JP2003220859A - Power accumulation unit for dc electrical equipment and railway electrical system - Google Patents
Power accumulation unit for dc electrical equipment and railway electrical systemInfo
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は電気鉄道給電システ
ムに関する。TECHNICAL FIELD The present invention relates to an electric railway power feeding system.
【0002】[0002]
【従来の技術】電車の駆動方式として交流モータとイン
バータを組み合わせた駆動システムが普及したことによ
り、ブレーキ時に、運動エネルギーを電気エネルギーに
変換し、効率よく架線に回生できるようになった。回生
された電力は、力行している他の電車で消費される電力
の一部として、利用される。2. Description of the Related Art With the widespread use of drive systems that combine an AC motor and an inverter as a train drive system, it has become possible to efficiently convert kinetic energy into electric energy during braking and regenerate it into overhead lines. The regenerated electric power is used as part of the electric power consumed by other trains that are running.
【0003】特開平2000−4507号公報には、電
車にキャパシタを搭載し回生電力をキャパシタに蓄え、
次回の力行運転時に利用する方法の開示がある。また、
特開平9−289703号公報に、長距離の急勾配配線
区の架線回路に蓄電器を配置する方法の開示がある。さ
らに、特開平11−27874号公報には、二次電池を
用いた電力貯蔵システムの開示がある。Japanese Unexamined Patent Publication No. 2000-4507 discloses that a train is equipped with a capacitor and regenerative power is stored in the capacitor.
There is a disclosure of the method to use at the next powering operation. Also,
Japanese Unexamined Patent Publication No. 9-289703 discloses a method of arranging a condenser in an overhead line circuit in a long distance steep wiring section. Further, JP-A-11-27874 discloses a power storage system using a secondary battery.
【0004】[0004]
【発明が解決しようとする課題】前記従来技術では、力
行している他の電車がない場合には、回生電力を抵抗等
で消費したり、回生運転を中止して摩擦力によるブレー
キに切り替えるなどして、回生電力を有効に利用できな
い。また、回生運転中の電車と力行運転中の電車との間
に距離がある場合には、架線での損失が発生する。In the above prior art, when there is no other train running on power, the regenerative electric power is consumed by resistance or the like, or the regenerative operation is stopped and the brake is switched to the frictional force. Then, the regenerative power cannot be effectively used. Further, if there is a distance between the train during the regenerative operation and the train during the powering operation, a loss on the overhead line occurs.
【0005】また、前記特開平2000−4507号公
報に開示の電車にキャパシタ等を搭載する方法は、電車
重量の増加につながり消費電力の増加につながる。ま
た、前記特開平9−289703号公報に開示の長距離
の急勾配線区に蓄電器を配置する方法の場合、最も発生
電力の大きくなる駅での減速時の回生電力に対しては、
効果が無い。さらに、前記特開平11−27874号公
報に記載の方法では変電所との連携が必要であり、構成
が複雑である。Further, the method of mounting a capacitor or the like on a train disclosed in the above-mentioned Japanese Patent Laid-Open No. 2000-4507 leads to an increase in train weight and power consumption. Further, in the case of the method of disposing the electric storage device in the long-distance steep slope line section disclosed in JP-A-9-289703, with respect to the regenerative electric power at the time of deceleration at the station where the generated electric power becomes the largest,
It has no effect. Further, the method described in Japanese Patent Laid-Open No. 11-27874 requires cooperation with a substation, and the structure is complicated.
【0006】本発明の目的は、電車重量を増加させるこ
となく、駅における減速時の回生電力を有効利用するこ
とである。An object of the present invention is to effectively utilize the regenerative electric power at the time of deceleration at a station without increasing the train weight.
【0007】[0007]
【課題を解決するための手段】本発明の電力蓄積装置
は、電力変換器と、該電力変換器を介して直流電源と接
続されたエネルギー蓄積要素を備え、基準電圧と電力変
換器の直流電源側の電圧との差が減少するように電力変
換器からエネルギー蓄積要素への電力を制御し、回生エ
ネルギーが過剰である場合に架線電圧が上昇することを
利用して、エネルギー蓄積要素への電力を制御するた
め、電車の力行回生状態を検出する必要がない。このた
め、本発明の電力蓄積装置を電車に搭載する必要が無
く、地上に設置できるので、電車の重量を増加させな
い。A power storage device of the present invention comprises a power converter and an energy storage element connected to a DC power supply via the power converter, and has a reference voltage and a DC power supply for the power converter. Power to the energy storage element is controlled by controlling the power from the power converter to the energy storage element so that the difference with the voltage on the side is reduced, and using the fact that the overhead line voltage rises when regenerative energy is excessive. Therefore, it is not necessary to detect the power regeneration state of the train. Therefore, the power storage device of the present invention does not need to be mounted on a train and can be installed on the ground, and thus the weight of the train is not increased.
