(57)【要約】【課題】回生電力の利用向上を図り、商用電力系統からの使用電力量削減ができる電力供給システム及び電力供給方法を提供する。【解決手段】蓄電設備Ｘと変電所Ａ、Ｂ、Ｃとを備えた電力供給システムであって、あらかじめ設定した標準タイムテーブル１８による変電所Ｂの整流器１ｂの運転・停止制御と、蓄電設備Ｘに設置した蓄電池６の電池状態データ等により算出した変電所Ｂの整流器１ｂの運転・停止補正制御を組み合わせて、変電所Ｂに設置した高速度遮断器２ｂの開閉を制御することにより、蓄電池６に充電された回生電力を有効利用でき、商用電力系統から供給する電力量を削減することができる電力供給システム。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
商用電力系統から交流電力を直流電力に変換する整流装置を有する変電所と、
前記変電所から直流電力が供給されるき電線と、
前記整流装置と前記き電線との間に配する遮断器と、
前記き電線に接続する二次電池を有する蓄電設備と、
前記変電所及び前記蓄電設備に接続された制御装置とを備え、
前記制御装置が前記遮断器の入り切りを制御する電力供給システム。
【請求項２】
前記制御装置が、あらかじめ定めたタイムテーブルによって、前記遮断器の入り切りを制御する制御手段を有する請求項１に記載の電力供給システム。
【請求項３】
前記制御装置が、前記二次電池のＳＯＣが、あらかじめ定めた値以下で前記遮断器を入りとする制御手段を有する請求項１または２に記載の電力供給システム。
【請求項４】
前記制御装置が、前記二次電池のＳＯＣ予測値が、あらかじめ定めた値以下で前記遮断器を入りとする制御手段を有する請求項１〜３のいずれか１に記載の電力供給システム。
【請求項５】
前記制御装置が、前記二次電池のＳＯＣ及びＳＯＣ予測値に関わらず、前記蓄電設備が停止している場合に、前記遮断器を入りとする制御手段を有する請求項１〜４のいずれか１に記載の電力供給システム。
【請求項６】
前記制御装置がフリップフロップを備え、
前記遮断器を入りとする指令が入力された場合にセットされ、あらかじめ定めた時間毎にリセットされる制御手段を有する請求項３〜５のいずれか１に記載の電力供給システム。
【請求項７】
前記二次電池がニッケル水素電池である請求項１〜６のいずれか１に記載の電力供給システム。
【請求項８】
前記蓄電設備が充放電制御装置を介さずに前記き電線に接続されている請求項１〜７のいずれか１に記載の電力供給システム。
【請求項９】
前記蓄電設備がフローティング充電する請求項１〜８のいずれか１に記載の電力供給システム。
【請求項１０】
前記蓄電設備が、前記変電所内に設置されている請求項１〜９のいずれか１に記載の電力供給システム。
【請求項１１】
前記タイムテーブルをあらかじめ２種以上用意し、タイムテーブルを選択可能である請求項１〜１０のいずれか１に記載の電力供給システム。
【請求項１２】
前記二次電池のＳＯＣが、あらかじめ定めた所定範囲を逸脱した場合に、前記蓄電設備を停止する手段を備えた請求項１〜１１のいずれか１に記載の電力供給システム。
【請求項１３】
商用電力系統からの交流電力を直流電力に変換する整流装置を備えた変電所からき電線に直流電力を供給する電力供給方法であって、
蓄電設備に備えられた二次電池をフローティング充電し、
前記整流装置と前記き電線との間に遮断器を配して、あらかじめ定めたタイムテーブルにより、前記遮断器の入り切りを制御する電力供給方法。
【請求項１４】
前記二次電池のＳＯＣが、あらかじめ定めた値以下で前記遮断器を入りとする請求項１３に記載の電力供給方法。
【請求項１５】
前記二次電池のＳＯＣ予測値が、あらかじめ定めた値以下で前記遮断器を入りとする請求項１３または１４に記載の電力供給方法。
【請求項１６】
前記二次電池のＳＯＣ及びＳＯＣ予測値に関わらず、前記蓄電設備が停止している場合に、前記遮断器を入りとする請求項１３〜１５のいずれか１に記載の電力供給方法。
【請求項１７】
前記遮断器を入りとする指令が入力された場合にセットされ、
あらかじめ定めた時間毎に前記指令がリセットされる請求項１４〜１６のいずれか１に記載の電力供給方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、変電所及び蓄電設備を有する電力供給システム及び電力供給方法に関するものであり、主に直流電気鉄道用の電力供給システム及び電力供給方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、一般的な直流電気鉄道用の電力供給システムでは、変電所によって、電力会社等の商用電力系統から交流電力を受電して、変圧器（変圧装置）により降圧させ、整流器（整流装置）により直流電力に変換し、き電線に供給している。そして、直流電気車両は、前記き電線から架線を経由して直流電力の供給を受け、運行を行なっている。具体的には、直流電気車両は、加速時に架線から供給された電力を直流電気車両に搭載された電力制御装置を介して走行用のモータに電力供給することで、電気エネルギーを走行エネルギーに変換し走行する。この時、加速時には大きな電力を必要とするため、架線電圧が降して、例えば直流電気車両の速度が低下するなど、直流電気車両の運行に悪影響を及ぼすことがある。
【０００３】
一方、減速時には直流電気車両が持つ走行エネルギーを、走行用のモータが発電機として作用し、電気エネルギーに変換され、回生電力となる。そして、この回生電力を架線に戻すために、直流電気車両に搭載の電力制御装置により、架線電圧より高めるように制御が行なわれるため、一般的には架線電圧は上昇する。もっとも、回生電力は、同時に近くを走行している別の直流電気車両が加速中であれば、その直流電気車両に回生電力を活用できるが、近くに直流電気車両がない場合には、回生電力は電気抵抗器で熱エネルギーに変換して廃棄され、回生電力を有効に活用できない。
【０００４】
そこで、回生電力を無駄にしないため、変電所内に電力貯蔵装置を設け、電力貯蔵装置とき電線との間に昇降圧チョッパ（充放電制御装置）を配して、蓄電池の充放電を制御し回生電力を活用する直流き電システム（電力供給システム）が提案されている（例えば、特許文献１）。
【０００５】
この特許文献１に記載の発明は、商用の電力系統を受電して直流き電を行うために必要な設備（例えば、ＭＯＦや上記変圧装置や整流装置等）は変電所構内に設置されている。そして、変電所内に設置された充放電制御装置により、き電線電圧及び充放電電流を基にした充放電制御を行い、回生電力を利用して、商用電力系統から供給される電力を補助することにより、使用電力量を削減するものである。
【０００６】
一方、一般的な電気鉄道路線においては、７時〜９時台の朝ラッシュ時間帯と１７時〜１８時台の夕ラッシュ時間帯に運行列車本数及び乗車人数が多くなるため、使用電力及び使用電力量がともに大きく、この時間帯に電力デマンドのピークを迎える。電気鉄道のような大電力を利用する事業者に対しては、デマンド契約が採用されており、電力デマンドのピーク値により契約料金が設定されている。したがって、この電力デマンドのピーク値を抑えることが電力料金の節約につながる。なお、電力を使用する場合には、前記契約料金とは別に、使用した電力量に応じて電力量料金が発生する。電力量料金は、使用電力量×電力量料金単価により決定される。この電力量料金単価は時間帯別に設定されており、８時〜２２時の昼間時間帯（特に夏季の１０時〜１７時）は、２２時〜８時の夜間時間帯と比較して電力量料金単価が高く設定されている。
