(57)【要約】      （修正有）【課題】電鉄向け電力貯蔵式き電線電圧安定化装置が複数台隣接して設置される際の、電力貯蔵要素のエネルギー乖離拡大を防ぐ。【解決手段】電力貯蔵式き電線電圧安定化装置１は、き電線電圧に準ずる電圧と電力貯蔵要素の蓄えるエネルギー検出値を元に充放電電力を調整する。電圧指令値は電力貯蔵要素のエネルギーに対して単調増加させた値に設定し、電圧指令値と電圧検出手段検出値の差を低減するよう電力貯蔵要素を充放電することにより、単機安定化装置１＿a、１＿b間の電力貯蔵要素に蓄えるエネルギーの乖離を抑制する。【選択図】図１
2015168334.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流き電回路に接続し、電力貯蔵要素と該き電回路と該電力貯蔵要素の間に備えられる電力変換手段と、上記き電回路の接続点におけるき電線電圧に準ずる電圧を検出する電圧検出手段と、該電力貯蔵要素の蓄えるエネルギーを検出する手段と、該電圧検出手段と該エネルギー検出手段の検出値を元に上記電力貯蔵要素の充放電電力を調整する制御手段を備える電力貯蔵式き電線電圧安定化装置であって、
上記制御手段が電圧指令値と上記電圧検出手段検出値の差を低減するよう上記電力変換手段に電力貯蔵要素を充放電させる手段を備え、該電圧指令値が上記電力貯蔵要素のエネルギーに対して単調増加であることを特徴とする電力貯蔵式き電線電圧安定化装置。
【請求項２】
請求項１記載の電力貯蔵式き電線電圧安定化装置であって、上記電力変換手段が双方向チョッパであることを特徴とする電力貯蔵式き電線電圧安定化装置。
【請求項３】
請求項１もしくは請求項２記載の電力貯蔵式き電線電圧安定化装置であって、上記電力変換手段が直流き電回路との接続点にリアクトルとコンデンサを少なくとも１つずつ備えるフィルタ回路を備え、上記き電線電圧に準ずる電圧が該コンデンサ端子電圧であることを特徴とする電力貯蔵式き電線電圧安定化装置。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３記載の電力貯蔵式き電線電圧安定化装置であって、上記電力貯蔵要素が蓄電池であることを特徴とする電力貯蔵式き電線安定化装置。
【請求項５】
請求項４記載の電力貯蔵式き電線電圧安定化装置であって、上記蓄電池のエネルギー検出手段が該蓄電池の充電率を算出することを特徴とする電力貯蔵式き電線電圧安定化装置。
【請求項６】
請求項１乃至請求項３記載の電力貯蔵式き電線電圧安定化装置であって、上記電力貯蔵要素が電気二重層キャパシタであることを特徴とする電力貯蔵式き電線安定化装置。
【請求項７】
請求項６記載の電力貯蔵式き電線電圧安定化装置であって、上記電気二重層キャパシタのエネルギー検出手段が該キャパシタの端子電圧を検出する電圧検出手段を備えることを特徴とする電力貯蔵式き電線電圧安定化装置。
【請求項８】
請求項１乃至請求項３記載の電力貯蔵式き電線電圧安定化装置であって、上記電力貯蔵要素がフライホイールであることを特徴とする電力貯蔵式き電線電圧安定化装置。
【請求項９】
請求項８記載の電力貯蔵式き電線電圧安定化装置であって、上記フライホイールのエネルギー検出手段が該フライホイールの回転数を検出する機能を備えることを特徴とする電力貯蔵式き電線電圧安定化装置。
【請求項１０】
直流き電回路に接続し、電力貯蔵要素と該き電回路と該電力貯蔵要素の間に備えられる電力変換手段と、上記き電回路の接続点におけるき電線電圧に準ずる電圧を検出する電圧検出手段と、該電力貯蔵要素の蓄えるエネルギーを検出する手段と、該電圧検出手段と該エネルギー検出手段の検出値を元に上記電力貯蔵要素の充放電電力を調整する制御手段を備える電力貯蔵式き電線電圧安定化装置の制御方法であって、