【0008】また、本発明の鉄道機電システムでは、駅
に停車する際の減速時の回生電力の回収と発車する際の
加速時に必要な電力の供給とを行う電力蓄積装置を駅近
傍に設置して、送電による損失を低減し、回生電力を有
効に利用できる。Further, in the railroad mechanic system of the present invention, an electric power storage device for collecting regenerative electric power during deceleration when stopping at a station and supplying electric power necessary for accelerating when starting is installed near the station. As a result, the loss due to power transmission can be reduced and the regenerative power can be effectively used.
【0009】[0009]
【発明の実施の形態】以下本発明の実施例を図面を用い
て詳しく説明する。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention will be described in detail below with reference to the drawings.
【0010】(実施例1)本実施例を図1,図2及び図
3を用いて説明する。図1において、1は交流電源、2
は変圧器、3は整流器、4は架線、5は軌道、6は車
両、7は電力蓄積装置、100は第1の端子、101は
第2の端子、102は第1の電圧検出器、103は電力
変換器、104は第2の電圧検出器、105はキャパシ
タ、106は電圧指令器、107は減算器、108は電
圧制御器、109は充電量演算器、110は電流指令制
限器である。(Embodiment 1) This embodiment will be described with reference to FIGS. 1, 2 and 3. In FIG. 1, 1 is an AC power source, 2
Is a transformer, 3 is a rectifier, 4 is an overhead wire, 5 is a track, 6 is a vehicle, 7 is a power storage device, 100 is a first terminal, 101 is a second terminal, 102 is a first voltage detector, and 103. Is a power converter, 104 is a second voltage detector, 105 is a capacitor, 106 is a voltage commander, 107 is a subtractor, 108 is a voltage controller, 109 is a charge amount calculator, and 110 is a current command limiter. .
【0011】交流電源1は例えば電力系統であり、交流
電源1の電圧を所望の電圧となるように変圧器2で変圧
し、ダイオードブリッジ回路で構成される整流器3で直
流電圧に変換する。整流器3の直流電圧は、整流器3か
ら架線側に電力が供給される場合Es0である。また、
架線側の電圧がEs0より大きい場合は、整流器3の全
てのダイオードに逆電圧がかかるため、整流器3に電流
が流れない。変換された直流電圧は、架線4と軌道5と
によって送電される。車両6は架線4と軌道5から給電
される直流電圧を用いて走行する。The AC power supply 1 is, for example, a power system, and the voltage of the AC power supply 1 is transformed by a transformer 2 so as to have a desired voltage, and is converted into a DC voltage by a rectifier 3 composed of a diode bridge circuit. The DC voltage of the rectifier 3 is Es0 when power is supplied from the rectifier 3 to the overhead wire side. Also,
When the voltage on the overhead wire side is higher than Es0, a reverse voltage is applied to all the diodes of the rectifier 3, so that no current flows in the rectifier 3. The converted DC voltage is transmitted by the overhead wire 4 and the track 5. The vehicle 6 travels using the DC voltage supplied from the overhead wire 4 and the track 5.
【0012】電力蓄積装置7は第1の端子100及び第
2の端子101を介して架線4と軌道5とにそれぞれ接
続される。電力蓄積装置7は、第1の端子100,第2
の端子101,第1の電圧検出器102,電力変換器1
03,第2の電圧検出器104,キャパシタ105,電
圧指令器106,減算器107,電圧制御器108,充
電量演算器109、及び電流指令制限器110から構成
される。The power storage device 7 is connected to the overhead wire 4 and the track 5 via a first terminal 100 and a second terminal 101, respectively. The power storage device 7 includes a first terminal 100 and a second terminal 100.
Terminal 101, first voltage detector 102, power converter 1
03, a second voltage detector 104, a capacitor 105, a voltage command unit 106, a subtractor 107, a voltage controller 108, a charge amount calculator 109, and a current command limiter 110.
【0013】第1の電圧検出器102は架線4と軌道5
とにかかる直流電圧を検出し架線電圧Esを出力する。
電力変換器103は、電力変換器103からキャパシタ
105に流れる電流Icと第2の電流指令Ic2* とが一
致するように、キャパシタ105の充放電を行う。な
お、第2の電流指令Ic2* が正であるときキャパシタ
105は充電され、第2の電流指令Ic2* が負の時キ
ャパシタ105は放電するものとする。また、キャパシ
タ105は車両6の発生する回生電力を蓄積する必要が
あるため、大きな容量が得られる電気二重層コンデンサ
を用いる。The first voltage detector 102 includes an overhead line 4 and a track 5.
The DC voltage applied to and is detected and the overhead wire voltage Es is output.
The power converter 103 is a capacitor from the power converter 103.
The capacitor 105 is charged and discharged so that the current Ic flowing through 105 and the second current command Ic2 * match. It is assumed that the capacitor 105 is charged when the second current command Ic2 * is positive, and the capacitor 105 is discharged when the second current command Ic2 * is negative. Further, since the capacitor 105 needs to store the regenerative electric power generated by the vehicle 6, an electric double layer capacitor that can obtain a large capacity is used.
