線１０２を流れる電流は図４の(ｂ)の実線で示すように変化する。結果、電車６０２に近い方の地上蓄電池１０７ａと電車６０２の間の単位距離あたりの伝達損失は増大し、電車６０２から遠い方の地上蓄電池１０７ｂと電車６０２の間の単位距離あたりの伝達損失は減少する。しかし、総伝達損失は距離との積であり、図４の(ａ)のＬ１で示した伝達損失増大分は、Ｌ２で示した伝達損失減少分と比較し小さい。すなわち伝達損失増減を差し引きした全伝達損失は減少する。
【００２１】
図２に示すように、電力変換器動作特性(実線)を、電流０(ゼロ)の点においてき電線１０２に接続されて周囲に設置された変電所(例えば図７参照)の変電所動作特性(破線)と一致させることにより、電車が全く走行していないとき電池が充放電されることを防ぐ。
【００２２】
電流が正であるとき(図２の右側の放電側)、電力変換器動作特性(放電側の動作特性：実線)を周囲に設置された変電所の動作特性(破線)と一致させることで、地上蓄電池すなわち地上蓄電池制御装置と変電所がき電線に混合して設置、接続された場合においても、複数の地上蓄電池制御装置が設置された場合と同様の効果を得ることができる。また、電力変換器動作特性(放電側の動作特性：実線)を周囲に設置された変電所の動作特性(破線)より低電圧側にすることで、地上蓄電池制御装置から電力を供給するよりも変電所から直接供給するほうが効率がよい場合、地上蓄電池制御装置からの放電を抑制し、き電線での電力伝達損失及び地上蓄電池制御装置における充放電損失を減少させられる。
【００２３】
電流が負であるとき(図２の左側の放電側)、電力変換器動作特性(充電側の動作特性：実線)を周囲に設置された回生インバータの動作特性(破線)と一致させることで、地上蓄電池すなわち地上蓄電池制御装置と回生インバータが混合して設置された場合においても、複数の地上蓄電池制御装置が設置された場合と同様の効果を得ることができる。また、電力変換器動作特性(充電側の動作特性：実線)を周囲に設置された回生インバータの動作特性(破線)より高電圧側にすることで、地上蓄電池制御装置で電力を吸収するよりも回生インバータへ供給するほうが効率がよい場合、地上蓄電池制御装置への充電を抑制し、き電線での電力伝達損失及び地上蓄電池制御装置における充放電損失を減少させられる。
【００２４】
実施の形態２．
この発明の実施の形態２による地上蓄電池制御装置は、実施の形態１に説明した地上蓄電池制御装置と全体構成において共通する。以下、異なる点について説明する。実施の形態１において、電力変換器動作特性決定手段１０５は、図２に示すような電力変換器動作特性を電力変換器制御手段１０６へと出力する。この実施の形態においては、電力変換器動作特性決定手段１０５は図５に示すように、電池残量に応じて電力変換器制御手段１０６へと出力する電力変換器動作特性を変化させる。
【００２５】
具体的には、電池残量推定手段１０４が推定した蓄電池１０３の残量が、所定の基準残量より少ない場合、図５のグラフの一点鎖線に示すように電力変換器動作特性を低電圧側へ移動させる。逆に蓄電池１０３の残量が所定の基準残量より多い場合、図５のグラフの破線に示すように電力変換器動作特性を高電圧側へ移動させる。
【００２６】
電力変換器動作特性を高電圧側へ変化させたとき、地上蓄電池制御装置１０７におけるき電線電圧が同じならば電力変換器からき電線への電流が増加する。この結果、電力変換器動作特性を変化させない場合と比べ、電池残量が減少する効果をもたらす。逆に電力変換器動作特性を低電圧側へ変化させたときは、電池残量が増加する効果をもたらす。
【００２７】
これにより、実施の形態１に説明した充放電損失を削減する効果を保ちつつ、蓄電池残量を所定の残量の周囲に保持する効果を奏する。
【００２８】
なお、高電圧側へ移動させる場合の所定の基準残量と低電圧側へ移動させる場合の所定の基準残量を同じものとしてもよいが、高電圧側へ移動させる場合の所定の基準残量に対して低電圧側へ移動させる場合の所定の基準残量を小さい値とし、間に移動させない所定の幅の領域を持たせるようにしてもよい。
【００２９】
実施の形態３．
図６はこの発明の実施の形態３による鉄道用地上蓄電池制御システムの構成を示す図である。き電線１０２には、図１に示す地上蓄電池制御装置１０７が少なくとも１つと、電車６０２が少なくとも１車両または１編成の電気的に接続されている。電車情報取得手段６０１は電車６０２の少なくとも位置と速度を取得し、力学的エネルギー計算手段６０３は電車情報取得手段６０１が取得した電車６０２の少なくとも位置と速度から、当該電車のもつ力学的エネルギーを計算する。回収可能エネルギー計算手段６０４は力学的エネルギー計算手段６０３が計算した電車６０２の力学的エネルギーに所定の係数を掛けあわせた、将来的に回収可能なエネルギー(あるいは「将来的な回収可能エネルギー」)を計算する。全回収可能エネルギー計算手段６０５は、路線を走行するき電線１０２に電気的に接続された回収可能エネルギーを計算した電車６０２に関する回収可能エネルギーの総和を計算する。
