(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
架線から供給される直流電力をモータ駆動変換器で変換して駆動源であるモータを駆動することにより走行する電気車の駆動システムにおいて、
上記架線に対してモータ駆動変換器に並列に大容量蓄電装置を接続し、当該電気車の力行時には大容量蓄電装置からモータ駆動変換器に電力を供給するとともに、回生時にはモータ駆動変換器から大容量蓄電装置に電力を供給してこの大容量蓄電装置に蓄電するように構成し、
前記大容量蓄電装置は、ＤＣ／ＤＣ変換器と、このＤＣ／ＤＣ変換器の制御装置と、大容量二次電池又は大容量コンデンサとで構成し、
前記ＤＣ／ＤＣ変換器は、双方向チョッパ、フィルタ及び逆流防止スイッチで構成するとともに、
前記双方向チョッパは、２個の自己消弧形スイッチング素子を交互にＯＮ，ＯＦＦさせることで、フィルタ側と、大容量二次電池又は大容量コンデンサ側との双方向に電流を流すことが可能であり、その電流は自己消弧形素子のＯＮ時間とＯＦＦ時間の比率を調整することで制御可能なものとし、
前記フィルタは、双方向チョッパへ流れ込む補償電流を平滑化するものであり、
前記逆流防止スイッチは、架線の電圧が大容量二次電池又は大容量コンデンサの電圧よりも小さくなった場合にＯＦＦ状態となり、双方向チョッパと架線との接続状態を遮断するものとし、
前記ＤＣ／ＤＣ変換器の制御装置は、モータ駆動変換器への入力電流と当該ＤＣ／ＤＣ変換器への補償電流とを検出し、前記入力電流を電流指令値として補償電流との偏差が小さくなるようにＤＣ／ＤＣ変換器を制御するものであり、
前記制御装置は、補償電流ＩC を制御するための制御ループ及び大容量二次電池又は大容量コンデンサへの充放電電流ＩB を制御するための制御ループを有し、
入力電流ＩL を電流指令値Ｉ*C とし、これと補償電流ＩC との偏差をＰＩ制御器に入力するとともに所定のリミッタを通した上で、次段の充放電電流ＩB の制御ループの電流指令値Ｉ*B とし、
さらに前記電流指令値Ｉ*B と充放電電流ＩB の検出値との偏差をＰＩ制御器に入力するとともに所定のリミッタを通した上で変調率指令値ｍ* とし、
次に、変調率指令値ｍ* を基に、変調率指令値ｍ* とキャリア信号とを比較器に入力し、その出力信号をスイッチング信号とし、このスイッチング信号に基づきゲート信号を形成してＤＣ／ＤＣ変換器のスイッチング素子のスイッチングタイミングを制御するようにしたことを特徴とする電気車の駆動システム。
【請求項２】
請求項１に記載する電気車の駆動システムにおいて、
ＤＣ／ＤＣ変換器の制御装置は、架線への架線電流を検出し、零とする電流指令値と前記架線電流との偏差が小さくなるようにＤＣ／ＤＣ変換器を制御するものであることを特徴とする電気車の駆動システム。
【請求項３】
請求項２に記載する電気車の駆動システムにおいて、
制御装置は、架線電流ＩS を制御するための制御ループ及び大容量二次電池又は大容量コンデンサへの充放電電流ＩB を制御するための制御ループを有し、
電流値零を電流指令値Ｉ*B とし、これと架線電流ＩS との偏差をＰＩ制御器に入力するとともに所定のリミッタを通した上で、次段の充放電電流ＩB の制御ループの電流指令値Ｉ*B とし、
さらに前記電流指令値Ｉ*B と充放電電流ＩB の検出値との偏差をＰＩ制御器に入力するとともに所定のリミッタを通した上で変調率指令値ｍ* とし、
次に、変調率指令値ｍ* を基に、変調率指令値ｍ* とキャリア信号とを比較器に入力し、その出力信号をスイッチング信号とし、このスイッチング信号に基づきゲート信号を形成してＤＣ／ＤＣ変換器のスイッチング素子のスイッチングタイミングを制御するようにしたことを特徴とする電気車の駆動システム。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３に記載する何れか一つの電気車の駆動システムにおいて、