【0014】第2の電圧検出器104はキャパシタ10
5の電圧を検出し、キャパシタ電圧Ecを出力する。電
圧指令器106は、整流器3で変換された直流電圧より
高い電圧である電圧指令Es* を指令する。電圧指令E
s* と架線電圧Esの差である電圧偏差ΔEsを減算器
107で求め、さらに電圧制御器108は電圧偏差ΔE
sに基づき(1)式を用いて第1の電流指令Ic1* を
演算し出力する。The second voltage detector 104 is the capacitor 10
The voltage of 5 is detected and the capacitor voltage Ec is output. The voltage command device 106 commands the voltage command Es * which is a voltage higher than the DC voltage converted by the rectifier 3. Voltage command E
The voltage deviation ΔEs, which is the difference between s * and the overhead wire voltage Es, is obtained by the subtractor 107, and the voltage controller 108 further determines the voltage deviation ΔEs.
Based on s, the first current command Ic1 * is calculated and output using the equation (1).
【0015】[0015]
【数1】
なお、(1)式中、Kp及びKiは制御ゲインであり、
sはラプラス演算子である。[Equation 1] In the equation (1), Kp and Ki are control gains,
s is a Laplace operator.
【0016】また、充電量演算器109では、(2)式
に基づきキャパシタ105の充電量Qcを求める。The charge amount calculator 109 obtains the charge amount Qc of the capacitor 105 based on the equation (2).
【0017】[0017]
【数2】
Qc=C・Ec …(2)
なお、(2)式中、Cはキャパシタ105の容量であ
る。## EQU00002 ## Qc = C.Ec (2) In the equation (2), C is the capacitance of the capacitor 105.
【0018】電流指令制限器110は、キャパシタ10
5の充電量Qcを適正に保つため、第1の電流指令Ic
1* を制限して、第2の電流指令Ic2* を出力する。
充電量Qcが下限値QL以下である場合、キャパシタ1
05がこれ以上放電しないように第2の電流指令Ic2
* の最小値を0に制限する。逆に、充電量Qcが上限値
QH以上である場合、キャパシタ105がこれ以上充電
されないように第2の電流指令Ic2* の最大値を0に
制限する。充電量Qcが下限値QLより大きく、上限値
QHより小さい場合、第1の電流指令Ic1*と第2の
電流指令Ic2*とは一致する。ここで、充電量の下限
値QLは、例えばキャパシタ105の最大充電量の5%
であり、充電量の上限値QHは、例えばキャパシタ10
5の最大充電量の95%である。The current command limiter 110 includes the capacitor 10
In order to properly maintain the charge amount Qc of No. 5, the first current command Ic
Limit 1 * and output the second current command Ic2 *.
When the charge amount Qc is less than or equal to the lower limit value QL, the capacitor 1
The second current command Ic2 so that 05 does not discharge any more.
Limit the minimum value of * to 0. On the contrary, when the charge amount Qc is the upper limit value QH or more, the maximum value of the second current command Ic2 * is limited to 0 so that the capacitor 105 is not charged any more. When the charge amount Qc is larger than the lower limit value QL and smaller than the upper limit value QH, the first current command Ic1 * and the second current command Ic2 * match. Here, the lower limit value QL of the charge amount is, for example, 5% of the maximum charge amount of the capacitor 105.
And the upper limit value QH of the charge amount is, for example,
This is 95% of the maximum charge of No. 5.
【0019】以上の構成であるため、電力蓄積装置7は
車両の力行回生状態を検出する必要がない。よって、車
両に搭載する必要がなく、地上に設置できる。With the above configuration, the power storage device 7 does not need to detect the power running regeneration state of the vehicle. Therefore, it is not necessary to mount it on the vehicle and can be installed on the ground.
【0020】次に、本実施例の第1の動作例を図2を用
いて説明する。図2に示す4つのタイムチャートはそれ
ぞれ、架線電圧Es,車両6に流れる負荷電流Is,第
2の電流指令Ic2* ,キャパシタ105の充電量Qc
の変化を示す。なお、負荷電流Isの符号は、車両6が
力行の場合に符号は正、回生の場合に符号は負とする。
図2は、車両6が時刻T1でブレーキをかけ始め、期間
Aの間は回生運転を行い、時刻T2で停止し、期間Bの
間は停車し、時刻T3で発車、期間Cの間は力行運転を
行い、時刻T4から惰行運転を行った場合を示す。Next, a first operation example of this embodiment will be described with reference to FIG. The four time charts shown in FIG. 2 are respectively the overhead wire voltage Es, the load current Is flowing in the vehicle 6, the second current command Ic2 *, and the charge amount Qc of the capacitor 105.
Shows the change of. The sign of the load current Is is positive when the vehicle 6 is in the power running mode and is negative when the vehicle 6 is in the regenerative mode.
2 shows that the vehicle 6 starts braking at time T1, performs regenerative operation during period A, stops at time T2, stops during period B, departs at time T3, and powers during period C. The case where the vehicle is operated and the coasting operation is performed from time T4 is shown.