【００３０】
一方、地上蓄電池制御装置１０７において、電池空き容量計算手段６０６は蓄電池１０３の全容量から電池残量推定手段１０４が推定した電池残量を引くことで蓄電池１０３の空き容量を計算する。全蓄電池空き容量計算手段６０７は路線に設置された全地上蓄電池制御装置１０７に関し、電池空き容量計算手段６０６が計算した蓄電池空き容量の総和を計算する。比較手段を構成する比較器６０８は、全回収可能エネルギー計算手段６０５によって計算された路線を走行するき電線１０２に電気的に接続された全電車６０２に関する回収可能エネルギーの総和と、全蓄電池空き容量計算手段６０７によって計算された路線に設置されたき電線１０２に電気的に接続された全地上蓄電池制御装置１０７の地上蓄電池の空き容量の総和を比較する。
【００３１】
各地上蓄電池制御装置１０７の電力変換器動作特性決定手段１０５は、電池残量推定手段１０４が推定した蓄電池１０３の残量と、比較器６０８の比較結果に基づいて電力変換器動作特性を決定し、電力変換器制御手段１０６は電力変換器動作特性決定手段１０５が決定した電力変換器動作特性に基づいて電力変換器１０１を制御する。
【００３２】
具体的には、比較器６０８において全回収可能エネルギーが全蓄電池空き容量を上回る場合には、例えば図２、５に示す電力変換器動作特性を高電圧側に変化させる。逆に全回収可能エネルギーが全蓄電池空き容量を下回る場合には、電力変換器動作特性を低電圧側に変化させる。
【００３３】
これにより、路線全体として加速中の電車６０２が優越し、電力消費が大きいとき、蓄電池１０３は全体的に放電する。逆に路線全体として減速中の電車６０２が優越し、電力消費が小さいとき、蓄電池１０３は全体的に充電する。結果、路線全体として、消費エネルギーのピークカット機能が実現される。
【００３４】
また、本実施の形態によれば、電車が減速を開始するとき、常に当該電車の減速による回生電力分に対応する電池の空き容量が確保されているため、電車が予期しない時点で減速を開始したとしても、電池空き容量の不足によって前記電力を回収できないという事態を防ぐことができる。
【００３５】
また、本実施の形態による電力変換器動作特性の決定方法は、高電圧側、低電圧側のような段階的な制御に限定されるものではない。比較器６０８を差分器とし、全回収可能エネルギーと全蓄電池空き容量との差分によって、電力変換器動作特性を比例的に高電圧側あるいは低電圧側に変化させて制御してもよい。
【００３６】
また上記実施の形態２と組み合わせることも可能であり、その場合、本実施の形態に説明した方法を持って基準となる電力変換器動作特性を決定し、その基準となる電力変換器動作特性に対し、当該蓄電池の残量に基づいて、電力変換器動作特性を高電圧側あるいは低電圧側に変化させたものを、電力変換器制御手段１０６へ出力すればよい。
【００３７】
さらに、回収可能エネルギー計算手段６０４は、電車の力学的エネルギーに所定の係数を掛け合わせることに限定されるものではなく、例えば電車の速度に応じた係数を掛けあわせて足しあわせてもよい。この構成により、電車の速度に応じて回収可能なエネルギーをより正確に推定できる。
【００３８】
あるいは、電車情報取得手段６０１が電車情報として電車６０２の電車の位置、速度に加えて、進行方向、列車種別、運行種別等を取得し、回収可能エネルギー計算手段６０４は、電車の位置、速度、進行方向、列車種別、運行種別等により、異なる係数を掛けあわせ(重み付けをする)ても良い。この構成により、例えば電車からあまりに遠い蓄電池へは電力を伝達しない、進行方向から見て後方の蓄電池へは電力を伝達しない、あるいは駅近くに設置された蓄電池において、当該駅で停車しない電車からは回生電力を回収しない等の、実際の列車運行に応じた電力伝達の調整が可能である。
【００３９】
なお、力学的エネルギー計算手段６０３では例えば、電車６０２の
運動エネルギー(Ｋ＝ｍｖ２／２：ｍは電車質量、ｖは電車速度)
位置エネルギー(Ｕ＝ｍｇｈ：ｍは電車質量、ｇは重力加速度、ｈ：電車高度)
より力学的エネルギーを求める得る。電車高度ｈは電車の位置情報と地図情報(高度情報を含む)より求めることができる。
【００４０】
また、電車情報取得手段６０１、力学的エネルギー計算手段６０３、回収可能エネルギー計算手段６０４、全回収可能エネルギー計算手段６０５、全蓄電池空き容量計算手段６０７、比較手段(比較器)６０８は、各電車６０２および各地上蓄電池制御装置１０７と通信可能なシステムの中央装置(例えば図７の電力指令装置に対応する装置)等に設けてもよく、また、電車情報取得手段６０１、力学的エネルギー計算手段６０３、またはさらに回収可能エネルギー計算手段６０４、は各電車６０２に設けてもよい。
【００４１】
実施の形態４．
