(57)【要約】【課題】時間帯のき電線電圧に従って、電力貯蔵装置の充放電特性を学習させることによって、効率のよいき電系統電力貯蔵システムの制御装置を提供する。【解決手段】き電系統電力貯蔵システムの制御装置において、き電系統のき電線電圧を検出する第１の手段と、時間帯のき電線電圧平均値を求める第２の手段と、第２の手段で求められたき電線電圧時間帯平均値に基づき、き電系統電力貯蔵装置の充放電特性を学習する第３の手段と、き電線電圧値と学習された充放電特性に基づき、電力貯蔵装置の充放電すべき電力値を算出する第４の手段とを設け、第４の手段で求められた電力貯蔵装置の充放電電力値を半導体電力変換器の電力制御指令値とすることによって、き電系統電力貯蔵システムの電力授受を制御する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気鉄道のき電系統と、電力エネルギーを貯蔵及び供給する能力を有する電力貯蔵装置とを、充放電電力制御機能を有する半導体電力変換器を介し構成されるき電系統電力貯蔵システムの制御装置において、
前記き電系統のき電線電圧を検出する第1の手段と、第１の手段より求められたき電線電圧値に基づき、時間帯のき電線電圧平均値を求める第２の手段と、第２の手段で求められたき電線電圧時間帯平均値に基づき、き電系統電力貯蔵装置の充放電特性を学習する第３の手段と、前記第１の手段より求められたき電線電圧値と第３の手段より学習された充放電特性に基づき、前記電力貯蔵装置の充放電すべき電力値を算出する第４の手段と、
を設け、前記第４の手段で求められた電力貯蔵装置の充放電すべき電力値を前記半導体電力変換器の電力制御指令値としたことを特徴とするき電系統電力貯蔵システムの制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気鉄道き電システムに係り、特に電力貯蔵装置を利用してき電線電圧の補償する機能を有する電力貯蔵システムの制御装置に関するするものである。
【背景技術】
【０００２】
電気鉄道用き電システムは、図２の概略構成に示すように、数十キロメートルごとに設けられた変電所８，９から変成された電力を、き電線１０およびトロリー線１１を通して、負荷となる電車１２に給電する給電システムである。
昨今の交通量の増加と電気回生車の出現により、変電所の中間点やき電回路の末端部において、電車回生時の給電電圧上昇と力行時の給電電圧降下が激しくなり、回生失効および給電電圧不足現象の出現率が増加する傾向にある。給電品質を強化するために、従来の変電所間に新たな変電所の増設が望まれるが、莫大な建設費を要する。
【０００３】
このため、給電能力の弱いところに、二次電池や大容量キャパシタ、電気二重層キャパシターなどを代表する充放電能力を有する電力貯蔵装置を設け、き電線電圧が上昇時、き電線から電力を電力貯蔵装置に充電し、き電線電圧不足時、電力貯蔵装置から貯蔵した電力をき電線へ放電して、き電線電圧の上下を一部補償するとともに、き電系統の供給電力を平準化する役割も果たすき電系統電力貯蔵システムが考案されている。
【０００４】
き電系統電力貯蔵システムの基本構成を図３に示す。図３において、１０は電力を供給するき電線、１３は電力貯蔵装置、１４は半導体電力変換装置である。この電力貯蔵システムの基本的な運用形態については、通過電車が回生状態にある場合、半導体電力変換器１４を通して電力貯蔵装置１３を充電し、通過電車が力行状態にある場合は電力貯蔵装置１３から半導体電力変換器１４を通して放電させる。回生か力行かはき電線電圧値の大きさで判断できるので、従来では、図４に示すような特性に従って、充放電動作を制御している（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
すなわち、回生時き電線電圧が上昇し、充電開始電圧値より高くなった場合、電力変換器を充電制御で動作させ、き電線にある余剰電力を電力貯蔵装置に貯めると共に、き電線電圧の上昇を抑制する。回生電力が大きいほど電圧上昇も大きいので、き電線電圧の大きさに比例して充電電力（電流）が大きく設定されている。一方、力行時き電線電圧が低下し、放電開始電圧より低くなった場合、電力変換器を放電制御で動作させ、電力貯蔵装置に貯めておいた電力をき電線に放電し、き電線電圧の不足を緩和する。回生時と同じ理由で、き電線電圧が低いほど、放電電力（電流）も大きく設定されている。
