WO2012111679A1

WO2012111679A1 - 蓄電装置とその設置・運用方法

Info

Publication number: WO2012111679A1
Application number: PCT/JP2012/053440
Authority: WO
Inventors: 雅之野木; 高木　亮; 浩司大辻; 光彦松井; 聡志小泉
Original assignee: 株式会社東芝
Priority date: 2011-02-14
Filing date: 2012-02-14
Publication date: 2012-08-23
Also published as: EP2676834B1; KR101715444B1; US9312717B2; US20140070770A1; BR112013020595A2; CN103347733A; KR20130120522A; BR112013020595B1; JP2012166646A; EP2676834A4; HK1189198A1; CN103347733B; JP5377538B2; EP2676834A1

Abstract

　蓄電素子に対する頻繁な充放電を抑制し、省エネルギー化と長寿命化を図る。送電線１の電力を送電線側電力変換装置２が変換し、饋電線３に対して直流電力を供給する。饋電線３に蓄電素子４を電力変換装置５を介して接続する。出力電流制御部６には、饋電線３の架線電圧を検出する架線電圧検出部７と、蓄電素子４の充電率ＳＯＣを検出する充電率検出部８を接続する。出力電流制御部６に、検出された架線電圧及び充電率に基づいて、充放電開始電圧と充放電電流飽和電圧を決定する制御テーブル９を接続する。この制御テーブル９にデータ入出力部１０を設ける。出力電流制御部６は、充電率が高くなるにつれて、高い架線電圧でも蓄電素子が放電し易く、低い架線電圧では蓄電素子に充電し難くなるように制御する。出力電流制御部６は、充電率が低くなるにつれて、低い架線電圧でも放電し難く、低い架線電圧でも充電し易いように制御する。

Description

蓄電装置とその設置・運用方法

　本発明の実施形態は、例えば、直流電気鉄道の電力供給源として使用される蓄電装置とその設置・運用方法に関する。

　直流電気鉄道の電力供給システムとして、従来から直流饋電システムが知られている。この直流饋電システムは、鉄道車両の発進停止に伴う負荷変動が激しく、架線電圧変動が大きい特性になっている。

　また、交流電源系統からは、ダイオード整流器などの電力変換装置を用いて直流を作ることが一般的であるため、鉄道車両の減速時に行われる交流電源系統への電源回生は、回生インバータを設置しなければ実施することができない。そのため、回生インバータが存在しない場合は、鉄道車両からの回生電流を吸収する十分な負荷が鉄道車両の周辺に存在しなければ、効果的な回生を行うことができない。

　一方、回生インバータを設置しても、インバータが回生する電力を消費する負荷が系統になければ、回生電力は電力会社の送配電系統に逆潮流することとなり、鉄道事業者にとって購買電力量低減の効果が得られない。

　このような問題点を解決するため、饋電システム内に車両の回生電力を吸収する蓄電装置を設置する場合がある。この蓄電装置は、鉄道車両の回生電力を吸収すると共に、蓄積したエネルギーを放電することが可能である。この蓄電装置の設置により、饋電用変電所の入力エネルギーを低減することが可能となる。また、この蓄電装置は、架線電圧の変動を抑制する機能も有する。このような蓄電システムの先行技術としては、例えば以下のようなものがある。

特開２００６－６２４８９号公報

　特許文献１の技術は、蓄電装置に使用される蓄電素子の充電率ＳＯＣや架線電圧に応じて、蓄電装置の充放電を制御する。例えば、図１１に示すように、放電開始電圧Ｖｃと充電開始電圧Ｖｄの間に調整充電を行うためのフローティング制御モードを設ける場合があった。

　この従来技術では、架線電圧Ｖが高くなると、充電開始電圧Ｖｄから充電電流飽和電圧Ｖｅまでは充電電流を増加させ、充電電流飽和電圧Ｖｅから充電最大電圧Ｖｆに達するまでは最大充電電流Ｉｃによって、饋電線から蓄電素子ＳＯＣへの充電を行う。一方、架線電圧Ｖが低くなると、放電開始電圧Ｖｃから放電電流飽和電圧Ｖｂまでは放電電流を増加させ、放電電流飽和電圧Ｖｂから放電最大電圧Ｖａに達するまでは最大放電電流Ｉｏによって蓄電素子ＳＯＣから饋電線への放電を行う。

