(57)【要約】【課題】  回生インバータにより車両の発生する回生電力を吸収し、き電線電圧を安定にしながら接続される交流系統への逆潮を抑制する。【解決手段】  本願発明の電力変換装置は、き電線電圧が上昇する時は、直流電力を交流電力に変換して同一交流系統に接続される駅負荷へ電力を回生し、さらに、駅負荷で消費する電力を検出して、回生する交流電力を、駅負荷電力検出値以下とし、き電線電圧の安定化を図る。また、回生する交流電力を駅負荷が消費する電力より少なくなるように制御することで接続される交流系統への逆潮を防止する。【選択図】図１
2006062427.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流側が交流電源に負荷と並列に接続し、直流側が直流電力発生源に接続した直交電力変換装置であって、
該直交電力変換装置が電力半導体スイッチング素子を備えた直交電力変換器と、該直交電力変換器の制御部と、前記直交電力変換器と前記負荷とが消費する電力を検出する電力検出手段と、前記交直電力変換器の交流側から出力する電力を検出する電力検出手段とを有し、
前記制御部が、前記交直電力変換器の出力する交流電力が前記交流電源へ流出しない範囲で、交流電力を交流出力端子から出力させることを特徴とする直交電力変換装置。
【請求項２】
交流側が交流電源に負荷と並列に接続し、直流側が直流電力発生源に接続した直交電力変換装置であって、
該直交電力変換装置が、電力半導体スイッチング素子を備えた直交電力変換器と、該直交電力変換器の制御部と、前記負荷が消費する電力を検出する電力検出手段と、前記交直電力変換器の交流側から出力する電力を検出する電力検出手段とを有し、
前記制御部が、前記交直電力変換器の出力する交流電力を、前記負荷電力検出値以下に制限することを特徴とする直交電力変換装置。
【請求項３】
請求項１に記載の直交電力変換装置において、
前記制御部が、前記直流電力発生源の発生する直流電力が前記負荷消費電力より小さい場合は、該直流電力を交流電力に変換して出力して、前記直流入力電圧を所定の値以下に抑制し、
前記発生する直流電力が前記負荷消費電力より大きい場合には、前記直流電力を変換して出力する交流電力を前記負荷電力以下に制限することを特徴とする直交電力変換装置。
【請求項４】
請求項２に記載の直交電力変換装置において、
前記制御部が、前記直流電力発生源の発生する直流電力が前記負荷消費電力より小さい場合は、該直流電力を交流電力に変換して出力して、前記直流入力電圧を所定の値以下に抑制し、
前記発生する直流電力が前記負荷消費電力より大きい場合には、前記直流電力を変換して出力する交流電力を前記負荷電力以下に制限することを特徴とする直交電力変換装置。
【請求項５】
請求項１に記載の直交電力変換装置において、
前記制御部が、前記直流電力発生源の発生する直流電力が前記負荷消費電力以下である場合には、該直流電力を交流電力に変換して出力することにより直流入力端子電圧を所定の値に追従させ、
前記直流電力が前記負荷消費電力以上である場合には、交流電力に変換して出力する電力を負荷電力以下に制限することを特徴とする直交電力変換装置。
【請求項６】
請求項２に記載の直交電力変換装置において、
前記制御部が、前記直流電力発生源の発生する直流電力が前記負荷消費電力以下である場合には、該直流電力を交流電力に変換して出力することにより直流入力端子電圧を所定の値に追従させ、
前記直流電力が前記負荷消費電力以上である場合には、交流電力に変換して出力する電力を負荷電力以下に制限することを特徴とする直交電力変換装置。
【請求項７】
請求項１に記載の電力変換装置において、
前記制御部が、前記交流電源から前記電力変換器と前記並列接続された負荷とに供給される合計電力の検出値と、前記電力変換器が出力する電力の検出値とを用いて前記負荷が消費する電力を算出する手段と、
前記直交電力変換器が出力する交流電力の指令値を前記負荷が消費する電力値で制限する制限手段とを有することを特徴とする直交電力変換装置。