電気車の運転ダイヤや速度・位置に基づき大容量蓄電装置の充放電のパターン及びリミッタの制御を行うことを特徴とする電気車の駆動システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は電気車の駆動システムに関する。さらに詳言すると、電気車に電力貯蔵システムを搭載してモータの駆動電力の供給及び回生電力の吸収を行い得るようにしたものである。
【０００２】
【従来の技術】
直流電気鉄道において、電気車への電力の供給は、一般に次のような経路で行われている。すなわち、電気車の加速時・登坂時などの力行時には、き電変電所からき電線・架線を経由して電気車に電力が供給され、回生制動時には電気車から架線・き電線を介して別の力行中の電気車に電力が供給される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上述の如き従来技術においては、電気車が回生制動をかける際に他に力行中の車両が存在しないと回生電力の行き場がなくなるため、回生を行うことができなくなる。すなわち、回生失効という問題を生起する。また、直流電気鉄道ではき電線・架線の電流が大きいため、き電線・架線での電圧降下が大きくき電変電所から遠い地点では電圧を定格値に保つことが難しい。このため、き電変電所の間隔をあまり大きくすることができず、設備投資額が高騰する。さらに、き電線・架線の抵抗成分による損失が大きく、エネルギー的に無駄が多い。
【０００４】
本発明は、上記従来技術に鑑み、き電線・架線の電圧の安定化及び損失の低減を実現するとともに、設備費の低減も図り得る電気車の駆動システムを提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する本発明の構成は、次の点を特徴とする。
【００１１】
１）架線から供給される直流電力をモータ駆動変換器で変換して駆動源であるモータを駆動することにより走行する電気車の駆動システムにおいて、
上記架線に対してモータ駆動変換器に並列に大容量蓄電装置を接続し、当該電気車の力行時には大容量蓄電装置からモータ駆動変換器に電力を供給するとともに、回生時にはモータ駆動変換器から大容量蓄電装置に電力を供給してこの大容量蓄電装置に蓄電するように構成し、
前記大容量蓄電装置は、ＤＣ／ＤＣ変換器と、このＤＣ／ＤＣ変換器の制御装置と、大容量二次電池又は大容量コンデンサとで構成し、
前記ＤＣ／ＤＣ変換器は、双方向チョッパ、フィルタ及び逆流防止スイッチで構成するとともに、
前記双方向チョッパは、２個の自己消弧形スイッチング素子を交互にＯＮ，ＯＦＦさせることで、フィルタ側と、大容量二次電池又は大容量コンデンサ側との双方向に電流を流すことが可能であり、その電流は自己消弧形素子のＯＮ時間とＯＦＦ時間の比率を調整することで制御可能なものとし、
前記フィルタは、双方向チョッパへ流れ込む補償電流を平滑化するものであり、
前記逆流防止スイッチは、架線の電圧が大容量二次電池又は大容量コンデンサの電圧よりも小さくなった場合にＯＦＦ状態となり、双方向チョッパと架線との接続状態を遮断するものとし、
前記ＤＣ／ＤＣ変換器の制御装置は、モータ駆動変換器への入力電流と当該ＤＣ／ＤＣ変換器への補償電流とを検出し、前記入力電流を電流指令値として補償電流との偏差が小さくなるようにＤＣ／ＤＣ変換器を制御するものであり、
前記制御装置は、補償電流ＩC を制御するための制御ループ及び大容量二次電池又は大容量コンデンサへの充放電電流ＩB を制御するための制御ループを有し、入力電流ＩL を電流指令値Ｉ*C とし、これと補償電流ＩC との偏差をＰＩ制御器に入力するとともに所定のリミッタを通した上で、次段の充放電電流ＩB の制御ループの電流指令値Ｉ*B とし、さらに前記電流指令値Ｉ*B と充放電電流ＩB の検出値との偏差をＰＩ制御器に入力するとともに所定のリミッタを通した上で変調率指令値ｍ* とし、次に、変調率指令値ｍ* を基に、変調率指令値ｍ* とキャリア信号とを比較器に入力し、その出力信号をスイッチング信号とし、このスイッチング信号に基づきゲート信号を形成してＤＣ／ＤＣ変換器のスイッチング素子のスイッチングタイミングを制御するようにしたこと。