　この場合、充電率ＳＯＣが設定値の場合には、図１１のグラフの放電開始電圧Ｖｃ～充電開始電圧Ｖｄの架線電圧において、充放電電流は流れない。しかし、フローティング制御モードを設けた従来技術では、充電率ＳＯＣが設定値よりも高い場合には、通常は充放電電流が流れていない放電開始電圧Ｖｃ～充電開始電圧Ｖｄの架線電圧であっても、フローティング電流Ｉｆを放電方向に流す（出力電流Ｉが大きくなる）。逆に、充電率ＳＯＣが設定値よりも低い場合には、通常は充放電電流が流れていない放電開始電圧Ｖｃ～充電開始電圧Ｖｄの架線電圧であっても、フローティング電流Ｉｆを充電方向に流す。これにより、充電率を一定の値に保つように、充放電電流を制御している。

　このような従来技術は、饋電線が軽負荷状態の電圧の時に目標とする充電率になるように調整充放電を行う方法である。これによって、蓄電素子の充電率を任意の値に保つことが可能であるが、軽負荷時に整流器からの電流を一度蓄電素子に貯め、それを再放電することになるため、充放電損失が発生し、省エネに反するという問題があった。また、フローティング制御を行う結果、通常であれば充放電を行わない放電開始電圧Ｖｃ～充電開始電圧Ｖｄであっても充放電を行うため、蓄電素子の充放電サイクルが増加し、ＲＭＳ電流の増加、蓄電素子の温度上昇、充放電サイクルエネルギーの増加につながり、素子の寿命が低下していた。

　その一方、高出力な蓄電装置を実現するために、蓄電素子を多直列かつ多並列することが行われているが、多数の素子を接続した場合は装置信頼性の低下が問題となる。複数の素子を多直列する場合、基本的には各素子の充電率を監視するための基板が必要となり、各素子を多直列かつ多並列化するとこの監視基板の個数も増加し、システム全体の信頼性の低下につながる。また、多くの素子や監視基板を使用することは、装置コストの増加にもつながる。

　更に、蓄電装置に用いられる蓄電素子は、熱に弱い他、充放電深度を深く取ることによって寿命が低下するという課題もある。熱に弱いという点は電子回路基板も同様で、発熱が基板の寿命に大きな影響を与え、信頼性低下の要因にもなる。

　このような問題点は、エレベータの駆動系に対する配電システム、太陽光発電（ＰＶ）装置の充放電システムなど、直流電気鉄道の饋電システム以外の直流配電システムにも同様に存在する。

　本発明の実施形態は、前記のような従来技術の問題点を解決するために提案されたものである。すなわち、本発明の実施形態は、信頼性及び冗長性の向上が可能であり、饋電システムの長寿命化と省エネルギー化の両立可能な蓄電装置を実現するを目的とする。

　本発明の実施形態は、たとえば、次のような構成を備えている。
（１）電力変換器を介して直流電源に接続された蓄電素子。
（２）前記電力変換器に接続されて、直流電源に対する蓄電素子の充放電電流を制御する出力電流制御部。
（３）前記出力電流制御部には、直流電源の電圧を検出する電圧検出部と、蓄電素子の充電率を検出する充電率検出部と、前記電圧検出部と充電率検出部により検出された直流電源の電圧及び蓄電素子の充電率に基づいて、蓄電素子の充電開始電圧、放電開始電圧、充電電流飽和電圧及び放電電流飽和電圧の少なくとも１つを決定するための充放電特性が設定された制御テーブルが接続されている。
（４）前記制御テーブルに設定された充放電特性は、
　蓄電素子の充電率が高い場合における前記充電開始電圧、放電開始電圧、充電電流飽和電圧及び放電電流飽和電圧の少なくとも１つの電圧が、蓄電素子の充電率が低い場合における前記充電開始電圧、放電開始電圧、充電電流飽和電圧及び放電電流飽和電圧の少なくとも１つの電圧よりも高い値に設定されている。

第１実施形態を表すブロック図である第１実施形態における架線電圧と出力電流の関係を表すグラフである第１実施形態における放電特性を表すグラフである。第１実施形態における充電特性を表すグラフである。第２実施形態を表すブロック図である第２実施形態の変形例を表すブロック図である各実施形態における蓄電素子の接続構成を表す配線図である第３実施形態における入出力電流の制限特性を表すグラフである。第４実施形態における蓄電装置の設置位置と充放電制御特性との関係を表すグラフである。第５実施形態における蓄電装置の設置位置と蓄電装置の容量の関係を表すグラフである。フローティング制御モードを有する従来技術の架線電圧と出力電流の関係を表すグラフである。