上記制御手段が電圧指令値と上記電圧検出手段検出値の差を低減するよう上記電力変換手段に電力貯蔵要素を充放電させる手段を備え、該電圧指令値が上記電力貯蔵要素のエネルギーに対して単調増加であることを特徴とする電力貯蔵式き電線電圧安定化装置の制御方法。
【請求項１１】
請求項１０記載の電力貯蔵式き電線電圧安定化装置の制御方法であって、上記電力変換手段が双方向チョッパであることを特徴とする電力貯蔵式き電線電圧安定化装置の制御方法。
【請求項１２】
請求項１０もしくは請求項１１記載の電力貯蔵式き電線電圧安定化装置の制御方法であって、上記電力変換手段が直流き電回路との接続点にリアクトルとコンデンサを少なくとも１つずつ備えるフィルタ回路を備え、上記き電線電圧に準ずる電圧が該コンデンサ端子電圧であることを特徴とする電力貯蔵式き電線電圧安定化装置の制御方法。
【請求項１３】
請求項１０乃至請求項１２記載の電力貯蔵式き電線電圧安定化装置の制御方法であって、上記電力貯蔵要素が蓄電池であり、該蓄電池の充電率を算出する手段を備え、該充電率に対して上記電圧指令値が単調増加であることを特徴とする電力貯蔵式き電線電圧安定化装置の制御方法。
【請求項１４】
請求項１０乃至請求項１２記載の電力貯蔵式き電線電圧安定化装置の制御方法であって、上記電力貯蔵要素が電気二重層キャパシタであり、該キャパシタの端子電圧を検出する手段を備え、該キャパシタの端子電圧に対して上記電圧指令値が単調増加であることを特徴とする電力貯蔵式き電線電圧安定化装置の制御方法。
【請求項１５】
請求項１０乃至請求項１２記載の電力貯蔵式き電線電圧安定化装置の制御方法であって、上記電力貯蔵要素がフライホイールであり、該フライホイールの回転数を検出する手段を備え、該フライホイールの回転数に対して上記電圧指令値が単調増加であることを特徴とする電力貯蔵式き電線電圧安定化装置の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は電気鉄道の直流き電線に接続する電圧安定化装置に関するものであり、特に上記電圧安定化装置が電力貯蔵手段を備える電圧安定化装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、電気鉄道システムでは回生ブレーキを有する電気車、即ち、回生車両が使用されている。回生ブレーキは、減速時に車両の運動エネルギーを車載のインバータにより電気エネルギーに変換する。き電系統は、車両の加速時には変電所からの直流電力を、き電線を介して電気車に供給し、車両の減速時には回生車両からの回生電力を、き電線を介して吸収する。回生電力は、回生車両近くに加速車両がある場合には、その車両の加速エネルギーとして消費され、き電システムの省エネ化が図れる。
しかしながら、回生電力を消費する加速車両が近くにいない場合には、回生車両のフィルタコンデンサが充電され、回生車両のパンタ点電圧が上昇する。この場合、車両を過電圧から保護するために、ブレーキを回生ブレーキから機械ブレーキに変更する。そのため、乗り心地と省エネ性が悪化する。
【０００３】
特開平１１−９１４１５号公報には、余剰電力を電力貯蔵要素に貯蔵し、電気車力行時のエネルギーとして放電する電力貯蔵式電圧安定化装置が開示されている。特開２００１−２６０７１９号公報には、電力貯蔵要素の電力制御を行う電力変換器の制御方法が記載されている。これらの方法では、き電線電圧が充電制御設定電圧以上であれば充電を行い、放電制御設定電圧以下であれば放電を行う。
【０００４】
さらに、特許４２３８１９０号では、き電線電圧が充電制御設定電圧と放電制御設定電圧の間であれば、き電線への充放電により電力貯蔵手段の充電率を調整する電力変換器の制御手法が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１１−９１４１５号公報