【０００７】
そこで、回生電力を活用して、電力デマンドのピークを低減する電気鉄道用の電力供給システムが提案されている（例えば、特許文献２）。
【０００８】
この特許文献２に記載の発明は、昇降圧チョッパを有する電力貯蔵装置により、架線における電力損失量の積算値及び架線電圧が設定値より低下した時間割合に基づき、電力デマンドの増加及び電力デマンドのピークを検出し、電力貯蔵装置の電流指令値を変更して、蓄電設備の充放電を制御する。なお、前記昇降圧チョッパとは、電力貯蔵装置側の電圧の大小を制御することにより、昇圧時には電力貯蔵装置からき電線へ放電させ、降圧時にはき電線から電力貯蔵装置へ充電させる、充放電制御装置である。
【０００９】
以上のように、回生電力を利用すべく、直流電気鉄道用の電力供給システムに電力貯蔵装置を設置する場合、通常、電力の流れの向きを調整するための電力制御装置（充放電制御装置）が設けられている（特許文献１、２）。
【００１０】
電力貯蔵装置は、電力の貯蔵状態が大きくなればその出力電圧は高くなり、小さくなれば出力電圧が低くなる特性を有しているから、充放電制御装置がなければ、電力の流れの向きは、電力貯蔵装置の上記特性で決まる電圧とき電線電圧の大小関係で定まり、電力の過不足を適切に調整することが困難である。
【００１１】
そのため、充放電制御装置（充放電電圧を制御する充放電電圧制御装置、充放電電流を制御する充放電電流制御装置、充放電電圧と充放電電流とを同時に制御する充放電電流電圧制御装置）を設けて、二次電池の過放電・過充電を防止し、二次電池の過度な損耗を防止しつつ、電力の過不足を調整している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開２００１−２６０７１９号公報
【特許文献２】特開２００８−０６２８２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかしながら、従来の直流電気鉄道用の電力供給システムは、変電所を常時運転とするものであって、直流電気車両の減速時に発生する回生電力を、商用電力系統から供給される電力の補助として利用するものであるため、路線によっては電力貯蔵装置の利用効率は低く、回生電力などの電力貯蔵装置に蓄電された電力が十分に活用されていないという課題がある。
【００１４】
そして、電気鉄道においては、電力量料金単価の安い夜間時間帯に商用電力系統からの電力（以下、商用電力という）はあまり使用されておらず、主に電力量料金単価の高い８時〜２２時の昼間時間帯で、商用電力を使用している。また、変電所が常時運転されており、１０時〜１６時台、２０時〜２２時台の運行列車本数及び乗車人数の少ない閑散時間帯においても商用電力を使用しているため、全体として使用電力量料金が高いという課題がある。
【００１５】
一方、特許文献１または２に記載の電力貯蔵装置は、充放電制御装置を必要とするものである。この充放電制御装置は、装置自体が高価であり、寸法も大きく設置場所の確保も必要である。
【００１６】
さらに、充放電制御装置を使用する場合には、高調波が発生するため高調波誘導障害により、信号に影響を及ぼす。この高調波誘導障害により信号にノイズが乗ると、直流電気車両が停止してしまうという深刻な場合もあるため、充放電制御装置を用いた電力貯蔵装置については、高調波誘導障害を防止する設備が必要となり、設備費用や維持管理にも経費がかかる。
【００１７】
本発明は、以上の課題に鑑みなされたものであって、充放電制御装置を用いず蓄電池の充放電を制御でき、多額の費用を必要とせず、かつ、簡便に、回生電力などを蓄電した蓄電池の電力を積極的に活用して商用電力の使用電力量及び電力量料金の削減や電力ピークカットを効果的に達成できる電力供給システム及び電力供給方法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】
【００１８】
（請求項１）
前記課題を解決するために、本発明にかかる電力供給システムは、商用電力系統から交流電力を直流電力に変換する整流装置を有する変電所と、前記変電所から直流電力が供給されるき電線と、前記整流装置と前記き電線との間に配する遮断器と、前記き電線に接続する二次電池を有する蓄電設備と、前記変電所及び前記蓄電設備に接続された制御装置とを備え、前記制御装置が前記遮断器の入り切りを制御することを特徴とする。
【００１９】
この構成によれば、電気車両の減速時に発生する回生電力を蓄電設備に設けた二次電池に蓄電することができ、遮断器の入り切りによって、容易に変電所の運転停止の制御を行うことができ、間接的に蓄電設備の二次電池の充放電を制御できる。
【００２０】
例えば、電力需要のピーク時に二次電池に蓄電された電力を使用することで、商用電力の使用電力量削減及び電力ピークカットが可能となる。また、昼間の電力需要の比較的少ない時間帯には遮断器を切って、変電所からの電力供給を停止し、二次電池に蓄電された電力を積極的に利用して、電気車両を力行させる。これにより、従来と比較して回生電力を有効に活用することができる。
【００２１】
また、電力量料金単価の安い夜間時間帯に遮断器を入れて変電所を運転して、二次電池を充電し、昼間の閑散時間帯等に放電し利用することで、電力量料金を抑えることができる。
【００２２】
ここで、遮断器の入り切りとは、遮断器を開閉することにより行う。遮断器が閉（閉路）の時に遮断器が入り、開（開路）の時に遮断器が切り状態となる。なお、遮断器は大電流を高速に遮断可能な遮断器であればよく、例えば、高速度気中遮断器や高速度真空遮断器などを用いればよい。
【００２３】
さらに、き電線と二次電池との間に充放電制御装置を設けていないため、高調波誘導障害やコスト高といった問題も解決できる。
【００２４】
（請求項２）
本発明にかかる電力供給システムは、前記制御装置が、あらかじめ用意したタイムテーブルにより、前記遮断器の入り切りを制御する制御手段を有していてもよい。
【００２５】
この構成によれば、あらかじめ用意したタイムテーブルに基づいて、遮断器（変電所用遮断器）の入り切りを制御することができる。タイムテーブルは列車運行ダイヤや運行実績等に応じて設定する。例えば、電力需要の大きい通勤ラッシュ時に変電所用遮断器を入りとし変電所を運転させ、一方、昼間の電力需要の比較的少ない時間帯では変電所用遮断器を切って変電所を停止し、回生電力などの二次電池に蓄電された電力を有効に利用することで、商用電力の使用電力量をより効率的に削減できる。
【００２６】
また、タイムテーブルの設定に際し、列車運行ダイヤや運行実績以外に、時間帯ごとの商用電力の電力量料金単価を考慮することが望ましい。例えば、電力量料金が高く設定されている昼間の閑散時間帯には商用電力使用量を減らし、二次電池に蓄電された電力を放電利用し、電力量料金が低く設定されている夜間に商用電力を使用して、二次電池を積極的に充電する。これにより、電力量料金を低廉に抑えることができ、経済的である。