　以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。
Ａ．第１実施形態
（第１実施形態の構成）
　以下、本発明の第１実施形態を図１に従って具体的に説明する。
　図１は、本実施例による蓄電装置を含む饋電システムの全体構成を示す。本実施形態の饋電システムは、送電線１の電力を送電線側電力変換装置２が変換し、饋電線３に対して直流電力を供給する。この場合、直流電源となる饋電線３の定格電圧は、送電線側の電力変換装置２が連続運転可能な電流を出力しているときの電圧である。この送電線１側の電力変換装置２は、例えば、ダイオード整流器やＰＷＭコンバータである。饋電線３の電圧は、例えば、ＤＣ６００Ｖ、７５０Ｖ、１５００Ｖ、ＤＣ３０００Ｖであり、その近辺の電圧で電圧変動が起きる。

　饋電線３には、蓄電用の蓄電素子４が蓄電素子側の電力変換装置５を介して接続されている。蓄電素子４は、例えば、リチウムイオン電池やニッケル水素電池などの蓄電池である。また、蓄電素子４として、電気二重層キャパシタも使用できる。蓄電素子側の電力変換装置５は、例えば、スイッチング素子をゲート駆動する昇降圧チョッパ回路であり、蓄電素子４への充放電電流を任意に制御することが可能である。この電力変換装置５に用いられる素子は、ＩＧＢＴの様な自己消弧型の素子であり、ＰＷＭ駆動されることで、蓄電素子４への充放電電流を制御する。この電力変換装置５を饋電線に対して複数接続し、蓄電素子４を多重化して運転してもよい。

　蓄電素子側の電力変換装置５が饋電線３から蓄電素子４に対して入出力する充放電電流（Output Current）は、電力変換装置５に設けられた出力電流制御部６によって決定される。この出力電流制御部６には、饋電線３の架線電圧（Line_Voltage）を検出する架線電圧検出部７と、蓄電素子４の充電率ＳＯＣを検出する充電率検出部８が接続されている。

　また、出力電流制御部６には、架線電圧検出部７と充電率検出部８により検出された架線電圧及び充電率に基づいて、蓄電素子４の充放電動作、すなわち充放電開始電圧（charge_th_low，discharg_th_high）と充放電電流飽和電圧（charge_th_high，discharg_th_low）を決定する制御テーブル９が接続されている。この制御テーブル９には、制御テーブル９に記憶する各種の値をユーザが設定すると共に、設定値や入出力電流その他のデータを確認するためのデータ入出力部１０が設けられている。

　出力電流制御部６は、検出された架線電圧（LineVoltage）と充電率ＳＯＣと、制御テーブル９に設定されている充放電特性に応じて、蓄電素子側の電力変換装置５の充放電電流（Output Current）を変化させる。以下、この制御テーブル９に設定されている充放電特性を、図２～図４により説明する。

　図２は、横軸の架線電圧（Line_Voltage）と縦軸の蓄電素子４の出力電流（Output Current）の関係を示すものである。すなわち、架線電圧が既定値（グラフ横軸の中央部分）よりも低くなって放電開始電圧（discharg_th_high）に達すると、蓄電素子４からの出力電流が増大し、放電電流飽和電圧（discharg_th_low）に達するとその後は放電電流が最大値のまま出力される。一方、架線電圧が既定値（グラフ横軸の中央部分）よりも高くなって充電開始電圧（charg_th_low）に達すると、蓄電素子４への充電電流が増大し、充電電流飽和電圧（charg_th_high）に達するとその後は充電電流が最大値のまま充電がなされる。

　図３は、架線電圧（Line_Voltage）と充電率ＳＯＣに基づく、放電特性の一例である。図３に示すように、本実施形態では、架線電圧が１３８０Ｖから１５００Ｖの範囲で放電特性（discharg_th_high, discharg_th_low）が設定される。その場合、充電率が低い範囲（図の４０％以下）では、放電開始電圧（discharg_th_high）を低くし、架線電圧が低くならない限りは放電を開始しないように設定する。同様に、充電率が低い範囲（図の４０％以下）では、放電電流飽和電圧（discharg_th_low）を低くし、低い架線電圧で最大放電電流が流れるように設定する。その結果、充電率が低い範囲では、架線電圧が低くならない限り（１４５０Ｖ以下）は放電しないように設定する。