【0021】時刻T1で、車両6が回生運転を開始する
と架線電圧EsがEs0より高くなるため、整流器3に
電流が流れない。このとき、架線電圧Esは架線電圧指
令Es* より小さいため、電圧偏差ΔEs及び第1の電
流指令Ic1* が負になる。しかし、充電量Qcが下限
値QLと同じかそれより小さい値であるため、第2の電
流指令Ic2* は0に制限される。このため、充電量Q
cは変化しない。一方、架線電圧Esは増加していく。At time T1, when the vehicle 6 starts the regenerative operation, the overhead wire voltage Es becomes higher than Es0, so that no current flows through the rectifier 3. At this time, since the overhead wire voltage Es is smaller than the overhead wire voltage command Es *, the voltage deviation ΔEs and the first current command Ic1 * become negative. However, since the charge amount Qc is a value equal to or smaller than the lower limit value QL, the second current command Ic2 * is limited to 0. Therefore, the charge amount Q
c does not change. On the other hand, the overhead wire voltage Es increases.
【0022】図2の時刻T1′で、架線電圧Esが架線
電圧指令Es* に到達すると、第1の電流指令Ic1*
が正になり、第2の電流指令Ic2*は第1の電流指令
Ic1*と一致し、正となる。これにより、キャパシタ1
05の充電が始まり、充電量Qcは増加を始める。ま
た、架線電圧Esは架線電圧指令Es* に一致するよう
に制御される。すなわち、車両6の運動エネルギーが回
生され、キャパシタ105に蓄積されていく。At time T1 'in FIG. 2, when the overhead wire voltage Es reaches the overhead wire voltage command Es *, the first current command Ic1 * is obtained.
Becomes positive, the second current command Ic2 * coincides with the first current command Ic1 *, and becomes positive. As a result, the capacitor 1
The charging of 05 starts, and the charge amount Qc starts increasing. Further, the overhead line voltage Es is controlled so as to match the overhead line voltage command Es *. That is, the kinetic energy of the vehicle 6 is regenerated and accumulated in the capacitor 105.
【0023】図2の時刻T2で、車両6が停止すると負
荷電流Isが0となり、第1の電流指令Ic1* と第2
の電流指令Ic2* とが0になり、キャパシタ105の
充電量Qcの増加が停止する。At time T2 in FIG. 2, when the vehicle 6 stops, the load current Is becomes 0, and the first current command Ic1 * and the second current command Ic1 *
Current command Ic2 * becomes 0, and the increase in the charge amount Qc of the capacitor 105 stops.
【0024】図2の時刻T3で、車両6が発車し、力行
運転を始めると負荷電流Isが正になり、架線電圧Es
が減少しようとするため、第1の電流指令Ic1* と、
第2の電流指令Ic2* とが負になり、キャパシタ10
5の放電が始まり、充電量Qcは減少を始める。また、
架線電圧Esは架線電圧指令Es* に一致するように制
御される。すなわち、キャパシタ105に蓄積された電
気エネルギーが車両6の運動エネルギーに変換されてい
く。At time T3 in FIG. 2, when the vehicle 6 starts and starts a powering operation, the load current Is becomes positive and the overhead wire voltage Es is reached.
To decrease, the first current command Ic1 * and
The second current command Ic2 * becomes negative and the capacitor 10
The discharge of 5 starts, and the charge amount Qc starts to decrease. Also,
The overhead line voltage Es is controlled so as to match the overhead line voltage command Es *. That is, the electric energy stored in the capacitor 105 is converted into the kinetic energy of the vehicle 6.
【0025】図2の時刻T3′で、充電量Qcが下限値
QL以下になると、第2の電流指令Ic2* の下限が0
になるため、第2の電流指令Ic2* は0になり、充電
量Qcの減少が停止する。これにより、架線電圧Esが
減少を始める。架線電圧EsがEs0以下になると、架
線から整流器3に電流が流れ、整流器3から車両6に給
電される。図2で架線電圧EsがEs0より低くなって
いるのは架線の抵抗分による電圧降下の影響である。At time T3 'in FIG. 2, when the charge amount Qc becomes equal to or lower than the lower limit value QL, the lower limit of the second current command Ic2 * becomes 0.
Therefore, the second current command Ic2 * becomes 0, and the decrease in the charge amount Qc stops. As a result, the overhead wire voltage Es starts to decrease. When the overhead wire voltage Es becomes equal to or lower than Es0, a current flows from the overhead wire to the rectifier 3, and the rectifier 3 supplies power to the vehicle 6. In FIG. 2, the overhead wire voltage Es is lower than Es0 because of the voltage drop due to the resistance of the overhead wire.
【0026】図2の時刻T4で、車両6が惰行運転に移
ると負荷電流Isが零となり、架線の電圧降下が無くな
るため架線電圧EsはEs0になる。At time T4 in FIG. 2, when the vehicle 6 starts coasting, the load current Is becomes zero and the voltage drop in the overhead wire disappears, so the overhead wire voltage Es becomes Es0.