【特許文献２】特開２００１−２６０７１９号公報
【特許文献３】特許４２３８１９０号
【０００６】
上記電力貯蔵式電圧安定化装置のような電気鉄道向け設備は、導入者の所有する土地の制約により、高架下もしくは路線脇といった設置面積が限られた変電所に設置される場合が多い。そのため、定格電力の大きい電力貯蔵式電圧安定化装置を複数の電力貯蔵式電圧安定化装置（以降、単機安定化装置と記す）で構築し、該単機安定化装置を同一変電所内に分散配置しなければならない場合がある。
【０００７】
上記電力変換器は、双方向チョッパと、該回路の電圧・電流を検出するセンサと、波形制御器により構成される。該波形制御器は上記電圧・電流センサの出力信号と、電力貯蔵要素の充電率を検出するバッテリコントローラの出力信号を入力とし、上記双方向チョッパの駆動信号を出力する。
前述の単機安定化装置を単一の波形制御器で制御する場合、各単機安定化装置の備える電圧・電流センサやバッテリコントローラと波形制御器をつなぐ複数の信号線を敷設しなければならず、ノイズ対策や断線対策が必要となり、配線工事の工数増加が発生する。
【０００８】
一方、電圧安定化装置を、各々波形制御器を備える複数の単機安定化装置により構成した場合、単機安定化装置内電力変換器は各々内蔵する電圧センサによりき電線電圧を検出し、該検出値に基づいて電力貯蔵要素への充放電電力を調整する。そのため、該電圧センサの検出誤差により各単機安定化装置の充電開始時刻や放電開始時刻がずれる。その時間差による充放電電荷の差が蓄積することで、単機安定化装置毎の電力貯蔵要素の充電率が乖離する。上記充電率の乖離が大きくなると、各単機安定化装置の利用率低下の原因となり、特に電力貯蔵要素が蓄電池で構成される場合は高い充電率もしくは低い充電率にとどまる時間が長くなることにより蓄電池の劣化が進む原因となる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上記事情を鑑みて、本発明は同一変電所内に設置される単機安定化装置の充電率乖離を低減できる電圧安定化装置およびその制御方法を提案する。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の電圧安定化装置は、電力貯蔵要素と、き電線と該電力貯蔵要素の間に備えられる電力変換器と、を備え、該電力変換器の波形制御器は充電制御設定電圧と放電制御設定電圧を電力貯蔵要素の充電率に対して単調増加させる整定電圧補正手段を備えることにより上記課題は達成可能である。
【発明の効果】
【００１１】
電圧センサの検出誤差により他の単機安定化装置に比べてき電線電圧を高く検出する単機安定化装置は、余剰回生電力によるき電線電圧上昇を他の単機安定化装置に比べて早く充電を開始し、その結果他の単機安定化装置よりも充電率が高くなる。本発明の整定電圧補正手段により、充電率の増加により該単機安定化装置の制御整定電圧が高く補正されるため、き電線電圧上昇時の充電開始時刻を遅らせて、単機安定化装置間の充電率乖離を抑制することができる。
【００１２】
さらに、本発明によれば、各単機安定化装置の状態量を収集する制御器が不要となるため、各単機安定化装置の備える電圧・電流センサやバッテリコントローラと波形制御器をつなぐ複数の信号線の敷設が不要となり、配線工事を簡略化できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明第一実施例の電力貯蔵式電圧安定化装置の説明図である。
【図２】本発明第一実施例の単機安定化装置の構成説明図である。
【図３】本発明第一実施例の単機安定化装置の波形制御器の演算内容を示すブロック図である。
【図４】本発明第一実施例の単機安定化装置の充電率による充電開始電圧および放電開始電圧の補正信号を算出する演算の説明図である。