　一方、充電率が高い範囲（図の８５％以上）では、放電開始電圧（discharg_th_high）を高くし（１４５０Ｖ）、架線電圧が高い状態でも放電を開始するように設定する。同様に、充電率が高い範囲（図の８５％以上）では、放電電流飽和電圧（discharg_th_low）を高くし、高い架線電圧（１５００Ｖ）で最大放電電流が流れように設定する。

　図４は、架線電圧（Line_Voltage）と充電率ＳＯＣに基づく、放電特性の一例である。図４に示すように、充電開始電圧（charge_th_low）及び充電電流飽和電圧（charge_th_high）を充電率が高くなるにつれ架線電圧に対する設定値を高くし、逆に充電率が低くなるにつれ設定値が低くなる特性を設定する。その結果、蓄電素子４の充電率が低い場合には架線電圧が低くても充電を開始し、充電率が高い場合には架線電圧が高くならない限り充電を行わない。

　本実施形態では、充電率の全範囲において、図３の放電開始電圧（discharge_th_high）の最も高い値は１５００Ｖであり、図４の充電開始電圧（charge_th_low）の最も低い値は１６２０Ｖである。すなわち、本実施形態では、充電率がどの範囲にあっても、少なくとも架線電圧が１５００Ｖと１６２０Ｖの範囲では、充放電が行われることがない。

　前記のような図３及び図４に示す本実施形態の充放電特性を、図２のグラフに点線で示す。この点線から分かるように、本実施形態では、蓄電素子の充電率ＳＯＣが変化した場合に、図１１の従来技術のように放電開始電圧（discharge_th_high）～充電開始電圧（charge_th_low）部分にフローティング電流Ｉｆを流すものではない。本実施形態では、充電率に応じて、放電開始電圧（discharge_th_high）と充電開始電圧（charge_th_low）の少なくとも一方を変化させるものである。これにより、出力電流制御部６は、図３または図４の制御テーブルを参照して、架線電圧が放電開始電圧（discharge_th_high）～放電開始電圧（charge_th_low）にある場合には充放電動作を停止し、架線電圧が定格電圧よりも予め設定した高電圧あるいは低電圧の範囲において、充電率ＳＯＣと架線電圧に応じた適切な充放電動作を行うことができる。

（第１実施形態の作用効果）
　このように本実施形態では、充電率が高くなるにつれて高い架線電圧でも放電しやすくなる特性に推移し、低い架線電圧は充電しにくくなる特性になる。逆に、充電率が低くなるにつれて、低い架線電圧でも放電しにくくなる特性に推移し、低い架線電圧でも充電しやすくなる特性に推移する。

　その結果、本実施形態によれば、フローティング電流制御のような本来充放電を行う必要のない領域における充放電動作が不要となり、蓄電素子に対する頻繁な充放電が抑制され、省エネルギー化と長寿命化を図ることができる。すなわち、従来技術のフローティング制御のような調整充放電を行わないことから、無駄な充放電サイクルエネルギーを発生させることなく、蓄電素子の寿命を温存することができる。

　また、回生失効している可能性が高い電圧領域（例えば、饋電線の架線電圧の定格がＤＣ１５００Ｖでは、１６５０Ｖ～１８００Ｖの領域）から優先的に充電し、饋電電圧が低くなるところで集中的に放電することで、余剰回生電力の吸収と、饋電システム内の饋電損失（饋電線や帰線電流が流れるレールで発生する損失）を抑制することが可能になる。

（第１実施形態の変形例）
　前記のような第１実施形態は、次のような変形例を有する。
（１）本実施形態において、必ずしも充電開始電圧（charge_th_low）と放電開始電圧（discharge_th_high）の双方を充電率に応じて動かさなくても良く、いずれか一方を固定値に維持して、充電開始電圧（charge_th_low）または放電開始電圧（discharge_th_high）の一方を充電率に応じて変化させるようにしても同様の効果が得られる。

（２）充電電流飽和電圧電圧（charge_th_high）や充電開始電圧（charge_th_low）の設定値を、充電率ＳＯＣに関わらず変電所の無負荷送り出し電圧以下に設定すれば、軽負荷状態の変電所から充電することもできる。これは、回生電力量が極端に少ない路線の場合に有効であり、饋電システムが軽負荷状態となっているときに充電しておくことができる。