【００１２】
２） 上記１）に記載する電気車の駆動システムにおいて、ＤＣ／ＤＣ変換器の制御装置は、架線への架線電流を検出し、零とする電流指令値と前記架線電流との偏差が小さくなるようにＤＣ／ＤＣ変換器を制御するものであること。
【００１３】
３） 上記２）に記載する電気車の駆動システムにおいて、制御装置は、架線電流ＩS を制御するための制御ループ及び大容量二次電池又は大容量コンデンサへの充放電電流ＩB を制御するための制御ループを有し、電流値零を電流指令値Ｉ*B とし、これと架線電流ＩS との偏差をＰＩ制御器に入力するとともに所定のリミッタを通した上で、次段の充放電電流ＩB の制御ループの電流指令値Ｉ*B とし、さらに前記電流指令値Ｉ*B と充放電電流ＩB の検出値との偏差をＰＩ制御器に入力するとともに所定のリミッタを通した上で変調率指令値ｍ* とし、次に、変調率指令値ｍ* を基に、変調率指令値ｍ* とキャリア信号とを比較器に入力し、その出力信号をスイッチング信号とし、このスイッチング信号に基づきゲート信号を形成してＤＣ／ＤＣ変換器のスイッチング素子のスイッチングタイミングを制御するようにしたこと。
【００１４】
４） 上記１）乃至３）に記載する何れか一つの電気車の駆動システムにおいて、電気車の運転ダイヤや速度・位置に基づき大容量蓄電装置の充放電のパターン及びリミッタの制御を行うこと。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の形態を図面に基づき詳細に説明する。
【００１６】
本発明は電気鉄道の電気車に大容量蓄電装置を設け、力行時の電力は、主にこの大容量蓄電装置から供給する一方、回生制動時の回生電力は前記大電流蓄電装置に蓄えることによって、電気車に架線から供給する電力量及び電気車が架線に回生する電力量を低減するものである。
【００１７】
図１は本発明の実施の形態に係る電気車の駆動システムを電気車に搭載した状態で示す全体のブロック線図である。同図に示すように、当該電気車Ｉは、架線１からパンタグラフ２を介して供給される直流電力をモータ駆動変換器３で交流又は他の電圧の直流に変換し、変換後の交流又は直流電力により駆動源であるモータ４を駆動するようになっている。かかる構成は従来技術と同様である。
【００１８】
本形態では、上記架線１に対してモータ駆動変換器３に並列に大容量蓄電装置５を接続している。かくして、電気車Ｉが力行する際には大容量蓄電装置５からモータ駆動変換器３にエネルギーを供給し、回生時には逆にモータ駆動変換器３から大容量蓄電装置５へエネルギーを供給する。また、大容量蓄電装置５の容量や電流定格の制限から、力行時にモータ駆動変換器３が必要とする電流に対して大容量蓄電装置５だけでは不足する場合は、不足分を架線１から供給する一方、回生時にモータ駆動変換器３が発生した回生電流を大容量蓄電装置５だけでは回収できない場合には、その余剰分を架線１に回生するものとする。
【００１９】
以上の構成により、十分な容量の大容量蓄電装置５を用いれば、架線１を流れる電流を従来と比較して大幅に小さくすることができる。これにより、架線電圧が定格電圧から大きく変動する現象を抑制することが可能となる。同時に、架線１での損失が小さくなるため、従来に比べて省エネルギーとなる鉄道システムを構築可能となる。また、架線１へ回生される電力が大幅に小さくなるので、回生失効が起こりにくくなる。さらに、路線を走る全ての電気車Ｉに本形態の電気車の駆動システムを搭載することで、き電線に従来のような大電流が流れることがなくなるので、き電線を細くしたりき電線長を長くする（変電所間隔を広げる）ことが可能となる。これにより、電気鉄道の地上設備の大幅なコストダウンが可能となる。