【請求項８】
請求項２記載の直交電力変換装置において、前記制御部が、前記電力変換器が出力する交流電力の指令値を、負荷で消費する電力の検出値で制限する制限手段を有することを特徴とする直交電力変換装置。
【請求項９】
請求項１に記載の直交電力変換装置において、
前記直交電力変換装置が直流入力電圧を検出する電圧検出手段を備え、
前記制御部が、前記直流入力端子電圧と所定の値との偏差に応じて交流出力端子より出力すべき電力の指令値を算出する電圧制御手段と、該電圧制御手段の算出する電力指令値に基づき、交流出力電力を制御する出力電力制御手段とを有することを特徴とする直交電力変換装置。
【請求項１０】
請求項２に記載の直交電力変換装置において、
前記直交電力変換装置が直流入力電圧を検出する電圧検出手段を備え、
前記制御部が、前記直流入力端子電圧と所定の値との偏差に応じて交流出力端子より出力すべき電力の指令値を算出する電圧制御手段と、該電圧制御手段の算出する電力指令値に基づき、交流出力電力を制御する出力電力制御手段とを有することを特徴とする直交電力変換装置。
【請求項１１】
請求項１に記載の電力変換装置において、前記直流電力発生源が回生運転中の電気車であることを特徴とする直交電力変換装置。
【請求項１２】
請求項２に記載の電力変換装置において、前記直流電力発生源が回生運転中の電気車であることを特徴とする直交電力変換装置。
【請求項１３】
交流側が交流電源に負荷と並列に接続し、直流側が直流電力発生源に接続した直交電力変換装置を備えた電力変換システムであって、
該直交電力変換装置が、電力半導体スイッチング素子を備えた直交電力変換器と、該直交電力変換器の直流側に並列に接続した電力吸収部と、該直交電力変換器の制御部と、前記直交電力変換器と前記負荷とが消費する電力を検出する電力検出手段と、前記交直電力変換器の交流側から出力する電力を検出する電力検出手段と、を有し、
前記制御部が、前記交直電力変換器の出力する交流電力が前記交流電源へ流出しない範囲で、交流電力を交流出力端子から出力させ、
さらに前記制御部が、直流入力端子電圧と所定の値との偏差に応じて吸収すべき直流電力を算出し、
該算出した直流電力で前記負荷が消費する電力以下の電力を、前記直交電力変換器の電力指令値とし、
前記算出した直流電力で前記負荷が消費する電力を超過する電力を、前記電力吸収部の吸収電力指令値とし、
前記直流入力端子から前記直交電力変換器と前記電力吸収部とによって電力を吸収することを特徴とする電力変換システム。
【請求項１４】
請求項１３に記載の電力変換システムにおいて、
前記直交電力変換装置が、電力半導体スイッチング素子を備えた直交電力変換器と、該直交電力変換器の制御部と、前記直交電力変換器と前記負荷とが消費する電力を検出する電力検出手段と、前記交直電力変換器の交流側から出力する電力を検出する電力検出手段とを有し、
前記制御部が、前記交直電力変換器の出力する交流電力を、前記負荷電力検出値以下に制限することを特徴とする電力変換システム。
【請求項１５】
請求項１３に記載の電力変換システムにおいて、
前記制御部が、
前記直流入力端子電圧と所定の値との偏差に応じて吸収すべき直流電力の指令値を算出する電圧制御手段と、
該電圧制御手段の算出する電力指令値のうち前記負荷が消費する電力以下の電力を前記直交電力変換器の電力指令値とし、前記電圧制御手段の算出する電力指令値のうち前記負荷が消費する電力を超過する電力を前記電力吸収部の吸収電力指令値に分配する電力指令値分配手段と、
前記電力吸収部に前記吸収電力指令値に従って直流入力端子から吸収する電力を制御する吸収電力制御手段とを有することを特徴とする電力変換システム。
【請求項１６】
請求項１３に記載の電力変換システムにおいて、前記電力吸収部が抵抗消費型チョッパであることを特徴とする電力変換システム。
【請求項１７】
請求項１３に記載の電力変換システムにおいて、前記電力吸収部が蓄電式電力貯蔵装置であることを特徴とする電力変換システム。
【請求項１８】
