Стабилизатор напряжения для системы питания

Стабилизатор напряжения для системы питания

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Область техники

Настоящее изобретение относится к стабилизаторам напряжения для систем питания для использования в электрифицированном железнодорожном хозяйстве.

Предшествующий уровень техники

Схема питания переменного тока пригодна для подачи электроэнергии на большое расстояние и обеспечения большой мощности и поэтому используется для электроснабжения сверхскоростных пассажирских экспрессов и других транспортных средств. Электрифицированная железная дорога представляет собой однофазную нагрузку. Таким образом, обычно в тяговой подстанции переменного тока трехфазный-двухфазный трансформатор преобразует трехфазную мощность, принимаемую от электроэнергетических компаний и др., в одну пару однофазных мощностей с разностью по фазе 90 градусов (например, см. непатентный документ 1: «Справочник для электрифицированных железных дорог», изданный комиссией по справочникам для электрифицированных железных дорог, CORONA PUBLISHING CO., LTD., 28 февраля 2007 г., стр.585). В качестве трехфазного-двухфазного трансформатора используется трансформатор Скотта (принимающий напряжение 66 кВ ~ 154 кВ) или модифицированный трансформатор Вудбриджа (принимающий напряжение 187 кВ ~ 275 кВ), чтобы устранить дисбаланс трехфазного источника питания.

Кроме того, для устранения флуктуации напряжения, тяговая подстанция переменного тока оборудована статическим компенсатором реактивной мощности (SVC). SVC не только обеспечивает компенсацию реактивной мощности, но также регулирует активную мощность посредством использования инверторов.

Фиг.11А изображает собой схему соединений, показывающую SVC, установленный на стороне питания трансформатора Скотта в обычной тяговой подстанции переменного тока. Данный SVC обычно называется железнодорожным статическим стабилизатором напряжения (RPC). R-фаза, S-фаза и Т-фаза представляют собой входы на трехфазной стороне в трансформаторе Скотта, соответственно. Главная фаза и вспомогательная фаза изображают две однофазные мощности, образованные посредством трансформатора Скотта, соответственно. Стабилизатор напряжения (RPC) 2а включает в себя инверторы 6m и 6t, соединенные с линиями 4m и 4t питания в главной фазе и вспомогательной фазе, соответственно, и конденсатор 20 постоянного тока расположен между и соединен с двумя инверторами 6m и 6t. Электропоезда 8m и 8t движутся посредством использования электрических энергий, подаваемых на линии питания 4m и 4t в главной фазе и вспомогательной фазе, соответственно, в качестве источников мощности.

В трансформаторе Скотта, если нагрузка в главной фазе и нагрузка в вспомогательной фазе уравновешены, то нагрузка на трехфазной стороне также уравновешена. Кроме того, флуктуация напряжения меньше, когда реактивная мощность низкая. Следовательно, стабилизатор 2а напряжения (RPC) выполнен таким образом, что инверторы 6m и 6t, подсоединенные к главной фазе и вспомогательной фазе, соответственно, обеспечивают компенсацию реактивной мощности, и данные два инвертора совместно распределяют 1/2 разности между активными мощностями в двух однофазных мощностях, чтобы уравнять активную мощность в главной фазе и активную мощность в вспомогательной фазе, тем самым, уравновешивая нагрузку на трехфазной стороне.

Фиг.11В представляет собой схему соединений, показывающую SVC, установленный на трехфазной стороне в трансформаторе Скотта. Фиг.11С представляет собой схему соединений, показывающую SVC, в котором инверторы установлены в главной фазе и вспомогательное фазе в неравностороннем трансформаторе Скотта, где главная фаза и вспомогательная фаза в трансформаторе Скотта непосредственно соединены друг с другом, и осуществляется однофазное питание посредством отклоненной фазы, причем данные два инвертора соединены друг с другом схемой постоянного тока. SVC, показанный на фиг.11В, называется «трехфазным SVC». SVC, показанный на фиг.11С, также называется однофазным стабилизатором напряжения питания. Трехфазный SVC 202а включает в себя инвертор 6 и конденсатор 20 постоянного тока, соединенный с инвертором 6, а SFC 402а включает в себя инверторы 6m и 6t, и конденсатор 20 постоянного тока, соединенный с инверторами 6m и 6t. Инверторы 6, 6m и 6t обеспечивают компенсацию реактивной мощности и регулируют активную мощность.

