JP2012197055A - Drive system for rolling stock - Google Patents

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Motomi Shimada
嶋田　　基巳
Kento Mochizuki
健人 望月
Takayoshi Nakamura
卓義 中村
Kenji Shinomiya
健志 篠宮
Yutaka Arita
有田　　裕
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a drive system for a rolling stock which supplements part of electric power supplied to a vehicle from a substation to level the electric power used by the substation as power supply equipment by adjusting the amount of electricity accumulated by a power storage system mounted on the vehicle based on the information from outside the vehicle.SOLUTION: A train operation control system 44 monitors the operation status (number of trains operated) of trains between feeder sections and provides information on the number of trains operated to a train operation command system 45. Each train is provided with a power storage means for accumulating the electric power generated by a regenerative brake. Based on such information, the train operation command system 45 commands the trains operated between feeder sections to reach a target increase/decrease value of the amount of accumulated electricity, so that the target value is transmitted to an on-board command information receiving device from a command information transmitter 10 installed on the ground. Low (high) target value is commanded to be reached by the target value of the amount of electricity accumulated according to the large (small) number of trains between the feeder sections to level the maximum power consumption.

Description

本発明は、鉄道車両の駆動システムに係り、特に、電力蓄積手段を備えていてブレーキ時の発電エネルギの蓄電を可能とし、この蓄電エネルギを再利用して駆動装置に電力を供給する鉄道車両の駆動システムに関する。   The present invention relates to a railway vehicle drive system, and more particularly, to a railway vehicle equipped with electric power storage means that enables electric power to be stored during braking, and the electric power is reused to supply electric power to a drive device. It relates to the drive system.

鉄道車両は、鉄の車輪がレール面上を転がることで走行するため、走行抵抗が自動車に比べて小さいことが特徴である。特に、最近の電気鉄道車両では、ブレーキ時に主電動機を発電機として作用させることで制動力を得ると同時に、制動時に主電動機で発生する電気的エネルギを架線に戻して他車両の力行エネルギとして再利用する回生ブレーキ制御を行っている。この回生ブレーキを備える電気鉄道車両は、回生ブレーキを備えていない電気鉄道車両に比べて、約半分のエネルギ消費で走行することが可能とされており、走行抵抗が小さい鉄道車両の特徴を生かした省エネ手法といえる。   A railway vehicle is characterized by a low running resistance compared to an automobile because it travels when iron wheels roll on the rail surface. In particular, in a recent electric railway vehicle, a braking force is obtained by causing the main motor to act as a generator during braking, and at the same time, the electric energy generated by the main motor during braking is returned to the overhead line and reused as the power running energy of other vehicles. Regenerative brake control is used. The electric railway vehicle equipped with this regenerative brake is capable of traveling with about half the energy consumption compared to an electric railway vehicle not equipped with a regenerative brake, taking advantage of the features of a railway vehicle with low running resistance. This is an energy-saving technique.

ところで、鉄道車両で回生ブレーキが動作するとき、回生された電力を消費する相手が必要である。これまでの一般的な鉄道車両では、回生ブレーキで発電した電力を、車両に備わる集電装置を通して架線に戻し、その車両と同じ給電区間を走行する他の車両（編成車両の場合には列車、以下同じ。）の力行電力として再利用している。同じ給電区間を複数の車両が走行しているときは、一つの車両の回生ブレーキが動作するタイミングで、力行する他車両が存在する確率が高い。逆に、同じ給電区間に一つの車両のみ走行しているときは、その車両の回生ブレーキが動作しても、その給電区間にはその電力を吸収する力行車両がいない。このため、架線に戻る回生ブレーキ電流が僅少であるため、回生電力によりインバータ装置の直流電圧が大きくなる。この結果、インバータ装置の許容電圧を上回り、高電圧保護で回生ブレーキ失効が発生し、以後は回生ブレーキが動作しない。したがって、空気ブレーキだけで停車することになるので、回生ブレーキによる省エネルギ効果が得られない。   By the way, when a regenerative brake operates in a railway vehicle, a partner who consumes the regenerated electric power is required. In conventional railway vehicles so far, the electric power generated by the regenerative brake is returned to the overhead line through the current collector provided in the vehicle, and other vehicles (trains in the case of trains, The same shall apply hereinafter). When a plurality of vehicles are traveling in the same power feeding section, there is a high probability that there is another vehicle that is powered at the timing when the regenerative brake of one vehicle operates. On the contrary, when only one vehicle is traveling in the same power feeding section, even if the regenerative brake of the vehicle operates, there is no power running vehicle that absorbs the power in the power feeding section. For this reason, since the regenerative brake current returning to the overhead wire is very small, the DC voltage of the inverter device is increased by the regenerative power. As a result, the allowable voltage of the inverter device is exceeded, the regenerative brake expires with high voltage protection, and the regenerative brake does not operate thereafter. Therefore, since the vehicle is stopped only by the air brake, the energy saving effect by the regenerative brake cannot be obtained.

このように、回生ブレーキ電力を架線に戻すには、同じ給電区間を走行しその電力を吸収する他の力行車両が必要であるという制限がある。しかし、回生ブレーキ電力を蓄電できる機能を設けられるのであれば、他の力行車両の存在に関わらず、回生ブレーキによる省エネルギ効果を得られる。   Thus, in order to return the regenerative brake power to the overhead line, there is a limitation that another powering vehicle that travels in the same power feeding section and absorbs the power is necessary. However, if a function capable of storing regenerative brake power is provided, an energy saving effect by the regenerative brake can be obtained regardless of the presence of other power running vehicles.

蓄電装置を設ける位置は、主に地上側の給電設備に併設する場合と、車上側のインバータ装置に併設する場合が考えられる。同じ給電区間に走行する車両数が比較的多い場合、その車両全てに蓄電装置を設けるよりも、給電設備に蓄電装置を併設する方が低コストに実現できる。しかし、前述のように元々車両数が多ければ、他の力行車両で回生ブレーキ電力を吸収できる確率が高い。このため、回生ブレーキ電力を吸収する蓄電装置が必要な場面では、蓄電装置を車上側のインバータ装置に併設することを選択するケースが多くなると考えられる。   The position where the power storage device is provided is considered to be mainly provided in the ground-side power supply facility or in the vehicle-side inverter device. When the number of vehicles traveling in the same power feeding section is relatively large, it is possible to realize a cost reduction by providing the power storage device in the power supply facility rather than providing the power storage device in all the vehicles. However, if the number of vehicles is originally large as described above, there is a high probability that the regenerative brake power can be absorbed by other power running vehicles. For this reason, in a scene where a power storage device that absorbs regenerative brake power is required, it is considered that there are many cases where it is selected that the power storage device is provided in the inverter device on the vehicle upper side.

回生電力を吸収する蓄電装置を車上側のインバータ装置に併設する例としては、特開２００５−２７８２６９号公報における車両用駆動制御装置が開示されている。   As an example in which a power storage device that absorbs regenerative power is provided in the inverter device on the upper side of the vehicle, a vehicle drive control device in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2005-278269 is disclosed.

図７に回生電力を吸収する蓄電装置を車上側のインバータ装置に併設する機器構成の一例を示す。
力行時、インバータ１０５は、蓄電装置１０２から、或いは直流電源１０８と蓄電装置１０２とから受電し、モータ１０６を駆動する。インバータ１０５は、回生時は回生電力を蓄電装置１０２へ、或いは直流電源１０８と蓄電装置１０２とへ回生する。また、停車時や惰行時には、直流電源１０８で蓄電装置１０２を充電する、或いは蓄電装置１０２から直流電源１０８へ放電させる。蓄電装置１０２の充放電電流は、スイッチング素子１１１，１１２をスイッチングすることにより制御される。スイッチング素子１１１，１１２は、蓄電装置の充放電時の電流が、ある設定した電流よりも大きいとき、高いスイッチング周波数で動作し、電流が小さいときには、低いスイッチング周波数で動作する。また、蓄電装置１０２のみで力行・回生動作をする場合、スイッチング素子１１１，１１２のオン・オフの状態を固定する。 FIG. 7 shows an example of a device configuration in which a power storage device that absorbs regenerative power is provided in the inverter device on the vehicle upper side.
During power running, inverter 105 receives power from power storage device 102 or from DC power supply 108 and power storage device 102 and drives motor 106. Inverter 105 regenerates regenerative power to power storage device 102 or to DC power supply 108 and power storage device 102 during regeneration. Further, when the vehicle is stopped or coasting, the power storage device 102 is charged by the DC power source 108 or discharged from the power storage device 102 to the DC power source 108. The charge / discharge current of power storage device 102 is controlled by switching switching elements 111 and 112. Switching elements 111 and 112 operate at a high switching frequency when the current during charging / discharging of the power storage device is larger than a set current, and operate at a low switching frequency when the current is small. Further, when the power running / regenerative operation is performed only by the power storage device 102, the on / off states of the switching elements 111 and 112 are fixed.

特開２００５−２７８２６９号公報JP 2005-278269 A

鉄道システムでは、車両を加速させるエネルギ、及び車両のサービス機器等を稼動させるエネルギは、変電所より架線を経由して供給され、パンタグラフのような集電手段を介して鉄道車両に取り込まれる。ある一路線を走行する車両に必要なエネルギは、複数の変電所（電力供給設備）から供給される。具体的には、路線を一定の距離（概ね５〜１０ｋｍ）で分割した「き電区間」を設け、それぞれのき電区間には所定の一変電所より電力が供給される。き電区間同士は電気的に遮断されており、一列車に複数の変電所から電力が供給されることはない。   In the railway system, the energy for accelerating the vehicle and the energy for operating the service equipment of the vehicle are supplied from the substation via the overhead line, and taken into the railway vehicle via current collecting means such as a pantograph. Energy necessary for a vehicle traveling on a certain route is supplied from a plurality of substations (power supply facilities). Specifically, a “feed section” is formed by dividing a route by a fixed distance (generally 5 to 10 km), and power is supplied to each feed section from a predetermined substation. The feeding sections are electrically disconnected from each other, and no electric power is supplied from a plurality of substations to one train.

ここで、各き電区間を走行する列車は、理想的には同数であることが望ましい。これにより、各変電所からき電区間内の列車に供給する電力を平準化でき、変電所の電気的仕様を統一できるほか、ピーク電力を低減できるためより低コストな電力使用契約が可能と考えられる。   Here, the number of trains traveling in each feeder section is ideally the same. As a result, the power supplied from each substation to the train in the feeder section can be leveled, the electrical specifications of the substation can be unified, and the peak power can be reduced, so it is possible to achieve a lower-cost power usage contract. .

しかし、実際には、
（１）路線内のある区間の乗車率が、ラッシュ時のみ他に比べて高くなる。
（２）区間により車両の運行数が大きく異なる。
（３）ある特定の区間に急勾配が存在する。
というように、鉄道車両の消費電力にはき電区間ごとにばらつきがあり、各変電所からき電区間内の列車に供給する電力を平準化することは難しいと考えられていた。 But in fact,
(1) The occupancy rate of a certain section in the route is higher than the others only during rush hours.
(2) The number of vehicle operations varies greatly depending on the section.
(3) A steep slope exists in a specific section.
As described above, the power consumption of railway vehicles varies from one feeding section to another, and it has been considered difficult to level the power supplied from each substation to the trains in the feeding section.

蓄電装置を車上側のインバータ装置に併設すると、蓄電装置には蓄電可能容量の範囲内で電気エネルギが蓄えられるので、車両を加速させるエネルギ、及び車両のサービス機器等を稼動させるエネルギの一部を、蓄電装置に蓄えられた電気エネルギで補うことができる。これにより、変電所から供給されるエネルギの使用量を減らすことが可能となる。   When the power storage device is installed in the inverter on the upper side of the vehicle, the power storage device stores electrical energy within the range of the capacity that can be stored. Therefore, energy that accelerates the vehicle and part of the energy that operates the service equipment of the vehicle, etc. The electrical energy stored in the power storage device can be supplemented. Thereby, it becomes possible to reduce the usage-amount of the energy supplied from a substation.

特開２００５−２７８２６９号公報の車両用駆動制御装置は、回生ブレーキ電力を吸収する他の力行車両がいない場合でも、自車両に搭載した蓄電装置で回生ブレーキ電力を吸収することで省エネルギ効果を得ることが可能としたシステムであるが、蓄電装置の蓄電量を調整する機能を有しておらず、変電所の使用電力を平準化する目的で動作させることは難しい。   The vehicle drive control device disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2005-278269 has an energy saving effect by absorbing the regenerative brake power with the power storage device mounted on the host vehicle even when there is no other powering vehicle that absorbs the regenerative brake power. Although it is a system that can be obtained, it does not have a function of adjusting the amount of power stored in the power storage device, and is difficult to operate for the purpose of leveling the power used by the substation.

