(57)【要約】  位置エネルギー貯蔵システムは、複数のトラックに乗せられたシャトルユニット（２２）を含み、このシャトルユニットは、モータ／発電機（１０２）、駆動台車（７６）、一体的な移動機構（８０，８６，８７）を有する構造部（８８，９０）を有し、送電網からの余剰エネルギーを利用してモータを駆動することにより、第１下部貯蔵場（１２）から第２上部貯蔵場（１０）にエネルギー貯蔵塊体を積み降ろし自在な状態で運び、エネルギー貯蔵のために第２貯蔵場から塊体を取り外し、塊体を取り出して第２貯蔵場から第１貯蔵場に塊体を戻すことにより、発電機で電気エネルギーを回収する。【選択図】図５
2013501682.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エネルギー貯蔵システムにおいて、
上部および下部貯蔵場（１０，１２）を備えるレールシステムであって、前記上部および下部貯蔵場を接続する相互接続トラック（１４，１６）と、システム内のトラックルーティングを設定するための複数の制御要素（３０）とを有するレールシステム（２４）と、
支持車輪に相互に連結される電気モータ／発電機（１０２）を有する複数のシャトルユニットであって、塊体（７４）を積み降ろし可能に運ぶための支持構造部（７８）および一体的な移動機構（８０，８６，８７）を有するシャトルユニット（２２）と、
前記モータ／発電機（７８）を送電網（２６）に電気的に接続する手段と、
前記送電網、前記複数のシャトルユニットおよび前記レールシステムの制御要素に接続された制御システムであって、前記送電網が余剰電力を有するときにエネルギーを蓄える第１制御シーケンスを実行する手段と、追加的な電力が必要とされるときに前記送電網にエネルギーを提供する第２制御シーケンスを実行する手段とを有する制御システム（３４）とを備え、
前記第１制御シーケンスは、選択されたシャトルユニットに、前記下部貯蔵場にある塊体を取り出させるとともに、前記モータ／発電機を、前記送電網から電力を引き出して前記選択されたシャトルユニットを前記下部貯蔵場から前記上部貯蔵場に駆動するモータとして使用し、また、前記制御要素は、前記選択されたシャトルユニットのルートを決めるように構成され、前記第１制御シーケンスは、さらに、前記選択されたシャトルユニットに、前記上部貯蔵場において塊体を降ろさせるものであり、
前記第２制御シーケンスは、選択されたシャトルユニットに、前記上部貯蔵場にある塊体を取り出させるとともに、前記モータ／発電機を、前記上部貯蔵場から前記下部貯蔵場への前記選択されたシャトルユニットの回動制動により前記送電網に電力を供給する発電機として使用し、また、前記制御要素は、前記選択されたシャトルユニットのルートを決めるように構成され、前記第２制御シーケンスは、さらに、前記選択されたシャトルユニットに、前記下部貯蔵場において塊体を降ろさせることを特徴とするエネルギー貯蔵システム。
【請求項２】
請求項１に記載のエネルギー貯蔵システムにおいて、
前記塊体（７４）が、貯蔵場トラック（６５）に架け渡される前記上部および下部貯蔵場（１０，１２）に保管され、各シャトルユニットが、選択された塊体の下方に受け入れられ、前記移動機構が、各シャトルユニット上の構造部により運ばれて、保管されるときに塊体の下方に受け入れられる支持要素（８７）を備えることを特徴とするエネルギー貯蔵システム。
【請求項３】
請求項２に記載のエネルギー貯蔵システムにおいて、
前記移動機構が、停止中の保管位置から塊体を持ち上げて回転させることを特徴とするエネルギー貯蔵システム。
【請求項４】
請求項１に記載のエネルギー貯蔵システムにおいて、
前記電気的に接続する手段が、
前記送電網（２６）に接続されて高圧電力を受信する変電所（２８）と、
前記変電所に接続されたトラックサイドの配電システム（３０）と、
選択された間隔で前記配電システムに接続された複数の変圧器（３２）と、
前記変圧器に接続された複数の電力供給レール（８４）とを備え、各電力供給レールが、前記レールシステム内のトラックと関連することを特徴とするエネルギー貯蔵システム。
【請求項５】
請求項４に記載のエネルギー貯蔵システムにおいて、
前記複数のシャトルユニットの各々がさらに、
前記電力供給レール（８４）に接続するための接触器（８９）と、
トラクション制御ユニット（ＴＣＵ）（１０６）とを備え、このトラクション制御ユニットが、前記モータ／発電機（１０２）に接続される発電制御のための整流器／インバータ回路（１１２，１１４）と、前記モータ／発電機の加速、減速および定常状態運転のために前記整流器／インバータ回路を制御する制御盤（１０８）とを含むことを特徴とするエネルギー貯蔵システム。
【請求項６】
請求項５に記載のエネルギー貯蔵システムにおいて、
前記ＴＣＵがさらに、前記制御盤からの信号に応答して、同期運転のために前記モータ発電機の前記電力供給レールへの直接接続により、前記整流器インバータ回路を選択的にバイパスさせる反転バイパスコネクタ（１３０）を備えることを特徴とするエネルギー貯蔵システム。
【請求項７】
請求項４に記載のエネルギー貯蔵システムにおいて、
前記整流器／インバータ回路が、第１ユーティリティ側整流器／インバータ（１１２）と、第２モータ／発電機側整流器／インバータ（１１４）とを備え、前記制御盤がさらに、前記送電網に対するＶＡＲ調節のために、前記ユーティリティ側整流器／インバータの無効電力（１５４）を制御するための手段を備えることを特徴とするエネルギー貯蔵システム。
【請求項８】
請求項４に記載のエネルギー貯蔵システムにおいて、
前記制御システムが、レギュレーションアップまたはレギュレーションダウンのために、ユーティリティ信号に応答して、システム内の電圧調節を信号で伝達する手段を含み、各シャトルユニットのＴＣＵが、非同期運転のために、前記制御システムからの調節信号に応答することを特徴とするエネルギー貯蔵システム。
【請求項９】
請求項８に記載のエネルギー貯蔵システムにおいて、
前記相互接続トラックが、複数の発電トラック（１４ａ，１４ｂ）および少なくとも１の帰還トラック（１６ａ）を有し、前記複数の発電トラックの少なくとも一つが、前記制御システムによる電圧調節の信号の伝達に応答して、少なくとも１の選択されたトラック上のシャトルユニットの非同期運転のために選択されることを特徴とするエネルギー貯蔵システム。
【請求項１０】
請求項１に記載のエネルギー貯蔵システムにおいて、
前記一体的な移動機構が、
回動ピン（５６）により各シャトルユニットの第１台車（５４）から延びる支柱（５２）に第１端部で取り付けられるレバーベース（５０）と、
前記レバーベースに第２端部近傍で取り付けられるとともに、前記シャトルユニットの第２台車（６０）に取り付けられる折り畳み式のヒンジ（５８）とを備え、
前記ヒンジが、前記シャトルユニットが選択された塊体の下方で自由に走行できる前記レバーベースの第１折畳み位置から、前記レバーベースを持ち上げる第２伸張位置へと移動可能であり、この第２伸張位置で、前記塊体が保管位置から持ち上げられることを特徴とするエネルギー貯蔵システム。
【請求項１１】
請求項１に記載のエネルギー貯蔵システムにおいて、
前記一体的な移動機構が、
複数の油圧ラム（８０）と、
シャトルユニットの中央に配置される回転係合テーブル（８７）を含む油圧リフト（８６）とを備え、
前記リフトが、保管位置から塊体を持ち上げるために、第１位置から第２位置に伸張することができ、前記油圧ラムが、前記係合テーブルを回転させて、塊体をシャトルユニットに対して長手方向に位置合わせするために、第１位置から第２位置に移動することができ、前記リフトが、前記第１位置に後退することができ、
前記リフトがさらに、前記係合テーブル上の塊体とともに前記第１位置から前記第２位置に伸張することができ、前記油圧ラムが、前記シャトルユニットに対して横に塊体を向けるために、前記第２位置から前記第１位置に移動可能であり、前記リフトが、保管位置に塊体を載せるために、前記第１位置に後退することができることを特徴とするエネルギー貯蔵システム。
【請求項１２】
請求項１に記載のエネルギー貯蔵システムにおいて、
第１の複数のシャトルユニットに選択的に係合される第２の複数の非動力シャトル（２２’）をさらに備えて、動力および非動力のシャトルユニットを有する編成（２０）を形成することを特徴とするエネルギー貯蔵システム。
【請求項１３】
公共事業規模のエネルギー貯蔵を行う方法において、
上部および下部貯蔵場を備えるレールシステムであって、前記上部および下部貯蔵場を接続する相互接続トラックと、システム内のトラックルーティングを設定するための複数の制御要素とを有するレールシステムを提供するステップと、
支持車輪に相互に連結される電気モータ／発電機を有する複数のシャトルユニットであって、塊体を積み降ろし可能に運ぶための支持構造部および一体的な移動機構を有するシャトルユニットを提供するステップと、
前記レールシステムを送電網に接続するステップと、
エネルギー貯蔵のコマンドを受信したときに、前記下部貯蔵場内の選択された貯蔵トラックから塊体をそれぞれ積載するために、前記複数のシャトルユニットの選択されたセットを制御するステップと、
前記貯蔵トラックを発電トラックに接続するステップと、
各シャトルユニットの前記モータ／発電機を駆動して、前記上部貯蔵場への前記発電トラックで塊体を運び上げるステップと、
前記上部貯蔵場内の選択された貯蔵トラックに塊体を降ろすために、シャトルユニットの選択されたセットを制御するステップと、
エネルギー返還のコマンドを受信したときに、前記上部貯蔵場内の選択された貯蔵トラックから塊体をそれぞれ積載するために、シャトルユニットの選択されたセットを制御するステップと、
前記貯蔵トラックを発電トラックに接続するステップと、
各シャトルユニット上の前記モータ／発電機の制動を行って、前記下部貯蔵場への発電トラックで塊体を運び降ろすステップと、
前記下部貯蔵場内の選択された貯蔵トラックに塊体を降ろすためにシャトルユニットを制御するステップとを備えることを特徴とする方法。