図７はこの発明の実施の形態４による鉄道用地上蓄電池制御システムの構成を示す図である。この実施の形態は、電車の情報を収集し、収集した電車情報に基づいて変電所７０１の出力電圧を指令する中央の電力指令装置７０２が設置された路線に用いられる形態である。収集する電車情報は例えば実施の形態３と同様である。
【００４２】
図７において、き電線１０２には、地上蓄電池制御装置１０７が少なくとも１つと、電車６０２が少なくとも１車両または１編成と、変電所７０１が少なくとも１つ、電気的に接続されている。地上蓄電池制御装置１０７は図１のものと比べると、電力変換器動作特性決定手段１０５の代わりに電力変換器制御範囲決定手段７０３が設けられている。
【００４３】
この実施の形態は電池残量推定手段１０４が推定した電池の残量に基いて、電力変換器制御範囲決定手段７０３が電力変換器の制御範囲を決定する。電力変換器制御範囲決定手段７０３が決定した電力変換器の制御範囲は電力指令装置７０２に送信され、電力指令装置７０２から指令された電力または電圧または電流に従って電力変換器制御手段１０６が電力変換器１０１を制御する。
【００４４】
図８にこの実施の形態における電力変換器１０１の制御範囲の一例を示す。図８において、横軸が電力変換器１０１とき電線１０２の間の電流、縦軸が電力変換器１０１のき電線側電圧を示し、横軸の電力変換器１０１とき電線１０２の間の電流が０の点から右側が電力変換器１０１からき電線１０２への電流(放電側)、左側がき電線１０２から電力変換器１０１への電流を示す(充電(蓄電)側)。
【００４５】
基準の状態において、電力変換器の制御範囲は図８の(ａ)の網掛け領域である。図２の電力変換器動作特性と同様に、電力変換器のき電線側の電圧が、き電線１０２から電力変換器１０１への電流が大きくなるに従い(充電(蓄電)側)電圧が高く、電力変換器１０１からき電線１０２への電流が大きくなるに従い(放電側)電圧が低くなる。
【００４６】
電池残量推定手段１０４が推定した電池残量が所定の残量を上回った場合、電力変換器の制御範囲は図８の(ｂ)に示すように、放電側の面積が拡大し、充電側の面積が縮小するように変化させる。逆に電池残量が所定の残量を下回った場合、電力変換器の制御範囲は図８の(ｃ)に示すように、放電側の面積が縮小し、充電側の面積が拡大するように変化させる。
なお、上記所定の残量は同じものとしてもよいが、それぞれ別の所定の残量とし、間に面積を変化させない所定の幅の領域を持たせるようにしてもよい。
【００４７】
電力指令装置７０２は電車情報と電力変換器制御範囲特性に従って出力指令を出力し、電力変換器制御手段１０６は電力指令装置７０２の指令に基づいて電力変換器１０１を制御する。
【００４８】
これにより、電力指令装置７０２が設置された路線においても、蓄電池残量を所定の残量の周囲に保持する効果を奏する。この実施の形態は、電力変換器制御特性を高電圧側や低電圧側へ変化させるかわりに、電力変換器制御範囲の面積を拡大縮小することに変えることで実施の形態３と組み合わせることも可能である。この場合、電力指令装置７０２は電力変換器制御手段１０６に、実施の形態３のように、電車情報から全回収可能エネルギーを計算し、全回収可能エネルギーが所定値より大きい場合には図８の電力変換器制御範囲特性の高電圧側の特性(ｂ)に基づく指令を発生して蓄電池１０３を全体的に放電させ、逆に全回収可能エネルギーが所定値より小さい場合には、電力変換器制御範囲特性の低電圧側(ｃ)の特性に基づく指令を発生し蓄電池１０３を全体的に充電させる。
さらに実施の形態２と組み合わせる場合，全回収可能エネルギーに基づく電力変換器制御範囲特性を基準となる電力変換器制御範囲特性とし、その基準となる電力変換器制御範囲特性に対し、当該蓄電池の残量に基づいて、電力変換器制御範囲特性を高電圧側あるいは低電圧側に変化させたものを、電力指令装置７０２へ出力すればよい。
【００４９】
なおこの発明は上記各実施の形態に限定されるものではなく、これらの実施の形態の可能な組み合わせを全て含むものである。
【符号の説明】
【００５０】
１０１  電力変換器、１０２  き電線、１０３  蓄電池、１０４  電池残量推定手段、１０５  電力変換器動作特性決定手段、１０６  電力変換器制御手段、１０７  地上蓄電池制御装置、１０７ａ，１０７ｂ  地上蓄電池(地上蓄電池制御装置)、６０１  電車情報取得手段、６０２  電車、６０３  力学的エネルギー計算手段、６０４  回収可能エネルギー計算手段、６０５  全回収可能エネルギー計算手段、６０６  電池空き容量計算手段、６０７  全電池空き容量計算手段、６０８  比較器(比較手段)、７０１  変電所、７０２  電力指令装置、７０３  電力変換器制御範囲決定手段。
【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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