請求項１７に記載の電力変換システムにおいて、
前記直流電力発生源が回生運転中の電気車であり、
該電気車の加速時には前記蓄電式電力貯蔵装置から電力を放電することを特徴とする電力変換システム。
【請求項１９】
請求項１８に記載の電力変換システムにおいて、
前記交直電力変換装置が自励式電力変換装置であり、
前記直交電力変換装置から前記電気車に直流電力を供給する際は、蓄電式電力貯蔵装置に蓄電された電力の放電による供給を、前記交流電源から直流電力に変換して電力を供給することより優先することを特徴とする電力変換システム。
【請求項２０】
交流側が交流電源に負荷と並列に接続し、直流側が直流電力発生源に接続した直交電力変換装置を備えた電力変換システムの制御方法であって、
該直交電力変換装置が、電力半導体スイッチング素子を備えた直交電力変換器と、該直交電力変換器の直流側に並列に接続した電力吸収部と、該直交電力変換器の制御部と、前記直交電力変換器と前記負荷とが消費する電力を検出する電力検出手段と、前記交直電力変換器の交流側から出力する電力を検出する電力検出手段と、を有するものであって、
前記交直電力変換器の出力する交流電力を前記交流電源へ流出しない範囲で出力させ、  直流入力端子電圧と所定の値との偏差に応じて算出した吸収すべき直流電力のうち、前記負荷が消費する電力以下の電力を、前記直交電力変換器に電力指令値として与え、
前記負荷が消費する電力を超過する電力を、前記電力吸収部に吸収電力指令値として与えることを特徴とする電力変換システムの制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気鉄道システムにおける、余剰回生電力を吸収し、吸収した電力を供給する電力変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、変電所からの直流電力を電気車に供給するき電系統では、電気車が節電などを目的として回生ブレーキを利用している。この回生ブレーキは電気車の持つ運動エネルギーを車載のインバータで電気エネルギーに変換し、き電線を介して電気エネルギーを放出し、電気車の減速を行うものである。回生ブレーキによって発生した電気エネルギーをき電線を介して他の電気車の加速エネルギーとして消費して、き電システムの省エネ化を図っている。特許文献１には、必要とされている以上の電力が回生車両から発生した場合に、回生インバータを用いて、交流系統に回生する方法が開示されている。
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−３４３９８７公報（(０００２)段落から(０００６)段落の記載）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、余剰回生電力が大きい場合、接続される交流系統へ逆潮流が起きる。ここで、逆潮とは有効電力が交流系統へ流れる状態を意味する。逆潮流が発生すると、電力発生点における電圧が上昇し、系統電圧管理が難しくなる。
【０００５】
本発明の目的は、電気車などから発生する回生電力を吸収し、き電線電圧を安定にしながら接続される交流系統への逆潮を抑制する電力変換装置や電力変換システムの提供である。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本願発明の電力変換装置は、き電線電圧上昇時、直流電力を交流電力に変換し、同一交流系統に接続される駅負荷へ交流電力を回生し、さらに、駅負荷で消費される電力を検出して、回生する交流電力を、駅負荷が消費する電力以下にして、き電線電圧の安定化を図る。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、回生インバータで逆潮流しない範囲で余剰回生電力を駅負荷に与えて余剰回生電力を有効に利用できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
本願発明の詳細を、以下図面を用いて説明する。