【００２７】
（請求項３）
本発明にかかる電力供給システムは、前記制御装置が、前記二次電池のＳＯＣがあらかじめ定めた値以下で前記遮断器を入りとする制御手段を有していてもよい。
【００２８】
この構成によれば、列車運行ダイヤの乱れや空調運転等により、突発的に二次電池のＳＯＣが減少した場合にも、前記タイムテーブルに基づく変電所用遮断器の入り切りを補正制御することができる。これにより、電力需要パターンの突変によって引き起こされる電池寿命を著しく縮める要因である電池の過放電を防止することができる。なお、ＳＯＣ（Ｓｔａｔｅ  ｏｆ  Ｃｈａｒｇｅ）とは、二次電池に充電されている電気量を電池容量に対する比率で表したものでる。
【００２９】
また、ＳＯＣの値は、一例として蓄電設備の電流を電流センサにより検出して時間積算する方法や、蓄電設備の端子電圧を電圧センサ等により検出して、これと蓄電池電流から推定した電池開放電圧を電池開放電圧−電池ＳＯＣ特性テーブルに入力し、電池ＳＯＣの値を算出する方法などがある。
【００３０】
算出したＳＯＣの値と、二次電池が過放電となる可能性が少なく二次電池の電力を安定して供給できるＳＯＣの下限値との大小を判定し、下限値よりも小の場合に、前記変電所用遮断器に入り指令を出し変電所を運転させる。
【００３１】
（請求項４）
本発明にかかる電力供給システムは、前記制御装置が、前記二次電池のＳＯＣ予測値が、あらかじめ定めた値以下で前記遮断器を入りとする制御手段を有することとしてもよい。
【００３２】
この構成によれば、上記ＳＯＣの値による過放電を防止する制御に加え、所定時間後のＳＯＣ予測値を算出し、所定時間後にＳＯＣの値が一定値以下になることをあらかじめ予測することで、電池の過放電を事前に防止することができる。
【００３３】
なお、ＳＯＣ予測値は、蓄電設備の電流・電圧を電流センサ・電圧センサ等や、二次電池の電池状態（電流、電圧、温度など）を二次電池監視装置により検出し、二次電池状態データにより算出する。
【００３４】
算出したＳＯＣ予測値と、前記ＳＯＣの下限値との大小を判定し、下限値よりも小の場合に、前記変電所用遮断器に入り指令を出し変電所を運転させる。
【００３５】
（請求項５）
本発明にかかる電力供給システムは、前記制御装置が、前記二次電池のＳＯＣ及びＳＯＣ予測値に関わらず、前記蓄電設備が停止している場合に、前記遮断器を入りとする制御手段を有することとしてもよい。
【００３６】
この構成にすれば、蓄電設備が停止し、蓄電設備からき電線への電力供給が行われていない場合に、変電所からの電力供給を停止する事態を防止することができる。万が一、蓄電設備からの電力供給がされない時に変電所を停止してしまうと、き電線から電気車両への電力供給が行われず、電気車両が停止する深刻な問題となる可能性がある。
【００３７】
ここで、蓄電設備が停止している状態を検出するには、蓄電設備内の二次電池と、き電線とを蓄電設備用遮断器を介して接続して、蓄電設備用遮断器の開閉を検出することとすればよい。蓄電設備用遮断器が開の時に、蓄電設備は停止する。また、蓄電設備用遮断器は、二次電池の出入り口（き電線側とレール側）双方に設けてもよい。
【００３８】
なお、前記した各種制御は、簡単なプログラマブルロジックコントローラを用いて行うことができるため、コストも比較的安価で済む。
【００３９】
（請求項６）
本発明にかかる電力供給システムは、前記制御装置がフリップフロップを備え、前記遮断器を入りとする指令が入力された場合にセットされ、あらかじめ定めた時間毎にリセットされる制御手段を有することとしてもよい。
【００４０】
この構成によれば、前記した（請求項３）〜（請求項５）の変電所用遮断器の入り指令がセットされると、一定時間内、変電所用遮断器の入り状態を維持できるため、変電所の運転・停止を短時間で頻繁に繰り返すことがなく、整流装置及び変電所用遮断器を安定して保守管理できる。なお、フリップフロップはセット優先のものが好ましい。
【００４１】
（請求項７）
本発明にかかる電力供給システムは、前記二次電池にニッケル水素電池を用いることが好ましい。
【００４２】
この構成によれば、ニッケル水素電池は、リチウムイオン電池と比較して安全である。リチウムイオン電池を安全に使用するためには、電池監視や温度管理（空調管理）などを厳しく行う必要があり、ニッケル水素電池を用いることで、これらに伴うコストが不要になる。また、リチウムイオン電池や鉛蓄電池がＳＯＣと電池電圧が略線形に比例するのに対し、ニッケル水素電池はＳＯＣの変化に対して電池電圧の変化が比較的少なく、ＳＯＣの状態による電池電圧の影響が小さいため、安定した蓄電設備の運用ができる。
【００４３】
（請求項８）
本発明にかかる電力供給システムは、前記蓄電設備が充放電制御装置を介さずに前記き電線に接続されることが好ましい。
【００４４】
この構成によれば、充放電制御装置の運転によって引き起こる高調波誘導障害が発生せず、防止設備の費用も不要である。また、充放電制御装置の装置自体のコスト、維持管理費用を削減することができる。さらに、充放電制御装置の設置場所を確保する必要もない。
【００４５】
（請求項９）
本発明にかかる電力供給システムは、前記蓄電設備がフローティング充電することが好ましい。
【００４６】
この構成において、ＳＯＣ＝１００％時の電池開放電圧が架線の無負荷電圧より大きくなるように構成することで過充電を防止でき、二次電池の運用上好ましい。また、本発明は電車線負荷の比較的小さい閑散時間帯にて蓄電設備に蓄電された電力を積極的に放電して、電車運行に有効利用及び商用電力使用量を削減することを目的とするため、二次電池の充電量（ＳＯＣ）がある程度確保された状態にあることが好ましく、蓄電設備はフローティング充電状態で運用されるのが望ましい。
【００４７】
（請求項１０）
本発明にかかる電力供給システムは、前記蓄電設備が、前記変電所内に設置されてもよい。
【００４８】
前記蓄電設備は、回生電力を蓄電する目的以外にも、変電所の電力供給が停止した場合に、き電線に電力供給する変電所の代替として用いることも想定する場合には、変電所内に設置することが好ましい。また、蓄電設備と変電所に不具合が起こった場合やメンテナンスをする場合にも都合がよい。
【００４９】
（請求項１１）
本発明にかかる電力供給システムは、前記タイムテーブルをあらかじめ２種以上用意し、タイムテーブルを選択可能であることとしてもよい。
【００５０】
この構成によれば、繁忙期等により列車の増発があらかじめ予想される場合や、列車の乱れにより以後の列車ダイヤの変更があらかじめ判明している場合に、通常のタイムテーブルとは別のタイムテーブルをあらかじめ作成しておき、そのような事態が生じた場合に、通常のタイムテーブルから別のタイムテーブルに差し替えるだけで、容易に変電所の運転・停止の制御を変更でき、商用電力の使用電力量削減及び電力ピークカット効果を継続できる。
【００５１】
また、列車事故等により以後の列車ダイヤが突変した場合には、別のタイムテーブルをすぐに作成し、これに変更することもできる。
【００５２】
（請求項１２）