【請求項１４】
請求項１３に記載の方法において、
前記レールシステムを送電網に接続するステップが、
前記レールシステムのトラックと関連する電力供給レールを含むトラックサイドの発電システムを提供するステップを含み、
前記複数のシャトルユニットを提供するステップがさらに、
前記モータ発電機に電力を与える整流器／インバータ回路を有するシャトルユニットを提供するステップを含み、
前記モータ／発電機を駆動するステップがさらに、
前記モータ発電機を同期運転速度に加速するステップと、
前記整流器／インバータ回路をバイパスするステップと、
同期運転のために、前記モータ／発電機を前記供給レールに直接的に接続するステップとを備えることを特徴とする方法。
【請求項１５】
請求項１４に記載の方法において、
レールシステムを提供するステップが、
前記上部および下部貯蔵場の中間に複数の発電トラックを提供するステップを含み、
前記モータ／発電機を駆動するステップがさらに、
非同期運転のために、少なくとも１の発電トラックを選択するステップと、
前記送電網に供給される電力または前記送電網から蓄えられる電力のトリミングおよびレギュレーションアップまたはレギュレーションダウンのために、前記少なくとも１の発電トラックを横断するシャトルユニット上の前記モータ発電機を制御するステップとを備えることを特徴とする方法。
【請求項１６】
請求項１５に記載の方法において、
システム内のすべてのトラックにおける電力供給レールを相互接続するステップと、
前記相互接続された電力供給レールを介して帰還するシャトルユニットに対して電力を補償することにより、前記送電網に電力を供給する間に、レギュレーションダウン中の過渡制御のために前記モータ／発電機から電力を吸収するステップと、
発電モードの帰還するシャトルユニットからモータモードのシャトルユニットに電力を与えるステップとをさらに備えることを特徴とする方法。
【請求項１７】
請求項１３に記載の方法において、
複数のシャトルユニットを提供するステップがさらに、
前記モータ発電機に電力を与える整流器／インバータ回路を有するシャトルユニットを提供するステップを含み、当該方法がさらに、
前記送電網に対するＶＡＲ制御調節のために前記整流器／インバータ回路の無効電力を制御するステップを含むことを特徴とする方法。
【請求項１８】
請求項１４に記載の方法において、
トラックの傾斜の変化に応じて、動力が与えられる選択軸を変えることにより、同期が維持されることを特徴とする方法。
【請求項１９】
公共事業規模の補助的サービスを行う方法において、
上部および下部貯蔵場を備えるレールシステムであって、前記上部および下部貯蔵場を接続する複数の相互接続トラックと、システム内のトラックルーティングを設定するための複数の制御要素とを有するレールシステムを提供するステップと、
支持車輪に相互に連結される電気モータ／発電機を有し、塊体を運ぶ複数のシャトルユニットを提供するステップと、
前記レールシステムを送電網に接続するステップと、
補助的サービスのコマンドを受信したときに、前記補助的サービスのコマンドの実現のために、前記送電網と相互に作用するように、無効電力、加速および減速について、前記複数のシャトルユニットの選択されたセットを制御するステップとを備えることを特徴とする方法。
【請求項２０】
請求項１９に記載の方法において、
前記補助的サービスのコマンドがＶＡＲコマンドであり、
複数のシャトルユニットを提供するステップがさらに、
前記モータ発電機に電力を与える整流器／インバータ回路を有するシャトルユニットを提供するステップを含み、当該方法がさらに、
前記送電網に対するＶＡＲ制御調節のために前記整流器／インバータ回路の無効電力を制御するステップを含むことを特徴とする方法。
【請求項２１】
請求項１９に記載の方法において、
前記補助的サービスのコマンドがレギュレーションアップ／レギュレーションダウンのコマンドであり、当該方法がさらに、
非同期運転のために、少なくとも１の発電トラックを選択するステップと、
前記送電網に供給される電力または前記送電網から貯蔵される電力のレギュレーションアップまたはレギュレーションダウンのために、前記少なくとも１の発電トラックを横断するシャトルユニット上の前記モータ発電機を制御するステップとを備えることを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に電力貯蔵および発電に関する。より詳細には、本発明は、上部および下部貯蔵施設間で積み降ろし可能な塊体を運ぶ電気駆動レール編成（ここでは、編成は、複数の車両要素として定義される）を利用する位置エネルギーの貯蔵システムであって、編成に送電網電力を使用して下部貯蔵施設から上部貯蔵施設に塊体を移送することにより位置エネルギー貯蔵を行うとともに、上部貯蔵施設から下部貯蔵施設への塊体の移送中における編成の電磁気的な回生制動により、位置エネルギーの回収および送電網への返還を行い、さらに、変動および無効電力サポートおよびレギュレーションアップおよびダウントリミング能力を含む補助的サポートを有する位置エネルギー貯蔵システムを提供するものである。
【０００２】
［関連出願の参照］
本出願は、発明の名称を「ＵＴＩＬＩＴＹ  ＳＣＡＬＥ  ＥＬＥＣＴＲＩＣ  ＥＮＥＲＧＹ  ＳＴＯＲＡＧＥ  ＳＹＳＴＥＭ」、発明者をＷｉｌｌｉａｍ  Ｒ．ＰｅｉｔｚｋｅおよびＭａｔｔ  Ｂｒｏｗｎとする２００９年８月１１日に出願された米国仮特許出願第６１／２３３，０５２号の優先権を主張する。この出願の開示内容は、引用により本明細書に援用されるものである。
【背景技術】
【０００３】
電力網は、近年益々複雑化し、電力供給と電力消費のマッチングが、操業中の安定性を維持する上で重要な要素となっている。この問題は、電力生産の一致性に関する固有の問題を有する風力および太陽光のような代替的なエネルギー源の追加によって、より複雑化している。日負荷シフトや、周波数調整、電圧制御、スピンニングリザーブ、非スピンニングリザーブおよび自力起動を含む電力品質サービスに対する要求の増加により、電力網の一部として公共事業規模のエネルギー貯蔵の必要性に迫られている。現在のところ、米国のエネルギー貯蔵電力条件が、負荷シフトについては２００，０００ＭＷに接近し、電力品質サービスについては２０，０００ＭＷを超えるものと推測される。
【０００４】
電気エネルギー貯蔵は、電池技術、コンデンサ貯蔵システム、フライホイールのような運動エネルギー貯蔵システムまたは位置エネルギー貯蔵システムを使用して達成することができる。リチウムイオン電池用の電池技術、フロー電池および充電式ナトリウム硫黄電池（ＮａＳ）は、改善してきているが、典型的には、５０ＭＷ以下の範囲の推定性能しか提供することはない。同様に、手頃な規模の容量性貯蔵システムは、１乃至１０ＭＷの性能しか提供することはない。また、フライホイール貯蔵システムも、物理的サイズおよび構造材料の制約により、一般に２０ＭＷ未満に制限されている。
【０００５】
従来の位置エネルギー貯蔵デバイスは、重力に抗して重量を持ち上げる機械的リフティングデバイスからなり、揚水発電は、重力に抗して上に汲み上げられた水の形態でエネルギーを貯蔵する方法である。機械的リフティングデバイスは、その高さが数百フィートに限られており、このため、相当量の電気エネルギーを貯蔵するには、大量の質量を必要とする。これは、非常に大きなコストを生じ、それらデバイスを高価で不経済なものとする。揚水発電では、低い位置の貯蔵部から高い位置に水が汲み上げられた後、要求に応じて、貯蔵された水がタービンを通って放出されて、蓄えられたエネルギーが電気に変換される。そのようなシステムの往復貯蔵サイクルの効率損失は、一般的に、２５％の範囲にあり、許認可、建設および運転に関する問題が、揚水発電の実施を困難なものにしている。そのようなシステムを構築するのに１０年間以上かかる可能性がある。
【０００６】
このため、高効率で、設置および資本投資条件が低減された、１００乃至２，０００ＭＷの発電範囲の性能を有する位置エネルギー貯蔵を提供することが望ましい。
【発明の概要】
【０００７】
本明細書に開示の実施形態は、高効率で、公共事業規模のエネルギー貯蔵システムを提供するものである。大きな塊体（masses）が、エネルギーを貯蔵するために、上り坂を移送され、それを放出するために、下り坂を移送される。電化された鋼製の路線網は、電動シャトルユニットによって、異なる高度を有する２つの貯蔵場間で塊体を往復させる。シャトルユニットは、モータ・発電機を含み、編成（consists）に組み合わされて、自動制御システムにより運転される。例示的な実施形態は、上部および下部貯蔵場を備えるレールシステムであって、上部および下部貯蔵場を接続する相互接続トラックと、システム内のトラックルーティングを設定するための複数の制御要素とを有するレールシステムを備える。シャトルユニットは、支持車輪に相互に連結される電気モータ／発電機を有し、塊体を積み降ろし可能に運ぶための支持構造部および一体的な移動機構を含む。シャトルユニット上のモータ／発電機は、送電網に相互接続されている。送電網、シャトルユニットおよびレールシステムの制御要素に接続された制御システムは、送電網が余剰電力を有するときに、エネルギーを蓄える第１制御シーケンス（first control sequence）を実行し、追加的な電力が必要とされるときに、送電網にエネルギーを提供する第２制御シーケンス（second control sequence）を実行する。第１制御シーケンスは、選択されたシャトルユニットに、下部貯蔵場にある塊体を取り出させるとともに、モータ／発電機を、送電網から電力を引き出して選択されたシャトルユニットを下部貯蔵場から上部貯蔵場に駆動するモータとして使用し、また、制御要素は、シャトルユニットのルートを決めるように構成され、シャトルユニットは、その後、上部貯蔵場において塊体を降ろす。第２制御シーケンスは、選択されたシャトルユニットに、上部貯蔵場にある塊体を取り出させるとともに、モータ／発電機を、上部貯蔵場から下部貯蔵場への選択されたシャトルユニットの回動制動により送電網に電力を供給する発電機として使用し、また、制御要素は、選択されたシャトルユニットのルートを決めるように構成され、シャトルユニットは、その後、下部貯蔵場において塊体を降ろす。