【0027】このように、キャパシタ105の充電量Q
cが上限値QHと下限値QLの間にある場合は、架線電
圧がEs* に制御される。このとき、車両6が回生運転
を行っている場合は、回生エネルギーがキャパシタ10
5に蓄積され、車両6が力行運転を行っている場合は、
キャパシタ105からエネルギーが供給される。このた
め、回生エネルギーを有効に利用できる。また、車両6
が力行運転を行っているときに、キャパシタ105に蓄
積されたエネルギーが無くなった場合には、整流器3か
らエネルギーが供給されるので、車両の運行に支障は生
じない。Thus, the charge amount Q of the capacitor 105
When c is between the upper limit value QH and the lower limit value QL, the overhead wire voltage is controlled to Es *. At this time, when the vehicle 6 is performing regenerative operation, the regenerative energy is stored in the capacitor 10
If the vehicle 6 is performing a power running operation,
Energy is supplied from the capacitor 105. Therefore, regenerative energy can be effectively used. Also, the vehicle 6
If the energy stored in the capacitor 105 is exhausted during the power running operation, the rectifier 3 supplies the energy, so that the operation of the vehicle is not hindered.
【0028】次に本実施例の第2の動作例を図3を用い
て説明する。図3では、車両6が停止時に回生する回生
エネルギーよりもキャパシタ105に蓄積できるエネル
ギーが小さい場合を説明する。Next, a second operation example of this embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 3 illustrates a case where the energy that can be stored in the capacitor 105 is smaller than the regenerative energy that is regenerated when the vehicle 6 is stopped.
【0029】図3に示す4つのタイムチャートは、図2
と同様、架線電圧Es,負荷電流Is,第2の電流指令
Ic2* ,キャパシタ105の充電量Qcである。図3
の時刻T5において、車両6がブレーキをかけ始め、期
間Dの間は回生運転を行い、時刻T6で停止する。時刻
T5から時刻T5′までの間は図2と同様の動作である
ため、説明を省略する。The four time charts shown in FIG. 3 are shown in FIG.
Similarly, the overhead line voltage Es, the load current Is, the second current command Ic2 *, and the charge amount Qc of the capacitor 105. Figure 3
At time T5, vehicle 6 starts braking, performs regenerative operation during period D, and stops at time T6. From time T5 to time T5 ', the operation is similar to that of FIG.
【0030】図3の時刻T5′で、キャパシタ105の
充電量Qcが上限値QHに到達する。すなわち、車両6
が回生する回生エネルギーがキャパシタ105に蓄積で
きる上限のエネルギーに到達した状態である。充電量Q
cが上限値QH以上になるため、第2の電流指令Ic2
* は0になる。これによりキャパシタ105の充電量Q
cの増加が止まり、キャパシタ105が過充電となるこ
とを防止する。このとき、車両6からの回生エネルギー
の行き先が無くなるため、架線電圧Esが増加を始め
る。At time T5 'in FIG. 3, the charge amount Qc of the capacitor 105 reaches the upper limit value QH. That is, the vehicle 6
Is a state in which the regenerative energy regenerated has reached the upper limit energy that can be stored in the capacitor 105. Charge Q
Since c becomes the upper limit value QH or more, the second current command Ic2
* Becomes 0. As a result, the charge amount Q of the capacitor 105
It is prevented that the increase of c stops and the capacitor 105 is overcharged. At this time, since the destination of the regenerative energy from the vehicle 6 disappears, the overhead wire voltage Es starts to increase.
【0031】図3の時刻T5″で、架線電圧Esが基準
電圧Es1に到達すると、車両6は回生ブレーキを機械
式ブレーキに切り替えるか、あるいは搭載する抵抗器に
回生エネルギーを消費させることにより、架線への回生
を行わない、すなわち負荷電流Is=0になるように動
作する。これにより、架線電圧Esの増加は停止する。
このことから、架線電圧指令Es* は基準電圧Es1よ
りも低い値に設定する必要がある。At time T5 "in FIG. 3, when the overhead wire voltage Es reaches the reference voltage Es1, the vehicle 6 switches the regenerative brake to a mechanical brake or causes the mounted resistor to consume the regenerative energy, and Regeneration is not performed, that is, the operation is performed so that the load current Is = 0. As a result, the increase of the overhead wire voltage Es is stopped.
Therefore, the overhead wire voltage command Es * needs to be set to a value lower than the reference voltage Es1.
【0032】以上説明した第2の動作例に示すように、
車両6が停止時に回生するエネルギーよりもキャパシタ
105に蓄積できるエネルギーが小さい場合でも、キャ
パシタ105が過充電になることはない。As shown in the second operation example described above,
Even if the energy that can be stored in the capacitor 105 is smaller than the energy regenerated when the vehicle 6 is stopped, the capacitor 105 will not be overcharged.
【0033】しかしながら、キャパシタ105に蓄積で
きなかった車両6の運動エネルギーは摩擦熱や抵抗器の
発熱で失われるため、回生エネルギーを有効に利用する
ためには、キャパシタ105に蓄積できるエネルギー
は、車両6がブレーキ時に発生することのできる回生エ
ネルギーよりも大きくすることが望ましい。However, since the kinetic energy of the vehicle 6 that cannot be stored in the capacitor 105 is lost due to frictional heat and heat generated by the resistor, in order to effectively use the regenerative energy, the energy that can be stored in the capacitor 105 is It is desirable that 6 is larger than the regenerative energy that can be generated during braking.