【００２０】
図２は図１の大容量蓄電装置の構成をさらに詳細に示すブロック線図である。同図に示すにように、当該大容量蓄電装置５は、ＤＣ／ＤＣ変換器６、大容量二次電池（または大容量コンデンサ）７及び制御装置８で構成する。ここで、図２に示すように架線１を流れる架線電流をＩS 、モータ駆動変換器３の入力電流をＩL 、大容量蓄電装置５からの補償電流をＩC 、大容量二次電池７の充放電電流をＩB とする。ＤＣ／ＤＣ変換器６は大容量二次電池７からの充放電電流ＩB の制御のために必要であり、双方向に電流を流すことができる変換器である必要がある。制御装置８は電流検出器９、１０で検出した入力電流ＩL 及び補償電流ＩC を表す信号を入力とし、ＤＣ／ＤＣ変換器６の各素子のゲート信号を出力とする。制御装置８では架線電流ＩS の絶対値を小さくするように補償電流ＩC の制御を行うものとする。
【００２１】
かかる大容量蓄電装置５の具体的な主回路構成の一例を図３に示す。同図では制御装置８を省略して示してある。この制御装置８については後述する。また、同図においては、スイッチング素子としてＩＧＢＴのシンボルを用いているが、ＩＧＢＴに限らず自己消弧形素子であれば置換可能である。
【００２２】
図３に示すように、大容量蓄電装置５は、逆流防止スイッチ１１、ＬＣフィルタ１２及び双方向チョッパ１３からなるＤＣ／ＤＣ変換器６と、大容量二次電池７とを有している。双方向チョッパ１３は自己消弧形素子と逆並列ダイオードを組み合わせたもの２組と平滑リアクトルで構成される。この双方向チョッパ１３は２個の自己消弧形素子を交互にＯＮ，ＯＦＦさせることで、ＬＣフィルタ１２側の電圧が大容量二次電池７側の電圧よりも高い場合に、双方向に電流を流すことが可能であり、その電流は自己消弧形素子のＯＮ時間とＯＦＦ時間の比率を調整することで制御可能である。双方向チョッパ１３のＬＣフィルタ１２側の電流は双方向チョッパ１３のスイッチングによってパルス状の波形となっており、これをそのまま架線・き電線に流した場合には様々な悪影響を及ぼす虞がある。このため、ＬＣフィルタ１２で前記電流の高周波成分を取り除いている。
【００２３】
双方向チョッパ１３の動作を図４を用いて説明する。リアクトルＬC の両端にかかる電圧ＶLcはスイッチの状態に応じて図４のようになる。すなわち、スイッチＳ2 又はダイオードＤ2 が導通状態にあるとき、電圧ＶLcは大容量二次電池７の電圧ＶB に等しくなり、スイッチＳ1 又はダイオードＤ1 が導通状態にあるときは電圧ＶB は電圧ＶCFに等しくなる。スイッチＳ2 又はダイオードＤ2 が導通状態にあるときは電圧ＶLcは正となるためリアクトルＬC の電流ＩLcは増加し、逆にスイッチＳ1 又はダイオードＤ1 が導通状態にあるときは電圧ＶLcは負となるためリアクトルＬC の電流ＩLcは減少する。ここで、後述する理由により大容量二次電池７の電圧ＶB はフィルタコンデンサの電圧ＶCFよりも小さくなるように動作点を設定してあるので、スイッチＳ1 又はダイオードＤ1 が導通状態にあるときはＶLc＝ＶB −ＶCFは負となる。このため、電流ＩLcはスイッチＳ1 （又はスイッチＳ2 ）のＯＮ時間とＯＦＦ時間の比率を調整しながらスイッチＳ1 、Ｓ2 を交互にＯＮ，ＯＦＦさせることで制御可能である。電流ＩF は、図４に示すようにスイッチＳ1 又はダイオードＤ1 が導通状態の時は電流ＩB に等しく、それ以外の時には０となる。これをＬＣフィルタ１２で平滑化した電流が補償電流ＩC となる。
【００２４】
図４は大容量二次電池７から放電する場合（ＩB が正の場合）について示したものであるが、電流ＩB が逆方向に流れる場合も電流の符号が変わるだけで同様の動作となる。