【図５】本発明第一実施例の単機安定化装置の充電率に対する充電開始電圧および放電開始電圧の変化例説明図である。
【図６】本発明第一実施例の電力貯蔵式電圧安定化装置の動作説明図である。
【発明を実施するための形態】
【実施例１】
【００１４】
本発明の第一実施例を、図１を用いて説明する。
【００１５】
本発明の電力貯蔵式電圧安定化装置１は、き電線６、レール７に接続される。き電線６、レール７には、整流器５が接続される。整流器５は、変圧器４を介して電力系統３に接続し、図示しない車両に対して車両加速時に直流電力を供給する。
【００１６】
上記車両が減速のため回生運転を実施するとき、該車両のパンタ点電圧が上昇し、それに伴いレール７に対するき電線電圧（以降、き電線電圧と記す）が上昇する。電力貯蔵式電圧安定化装置１は、き電線電圧vfeederの上昇を検出して後述の蓄電池に充電することによりき電線電圧の上昇を抑制し、車両加速時に発生するき電線電圧の低下を検出して上記蓄電池を放電することによりき電線電圧の低下を抑制する機能を有する。
【００１７】
電力貯蔵式電圧安定化装置１は、遮断器２と単機安定化装置1_a、1_bにより構成され、単機安定化装置1_a、1_bは遮断器２およびレール７との接続点において並列接続される。
【００１８】
単機安定化装置1_a、1_bは同一の構成を備え、単機安定化装置内に備える電圧センサによりき電線電圧の上昇および低下を検出して各々備える蓄電池を充放電し、き電線６から流れ込む電流idc_a、idc_bを変化させる。
【００１９】
単機安定化装置1_aを、図２を用いて説明する。
【００２０】
単機安定化装置1_aは、大きく双方向チョッパ80_a、蓄電池30_a、バッテリコントローラ40_a、そして波形制御器100_aにより構成される。波形制御器100_aが双方向チョッパ80_aの電圧・電流センサ検出値およびバッテリコントローラ40_aで検出する蓄電池30_aの充電率を元に、双方向チョッパ80_a内IGBTアセンブリの駆動信号であるゲート信号GateP_a、GateN_aを算出し、双方向チョッパ80_aに出力することで蓄電池30_aの充放電を実現する。蓄電池30_aの充放電する電力は、双方向チョッパ80_a内の損失を無視するとき電線６から授受する電力に等しく、蓄電池30_aの適切な充放電によりき電線電圧を安定化することができる。
【００２１】
双方向チョッパ80_aは昇圧リアクトル30L_a、IGBTアセンブリ10_a、そして該IGBTアセンブリのスイッチングにより発生するリプル成分のき電線６への流出を防ぐフィルタリアクトル20L_a、フィルタコンデンサ20C_aにより構成される。IGBTアセンブリ10_aは、IGBTとダイオードが逆並列接続されるIGBTモジュール10m_a、10n_aの直列回路により構成される。
【００２２】
単機安定化装置１_aは、フィルタコンデンサ20C_aの電圧を検出する電圧センサ50PT_a、昇圧リアクトル30L_aの電流を検出する電流センサ51CT_a、蓄電池30_aの端子電圧を検出する電圧センサ52PT_aを備え、上記センサの出力信号は波形制御器100_aに入力される。電流センサ51CT_aおよび電圧センサ52PT_aの出力信号は、バッテリコントローラ40_aにも入力され、バッテリコントローラ40_aは該センサの出力信号に基づき蓄電池30_aの充電率SOC_aを算出し、その値を波形制御器100_aに出力する。
【００２３】
本実施例では、蓄電池30_aの充電率SOC_aをバッテリコントローラ40_aで算出しているが、波形制御器100_a内部で充電率を算出しても良い。また、本実施例では、バッテリコントローラ40_aが昇圧リアクトルを流れる電流を検出する電流センサ51CT_aおよび蓄電池端子電圧を検出する電圧センサ52PT_aの出力信号を用いて充電率SOC_aを算出しているが、バッテリコントローラ40_aのみが用いる電圧センサおよび電流センサを備えても同様の効果を奏す。