【0034】ここで、Es0,基準電圧Es1及び架線
電圧指令Es* の具体例を示すと、架線の公称電圧が1
500Vの場合、Es0は1500V、基準電圧Es1
は1800V、架線電圧指令Es* は1700Vであ
る。Here, to show specific examples of Es0, reference voltage Es1 and overhead line voltage command Es *, the nominal voltage of the overhead line is 1
In case of 500V, Es0 is 1500V, reference voltage Es1
Is 1800V, and the overhead wire voltage command Es * is 1700V.
【0035】なお、以上の説明ではキャパシタとして電
気二重層コンデンサを用いたが必要な容量が得られるの
であれば、他の種類のキャパシタであってもよい。ま
た、キャパシタに替えて、他のエネルギーの蓄積要素を
用いてもよい。例えばエネルギー蓄積要素としては、回
転体の運動エネルギーとしてエネルギーを蓄積するフラ
イホイールや二次電池がある。また、フライホールを用
いる場合、充電量Qcをフライホイールの運動エネルギ
ーに置き換えればよい。Although an electric double layer capacitor is used as the capacitor in the above description, another type of capacitor may be used as long as the required capacitance can be obtained. Further, instead of the capacitor, another energy storage element may be used. For example, as the energy storage element, there is a flywheel or a secondary battery that stores energy as kinetic energy of a rotating body. When using the flyhole, the charge amount Qc may be replaced with the kinetic energy of the flywheel.
【0036】次に本実施例の電力蓄積装置7の設置場所
について、図4を用いて説明する。図4は鉄道の駅周辺
の平面模式図である。図4において、7は電力蓄積装
置、301は第1の軌道、302は第2の軌道、303
は第1のホーム、304は第2のホーム、310,31
1,312,313は領域線である。Next, the installation location of the power storage device 7 of this embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 4 is a schematic plan view around a railway station. In FIG. 4, 7 is a power storage device, 301 is a first orbit, 302 is a second orbit, 303
Is the first home, 304 is the second home, 310, 31
1, 312 and 313 are area lines.
【0037】鉄道車両の走行する第1の軌道301及び
第2の軌道302に接して、それぞれ第1のホーム30
3及び第2のホーム304が設置されている。鉄道車両
の乗客は第1のホーム303もしくは第2のホーム30
4により、鉄道車両への乗降を行う。領域線310及び
311は第1のホームの線路に接する側の中点から半径
3km以下の第1の領域の境界を表している。また、領域
線312及び313は第2のホームの線路に接する側の
中点から半径3km以下の第2の領域の境界を表してい
る。電力蓄積装置7は、図4中の斜線で表される第1の
領域もしくは第2の領域の中に設置されている。すなわ
ち、あるホームにおける線路の接する側の中点から3km
以下の距離に設置される。The first platform 30 is in contact with the first track 301 and the second track 302 on which the railroad car runs, respectively.
3 and the second home 304 are installed. The passengers of the railway vehicle are the first home 303 or the second home 30.
By 4 the boarding / alighting of the railway car is performed. The area lines 310 and 311 represent the boundaries of the first area having a radius of 3 km or less from the midpoint of the side of the first platform that contacts the railroad track. Further, the area lines 312 and 313 represent the boundaries of the second area having a radius of 3 km or less from the midpoint of the side of the second platform which contacts the line. The power storage device 7 is installed in the first area or the second area indicated by the diagonal lines in FIG. In other words, 3km from the midpoint of the side of the track on a certain platform
It will be installed at the following distances.
【0038】鉄道車両は、通過駅を除きホーム近傍に停
車するため、ホームに向かって減速し、停車し、再度加
速を行う。減速を行う際には、回生エネルギーが発生
し、これを電力蓄積装置7で蓄積し、再度加速する際
に、蓄積されたエネルギーを電力蓄積装置7から放出す
る。このとき、電力蓄積装置7と鉄道車両の距離が遠い
と架線における損失が大きくなる。よって、この距離を
最小限にすることにより、損失を低減できる。この距離
として、本実施例では例えば3km以内としている。Since the railway vehicle stops near the platform except for the transit station, it decelerates toward the platform, stops, and accelerates again. When decelerating, regenerative energy is generated, stored in the power storage device 7, and when accelerated again, the stored energy is released from the power storage device 7. At this time, if the distance between the power storage device 7 and the railway vehicle is long, the loss in the overhead line becomes large. Therefore, by minimizing this distance, the loss can be reduced. In this embodiment, this distance is within 3 km, for example.