【実施例１】
【０００９】
本実施例を、図１を用いて説明する。図１で、符号１は回生電力吸収装置であり、５は交流電源、３は駅構内の照明装置や空調装置、昇降機などに代表される駅負荷、４は車両、６はき電線、７はレールである。回生電力吸収装置１の主回路は変圧器１０と、電力半導体スイッチング素子であるＩＧＢＴを複数個備えたＩＧＢＴ変換器１１と、遮断機１２とを備えている。ＩＧＢＴ変換器１１は交流を直流に、逆に直流を交流に変換する自励式の交直変換器であり、該ＩＧＢＴ変換器の交流出力端子が変圧器１０を介して交流電源５に接続し、直流出力端子のＰ側が、遮断機１２を介してき電線６に接続し、直流出力端子のＮ側がレール７に接続している。
【００１０】
このＩＧＢＴ変換器１１は制御器１００を備え、この制御器１００は遮断機１２とき電線６の接続点で、き電線とレールとの間の電圧を一定にするように、ＩＧＢＴ変換器１１の電力変換を制御する。以下、ＩＧＢＴ変換器１１の動作を説明する。
【００１１】
遮断機１２の接続点であるき電線電圧を、電圧検出器２０で検出する。該電圧検出値ＶＦと電圧指令値ＶＦ_ＲＥＦ とを一致させるため、減算器１０１は前記電圧検出値ＶＦと電圧指令値ＶＦ_ＲＥＦ とを入力して、電圧偏差を算出し、その電圧偏差を電圧制御器１０２に出力する。電圧制御器１０２は該電圧偏差を低減すべくＩＧＢＴ変換器１１が交流系統へ回生すべき回生電力指令値ＷＡＢＳ_ＲＥＦを算出する。
【００１２】
この回生電力指令値ＷＡＢＳ_ＲＥＦ はリミッタ１０３に入力される。一方、駅負荷３で消費される電力を電力検出器２２で検出し、該駅負荷検出値ＷＬもリミッタ１０３に入力される。リミッタ１０３は駅負荷検出値ＷＬで回生電力指令値ＷＡＢＳ_ＲＥＦ の上限を制限し、制限された回生電力指令値ＷＡＢＳ_ＲＥＦ２を算出する。
【００１３】
ＩＧＢＴ変換器１１が交流系統に回生する電力は、電力検出器２１で検出し、該回生電力検出値ＷＡＢＳと回生電力指令値ＷＡＢＳ_ＲＥＦ２ とを減算器１０４に入力する。減算器１０４は回生電力指令値ＷＡＢＳ_ＲＥＦ２ と回生電力検出値ＷＡＢＳとの偏差を算出し、電流換算器１０５にこの偏差を出力する。なお、図１では変圧器１０の２次側でＩＧＢＴ変換器１１の出力電力を検出しているが、図２に示すように、ＩＧＢＴ変換器１１の出力電力を変圧器１０の１次側で検出しても良い。
【００１４】
電流換算器１０５は減算器１０４で算出した回生電力偏差を交流系統へ出力する有効電流の偏差に換算し、該換算値を電流制御器１０６に出力する。電流制御器１０６は電流換算器１０５が算出した有効電流偏差をゼロにすべくＩＧＢＴ変換器１１の交流出力電圧を制御する。
【００１５】
以上により制御器１００はき電線電圧を電圧指令値ＶＦ_ＲＥＦ に保つよう、ＩＧＢＴ変換器１１を制御し、さらにリミッタ１０３による電力指令値制限によって逆潮を抑制する。
【００１６】
本実施例の動作波形を図６に示す。上のグラフはき電線電圧ＶＦを、下のグラフは回生電力指令値ＷＡＢＳ_ＲＥＦ２ と駅負荷ＷＬとを示す。時刻ｔ１で車両の回生運転が始まるので、き電線電圧検出値ＶＦが電圧指令値ＶＦ_ＲＥＦ を超える。ＩＧＢＴ変換器１１は交流系統へ電力回生を行い、き電線電圧検出値ＶＦの上昇が抑制される。
【００１７】
時刻ｔ２になると、回生電力指令値ＷＡＢＳ_ＲＥＦ が駅負荷検出値ＷＬ以上となるので、逆潮を防止するために、電力指令値ＷＡＢＳ_ＲＥＦ が駅負荷に制限される。このため、き電線電圧の上昇を抑えるために必要な回生電力吸収がなされず、き電線電圧検出値ＶＦがＶＦ_ＲＥＦ を超えるが、回生電力と駅負荷消費電力とは釣合い、交流電源５への逆潮が起きない。
【００１８】
車両から発生する回生電力が低下した時刻ｔ３では、電力指令値ＷＡＢＳ_ＲＥＦ が駅負荷検出値ＷＬを下回るので、き電線電圧の上昇を抑制できるようになるため、き電線電圧検出値ＶＦと電圧指令値ＶＦ_ＲＥＦ の偏差が低減する。時刻ｔ４では車両の回生運転が終了するので、ＩＧＢＴ変換器１１への回生電力指令値ＷＡＢＳ_ＲＥＦ２ がゼロになる。