（３）前記（２）とは逆に、回生電力が期待できるシステムでは、この値を変電所の無負荷送り出し電圧以上に設定すれば、回生電力の充電のみで充電率を調整することができる。このようにすると、列車からの回生電力が存在しないにもかかわらず、変電所の饋電電力を蓄電素子に充電したり再放電したりすることが防止され、饋電効率の悪化を防止することができる。

（４）放電電流飽和電圧（discharge_th_low）と放電開始電圧（discharge_th_high）を饋電線定格電圧以下（例えばＤＣ１５００Ｖの饋電システムなら１５００Ｖ）で動作するように設定しておけば、本当に架線電圧降下が大きくなる状況で集中的に放電し、架線電圧の降下を補償し、饋電損失を削減することもできる。

（５）省エネルギーにするために充放電しない架線電圧間（放電開始電圧（discharge_th_high）～放電開始電圧（charge_th_low））で蓄電素子４側の電力変換装置５の損失を減らすため、電力変換装置５を構成する昇降圧チョッパ回路のゲートブロックを行っても良い。

Ｂ．第２実施形態
　図５は本発明の第２実施形態を示すものである。この第２実施形態では、蓄電素子４に対して第２の電源１１を接続する。第２の電源１１としては、例えば、太陽光や風力、水力発電などの発電機が使用できる。第２の電源１１は、直流電源と交流電源のいずれでも使用可能であり、直流電源の場合にはその出力電力を直接蓄電素子４に入力する。第２の電源が交流電源の場合には、その出力を整流して得られる直流電力を蓄電素子４に供給する。

　蓄電素子４に第２の電源１１から電力を供給する場合、前記第１実施形態にあるように、検出部７，８が検出した充電率ＳＯＣと架線電圧、及び制御テーブル９の設定値に応じて、出力電流制御部６が饋電線３からの充放電特性を調整する。すなわち、蓄電素子４に第２の電源１１を直接に接続した結果、蓄電素子４の充電率は第２の電源１１の電力によって刻々と変化する。図５の実施形態では、出力電流制御部６が、刻々と変化する充電率と、同様に変化する架線電圧との双方を参照して、充放電制御を行うことが可能であるから、第１実施形態と同様の効果が期待できる。特に、第２の電源１１からの電力を饋電電圧補償に用いることができるため、饋電損失を更に削減し省エネルギー効果を更に高めることが可能になる。

　第２実施形態において、第２の電源１１を蓄電素子４に直接接続することなく、図６に示すように、蓄電素子４が接続される直流饋電線３に対し、蓄電素子４の近辺で接続することも可能である。この場合、第２の電源１１は、饋電線３に接続された回生車両と同じ機能を果たすことになり、前記第１実施形態と同様な効果が期待できる。

Ｃ．第３実施形態
　前記各実施形態において、蓄電素子４を、複数の蓄電素子から構成することができる。具体的には、図７に示すように、多数の直列した蓄電素子４（以下、蓄電素子モジュールという）を複数列、並列接続することによって構成する。この場合、各蓄電素子モジュールを、各蓄電素子モジュールごとに開放用接触器４ａによって開放可能な構成としても良い。ただし、複数の蓄電素子モジュールの内、いくつのモジュールが開放されたのかを検出するために、図１に示すように、出力電流制御装置６に検出部１２を接続し、検出したモジュールの数に応じて、出力電流制御装置６が蓄電素子用の電力変換装置５に供給する充放電電流を制限する。

　具体的には、開放される前に接続されていた蓄電素子モジュールの並列数で開放後の蓄電素子モジュールの並列数を割った値を、出力電流制御部６で生成する出力電流指令に乗ずることで出力電流を制限する。これにより、モジュールを構成する各蓄電素子の温度を上昇させることなく、使用継続することが可能になる。また、蓄電モジュールの開放数に応じた出力電流指令を予め制御テーブル９内にデータベースとして保持しておき、蓄電モジュールの開放数に応じてデータベースを参照し、出力最大電流を決定しても良い。