【0039】(実施例2)本実施例を図5を用いて説明
する。なお、図1と同じ構成については、同一の符号を
付け、説明を省略する。本実施例では電力蓄積装置を車
両に搭載し移動できるようにしたことが実施例1と相違
する。図5において、400は車体、401は集電器、4
02は車輪である。車体400には、電力蓄積装置7が
搭載されており、さらに集電器401及び車輪402が
取り付けられている。集電器401は電力蓄積装置7の
第1の端子100に電気的に接続され、車輪架線4と電
力蓄積装置7の第2の端子101と接続されている。集
電器401は摺動できるように架線4と接触している。
一方、車輪402も軌道5と接触している。よって、電
力蓄積装置7は電気的に架線4及び軌道5と接続されて
いるため、実施例1と同様の動作をする。(Embodiment 2) This embodiment will be described with reference to FIG. The same components as those in FIG. 1 are designated by the same reference numerals and the description thereof will be omitted. The present embodiment is different from the first embodiment in that the power storage device is mounted on a vehicle so as to be movable. In FIG. 5, 400 is a vehicle body, 401 is a current collector, 4
02 is a wheel. The electric power storage device 7 is mounted on the vehicle body 400, and the current collector 401 and the wheels 402 are further attached. The current collector 401 is electrically connected to the first terminal 100 of the power storage device 7, and is connected to the wheel overhead wire 4 and the second terminal 101 of the power storage device 7. The current collector 401 is in sliding contact with the overhead wire 4.
On the other hand, the wheel 402 is also in contact with the track 5. Therefore, since the power storage device 7 is electrically connected to the overhead wire 4 and the track 5, the power storage device 7 operates similarly to the first embodiment.
【0040】本実施例では、集電器401及び車輪40
2を介して電力蓄積装置7を接続しているため、軌道上
を移動できるので、例えば駅構内の引込み線や待避線、
さらに実施例1と同様な駅近傍に本実施例の電力蓄積装
置7を搭載した車両を配置してエネルギーを回生でき
る。この場合、車体400に電動機を搭載し車輪を駆動
して移動してもよいし、機関車で牽引して移動してもよ
い。また、本実施例の電力蓄積装置7を回生エネルギー
規模に応じて複数配置してもよい。In this embodiment, the current collector 401 and the wheels 40
Since the power storage device 7 is connected via 2 and can be moved on the track, for example, a lead-in line or a siding line in the station premises,
Further, a vehicle equipped with the power storage device 7 of the present embodiment can be arranged near a station similar to that of the first embodiment to regenerate energy. In this case, an electric motor may be mounted on the vehicle body 400 and the wheels may be driven to move, or the locomotive may be towed to move. Further, a plurality of power storage devices 7 of this embodiment may be arranged according to the scale of regenerative energy.
【0041】[0041]
【発明の効果】本発明によれば、電車重量を増加させる
ことなく、駅における減速時の回生電力を有効利用する
ことができる。According to the present invention, the regenerative electric power at the time of deceleration at the station can be effectively used without increasing the weight of the train.
【図1】実施例1の電力蓄積装置の説明図である。FIG. 1 is an explanatory diagram of a power storage device according to a first embodiment.
【図2】実施例1の電力蓄積装置の動作のタイムチャー
トである。FIG. 2 is a time chart of the operation of the power storage device according to the first embodiment.
【図3】実施例1の電力蓄積装置の別の動作のタイムチ
ャートである。FIG. 3 is a time chart of another operation of the power storage device according to the first embodiment.
【図4】実施例1の電力蓄積装置のの設置場所の説明図
である。FIG. 4 is an explanatory diagram of an installation place of the power storage device according to the first embodiment.
【図5】実施例2の電力蓄積装置の説明図である。FIG. 5 is an explanatory diagram of a power storage device according to a second embodiment.
1…交流電源、2…変圧器、3…整流器、4…架線、5
…軌道、6…車両、7…電力蓄積装置、100…第1の
端子、101…第2の端子、102…第1の電圧検出
器、103…電力変換器、104…第2の電圧検出器、
105…キャパシタ、106…電圧指令器、107…減
算器、108…電圧制御器、109…充電量演算器、1
10…電流指令制限器、301…第1の軌道、302…
第2の軌道、303…第1のホーム、304…第2のホ
ーム、400…車体、401…集電器、402…車輪。1 ... AC power supply, 2 ... Transformer, 3 ... Rectifier, 4 ... Overhead line, 5
... track, 6 ... vehicle, 7 ... power storage device, 100 ... first terminal, 101 ... second terminal, 102 ... first voltage detector, 103 ... power converter, 104 ... second voltage detector ,
105 ... Capacitor, 106 ... Voltage commander, 107 ... Subtractor, 108 ... Voltage controller, 109 ... Charge amount calculator, 1
10 ... Current command limiter, 301 ... First track, 302 ...
Second track, 303 ... First home, 304 ... Second home, 400 ... Car body, 401 ... Current collector, 402 ... Wheels.