【００１９】
本実施例では、電力検出器２２より駅負荷で消費する電力を検出し、駅負荷検出値ＷＬで電力指令値ＷＡＢＳ_ＲＥＦ を制限していたが、図３に示すように交流電源５から送られる電力を電力検出器２２で検出し、その検出値ＷとＩＧＢＴ変換器１１から回生される電力の検出値ＷＡＢＳとの和から駅負荷電力値ＷＬ′を算出し、該駅負荷電力値ＷＬ′で回生電力指令値ＷＡＢＳ_ＲＥＦを制限しても同等の効果がある。
【００２０】
本実施例では、直流電力発生装置を回生運転中の車両を例に説明したが、車両の代わりに回生可能なモータドライブシステムであってもよい。以上説明したように、本実施例によれば、車両から発生する回生電力を吸収でき、さらに交流電源への逆潮も防止できる。
【実施例２】
【００２１】
本実施例を、図４を用いて説明する。実施例１と同一のものは同じ符号で示し、説明の重複を避ける。本実施例と実施例１との差異は、回生電力吸収手段として、ＩＧＢＴ変換器１１に加えて、抵抗消費型のチョッパ１３を備え、回生電力のうち、駅負荷で消費する電力を超過した電力を抵抗消費型のチョッパ１３で吸収する点である。
【００２２】
本実施例の電力回生時の動作を詳しく説明する。実施例１と同様に、本実施例の回生電力吸収装置１は、遮断機１２とき電線８との接続点のき電線電圧を電圧検出器２０を用いて検出する。該検出値ＶＦと出力電圧指令値ＶＦ_ＲＥＦ との偏差は減算器１０１で算出し、電圧制御器１０２に出力される。電圧制御器１０２は、き電線電圧検出値ＶＦを電圧指令値ＶＦ_ＲＥＦと一致させるべく回生電力指令値ＷＡＢＳ_ＲＥＦをリミッタ１０３と減算器１１１とに出力する。
【００２３】
リミッタ１０３は、回生電力指令値ＷＡＢＳ_ＲＥＦ を駅負荷検出値ＷＬで制限した値ＷＡＢＳ_ＲＥＦ２ を減算器１０４と減算器１１１とに出力する。減算器１１１はリミッタ１０３によって制限された電力量を算出するため、回生電力指令値ＷＡＢＳ_ＲＥＦ からＷＡＢＳ_ＲＥＦ２を減算する。回生電力指令値ＷＡＢＳ_ＲＥＦ２に対するＩＧＢＴ変換器１１の動作は実施例１と同様である。減算器１１１により算出された電力の偏差ΔＷＡＢＳは電流換算器１１２に入力され、電流換算器１１２は抵抗１４でΔＷＡＢＳの電力を消費するための電流値ＩＲＥＦを算出する。電流値ＩＲＥＦと電流検出器２４で検出した抵抗電流検出値ＩＲとを一致させるべく、電流値ＩＲＥＦと抵抗電流検出値ＩＲとの偏差を減算器１１３で算出し、該電流偏差を電流制御器１１４に入力する。電流制御器１１４は前記電流偏差を低減すべくチョッパ１３の出力電圧を制御する。このようにして、回生電力をＩＧＢＴ変換器１１とチョッパ１３とを用いて吸収する。
【００２４】
図７に本実施例の動作波形を示す。グラフは上よりき電線電圧ＶＦ、回生電力指令値ＷＡＢＳ_ＲＥＦ２ と駅負荷検出値ＷＬ、抵抗消費型チョッパ１３の電力指令値となる電力の偏差ΔＷＡＢＳを示す。時刻ｔ１で、き電線電圧検出値ＶＦが電圧指令値ＶＦ_ＲＥＦを超え、電力回生が始まる。電力回生によってき電線電圧検出値ＶＦの上昇が抑制される。時刻ｔ２で、回生電力指令値ＷＡＢＳ_ＲＥＦ が駅負荷検出値ＷＬ以上となり、回生電力指令値ＷＡＢＳ_ＲＥＦ が駅負荷検出値ＷＬに制限されるので、交流電源５への逆潮が起きない。制限された回生電力指令値ΔＷＡＢＳはチョッパ１３の電力指令値となり、抵抗１４で電力が消費される。そのため、回生電力吸収は十分に成し遂げられ、き電線電圧検出値ＶＦの上昇が抑制され続ける。
【００２５】
車両から発生する回生電力が低下した時刻ｔ３では、回生電力指令値ＷＡＢＳ_ＲＥＦが駅負荷検出値ＷＬを下回り、チョッパ１３の回生電力指令値ΔＷＡＢＳがゼロとなり、回生電力吸収がＩＧＢＴ変換器１１でなされる。時刻ｔ４では、き電線電圧検出値ＶＦが電圧指令値ＶＦ_ＲＥＦを下回り、ＩＧＢＴ変換器１１への回生電力指令値ＷＡＢＳ_ＲＥＦ２がゼロになる。
【００２６】