本発明の目的は、車両に搭載した蓄電装置の蓄電量を車両外からの情報に基づいて調整する機能を設けることにより、変電所から車両に供給される電力の一部を補足して、変電所の使用電力を低減することである。また、所定の路線区間を走行する列車数を検出し、その路線区間を走行する列車に搭載された蓄電装置の蓄電量をその列車数に応じて調整することにより、変電所から車両に供給される電力の一部を補足して、路線内の各変電所の使用電力を平準化することである。   An object of the present invention is to supplement a part of electric power supplied from a substation to a vehicle by providing a function of adjusting the amount of electricity stored in a power storage device mounted on the vehicle based on information from outside the vehicle. Is to reduce the power consumption of the place. In addition, the number of trains traveling on a predetermined route section is detected, and the amount of power stored in the power storage device mounted on the train traveling on the route section is adjusted according to the number of trains, so that the power is supplied from the substation to the vehicle. It is to level out the power used by each substation in the route, supplementing part of the power.

そこで、本発明の鉄道車両の駆動システムでは、電力を供給する電力供給手段と、当該電力供給手段から送られる電力を集電手段で取り込んで走行するとともに電力を蓄える電力蓄積手段を備えた鉄道車両と、地上側に設置されており所定の線路区間毎に列車運行を管理し指令をする運行管理・指令手段とを備えた鉄道車両の駆動システムであって、前記運行管理・指令手段は、前記鉄道車両の外部からの情報に基づいて、当該所定の線路区間を走行するときの前記鉄道車両の前記電力蓄積手段が蓄積すべき電力の目標値を指令し、当該目標値の指令を受けた前記鉄道車両は前記電力蓄積手段における電力蓄積を前記目標値に基づいて制御することを特徴としている。   Therefore, in the railway vehicle drive system of the present invention, the railway vehicle is provided with power supply means for supplying electric power, and electric power storage means for taking in the electric power sent from the power supply means with the current collecting means and traveling and storing the electric power And an operation management / command means that is installed on the ground side and manages and commands train operation for each predetermined track section, and the operation management / command means includes the operation management / command means, Based on information from outside the railway vehicle, command the target value of power to be stored by the power storage means of the railway vehicle when traveling on the predetermined track section, and receive the command of the target value The railway vehicle controls power storage in the power storage means based on the target value.

本鉄道車両の駆動システムにおいて、前記運行管理・指令手段は、前記目標値を指令する際に基づく情報として、前記所定の線路区間に存在する前記鉄道車両の本数を含む情報を用いることが好ましい。   In this railway vehicle drive system, it is preferable that the operation management / command means uses information including the number of the railway vehicles existing in the predetermined track section as information based on commanding the target value.

本鉄道車両の駆動システムにおいては、車両に搭載した蓄電装置の蓄電量を車両外からの情報に基づいて調整する機能を設けることにより、変電所から車両に供給される電力の一部が補足され、変電所の使用電力が低減される。また、所定の路線区間を走行する列車数を検出し、その路線区間を走行する列車に搭載された蓄電装置の蓄電量をその列車数に応じて調整することにより、変電所から車両に供給される電力の一部が補足され、路線内の各変電所の使用電力が低減される。   In the drive system of this railway vehicle, a part of the electric power supplied from the substation to the vehicle is supplemented by providing a function for adjusting the amount of electricity stored in the power storage device mounted on the vehicle based on information from outside the vehicle. , Substation power consumption is reduced. In addition, the number of trains traveling on a predetermined route section is detected, and the amount of power stored in the power storage device mounted on the train traveling on the route section is adjusted according to the number of trains, so that the power is supplied from the substation to the vehicle. A part of the power is supplemented, and the power consumed by each substation in the route is reduced.

本鉄道車両の駆動システムにおいては、前記運行管理・指令手段は、前記所定の線路区間に存在する前記鉄道車両の本数に応じて指令すべき前記電力蓄積手段の前記目標値を、前記電力蓄積手段の前記目標値に応じて充電又は放電すべき電力量と前記所定の線路区間に存在する前記鉄道車両の消費電力量との合計が前記所定の線路区間における前記電力供給手段の供給電力に対して平準化されるように、定めることができる。また、前記所定の線路区間に存在する前記鉄道車両が備える前記電力蓄積手段の電力蓄積水準は、前記所定の線路区間に存在する駅の数及び／又は前記鉄道車両の本数が多いほど低い水準に設定することができ、前記鉄道車両が増加する毎に低下する前記電力蓄積手段の前記電力蓄積水準の低下量を、前記鉄道車両の本数が多くなるにしたがって少なくなるように定めることができる。   In the railcar drive system, the operation management / command means sets the target value of the power storage means to be commanded according to the number of the railcars existing in the predetermined track section, and the power storage means. The sum of the amount of power to be charged or discharged according to the target value and the amount of power consumed by the railway vehicle existing in the predetermined track section is relative to the power supplied by the power supply means in the predetermined track section. Can be defined to be leveled. Further, the power storage level of the power storage means included in the railway vehicle existing in the predetermined track section is lower as the number of stations and / or the number of the rail cars present in the predetermined track section is lower. It can be set, and the amount of decrease in the power storage level of the power storage means that decreases each time the rail vehicle increases can be determined so as to decrease as the number of the rail vehicles increases.

本鉄道車両の駆動システムにおいて、各変電所からき電区間内の列車に供給する電力が少ない区間では、走行する車両の蓄電装置に積極的に蓄電するため、蓄電池の蓄電可能容量の範囲内で基準蓄電量よりも多く蓄電を許可する。また、各変電所からき電区間内の列車に供給する電力が多い区間では、走行する車両の蓄電装置に蓄えられた電力を積極的に放電して変電所からの電力を補足するため、蓄電池の蓄電を制限する。すなわち、各変電所からき電区間内の列車に供給する電力などの情報をもとに、各列車の蓄電池の蓄電容量を調整することで、変電所の使用電力を平準化する。   In this railcar drive system, in the sections where the power supplied to the trains in the feeder section from each substation is low, the power is stored in the power storage device of the traveling vehicle. Power storage is permitted more than the power storage amount. In addition, in sections where there is a lot of power supplied from each substation to the train in the feeder section, in order to supplement the power from the substation by actively discharging the power stored in the power storage device of the traveling vehicle, Limit electricity storage. That is, based on information such as the power supplied from each substation to the train in the feeder section, the power used by the substation is leveled by adjusting the storage capacity of the storage battery of each train.

本発明によれば、車両に搭載した蓄電装置の蓄電量を、車両外からの情報に基づいて調整する機能を設けることにより、変電所から車両に供給される電力の一部を補足して、変電所の使用電力を低減し、さらに、所定の路線区間を走行する列車数を検出し、その区間を走行する列車に搭載された蓄電装置の蓄電量をその列車数に応じて調整することにより、変電所から車両に供給される電力の一部を補足して、路線内の各変電所の使用電力を平準化する、鉄道車両の駆動システムを実現することができる。   According to the present invention, by providing a function of adjusting the amount of power stored in the power storage device mounted on the vehicle based on information from outside the vehicle, a part of the power supplied from the substation to the vehicle is supplemented. By reducing the power used at the substation, further detecting the number of trains traveling on a predetermined route section, and adjusting the amount of power stored in the power storage device mounted on the train traveling on that section according to the number of trains Further, it is possible to realize a railway vehicle drive system that supplements part of the power supplied from the substation to the vehicle and leveles the power used by each substation in the route.

本発明の電気車の駆動システムにおける一実施形態の機器構成を示す図。The figure which shows the apparatus structure of one Embodiment in the drive system of the electric vehicle of this invention. 本発明の電気車の駆動システムにおける一実施形態の機器構成を示す図。The figure which shows the apparatus structure of one Embodiment in the drive system of the electric vehicle of this invention. 本発明の電気車の駆動システムの一実施形態における制御方式を示すブロック図。The block diagram which shows the control system in one Embodiment of the drive system of the electric vehicle of this invention. 本発明の電気車の駆動システムを複数列車で稼動させる場合の実施形態を示す図。The figure which shows embodiment in the case of operating the drive system of the electric vehicle of this invention by multiple trains. 本発明の電気車の駆動システムを複数列車にて稼動させる場合の動作例を示す図。The figure which shows the operation example in the case of operating the drive system of the electric vehicle of this invention by a some train. 本発明の電気車の駆動システムの蓄電量指令システムの処理を示すブロック図。The block diagram which shows the process of the electrical storage amount command system of the drive system of the electric vehicle of this invention. 回生電力を吸収する蓄電装置を車上側のインバータ装置に併設する機器構成の一例を示す図。The figure which shows an example of the apparatus structure which attaches the electrical storage apparatus which absorbs regenerative electric power to the inverter apparatus of a vehicle upper side.

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。
図１は、本発明による電気鉄道車両の駆動システムの一実施形態について、その基本構成を示す図である。車両１ａ，１ｂ，１ｃは、列車編成を構成する車両、又はその一部である。車両１ａと車両１ｂは車間連結器２ａで連結されている。車両１ｂと車両１ｃは車間連結器２ｂで連結されている。車両１ａは、台車４ａを介して輪軸５ａ，５ｂにより、また、台車４ｂを介して輪軸５ｃ，５ｄにより、図示していない同じ軌道のレール面上に支持されている。車両１ｂは、台車４ｃを介して輪軸５ｅ，５ｆにより、また、台車４ｄを介して輪軸５ｇ，５ｈにより、図示していない同じ軌道のレール面上に支持されている。車両１ｃは、台車４ｅを介して輪軸５ｉ，５ｊにより、また、台車４ｆを介して輪軸５ｋ，５ｌにより、図示していない同じ軌道のレール面上に支持されている。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
FIG. 1 is a diagram showing the basic configuration of an embodiment of a drive system for an electric railway vehicle according to the present invention. Vehicles 1a, 1b, and 1c are vehicles constituting a train organization or a part thereof. The vehicle 1a and the vehicle 1b are connected by the inter-vehicle connector 2a. The vehicle 1b and the vehicle 1c are connected by the inter-vehicle connector 2b. The vehicle 1a is supported on the rail surface of the same track (not shown) by the wheel shafts 5a and 5b through the carriage 4a and by the wheel shafts 5c and 5d through the carriage 4b. The vehicle 1b is supported on the rail surface of the same track (not shown) by the wheel shafts 5e and 5f through the carriage 4c and by the wheel shafts 5g and 5h through the carriage 4d. The vehicle 1c is supported on the rail surface of the same track (not shown) by the wheel shafts 5i and 5j through the carriage 4e and by the wheel shafts 5k and 5l through the carriage 4f.

車両１ａには、電力変換装置としてのインバータ装置６、蓄電システム７、指令情報受信装置８、情報制御手段９が搭載されている。インバータ装置６には、図示していない電力線を通して集電装置３により電力が供給される。この電力は、インバータ装置６により、可変電圧可変周波数（ＶＶＶＦ）の交流電力に変換され、図示していない電動機に供給して、輪軸５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄを駆動する。蓄電システム７は、蓄電された直流電力を放電して、インバータ装置６に供給可能である。蓄電システム７は、また、集電装置３により得られた電力を、インバータ装置６を介して充電可能である。   The vehicle 1a is equipped with an inverter device 6 as a power conversion device, a power storage system 7, a command information receiving device 8, and information control means 9. Electric power is supplied to the inverter device 6 by the current collector 3 through a power line (not shown). This electric power is converted into AC power of variable voltage variable frequency (VVVF) by the inverter device 6 and supplied to an electric motor (not shown) to drive the wheel shafts 5a, 5b, 5c and 5d. The power storage system 7 can discharge the stored DC power and supply it to the inverter device 6. The power storage system 7 can also charge the electric power obtained by the current collector 3 via the inverter device 6.