【０００８】
例示的な実施形態では、塊体が、貯蔵場トラックに架け渡される上部および下部貯蔵場に保管され、各シャトルユニットが、選択された塊体の下方に受け入れられる。移動機構は、各シャトルユニット上の構造部により運ばれて、積載状態で回転を提供するために、保管されるときに塊体の下方で受け取られる支持要素を備える。
【０００９】
例示的な実施形態では、変電所が、高圧電力を受信するために、送電網に接続され、トラックサイドの配電システムが、変電所に接続され、変圧器が、選択された間隔で配電システムに接続されている。電力供給レールは、変圧器に接続され、各電力供給レールが、レールシステム内のトラックと関連する。各シャトルユニットは、電力供給レールに接続するための接触器と、トラクション制御ユニット（ＴＣＵ：traction control unit）とを含む。ＴＣＵは、モータ／発電機に接続される出力制御のための整流器／インバータ回路と、モータ／発電機の加速、減速および定常状態運転のために整流器／インバータ回路を制御する制御盤とを含む。第１ユーティリティ側整流器／インバータ回路と、第２モータ／発電機側整流器／インバータ回路が用いられ、制御盤は、送電網に対するＶＡＲ（volt-ampere-reactive）調節のために、ユーティリティ側整流器／インバータ回路の無効電力を制御する。
【００１０】
ある実施形態では、反転バイパスコネクタ（reversing bypass connectors）が、シャトルユニットの加速／減速の後の同期運転のために、選択された接続発電トラック上のシャトルユニット用のモータ発電機を電力供給レールに直接接続することで、整流器インバータ回路を選択的にバイパスさせるために、制御盤からの信号に応答する。レギュレーションアップまたはレギュレーションダウンのためのユーティリティ信号に応答するシステム内の電圧調節は、非同期運転で、各シャトルユニットにおいて行われる。
【００１１】
開示の実施形態は、送電網に接続されたシャトルユニットおよびレールシステムを使用して、ユーティリティ規模の補助的サービス（ancillary services）を行う方法を可能にする。補助的サービスのコマンドを受信したときに、補助的サービスのコマンドの実現のために、無効電力、加速および減速について、シャトルユニットの選択されたセットが制御されて、送電網との遣り取りが行われる。補助的サービスのコマンドがＶＡＲコマンドである場合には、整流器／インバータ回路を有し、モータ発電機に電力を与えるシャトルユニットが、送電網に対するＶＡＲ制御調節のために整流器／インバータ回路の無効電力を制御する。補助的サービスのコマンドが、レギュレーションアップ／レギュレーションダウンのコマンドである場合には、非同期運転のために、接続トラックにおいて、少なくとも１の発電トラックが選択され、送電網に供給される電力または送電網から貯蔵される電力のレギュレーションアップまたはレギュレーションダウンのために、選択された発電トラックを横断するシャトルユニット上のモータ発電機が制御される。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、本エネルギー貯蔵システムの一実施形態の概略斜視図である。
【図２】図２は、図１に記載のエネルギー貯蔵システムに利用可能な複数のシャトルユニットおよび貯蔵塊体を有する動作中の編成の例示的な第１実施形態の斜視図である。
【図３】図３は、移送のために塊体を係合して持ち上げている第１実施形態の一シャトルユニットの側面図である。
【図４】図４は、移送のために塊体との係合位置に配置される図３のシャトルユニットの側面図である。
【図５】図５は、シャトルユニットおよび貯蔵塊体の例示的な第２実施形態を有する動作中の編成の斜視図である。
【図６】図６は、塊体が移送位置にある第２実施形態の一シャトルユニットの側面図である。
【図７】図７Ａは、図６のシャトルユニットの端面図である。図７Ｂは、シャトルユニットおよびトラックサイドの構成要素の部分的な斜視側面図である。
【図８】図８は、第２実施形態の一シャトルユニットの斜視図で、塊体が貯蔵のために回転遷移状態にある。
【図９】図９は、第２実施形態のシャトルの端面図で、塊体が貯蔵のために回転されている。
【図１０】図１０Ａは、図６に規定されるシャトル上の塊体操作用の回転支持システムの詳細等角図である。図１０Ｂは、駆動軸とともに使用する例示的な変速機の断面図である。
【図１１】図１１Ａは、エネルギー貯蔵システムの一実施形態で用いられる例示的なマルチトラック発電および帰還レイアウトの絵画図である。図１１Ｂは、エネルギー貯蔵システムの例示的な上部貯蔵場レイアウトである。図１１Ｃは、例示的な下部貯蔵場レイアウトである。図１１Ｄは、補助的な上部および下部貯蔵場の拡張のための例示的なレイアウトである。
【図１２】図１２は、システムの一実施形態のためのトラックサイド電力の概略図である。
【図１３Ａ】図１３Ａは、エネルギー貯蔵システムの開示の実施形態のための例示的な運転シナリオのフローチャートである。
【図１３Ｂ】図１３Ｂは、エネルギー貯蔵システムの開示の実施形態のための例示的な運転シナリオのフローチャートである。
【図１３Ｃ】図１３Ｃは、エネルギー貯蔵システムの開示の実施形態のための例示的な運転シナリオのフローチャートである。
【図１３Ｄ】図１３Ｄは、エネルギー貯蔵システムの開示の実施形態のための例示的な運転シナリオのフローチャートである。
【図１４】図１４は、システムの一実施形態のためのシャトルユニット電力の概略図である。
【図１５Ａ】図１５Ａは、シャトルユニット電力コントローラの動作特徴のフローチャートである。
【図１５Ｂ】図１５Ｂは、システムによるＶＡＲサポートのための例示的な動作のフローチャートである。
【図１５Ｃ】図１５Ｃは、システムによるレギュレーションアップまたはレギュレーションダウンのための例示的なトリミング動作のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
ここで、様々な実施形態のより詳細な説明のために図面を参照すると、図１は、上部貯蔵場１０、下部貯蔵場１２および連結トラック１４および１６を有する先進レールエネルギー貯蔵（ＡＲＥＳ）システムの実施形態を示している。図１には単一の発電および帰還トラックしか示されていないが、後でより詳細に説明するように、システム要求に応じて、複数のトラックを用いるようにしてもよい。大きな塊体１８は、電動式の編成２０により貯蔵場１０および１２間を運ばれて、エネルギーを貯蔵または放出する。編成は、トラック１４，１６により形成される鋼製の電化路線網２４上に１またはそれ以上のシャトルユニット２２を有する複数ユニット要素である。空のシャトルユニット（符号２２’で示される）は、鋼製の電化路線網２４で戻される。鋼製の路線網は、複数の連結トラックのセットを包含し、積載したシャトルユニットおよび空のシャトルユニットの双方向の移動が可能となっている。貯蔵または放電の期間中、電動式のシャトルユニットの編成の連続的な流れにより、貯蔵場間で塊体が搬送される。鋼製の路線網は、局所的な電力網に、配線２６を介して接続され、この配線は、変電所２８に接続されるとともに、トラックサイドのＡＣ配電線３０および変圧器３２を介して分配されており、それらは、後でより詳細に説明するように、電力供給レールまたは“第３のレール”に対して約１０６０フィート間隔で電力相互接続を提供し、それは、電力伝送中の抵抗損失を回避するために、その長さ方向に沿ってアルミニウムまたは銅などの高導電材料の構成要素を包含する。路線網は、シャトルユニットのために、貯蔵および修理要素３５を含むことができる。
【００１４】
各編成２０における選択された数のシャトルユニット２２は、電動式のミュール（mules）またはスラグ（slugs）として電力が供給されて、後でより詳細に説明するように、自動制御システム３４によって制御される。各電動式ミュールは、ディーゼル電気機関車で現在使用されるものに相当する下部台車を利用し、これは、下部貯蔵場から上部貯蔵場まで塊体を運ぶ走行用モータとして、あるいは上部貯蔵場から下部貯蔵場まで塊体を運ぶ間の発電ブレーキのための発電機として、可逆電気モータ・発電機を使用する。本出願では、車輪に動力を供給する電気走行用モータ・発電機が、モータモードにおいて上り坂で塊体を引き上げる間に、潜在的なエネルギーを蓄え、下り坂で塊体を低い位置に移動させる間に、発電ブレーキモードにおいて、発電によりエネルギーを伝える。本明細書に記載の例示的な実施形態においては、シャトルユニットが、発明の名称を“Ｓｅｌｆ−Ｓｔｅｅｒｉｎｇ  Ｒａｄｉａｌ  Ｂｏｇｉｅ”とする２０１０年１月２１日に公開された米国特許出願公開ＵＳ２０１０／００１１９８４Ａ１に記載されるように、Ｅｌｅｃｔｒｏ−Ｍｏｔｉｖｅ  Ｄｉｅｓｅｌ社により製造される３軸ラジアル台車のような標準的な鉄道ボギー台車を用いる。各台車は、ＡＲＥＳシステム路線網の鋼製のレールと係合する複数の車輪を備え、共通の運搬鉄道線路との互換性のために標準的なレール軌間を有している。
【００１５】