【００２４】
波形制御器100_aの実施する演算を、図３を用いて説明する。
【００２５】
波形制御器100_aの演算は、大きく単機安定化装置1_aの充電運転時の電圧制御指令値Vabs2および放電運転時の電圧制御指令値Vdisc2を算出する電圧制御指令値算出部1500a、双方向チョッパの充電運転、放電運転、そしてIGBTモジュールのスイッチングを停止して電圧安定化装置１の動作すべきタイミングまで双方向チョッパ80_aのスイッチングを停止させて待機するサプレス待機、のうちどの運転を実施するかを判断するシステム制御演算器1004a、蓄電池30_aへの充電電流指令値を算出する電流指令値演算部1100a、該電流指令値に応じてIGBTアセンブリ10_aが蓄電池30_a側へ出力すべき電圧指令値vrefを算出する電流制御部1200a、そして該電圧指令値vrefを元にIGBTモジュール10m_a、10n_aの駆動信号であるゲート信号GateP_a、GateN_aを生成するゲート信号生成部により構成される。
【００２６】
システム制御演算器1004aは、電圧制御指令値算出部1500aの出力Vabs2、Vdisc2およびフィルタコンデンサ電圧vline_aを入力とし、後述の充電時電圧制御器1007a演算実施フラグABS_ENABLE、放電時電圧制御器1008a演算実施フラグDISC_ENABLE、そしてIGBTアセンブリのゲートデブロックフラグGateENABLEを算出し、電流指令値演算部1100a、電流制御部1200a、そしてゲート信号生成部1300aに出力する。
【００２７】
具体的には、vline_aがVabs2以上の場合は、ABS＿ENABLEを１に設定し、vline_aがVabs2より小さい場合はABS_ENABLEを0とする。また、vline_aがVdisc2以下の場合は、DISC＿ENABLEを1に設定し、vline_aがVdisc2より大きい場合はDISC_ENABLEを0に設定する。
【００２８】
GateENABLEは、上記ABS_ENABLEとDISC_ENABLEの両方もしくはいずれか１つが1の場合は1、ABS_ENABLEとDISC_ENABLEが共に0である場合は0に設定する。
【００２９】
電流指令値演算部1100aは、電圧制御指令値算出部1500aの出力Vabs2、Vdisc2、フィルタコンデンサ電圧検出値vline_a、そしてシステム制御演算器1004aの出力ABS＿ENABLE、DISC_ENABLEを入力とし、蓄電池30_aの充電電流指令値を算出する。
【００３０】
減算器1005aは充電時電圧指令値Vabs2とコンデンサ電圧検出値vline_aの差を算出し、充電時電圧制御演算器1007aに該差を出力する。また、減算器1006aは放電時電圧指令値Vdisc2とコンデンサ電圧検出値vline_aの差を算出し、放電時電圧制御演算器1008aに該差を出力する。
【００３１】
充電時電圧制御演算器1007aは、比例・積分器であり、演算実施フラグABS_ENABLEが1の場合は減算器1005aの出力に対して比例・積分演算を実施し、ABS＿ENABLEが0の場合は零を出力する。
【００３２】
放電時電圧制御演算器1008aも比例・積分器であり、演算実施フラグDISC_ENABLEが1の場合は減算器1006aの出力に対して比例・積分演算を実施し、DISC_ENABLEが0の場合は零を出力する。
【００３３】
充電時電圧制御演算器1007aと放電時電圧制御演算器1008aの出力は加算器1011aにより加算され、蓄電池30_aの充電電流指令値として電流制御部1200aに出力される。
【００３４】