本発明にかかる電力供給システムは、前記二次電池のＳＯＣが、あらかじめ設定した範囲を逸脱した場合に、前記蓄電設備を停止する手段を備えていてもよい。
【００５３】
この構成によれば、突発的要因により二次電池の充電量が著しく増加・減少した場合に、前記蓄電設備を停止して、二次電池の過放電・過充電を防止することができる。
ここで、あらかじめ設定した範囲とは、例えば、ＳＯＣの上限を１００％、下限を０％に設定し、一定時間内（３０分、１時間、など）でＳＯＣが常時１００％や常時０％の状態であった場合に、蓄電設備を停止することとする。また、上限値の設定を９５％とすることや、下限値の設定を５％としてもよく、一定時間内でＳＯＣが常時９５％以上や常時５％以下であった場合に、蓄電設備を停止する設定とすれば、過充電・過放電をより確実に防止できる。
【００５４】
（請求項１３）
本発明にかかる電力供給方法は、商用電力系統からの交流電力を直流電力に変換する整流装置を有する変電所からき電線に直流電力を供給する電力供給方法であって、蓄電設備に備えられた二次電池をフローティング充電し、前記整流装置と前記き電線との間に遮断器を配して、あらかじめ定めたタイムテーブルにより、前記遮断器の入り切りを制御することとしてもよい。
【００５５】
（請求項１４）
本発明にかかる電力供給方法は、前記二次電池のＳＯＣが、あらかじめ定めた値以下で前記遮断器を入りとしてもよい。
【００５６】
（請求項１５）
本発明にかかる電力供給方法は、前記二次電池のＳＯＣ予測値が、あらかじめ定めた値以下で前記遮断器を入りとしてもよい。
【００５７】
（請求項１６）
本発明にかかる電力供給方法は、前記二次電池のＳＯＣ及びＳＯＣ予測値に関わらず、前記蓄電設備が停止している場合に、前記遮断器を入りとしてもよい。
【００５８】
（請求項１７）
本発明にかかる電力供給方法は、前記遮断器を入りとする指令が入力された場合にセットされ、あらかじめ定めた時間毎に前記指令がリセットされてもよい
【発明の効果】
【００５９】
本発明は、以上の構成を有する電力供給システム及び電力供給方法であるから、変電所の運転または停止を制御して、蓄電設備に蓄電された回生電力を積極的に利用することができ、商用電力の使用電力量及び電力量料金の削減や電力ピークカットを従来よりも効果的に達成できる。なお、夜間時間帯の商用電力により蓄電設備を積極的に充電し、昼間時間帯に蓄電設備を放電して回生電力を活用することで、電力量料金の削減効果を向上できる。
【００６０】
そして、二次電池のＳＯＣやＳＯＣ予測値などのデータを用いることにより、電気鉄道の電力需要パターンの突発的な変化に応じて、変電所の運転または停止の制御を補正することができ、前記使用電力量及び電力量料金の削減や電力ピークカットの効果をさらに向上することができ、また、二次電池の過充電・過放電を防止することもできる。
【００６１】
さらに、本発明は充電制御装置の設置が不要であるため、高調波誘導障害の発生やコスト高といった問題も解決できる。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】本発明にかかる電力供給システムの全体構成を示す図である。
【図２】き電線直結式蓄電設備の模式図である。
【図３】ニッケル水素電池における電池起電力（開放電圧）と電池ＳＯＣ（充電状態）との関係を示すグラフの一例である。
【図４】本発明にかかる電力供給システムにおける変電所の運転停止制御ロジックを示す図である。
【図５】電気鉄道路線の１日における変電所の商用電力系統からの使用電力量（電車線負荷）の時間推移を示すグラフの一例である。
【図６】変電所の運転停止の標準タイムテーブルの一例である。
【図７】本発明にかかる電力供給システムを適用した場合と適用しない場合を比較した、時間と供給電力との関係を示すグラフである。
【図８】本発明にかかる電力供給システムを適用した場合と従来の電力供給システムとにおける供給電力量及び電気料金を比較したグラフである。
【図９】昼間時間帯に臨時列車が増発された際に、本発明にかかる電力供給システムを適用した場合と適用しない場合を比較した、時間と供給電力のグラフである。
【図１０】図９における時間と電圧・電流・ＳＯＣ・運転停止制御指令との関係を示すグラフである。
【図１１】本発明にかかる電力供給方法の基本動作部のフローチャートを示した図である。
【図１２】本発明にかかる電力供給方法の補正動作部のフローチャートを示した図である。
【図１３】各種電池における電池ＳＯＣと電池電圧の特性曲線を示す比較図である。
【発明を実施するための形態】
【００６３】
以下、本発明にかかる電力供給システム及び電力供給方法の実施形態について図１〜図１３を用いて説明する。なお、本発明はこの実施形態に限定されるものではない。
【００６４】
［電力供給システムの構成］
図１は、本発明にかかる電力供給システムの全体構成を示す図である。図１において、変電所Ａ、Ｂ、Ｃは既設変電所である。商用電力系統からの受電電力を変圧器（変圧装置）により降圧し、整流器（整流装置）１ａ、１ｂ、１ｃにより直流変換して、き電線１５を介して、力行／制動する電気車両１６に電力を供給する。
【００６５】
各変電所の整流器１ａ、１ｂ、１ｃは、高速度遮断器（遮断器）２ａ、２ｂ、２ｃを介してそれぞれがき電線１５に接続されており、通常は遠隔地にある制御装置を備えた電気指令所Ｙからの高速度遮断器２ａ、２ｂ、２ｃの遮断器開／閉指令によって、変電所Ａ、Ｂ、Ｃの運転／停止が制御される。電気指令所Ｙに設置された変電所運転／停止制御装置１４からの遮断器開／閉指令を、各変電所Ａ、Ｂ、Ｃの高速度遮断器開／閉制御装置３ａ、３ｂ、３ｃにて受け、高速度遮断器２ａ、２ｂ、２ｃの開／閉が行われる。なお、高速度遮断器２ａ、２ｂ、２ｃは、これに限定されるものではなく、大電流を高速に遮断可能な遮断器であればよく、例えば、高速度気中遮断器や高速度真空遮断器などを用いることもできる。
【００６６】
図１は、蓄電設備Ｘを変電所Ｂと変電所Ｃの間に設置した実施例を示す。蓄電設備Ｘは、蓄電池（二次電池）６の＋側が高速度遮断器８ａを介して、き電線１５に接続される。また、−側が電圧を遮断するための断路器９、突入電流抑制用の直流リアクトル１２及び高速度遮断器８ｂを介して、レールに接続される。
【００６７】
本実施例において蓄電池６には、積層型のニッケル水素電池を使用する。ニッケル水素電池は、リチウムイオン電池と比較して安全であり、リチウムイオン電池を使用する際にかかる安全設備費用の削減ができる。また、リチウムイオン電池や鉛蓄電池はＳＯＣと電池電圧が略線形に比例するのに対し、ニッケル水素電池はＳＯＣの変化に対して電池電圧の変化が比較的少なく、ＳＯＣの状態による電池電圧の影響が小さいため、安定した蓄電設備の運用ができる。なお、図１３は、各種電池のＳＯＣに対する電圧変化を示すＳＯＣ特性図である。曲線ａはニッケル水素電池の電圧変化、曲線ｂは鉛蓄電池の電圧変化、曲線ｃはリチウムイオン電池の電圧変化を示す。
【００６８】