図１および図２に示す実施形態は、台車３６を有するシャトルユニット２２を示しており、その各々が、路線網のレール３９上に乗る複数の車輪３８を備えている。各シャトルユニットは、後で詳細に説明するように、塊体１８を運ぶ支持構造部を含む。塊体は、コンクリート（鉄筋および／またはポストテンションコンクリート、またはタコナイトのような鉱石材料から形成される鉄筋および／またはポストテンション重量コンクリートなど）、または高強度プラスチック、金属、木材などのような十分に堅くて強いその他の材料から形成することができる。塊体は、鉄筋コンクリートのような基材または中空体から作り上げられて、好ましくは現場掘削中に生じた、泥、岩、水、湿った砂、湿った砂利、湿った玄武岩、鉄鉱石またはその他の十分に高密度の物質のような負荷（burden）４２により満たされた固形物とすることができる。例示的な実施形態においては、各塊体は、高さ１７フィート、幅１７フィート、長さ１９．５フィートの外寸を有するプレキャスト、ポストテンションまたは鉄筋コンクリートパネルから構成される鉄筋コンクリートコンテナである。塊体の側壁および底は、１８インチの厚さで、５，６３６立方フィートの全容積を持つ。約１５０ポンド／立方フィートでコンテナ材料と同様の密度を有する負荷により、各塊体の全重量は、４２４トンに接近する。各塊体は、塊体の重量または重心を調整する必要がある場合や、塊体の密度を調整するために貯蔵媒体を湿らせることが望ましい場合に、収容した材料を水または空気注入で流動化して、それらの層面内容物を容易に除去または交換できるようにするために、チューブのマニホールドが設けられている。
【００１６】
シャトルユニット２２は、後で詳細に説明するように、貯蔵場トラックで架け渡された上部および下部貯蔵場に貯蔵される充填済み塊体の下方で走行することができるように薄型である。図３および図４に示すように、第１の実施形態の貯蔵移動機構（storage transfer mechanism）は、シャトルユニット２２の第１台車５４から延びる支柱５２に第１端部が回動ピン５６で取り付けられたレバーベース５０を含む。折り畳み式のヒンジ５８は、レバーベースを第２端部の近傍でシャトルユニットの第２台車６０に取り付ける。図４に示すようにレバーベース５０の折り畳み位置においては、シャトルユニット２２が塊体１８の下で自由に走行することができる。図３に示すように、油圧ラム６１で折り畳み式ヒンジ５８を延ばしてレバーベース５０を持ち上げることにより、図３および図４に示す載置ピア６２または図２に示す一体型脚支持部６４から塊体が持ち上げられる。この操作は、塊体の積み降ろしを行うために、上部および下部貯蔵場で可逆的に繰り返される。図示の実施形態においては、レバーベースが、降下位置にあるときにピン／支柱取付部において第１端部の隙間を持たせるために、弓形に形成されている。塊体を持ち上げるときに与えられる圧力により、レバーベースの付随する矯正でレバーベースの梁構造のプレストレスを行うことは、塊体が降ろされて折り畳まれた状態において、必要な弓形を与える。レバーベース上の係合ピン６６は、折り畳み式のヒンジを伸張させるときにレバーベース上の動きに対して塊体を固定するために、塊体１８の係合起伏６８に受け入れられる。
【００１７】
図３および図４の実施形態においては、ピア６２が、４つの矩形状の塊体の支持に対応するように配置され、各塊体が、対応するピアの各コーナーで支持されている。代替的な実施形態では、Ｋレール（K-rails）または同様の直立支持要素が、アライメント公差条件を低減するために用いられている。図２に示す自立脚部の実施形態では、塊体のグランドレベルの支持を有することにより、メンテナンスのために、貯蔵場の貯蔵トラック６５のレール３９にアクセスすることが可能となる。同様に、Ｋレール、可動支持ピアまたは同様の可動支持構造部の使用により、メンテナンスのためのアクセスが可能になる。
【００１８】
シャトルユニットを塊体の下方で走行できるようにすることにより、貯蔵場において、正確に、個々の塊体を順次ピックアップして置くことが可能になる。これにより、ＡＲＥＳシステムが、貯蔵場において個々の塊体を互いに接近させて置くことが可能になり、貯蔵目的に必要な電化鉄道網の長さを大幅に短縮することができる。また、この特徴により、個々の塊体が、電気シャトルユニット上により大きな空間を持つことが可能となって、それにより移動中の塊体毎に多車輪の台車を与えることができ、その結果、多くの貯蔵トラックを必要としないより重い塊体の全体移送能力を生じさせることが可能になる。そのため、システム全体のエネルギー貯蔵密度および経済的実行可能性が大幅に改善される。
【００１９】
編成の第２の実施形態は、図５に示すようなシャトルユニットおよび搬送塊体を用いる。この実施形態では、各編成７０が４台のシャトルユニット７２を包含する。この例示的な実施形態では、編成中のシャトルユニットの２台が、後で詳細に説明するように、電動式のミュールであり、２台のシャトルユニットは動力を使用しない。塊体７４は、後で詳細に説明するように、水平断面が矩形状であり、塊体のフットプリントがシャトルユニットの構造部により周辺で支持されるものとすることができる。図６および図７Ａに示すように、各塊体７４は、路線網内の移送のためにシャトルユニット７２上で縦方向に運ばれる。図示の実施形態においては、各シャトルユニットが、支持構造部７８を搭載した２台の３軸ラジアル台車７６を用いている。これにより、１軸当たり約５０トンの許容積載量が可能になる。各シャトルユニットは、後でより詳細に説明する貯蔵移動機構を包含し、これは、図８に示すように、塊体７４を持ち上げて、横または横断方向に回転させることを可能にする。図９に示すように完全に回転されるとき、塊体は、貯蔵トラック６５に対して垂直となり、ピアまたは支持レール７６上に支持される移動機構により降下される。先の実施形態に関連して説明したように、塊体貯蔵用の支持レールとして用いられる可動Ｋレールにより、簡易メンテナンスのために、貯蔵場トラックへの負担の無いアクセスを行うことが可能になる。Ｋレールは、交通障壁として一般に使用されている。図示の実施形態においては、Ｋレールは断面において、その下端で約６フィートの幅を有し、上端で２フィートの幅に狭まる。各支持レールの上面は、強化ゴムクッション材の層である。支持レールは、砕石一次砂利にトラックサイドで敷き詰められる。
【００２０】
第１の実施形態と同様に、上述した例示的な大規模ＡＲＥＳシステムの位置エネルギーは、約１４，０００の塊体に蓄えられ、各々が約２４０トンの重量を有し、各塊体が、高さ１３フィート、幅３９フィート、（トラック）長さ６．６フィートの外寸を有するプレキャスト、ポストテンションまたは鉄筋コンクリートパネルで構成された鉄筋コンクリートコンテナとなっている。塊体の側壁および底は、約１８インチの厚さで、３，３５０立方フィートの全容積を持つ。各塊体の容積は、特定の位置に応じて、望ましくは現場掘削中に生じた、砂に敷き詰められた玄武岩のような重い岩で満たされることとなり、この材料の混合物が、立方フィート当たり約１４３ポンドの重量を与えることとなる。コンクリートコンテナ構造体の重さも、立方フィート当たり約１４３ポンドである。塊体は、可動鉄筋コンクリート支持レール上の貯蔵トラックに対して垂直に保持され、支持レールは、貯蔵場においてトラックと平行となり、それにより空間要求を最小化し、前述したように、シャトルユニット上への迅速な載荷を促進する。各塊体には、塊体の重量または重心を調整する必要がある場合や、塊体の密度を調整するために貯蔵媒体を湿らせることが望ましい場合に、収容する材料を水または空気注入で流動化して、それらの敷き詰めた内容物を容易に除去または交換できるようにするために、チューブのマニホールドを設けることができる。代替的な実施形態では、塊体が、材料の結合層から構成され、複数層またはセクションでの塊体のクレーン除去または搬送が可能となっている。貯蔵トラックで垂直な貯蔵を可能にするそれら塊体の非常に矩形の態様は、所与の能力のＡＲＥＳシステムに必要な何マイルもの貯蔵トラックを大幅に短縮するとともに、積載されて移動しているときに、シャトルユニットの極慣性モーメントを大幅に低減し、それにより信頼性を改善して、車輪の摩耗を低減することができる。第２の実施形態の矩形の塊体は、限られた交換貨物取扱業務のためのＡＲＥＭＡ（米国鉄道工学及び保線協会）寸法に適合するようにサイズ設定することができ、それによりＡＲＥＳ施設で使用するための空の塊体コンテナのレールによる発送が可能になる。
【００２１】
図１０Ａを参照しながら図５に戻ると、４台のシャトルユニット編成７０の各シャトルユニット７２には、編成上の油圧ポンプ８２により動力が供給されて、サーボソレノイドまたはその他の一般的な制御デバイスにより作動される複数の油圧ラム８０を用いた移動機構が設けられている。油圧ポンプは、第３レールから電力を取り込む。また、移動機構は、塊体の重さおよび動作中に発生する任意のチッピングモーメントに対応するように必要に応じてサイズ設定された、支持構造部７８に含まれる縦方向の構造要素８８および横方向の構造要素９０によって支持されるシャトルユニットの中央に位置する、塊体が載置される回転係合テーブル８７を組み込んだ油圧リフト８６も含む。
【００２２】
編成が最初の塊体をピックアップするために配置されるとき、リフトが作動し、係合テーブルが持ち上げられて、塊体が支持レールからクリアランス高さまで持ち上げられる。その後、２番目の塊体がピックアップのために第２シャトル上に配置されるまで、編成が貯蔵された塊体から離れる。２番目の塊体が持ち上げられている間、塊体がトラックに対して平行になるまで、最初の塊体および係合テーブルが油圧ラム８０によって回転される。その後、塊体が、シャトルユニットの２台の台車上の支持構造部７８へと降下される。この動作は、編成の第３および第４シャトルユニット上に塊体を積載するために繰り返される。それにより、編成の発電レールへの送り出しの準備が整う。
【００２３】
到着貯蔵場で塊体を降ろすのは、上述したプロセスを逆転させることにより達成される。編成は、貯蔵トラックに入り、最後の塊体が持ち上げられて、貯蔵支持Ｋレール上でのスペース縮小配置のために縦向きの状態から横向きの状態に回転される。編成が最初の塊体を置くために前進するとき、編成内の隣接する塊体が持ち上げられて回転され、その後、支持レールへと順次降ろされる。このステップは、編成上の３番目および４番目の塊体について繰り返され、その後、編成が、貯蔵された塊体の列の下方を通り、次いで、元の貯蔵場への帰還トラックに移行するために解放される。