電流制御部1200aでは、減算器1012aにより上記充電電流指令値と昇圧リアクトル電流検出値ibat_aとの差を算出し、該差が電流制御演算器1013aに出力される。
【００３５】
電流制御器1013aは上記差とシステム制御演算器1004aより出力されたフラグGateENABLEを入力とする。電流制御器1013aは比例・積分器であり、GateENABLEが1であれば減算気1012aの出力に対して比例・積分演算を実施し、その出力を加算器1015aに出力する。GateENABLEが0の場合は、加算器1015aに零を出力する。
【００３６】
蓄電池30_aの端子電圧検出値vbat_aはローパスフィルタ1014aに入力される。ローパスフィルタ1014aはスイッチング起因のリプル成分を除去し、その出力を加算器1015aに出力する。
【００３７】
加算器1015aは電流制御器1013aの出力とローパスフィルタ1014aの出力の和を算出し、該和をIGBTアセンブリ10_aの出力電圧指令値vrefとしてゲート信号生成部1300aに出力する。
【００３８】
ゲート信号生成部1300aは、三角波である搬送波triを生成する搬送波生成器1016aと、コンパレータ1017aを備える。コンパレータ1017aは電圧指令値vrefとtriおよびシステム制御演算器1004aの出力するフラグGateENABLEを入力とする。
【００３９】
フラグGateENABLEが1の場合は、電圧指令値vrefと搬送波triを大小比較してゲート信号を生成し、IGBTアセンブリ10_aに出力する。GateENABLEが0の場合は、IGBTモジュール10m_a、10n_aを共にOFFするゲート信号をIGBTアセンブリ10_aに出力する。
【００４０】
以上の演算により、単機安定化装置1_aはフィルタコンデンサ電圧検出値vline_aが充電時電圧指令値Vabs2より大きくなった場合は、vline_aがVabs2に一致するよう蓄電池30_aの充電電流を制御でき、vline_aが放電時電圧指令値Vdisc2より小さくなった場合は、vline_aがVdisc2に一致するよう蓄電池30_aの放電電流を制御でき、vline_aがVabs2とVdisc2の間であればIGBTアセンブリ10_aのスイッチングを停止して待機することができる。
【００４１】
次に、本発明の新規な点である電圧制御指令値算出部1500aについて説明する。
【００４２】
本実施例の電圧制御指令値算出部1500aは、蓄電池30_aの充電率SOC_aを入力とし、該充電率の通常運転範囲において充電時電圧指令値Vabs2と放電時電圧指令値Vdisc2が上記充電率に対して単調増加となるように電圧指令値を補正する演算手段を備える。本演算により、制御器が独立である単機安定化装置1_a、1_bの蓄電池充電率の乖離を抑制することができ、蓄電池の利用率向上や寿命短縮の回避が期待できる。
【００４３】
電圧制御指令値算出部1500aの具体的な演算について、説明する。
【００４４】
電圧制御指令値算出部1500aは、電圧指令値補正演算器1001a、加算器1002a、1003aを備える。電圧指令値補正演算器1001aより算出された補正項vref_hosを所定の値であるVabs、Vdiscにそれぞれ加算することにより、新たな充電時電圧指令値Vabs2、放電時電圧指令値Vdisc2を算出し、該電圧指令値を電流指令値演算部1100aおよびシステム制御演算器1004aに出力する。
【００４５】
電圧指令値補正演算器1001aの内部演算を、図４を用いて説明する。
【００４６】
蓄電池30_aの充電率SOC_aは減算器10011aに出力され、SOC1が減算され、該差が上下限リミッタ10012aに出力される。
【００４７】