車両１ｂ，１ｃは、車両１ａに搭載しているインバータ装置６、蓄電システム７、指令情報受信装置８、情報制御手段９を搭載しておらず、輪軸５ｅ，５ｆ，５ｇ，５ｈ，５ｉ，５ｊ，５ｋ，５ｌは駆動されない付随車両として図示している。これは、一般的な車両構成に、本発明の鉄道車両の駆動システムを適用した一例であり、本発明の鉄道車両の駆動システムの構成と、車両構成の関連付け意図するものではない。   The vehicles 1b and 1c are not equipped with the inverter device 6, the power storage system 7, the command information receiving device 8 and the information control means 9 which are mounted on the vehicle 1a, and the wheel shafts 5e, 5f, 5g, 5h, 5i and 5j. , 5k, 5l are illustrated as accompanying vehicles that are not driven. This is an example in which the railway vehicle drive system of the present invention is applied to a general vehicle configuration, and the configuration of the railway vehicle drive system of the present invention is not intended to be associated with the vehicle configuration.

本発明による鉄道車両の駆動システムは、列車編成を構成する車両のうち、少なくとも一両にインバータ装置６、蓄電システム７、指令情報受信装置８、情報制御手段９を搭載する。同一編成内に車両１ａと同じ機器構成を持つ車両を複数連結する場合、或いは、車両１ａに搭載されているインバータ装置６、蓄電システム７、指令情報受信装置８、情報制御手段９を、複数の車両に分割搭載する場合でも、本発明の目的は達成できる。   The railway vehicle drive system according to the present invention includes an inverter device 6, a power storage system 7, a command information receiving device 8, and information control means 9 mounted on at least one of the vehicles constituting the train formation. When a plurality of vehicles having the same equipment configuration as the vehicle 1a are connected in the same train, or the inverter device 6, the power storage system 7, the command information receiving device 8, and the information control means 9 mounted on the vehicle 1a The object of the present invention can be achieved even when the vehicle is divided and mounted on a vehicle.

指令情報送信装置１０は、地上に設備され、指令情報受信装置８に対して、蓄電量の目標値を送信する機能を持つ。   The command information transmitting device 10 is installed on the ground and has a function of transmitting a target value of the charged amount to the command information receiving device 8.

以上、説明したように、本鉄道車両の駆動システムの構成によると、地上の列車運転指令所等から与えられる蓄電量増減目標値は、地上に設備された指令情報送信装置１０から、車上に搭載された指令情報受信装置８に伝送し、情報制御手段９を経由して蓄電システム７内の充放電制御装置２０（図２参照）に入力される。充放電制御装置２０は、蓄電量増減目標値が負値であるとき、車両の加速時は蓄電システム７を放電し蓄電量を減少させ、ブレーキ時は回生電力を低減することで、蓄電量の増加を抑える。また、蓄電量増減目標値が正値ときは、車両の加速時は蓄電システム７を放電させず蓄電量の減少を抑え、ブレーキ時は架線に戻せない回生電力を積極的に蓄電して、蓄電量の増加を促す。   As described above, according to the configuration of the driving system of the railway vehicle, the storage amount increase / decrease target value given from the ground train operation command station or the like is sent from the command information transmitting device 10 installed on the ground to the vehicle. The information is transmitted to the installed command information receiving device 8 and input to the charge / discharge control device 20 (see FIG. 2) in the power storage system 7 via the information control means 9. When the storage amount increase / decrease target value is a negative value, the charge / discharge control device 20 discharges the storage system 7 during vehicle acceleration to decrease the storage amount, and reduces regenerative power during braking, thereby reducing the storage amount. Suppress the increase. Further, when the storage amount increase / decrease target value is a positive value, when the vehicle is accelerated, the storage system 7 is not discharged, the decrease in the storage amount is suppressed, and regenerative power that cannot be returned to the overhead line is actively stored during braking. Encourage increase in volume.

すなわち、本発明による鉄道車両の駆動システムによれば、車両に搭載した蓄電システムの蓄電量を、車両外からの情報に基づいて調整することにより、変電所から車両に供給される電力の一部を補足して変電所の使用電力を低減する、鉄道車両の駆動システムを実現できる。   That is, according to the railway vehicle drive system of the present invention, by adjusting the amount of electricity stored in the electricity storage system mounted on the vehicle based on information from outside the vehicle, a part of the electric power supplied from the substation to the vehicle. It is possible to realize a railway vehicle drive system that reduces power consumption of substations.

図２は、本発明による鉄道車両の駆動システムにおける一実施形態の機器構成を示す図である。   FIG. 2 is a diagram showing a device configuration of an embodiment of the railway vehicle drive system according to the present invention.

集電装置３から給電した直流電力は、フィルタリアクトル１２、及びフィルタコンデンサ１３ａで構成するＬＣ回路（フィルタ回路）により高周波数域の変動分が除去された後、インバータ装置１４に入力される。インバータ装置１４は、入力された直流電力を可変電圧可変周波数（ＶＶＶＦ）の３相交流電力に変換して、主電動機１５ａ，１５ｂを駆動する。なお、ここではインバータ装置１４が駆動する主電動機が２台の場合を示しているが、インバータ装置１４が駆動する主電動機の台数は限定しない。電圧センサ１６ａは、フィルタコンデンサ１３ａの両端の直流部電圧Ｖ＿ｄｃを検出する。電流センサ１７ａ，１７ｂ，１７ｃは、インバータ装置１４と主電動機１５ａ，１５ｂとの間の３相交流電力線を流れる各相の電流を検出して、インバータ装置１４に入力する。電流センサ１７ｄは、蓄電装置２２に入出力する電流を検出する。接地点１０１はこの回路の基準電位を決めている。スイッチング素子１８ａ，１８ｂは、集電装置３及び接地点１０１とインバータ装置１４の間にある直流電力部のうち、高電位側と低電位側との間に直列配置する。電圧センサ１６ｂは、蓄電装置２２と平滑リアクトル２１の電力線間に配置されていて、後述の蓄電装置２２の端子間電圧Ｖ＿ｂｔｒを検出する。平滑コンデンサ１３ｂは、蓄電装置２２端子間に並列接続されていて、後述のスイッチング素子１８ａ，１８ｂの動作により発生する電流変動分が蓄電装置２２に流入することを抑える。   The DC power fed from the current collector 3 is input to the inverter device 14 after the fluctuation in the high frequency region is removed by the LC circuit (filter circuit) constituted by the filter reactor 12 and the filter capacitor 13a. The inverter device 14 converts the input DC power into three-phase AC power having a variable voltage variable frequency (VVVF), and drives the main motors 15a and 15b. In addition, although the case where there are two main motors driven by the inverter device 14 is shown here, the number of main motors driven by the inverter device 14 is not limited. The voltage sensor 16a detects the DC voltage V_dc across the filter capacitor 13a. Current sensors 17a, 17b, and 17c detect the current of each phase flowing through the three-phase AC power line between inverter device 14 and main motors 15a and 15b, and input the detected current to inverter device 14. The current sensor 17 d detects a current that is input to and output from the power storage device 22. The ground point 101 determines the reference potential of this circuit. The switching elements 18 a and 18 b are arranged in series between the high potential side and the low potential side in the DC power unit between the current collector 3 and the ground point 101 and the inverter device 14. Voltage sensor 16b is disposed between the power lines of power storage device 22 and smoothing reactor 21, and detects a voltage V_btr between terminals of power storage device 22 described later. The smoothing capacitor 13b is connected in parallel between the terminals of the power storage device 22, and suppresses the amount of current fluctuation generated by the operation of switching elements 18a and 18b described later from flowing into the power storage device 22.

充放電制御装置２０は、インバータ装置１４の回生電力Ｐ＿ｉｎｖ、電圧センサ１６ａの電圧検出値Ｖ＿ｄｃ、電圧センサ１６ｂが検出した蓄電装置２２の端子間電圧である電圧検出値Ｖ＿ｂｔｒ、電流センサ１７ｄが検出した蓄電装置２２に入出力する電流の電流検出値Ｉ＿ｂｔｒ、システム統括制御装置（情報制御手段）９からのＳＯＣ目標値Ｔａｒｇｅｔ＿ＳＯＣ＿ｎを入力とし、ゲートアンプ１９ａ，１９ｂにスイッチング素子１８ａ，１８ｂのオン／オフを指令するゲートパルス信号ＧＰ１，ＧＰ２を出力する。ゲートアンプ１９ａ，１９ｂは、ゲートパルス信号ＧＰ１，ＧＰ２を入力とし、これを基にスイッチング素子１８ａ，１８ｂをオン／オフ可能な電圧制御信号に変換し、スイッチング素子１８ａ，１８ｂをオン／オフ制御する。   In the charge / discharge control device 20, the regenerative power P_inv of the inverter device 14, the voltage detection value V_dc of the voltage sensor 16a, the voltage detection value V_btr which is the voltage across the terminals of the power storage device 22 detected by the voltage sensor 16b, and the current sensor 17d detect The current detection value I_btr of the current input / output to / from the power storage device 22 and the SOC target value Target_SOC_n from the system overall control device (information control means) 9 are input, and the switching elements 18a and 18b are turned on / off to the gate amplifiers 19a and 19b. The commanded gate pulse signals GP1 and GP2 are output. The gate amplifiers 19a and 19b receive the gate pulse signals GP1 and GP2 and convert the switching elements 18a and 18b into voltage control signals that can be turned on / off based on the gate pulse signals GP1 and GP2, thereby controlling the switching elements 18a and 18b on / off. .

指令情報送信装置１０は、地上に設備されており、車載される指令情報受信装置８に対して、蓄電量の目標値を送信する機能を持つ。地上の列車運転指令所等から与えられる蓄電量目標値は、地上に設備された指令情報送信装置１０から車上に搭載された指令情報受信装置８に伝送され、情報制御手段９を経由して充放電制御装置２０に入力される。   The command information transmitting device 10 is installed on the ground and has a function of transmitting a target value of the charged amount to the command information receiving device 8 mounted on the vehicle. The storage amount target value given from the train operation command station on the ground is transmitted from the command information transmitting device 10 installed on the ground to the command information receiving device 8 mounted on the vehicle, and via the information control means 9 Input to the charge / discharge control device 20.

蓄電装置２２としては、回生失効時など回生電力の瞬時吸収を最優先に考えるのであれば、単位体積当たりの充放電入出力性能が高い電気二重層キャパシタ装置などの適用が考えられる。しかし、積極的に省エネルギを進めるためには、付近に力行する車両が存在しないために回生電力を架線に戻せない状況でも、自車内でエネルギを蓄電して回生ブレーキを最大限動作させ、それを力行電力の一部として活用して、運動エネルギ損失を低減することが重要である。また、鉄道車両ではシステム冗長性の確保が重要であるため、停電状態でも安全な退避箇所までの自力走行を実現する要求が考えられる。このため、単位体積あたりの蓄電能力が高いリチウムイオン電池などで構成することが妥当と言える。   As the power storage device 22, an electric double layer capacitor device having a high charge / discharge input / output performance per unit volume can be considered if instantaneous absorption of regenerative power is considered with the highest priority, such as when regeneration is expired. However, in order to actively promote energy saving, even in situations where regenerative power cannot be returned to the overhead line because there is no vehicle running nearby, energy is stored in the vehicle and the regenerative brake is operated to the maximum extent. It is important to reduce the kinetic energy loss by utilizing as a part of the power running power. Moreover, since it is important to ensure system redundancy in a railway vehicle, there may be a demand for realizing self-running to a safe evacuation site even in a power failure state. For this reason, it can be said that it is appropriate to use a lithium ion battery or the like having a high storage capacity per unit volume.

蓄電装置２２の充放電制御は、スイッチング素子１８ａ又は１８ｂを周期的にオン／オフすることで実現する。この充放電制御において、平滑リアクトル２１は、蓄電装置２２に通流する電流の変化率を所定値内に抑える機能を持つ。   The charge / discharge control of the power storage device 22 is realized by periodically turning on / off the switching element 18a or 18b. In this charge / discharge control, the smoothing reactor 21 has a function of suppressing the rate of change of the current flowing through the power storage device 22 within a predetermined value.