そして、蓄電池６の充電はフローティング充電方式を採用する。蓄電池６の蓄電池モジュール直列数を、蓄電池満充電状態（ＳＯＣ＝１００％）における蓄電池開放電圧が、架線の無負荷時電圧よりも大きくなるよう構成することで、蓄電池６の過充電を防止できる。例えば、無負荷時の架線電圧が１５８０Ｖの場合に、ＳＯＣ＝１００％時の開放電圧が４１Ｖの蓄電池モジュールを４０直列と構成すれば、各蓄電池モジュールは最大でも３９．５Ｖの電圧で充電されるため、ＳＯＣが１００％を超えず過充電とはならない。
【００６９】
また、蓄電池６には、電圧／電流／温度などの電池状態を監視するための電池監視装置７が接続されており、蓄電池６の異常が検出されると、蓄電設備用高速度遮断器開閉制御装置１３に対し遮断器の開指令を出力して、高速度遮断器８ａ、８ｂを開とし、蓄電設備Ｘをき電線１５から切り離す。蓄電設備Ｘの高速度遮断器８ａ、８ｂは、電気指令所Ｙからの遠隔操作も可能とする。
【００７０】
変電所Ａ、Ｂ、Ｃ及び蓄電設備Ｘには、電流センサ４ａ、４ｂ、４ｃ、１０と電圧センサ５ａ、５ｂ、５ｃ、１１が設けられている。また、各変電所には、受電電力量と電力デマンド（例えば、３０分デマンド）を管理・監視するための装置（図示せず）が設置され、電気指令所Ｙに定期的に送信され、監視・管理されている。
【００７１】
また、通常、車両には回生車と非回生車があるが、電気車両１６は回生車である。蓄電設備Ｘが設置されていない場合、回生車が電気ブレーキ制動することによって発生する回生電力は、当該回生車の近くに加速により電力消費する別の車両が存在しなければ、き電線電圧が上昇するため、車両側の回生電力絞込制御によって発生した回生電力が絞り込まれ、抵抗器などを介し熱として放散されてしまう。つまり、回生電力は廃棄され、回生エネルギーを有効利用できないこととなる。
【００７２】
一方、蓄電設備Ｘが設置されていれば、回生車の近くに電力消費する車両がいない場合にも、回生電力を蓄電設備Ｘの蓄電池６に充電することができ、回生エネルギーを有効利用できる。
【００７３】
なお、本実施例においては、原則、蓄電設備Ｘは列車運行時間帯を通して常時き電線１５に接続することとし、蓄電設備Ｘに最も近い変電所Ｂについて、時間帯毎の電力需要に応じて運転／停止制御を行う。
【００７４】
変電所Ｂの運転／停止制御は、電気指令所Ｙに設置される変電所運転／停止制御装置１４にて行う。また、蓄電設備Ｘが変電所Ｂの構内に設置される場合には、同様の機能を変電所Ｂの整流器用高速度遮断器開閉制御装置３ｂに実装しても良い。
【００７５】
［き電線直結式蓄電設備の動作原理］
次に、一般的なき電線直結式蓄電設備の模式図である図２を用いて、充放電制御を行わない場合の蓄電池の充放電について、き電線直結式蓄電設備の動作原理を説明する。まず、蓄電設備の電池起電力（開放電圧）をＥｂ、電池内部抵抗をＲｂ、蓄電池電流をＩｂ（放電を正とする。）、蓄電設備接続点電圧をＶＬとすると、オームの法則より、以下の数式１が成り立つ。
【００７６】
【数１】
2011126370.tif 000003
【００７７】
すなわち、Ｅｂ＞ＶＬのときＩｂ＞０（放電）、Ｅｂ＝ＶＬのときＩｂ＝０（平衡状態）、Ｅｂ＜ＶＬのときＩｂ＜０（充電）となり、電池起電力（開放電圧）Ｅｂと蓄電設備接続点電圧ＶＬとの大小関係のみで電池の充放電が決まる。ここで、蓄電設備接続点電圧ＶＬは、変電所整流器の電気的特性（送出電圧／等価内部抵抗）や蓄電設備の電気的特性、車両の本数や性能などにより時々刻々と変化する電車線負荷によって変化する。
【００７８】
また、図３に蓄電設備の電池起電力（開放電圧）Ｅｂと電池ＳＯＣ（充電状態）特性との関係を示す。以下の数式２に示すように、一般的には、電池ＳＯＣが大きいほど、電池起電力Ｅｂは上昇する。
【００７９】
【数２】
2011126370.tif 000004
ただし、ｆ（ＳＯＣ）はＳＯＣに対する単調増加関数である。
【００８０】
また、時間ｔ後の電池ＳＯＣは以下の数式３で表せる。ここで、時間ｔの単位は秒、Ａｈは電池容量［Ａｈ］である。
【００８１】
【数３】
2011126370.tif 000005
ここで、蓄電設備接続点の電圧ＶＬがほぼ一定のとき、数式１及び数式３より
【００８２】
【数４】
2011126370.tif 000006
数式４で、ｄＥｂ／ｄＳＯＣを一定と仮定して解くと、
【００８３】
【数５】
2011126370.tif 000007
（Ｃは定数である。）
【００８４】
また、数式２より、ＥｂはＳＯＣの単調増加関数であり、そのＳＯＣによる微分値は有界なので、
【００８５】
【数６】
2011126370.tif 000008
（ＫはｄＥｂ／ｄＳＯＣの最大値（正の定数）である。）
したがって、数式５及び数式６より
【００８６】
【数７】
2011126370.tif 000009
【００８７】
数式７より、時間ｔ→∞のときＩｂ→０となる。これは、蓄電設備接続点の電圧ＶＬがほぼ一定値で推移すると、時間遅れを伴って、電池はＩｂ→０となるように動作することを意味する。すなわち、数式１より、Ｅｂ＝ＶＬとなる電池ＳＯＣに向かって、時間遅れを伴い電池が動作（充電または放電）し、最終的にＥｂ＝ＶＬとなり充放電が止まった平衡状態（Ｉｂ＝０）となる。      
【００８８】
実運用では、短時間幅でみると、電車線負荷の細かな変動により、蓄電設備接続点電圧ＶＬも細かく変動しているが、ある程度の時間幅（例えば、１０分〜１時間幅）でみれば、その時間幅での蓄電設備接続点電圧ＶＬの平均値に対応する電池起電力Ｅｂを与える電池ＳＯＣに向かって、電池充電状態は推移していることになる。（図３参照。ＶＬ  がＶＬ１からＶＬ２に変化すると、平衡点が図中Ａ点からＢ点に推移する。）
【００８９】
［変電所Ｂの運転／停止制御ロジック］
次に、変電所Ｂの運転／停止制御ロジックを示す図４を用いて、変電所Ｂの制御を説明する。ここで、列車ダイヤや運行実績等により、あらかじめ設定した変電所Ｂの運転／停止標準タイムテーブル（標準タイムテーブル）１８に基づく整流器用高速度遮断器開閉制御装置３ｂの制御を（ａ）基本動作部とし、蓄電設備Ｘの電圧や電流、蓄電池６の電池状態に基づく整流器用高速度遮断器開閉制御装置３ｂの補正制御を（ｂ）補正動作部とする。
【００９０】
［（ａ）基本動作部の制御］
電気指令所Ｙに設置された変電所運転／停止制御装置１４または変電所Ｂの整流器用高速度遮断器開閉制御装置３ｂの時刻管理用タイマ１７を利用して、予め設定された標準タイムテーブル１８に従い、変電所Ｂの高速度遮断器２ｂに対して開／閉指令を出力する。
以下に、標準タイムテーブル１８の設定方法について、一例を図５に基づき説明する。
図５は、典型的な鉄道路線の１日における商用電力系統からの使用電力量（電車線負荷）の時間推移であって、４時台に営業運転開始後、２４時台に営業運転を終了する例である。
【００９１】
７時〜９時台に朝ラッシュ時間帯、１７時〜１８時台に夕ラッシュ時間帯があり、運行列車本数・乗車人数が多く、電車線負荷が大きい。
【００９２】
一方、１０時〜１６時台、２０時〜２４時台は、閑散時間帯で運行列車本数・乗車人数が少なく、電車線負荷が比較的小さい。
【００９３】
また、商用電力の電気量料金は時間帯別に料金設定がなされており、８時〜２２時の昼間時間帯（特に夏季の１０時〜１７時）は、２２時〜８時の夜間時間帯と比較して電気量料金単価が高く設定されている。この例の場合、商用電力系統からの使用電力コストを抑制するために、以下の運用が考えられる。