【０００６】
しかし、従来の充放電特性はき電線定格電圧値を基準にして、充放電開始電圧値などの特性点を決めており、実際のき電線電圧の平均値が定格電圧値と異なったとき、予想したき電線電圧補償効果も、電力貯蔵システムの利用効率も大幅に下がることが明らかである。
き電線電圧が全線路に渡って、場所によっても、時間帯によっても異なるのが一般的である。変電所に近いところでは平均電圧が高め、遠いところでは低めになりがち、また、朝夕のラッシュ時、き電系統の負荷が大きくなり、き電線電圧が下がり、そうでない閑散時間帯にはき電線電圧が逆に上がってしまう。さらに季節によっても電圧が変わる傾向があることが考えられる。従って、従来のように、充放電特性を固定している電力貯蔵装置の運用方法では、装置の稼働率、設備利用率などの面においては効率が低いことが予想できる。
場所ごとの電圧の差異で起因する補償効果の劣化を防ぐために、従来では、電力貯蔵装置の設置場所の電圧値を計測し、計測した電圧値に基づいて、電力貯蔵装置の充放電特性を決める方法を取り、設置場所による特性の差異を吸収する。しかし、この方法では装置ごとに調整しなければならいため、設置、保守などの面において不利である。また、時間帯による電圧補償特性のばらつきは依然として解消することができない。
【０００７】
【特許文献１】特願２００４−２１１６１６  （第４図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は上述した点に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、上記した問題点に対して、電力貯蔵装置の充放電特性を固定せず、装置自身に学習させることによって、設置の手間を省き、時間帯の補償特性の差異を吸収して、電力貯蔵システムを常に最高の補償特性で維持できる制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
つまり、その目的を達成するために、き電系統電力貯蔵システムに対し、き電系統のき電線電圧を検出する第１の手段と、第１の手段より求められたき電線電圧値に基づき、時間帯のき電線電圧平均値を求める第２の手段と、第２の手段で求められたき電線電圧時間帯平均値に基づき、き電系統電力貯蔵装置の充放電特性を学習する第３の手段と、前記第１の手段より求められたき電線電圧値と第３の手段より学習された充放電特性に基づき、前記電力貯蔵装置の充放電すべき電力値を算出する第４の手段とを設け、前記第４の手段で求められた電力貯蔵装置の充放電すべき電力値を前記半導体電力変換器の電力制御指令値とすることによって、電力貯蔵装置システムの充放電動作を制御する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の請求項によれば、設置場所または時間帯の違いによるき電線電圧の差異で起因される電力貯蔵システムの稼働率の悪化を防ぐことができ、従来では問題となっている回生失効、電圧不足等の問題を大幅に解消することができる。これによって、システム運用に必要とする電力貯蔵装置の電力貯蔵容量を大幅に縮小することができ、システムの構築コストを下げ、設備効率を向上することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
図１は本発明のき電系統電力貯蔵システム制御装置の構成を示す図である。同図において、１はき電線電圧を検出する第1の手段であり、２は第１の手段より得られたき電線電圧検出値に基づき、時間帯のき電線電圧平均値を求める第２の手段であり、３は第２の手段で求められたき電線電圧時間帯平均値に基づき、電力貯蔵装置の充放電特性を学習する第３の手段であり、４は第1の手段より得られたき電線電圧検出値と第３の手段より学習された充放電電力特性とに基づき、電力貯蔵装置の充放電すべき電力値を求める第４の手段であり、５は半導体変換器の電力制御器である。本発明では、第４の手段より得た電力貯蔵装置の充放電すべき電力値を５の変換器電力制御器の電力指令値としている。電力制御器の制御動作より、電力貯蔵装置の充放電電力を前記電力指令値と一致させることにより、所望の制御効果を達成させている。