上下限リミッタ10012aは減算器10011aの出力を入力とし、零以上ΔSOC以下に制限し、該制限された値を乗算器10013aに出力する。乗算器10013aは上下限リミッタ10012aの出力に正の値を持つ所定の値Ｋを乗算して電圧指令値補正項vref_hosを算出する。
【００４８】
ここで、SOC1とΔSOCは所定の値であり、SOC1は通常運用範囲の下限値以下に設定する。蓄電池としてリチウムイオン電池を想定した場合、蓄電池の寿命を考慮して充電率の運用範囲は下限を20％以上、上限を80％以下とすることが好ましく、この場合SOC1は20%以下、SOC1とΔSOCの和は80％以上とする。
【００４９】
本補正演算により、充電率SOC_aと充電時電圧指令値Vabs2、放電時電圧指令値Vdisc2は図５に示すような比例特性となる。本特性は、単機安定化装置1_aと1_bのコンデンサ電圧を検出する電圧センサの検出誤差に起因する各単機安定化装置の蓄電池充電率の乖離を防ぐことが目的である。充電率に対する電圧指令値の補正量が過大となると、き電線電圧の安定化範囲が蓄電池充電率により大きく変わり、電圧安定化装置の本来の機能を損なうおそれがある。そのため、電圧指令値補正項vref_hosは電圧センサの想定検出誤差の２〜３倍とすることが望ましく、具体的には定格き電線電圧の10％以下に設定されるよう所定の定数Ｋを選定すべきである。
【００５０】
本発明の電力貯蔵式電圧安定化装置１の動作を、図６を用いて説明する。
【００５１】
図６に示すグラフは、上から順に電圧安定化装置１直近のき電線電圧vfeeder、き電線６から単機安定化装置1_aに流入する電流idc_a、単機安定化装置1_aの蓄電池30_a充電率SOC_a、き電線６から単機安定化装置1_bに流入する電流idc_b、単機安定化装置１＿ｂの蓄電池充電率SOC_bを示す。初期条件としてSOC_a、SOC_ｂを50%と等しい値とした。また、グラフ中の実線は本実施例による動作波形であり、破線で示す波形は充電率による電圧指令値補正演算を実施しない場合の波形である。
【００５２】
さらに、図６では、単機安定化装置1_aのコンデンサ電圧検出用電圧センサが、単機安定化装置1_bのコンデンサ電圧検出用電圧センサの検出する値に比べて電圧を高く検出する場合の動作波形を示す。
【００５３】
車両の回生運転によりき電線電圧が上昇し、時刻ｔ１においてき電線電圧vfeederが単機安定化装置1_aの充電時電圧制御指令値vf2に到達する。単機安定化装置1_aは蓄電池30_aへ充電をすることにより、き電線６から電力を受け取り、電圧を安定化させる。き電線６から電力を受け取るため、電流idc_aは正の値となる。
【００５４】
き電線電圧が上記充電時電圧制御指令値より低い値に下がる時刻ｔ２まで単機安定化装置1_aは充電を続け、その間蓄電池の充電率SOC_aは上昇する。
【００５５】
車両の加速によりき電線電圧vfeederが低下し、時刻ｔ３において単機安定化装置1_bの放電時電圧制御指令値vf3より低くなる。単機安定化装置1_bはコンデンサ電圧の低下を検出して蓄電池を放電することでき電線６へ電力を供給し、電圧を安定化させる。き電線６へ電力を供給するため、電流idc_bは負の値となる。
【００５６】
き電線電圧が上記放電時電圧制御指令値より高い値に上がる時刻ｔ４まで単機安定化装置1_bは放電を続け、その間蓄電池の充電率SOC_bは低下する。
【００５７】
上記の充電率の変化により、単機安定化装置1_aの充電時電圧制御指令値Vabs2と放電時電圧制御指令値Vdisc2は高く補正され、単機安定化装置1_bの充電時電圧制御指令値と放電時電圧制御指令値は低く補正される。その結果、単機安定化装置1_aと1_bの充電時電圧制御指令値と放電時電圧制御指令値の差が小さくなり、時刻ｔ５以降のき電線電圧安定化のための充放電は単機安定化装置1_a、1_bで電力分担されるようになる。