本実施例では、直流電力発生装置を回生運転中の車両を例に説明したが、車両の代わりに回生可能なモータドライブシステムであってもよい。さらに、吸収する回生電力のうち、駅負荷３で消費できる電力をＩＧＢＴ変換器１１で回生されるため、熱消費する回生電力量を低減できる。
【実施例３】
【００２７】
本実施例を、図５を用いて説明する。実施例１や実施例２と同一の構成要素は同じ符号で示し、その説明を省く。本実施例では、二次電池１５と電圧検出器２５と電力指令分配器１１５と充電率算出器１１６とを備え、逆潮防止のために吸収しきれない回生電力を抵抗で消費するのではなく、二次電池１５に蓄電する点が実施例２と異なる。
【００２８】
本実施例の回生電力吸収装置１は、き電線電圧検出値ＶＦと電圧指令値ＶＦ_ＲＥＦ とを一致させるべく、減算器１０１で電圧指令値ＶＦ_ＲＥＦ と、き電線電圧検出値ＶＦとの偏差を算出し、この偏差を低減すべく電圧制御器１０２は回生電力吸収装置１がき電線より吸収すべき電力指令値ＷＡＢＳ_ＲＥＦを算出する。
【００２９】
電力指令分配器１１５は、回生電力指令ＷＡＢＳ_ＲＥＦ と、二次電池１５の充電率ＳＯＣと、駅負荷３の消費電力検出値である駅負荷検出値ＷＬとを入力とし、回生電力指令値ＷＡＢＳ_ＲＥＦをＩＧＢＴ変換器１１への電力指令値ＷＡＢＳ_ＲＥＦ２とチョッパ１３への電力指令値ΔＷＡＢＳとに分配する。ここで、充電率ＳＯＣは電流検出器２４により検出された二次電池１５の電池電流検出値ＩＢＡＴＴと、電圧検出器２５とにより検出された二次電池１５の電池電圧検出値ＶＢＡＴＴを基に、充電率算出器１１６で算出した値である。ＩＧＢＴ変換器１１は実施例１、２と同様に電力指令値ＷＡＢＳ_ＲＥＦ２ に従って制御される。
【００３０】
電力指令値ΔＷＡＢＳは電流換算器１１２で電池電流に換算される。減算器１１３に、この換算値ＩＲＥＦと、電流検出器２４が検出した電池電流ＩＢＡＴＴとを入力し、減算器１１３が偏差を算出する。電流制御器１１４は該電流偏差が小さくなるようにチョッパ１３の二次電池１５側に出力する電圧を調整する。本実施例ではこのように電力指令値ΔＷＡＢＳに従い電力吸収や放電を行う。
【００３１】
電力指令分配器１１５の電力指令値分配について、図８を用いて説明する。電力指令値分配器１１５は、電力指令値ＷＡＢＳ_ＲＥＦ と、駅負荷電力検出値ＷＬと、二次電池１５の充電率ＳＯＣとを入力し、き電線電圧が上昇した時は、駅負荷で消費できる電力をＩＧＢＴ変換器１１で交流電力に変換し、駅負荷で消費しきれない電力を、チョッパ１３を介して二次電池１５へ供給する。また、き電線電圧が低下した時で、充電率ＳＯＣが所定の値より高い場合には、電力指令値分配器１１５が、優先的に二次電池１５を放電させ、不足する電力をＩＧＢＴ変換器１１から供給するよう、ＷＡＢＳ_ＲＥＦ２ とΔＷＡＢＳとを算出する。
【００３２】
次に、ＷＡＢＳ_ＲＥＦ２ とΔＷＡＢＳの算出方法を図８を用いて説明する。回生電力指令値ＷＡＢＳ_ＲＥＦ はリミッタ１１７とリミッタ１１８とに入力される。リミッタ１１７は回生電力指令値ＷＡＢＳ_ＲＥＦ をゼロ以上に制限し、リミッタ１１８はＷＡＢＳ_ＲＥＦ をゼロ以下に制限する。二次電池１５の充電率ＳＯＣと、固定値である充電率指令値ＳＯＣ_ＲＥＦ とは比較器１２０で大小を比較し、充電率ＳＯＣが充電率指令値ＳＯＣ_ＲＥＦ より大きい場合には、充電率制御用電力指令値ＷＤ２を負である固定値ＷＤに設定し、充電率ＳＯＣが充電率指令値ＳＯＣ_ＲＥＦ 以下の場合は、電力指令値ＷＤ２をゼロに設定する。ここで、固定値ＷＤはチョッパ１３がき電線へ放電できる最大電力を意味し、回生方向を正としているため、ＷＤの符号は負とする。
【００３３】
ＷＡＢＳ_ＲＥＦがゼロ以上の場合のＷＡＢＳ_ＲＥＦ２とΔＷＡＢＳとの算出方法を以下に示す。ＷＡＢＳ_ＲＥＦがゼロ以上の場合、リミッタ１１７の出力値ＷＡＢＳ_ＲＥＦＰはＷＡＢＳ_ＲＥＦと等しくなり、リミッタ１１８の出力値ＷＡＢＳ_ＲＥＦＮはゼロとなる。ＷＡＢＳ_ＲＥＦＰ はリミッタ１１９と減算器１２３とに入力され、リミッタ１１９で駅負荷電力検出値ＷＬで上限が制限され、制限されたその値ＷＡＢＳ_ＲＥＦＰ２ は減算器１２３と加算器１２６とに出力される。減算器１２３は、リミッタ１１９で制限された電力差分算出するために、ＡＢＳ_ＲＥＦＰとＷＡＢＳ_ＲＥＦＰ２との偏差を算出し、この偏差ΔＷＡＢＳ_Ｐを加算器１２５に出力する。