【００２５】
図４に示す回路の双方向チョッパ１３が正常に動作するためには、双方向チョッパ１３のＬＣフィルタ１２側の電圧ＶCFが大容量二次電池７側の電圧ＶB よりも大きい必要がある。さもないとスイッチＳ1 ，Ｓ2 の状態に関係なくリアクトルＬC の電圧ＶLcが常に正となってしまい、充放電電流ＩB が増加し続けてしまうために充放電電流ＩB を制御することができなくなってしまう。かかる現象を回避するために逆流防止スイッチ１１を設けている。逆流防止スイッチ１１の自己消弧形素子は通常ＯＮ状態で用いるが、架線１の電圧が大容量二次電池７の電圧よりも小さくなった場合にＯＦＦにし、大容量二次電池７から架線１に大電流が流れるのを防止している。
【００２６】
ところで、モータ駆動用変換器３にはモータ４の種類によってＤＣ／ＤＣ変換器やＤＣ／ＡＣ変換器といった半導体電力変換器を用いるのが普通である。このため、前記大容量蓄電装置５と同様に、当該モータ駆動変換器３から架線１側に高い周波数成分を含む電流を流出させないために、モータ駆動変換器３にもＬＣフィルタを設けるのが普通である。このＬＣフィルタと大容量蓄電装置５のＬＣフィルタを共用とし、図５のような構成とすることも可能である。なお、図５中、図４と同一部分には同一番号を付し、重複する説明は省略する。
【００２７】
図６は、図２の大容量蓄電装置５における制御装置８のさらに具体的な構成例を示すブロック線図である。同図に示すように、制御装置８では、電流検出器９で検出したモータ駆動変換器３への入力電流ＩL を、大容量蓄電装置５の電流指令値Ｉ*C とし、これに電流検出器１０で検出する補償電流ＩC が一致するようにフィードバック制御を行う。
【００２８】
ここで、入力電流ＩL 及び補償電流ＩC がパルス状電流の場合など、高周波成分を多く含む場合には、図７に示すように、電流検出器９、１０の出力信号である電流検出値を必要に応じてローパスフィルタ１４、１５に通した後、これを処理するようにしても良い。
【００２９】
大容量二次電池７の容量や定格電流の制限等によって大容量蓄電装置５の電流ＩC を指令値Ｉ*C と一致させることができないことがある。この場合には、リミッタ１６（図６及び図７参照。）を作動させ、各部の定格電流・動作範囲を超えないように制御する。リミッタ１６の作動によって指令値通りの電流が得られない場合、不足分は架線１に流れることになる。
【００３０】
制御装置８のより具体的な構成例を図８に示す。同図に示す制御装置８は、図３又は図５に示す主回路に適用するためのものである。まず、同図の電流制御部分について説明する。電流制御部分は、ＩC ，ＩL ，ＩB の各検出値を入力とし、ゲート信号Ｇ1 ，Ｇ2 を出力とする。図では省略してあるが、電流検出値に高周波成分が多く含まれるときは必要に応じて電流検出値をローパスフィルタを通すフィルタ処理を行う。電流制御部分は、大容量二次電池７の充放電電流ＩB を制御するためのフィードバックループと大容量蓄電装置５の入力電流ＩC を制御するためのフィードバックループ及びゲート信号生成部から構成される。
【００３１】
補償電流ＩC を制御するためのフィードバックループでは、入力電流ＩL を指令値Ｉ*C （補償電流ＩC の指令値）とし、これと補償電流ＩC との偏差をＰＩ制御器１７に入力する。ＰＩ制御器１７の出力はリミッタ１８を通した上で次段の電流ＩB の制御ループの電流指令値Ｉ*B とする。リミッタ１８では大容量二次電池７の電流定格を超えないように電流指令値Ｉ*B を一定範囲内に制限するようリミッタをかける。また、電圧ＶB に基づき大容量二次電池７の充電状態を判断し、それ以上の放電が不可能な場合には電流指令値Ｉ*B ≦０となるように、またそれ以上充電できないときには電流指令値Ｉ*B ≧０となるようにリミッタを制御する。