【００５８】
充電時電圧制御指令値と放電時電圧制御指令値の充電率による補正を実施しない場合、時刻ｔ５からｔ６において再度単機安定化装置1_aによる充電が実施され、時刻ｔ７からｔ８において単機安定化装置1_bによる放電が実施され、結果として単機安定化装置1_aと1_bの蓄電池充電率の乖離が拡大し続ける。
【００５９】
一方、本実施例の電力貯蔵式電圧安定化装置１では充電率による電圧制御指令値補正の実施により単機安定化装置間の充電率乖離を抑制することができる。
【００６０】
本実施例では、充電率に対する充電時電圧制御指令値および放電時電圧制御指令値の補正項を充電率に比例する値としたが、テーブル参照した値や補正項が充電率のべき乗値など、単調増加であれば本発明と同様の効果が期待できる。
【００６１】
また、本実施例では電圧安定化装置は電力貯蔵要素として蓄電池を備えるが、蓄電池の代わりに電気二重層キャパシタやフライホイールを用いても良い。
【００６２】
電気二重層キャパシタを電力貯蔵要素として用いる場合は、キャパシタが定格電圧のときに蓄えるエネルギーでキャパシタの蓄えるエネルギーを規格化した値を充電率として扱うことにより本発明と同様の効果を得る。キャパシタの蓄えるエネルギーはキャパシタの端子電圧の二乗に比例するため、キャパシタの蓄えるエネルギーはキャパシタ電圧を検出する電圧センサを備え、該センサ出力からエネルギーを算出すればよい。
【００６３】
フライホイールを電力貯蔵要素として用いる場合は、フライホイールが定格回転数のときに蓄える運動エネルギーでフライホイールの蓄えるエネルギーを規格化した値を充電率として扱うことにより本発明と同様の効果を得る。フライホイールの蓄える運動エネルギーは回転数の二乗に比例するため、フライホイールの蓄えるエネルギーはフライホイールの回転数もしくは回転位相角を検出するセンサを備え、該センサからエネルギーを算出すれば良い。
【００６４】
また、本実施例ではフィルタコンデンサの端子電圧を電圧制御対象としていたが、単機安定化装置のP、N端子間電圧を電圧制御対象としても良い。
【００６５】
本発明によれば、電力貯蔵式電圧安定化装置を複数台隣接させた場合でも、各安定化装置の充電率の乖離を防ぐことができるため、蓄電池の利用率向上や寿命劣化の回避が可能となる。
【００６６】
さらに、波形制御器間の通信が不要であるため、配線工事の工数増加を回避することが可能である。
【符号の説明】
【００６７】
１・・・電圧安定化装置、２・・・遮断器、３・・・電力系統、４・・・変圧器、５・・・整流器、６・・・き電線、７・・・レール、1_a、1_b・・・単機安定化装置、80_a・・・双方向チョッパ、30_a・・・蓄電池、40_a・・・バッテリコントローラ、100_a・・・波形制御器、20L_a・・・フィルタリアクトル、20C_a・・・フィルタコンデンサ、10_a・・・IGBTアセンブリ、10m_a、10n_a・・・IGBTモジュール、30L_a・・・昇圧リアクトル、50PT_a、52PT_a・・・電圧センサ、51CT_a・・・電流センサ、1100a・・・電流指令値演算部、1200a・・・電流制御部、1300a・・・ゲート信号生成部、1004a・・・システム制御演算器、1500a・・・電圧制御指令値算出部、1001a・・・電圧指令値補正演算器、1007a、1008a・・・電圧制御演算器、1013a・・・電流制御演算器、1016a・・・搬送波生成器、1017a・・・ゲート信号算出器、10012a・・・上下限リミッタ、10013a・・・乗算器
【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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