ここで、スイッチング素子１８ｂを周期的にオン／オフすることにより、蓄電装置２２の電力を放電する制御について説明する。
スイッチング素子１８ｂを所定時間Ｔｏｎ＿ｂだけオンすると、蓄電装置２２の出力端子間は短絡されるが、平滑リアクトル２１は、その電流増加率を一定値内に抑えると同時に、Ｔｏｎ＿ｂの期間に通流した電流と蓄電装置２２の端子電圧との積を時間積分した電力エネルギを蓄える。その後、スイッチング素子１８ｂを所定時間Ｔｏｆｆ＿ｂだけオフすると、直流電力部側に平滑リアクトル２１に蓄えられた電力エネルギは、スイッチング素子１８ａのダイオード部を介して、集電装置３及び接地点１０１とインバータ装置１４の間にある直流電力部側に放出される。このとき、直流電力側で得られる電圧値Ｖ＿ｄｃは、蓄電装置２２の端子電圧Ｖ＿ｂｔｒを基準として、スイッチング素子１８ｂをオンする時間Ｔｏｎ＿ｂとオフする時間Ｔｏｆｆ＿ｂとの比率から次式で決定する。
［数１］
Ｖ＿ｄｃ＝Ｖ＿ｂｔｒ×（（Ｔｏｎ＿ｂ＋Ｔｏｆｆ＿ｂ）／Ｔｏｆｆ＿ｂ） Here, control for discharging the power of the power storage device 22 by periodically turning on / off the switching element 18b will be described.
When the switching element 18b is turned on for a predetermined time Ton_b, the output terminals of the power storage device 22 are short-circuited, but the smoothing reactor 21 keeps the current increase rate within a constant value and at the same time, the current passed during the Ton_b period. And the power energy obtained by time-integrating the product of the terminal voltage of the power storage device 22. After that, when the switching element 18b is turned off for a predetermined time Toff_b, the power energy stored in the smoothing reactor 21 on the DC power section side is collected through the diode section of the switching element 18a, the current collector 3, the ground point 101, and the inverter apparatus. 14 is discharged to the side of the direct current power unit. At this time, voltage value V_dc obtained on the DC power side is determined from the ratio of time Ton_b for turning on switching element 18b and time Toff_b for turning off based on terminal voltage V_btr of power storage device 22 by the following equation.
[Equation 1]
V_dc = V_btr × ((Ton_b + Toff_b) / Toff_b)

次に、スイッチング素子１８ａを周期的にオン／オフすることにより、蓄電装置２２に電力を充電する制御について説明する。
スイッチング素子１８ａを所定時間Ｔｏｎ＿ａだけオンすると、集電装置３及び接地点１０１とインバータ装置１４の間にある直流電力部の、接地点１０１に対する電位Ｖ＿ｄｃが、蓄電池２２の端子間電圧（接地点１０１に対する電位）Ｖ＿ｂｃよりも高いとき（Ｖ＿ｄｃ＞Ｖ＿ｂｃ）、直流電力部から蓄電装置２２の向きに電流が流れる。このとき、平滑リアクトル２１は、その電流増加率を一定値内に抑ると同時に、Ｔｏｎ＿ａの期間に通流した電流と蓄電装置２２の端子電圧との積を時間積分した電力エネルギを蓄える。その後、スイッチング素子１８ａを所定時間Ｔｏｆｆ＿ａだけオフすると、直流電力部側に平滑リアクトル２１に蓄えられた電力エネルギは、蓄電装置２２の高電位側端子から、低電位側端子に抜け、スイッチング素子１８ｂのダイオード部を経て、平滑リアクトル２１に戻る一巡の回路が構成される。すなわち、スイッチング素子１８ａを所定時間Ｔｏｆｆ＿ａだけオフしている期間は、平滑リアクトル２１に蓄えられた電力エネルギが、蓄電装置２２に充電電流が流れ続け、平滑リアクトル２１に蓄えられた電力エネルギが放出されるに従って充電電流は減衰していく。このとき、蓄電装置２２で得られる端子間電圧値Ｖ＿ｂｔｒは、直流電力側Ｖ＿ｄｃを基準として、前述のスイッチング素子１８ａをオンする時間Ｔｏｎ＿ａとオフする時間Ｔｏｆｆ＿ａとの比率から次式で決定する。
［数２］
Ｖ＿ｂｔｒ＝Ｖ＿ｄｃ×（Ｔｏｎ＿ａ／（Ｔｏｎ＿ａ＋Ｔｏｆｆ＿ａ）） Next, control for charging power to the power storage device 22 by periodically turning on / off the switching element 18a will be described.
When the switching element 18a is turned on for a predetermined time Ton_a, the potential V_dc of the DC power unit between the current collector 3 and the ground point 101 and the inverter device 14 with respect to the ground point 101 is the voltage across the terminals of the storage battery 22 (the ground point 101). When the potential is higher than V_bc (V_dc> V_bc), current flows from the DC power unit toward the power storage device 22. At this time, the smoothing reactor 21 stores the power energy obtained by time-integrating the product of the current passed during the Ton_a period and the terminal voltage of the power storage device 22 while suppressing the current increase rate within a certain value. Thereafter, when the switching element 18a is turned off for a predetermined time Toff_a, the power energy stored in the smoothing reactor 21 on the DC power unit side is released from the high potential side terminal of the power storage device 22 to the low potential side terminal, and the switching element 18b A circuit that returns to the smoothing reactor 21 through the diode portion is formed. That is, during a period in which the switching element 18a is turned off for a predetermined time Toff_a, the electric energy stored in the smoothing reactor 21 continues to flow into the power storage device 22, and the electric energy stored in the smoothing reactor 21 is released. As the charging current increases, the charging current decays. At this time, the inter-terminal voltage value V_btr obtained in the power storage device 22 is determined from the ratio of the time Ton_a for turning on the switching element 18a and the time Toff_a for turning off based on the DC power side V_dc.
[Equation 2]
V_btr = V_dc × (Ton_a / (Ton_a + Toff_a))

以上の構成により、電圧センサ１６ａの直流部電圧検出値Ｖ＿ｄｃの時間変化率ｄＶ＿ｄｃ／ｄｔを制御装置１０で演算し、ｄＶ＿ｄｃ／ｄｔが所定値を超えたとき、電流センサ１７ｄの電流検出値Ｉ＿ｂｔｒを、所定の充電電流指令値Ｒｅｆ＿Ｉ＿ｃｈｇ（図２には図示していない。図３参照）に追従するように、ゲートアンプ１９ａ，１９ｂの出力であるゲートパルス信号ＧＰ１，ＧＰ２を制御して、スイッチング素子１８ａ，１８ｂを駆動できる。   With the above configuration, the time change rate dV_dc / dt of the DC voltage detection value V_dc of the voltage sensor 16a is calculated by the control device 10, and when dV_dc / dt exceeds a predetermined value, the current detection value I_btr of the current sensor 17d is calculated. The gate pulse signals GP1 and GP2 that are the outputs of the gate amplifiers 19a and 19b are controlled so as to follow a predetermined charging current command value Ref_I_chg (not shown in FIG. 2; see FIG. 3), thereby switching elements 18a and 18b can be driven.

また、インバータ装置１４の回生電力Ｐ＿ｒｅｇｅｎと、蓄電装置２２の端子間電圧Ｖ＿ｂｔｒより、蓄電装置２２に充電可能な充電電流指令値Ｒｅｆ＿Ｉ＿ｄｃｇ（図２には図示していない。図３参照）を充放電制御装置２０で演算し、電流センサ１７ｄの電流検出値Ｉ＿ｂｔｒを、前述の充電電流指令値Ｒｅｆ＿Ｉ＿ｄｃｇに追従するように、ゲートアンプ１９ａ，１９ｂの出力であるゲートパルス信号ＧＰ１，ＧＰ２を制御して、スイッチング素子１８ａ，１８ｂを駆動できる。   Further, based on the regenerative power P_regen of the inverter device 14 and the inter-terminal voltage V_btr of the power storage device 22, a charging current command value Ref_I_dcg (not shown in FIG. 2, not shown in FIG. 2) that can charge the power storage device 22 is charged / discharged. The controller 20 controls the gate pulse signals GP1 and GP2 that are the outputs of the gate amplifiers 19a and 19b so that the current detection value I_btr of the current sensor 17d follows the charging current command value Ref_I_dcg described above, The switching elements 18a and 18b can be driven.

これにより、充放電制御装置２０は、地上の列車運転指令所等から指令情報送信装置１０、指令情報受信装置８を経由して蓄電量増減目標値を受信し、蓄電量増減目標値が負値のときは、車両の加速時は蓄電装置２２を放電し蓄電量を減少させ、ブレーキ時は回生電力を低減することで、蓄電量の増加を抑えるように制御する。また、蓄電量増減目標値が正値ときは、車両の加速時は蓄電装置２２を放電させず蓄電量の減少を抑え、ブレーキ時は架線に戻せない回生電力を積極的に蓄電して、蓄電量が増加するように制御する。
すなわち、本発明によれば、車両に搭載した蓄電システムの蓄電量を、車両外からの情報に基づいて調整することにより、変電所から車両に供給される電力の一部を補足して変電所の使用電力を低減する、鉄道車両の駆動システムを実現している。 Thus, the charge / discharge control device 20 receives the storage amount increase / decrease target value from the train operation command station on the ground via the command information transmission device 10 and the command information reception device 8, and the storage amount increase / decrease target value is a negative value. In this case, when the vehicle is accelerated, the power storage device 22 is discharged to reduce the amount of power storage, and during braking, the regenerative power is reduced to control the increase in the amount of power storage. Further, when the storage amount increase / decrease target value is a positive value, when the vehicle is accelerated, the storage device 22 is not discharged, the decrease in the storage amount is suppressed, and regenerative power that cannot be returned to the overhead line is actively stored during braking. Control the amount to increase.
That is, according to the present invention, the power storage amount of the power storage system mounted on the vehicle is adjusted based on information from outside the vehicle, so that a part of the power supplied from the substation to the vehicle is supplemented. It realizes a railway vehicle drive system that reduces power consumption.

図３は、本発明による鉄道車両の駆動システムの一実施形態における制御方式を示すブロック図である。   FIG. 3 is a block diagram showing a control method in one embodiment of a railway vehicle drive system according to the present invention.

本発明による鉄道車両の駆動システムの一実施形態における充放電制御装置２０では、以下の制御方式を実施する。
加算器４０は、基準蓄電量Ｒｅｆ＿ＳＯＣに、蓄電量増減目標値Ｔａｒｇｅｔ＿ＳＯＣ＿ｎを加算して、蓄電量目標値Ｒｅｆ＿ＳＯＣ＿２を算出する。加減算器３１ａは、蓄電量目標値Ｒｅｆ＿ＳＯＣ＿２から、蓄電装置２２の蓄電量ＳＯＣを減算して、蓄電量差分Ｄｅｌｔａ＿ＳＯＣ＿ａを算出する。比較器３２ａは、蓄電量差分Ｄｅｌｔａ＿ＳＯＣ＿ａを入力とするヒステリシス付比較器である。蓄電量差分Ｄｅｌｔａ＿ＳＯＣ＿ａが０［％］よりも小さい状態から１［％］よりも大きい状態に移行した後は、充放電選択信号「Ｓｅｌ＿ｃｈｇｄｃｇ＝１」を出力し、蓄電量差分Ｄｅｌｔａ＿ＳＯＣ＿ａが１［％］よりも大きい状態から０［％］よりも小さい状態に移行した後は、充放電選択信号「Ｓｅｌ＿ｃｈｇｄｃｇ＝０」を出力する。ここで、比較器３２ａの比較基準値０［％］に対するヒステリシス１［％］は、数値限定するものではなく、比較基準値０［％］と異なりそれよりも僅かに大きい数値であればよい。 The charge / discharge control apparatus 20 in one embodiment of the railway vehicle drive system according to the present invention implements the following control method.
The adder 40 adds the storage amount increase / decrease target value Target_SOC_n to the reference storage amount Ref_SOC to calculate the storage amount target value Ref_SOC_2. The adder / subtractor 31a subtracts the power storage amount SOC of the power storage device 22 from the power storage amount target value Ref_SOC_2 to calculate a power storage amount difference Delta_SOC_a. The comparator 32a is a comparator with hysteresis that receives the stored power amount difference Delta_SOC_a. After the storage amount difference Delta_SOC_a shifts from a state smaller than 0 [%] to a state larger than 1 [%], the charge / discharge selection signal “Sel_chgdcg = 1” is output, and the storage amount difference Delta_SOC_a is 1 [%]. After shifting from a larger state to a state smaller than 0 [%], the charge / discharge selection signal “Sel_chgdcg = 0” is output. Here, the hysteresis 1 [%] with respect to the comparison reference value 0 [%] of the comparator 32 a is not limited to a numerical value, and may be a numerical value slightly larger than that, unlike the comparison reference value 0 [%].