【００２４】
図１１Ａは、発電および帰還トラックシステムの初めのトラックセクションの例示的な実施の詳細を示している。各ＡＲＥＳシステム施設の特定の構成要素は、その目的とする貯蔵および発電能力、上部および下部貯蔵場間の高度差や、勾配によって、異なるものとなる。上部および下部貯蔵場間に３，６００フィートの高度差を有し、７．５％の置き場間の平均勾配を有するＡＲＥＳ施設は、８０００ＭＷｈの正味エネルギー貯蔵を提供しながらも、１，０００ＭＷで充電または放電することができる。そのような例示的な実施形態は、次の固定要素を組み込むことができる。
【００２５】
２本の発電トラック１４ａおよび１４ｂと、２本の帰還トラック１６ａおよび１６ｂと、１本の予備トラック１７とから構成される５本の平行な電化メイントラックは、何れかのモードで作動させることができ、各メイントラックは、約８．１マイルの長さを有し、上部および下部貯蔵場を接続する。代替的な実施形態では、発電要求に適合するように、ＡＲＥＳシステムのサイジングのために、追加の発電および帰還トラックを用いることができる。４本の発電トラックおよび２本の帰還トラックを使用する実施形態では、メイントラックが、２０３またはそれ以上の編成を、連続運転で充電または放電および帰還させる能力を与える。発電トラック上の編成の運転速度は、後述するように、同期運転において電動式のシャトルユニットのオンボード発電システムにより、約３５ｍｐｈとされるが、電力出力または入力の変動に対して、その他の所望の速度で制御することもできる。同期制御速度は、非常に効率的なセービングで、シャトルユニット上の走行用モータ／発電機とＡＣトラックサイドシステムとの間の直接的な接続を可能にする。帰還トラック上の空の編成速度は、システム内の編成の総数の関数となるが、大凡の帰還速度は、６０乃至７０ｍｐｈとなるであろう。この配置構成では、発電トラックの全長の約１４パーセントが移動中の編成により占有され、それらは、４本のトラックが充電／放電に、２本が編成の帰還に用いられる場合、移動中に約１，３００フィートの間隔が空けられる。上部および下部貯蔵場間の６本の運転トラックの結合長さは、４８．６マイルである。システムメンテナンスを可能とし、運転の信頼性を向上させるために必要に応じて、予備トラックを発電トラックまたは帰還トラックの何れかに置換することができる。発電、帰還および予備トラックはすべて、何れかの能力において完全に機能することができるとともに、互いに置き換えることができ、日常的なトラックのメンテナンスおよびトラック摩耗の均等な分配中にローテーションさせることができる。
【００２６】
例示的な実施形態において、図１１Ｂおよび図１１Ｃには、上部貯蔵場１０および下部貯蔵場１２が示され、その各々が約１６本の長さ１．２マイルの貯蔵トラック６５を有している。各貯蔵場は、長さ約１．７マイル、幅８００フィートであり、余分な長さが、個々の貯蔵トラックを台形のフットプリントにずらして配置させることが可能であり、それにより各トラックの始めと終わりとで切替が可能となっている。多数の相互接続線およびスイッチは、貯蔵場の外に進む積載した編成が、上述したように間隔を空けて７．４秒毎にメイントラックの１つに動き始めることができるように構成されている。多数の絶縁された電力供給レール８４は、前述したように、メイントラック、予備トラックおよび貯蔵場トラック上で動作する編成中のミュールシャトルユニットにトラックサイドＡＣ電力を与える。これら電力供給レールは、適当な間隔で、トラックサイドの２，３００Ｖ  ＡＣ配電システムに接続され、このシステムは、貯蔵場における運転中、メイントラック上で発電または放電中に、編成にまたは編成から、電力を伝える。図７Ａは、電力供給レール８４と、編成中の電動式ミュールの構造部に取り付けられた関連する接触器８９のための例示的な構成を示している。図示の実施形態においては、三相構成の供給レールを支える直立支持部９１が示されている。代替的な実施形態では、シャトルユニット上の適当なＡＣ電力変換器により、３ｋＶのＤＣ電力供給レールを介してシャトルユニットにまたはシャトルユニットから、トラックサイド電力が供給される。
【００２７】
故障の場合の迅速な配備のために、貯蔵場への迅速アクセスを有する予備の編成を与えることが適切と考えられる場合に、追加の貯蔵トラックを含ませることができる。適当と考えられる追加的な塊体を予備として保持するために提供するようにしてもよい。予備のシャトルユニットおよび予備の塊体を、同じバックアップの側線上に保管するようにしてもよい。ＡＲＥＳ施設から一般鉄道線路へのアクセスを提供するため（最初の建設、シャトルユニットの搬送、メンテナンスおよび修理アイテムの搬送を容易にするため）に、支線トラック９３（図１１Ａに示される）が設けられている。シャトルユニットは、コスト効率的にピークの局所貯蔵要求の期間を調整するために、異なる位置にあるＡＲＥＳ施設間で、互いに交換することができる。シャトルユニット用の標準的なゲージ台車は、商用鉄道網を介した任意の所望位置への移送を可能にする。
【００２８】
図１１Ｄは、補助的な上部および下部貯蔵場１０’および１２’を示し、それらが、上部および下部貯蔵場１０および１２内で入れ子状態とされている。この配置構成により、路線システムにおいて発電、帰還および予備のトラックへの容易な切替アクセスを維持しながらも、より大きな貯蔵能力の追加が可能になる。
【００２９】
図示の実施形態においては、貯蔵場トラックを含むＡＲＥＳシステム施設中のすべてのトラックは、平行な電力供給レールにより電力供給され、それによりシャトルユニットに連続ＡＣ電力供給を与える。トラックは、重くて（１３６ポンド／ヤード）頂部が硬化された標準ゲージレールである。トラックは、図示の例示的な実施形態では、下り坂のトラックのクリープを防止するために、約６２０フィート間隔で配置された鉄筋コンクリートアンカーへの直接的なトラック固定により、補強された限度重量の高い路盤上に設置されている。路盤土台は、複数のサブバラスト層、典型的には、加熱混合アスファルト下地を有する岩石の第１バラストから構成される。貯蔵場は、複数の平行な貯蔵トラックを含み、このため、各塊体の発送のための許容時間は、シャトルユニットの一列がそれぞれの荷重を配置および係合するのに要する時間によって制限されることはない。
【００３０】
図１２は、本実施形態のトラックサイド発電システムを示している。図１に関連して説明したように、高圧送電線に接続された変電所２８は、有能電力を３４．５ＫＶに変換する。トラックサイド配電線３０は、図１２の発電トラック１４および帰還トラック１６として表されるシステム内のトラックに沿って電力を分配するか、または戻す。ヒューズ付き断路器９０は、３４．５ＫＶと２３００ＶＡＣの動作電圧との間の電圧調整のために、配電線を変圧器３２に接続する。遮断器９２は、編成の電動式ミュールの接触器への相互接続のために各トラックに付随する三相電力供給レール８４ａおよび８４ｂを接続する。効率を高めるために、発電トラックまたは帰還トラックの何れかの回生制動から生じた電力が、トラック電力供給レール間の相互接続９４との直接的な接続を介して提供されて、上り坂を進む編成に好ましい電力を与えるのに使用され、それにより、関連する変電所および施設内の変圧および伝送損失が回避される。
【００３１】
広い実施形態において、本発明は、非常に効率的で低コストの位置エネルギー貯蔵システムである。入出力の割合は、移動中の電動式シャトルユニットの速度および／または数量の制御により、大幅に変化する可能性がある。標準的な摩擦ブレーキは、電動式シャトルユニットを駐車するために、あるいは故障時にそれらを停止させるために使用することができる。
【００３２】
リモート監視・制御システム（ＳＣＡＤＡ）ソフトウェアを実行する自動制御システム３４内に格納される１または複数のコンピュータは、エネルギー貯蔵システムオペレーションを制御するために使用されることとなる。以下に、例示的な実施形態で述べたＡＲＥＳシステムを制御するために使用することができる、コンピュータセンサ、アクチュエータおよび例示的なアルゴリズムについて説明する。これは、コンピュータセンサ、アクチュエータおよびプロセスの一例にしか過ぎず、また、エネルギー貯蔵システムオペレーションは、これらのコンピュータセンサ、アクチュエータおよびプロセスに制限されるものではない。
【００３３】
ＡＲＥＳシステムは、エネルギー貯蔵または放出の条件、電力が貯蔵または放出される速度、システムが送電網に与える補助的サービスの範囲、気象条件などのような因子に応じて、予め設定された方法で作動する。それは、個々の編成の位置、速度、加速度、塊体の位置、車輪速度およびスリップ、電気部品の電流消費、電気部品の電圧、電気部品の温度、機械部品の温度、レールスイッチの位置などに限定される訳ではないが、それらを含むセンサを使用する。それらセンサおよび通信部品は、様々な通信システムおよびプロトコルと有線または無線で接続することができる。制御システムは、個々の編成の摩擦ブレーキ、トラック切替動作、電気的および電子的スイッチ、編成の塊体リフティング機構などに限定される訳ではないが、それらを含むコントローラを使用することができる。それらコントローラは、電気機械的、空気圧式または液圧式のものとすることができる。
【００３４】