【００３２】
次段の電流ＩB を制御するループでは、前段で求めた電流指令値Ｉ*B と電流検出値ＩB との偏差をＰＩ制御器１９に入力し、その出力をリミッタ２０に通した上で変調率指令値ｍ* とする。変調率ｍはスイッチＳ1 のＯＮ時間ｔ1 とスイッチＳ2 のＯＮ時間ｔ2 を用いて次式のように定義する。
【数１】
0003890924.tif 000002
【００３３】
リミッタ２０では変調率指令値ｍ* の上限値・下限値を制御する。上式より０≦ｍ≦１であるが、通常は細すぎるＯＮパルスやＯＦＦパルスを発生しないようにリミッタ範囲をこれより狭くするのが一般的である。
【００３４】
次に、変調率指令値ｍ* を基にスイッチング信号を生成する。具体的には変調率指令値ｍ* とキャリア信号発生部２２が発生するキャリア信号とを比較器２２に入力し、その出力信号をスイッチング信号とする。キャリア信号としては、図９に示すような三角波を用いる。この場合、キャリア三角波の周波数がスイッチング周波数となる。
【００３５】
上述の処理により発生したスイッチング信号Ｇ′1 ，Ｇ′2 に対して、デッドタイム処理部２３でターンオンのタイミングを微小時間だけ遅らせる処理を施したものをスイッチング素子のゲート信号Ｇ1 ，Ｇ2 とする。ここで、デッドタイム処理はスイッチＳ1 ，Ｓ2 が同時にＯＮになるのを防止するために必要な処理である。
【００３６】
次に、逆流防止スイッチ１１の制御部について説明する。ゲート信号Ｇ3 はスイッチＳ3 のゲート信号であり、通常の動作においては常時ＯＮ（Ｇ3 ＝１）となっている。これに対し、電圧ＶS が電圧ＶB より小さくなった場合にはＧ3 ＝０として逆流防止スイッチ１１をＯＦＦにし、大容量蓄電装置５から架線１に電流が流れるのを防止する。また、電圧ＶS と電圧ＶB とを比較器２４で比較した後、必要に応じて状態保持器２５を設け、ひとたび電圧ＶS が電圧ＶB より小さくなったらその後、逆流防止スイッチ１１がＯＦＦの状態を維持する。
【００３７】
図１０は、図２の大容量蓄電装置５の制御装置８の他の構成例をさらに詳細に示すブロック線図である。同図に示すように、図６に示す構成例とは電流の検出部位が異なる。本例では電流検出器２６で架線電流ＩS を検出し、これを０に制御する制御装置８である。したがって、電流指令部２７には、電流指令値＝０が設定してある。本例では、図６に示す例に対して、電流検出器が少なくて済むという特長がある。
【００３８】
ここで、電流検出器２６で検出する電流検出値は、図１１に示すように、必要に応じてローパスフィルタ３０によりフィルタ処理を行うように構成しても良い。
【００３９】
図１１に示す制御装置８を、図３又は図５に示す主回路に適用するための制御系の一例を図１２に示す。当該制御系は、図８に示す制御系とは、補償電流ＩC の検出値の代わりに架線電流ＩS の検出値を用い、架線電流ＩS の電流指令値Ｉ*S として０を用いている点が異なる。他の構成は、図８に示す構成と同様である。そこで、図８と同一部分には同一番号を付し、重複する説明は省略する。
【００４０】
電車は進行ダイヤが決まっているため、力行・回生のパターンはある程度決まっている。このため、運行ダイヤの情報や列車の速度・位置をもとに本発明に係る電気車の駆動システムの大容量蓄電装置５の運転パターン（充放電パターンやリミッタ値）を決めれば、当該電気車の駆動システムをより有効に活用することができる。例えば次のような方法が考えられる。
【００４１】
▲１▼  次に力行すると分かっている場合には、力行する前に大容量二次電池７を充電し、逆に回生すると分かっている場合には大容量二次電池７を放電しておく。具体的には、大容量二次電池７を充放電していないとき（電気車Ｉの停止時又は定速走行時）に、次の動作を予測して電流指令値Ｉ*B を調整して大容量二次電池７を充電または放電しておく。このとき架線電流ＩS が大きくならないように電流指令値Ｉ*B は比較的小さい値とする。