加減算器３１ｂは、蓄電量上限値Ｌｉｍｉｔ＿ＳＯＣ＿ｕｐｐｅｒから、蓄電装置２２の蓄電量ＳＯＣを減算して、蓄電量差分Ｄｅｌｔａ＿ＳＯＣ＿ｂを算出する。比較器３２ｂは、蓄電量差分Ｄｅｌｔａ＿ＳＯＣ＿ｂを入力とするヒステリシス付比較器である。蓄電量差分Ｄｅｌｔａ＿ＳＯＣ＿ｂが０［％］よりも小さい状態から１［％］よりも大きい状態に移行した後は、充電許可信号「Ｐｅｒ＿ｃｈｇ＝１」を出力し、蓄電量差分Ｄｅｌｔａ＿ＳＯＣ＿ｂが１［％］よりも大きい状態から０［％］よりも小さい状態に移行した後は充電許可信号「Ｐｅｒ＿ｃｈｇ＝０」を出力する。ここで比較器３２ｂの比較基準値０［％］に対するヒステリシス１［％］は、数値限定するものではなく、比較基準値０［％］と異なりそれよりも僅かに大きい数値であればよい。   The adder / subtractor 31b subtracts the power storage amount SOC of the power storage device 22 from the power storage amount upper limit value Limit_SOC_upper to calculate a power storage amount difference Delta_SOC_b. The comparator 32b is a comparator with hysteresis that receives the stored power amount difference Delta_SOC_b. After the storage amount difference Delta_SOC_b shifts from a state smaller than 0 [%] to a state larger than 1 [%], the charging permission signal “Per_chg = 1” is output, and the storage amount difference Delta_SOC_b is from 1 [%]. After the transition from the larger state to the smaller state than 0 [%], the charging permission signal “Per_chg = 0” is output. Here, the hysteresis 1 [%] with respect to the comparison reference value 0 [%] of the comparator 32b is not limited to a numerical value, and may be a numerical value slightly larger than that, unlike the comparison reference value 0 [%].

加減算器３１ｃは、蓄電量下限値Ｌｉｍｉｔ＿ＳＯＣ＿ｌｏｗｅｒから、蓄電装置２２の蓄電量ＳＯＣを減算して、蓄電量差分Ｄｅｌｔａ＿ＳＯＣ＿ｃを算出する。比較器３２ｃは、蓄電量差分Ｄｅｌｔａ＿ＳＯＣ＿ｃを入力とするヒステリシス付比較器である。蓄電量差分Ｄｅｌｔａ＿ＳＯＣ＿ｃが０［％］よりも大きい状態から−１［％］よりも小さい状態に移行した後は、放電許可信号「Ｐｅｒ＿ｄｃｇ＝１」を出力し、蓄電量差分Ｄｅｌｔａ＿ＳＯＣ＿ｃが−１［％］よりも小さい状態から０［％］よりも大きい状態に移行した後は充電許可信号「Ｐｅｒ＿ｄｃｇ＝０」を出力する。ここで、比較器３２ｃの比較基準値０［％］に対するヒステリシス−１［％］は、数値限定するものではなく、比較基準値０［％］と異なりそれよりも僅かに小さい数値であればよい。   The adder / subtractor 31c subtracts the power storage amount SOC of the power storage device 22 from the power storage amount lower limit value Limit_SOC_lower to calculate a power storage amount difference Delta_SOC_c. The comparator 32c is a comparator with hysteresis that receives the stored power amount difference Delta_SOC_c. After the storage amount difference Delta_SOC_c shifts from a state larger than 0 [%] to a state smaller than −1 [%], the discharge permission signal “Per_dcg = 1” is output, and the storage amount difference Delta_SOC_c is −1 [%]. ], The charging permission signal “Per_dcg = 0” is output after shifting from a state smaller than] to a state larger than 0 [%]. Here, the hysteresis −1 [%] with respect to the comparison reference value 0 [%] of the comparator 32c is not limited to a numerical value, and may be a numerical value slightly smaller than that compared with the comparison reference value 0 [%]. .

論理積演算器３４ａは、充放電選択信号Ｓｅｌ＿ｃｈｇｄｃｇを、論理反転器３３で反転した信号と、充電許可信号Ｐｅｒ＿ｃｈｇを入力として、その論理積である充電可能信号Ｅｂｌ＿ｃｈｇを算出する。論理積演算器３４ｂは、充放電選択信号Ｓｅｌ＿ｃｈｇｄｃｇと、放電許可信号Ｐｅｒ＿ｄｃｇを入力として、その論理積である充電可能信号Ｅｂｌ＿ｄｃｇを算出する。   The logical product calculator 34a receives the signal obtained by inverting the charge / discharge selection signal Sel_chgdcg by the logical inverter 33 and the charge permission signal Per_chg, and calculates a chargeable signal Ebl_chg that is the logical product thereof. The logical product calculator 34b receives the charge / discharge selection signal Sel_chgdcg and the discharge permission signal Per_dcg, and calculates a chargeable signal Ebl_dcg that is the logical product thereof.

論理積演算器３４ｃは、回生ブレーキ動作指令Ｃｍｄ＿Ｒｅｇｅｎと、充電可能信号Ｅｂｌ＿ｄｃｇを入力として、その論理積である充電ゲートスタート指令Ｃｍｄ＿ｇｓｔ＿ｃｈｇを算出する。論理積演算器３４ｄは、力行動作指令Ｃｍｄ＿ｐｏｗｅｒと、放電許可信号Ｐｅｒ＿ｄｃｇを入力として、その論理積である放電ゲートスタート指令Ｃｍｄ＿ｇｓｔ＿ｄｃｇを算出する。論理和演算器３５は、充電ゲートスタート指令Ｃｍｄ＿ｇｓｔ＿ｃｈｇと、放電ゲートスタート指令Ｃｍｄ＿ｇｓｔ＿ｄｃｇを入力として、その論理和である充放電ゲートスタート指令Ｃｍｄ＿ｇｓｔ＿ｃｈｇｄｃｇを算出する。   The logical product calculator 34c receives the regenerative braking operation command Cmd_Regen and the charge enable signal Ebl_dcg, and calculates a charge gate start command Cmd_gst_chg that is a logical product thereof. The logical product calculator 34d receives the power running operation command Cmd_power and the discharge permission signal Per_dcg, and calculates a discharge gate start command Cmd_gst_dcg that is the logical product thereof. The logical sum calculator 35 receives the charge gate start command Cmd_gst_chg and the discharge gate start command Cmd_gst_dcg, and calculates a charge / discharge gate start command Cmd_gst_chgdcg that is the logical sum of the commands.

選択器３６ａは、充電ゲートスタート指令Ｃｍｄ＿ｇｓｔ＿ｃｈｇと、フィルタコンデンサ電圧をリミットＡＶＲ制御する上での上限値であるフィルタコンデンサ電圧リミットＡＶＲ制御上限値Ｒｅｆ＿ａｖｒ＿ｅｃｆと、フィルタコンデンサ電圧Ｅｃｆを入力とする。充電ゲートスタート指令Ｃｍｄ＿ｇｓｔ＿ｃｈｇが「０」（充電ゲートスタートの指令中以外）のときは上限値Ｒｅｆ＿ａｖｒ＿ｅｃｆを選択して出力し、充電ゲートスタート指令Ｃｍｄ＿ｇｓｔ＿ｃｈｇが「１」（充電ゲートスタートの指令中）のときはフィルタコンデンサ電圧Ｅｃｆを選択して出力する。加減算器３１ｄは、選択器３６ａの出力であるリミットＡＶＲ制御の基準値Ｒｅｆ＿ａｖｒから、フィルタコンデンサ電圧Ｅｃｆを減算して、リミットＡＶＲ制御の電圧差分値Ｄｅｌｔａ＿ａｖｒを算出する。安定化制御器３７ａは、充電ゲートスタート指令Ｃｍｄ＿ｇｓｔ＿ｃｈｇと電圧差分値Ｄｅｌｔａ＿ａｖｒとを入力として、充電ゲートスタート指令Ｃｍｄ＿ｇｓｔ＿ｃｈｇが「１」のとき、電圧差分値Ｄｅｌｔａ＿ａｖｒを最小化するための操作量Ｒｅｆ＿Ｉ＿ｃｈｇを演算して出力する。なお、充電ゲートスタート指令Ｃｍｄ＿ｇｓｔ＿ｃｈｇが「０」のときは、常に、操作量「Ｒｅｆ＿Ｉ＿ｃｈｇ＝０」を出力する。   The selector 36a receives a charge gate start command Cmd_gst_chg, a filter capacitor voltage limit AVR control upper limit value Ref_avr_ecf, which is an upper limit value for limit AVR control of the filter capacitor voltage, and a filter capacitor voltage Ecf. When charge gate start command Cmd_gst_chg is “0” (other than during charge gate start command), upper limit value Ref_avr_ecf is selected and output, and when charge gate start command Cmd_gst_chg is “1” (during charge gate start command) Selects and outputs the filter capacitor voltage Ecf. The adder / subtractor 31d subtracts the filter capacitor voltage Ecf from the reference value Ref_avr for limit AVR control, which is the output of the selector 36a, to calculate a voltage difference value Delta_avr for limit AVR control. The stabilization controller 37a receives the charge gate start command Cmd_gst_chg and the voltage difference value Delta_avr as input, and calculates the operation amount Ref_I_chg for minimizing the voltage difference value Delta_avr when the charge gate start command Cmd_gst_chg is “1”. Output. When the charge gate start command Cmd_gst_chg is “0”, the manipulated variable “Ref_I_chg = 0” is always output.

選択器３６ｂは、充電ゲートスタート指令Ｃｍｄ＿ｇｓｔ＿ｃｈｇと、蓄電装置２２の放電電流指令値Ｒｅｆ＿Ｉ＿ｄｃｇと、安定化制御器３７ａで演算された操作量Ｒｅｆ＿Ｉ＿ｃｈｇを入力とする。充電ゲートスタート指令Ｃｍｄ＿ｇｓｔ＿ｃｈｇが「０」（充電ゲートスタートの指令中以外）のときは放電電流指令値Ｒｅｆ＿Ｉ＿ｄｃｇを選択して出力し、充電ゲートスタート指令Ｃｍｄ＿ｇｓｔ＿ｃｈｇが「１」（充電ゲートスタートの指令中）のときは操作量Ｒｅｆ＿Ｉ＿ｃｈｇを選択して出力する。加減算器３１ｅは、選択器３６ｂの出力であるＡＣＲ制御の基準値Ｒｅｆ＿ａｃｒから、蓄電池電流Ｉ＿ｂｔｒを減算して、ＡＣＲ制御の電流差分値Ｄｅｌｔａ＿ａｃｒを算出する。安定化制御器３７ｂは、充放電ゲートスタート指令Ｃｍｄ＿ｇｓｔ＿ｃｈｇｄｃｇと、電流差分値Ｄｅｌｔａ＿ａｃｒを入力とする。充放電ゲートスタート指令Ｃｍｄ＿ｇｓｔ＿ｃｈｇｄｃｇが「１」のとき、電流差分値Ｄｅｌｔａ＿ａｃｒを最小化するための操作量Ｄｅｌｔａ＿Ｖを演算して出力する。なお、充放電ゲートスタート指令Ｃｍｄ＿ｇｓｔ＿ｃｈｇｄｃｇが「０」のときは、常に，操作量「Ｄｅｌｔａ＿Ｖ＝０」を出力する。   The selector 36b receives the charge gate start command Cmd_gst_chg, the discharge current command value Ref_I_dcg of the power storage device 22, and the operation amount Ref_I_chg calculated by the stabilization controller 37a. When the charge gate start command Cmd_gst_chg is “0” (except during charge gate start command), the discharge current command value Ref_I_dcg is selected and output, and the charge gate start command Cmd_gst_chg is “1” (during charge gate start command) In this case, the operation amount Ref_I_chg is selected and output. The adder / subtractor 31e subtracts the storage battery current I_btr from the ACR control reference value Ref_acr, which is the output of the selector 36b, to calculate the ACR control current difference value Delta_acr. The stabilization controller 37b receives a charge / discharge gate start command Cmd_gst_chgdcg and a current difference value Delta_acr. When the charge / discharge gate start command Cmd_gst_chgdcg is “1”, the manipulated variable Delta_V for minimizing the current difference value Delta_acr is calculated and output. When the charge / discharge gate start command Cmd_gst_chgdcg is “0”, the manipulated variable “Delta_V = 0” is always output.