図７Ｂに示すように、メイントラックに沿って５０フィート毎に配置されるトラックサイド位置タグ９５（例えば、電力供給レール用の支柱に取り付けられる）は、編成上のセンサ９６に信号を送って、各編成の位置および速度を伝えることとなる。この情報を使用して、ＳＣＡＤＡシステムは、すべての移動中のシャトルユニットの動作を制御することとなる。貯蔵場では、塊体をピックアップする際の編成の位置決めを助けるために、位置タグがさらに接近した間隔で配置されることとなる。また、位置タグは、最終ピックアップの位置決めのために、塊体自体に配置することもできる。編成上のディファレンシャルＧＰＳトランスポンダ９７は、位置センサ／位置タグの予備として、すべてのシャトルユニットの位置を制御センタのリアルタイムディスプレイに送信することもできる。ＡＲＥＳ施設またはその近傍の施設内ディファレンシャルＧＰＳ送信器は、制御センタで受信されるシャトルユニットデータの精度を向上させるために使用されることとなる。各編成上の追加的センサは、整流器／インバータ機能、予備のバッテリの状態、モータ発電機の状態、リフト機構の機能、ブレーキの機能、トラックの状態、ＳＣＡＤＡシステムの制御下で出力される油圧油を監視および制御することとなる。例示的な実施形態においては、多重遠隔測定システムが、位置センサに送られる予備の通信システムで、各編成に固有のコマンドを伝えることができるレールを介して動作する。
【００３５】
エネルギー貯蔵システムを開始、運転および停止するプロセスは、構成要素が辿るステップの予め計画されたセットとすることができる。また、予め計画されたステップとして、入出力される電力を変化させるステップ、修理のためのプロセスから編成を取り除くステップなどがあってもよい。プロセスの各ステップは、単一または複数のセンサおよび／またはアクチュエータにより達成することができる。さらに、各編成は、アドホック・メッシュネットワークシステムのメンバーとして機能するようにプログラムすることができ、そのネットワークシステムでは、編成が、その他の編成に対する位置およびスイッチ設定に関して、予めプログラムされた方法で制御センタから受信される運転上の必要条件に応答する。運転フローの一例が図１３Ａ乃至図１３Ｄに示されている。
【００３６】
余剰のグリッドパワーがステップ１３０２で検知されて、ＡＲＥＳシステムが、エネルギーの貯蔵に従事させられる。第２実施形態の例示的なシステムと、参照のための仮想的な編成の番号、塊体の番号および貯蔵の位置を使用すると、編成＃１７８が送電網に接続されて、位置４Ｌ−１２８（貯蔵トラック４、下部貯蔵場位置１２８）の塊体＃１５８４の下方の位置に移動される（ステップ１３０４）。その編成は、ステップ１３０６で積載される。すなわち、編成＃１７８の第１シャトル上の移動機構が、塊体＃１５８４と係合するために伸張し、その編成が一ポジション移動して第２シャトル上の移動機構が塊体＃１５８５と係合するために伸張し、その編成が一ポジション移動して第３シャトル上の移動機構が塊体＃１５８６と係合するために伸張し、その編成が一ポジション移動して第４シャトル上の移動機構が塊体＃１５８７と係合するために伸張する。レールスイッチ＃Ｌ４７は、ステップ１３０８において、上りの優先道路のための貯蔵トラック＃４を選択された発電トラックに切り替える。この積載プロセスは順次繰り返される。その後、例えば、編成＃１７９が、位置４Ｌ−１３２（トラック４、下部貯蔵場パイロン位置１３２）の塊体＃１５８８の下方の位置への移動等を行う。
【００３７】
編成＃１７８は、貯蔵トラック＃４に沿って上りの優先車線へと進み、グリッドパワーを使用する（ステップ１３１０）。オンボード制御装置は、編成を同期速度に加速し（ステップ１３１２）、直接同期運転に転換する（ステップ１３１４）。その後、ＡＲＥＳシステムは、トリミング（ユーティリティまたはＩＳＯからのレギュレーションアップ／レギュレーションダウン要求）について監視し（ステップ１３１６）、ＶＡＲ条件について監視する（ステップ１３１８）。レールスイッチＵ２１は、上りの優先車線を上部貯蔵場の貯蔵トラック＃８に切り替える（ステップ１３２０）。オンボード制御装置は、直接同期運転から転換して、編成を同期速度から減速させる（ステップ１３２２）。編成＃１７８は、位置８Ｕ−２７５（トラック８、上部貯蔵場パイロン位置２７５）に塊体＃１５８４を位置させる（ステップ１３２４）。その後、編成は、塊体を降ろす（ステップ１３２６）。すなわち、編成＃１７８の第１シャトル上の移動機構が、位置８Ｕ−２７５で塊体＃１５８４を降ろすために伸張され、編成が一ポジション移動して第２シャトル上の移動機構が塊体＃１５８５を降ろすために伸張され、編成が一ポジション移動して第３シャトル上の移動機構が塊体＃１５８６を降ろすために伸張され、編成が一ポジション移動して第４シャトル上の移動機構が塊体＃１５８７を降ろすために伸張される。その後、上部貯蔵場に＃１７８を保管するのか、または追加の塊体移送のために下部貯蔵場に戻すのかを決定する（ステップ１３２８）。戻される場合には、スイッチＵ２１が、貯蔵トラック＃８を選択された帰還トラック上の下りの優先車線に切り替えて（ステップ１３３０）、編成＃１７８が、トラック＃８から下部貯蔵場に降りて行く（ステップ１３３２）。保管される場合には、スイッチＵ２１が、貯蔵トラック＃８を上部貯蔵場の側線に切り替えて（ステップ１３３３）、編成＃１７８が、トラック＃８から上部貯蔵場の側線に移行する（ステップ１３３４）。貯蔵レール条件に応じて、編成を塊体の下方の位置で保管することができる。ユーティリティまたはＩＳＯによって伝えられる電力貯蔵条件が達成されるまで、追加の貯蔵塊体について、それらステップが順次繰り返される。
【００３８】
ユーティリティまたはＩＳＯから電力需要を受け取ったとき（ステップ１３３６）、スイッチＵ２１は、上部貯蔵場の側線を上部貯蔵トラック＃８に連結し、編成＃１７８が、送電網に接続されて（ステップ１３３８）、位置８Ｕ−２７５（トラック８、上部貯蔵場パイロン位置２７５）の塊体＃１５８７の下方の位置に移動され、載荷される（ステップ１３４０）。編成に載荷するために、編成＃１７８の第１シャトル上の移動機構が、位置８Ｕ−２７５の塊体＃１５８７を載せるために伸張され、編成が一ポジション移動して第２シャトル上の移動機構が塊体＃１５８６を載せるために伸張され、編成が一ポジション移動して第３シャトル上の移動機構が塊体＃１５８５を載せるために伸張され、編成が一ポジション移動して第４シャトル上の移動機構が塊体＃１５８４を載せるために伸張される。レールスイッチ＃Ｕ２１は、トラック＃８を下りの優先車線に切り替える（ステップ１３４４）。編成＃１７８は、トラック＃８に沿って下りの優先車線に進んで、下部貯蔵場に到達する間に、速度制御用のボギー台車発電機を使用し、生成された電力を送電網に送る（ステップ１３４６）。このオペレーションは、次の編成のために順次繰り返される。編成＃１７７は、位置８Ｕ２７６の塊体＃１５８３の下方の位置への移動等を行う。
【００３９】
オンボード制御装置は、同期速度に編成＃１７８を加速した後、直接同期運転に転換する（ステップ１３４８）。その後、システムは、トリミング（レギュレーションアップ／レギュレーションダウン条件）について監視し（ステップ１３５０）、ＶＡＲ条件について監視する（ステップ１３５２）。レールスイッチＬ４７は、下部貯蔵場に接近すると、下りの優先車線を下部貯蔵場の貯蔵トラック＃４に切り替える（ステップ１３５４）。オンボード制御装置は、直接同期運転から転換して、編成を同期速度から減速させる（ステップ１３５６）。編成＃１７８は、位置４Ｌ−１２８に塊体＃１５８７を位置させる（ステップ１３５８）。その後、編成は、塊体を降ろす（ステップ１３６０）。すなわち、編成＃１７８の第１シャトル上の移動機構が、位置４Ｌ−１２８で塊体＃１５８７を降ろすために伸張され、編成が一ポジション移動して第２シャトル上の移動機構が塊体＃１５８６を降ろすために伸張され、編成が一ポジション移動して第３シャトル上の移動機構が塊体＃１５８５を降ろすために伸張され、編成が一ポジション移動して第４シャトル上の移動機構が塊体＃１５８４を降ろすために伸張される。その後、下部貯蔵場に＃１７８を保管するのか、または次の塊体移送のために上部貯蔵場に戻すのかを決定する（ステップ１３６２）。戻される場合には、スイッチＵ２１が、トラック＃８を選択された帰還トラック上の上りの優先車線に切り替えて（ステップ１３６４）、編成＃１７８が、貯蔵トラック＃８から上部貯蔵場へと登って行く（ステップ１３６６）。下部貯蔵場に保持される場合には、編成の位置が維持されるか、または貯蔵トラックが側線に切り替えられ（ステップ１３６８）、編成が側線に移動される（ステップ１３７０）。
【００４０】
図１０Ａに戻ると、各編成のシャトルユニットのうちの２台は、それぞれが２台の３軸ラジアル台車７６を有して合計で６の軸１０１を提供するものであるが、ＡＣ埋設永久磁石同期モータ・発電機１０２により動力が与えられて、坂を下る編成にブレーキをかけるのに十分な摩擦力が生成される。これら同期モータ・発電機は、鉄道産業で現在使用されている非同期モータ・発電機に取って代わる。残りのシャトルユニットは、摩擦駆動軸により動力を与えられることはなく、積み降ろしの間に、載せた塊体との間に最大の支持を得るために、編成のミュール間に交互に間隔を空けて配置される。代替的な実施形態では、運転条件に応じて、動力軸および／またはシャトルユニットの総数を変化させるようにしてもよい。
【００４１】
モータ・発電機のトルクは、機械的ギアボックス１０４を介して、駆動軸に、または駆動軸から伝達され、駆動車輪の速度が、後で詳細に説明するように、モータ発電機の極数、ギアボックスの固定ギア比、各ミュールに与えられるトラクション制御ユニット（ＴＣＵ）１０６の駆動周波数により決定される。
【００４２】
図１０Ｂに示すように、トラックサイドの配電システムと同期する編成の運転は、ギアボックス１０４の伝達要素の使用により改善される。歯車列１０７ａおよび１０７ｂ間で作動する噛み合いクラッチ１０５は、積載した編成のシャトルユニットの発電トラック運転のための第１同期速度と、降ろした状態の編成の帰還運転の第２同期速度との選択を可能にする。
【００４３】
編成の速度は、ＴＣＵによって決定され、このＴＣＵは、制御センタのＳＣＡＤＡシステムからのコマンドに応答して、同期モータ／発電機を運転する周波数、すなわち編成のシャトルユニットの速度を決定する。
【００４４】