フロントページの続き (72)発明者 二見 基生 茨城県日立市大みか町七丁目1番1号 株 式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者 上田 茂太 茨城県日立市大みか町七丁目1番1号 株 式会社日立製作所日立研究所内Continued front page (72) Inventor Motoo Futami 7-1-1, Omika-cho, Hitachi-shi, Ibaraki Prefecture Inside the Hitachi Research Laboratory, Hitachi Ltd. (72) Inventor Shigeta Ueda 7-1-1, Omika-cho, Hitachi-shi, Ibaraki Prefecture Inside the Hitachi Research Laboratory, Hitachi Ltd.
Claims (12)
電源と接続されたエネルギー蓄積要素とを備えた電力蓄
積装置において、 基準電圧と電力変換器の直流電源側の電圧との差が減少
するように電力変換器からエネルギー蓄積要素への電力
を制御することを特徴とする電力蓄積装置。1. A power storage device comprising a power converter and an energy storage element connected to a DC power supply via the power converter, wherein a difference between a reference voltage and a voltage on the DC power supply side of the power converter. A power storage device, characterized in that the power from the power converter to the energy storage element is controlled so as to decrease.
ネルギー蓄積要素のエネルギー蓄積量を検出あるいは推
定する蓄積量検出器を具備し、該蓄積量検出器の出力に
基づき電力変換器からエネルギー蓄積要素への電力を制
限することを特徴とする電力蓄積装置。2. The power storage device according to claim 1, further comprising a storage amount detector for detecting or estimating an energy storage amount of an energy storage element, and energy storage from the power converter based on an output of the storage amount detector. A power storage device characterized by limiting power to an element.
前記基準電圧を直流電源の電圧より高い電圧に設定する
ことを特徴とする電力蓄積装置。3. The method according to any one of claims 1 and 2,
A power storage device, wherein the reference voltage is set to a voltage higher than a voltage of a DC power supply.
おいて、前記エネルギー蓄積要素が、電気二重層コンデ
ンサまたは二次電池であることを特徴とする電力蓄積装
置。4. The power storage device according to claim 1, wherein the energy storage element is an electric double layer capacitor or a secondary battery.
おいて、前記エネルギー蓄積要素が、フライホイールで
あることを特徴とする電力蓄積装置。5. The power storage device according to claim 1, wherein the energy storage element is a flywheel.
力蓄積装置において、前記電力蓄積装置が軌道上を移動
して設置できることを特徴とする電力蓄積装置。6. The power storage device according to claim 1, wherein the power storage device can be installed while moving on a track.
を車両に送電する送電手段と、車両への乗降を行うホー
ムと、車両が走行する軌道とを具備した鉄道機電システ
ムにおいて、 前記軌道に面した前記ホームの中心から半径3km以内に
前記送電手段と電気的に接続された電力蓄積装置を具備
し、該電力蓄積手段が電力変換器と、該電力変換器を介
して直流電源と接続されたエネルギー蓄積要素とを備
え、基準電圧と電力変換器の直流電源側の電圧との差が
減少するように電力変換器からエネルギー蓄積要素への
電力を制御するものであることを特徴とする鉄道機電シ
ステム。7. A railroad mechanic system comprising a vehicle running on electric power, a DC power source, a power transmission means for transmitting electric power to the vehicle, a platform for getting on and off the vehicle, and a track on which the vehicle travels, A power storage device electrically connected to the power transmission means is provided within a radius of 3 km from the center of the platform facing the track, and the power storage means includes a power converter and a DC power source via the power converter. A connected energy storage element, characterized in that it controls the power from the power converter to the energy storage element so that the difference between the reference voltage and the voltage on the DC power supply side of the power converter decreases. A railway mechatronic system.
ネルギー蓄積要素のエネルギー蓄積量を検出あるいは推
定する蓄積量検出器を具備し、該蓄積量検出器の出力に
基づき電力変換器からエネルギー蓄積要素への電力を制
限することを特徴とする鉄道機電システム。8. The power storage device according to claim 7, further comprising a storage amount detector for detecting or estimating the amount of energy storage of the energy storage element, and the energy storage from the power converter based on the output of the storage amount detector. A railroad electric power system characterized by limiting the power to the elements.
記電力蓄積装置が前記基準電圧を直流電源の電圧より高
い電圧に設定することを特徴とする鉄道機電システム。9. The railway machine power system according to claim 7, wherein the power storage device sets the reference voltage to a voltage higher than the voltage of the DC power supply.
かにおいて、前記電力蓄積装置の前記エネルギー蓄積要
素が、電気二重層コンデンサまたは二次電池であること
を特徴とする鉄道機電システム。10. The railway machine and electrical system according to claim 8, 9, or 10, wherein the energy storage element of the power storage device is an electric double layer capacitor or a secondary battery. .
かにおいて、前記電力蓄積装置の前記エネルギー蓄積要
素が、フライホイールであることを特徴とする鉄道機電
システム。11. The railroad mechanic system according to claim 8, 9, or 10, wherein the energy storage element of the power storage device is a flywheel.
の鉄道機電システムにおいて、前記電力蓄積装置が軌道
上を移動して設置できることを特徴とする鉄道機電シス
テム。12. The railway machine / electric system according to any one of claims 7 to 11, wherein the power storage device can be installed by moving on a track.
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