ＰＷＭ生成器３８は、充放電ゲートスタート指令Ｃｍｄ＿ｇｓｔ＿ｃｈｇｄｃｇと、電圧操作量Ｄｅｌｔａ＿Ｖと、蓄電池電圧Ｖ＿ｂｔｒを入力とする。充放電ゲートスタート指令Ｃｍｄ＿ｇｓｔ＿ｃｈｇｄｃｇが「１」のとき、電圧操作量Ｄｅｌｔａ＿Ｖと、蓄電池電圧Ｖ＿ｂｔｒをもとに、ＰＷＭゲートパルス信号ＧＰ１を生成する。なお、充放電ゲートスタート指令Ｃｍｄ＿ｇｓｔ＿ｃｈｇｄｃｇが「０」のときは、ＰＷＭゲートパルス信号を出力しない。   The PWM generator 38 receives the charge / discharge gate start command Cmd_gst_chgdcg, the voltage manipulated variable Delta_V, and the storage battery voltage V_btr. When the charge / discharge gate start command Cmd_gst_chgdcg is “1”, the PWM gate pulse signal GP1 is generated based on the voltage manipulated variable Delta_V and the storage battery voltage V_btr. When the charge / discharge gate start command Cmd_gst_chgdcg is “0”, the PWM gate pulse signal is not output.

位相シフト演算器３９は、ＰＷＭゲートパルス信号ＧＰ１を入力として、ＰＷＭゲートパルス信号ＧＰ１に対して、１８０度だけ位相を遅らせたＰＷＭゲートパルス信号ＧＰ２を生成して出力する。   The phase shift calculator 39 receives the PWM gate pulse signal GP1, and generates and outputs a PWM gate pulse signal GP2 delayed in phase by 180 degrees with respect to the PWM gate pulse signal GP1.

これにより、充放電制御装置２０は、地上の列車運転指令所等から本図面では図示していない指令情報送信装置１０、指令情報受信装置８及び情報制御手段９を経由して蓄電量増減目標値を受信し、蓄電量増減目標値が負値のとき、車両の加速時は蓄電装置２２を放電し蓄電量を減少させ、ブレーキ時は回生電力を低減することで、蓄電量の増加を抑えるように制御する。また、蓄電量増減目標値が正値のとき、車両の加速時は蓄電装置２２を放電させず蓄電量の減少を抑え、ブレーキ時は架線に戻せない回生電力を積極的に蓄電して、蓄電量が増加するように制御する。   As a result, the charge / discharge control device 20 receives the increase / decrease target value of the storage amount from the ground train operation command station etc. via the command information transmission device 10, the command information reception device 8 and the information control means 9, which are not shown in the drawing. When the vehicle storage acceleration / deceleration target value is a negative value, the power storage device 22 is discharged during vehicle acceleration to decrease the power storage amount, and during regenerative braking, the regenerative power is reduced so as to suppress the increase in the power storage amount. To control. In addition, when the storage amount increase / decrease target value is a positive value, when the vehicle is accelerated, the storage device 22 is not discharged, the decrease in the storage amount is suppressed, and the regenerative power that cannot be returned to the overhead line is actively stored during braking. Control the amount to increase.

すなわち、本発明によれば、車両に搭載した蓄電システムの蓄電量を、車両外からの情報に基づいて調整することにより、変電所から車両に供給される電力の一部を補足して変電所の使用電力を平滑にする、鉄道車両の駆動システムを実現できる。   That is, according to the present invention, the power storage amount of the power storage system mounted on the vehicle is adjusted based on information from outside the vehicle, so that a part of the power supplied from the substation to the vehicle is supplemented. It is possible to realize a railway vehicle drive system that smoothes the power used.

図４は、本発明による鉄道車両の駆動システムを複数列車で稼動させる場合の実施形態である。   FIG. 4 shows an embodiment in which the railway vehicle drive system according to the present invention is operated by a plurality of trains.

列車４６は、模式的に一車両にて示しているが、特に１両編成に限定するものではなく、複数車両が連結された一列車についても適用できる。電力発生手段４１ａは、電力供給手段４２ａを介して列車４６ａ，４６ｂに電力を供給する。電力発生手段４１ｂは、電力供給手段４２ｂを介して列車４６ｃ，４６ｄ，４６ｅ，４６ｆに電力を供給する。電力発生手段４１ｃは、電力供給手段４２ｃを介して列車４６ｇ，４６ｈ，４６ｉに電力を供給する。ここで、電力供給手段４２ａ，４２ｂ，４２ｃは、電気的に互いに絶縁されており、相互で電力にやり取りはしない。ここで、電力発生手段４１としては、産業用の高圧交流電力を鉄道用の直流電力に変換する変電所を想定しているが、電力を一時蓄積する蓄電手段（バッテリ、キャパシタ等）や、小型の発電手段（エンジン発電機、燃料電池等）と電力変換手段に組み合わせとすることも考えられる。また、電力供給手段４２としては、架線方式、第三軌条方式、第三・第四軌条方式等を適用することが考えられる。   Although the train 46 is schematically shown as one vehicle, the train 46 is not particularly limited to one-car train, and can be applied to one train in which a plurality of vehicles are connected. The power generation means 41a supplies power to the trains 46a and 46b through the power supply means 42a. The power generation means 41b supplies power to the trains 46c, 46d, 46e, 46f via the power supply means 42b. The power generation means 41c supplies power to the trains 46g, 46h, 46i through the power supply means 42c. Here, the power supply means 42a, 42b, and 42c are electrically insulated from each other and do not exchange power with each other. Here, the power generation means 41 is assumed to be a substation that converts industrial high-voltage AC power into railway DC power, but power storage means (batteries, capacitors, etc.) for temporarily storing power, or small It is also conceivable to combine the power generation means (engine generator, fuel cell, etc.) and power conversion means. As the power supply means 42, it is conceivable to apply an overhead wire method, a third rail method, a third / fourth rail method, or the like.

また、鉄道では一般的に走行用レールと車両で軌道回路を構成する。二本のレールを車両の車軸で短絡することにより、一閉塞区間内における車両の有無を把握できる。軌道回路群４３ａ，４３ｂ，４３ｃは、複数の軌道回路で構成され、前述の電力供給手段４２ａ，４２ｂ，４２ｃと同一の区間に存在する軌道回路、すなわち閉塞区間のグループとする。すなわち、電力供給手段４２ａと軌道回路群４３ａで電力管理区間（１）、電力供給手段４２ｂと軌道回路群４３ｂで電力管理区間（２）、電力供給手段４２ｃと軌道回路群４３ｃで電力管理区間（３）を構成する。   Moreover, in a railway, a track circuit is generally constituted by a traveling rail and a vehicle. By short-circuiting the two rails with the axle of the vehicle, it is possible to grasp the presence or absence of the vehicle in one closed section. The track circuit groups 43a, 43b, and 43c are constituted by a plurality of track circuits, and are track circuits that exist in the same section as the above-described power supply means 42a, 42b, and 42c, that is, groups of closed sections. That is, the power management section (1) is composed of the power supply means 42a and the track circuit group 43a, the power management section (2) is composed of the power supply means 42b and the track circuit group 43b, and the power management section (2) is composed of the power supply means 42c and the track circuit group 43c. 3) is configured.

ここでは、軌道回路群４３ａには列車４６ａ，４６ｂが在線しており、同じく軌道回路群４３ｂには列車４６ｃ，４６ｄ，４６ｅ，４６ｆが、軌道回路群４３ｃには列車４６ｇ，４６ｈ，４６ｉが在線している。列車運行管理システム４４は、前述の軌道回路群４３ａ，４３ｂ，４３ｃから、情報収集手段４８ａ，４８ｂ，４８ｃを介して各閉塞区間の在線情報を収集し、各電力管理区間における在線本数Ｎｕｍ＿ｔｒａｉｎ＿１、Ｎｕｍ＿ｔｒａｉｎ＿２、Ｎｕｍ＿ｔｒａｉｎ＿３を算出する。列車運行指令システム４５は、列車運行管理システム４４から、各電力管理区間（１）、（２）、（３）における在線本数Ｎｕｍ＿ｔｒａｉｎ＿１、Ｎｕｍ＿ｔｒａｉｎ＿２、Ｎｕｍ＿ｔｒａｉｎ＿３を受信し、これを基に電力管理区間（１）、（２）、（３）のそれぞれに在線する列車に指令する蓄電量増減目標値Ｔａｒｇｅｔ＿ＳＯＣ＿１、Ｔａｒｇｅｔ＿ＳＯＣ＿２、Ｔａｒｇｅｔ＿ＳＯＣ＿３を算出する。蓄電量増減目標値Ｔａｒｇｅｔ＿ＳＯＣ＿１、Ｔａｒｇｅｔ＿ＳＯＣ＿２、Ｔａｒｇｅｔ＿ＳＯＣ＿３は、情報伝達手段４７ａ，４７ｂ，４７ｃを介して指令情報送信装置１０ａ，１０ｂ，１０ｃに送られ、指令情報送信装置１０ａ，１０ｂ，１０ｃから、列車４６のそれぞれに搭載されている指令情報受信装置８に伝送される。ここで、列車運行指令システム４５、情報伝達手段４７、指令情報送信装置１０ａ，１０ｂ，１０ｃで構成され、蓄電量増減目標値Ｔａｒｇｅｔ＿ＳＯＣ＿１、Ｔａｒｇｅｔ＿ＳＯＣ＿２、Ｔａｒｇｅｔ＿ＳＯＣ＿３を車両の指令情報受信装置８に伝達する手段としては、既存のＡＴＣ( Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｔｒａｉｎ Ｃｏｎｔｒｏｌ）システムによる列車制御情報伝送手段を活用して、蓄電量増減目標値Ｔａｒｇｅｔ＿ＳＯＣ＿１、Ｔａｒｇｅｔ＿ＳＯＣ＿２、Ｔａｒｇｅｔ＿ＳＯＣ＿３を、その伝達情報の一部とすることもできると考えられる。   Here, trains 46a and 46b are present in the track circuit group 43a, trains 46c, 46d, 46e, and 46f are also present in the track circuit group 43b, and trains 46g, 46h, and 46i are present in the track circuit group 43c. is doing. The train operation management system 44 collects existing line information of each blocked section from the aforementioned track circuit groups 43a, 43b, and 43c via the information collecting means 48a, 48b, and 48c, and the number of existing lines in each power management section Num_train_1 and Num_train_2. , Num_train — 3 is calculated. The train operation command system 45 receives the number of existing lines Num_train_1, Num_train_2, and Num_train_3 in each power management section (1), (2), (3) from the train operation management system 44, and based on this, the power management section (1 ), (2), and (3), the power storage amount increase / decrease target values Target_SOC_1, Target_SOC_2, and Target_SOC_3 to be commanded to the trains on the line are calculated. The storage amount increase / decrease target values Target_SOC_1, Target_SOC_2, and Target_SOC_3 are sent to the command information transmission devices 10a, 10b, and 10c via the information transmission means 47a, 47b, and 47c, and from the command information transmission devices 10a, 10b, and 10c, It is transmitted to the command information receiving device 8 installed in each. The train operation command system 45, the information transmission means 47, and the command information transmission devices 10a, 10b, and 10c are configured as means for transmitting the storage amount increase / decrease target values Target_SOC_1, Target_SOC_2, and Target_SOC_3 to the vehicle command information reception device 8. It is considered that the power storage amount increase / decrease target values Target_SOC_1, Target_SOC_2, and Target_SOC_3 can be made a part of the transmission information by utilizing train control information transmission means by an existing ATC (Automatic Train Control) system.

この構成によれば、所定の路線区間を走行する列車数を算定し、その区間を走行する列車に搭載された蓄電装置の蓄電量を、その列車数に応じて調整する蓄電量増減目標値を算出できる。また、列車４６のそれぞれに搭載される充放電制御装置２０（図示していない。図２参照）は、指令情報送信装置１０、指令情報受信装置８を経由して蓄電量増減目標値を受信し、蓄電量増減目標値が負値のとき、車両の加速時は蓄電装置２２を放電し蓄電量を減少させ、ブレーキ時は回生電力を低減することで、蓄電量の増加を抑えるように制御する。また、蓄電量増減目標値が正値のとき、車両の加速時は蓄電装置２２を放電させず蓄電量の減少を抑え、ブレーキ時は架線に戻せない回生電力を積極的に蓄電して、蓄電量が増加するように制御する。   According to this configuration, the number of trains traveling on a predetermined route section is calculated, and the storage amount increase / decrease target value for adjusting the storage amount of the power storage device mounted on the train traveling on the section according to the number of trains is calculated. It can be calculated. Further, the charge / discharge control device 20 (not shown in FIG. 2) mounted on each train 46 receives the storage amount increase / decrease target value via the command information transmitting device 10 and the command information receiving device 8. When the storage amount increase / decrease target value is a negative value, control is performed to suppress the increase in the storage amount by discharging the storage device 22 to reduce the storage amount during acceleration of the vehicle and reducing the regenerative power during braking. . In addition, when the storage amount increase / decrease target value is a positive value, when the vehicle is accelerated, the storage device 22 is not discharged, the decrease in the storage amount is suppressed, and regenerative power that cannot be returned to the overhead line during braking is actively stored. Control the amount to increase.