　出力電流制御装置６による電力変換装置５の出力電流指令については、蓄電素子４のＲＭＳ（実効値）電流や電力変換装置５のＲＭＳ電流、蓄電素子４で検出される温度によって、出力電流制御部で制限しても良い。例えば、前記のＲＭＳ電流については、時間帯毎にＲＭＳ電流の積分周期を設定し算出する。基本的には饋電線に接続される回生車両は、そのダイヤに周期性があることからそのダイヤ周期を積分期間とするＲＭＳ電流として計算することができる。

　この場合、出力電流制御装置６に、図１に示すように蓄電素子４または電力変換装置５のＲＭＳ電流検出部１３を設け、検出したＲＭＳ電流が予め設定しておいた既定値に近づくにつれ、蓄電素子４の充放電電流を制限する特性を制御テーブル９に設定する。具体的には、図８の点線で示すように、放電停止電圧（Low_limiter）、放電電流飽和電圧（discharge_th_low）、充電開始電圧（charge_th_low）、充電電流飽和電圧（charge_th_high）及び充電停止電圧（high_limiter）を制限する特性を、制御テーブル９に設定する。

　このＲＭＳ電流による電流リミット特性は、蓄電素子温度や外気温によって変化させても良い。すなわち、図８の特性は、蓄電素子温度や外気温毎に異なるので、温度毎に異なる充放電特性を設定することができる。これらによって、蓄電池温度や外気温が上昇しても、蓄電素子の寿命を損なうこがない。

Ｄ．第４実施形態
　本発明による蓄電装置は、任意の場所に設置することが可能である。しかし、図９に示す第４実施形態においては、饋電用変電所に近い蓄電装置ほど、放電電流飽和電圧（discharge_th_low）または放電開始電圧（discharge_th_high）を架線電圧軸上の高い値に設定する。すなわち、図９は、定格ＤＣ１５００Ｖの饋電システムの例であって、饋電変電所１４ａ，１４ｂに近い箇所の蓄電装置では、放電電流飽和電圧（discharge_th_low）または放電開始電圧（discharge_th_high）を１５９０Ｖに設定する。これに対して、饋電変電所１４ａ，１４ｂから離れた箇所に設置する蓄電装置では、放電電流飽和電圧（discharge_th_low）または放電開始電圧（discharge_th_high）を１５００Ｖに設定する。

　その結果、饋電線３における饋電変電所から離れた饋電電圧の降下が大きい場所ほど、蓄電装置から饋電線３への放電電流飽和電圧または放電開始電圧を低くして、饋電線３の電圧降下を補償することができる。

Ｅ．第５実施形態
　図１０に示す第５実施形態は、饋電変電所１４ａ，１４ｂから遠い場所に設置する蓄電装置ほど大容量化したものである。このような第５実施形態によれば、饋電電流が流れることによって生じる饋電損失を削減することができ、省エネルギー効果を増大することが可能になる。この場合、蓄電装置を大容量化する手段としては、変電所から遠くになるにつれて、蓄電装置を並列運転数を増やすことで、その容量を増強する。

　また、本実施形態における各蓄電装置を駅に設置しても良く、その際は列車の停車回数が多くなる駅ほど大容量の蓄電装置を設置することで、大きな省エネルギー効果を得ることができる。逆に、停車回数が少ない駅に大容量・高出力の蓄電装置を設置しても、遠方列車の回生電力を多く吸収してしまい、饋電線損失の増加によって省エネルギー効果が損なわれることになる。従って、停車回数の多い駅ほど大容量・高出力の蓄電装置を設置することで饋電損失の低減効果が増大し、饋電システムの効果的な省エネルギー化を実現することができる。

Ｆ．他の実施形態
　なお、上記の実施形態は、本明細書において一例として提示したものであって、発明の範囲を限定することを意図するものではない。すなわち、その他の様々な形態で実施されるこが可能であり、発明の範囲を逸脱しない範囲で、種々の省略や置き換え、変更を行うことが可能である。これらの実施形態やその変形例は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

　特に、前記各実施形態は、直流電源として回生車両が接続された饋電線を使用したが、本発明は、エレベータの駆動系に対する配電システム、太陽光発電（ＰＶ）装置の充放電システムなど、直流電気鉄道の饋電システム以外の直流配電システムにも適用可能である。

　１…送電線
　２…送電線側電力変換装置
　３…饋電線
　４…蓄電素子
　４ａ…開放用接触器
　５…蓄電素子側電力変換装置
　６…出力電流制御部
　７…架線電圧検出部
　８…充電率検出部
　９…制御テーブル
１０…データ入出力部
１１…第２の電源
１２…開放用接触器の検出部
１３…ＲＭＳ電流検出部
１４ａ，１４ｂ…饋電変電所