【００４２】
▲２▼  図１３に示すように、長時間の力行（又は回生）を行い大容量二次電池７が力行（または回生）途中で全放電（または満充電）してしまうことが分かっている場合に、電流ＩB のリミッタ値を小さく設定しておき、力行中（又は回生中）ずっと、ある程度の補償が行えるようにする。このようにリミッタを設定することで、架線１に大電流が流れるのを防ぐことができる。
【００４３】
【発明の効果】
以上実施の形態とともに具体的に説明した通り、本発明によれば、電気鉄道の電気車に大容量の蓄電装置をもうけ、力行時の電力は主にその蓄電装置から供給し、また回生制動時にはその回生電力を前記蓄電装置に蓄えることができるので、電気車が架線から供給される電力量及び電気車が架線に回生する電力量を低減することができる。
【００４４】
この結果、き電線・架線の電圧変動を低減するとともに、き電線・架線に流れる回生電流を大幅に低減して回生失効を回避することもできる。さらに、き電線・架線での損失を低減することが可能で、省エネルギー効果がある。
【００４５】
また、全電気車に本電力貯蔵システムを搭載することで、き電線に従来ほどの大電流が流れることがなくなるため、き電線の太さを細くすること、及びき電変電所の間隔を大きくすることが可能となり、地上設備のコストダウンが実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る電力貯蔵装置を電気車に搭載した状態で示す全体のブロック線図である。
【図２】図１の大容量蓄電装置の構成をさらに詳細に示すブロック線図である。
【図３】図２の大容量蓄電装置の主回路の具体的な一構成例を示す回路図である。
【図４】図３の双方向チョッバにおける各部の波形を示す波形図である。
【図５】図２の大容量蓄電装置の主回路の具体的な他の構成例を示す回路図である。
【図６】図２の大容量蓄電装置の制御装置の第１の構成例をさらに詳細に示すブロック線図である。
【図７】図６の制御装置にローパスフィルタを追加したその変形例を示すブロック線図である。
【図８】図３及び図５に示す主回路に適用する制御系の一例を示すブロック線図である。
【図９】図８に示す制御系におけるゲート信号の発生方法を説明するための波形図である。
【図１０】図２の大容量蓄電装置の制御装置の第２の構成例をさらに詳細に示すブロック線図である。
【図１１】図１０の制御装置にローパスフィルタを追加したその変形例を示すブロック線図である。
【図１２】図３及び図５に示す主回路に適用する制御系の他の例を示すブロック線図である。
【図１３】長時間力行することが分かっている場合に電流リミッタを小さくする対策の効果を説明するための説明図である。
【符号の説明】
Ｉ 電気車
１ 架線
３ モータ駆動変換器
４ モータ
５ 大容量蓄電装置
６ ＤＣ／ＤＣ変換器
７ 大容量二次電池又は大容量コンデンサ
８ 制御装置
１１ 逆流防止スイッチ
１２ ＬＣフィルタ
１３ 双方向チョッパ
【図１】
0003890924.tif 000003
【図２】
0003890924.tif 000004
【図３】
0003890924.tif 000005
【図４】
0003890924.tif 000006
【図５】
0003890924.tif 000007
【図６】
0003890924.tif 000008
【図７】
0003890924.tif 000009
【図８】
0003890924.tif 000010
【図９】
0003890924.tif 000011
【図１０】
0003890924.tif 000012
【図１１】
0003890924.tif 000013
【図１２】
0003890924.tif 000014
【図１３】
0003890924.tif 000015