すなわち、本発明によれば、車両に搭載した蓄電システムの蓄電量を、車両外からの情報に基づいて調整することにより、変電所から車両に供給される電力の一部を補足して変電所の使用電力を低減する、鉄道車両の駆動システムを実現できる。   That is, according to the present invention, the power storage amount of the power storage system mounted on the vehicle is adjusted based on information from outside the vehicle, so that a part of the power supplied from the substation to the vehicle is supplemented. It is possible to realize a railway vehicle drive system that reduces the power consumption of the vehicle.

図５は、本発明の電気車の駆動システムを複数列車にて稼動させる場合の動作例を示す図である。   FIG. 5 is a diagram showing an operation example in the case where the electric vehicle drive system of the present invention is operated by a plurality of trains.

電力管理区間（１）には２本の列車が在線しているので、「Ｎｕｍ＿ｔｒａｉｎ＿１＝２」である。電力管理区間（２）には４本の列車が在線しているので、「Ｎｕｍ＿ｔｒａｉｎ＿２＝４」である。電力管理区間（３）には３本の列車が在線しているので、「Ｎｕｍ＿ｔｒａｉｎ＿３＝３」である。   Since there are two trains in the power management section (1), “Num_train_1 = 2”. Since four trains are present in the power management section (2), “Num_train_2 = 4”. Since three trains are present in the power management section (3), “Num_train_3 = 3”.

ここでは、説明を簡略化するため、各列車の蓄電装置２２の初期蓄電量は「ＳＯＣ＝５０％」で等しいとする。また、蓄電量増減目標値として、具体的にＬｅｖｅｌ＿１＝＋３０％、Ｌｅｖｅｌ＿２＝＋１０％、Ｌｅｖｅｌ＿３＝±０％、Ｌｅｖｅｌ＿４＝−５％、Ｌｅｖｅｌ＿５＝−２．５％に対応付ける。   Here, in order to simplify the description, it is assumed that the initial power storage amount of the power storage device 22 of each train is equal to “SOC = 50%”. Further, as the storage amount increase / decrease target value, specifically, Level_1 = + 30%, Level_2 = + 10%, Level_3 = ± 0%, Level_4 = −5%, Level_5 = −2.5% are associated.

電力管理区間（１）は、閑散区間であり２本の列車が在線している。各列車の駅間走行時の消費電力量は各々Ａ［ｋＷｈ］とする。在線数が少ないため、この区間における消費電力量には余裕があると判断し、蓄電量増減目標値をＬｅｖｅｌ＿２（Ｔａｒｇｅｔ＿ＳＯＣ＿１＝２）に設定して、各列車の蓄電装置２２を初期値蓄電量５０％から、＋１０％（Ｌｅｖｅｌ＿２）だけ充電して６０％とする。このとき充電される量は各列車Ａ／２［ｋＷ］であったとする。これより、電力管理区間（１）に在線する全列車の消費電力量、すなわち電力発生手段４１ａの消費電力量Ｅ１は次の通りである。
［数３］
Ｅ１＝Ａ［ｋＷｈ／列車］×２［列車］＋Ａ／２［ｋＷｈ／列車］×２［列車］
＝３Ａ［ｋＷｈ］ The power management section (1) is a quiet section with two trains. Assume that the power consumption during travel between stations of each train is A [kWh]. Since the number of existing tracks is small, it is determined that there is a margin in the power consumption amount in this section, the target value for increasing or decreasing the power storage amount is set to Level_2 (Target_SOC_1 = 2), and the power storage device 22 of each train is set to the initial power storage amount 50 % Is charged by + 10% (Level_2) to 60%. It is assumed that the amount charged at this time is each train A / 2 [kW]. From this, the power consumption of all the trains in the power management section (1), that is, the power consumption E1 of the power generation means 41a is as follows.
[Equation 3]
E1 = A [kWh / train] × 2 [train] + A / 2 [kWh / train] × 2 [train]
= 3A [kWh]

これらの列車は、引き続き電力管理区間（２）に移動する。この区間は混雑区間であり、４本の列車が在線している。各列車の駅間走行時の消費電力量は各々Ａ［ｋＷｈ］とする。在線数が多いため、この区間における消費電力量は過大になると判断し、蓄電量増減目標値をＬｅｖｅｌ＿４（Ｔａｒｇｅｔ＿ＳＯＣ＿２＝４）に設定して、各列車の蓄電装置２２を電力管理区間（１）における蓄電量６０％から、−５％（Ｌｅｖｅｌ＿２）だけ放電して５５％とする。このときの放電される量は各列車Ａ／４［ｋＷ］であったとする。これより、電力管理区間（２）に在線する全列車の消費電力量、すなわち電力発生手段４１ｂの消費電力量Ｅ２は次の通りである。
［数４］
Ｅ２＝Ａ［ｋＷｈ／列車］×４［列車］−Ａ／４［ｋＷｈ／列車］×４［列車］
＝３Ａ［ｋＷｈ］ These trains continue to move to the power management section (2). This section is a congested section and there are four trains on the line. Assume that the power consumption during travel between stations of each train is A [kWh]. Since there are many existing lines, it is determined that the amount of power consumption in this section will be excessive, the power storage amount increase / decrease target value is set to Level_4 (Target_SOC_2 = 4), and the power storage devices 22 of each train are connected to the power management section (1). From the charged amount of 60%, only −5% (Level_2) is discharged to 55%. It is assumed that the amount discharged at this time is each train A / 4 [kW]. Thus, the power consumption of all trains in the power management section (2), that is, the power consumption E2 of the power generation means 41b is as follows.
[Equation 4]
E2 = A [kWh / train] × 4 [train] −A / 4 [kWh / train] × 4 [train]
= 3A [kWh]

これらの列車は、引き続き電力管理区間（３）に移動する。この区間の混雑度は平均的であり、３本の列車が在線している。各列車の駅間走行時の消費電力量は各々Ａ［ｋＷｈ］とする。混雑度は平均的であるため、この区間における消費電力量は過大になると判断し、蓄電量増減目標値をＬｅｖｅｌ＿３（Ｔａｒｇｅｔ＿ＳＯＣ＿１＝３）に設定して、各列車の蓄電装置２２を電力管理区間（２）における蓄電量５５％から、増減なし（Ｌｅｖｅｌ＿３）として５５％を維持する。このときの放電される量は各列車０［ｋＷ］である。これより、電力管理区間（３）に在線する全列車の消費電力量、すなわち電力発生手段４１ｃの消費電力量Ｅ３は次の通りである。
［数５］
Ｅ３＝Ａ［ｋＷｈ／列車］×３［列車］−０［ｋＷｈ／列車］×３［列車］
＝３Ａ［ｋＷｈ］ These trains continue to move to the power management section (3). The degree of congestion in this section is average, and there are three trains. Assume that the power consumption during travel between stations of each train is A [kWh]. Since the degree of congestion is average, it is determined that the amount of power consumption in this section is excessive, the power storage amount increase / decrease target value is set to Level_3 (Target_SOC_1 = 3), and the power storage device 22 of each train is connected to the power management section ( 55% is maintained as no increase / decrease (Level_3) from the charged amount 55% in 2). The amount discharged at this time is 0 [kW] for each train. Accordingly, the power consumption of all trains in the power management section (3), that is, the power consumption E3 of the power generation means 41c is as follows.
[Equation 5]
E3 = A [kWh / train] × 3 [train] −0 [kWh / train] × 3 [train]
= 3A [kWh]

以上より、電力管理区間（１）〜（３）の消費電力量Ｅ１〜Ｅ３は、３Ａ［ｋＷｈ］で等しく制御される。これはすなわち、消費電力の少ない電力管理区間から、消費電力の多い電力管理区間へ、車載の蓄電池により電力を移動することで、各電力管理区間の消費電力を平準化していると見ることができる。   As described above, the power consumption amounts E1 to E3 in the power management sections (1) to (3) are controlled equally by 3A [kWh]. That is, it can be seen that the power consumption in each power management section is leveled by moving the power from the power management section with low power consumption to the power management section with high power consumption by the in-vehicle storage battery. .

すなわち、本発明によれば、車両に搭載した蓄電システムの蓄電量を、車両外からの情報に基づいて調整することにより、変電所から車両に供給される電力の一部を補足して変電所の使用電力を平滑にする、鉄道車両の駆動システムを実現できる。   That is, according to the present invention, the power storage amount of the power storage system mounted on the vehicle is adjusted based on information from outside the vehicle, so that a part of the power supplied from the substation to the vehicle is supplemented. It is possible to realize a railway vehicle drive system that smoothes the power used.

図６は、本発明の電気車の駆動システムの蓄電量指令システムの処理を示すブロックである。各電力管理区間の在線本数情報Ｎｕｍ＿ｔｒａｉｎ＿１、Ｎｕｍ＿ｔｒａｉｎ＿２…Ｎｕｍ＿ｔｒａｉｎ＿ｎは、運行管理システム４４で算出され、蓄電量指令システム４５に送られる。蓄電量指令システム４５は、運行管理システム４４より送られる在線本数情報Ｎｕｍ＿ｔｒａｉｎ＿１、Ｎｕｍ＿ｔｒａｉｎ＿２…Ｎｕｍ＿ｔｒａｉｎ＿ｎのそれぞれに蓄電量増減管理テーブル４９ａ，４９ｂ…４９ｎを対応付ける。   FIG. 6 is a block diagram showing processing of the storage amount command system of the electric vehicle drive system of the present invention. The number-of-tracks information Num_train_1, Num_train_2 ... Num_train_n of each power management section is calculated by the operation management system 44 and sent to the power storage amount command system 45. The power storage amount command system 45 associates the power storage amount increase / decrease management tables 49a, 49b,..., 49n with the existing line number information Num_train_1, Num_train_2, ... Num_train_n sent from the operation management system 44.

蓄電量増減管理テーブル４９は、在線本数情報（Ｎｕｍ＿ｔｒａｉｎ＿ｎ）の入力に対して、蓄電量増減目標値（Ｔａｒｇｅｔ＿ＳＯＣ＿ｎ）を決定する。在線本数が基準本数より少ない電力量管理区間では、余剰分の電力量を各列車の蓄電装置２２に蓄電し、在線本数が基準本数より多い電力量管理区間では、不足分の電力量を各列車の蓄電装置２２から放電して、各列車の消費電力を補足する。このため、在線本数情報（Ｎｕｍ＿ｔｒａｉｎ＿ｎ）と、蓄電量増減目標値（Ｔａｒｇｅｔ＿ＳＯＣ＿ｎ）の関係は、５段階の蓄電量増減目標値としたとき、在線本数が基準本数のときをＬｅｂｅｌ＿３とすると、以下の関係を満たすように設定する必要がある。
［数６］
Ｌｅｂｅｌ＿１−Ｌｅｂｅｌ＿２≧Ｌｅｂｅｌ＿２−Ｌｅｂｅｌ＿３≧Ｌｅｂｅｌ＿３−Ｌｅｂｅｌ＿４≧Ｌｅｂｅｌ＿４−Ｌｅｂｅｌ＿５ The storage amount increase / decrease management table 49 determines a storage amount increase / decrease target value (Target_SOC_n) in response to the input of the number of standing lines (Num_train_n). In the power amount management section where the number of existing lines is smaller than the reference number, the surplus power amount is stored in the power storage device 22 of each train, and in the power amount management section where the number of existing lines is larger than the reference number, the shortage of power amount is stored in each train. Are discharged from the power storage device 22 to supplement the power consumption of each train. Therefore, the relationship between the number of standing lines (Num_train_n) and the storage amount increase / decrease target value (Target_SOC_n) is as follows. It is necessary to set to satisfy.
[Equation 6]
Level_1-Level_2 ≧ Level_2-Level_3 ≧ Level_3-Level_4 ≧ Level_4-Level_5

図５に示した蓄電量増減目標値は、その一例である。すなわち、Ｌｅｂｅｌ＿１＝＋３０［％］、Ｌｅｂｅｌ＿２＝＋１０［％］、Ｌｅｂｅｌ＿３＝±０［％］、Ｌｅｂｅｌ＿４＝−５［％］、Ｌｅｂｅｌ＿５＝−２．５［％］と設定すると、
Ｌｅｂｅｌ＿１−Ｌｅｂｅｌ＿２＝２０［％］、
Ｌｅｂｅｌ＿２−Ｌｅｂｅｌ＿３＝１０［％］、
Ｌｅｂｅｌ＿３−Ｌｅｂｅｌ＿４＝５［％］、
Ｌｅｂｅｌ＿４−Ｌｅｂｅｌ＿５＝２．５［％］
であり、［数６］を満たす。 The power storage amount increase / decrease target value shown in FIG. 5 is an example. That is, when it is set as Level_1 = + 30 [%], Level_2 = + 10 [%], Level_3 = ± 0 [%], Level_4 = −5 [%], Level_5 = −2.5 [%]
Level_1-Level_2 = 2 = 20 [%],
Level_2-Level_2 = 10 [%],
Level_3-Level_2 = 5 [%],
Level_4-Level_5 = 2.5 [%]
And satisfies [Equation 6].