【００９４】
（１）電気量料金単価が高いが、電車線負荷が小さい時間帯（１０時〜１６時台、１９時〜２１時台）
変電所Ｂの整流器２ｂを停止し、変電所Ｂからの電力供給を停止し、蓄電設備Ｘの蓄電池６を放電させ、この電力を使用することで、商用電力系統からの使用電力量削減を狙う。
【００９５】
（２）電車線負荷が大きい朝ラッシュ及び夕ラッシュ時間帯（７時〜９時台、１７時〜１８時台）
変電所Ｂの整流器２ｂを停止したままでは、蓄電設備Ｘの蓄電池６の負荷が大きくなりすぎる可能性があり（場合によっては、蓄電池６が過放電に陥る可能性がある。）、過放電が起こると、蓄電池６の電池寿命を縮めることになる。このため、変電所Ｂの整流器２ｂを運転して、蓄電設備Ｘの負荷を軽減する。この時間帯では、変電所Ｂと蓄電設備Ｘが並列運転となり、変電所Ｂのみの運転時と比較して、蓄電池６が負担する電力分だけ商用電力系統からの使用電力量のピークを抑制する効果が期待できる。
【００９６】
（３）電気量料金単価が安く、電車線負荷が小さい時間帯（２２時〜翌日６時台）
（１）の時間帯に変電所Ｂを停止して、放電気味となっている蓄電池６を、安価な夜間電力にて積極的に充電するために、変電所Ｂの整流器２ｂを運転する。
【００９７】
以上の要件を満たすべく、図５に示す電気鉄道路線の例においては、標準タイムテーブル１８を図６のように設定する。また、このように具体的な例を示して説明したが、標準タイムテーブル１８の設定方法は、蓄電設備Ｘの変電所Ｂにおける１日の需要電力時間推移を基にして、以下の表１に示すように設定することが望ましい。
【００９８】
【表１】
2011126370.tif 000010
【００９９】
本実施例の場合は、列車運行が開始される前の４時４０分に変電所Ｂを運転し、商用電力系統からの電力供給を開始する。列車運行前に開始するのは、例えば、前日夜間に通常とは性能の異なる列車が運行したり、列車の運行本数が多く通常よりも電力消費が多かった時など、蓄電池６の充電量が予定より減少している場合があり、これを補うためである。そして、朝の通勤ラッシュに対応すべく１０時まで電力供給を継続する。
続いて、列車本数の少ない１０時から１７時までは、商用電力系統からの電力供給を停止する。
【０１００】
その後、１７時から１９時の夕ラッシュ時間帯に再び電力供給をし、１９時から２２時の時間帯で電力供給を停止する。
【０１０１】
さらに、２２時から２５時（翌１時）の時間帯は、電力量料金単価が安価に設定されているため、この時間帯に商用電力系統からの電力供給を行い、蓄電池６の充電量を回復させる。列車ダイヤ増発等の予期せぬ運行があった場合以外は、通常、この３時間で蓄電池６の充電量は１００％に回復する。
【０１０２】
なお、標準的なタイムテーブルの設定は表１に示すとおりであるが、繁忙期等により列車の増発があらかじめ予想される場合や、列車の乱れにより以後のダイヤが変更されることがあらかじめ判明している場合には、標準タイムテーブル１８とは別のタイムテーブルをあらかじめ作成し、そのような事態が生じた場合に、標準タイムテーブル１８から別のタイムテーブルに差し替えることで、変電所Ｂの運転／停止制御を容易に変更できる。
【０１０３】
［（ｂ）補正動作部の制御］
続いて、（ｂ）補正動作部について説明する。
前記（ａ）基本動作部では、電車線の標準的な電力需要時間推移に基づき、予め設定した標準タイムテーブル１８により、変電所Ｂの整流器運転／停止を制御するものであった。      
【０１０４】
しかしながら、実運用では、列車ダイヤの乱れ／車両空調運転などの突発的要因や路線を走行する車種を変更した場合などにより、１日の電車線負荷が図５に示した標準的なパターンとずれる場合がある。一般に、蓄電池の充電量が１００％を超えて充電される場合や、充電量が０％の状態でさらに放電がされる場合、蓄電池の過充電または過放電が起こり、蓄電池の寿命を著しく短くしてしまう。
【０１０５】
本発明のように、充放電制御装置を介さずにき電線に接続される蓄電設備の電池セル（または電池モジュール）直列数は、蓄電設備満充電状態（ＳＯＣ＝１００％）に対する電池起電力（開放電圧）Ｅｂ１００が蓄電設備接続点電圧ＶＬの時間平均最大値（＝変電所の無負荷時電圧）より大きくなるよう決定するため、蓄電池６が過充電になることは考えにくい。しかし、変電所Ｂを停止する時間帯にて電車線負荷が突発的に上昇し、蓄電設備接続点電圧ＶＬの時間平均値が、蓄電設備ＳＯＣ＝０％に対する電池起電力（開放電圧）Ｅｂ０を下回る事態となると、蓄電池６が過放電になり電池寿命を著しく短くしてしまうという問題がある。
【０１０６】
この問題点に対する解決策としては、図４中の（ｂ）補正動作部における制御ロジックを適用すればよい。以下、（ｂ）補正動作部について説明する。なお、括弧内の数字は図４中の符号に対応する。
【０１０７】
［１］蓄電設備用電圧センサ１１により計測した電池端子電圧Ｖｂ（蓄電設備接続点電圧ＶＬに相当）の過去Ｔ分間の時間平均値Ｖｂ＿ｍｅａｎを算出する（１９）。ここで、電池端子電圧Ｖｂではなく、時間平均値Ｖｂ＿ｍｅａｎを用いるのは、実運用において電池端子電圧Ｖｂを短時間幅でみると、電車線負荷が細かく変動し、それに伴い電池端子電圧Ｖｂも細かく変動しているからである。
【０１０８】
Ｖｂ＿ｍｅａｎを電池開放電圧−電池ＳＯＣ特性テーブル（２０）に入力し、対応する電池ＳＯＣ値のＳＯＣ＿ｂａｌａｎｃｅを算出する。
【０１０９】
［２］電池端子電圧Ｖｂ、蓄電設備用電流センサ１０により計測した蓄電設備電流Ｉｂ、蓄電池状態データ（温度・圧力など）及び電池容量Ａｈから、現在の電池ＳＯＣ推定値であるＳＯＣ（ｔ）を算出する（２３）。なお、このＳＯＣ（ｔ）の値は、例えば数式３を用いて算出することができる。
【０１１０】
また、蓄電池電流Ｉｂの過去Ｔ分間の時間平均値Ｉｂ＿ｍｅａｎを算出する（２５）。
【０１１１】
算出したＳＯＣ（ｔ）、Ｉｂ＿ｍｅａｎ及び電池容量Ａｈから、現在の電車線負荷電流が今後Ｔ分間継続すると仮定して、Ｔ分後の電池ＳＯＣ推定値であるＳＯＣ（ｔ＋Ｔ）を以下数式８に基づき算出する（２６）。
【０１１２】
【数８】
2011126370.tif 000011
【０１１３】
ここで、αは調整用の補正係数であり、蓄電池電流Ｉｂの符号や大きさ、蓄電池状態（温度・圧力）等のデータに基づき決定する（２４）。例えば、これら各データをα算出用３次元テーブルに入力して、αの値を算出できる。なお、電池ＳＯＣ推定演算の方式は、使用する電池種類に拠る。
【０１１４】
［３］上記［１］及び［２］で算出したＳＯＣ＿ｂａｌａｎｃｅ、ＳＯＣ（ｔ＋Ｔ）のいずれかが、蓄電設備Ｘの運用上許容できる最低ＳＯＣ値であるＳＯＣ＿ｌｏｗ＿ｌｉｍｉｔより大きい場合には、今後Ｔ分間は電池過放電になる可能性が低いため、変電所Ｂを停止可と判断する（２２、２８、２９）。この変電所Ｂの停止可条件が成立し、かつ、蓄電設備Ｘが運転状態（つまり、蓄電設備用高速度遮断器８ａ、８ｂのいずれもが閉の状態）である場合にのみ、補正動作部から変電所Ｂに停止指令を出力する（３０、３１）。
この補正動作部からの変電所Ｂ運転指令出力と、基本動作部からの変電所Ｂ運転指令出力の論理和（ＯＲ）を最終的に変電所Ｂの運転指令として出力する（３３）。