開示の実施形態においては、編成内の電動ミュールとして動力が与えられる２台のシャトルユニットは、各々が２組のラジアル３軸ディーゼル・電気機関台車上に載っている。この構成は、各車両に６軸を可能とし、５０，０００ポンド（１軸当たり５０トン）積載された編成車輪負荷を与える。上述した実施形態のある実施例においては、上述した実施形態の各回生走行用モータ／発電機が、１．２５ＭＷのピーク電力容量を有し、既述したように減速伝達ギアボックスを有する軸に連結されている。７．５％の勾配において３５ｍｐｈで、各モータ／発電機付きの軸が、移動中の各編成によって運ばれる塊体の位置エネルギーから０．７４ＭＷの送電網への正味出力（システム効率損失後）を生成することとなる。ピークミュール軸電力条件は、３５ｍｐｈで移動中の編成の塊体の電力（１２．５ＭＷ）を、編成当たりの動力軸の数（１２）で割って、加速／減速のための２０％の予備電力（１．２）を掛けることにより得られた結果に基づくものとなる。
【００４５】
送電網に対する正味のミュール軸出力は、３５ｍｐｈで移動中の積載した編成の電力（１２．５ＭＷ）を、塊体と編成の重量比（１．２６）で割り、編成当たりの動力軸の数（１２）で割り、一方向システムの効率損失（０．８９）を掛けることにより計算され、０．７４ＭＷと等しくなる。
【００４６】
例示的な実施形態の各編成は、２台のミュールに２台の非動力シャトルユニット列を加えて１２の動力軸を与えるものであるが、７．５％の勾配で３５ｍｐｈの速度で送電網に直接的に同期化されるときに、約８．８メガワットの正味電力を生成することとなる。特定のＡＲＥＳ施設内の勾配の変化は、最大傾斜出力に、そのような傾斜に十分な加速または減速用の備蓄電力成分を加えたものに反応するように、モータ／発電機ユニットおよび／または各軸上のギアボックスをサイジングすることにより、適応される。様々なＡＲＥＳ用地における傾斜の変化は、最大勾配がより浅い場合にはより多くの非動力軸を持たせることにより、また、傾斜がより急である場合には動力軸の数を増やすことにより、適応される。代替的には、様々なＡＲＥＳ用地における傾斜の変化は、編成の非動力シャトルユニットに対するミュールの比率を変えることにより、または２つの手段を組み合わせることにより、適応される。
【００４７】
全定格電力で１，０００ＭＷのＡＲＥＳ施設の場合を用いると、所与の時点で６本の発電トラック上で移動中の１１４の塊体を積載した編成の２２７台のミュール上に、１，３２６の軸が取り付けられたモータ／発電機が存在することとなる。その他の１０６の編成は、次に載せる塊体のピックアップのために積載した貯蔵場に戻るか、あるいはそれらの載荷を配列する途中の何れかにある。帰還トラック上で積載のために戻る非積載の編成を、発電トラック上の積載制御速度の約２倍とすることにより（同期帰還運転を可能にする本実施形態における伝達ギア比の変化により）、効率に対する最小限の影響でシステム資本コストが大幅に低下する。
【００４８】
所与のシステムにおける傾斜の変化は、レールの最も急な部分についての発電要求に対してモータ／発電機のサイジングを行い、所与のシャトルユニットまたは編成上の使用中のモータ／発電機の数を減少させて、発電要求が所与の地点でトラック勾配の位置エネルギーと一致するようにすることにより、適応させることができる。これは、各編成が、直接同期を失うことなく、設定送電網同期速度を維持することを可能にする。実際には、モータ／発電機の制御周波数を変えるのではなく、トラック勾配と一致するように、オンラインモータ／発電機の数を変えることにより、編成の調節を行う。
【００４９】
動力シャトルユニットの必要な動作特性を提供するために、図１４に示すようなオンボード発電システムが採用されている。トラックサイドの発電システム（この実施形態においては、三相２３００ＶＡＣで示される）は、電力供給レール８４に対する、間隔を空けて配置された主ブレーカ９２を介して、電動式シャトルユニットまたはミュールに接続される。シャトルユニット上の接触器８９は、トラクション制御ユニット（ＴＣＵ）１０６に接続される。後でより詳細に説明するＴＣＵ制御盤１０８により制御される主線接触器１０７は、電力調節で電力供給レール接触器に接続されるとともに、ＡＣラインフィルタ１１０を介して、第１ユーティリティ側の３レベルのアクティブ整流器／インバータ１１２に相互接続される。図示の実施形態においては、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）回路が使用される。第２発電機側の３レベルのアクティブ整流器／インバータ１１４が、電力をモータ／発電機１０２に（またはそこから）伝達する。制御盤により同様に命令されるバスプリチャージ回路１１６が提供される。電流センサ１２０ａ，１２０ｂおよび電圧センサ１２２ａ，１２２ｂ，１２２ｃは、整流器インバータのトラックサイド発電システム側の検知および制御のために制御盤で用いられ、また、電流センサ１２６ａ，１２６ｂおよび電圧センサ１２８ａ，１２８ｂ，１２８ｃは、モータ／発電機電力の検知および制御のために制御盤で用いられる。制御盤は、後でより詳細に説明するように、モータ／発電機の加速、減速およびトリミング制御を与える。
【００５０】
反転バイパス接触器１３０は、シャトルユニットについて予め設定された制御速度での同期運転のためにトラックサイドの発電システムに対するモータ／発電機の直接接続を与えるためのものである。制御速度へのシャトルユニットの加速は、ＩＧＢＴ整流器／インバータ回路によって達成され、そのときに、トリミング制御条件がない限りは、制御盤が、同期運転のために、適切な反転バイパス接触器と連動する。必要なときに、制御盤は、後で詳細に説明するように、ＩＧＢＴ整流器／インバータ回路と再連動し、シャトルユニットの減速またはグリッドトリミング条件のために、反転バイパス接触器を分離する。
【００５１】
制御センタ内のＳＣＡＤＡソフトウェアによる制御相互接続は、上述したように、各シャトルユニットの制御盤で行われる。シャトルユニットの運転制御は、ＴＣＵ制御盤１０８によって行われる。制御盤は、発電機側の整流器／インバータおよびユーティリティ側の整流器／インバータの両方について、無効電力から有効電力を分離する。分離は、文献で良く知られているように、静止状態から回転状態への変換を使用することにより行われる。発電機側の整流器／インバータ１１４（図１４に示される）では、無効電力が発電機の直軸に合わせられる。ユーティリティ側の整流器／インバータ１１２（図１４に示される）では、有効電力軸が、ユーティリティ電圧に合わせられる。無効電力成分は、ユーティリティ電圧と９０度位相がずれている。有効電力および無効電力の分離により、加速度および減速度、シャトル車両のパワーレートを、シャトルユニットにより与えられる無効電力とは別個に独立して制御することが可能になる。これは、ゼロ速度およびゼロ加速度でも該当するものであり、その場合、有効電力がゼロとなるが、無効電力は、ユーティリティサポートに対して選択可能および利用可能な状態のままである。
【００５２】
整流器／インバータ１１２，１１４の各々の制御に関して図１５Ａに詳細に示したように、電圧センサ１２８ａ，１２８ｂ，１２８ｃからの三相電圧Ｖａ，Ｖｂ，Ｖｃ（必要に応じてスケーリングされる）は、第１位相コンバータ１４０に受け取られ、このコンバータが、二相の電圧出力ＶｘおよびＶｙを与える。位相角カルキュレータ１４２は、位相角θ（θ＝ｔａｎ−１（Ｖｘ／Ｖｙ）として計算される）を第１静止／回転変圧器（first stationary to rotating transformer）１４４に与え、この変圧器が、有効電圧成分Ｖｄｆおよび無効電圧成分Ｖｑｆの出力を与える。同様に、三相電流値ｉａ，ｉｂ，ｉｃが、第２コンバータ１４６への入力として電流センサ１２６ａおよび１２６ｂから得られ、第２コンバータが、二相の電流出力ＩｘおよびＩｙを与える。第２位相角カルキュレータ１４８は、位相角θ（θ＝ｔａｎ−１（Ｉｘ／Ｉｙ）として計算される）を第２静止／回転変圧器１５０に与え、この変圧器が、有効電流成分Ｉｄおよび虚数電流成分Ｉｑの出力を与える。後でより詳細に説明するように、加速／減速条件またはその他のシステム条件に基づいて、制御センタＳＣＡＤＡは、有効電力コマンド（ｉｄ＊で示される）を与え、これは、インバータ整流器コントローラ１５４の第１加算器１５２に受信され、この第１加算器は、第２静止／回転変圧器１５０から出力されるｉｄを受け取る。無効電力コマンド（ｉｑ＊で示される）は、ＳＣＡＤＡにより、インバータ／整流器コントローラの第２加算器１５６に与えられ、この第２加算器は、第２静止／回転変圧器から出力されるｉｑを受け取る。加算された有効電力成分は、第１補償器１５８に与えられ、加算された無効電力成分は、第２補償器１６０に与えられる。第１補償器の出力は、加算器１６２に与えられ、この加算器は、第１静止／回転変圧器からＶｄｆを受け取って、有効電圧コマンドＶｄ＊を与える。第２補償器の出力は、加算器１６４に与えられ、この加算器は、第１静止／回転変圧器からＶｑｆを受け取って、無効電圧コマンドＶｑ＊を与える。Ｖｄ＊およびＶｑ＊は、ベクトル変調器１６６への入力として与えられ、このベクトル変調器は、デジタル開閉信号ＳＡ，ＳＡインバース，ＳＢ，ＳＢインバース，ＳＣ，ＳＣインバースを出力制御用のインバータ／整流器に与える。ユーティリティ側の整流器／インバータ１１２用のインバータ／整流器コントローラは、ＳＣＡＤＡから有効および無効電力コマンドの両方を受け取り、一方、発電機側の整流器／インバータ１１４用のインバータ／整流器コントローラは、ゼロに設定された無効電力コマンドを有する。
【００５３】