以上の一例のように、［数６］を満たすように、蓄電量増減管理テーブル４９の在線本数情報と、蓄電量増減目標値の関係を設定すれば、電力管理区間毎の在線本数に応じて、蓄電量増減目標値が決定される。具体的には、在線本数が少ない区間では積極的な充電を行なうことで、実際に列車の運行に消費する以上の電力が電力発生手段より供給される。また、在線本数が多い区間では積極的な放電を行なうことで、電力発生手段より供給される電力は実際に列車の運行に消費する電力以下にできる。   As in the above example, if the relationship between the number of existing lines in the storage amount increase / decrease management table 49 and the storage amount increase / decrease target value is set so as to satisfy [Equation 6], according to the number of existing lines for each power management section Then, the storage amount increase / decrease target value is determined. Specifically, the power generation means supplies more power than is actually consumed for train operation by performing active charging in a section where the number of existing tracks is small. In addition, by performing active discharge in a section where the number of existing tracks is large, the power supplied from the power generation means can be made equal to or lower than the power actually consumed for train operation.

すなわち、本発明によれば、車両に搭載した蓄電システムの蓄電量を、車両外からの情報に基づいて調整することにより、変電所から車両に供給される電力の一部を補足して変電所の使用電力を平滑にする、鉄道車両の駆動システムを実現できる。なお、本発明では、鉄道車両を対象として説明したが、車両としては、２本のレールから成る線路を走行する車両ばかりでなく、モノレールや新都市交通システム等を含むものであってもよいのは明らかである。   That is, according to the present invention, the power storage amount of the power storage system mounted on the vehicle is adjusted based on information from outside the vehicle, so that a part of the power supplied from the substation to the vehicle is supplemented. It is possible to realize a railway vehicle drive system that smoothes the power used. Although the present invention has been described for the railway vehicle, the vehicle may include not only a vehicle traveling on a track composed of two rails but also a monorail, a new city transportation system, and the like. Is clear.

１…車両 ２…車間連結器
３…集電装置 ４…台車
５…輪軸 ６…インバータ装置
７…蓄電システム
８…蓄電量指令受信装置（指令情報受信装置）
９…システム統括制御装置（情報制御手段）
１０…蓄電量指令送信装置（指令情報送信装置）
１２…フィルタリアクトル １３…フィルタコンデンサ
１４…インバータ装置 １５…主電動機
１６…電圧センサ １７…電流センサ
１８…スイッチング素子 １９…ゲートアンプ
２０…充放電制御装置 ２１…平滑リアクトル
２２…蓄電装置 ２４…インバータ装置
３１…加減算器 ３２…比較器
３３…論理反転器 ３４…論理積演算器
３５…論理和演算器 ３６…切替器
３７…安定化制御器 ３８…ＰＷＭ生成器
３９…位相シフト演算器 ４０…加算器
４１…電力発生手段 ４２…電力供給手段
４３…軌道回路群 ４４…列車運行管理システム
４５…列車運行指令システム ４６…列車
４７…情報伝達手段 ４８…情報収集手段
４９…蓄電量増減管理テーブル DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Vehicle 2 ... Inter-vehicle connector 3 ... Current collector 4 ... Bogie 5 ... Wheel shaft 6 ... Inverter device 7 ... Power storage system 8 ... Power storage amount command receiving device (command information receiving device)
9 ... System integrated control device (information control means)
10: Storage amount command transmission device (command information transmission device)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 12 ... Filter reactor 13 ... Filter capacitor 14 ... Inverter device 15 ... Main motor 16 ... Voltage sensor 17 ... Current sensor 18 ... Switching element 19 ... Gate amplifier 20 ... Charge / discharge control device 21 ... Smoothing reactor 22 ... Power storage device 24 ... Inverter device DESCRIPTION OF SYMBOLS 31 ... Adder / Subtractor 32 ... Comparator 33 ... Logical inverter 34 ... Logical product operator 35 ... Logical sum operator 36 ... Switch 37 ... Stabilization controller 38 ... PWM generator 39 ... Phase shift operator 40 ... Adder DESCRIPTION OF SYMBOLS 41 ... Electric power generation means 42 ... Electric power supply means 43 ... Track circuit group 44 ... Train operation management system 45 ... Train operation command system 46 ... Train 47 ... Information transmission means 48 ... Information collection means 49 ... Storage amount increase / decrease management table

Claims (9)

電力を供給する電力供給手段と、当該電力供給手段から送られる電力を集電手段で取り込んで走行するとともに電力を蓄える電力蓄積手段を備えた鉄道車両と、地上側に設置されており所定の線路区間毎に列車運行を管理し指令をする運行管理・指令手段とを備えた鉄道車両の駆動システムにおいて、
前記運行管理・指令手段は、前記鉄道車両の外部からの情報に基づいて、当該所定の線路区間を走行するときの前記鉄道車両の前記電力蓄積手段が蓄積すべき電力の目標値を指令し、当該目標値の指令を受けた前記鉄道車両は前記電力蓄積手段における電力蓄積を前記目標値に基づいて制御すること
を特徴とする鉄道車両の駆動システム。 A railway vehicle equipped with a power supply means for supplying power, a power storage means for taking in the power collected from the power supply means by the current collecting means and storing the power, and a predetermined track installed on the ground side In a railway vehicle drive system equipped with operation management / command means for managing and commanding train operation for each section,
The operation management / command means commands a target value of power to be stored by the power storage means of the railway vehicle when traveling on the predetermined track section based on information from outside the railway vehicle, The railway vehicle driving system according to claim 1, wherein the railway vehicle that has received the command for the target value controls power storage in the power storage unit based on the target value. 請求項１に記載の鉄道車両の駆動システムにおいて、
前記運行管理・指令手段は、前記目標値を指令する際に基づく情報として、前記所定の線路区間に存在する前記鉄道車両の本数を含む情報を用いること
を特徴とする鉄道車両の駆動システム。 The railway vehicle drive system according to claim 1,
The operation management / commanding unit uses information including the number of the railcars existing in the predetermined track section as information based on commanding the target value. 請求項１又は２に記載の鉄道車両の駆動システムにおいて、
前記電力供給手段は、最大使用電力量を定めて使用許可される変電所等の電力供給設備であること
を特徴とする鉄道車両の駆動システム。 In the railcar drive system according to claim 1 or 2,
The drive system for a railway vehicle, wherein the power supply means is a power supply facility such as a substation that is permitted to use with a maximum amount of power used. 請求項１又は２に記載の鉄道車両の駆動システムにおいて、
前記鉄道車両は、前記電力供給手段から電力を取り込む集電手段と、前記電力に基づく高圧直流電力を交流電力に変換するインバータ手段と、前記インバータ手段により駆動される電動機と、前記高圧直流電力部分と低圧直流電力部分間の通流電流を調整制御するスイッチ手段と、前記通流電流を検出する手段と、前記高圧直流電力及び低圧直流電力の電圧を検出する手段と、これらの各手段を制御する制御手段を備え、前記電力蓄積手段は前記低圧直流電力の供給を受けること
を特徴とする鉄道車両の駆動システム。 In the railcar drive system according to claim 1 or 2,
The railway vehicle includes current collecting means for taking in power from the power supply means, inverter means for converting high-voltage DC power based on the power into AC power, an electric motor driven by the inverter means, and the high-voltage DC power portion. Switching means for adjusting and controlling the flowing current between the low-voltage DC power portion, means for detecting the flowing current, means for detecting the voltages of the high-voltage DC power and the low-voltage DC power, and controlling each of these means And a power storage means for receiving the supply of the low-voltage DC power. 請求項４に記載の鉄道車両の駆動システムにおいて、
前記スイッチ手段の通流電流の調整制御は、地上側に設置されている前記運行管理・指令手段から指令されて、地上側に設置されている情報送信手段より送られ、前記鉄道車両に設備される情報受信手段で受信される蓄積すべき電力としての前記目標値に基づいて行なわれること
を特徴とする鉄道車両の駆動システム。 The drive system for a railway vehicle according to claim 4,
The adjustment control of the conduction current of the switch means is instructed by the operation management / command means installed on the ground side, sent from the information transmission means installed on the ground side, and installed in the railway vehicle. The railway vehicle drive system is performed based on the target value as the power to be stored received by the information receiving means. 請求項１又は２に記載の鉄道車両の駆動システムにおいて、
前記運行管理・指令手段は、前記所定の線路区間に存在する前記鉄道車両の本数に応じて指令すべき前記電力蓄積手段の前記目標値を、前記電力蓄積手段の前記目標値に応じて充電又は放電すべき電力量と前記所定の線路区間に存在する前記鉄道車両の消費電力量との合計が前記所定の線路区間における前記電力供給手段の供給電力に対して平準化されるように、定めること
を特徴とする鉄道車両の駆動システム。 In the railcar drive system according to claim 1 or 2,
The operation management / command means charges the target value of the power storage means to be commanded according to the number of the railway vehicles existing in the predetermined track section, or charges according to the target value of the power storage means. Determining that the sum of the amount of power to be discharged and the amount of power consumed by the railway vehicle existing in the predetermined track section is leveled with respect to the power supplied by the power supply means in the predetermined track section A railway vehicle drive system characterized by 請求項６に記載の鉄道車両の駆動システムにおいて、
前記所定の線路区間に存在する前記鉄道車両が備える前記電力蓄積手段の電力蓄積水準は、前記所定の線路区間に存在する駅の数及び／又は前記鉄道車両の本数が多いほど低い水準に設定されていること
を特徴とする鉄道車両の駆動システム。 The railway vehicle drive system according to claim 6,
The power storage level of the power storage means included in the railway vehicle existing in the predetermined track section is set to a lower level as the number of stations and / or the number of the rail cars present in the predetermined track section increases. A railway vehicle drive system characterized by that. 請求項７に記載の鉄道車両の駆動システムにおいて、
前記所定の線路区間に存在する前記鉄道車両が増加する毎に低下する前記電力蓄積手段の前記電力蓄積水準の低下量は、前記鉄道車両の本数が多くなるにしたがって少なくなること
を特徴とする鉄道車両の駆動システム。 The drive system for a railway vehicle according to claim 7,
The amount of decrease in the power storage level of the power storage means that decreases each time the number of rail vehicles existing in the predetermined track section increases decreases as the number of rail vehicles increases. Vehicle drive system. 請求項１又は２に記載の鉄道車両の駆動システムにおいて、
前記鉄道車両の前記電力蓄積手段は、前記所定の線路区間に存在する駅の数及び／又は他の前記鉄道車両の本数が少ないほど充電し、前記所定の線路区間に存在する駅の数及び／又は他の前記鉄道車両の本数が多いほど蓄電した電力を放電すること
を特徴とする鉄道車両の駆動システム。 In the railcar drive system according to claim 1 or 2,
The power storage means of the railway vehicle is charged as the number of stations existing in the predetermined track section and / or the number of other railway vehicles decreases, and the number of stations existing in the predetermined track section and / or Alternatively, a railway vehicle drive system that discharges the stored electric power as the number of other railway vehicles increases.
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