Claims

　電力変換器を介して直流電源に接続された蓄電素子と、
　前記電力変換器に接続されて、直流電源に対する蓄電素子の充放電電流を制御する出力電流制御部とを備え、
　前記出力電流制御部には、直流電源の電圧を検出する電圧検出部と、蓄電素子の充電率を検出する充電率検出部と、前記電圧検出部と充電率検出部により検出された直流電源の電圧及び蓄電素子の充電率に基づいて、蓄電素子の充電開始電圧、放電開始電圧、充電電流飽和電圧及び放電電流飽和電圧の少なくとも１つを決定するための充放電特性が設定された制御テーブルが接続され、
　前記制御テーブルに設定された充放電特性は、
　蓄電素子の充電率が高い場合における前記充電開始電圧、放電開始電圧、充電電流飽和電圧及び放電電流飽和電圧の少なくとも１つの電圧が、蓄電素子の充電率が低い場合における前記充電開始電圧、放電開始電圧、充電電流飽和電圧及び放電電流飽和電圧の少なくとも１つの電圧よりも高い値に設定されていることを特徴とする蓄電装置。
　前記直流電源の電源電圧が交流から直流に変換する電力変換器によって供給され、
　前記直流電源の無負荷時送り出し電圧は、前記交流電圧が変動することによって変化するものであって、
　前記制御テーブルに設定された充放電特性が、蓄電素子へ充電動作を行うときの前記直流電源の直流電圧が、前記交流電圧変動によって変化する前記直流電源の電圧よりも高く設定されていることを特徴とする請求項１記載の蓄電装置。
　前記直流電源の定格電圧は、前記直流電源の電圧源である電力変換装置が連続運転可能な電流を出力しているときの直流電源電圧であることを特徴とする請求項２記載の蓄電装置。
　前記蓄電素子に接続された電力変換器は、複数の電力変換器を並列接続して構成されることを特徴とする請求項１の蓄電装置。
　前記蓄電素子に接続された電力変換器は、スイッチング素子をゲート駆動することで動作する電力変換器であり、
　前記直流電源の電圧が前記無負荷送り出し電圧よりも低い状態で、かつ、前記直流電源の定格電圧よりも高い状態においてゲートドライブを停止することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の蓄電装置。
　前記蓄電素子または前記直流電源の少なくとも１つに、第２の電源が接続されていることを特徴とする請求項１に記載の蓄電システム。
　前記直流電源が変電所及び回生車両に接続された饋電線であることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の蓄電装置。
　前記蓄電素子を複数個直列に接続した蓄電素子直列モジュールが、複数列並列に接続され、
　複数列並列に接続された各蓄電素子直列モジュールと電力変換器との間に開放用接触器が設けられ、
　前記出力電流制御部に、開放された蓄電素子直列モジュールの数を検出する開放用接触器検出部が設けられ、
　前記出力電流制御部は、この開放用接触器検出部において検出された蓄電素子直列モジュール数に応じて充放電電流を制限するものであることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の蓄電装置。
　前記出力電流制御部に、蓄電素子の温度、ＲＭＳ電流、外気温の少なくとも１つを検出する検出部が設けられ、
　前記出力電流制御部は、この検出部からの蓄電素子の温度、ＲＭＳ電流、外気温の少なくとも１つの値に応じて充放電電流を制限することを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の蓄電装置。
　前記請求項２に記載の蓄電装置を複数台設置して運用する場合に、
　蓄電装置の位置が前記交流を直流に変換する電力変換器に近いほど、蓄電素子を充放電する前記電力変換器の放電時の直流電源側電圧が高く設定することを特徴とする蓄電装置の設置・運用方法。
　前記請求項２に記載の蓄電装置を複数台設置して運用する場合に、
　蓄電装置の位置が前記交流を直流に変換する電力変換器から遠いほど、蓄電装置の出力が大きく設定することを特徴とする蓄電装置の設置・運用方法。
　前記請求項２に記載の蓄電装置を、回生車両の停止する複数の駅に設置して運用する場合に、
　駅に設置される蓄電装置は、列車が停車する回数が大きい駅ほど蓄電装置の容量が大きく設定することを特徴とする蓄電装置の設置・運用方法。