ここで開示の実施形態においては、整流器／インバータは、モータ／発電機の条件に基づいて部分的に定格化され、それにより、システム内のすべての動力シャトルユニットを組み合わせたＩＧＢＴ無効電力制御を使用することが可能となり、ＡＲＥＳシステムに接続されるユーティリティまたは独立電力管理機構（ＩＳＯ）へのボルトアンペア無効（ＶＡＲ）電力サポートを提供する。各シャトルユニットの少なくとも１のＩＧＢＴは、図１２および図１４に関して示すように、オンボードおよびトラックサイドの電気システムを介して、高圧送電システムに接続されている。ＴＣＵ制御盤からの有効電力コマンド（Ｐ成分）は、シャトルユニットの必要な加減速運転のために与えられる。整流器／インバータＩＧＢＴで利用可能な無効電力（Ｑ成分）は、上述したような高電圧システムからの無効電力入力／吸収のために制御することができる。有効電力を生成しない（停止して積載または移送を待っている）すべてのシャトルユニットにおいては、ＴＣＵのＩＧＢＴの全パワー能力が、無効電力に利用可能である。コマンドに際して、制御盤によって整流器／インバータＩＧＢＴを介して導かれる無効電流（電圧入力と位相がずれている）は、送電システムの電圧に大きな影響を及ぼすために使用することができる。電圧測定およびＶＡＲコマンド入力は、ＡＲＥＳシステムから地理的に離れた所望の位置における送電網制御センタの電圧測定から得るようにしてもよい。
【００５４】
加速／減速、または選択されたシャトルユニットを非同期的に運転するために、運転中にＩＧＢＴを１００％でもＶＡＲ制御可能とする例示的な実施形態においては、約４％大きい容量のインバータが用いられて、それにより、ＶＡＲ要求／条件に応答して無効電力制御のために２５％の定格電力の利用が可能になる。
【００５５】
ＶＡＲコマンドは、３つの実用的方法のうちの１つで生成することができる。第一の方法は、どこでエネルギー貯蔵システムがＶＡＲレベルを単に命令するのかを含む。これは、変化するものであっても、固定されるものであってもよく、また単一の力率でシステムを運転するために、しばしばゼロで設定される。第二の方法では、ＶＡＲレベルが、外部の運用者、多くの場合、送電システム運用者によるコマンドである。この運用者は、必要に応じて、１日の間に、または季節により、様々なＶＡＲレベルをマニュアルで命令することとなる。第三の方法は、運転プラント用に電圧の設定値が決定されて、これが実際の運転電圧と比較される場合に、電圧調整ループを閉じることである。これら２レベル間の差異は、エラー信号を生成し、これがＶＡＲを命令するために使用できる。図１４に示すような自動制御システムで作動するＳＣＡＤＡシステムは、上記実施形態におけるこの調整能力を含む。このように、共通または個別コマンドは、必要なＶＡＲ調節を行うのに必要とされる選択された数のシャトルユニット整流器／インバータに送ることができる。
【００５６】
ＶＡＲコマンドは、図１５Ｂに示すように、シャトルユニット整流器／インバータによって処理される。送電網制御センタから、ＡＲＥＳ制御システムに、ＶＡＲレベルコマンドが受信される（ステップ１５０２）。ＳＣＡＤＡは、静止しているシャトルユニットの数を判定し（ステップ１５０４）、必要とされる全ＶＡＲまでの最大無効電力変化のために、それらシャトルユニット上の制御盤にコマンドを発する（ステップ１５０６）。それらシャトルユニットのうちの命令されたシャトルユニット整流器／インバータユニットの制御盤は、ユーティリティ側の整流器インバータによって生成される全無効電力用のＩｑ＊コマンドを発する（ステップ１５０８）。静止しているシャトルユニットにより与えられるＶＡＲを超える追加のＶＡＲが必要とされる場合（ステップ１５１０）、ＳＣＡＤＡは、各動作中のシャトルユニットの有効電力レベルを判定し（ステップ１５１２）、上述したように、必要とされる全ＶＡＲまで、移動中のシャトルユニットについて、整流器／インバータの全定格電力まで無効電力を命令する（ステップ１５１４）。ＳＣＡＤＡにより命令を受けた各シャトルユニットの制御盤は、シャトルユニットの運転中の有効電力についてのＩｄ＊コマンドと一致する、全定格電力までＩｑ＊コマンドを発する（ステップ１５１６）。
【００５７】
同様に、ＡＲＥＳシステム全体での最大の効率は、発電トラック上の電動シャトルユニットの同期操作で得ることができるが、貯蔵または生成される電力のトリミングおよびグリッドレギュレーションアップまたはグリッドレギュレーションダウンは、図１４および図１５Ａに関連して述べたように、特定の所望電力でモータ発電機ユニットを駆動または制動するＴＣＵと非同期的に選択されたシャトルユニットを運転することによって達成することができる。選択されたレール上の編成の非同期的な運転を介した、必要なレギュレーションアップ／レギュレーションダウンまたはトリミングの大きさの提供用に必要とされる、１またはそれ以上の選択された発電トラックのデディケーション（Dedication）は、貯蔵場内にまたは貯蔵場から並べるために、移動中の編成の分離を維持しながら、所与のレール上のすべての編成の速度を制御することを可能にする。同期運転モードに残りの発電トラックを維持することにより、システム内の残りの動力シャトルユニットのより高い全体効率が保持される。
【００５８】
システムの発電運転中、急なレギュレーションダウン要求は、選択された発電トラック上の編成の初期の追加ブレーキングを必要とし、その結果、電力サージをもたらすこととなる。このサージを送電網上にもたらすのを避けるために、図１２に示すようなトラックサイドの発電システムは、ＳＣＡＤＡコマンドにより、帰還するシャトルユニットが速度を上げてより大きいエネルギー使用を招くようにして、電力が吸収されることを可能にする。任意の電力サージを吸収するために帰還する編成を使用することは、ＡＲＥＳシステムの運転状態に関わらず、影響を及ぼすこと無く、レギュレーションダウンコマンドが迅速に行われることを可能にする。
【００５９】
レギュレーションアップまたはレギュレーションダウンおよびトリミングのためのオペレーションは、図１５Ｃに示されている。契約ユーティリティまたはＩＳＯの送電網制御センタから調整コマンドが受信されるとき（ステップ１５５０）、ある発電トラックが非同期モードで作動中であるかどうかの判定が行われる（ステップ１５５２）。作動中でない場合には、ＳＣＡＤＡは、選択されたトラック上の編成に対して、整流器／インバータ運転に切り替えるように命令する（ステップ１５５４）。切替後、またはその発電トラックが既に非同期モードで作動中であった場合には、ＳＣＡＤＡは、選択されたトラック上の編成に対して、予めプログラムされたプロファイルで加速または減速するようにコマンドを発する（ステップ１５５６）。ここで、消費電力変化は、命令されたレギュレーションアップまたはレギュレーションダウンと等しくなる。そうしないと減速がそのトラックの消費電力にスパイクを形成することとなるレギュレーションダウン要求においては、前述した発電トラックの相互接続が、帰還トラック上の帰還するシャトルユニット編成に動力を提供するために余剰の電力が用いられることを可能にする。その後、編成は、所望の電力消費のために変更された速度で整流器インバータ電源の定速運転を再開する。ある発電トラックを非同期運転に変換することにより十分なレギュレーションアップまたはレギュレーションダウンが達成されない場合には、ＳＣＡＤＡは、整流器／インバータ電源に変換するために、編成を別の発電トラックに導くこととなる。
【００６０】
トリミング操作は、ＡＲＥＳシステム内で行われ、編成による特定の電力消費のために、非同期運転にある１またはそれ以上のトラックを調節することにより特定の出力またはエネルギー蓄積を与える。より長期的なトリミング調整は、所与の発電トラック上の編成の発送比率を変えることによって対応することができる。
【００６１】
上述した本実施形態は、電力貯蔵および供給能力を提供するとともに、単一システムにおいてＶＡＲ、レギュレーションアップおよびレギュレーションダウンのような補助的なサービスを提供する。
【００６２】
本発明の上記説明は、ベストモードと現時点で考えられるものを当業者が製造および使用することを可能にするが、当業者であれば、本明細書中の特定の実施形態、方法および実施例の変形、組合せおよび均等物の存在を理解および認識することであろう。よって、本発明は、上述した実施形態、方法および実施例に限定されるものではなく、請求項に記載の発明の範囲および趣旨に含まれる実施形態および方法のすべてにより規定されるものである。
【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７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８】
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【図９】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１１Ｃ】
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【図１１Ｄ】
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【図１２】
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【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図１３Ｃ】
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【図１３Ｄ】
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【図１４】
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【図１５Ａ】
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【図１５Ｂ】
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【図１５Ｃ】
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【国際調査報告】
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