【００３４】
一方、リミッタ１１８の出力値ＷＡＢＳ_ＲＥＦＮ と充電率制御用電力指令値ＷＤ２はリミッタ１２２に入力され、ＷＡＢＳ_ＲＥＦＮはＷＤ２ で下限が制限される。ＷＡＢＳ_ＲＥＦＮはゼロなので、リミッタ１２２の出力値ＷＤ３はゼロとなる。ＷＡＢＳ_ＲＥＦＮとリミッタ１２２の出力値ＷＤ３とが減算器１２４に入力され、減算器１２４はその偏差ＷＡＢＳ_ＲＥＦＰ３を加算器１２６に出力する。このとき、ＷＡＢＳ_ＲＥＦＮとＷＤ３は両者ともゼロであるため、偏差ＷＡＢＳ_ＲＥＦＰ３もゼロである。
【００３５】
加算器１２６はＷＡＢＳ_ＲＥＦＰ２とＷＡＢＳ_ＲＥＦＰ３を加算し、その和であるＩＧＢＴ変換器１１への電力指令値ＷＡＢＳ_ＲＥＦ２を算出する。ここで、ＷＡＢＳ_ＲＥＦＰ３はゼロなので、ＷＡＢＳ_ＲＥＦ２とＷＡＢＳ_ＲＥＦＰ２が等しくなり、ＷＡＢＳ_ＲＥＦ２ は実施例３と同じ電力指令値となる。また、加算器１２５は制限された電力差分値ＢＳ_ＰとＷＤ３ を加算し、その和であるΔＷＡＢＳを算出する。ここで、ＷＤ３はゼロなので、ΔＷＡＢＳは実施例３と同じ電力指令値となる。
【００３６】
次に、ＷＡＢＳ_ＲＥＦが負の場合のＷＡＢＳ_ＲＥＦ２とΔＷＡＢＳの算出方法を説明する。リミッタ１１７の出力値ＷＡＢＳ_ＲＥＦＰ はゼロ、リミッタ１１８の出力値ＷＡＢＳ_ＲＥＦＮはＷＡＢＳ_ＲＥＦ と等しくなる。ＷＡＢＳ_ＲＥＦＰがゼロとなるために、リミッタ１１９の出力ＷＡＢＳ_ＲＥＦＰ２がゼロとなる。また、ＷＡＢＳ_ＲＥＦＰとＷＡＢＳ_ＲＥＦＰ２とがゼロであるため、減算器１２３の出力値ΔＷＡＢＳ_Ｐもゼロになる。一方、充電率制御用電力指令値ＷＤ２は充電率ＳＯＣが充電率指令値ＳＯＣ_ＲＥＦより大きいときにＷＤ、充電率ＳＯＣが充電率指令値ＳＯＣ_ＲＥＦ 以下のときゼロとなる。ＷＡＢＳ_ＲＥＦＮ は、リミッタ１２２で充電率制御用電力指令値ＷＤ２に下限を制限される。減算器１２４はＷＡＢＳ_ＲＥＦＮ と充電率制御用電力指令値ＷＤ３の偏差を算出し、その偏差ＷＡＢＳ_ＲＥＦＰ３を減算器１２６と加算器１２５とに出力する。
【００３７】
充電率制御用指令値ＷＤ２がＷＡＢＳ_ＲＥＦＮより小さいとき、ＷＤ３はＷＡＢＳ_ＲＥＦＮと等しくなり、減算器１２４の出力値ＷＡＢＳ_ＲＥＦＰ３ はゼロとなる。加算器１２５は減算器１２３の出力値ΔＷＡＢＳ_Ｐ とリミッタ１２２の出力値ＷＤ３とを入力し、その和であるチョッパ１３の電力指令値ΔＷＡＢＳを算出する。減算器１２３出力値ΔＷＡＢＳ_Ｐはゼロであり、充電率制御用指令値ＷＤ２がＷＡＢＳ_ＲＥＦＮより小さいときは、ＷＤ３がＷＡＢＳ_ＲＥＦＮ と等しくなるため、ΔＷＡＢＳ_ＰはＷＡＢＳ_ＲＥＦに等しくなる。
【００３８】
また、充電率制御用電力指令値ＷＤ２がＷＡＢＳ_ＲＥＦＮ より大きいとき、リミッタ１２２の出力値ＷＤ３はＷＤ２と等しくなる。減算器１２４では、ＷＡＢＳ_ＲＥＦＮ とＷＤ３の偏差ＷＡＢＳ_ＲＥＦＰ を算出し、加算器１２６に出力する。加算器１２６はＷＡＢＳ_ＲＥＦＰ２とＷＡＢＳ_ＲＥＦＰ３との和であるＩＧＢＴ変換器１１の電力指令値１２６を算出する。ここで、ＷＡＢＳ_ＲＥＦＰ２はゼロであるため、ＷＡＢＳ_ＲＥＦ２はＷＡＢＳ_ＲＥＦからＷＤ２を減算した値となる。加算器１２５では、ΔＷＡＢＳ_ＰとＷＤ３を加算し、チョッパ１３の電力指令値ΔＷＡＢＳを算出するが、ΔＷＡＢＳ_Ｐ はゼロ、ＷＤ３はＷＤ２と等しいため、ΔＷＡＢＳはＷＤ２と等しくなる。以上のように、電力指令値分配器１１５は電力指令値ＷＡＢＳ_ＲＥＦをＷＡＢＳ_ＲＥＦ２とΔＷＡＢＳに分配する。
【００３９】
本実施例の回生電力吸収装置１の動作波形を図９に示す。図９では、上のグラフはき電線電圧検出値ＶＦを、中間のグラフは回生電力指令値ＷＡＢＳ_ＲＥＦ、ＷＡＢＳ_ＲＥＦ２、ΔＷＡＢＳを、下のグラフは充電率ＳＯＣを示す。