При питании переменным током, в однофазной схеме, проходящей от тяговой подстанции переменного тока до разделительного поста, существует явление (проблема). А именно, при движении электропоезда возникает падение напряжение, обусловленное активным или реактивным сопротивлением импеданса железной дороги в линии питания, и вследствие этого не обеспечивается требуемое напряжение линии питания на зажимном конце линии питания. Для устранения данного явления (проблемы), патентный документ 1 (публикация выложенной заявки на патент Японии №2000-6693) раскрывает регулятор напряжения линии питания на зажимном конце линии питания для обеспечения компенсации флуктуации напряжения на зажимном конце линии питания посредством использования интерактивного преобразователя (инвертора), подключенного через интерактивный трансформатор на зажимном конце линии питания. Регулятор напряжения линии питания выполнен таким образом, что батарея для обеспечения компенсации продолжительной флуктуации в активной мощности и конденсатор постоянного тока для обеспечения компенсации в кратковременной флуктуации в активной мощности соединены параллельно на стороне постоянного тока интерактивного преобразователя (инвертора).

Краткое изложение существа изобретения

В оборудовании регулятора напряжения линии питания, раскрытом в патентном документе 1, конденсатор постоянного тока подсоединен для предотвращения падения напряжения, связанного с реактивной мощностью на зажимном конце линии питания и для обеспечения компенсации реактивной мощности, и батарея подсоединена для обеспечения компенсации продолжительной флуктуации в активной мощности. Однако регулятор напряжения линии питания имеет недостатки, заключающиеся в том, что конденсатор постоянного тока требует большого пространства для установки, надежность не всегда является высокой, стоимость является высокой и др.

Задачей настоящего изобретения является создание стабилизатора напряжения с простой конфигурацией оборудования, которая позволяет распределять активную мощность между схемами питания и регулирует реактивную мощность, чтобы предотвратить падение напряжения линии питания. То есть задачей настоящего изобретения является создание стабилизатора напряжения без необходимости использования конденсатора, который является недорогим, компактным и малогабаритным и высоконадежным.

Авторы настоящего изобретения провели исследования и обнаружили, что необходимой емкостью обладает никель-металлогидридная батарея. Другими словами, авторы изобретения обнаружили, что никель-металлогидридная батарея используется не только как вторичная батарея, но способна также функционировать надлежащим образом как конденсатор. Исходя из этого, авторы изобретения придумали конфигурацию, в которой в стабилизаторе напряжения настоящего изобретения никель-металлогидридная батарея установлена между и соединена с кабелем высокого напряжения и кабелем низкого напряжения преобразователя переменного тока в постоянный (AC-DC) и постоянного тока в переменный (DC-AC) для осуществления преобразования между мощностью переменного тока и мощностью постоянного тока, чтобы накапливать (аккумулировать) в никель-металлогидридной батарее избыточную рекуперированную мощность в линии питания и регулировать реактивную мощность для предотвращения падения напряжения линии питания. Короче говоря, настоящее изобретение представляет собой изобретение с использованием никель-металлогидридной батареи.

Стабилизатор напряжения настоящего изобретения содержит: AC-DC и DC-AC преобразователь для осуществления преобразования между мощностью переменного тока и мощностью постоянного тока; и никель-металлогидридную батарею, расположенную между и соединенную с кабелем высокого напряжения на стороне постоянного тока первого AC-DC и DC-AC преобразователя и кабелем низкого напряжения на стороне постоянного тока первого AC-DC и DC-AC преобразователя. То есть никель-металлогидридная батарея расположена между и соединена с кабелем высокого напряжения и кабелем низкого напряжения AC-DC и DC-AC преобразователя, вместо конденсатора.