【０１１５】
なお、変電所Ｂの運転／停止を短時間で頻繁に繰り返すのは、変電所Ｂ整流器用高速度遮断器２ｂの保守上好ましくない。このため、補正動作部からの変電所Ｂ運転指令が所定時間内、例えば１時間帯（００〜５９分）で、１度でも出力された場合には、その１時間帯（００〜５９分）では再度補正動作部から変電所Ｂの停止指令を出力できないようにフリップフロップ（セット優先）３２を設ける。ラッチ回路出力は、電力デマンド監視周期と同期して、例えば毎正時（００分）ごともしくは毎正時及び毎３０分ごとに、時刻管理タイマ１７から出力されるリセット信号（ワンショット出力）により、リセットする。
【０１１６】
上記［３］における変電所Ｂの停止可判断は、電池端子電圧Ｖｂの時間移動平均算出時間毎（周期Ｔ分）に実行されればよいため、図４の実施例ではサンプラ・ホールド回路２１及び２７を設けている。また、時間Ｔは、電池端子電圧Ｖｂの平均値変動評価、電力デマンド監視周期（３０分）との同期を考慮して１０分、１５分のいずれかを設定するのが適当である。
【０１１７】
上記補正動作部の実施例では、基本的な変電所Ｂの運転／停止制御として標準タイムテーブル１８に基づく制御がされ、変電所Ｂが停止と設定されている時間に、列車ダイヤの乱れ／車両空調運転など突発的要因や路線を走行する車種変化等により、電車線負荷が標準パターンより変化して電池過放電になるのを防止する動作としている。
【０１１８】
この上記制御を、より商用電力系統からの使用電力量を削減するよう、蓄電池６の回生電力を積極的に利用する充放電制御とするため、標準タイムテーブル１８の設定を列車運行時間帯の全時間帯にて「停止」と設定し、補正動作部での制御ロジックのみを用いて、電車線負荷が増大する時間帯にのみ変電所Ｂを運転するような設定とすることも可能である。
【０１１９】
また、変電所運転停止制御装置１４の制御部に、あらかじめ設定した所定範囲のＳＯＣ値を入力しておき（例えば、５％＜ＳＯＣ値＜１００％）、所定時間（例えば、１時間帯）継続して、ＳＯＣ値がこの範囲を逸脱した場合（ＳＯＣ値が５％以下または１００％以上）に、蓄電設備用高速度遮断器８ａ、８ｂに開指令を出し、蓄電設備Ｘを緊急停止する制御を行うことも可能である。この制御により、蓄電池６の過充電や過放電を防止することができる。なお、蓄電設備Ｘを緊急停止した場合には、高速度遮断器２ｂに閉指令を出力し、変電所Ｂの整流装置を運転する。
【０１２０】
［期待される効果］
図７及び図８に、本発明の電力供給システムによる変電所Ｂの運転／停止制御を、適用した場合と適用しない場合の商用電力系統からの使用電力削減効果を、ある大都市近郊路線を一例として鉄道電力シミュレーションにより試算した結果を示す。
【０１２１】
図７及び図８に示したケースは、図５に示した１日における変電所の商用電力系統からの使用電力量（電車線負荷）の時間推移実績のある電気鉄道路線を対象として、図１に示す本発明の電力供給システムの変電所Ａ、Ｂ、Ｃ及び蓄電設備Ｘを設置し、図６に示したタイムテーブルを用いて、変電所Ｂの運転／停止を制御した場合のシミュレーション結果である（１０時〜１６時台、１９時〜２１時台に変電所Ｂを停止とした）。
【０１２２】
図７から明らかなように、本発明の電力供給システムによる変電所Ｂの運転／停止制御を適用した場合、変電所Ｂにおける商用電力系統からの電力供給が１０時〜１６時及び１９時〜２１時で０となっていることがわかる。これにより変電所Ｂでの電力使用量を大幅に削減できる。
【０１２３】
図８から明らかなように、変電所Ａ、Ｂ、Ｃを合計した商用電力系統からの使用電力量について、本発明の電力供給システムによる変電所Ｂの運転／停止制御を適用した場合、適用しない場合と比較して、１日あたり約３％程度商用電力系統からの使用電力量を削減する効果がある。この３％という数値は、改正省エネルギー法における鉄道事業者の中長期的なエネルギー使用量の削減目標が年間１％と規定されていることを考慮すると、比較的大きな効果であるといえる。
【０１２４】
さらに、図９及び図１０には、対象路線における昼間時間帯１５時〜１７時に臨時列車が増発され、図５に示した１日の変電所商用電力使用量の標準パターンにずれが生じた場合の補正動作の効果をシミュレーションにより示したものである。
【０１２５】
当該シミュレーション結果は、ＳＯＣ＿ｌｏｗ＿ｌｉｍｉｔ＝７０％、Ｔ＝１０分と設定して補正動作を検証した結果であり、図９及び図１０に示すとおり、補正動作がある場合には、図７のタイムテーブルに基づく制御では１０時〜１６時に電力供給が０であったのに対し、電車線負荷の急増によって１５時頃に停止中の変電所Ｂ運転指令が出力され、ＳＯＣが回復（ＳＯＣ＿ｌｏｗ＿ｌｉｍｉｔを下回らない、または下回る時間を極力小さく）していることが見受けられる。
【０１２６】
このように、本発明の補正動作制御を適用することにより、予期せぬ電車線負荷の急増による場合にも対応できることがわかる。
【０１２７】
［電力供給方法の実施例］
次に本発明にかかる電力供給方法の実施例について、図１１及び図１２のフローチャートを用いて説明する。なお各機器の構成は、前述の電力供給システム同様、図１に示すとおりである。
【０１２８】
また、当該電力供給方法は、あらかじめ設定した標準タイムテーブル１８による基本動作部の制御と、突発的な電車線負荷による蓄電設備Ｘの電圧や電流、蓄電池６の電池状態データの変化を検出することによる補正動作部の制御とを組み合わせて、変電所Ｂの整流器用高速度遮断器２ｂの開閉を制御することにより、変電所Ｂ（整流器１ｂ）の運転停止を制御する方法である。したがって、まず基本動作部での制御を図１１を用いて説明する。
【０１２９】
［基本動作部のフロー］
１．あらかじめ、列車ダイヤや過去の運行実績により想定される１日の電力需要に基づいて、例えば表１のようにラッシュ時間帯は変電所Ｂを運転させ、列車本数の少ない昼間時間帯は変電所Ｂを停止するような標準タイムテーブル１８を作成し、変電所運転停止制御装置１４の記憶部（図示せず）に記憶させる。
【０１３０】
２．現制御開始時刻においてｔ←０と初期化し（ステップＳ１００）、設定した標準タイムテーブル１８に従って、変電所運転停止制御装置１４の制御部（図示せず）が、現時刻に対応する変電所の運転／停止指令が運転指令か停止指令かを判定する（ステップＳ１０１）
【０１３１】
３．運転指令であった場合（ステップＳ１０２ａ）、変電所運転停止制御装置１４の制御部が変電所Ｂの整流器用高速度遮断器開閉制御装置３ｂへ閉指令を出す（ステップＳ１０３ａ）。
一方、停止指令であった場合（ステップＳ１０２ｂ）には、変電所運転停止制御装置１４の制御部は整流器用高速度遮断器開閉制御装置３ｂへ開指令を出す（ステップＳ１０３ｂ）。
【０１３２】
４．閉指令を受けた整流器用高速度遮断器２ｂは、遮断器を閉じる（ステップＳ１０４ａ）。これによりき電線１５と整流器１ｂとが接続され、商用電力系統からき電線１５へ変電所Ｂを通じて、電力供給される（ステップＳ１０５ａ）。
【０１３３】
一方、開指令を受けた整流器用高速度遮断器２ｂは、遮断器を開く（ステップＳ１０４ｂ）。これによりき電線１５と整流器１ｂとが切断され、商用電力系統とき電線１５とを繋いでいる変電所Ｂの運転が停止し、電力供給も停止する（ステップＳ１０５ｂ）。