【００４０】
時刻ｔ１に車両の回生運転を開始し、き電線電圧検出値ＶＦがＶＦ_ＲＥＦ に一致するように、ＷＡＢＳ_ＲＥＦ は充電指令となって、ＩＧＢＴ変換器１１が電力回生を開始する。時刻ｔ２で、回生電力指令ＷＡＢＳ_ＲＥＦ が駅負荷電力検出値ＷＬを超える。このとき、ＩＧＢＴ変換器１１の電力指令ＷＡＢＳ_ＲＥＦ２ が駅負荷電力検出値ＷＬに制限され、逆潮を抑制する。チョッパ１３の電力指令値ΔＷＡＢＳは、ＷＡＢＳ_ＲＥＦ２ の制限された電力値であるので時刻ｔ２を過ぎるとその値が上昇を始める。また、充電の進行に伴い、二次電池１５の充電率ＳＯＣが上昇する。
【００４１】
時刻ｔ３を過ぎると車両回生電力が減少し、回生電力指令ＷＡＢＳ_ＲＥＦ が駅負荷電力検出値ＷＬを下回るため、チョッパ１３への電力指令値ΔＷＡＢＳがゼロになる。時刻ｔ４で、車両の回生運転が終了し、電力指令値ＷＡＢＳ_ＲＥＦがゼロになる。
【００４２】
時刻ｔ５から、車両は力行運転を開始するので、き電線電圧検出値ＶＦが低下する。き電線電圧の低下を抑制するために、電力指令値ＷＡＢＳ_ＲＥＦ が負になり、チョッパ１３を介した二次電池１５の放電がまず開始する。時刻ｔ６で、チョッパ１３の放電電力が最大放電電力に達するため、チョッパ１３からの放電電力がクランプされ、き電線電圧を維持するために必要な電力の不足分がＩＧＢＴ変換器１１から供給される。時刻ｔ７で、二次電池１５の充電率ＳＯＣが充電率指令値ＳＯＣ_ＲＥＦ と等しくなるので、チョッパ１３の電力指令値がゼロになる。このとき、チョッパ１３からの電力供給が停止するため、ＩＧＢＴ変換器１１は、チョッパ１３で放電していた電力も合わせて供給を開始し、き電線電圧を維持する。
【００４３】
本実施例では、直流電力発生装置を回生運転中の車両とした場合を説明したが、車両に代えて回生可能なモータドライブシステムにも同様に適用可能である。また、本実施例では電力貯蔵要素として二次電池１５を用いたが、鉛蓄電池や、ニッケルカドミニウム電池、ニッケル水素電池、リチウム電池などの二次電池の代わりに、電気二重層キャパシタを用いても同様の効果を得ることができる。
【００４４】
本実施例では、回生電力吸収装置は車両の回生電力を吸収でき、交流電源への逆潮を防止でき、また、系統への逆潮回避のために回生できなかった電力をチョッパ１３を介して電力貯蔵要素に吸収し、吸収した電力を車両力行時に利用できるので、エネルギーを有効に利用できる。さらに、本実施例では駅負荷で消費できる電力をＩＧＢＴ変換器１１で回生するので、二次電池の容量を低減できる。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】実施例１の回生電力吸収装置の説明図。
【図２】実施例１の別の回生電力吸収装置の説明図。
【図３】実施例１のさらに別の回生電力吸収装置の説明図。
【図４】実施例２の回生電力吸収装置の説明図。
【図５】実施例３の回生電力吸収装置の説明図。
【図６】実施例１の回生電力吸収装置の応答波形の説明図。
【図７】実施例２の回生電力吸収装置の応答波形の説明図。
【図８】実施例３の回生電力吸収装置の説明図。
【図９】実施例３の回生電力吸収装置の応答波形の説明図。
【符号の説明】
【００４６】
１…回生電力吸収装置、２、１０…変圧器、３…駅負荷、４…車両、５…交流電源、６…き電線、７…レール、１１…ＩＧＢＴ変換器、１２…遮断機、１３…チョッパ、２０…電圧検出器、２１、２２…電力検出器、１００…制御器。
【図１】
2006062427.tif 000003
【図２】
2006062427.tif 000004
【図３】
2006062427.tif 000005
【図４】
2006062427.tif 000006
【図５】
2006062427.tif 000007
【図６】
2006062427.tif 000008
【図７】
2006062427.tif 000009
【図８】
2006062427.tif 000010
【図９】
2006062427.tif 000011