【実施例１】
【００１２】
以下、本発明の実施例である図1に示したき電系統電力貯蔵システム制御装置の原理を詳述する。
第1の手段はき電線電圧（VL）を検出する手段であり、直流電圧を検出できる電圧センサを用いればよい。
第2の手段はき電線電圧（VL）の時間帯平均値（Vav）を求める手段であり、き電線電圧値をローパスフィルタを通して求められる。ローパスフィルタは移動平均フィルタまたは（１）式のように一次ローパスフィルタを用いれば容易に実現できる。
【００１３】
【数１】
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（１）式において、ｓラプラス演算子で、Ｔはローパスフィルタの特性を決めるフィルタ時定数である。き電線電圧の時間帯平均値を求める場合、この時定数を５分〜２０分程度に設定すればよいでしょう。き電線電圧の平均値を求めることによって、電車の力行回生によるき電線電圧の変動要素を除去し、時間帯内のき電線電圧の通常値を得ることができる。
【００１４】
第３の手段は電力貯蔵装置の充放電特性の学習手段であるが、１実施例として、図５を用いて説明する。
まず、充放電特性の基本パターンを設定する。すなわち、き電線電圧平均値（Vav）を基準にして、VavよりVd程度小さい電圧値を放電開始電圧とし、VavよりVc程度大きい電圧値を充電開始電圧とする。また、充電開始電圧以上また放電開始電圧以下の電圧における充放電電力特性を従来の通りにき電系統側の要求に従って設定する。
この方法の特徴は充放電開始電圧値などの特性値が固定されておらず、基準電圧のき電線電圧平均値に従ってシフト（学習）できることにある。
このシフトによって、電車の回生力行によるき電線電圧の変化は確実に補償でき、また、それ以外の補償の必要の無い電圧変化による余分な充放電動作を排除することができる。
【００１５】
第４の手段は電力貯蔵システムの充放電電力値を求める手段であり、これは第１の手段で求められたき電線電圧検出値を索引として、第３の手段で学習された充放電特性に従って容易に求めることができる。
本発明は以上の第１〜第４の手段を備え、第４の手段で求められた充放電電力値を半導体電力変換器の制御器の指令値とすることによって、き電系統電力貯蔵システムを効率よく運用できるようにしたものである。
【００１６】
以上は本発明請求項に請求した内容である。なお、以上で充放電電力特性を用いて説明したが、充放電電流特性に置換えても成立するのが明らかである。
【産業上の利用可能性】
【００１７】
以上詳述したように、本発明のき電系統電力貯蔵システムの制御装置を利用すれば、
設置場所または時間帯のき電線電圧の差異による補償特性の劣化を防げ、システムの稼働率を向上させることができるとともに、必要とする貯蔵装置の容量を小さくすることができる。システムの構築コストを下げることができるので、電気鉄道用き電システムの電力貯蔵システム、例えばバッテリポスト、キャパシタポスト、フライホイールポストシステム等に適用できる。また、電車車上用電力貯蔵システムにも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の構成を示すブロック図である。
【図２】従来の技術を説明するための電気鉄道用き電システムの構成図である。
【図３】き電系統電力貯蔵システムの構成を示す図
【図４】従来のき電系統電力貯蔵システムの充放電特性を示す図
【図５】本発明請求項の第３の手段の一実施例を示す図
【符号の説明】
【００１９】
１    本発明の第１の手段
２    本発明の第２の手段
３    本発明の第３の手段
４    本発明の第４の手段
５    半導体変換器の電力制御器
８    交流電力系統
９  整流装置
１０  き電線
１１  トロリー線
１２  電車
１３  電力貯蔵装置
１４  半導体電力変換器
ｓ    ラプラス演算子
T    ローパスフィルタ時定数
Vav  き電線電圧平均値
VL  き電線電圧（検出値）
Vc  充電開始電圧と基準電圧との差
Vd  放電開始電圧と基準電圧との差
【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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