【０１３４】
５．そして、次の処理実行時刻まで処理待ちの状態となり（ステップＳ１０６）、その後、処理実行時刻となるとｔ←ｔ＋Ｔとし（ステップＳ１０７）、上記２〜４の制御を実行する。
以後、（ステップＳ１０１）〜（ステップＳ１０７）を繰り返す。
【０１３５】
以上が、標準タイムテーブル１８に基づく基本動作部での制御方法である。続いて、補正動作部のフローについて図１２を用いて説明する。
【０１３６】
［補正動作部のフロー］
１．現制御開始時刻においてｔ←０と初期化する（ステップＳ２００）。
【０１３７】
２．そして、蓄電池６の電圧や電流、充電状態（ＳＯＣ）などの電池状態データを蓄電池監視装置７により検出（ステップＳ２０１ａ）、蓄電設備Ｘの電流データを電流センサ１０により検出（ステップＳ２０１ｂ）、蓄電設備Ｘの電圧データを電圧センサ１１により検出（ステップＳ２０１ｃ）し、各データを変電所運転停止制御装置１４の記憶部へ送る。
【０１３８】
３．次に、変電所運転停止制御装置１４の制御部は、記憶部の電池状態データと電流データに基づき、補正係数決定テーブルを用いて補正係数を算出（ステップＳ２０２ａ）、電流データにより電流Ｉｂの過去Ｔ分間の平均値Ｉｂ＿ｍｅａｎを算出（ステップＳ２０２ｂ）、電池状態データ・電流データ・電圧データより電池ＳＯＣ推定演算式（数式３）により現在のＳＯＣ値であるＳＯＣ（ｔ）を算出する（ステップＳ２０２ｃ）。
【０１３９】
また、当該記憶部は、同電圧データにより過去Ｔ分間の電圧の平均値Ｖｂ＿ｍｅａｎを算出する（ステップＳ２０２ｄ）。
【０１４０】
４．前記ステップＳ２０２ａ〜Ｓ２０２ｃにより得られたデータより、当該制御部は現在からＴ分後のＳＯＣ値を、数式８を適用し、ＳＯＣ（ｔ＋Ｔ）を算出する（Ｓ２０３ａ）。
【０１４１】
また、前記ステップＳ２０２ｄにより得られたデータに電池開放電圧−電池ＳＯＣ特性テーブル２０を適用し、ＳＯＣ＿ｂａｌａｎｃｅを算出する（Ｓ２０３ｂ）。
【０１４２】
５．続いて、当該制御部はＳＯＣ（ｔ＋Ｔ）及びＳＯＣ＿ｂａｌａｎｃｅと、ＳＯＣ＿ｌｏｗ＿ｌｉｍｉｔとの大小を判定する（ステップＳ２０４ａ、ステップＳ２０４ｂ）。
【０１４３】
これと平行して、蓄電設備Ｘの高速度遮断器８ａ、８ｂの開閉を蓄電設備用高速度遮断器開閉制御装置が検出し、そのデータが変電所運転停止制御装置１４の記憶部へ送られる。
【０１４４】
６．そして、ＳＯＣ（ｔ＋Ｔ）及びＳＯＣ＿ｂａｌａｎｃｅのうち少なくとも一方がＳＯＣ＿ｌｏｗ＿ｌｉｍｉｔの値よりも大である場合で、かつ、蓄電設備高速度遮断器８ａ、８ｂがいずれも閉である場合にのみ、制御部は変電所Ｂを停止可と判定する（ステップＳ２０５ａ、Ｓ２０５ｂ、Ｓ２０５ｃ、Ｓ２０６）。
【０１４５】
一方、上記条件を満たさない場合は、変電所Ｂを運転と判定する（ステップＳ２１０ｂ）。
【０１４６】
７．制御部によって変電所Ｂを停止可と判定した場合、次に、あらかじめ設定した所定時間帯（例えば１時間帯）において、既に補正運転指令（基本動作部での運転指令とを区別するため、補正動作部での運転指令を補正運転指令とする）が発せられていたかどうかを判定する（ステップＳ２０７）。
【０１４７】
８．所定時間帯において補正運転指令が未だ発せられていない場合には、制御部は変電所Ｂを停止可と判定する（ステップＳ２０８ａ）。一方、所定時間帯に、既に補正運転指令が発せられていた場合、制御部は変電所Ｂを運転とする（ステップＳ２０８ｂ）。前記説明のとおり、変電所Ｂの運転／停止を短時間で頻繁に繰り返すのは、変電所Ｂ整流器用高速度遮断器２ｂの保守上好ましくないためである。
【０１４８】
９．変電所Ｂへの補正運転指令と、前記基本動作部での標準タイムテーブル１８による運転指令とで、少なくとも一方の運転指令があった場合（ステップＳ２０９）、変電所運転停止制御装置１４の制御部が変電所Ｂの整流器用高速度遮断器開閉制御装置３ｂへ閉指令を出し、変電所Ｂを運転させる（ステップＳ２１０ａ）。
【０１４９】
一方、補正動作部から変電所Ｂへの停止指令があり、かつ、前記基本動作部での標準タイムテーブル１８による変電所Ｂの停止指令があった場合（ステップＳ２０９）、変電所運転停止制御装置１４の制御部が変電所Ｂの整流器用高速度遮断器開閉制御装置３ｂへ開指令を出し、変電所Ｂを停止させる（ステップＳ２１０ｂ）。
【０１５０】
１０．そして、次の処理実行時刻まで処理待ちの状態となり（ステップＳ２１１）、その後、処理実行時刻となるとｔ←ｔ＋Ｔとし（ステップＳ２１２）、上記２〜９の制御を実行する。
以後、（ステップＳ２０１）〜（ステップＳ２１２）を繰り返す。
【符号の説明】
【０１５１】
１ａ、１ｂ、１ｃ  整流器
２ａ、２ｂ、２ｃ  整流器用高速度遮断器
３ａ、３ｂ、３ｃ  整流器用高速度遮断器開閉制御装置
４ａ、４ｂ、４ｃ  整流器用電流センサ
５ａ、５ｂ、５ｃ  整流器用電圧センサ
６  蓄電池
７  蓄電池監視装置
８ａ、８ｂ  蓄電設備用高速度遮断器
９  蓄電設備用断路器
１０  蓄電設備用電流センサ
１１  蓄電設備用電圧センサ
１２  突入電流抑制用直流リアクトル
１３  蓄電設備用高速度遮断器開閉制御装置
１４  変電所運転／停止制御装置
１５  き電線
１６  電気車両
１７  時刻管理タイマ
１８  変電所Ｂ運転／停止標準タイムテーブル（標準タイムテーブル）
１９  蓄電設備電圧  過去Ｔ分間時間移動平均演算器
２０  蓄電池開放電圧−蓄電池ＳＯＣ特性テーブル
２１  サンプラ・ホールド器１
２２  大小判定器１（入力値が設定値より大のとき１を出力）
２３  蓄電池ＳＯＣ推定演算器
２４  補正係数演算器
２５  蓄電設備電流  過去Ｔ分間時間移動平均演算器
２６  Ｔ分後の蓄電池ＳＯＣ予測演算器
２７  サンプラ・ホールド器２
２８  大小判定器２（入力値が設定値より大のとき１を出力）
２９  論理和演算器１（いずれかの入力が１のとき、１を出力）
３０  論理積演算器（すべての入力が１のとき、１を出力）
３１  論理反転器
３２  フリップフロップ（セット優先）
３３  論理和演算器２（いずれかの入力が１のとき、１を出力）
【図１】
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【図２】
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【図４】
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【図６】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図３】
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【図５】
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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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