Стабилизатор напряжения настоящего изобретения может дополнительно содержать первый трансформатор, который принимает мощность переменного тока из линии электропитания переменного тока и подает мощность переменного тока в линию питания; и при этом сторона переменного тока первого AC-DC и DC-AC преобразователя соединена со стороной приема мощности или стороной подачи мощности первого трансформатора.

В стабилизаторе напряжения настоящего изобретения, первым трансформатором может быть трансформатор, который преобразует принимаемое трехфазное напряжение переменного тока в два двухфазных напряжения переменного тока с разностью по фазе 90 градусов и подает два двухфазных напряжения переменного тока.

Стабилизатор напряжения настоящего изобретения может дополнительно содержать второй AC-DC и DC-AC преобразователь для осуществления преобразования между мощностью переменного тока и мощностью постоянного тока; причем первым трансформатором является трансформатор, который преобразует принимаемое трехфазное напряжение переменного тока в двухфазные напряжения переменного тока и подает двухфазные напряжения переменного тока; первый AC-DC и DC-AC преобразователь соединен с линией питания, которая принимает одно из двухфазных напряжений, подаваемых из первого трансформатора; второй AC-DC и DC-AC преобразователь соединен с линией питания, который принимает другое из двухфазных напряжений, подаваемых из первого трансформатора; и никель-металлогидридная батарея расположена между и соединена с общим кабелем высокого напряжения между стороной постоянного тока первого AC-DC и DC-AC преобразователя и стороной постоянного тока второго AC-DC и DC-AC преобразователя и кабелем низкого напряжения между стороной постоянного тока первого AC-DC и DC-AC преобразователя и стороной постоянного тока второго AC-DC и DC-AC преобразователя.

Стабилизатор напряжения настоящего изобретения может дополнительно содержать второй трансформатор, который принимает мощность переменного тока из линии электропитания переменного тока и подает мощность переменного тока в линию питания; и второй AC-DC и DC-AC преобразователь для осуществления преобразования между мощностью переменного тока и мощностью постоянного тока; причем каждый из первого трансформатора и второго трансформатора представляет собой трансформатор, который принимает однофазное напряжение переменного тока; первый AC-DC и DC-AC преобразователь соединен с линией питания, который принимает напряжение переменного тока, выдаваемое из первого трансформатора; второй AC-DC и DC-AC преобразователь соединен с линией питания, который принимает напряжение переменного тока, подаваемое из второго трансформатора; и никель-металлогидридная батарея расположена между и соединена с кабелем высокого напряжения между стороной постоянного тока первого AC-DC и DC-AC преобразователя и стороной постоянного тока второго AC-DC и DC-AC преобразователя и кабелем низкого напряжения между стороной постоянного тока первого AC-DC и DC-AC преобразователя и стороной постоянного тока второго AC-DC и DC-AC преобразователя.

Никель-металлогидридная батарея, предпочтительно, имеет многослойную структуру. Никель-металлогидридная батарея, предпочтительно, включает в себя проводящий материал, содержащий углерод. Авторы настоящего изобретения обнаружили, что емкость никель-металлогидридной батареи может быть увеличена, в частности, посредством образования никель-металлогидридной батареи в многослойной структуре или посредством использования проводящего материала, содержащего углерод.

Никель-металлогидридная батарея может состоять из одного или более батарейных модулей; причем каждый из батарейных модулей включает в себя множество единичных батарей, каждая из которых включает в себя пластинчатый токосъемник положительного электрода и пластинчатый токосъемник отрицательного электрода, которые расположены друг против друга; разделитель, расположенный между токосъемником положительного электрода и токосъемником отрицательного электрода; и элемент положительного электрода, находящийся в контакте с токосъемником положительного электрода; и элемент отрицательного электрода, находящийся в контакте с токосъемником отрицательного электрода; при этом множество единичных батарей пакетированы вместе таким образом, что токосъемник положительного электрода одной из смежных единичных батарей и токосъемник отрицательного электрода другой из смежных единичных батарей являются противоположными друг другу; и батарейный модуль содержит между смежными единичными батареями проход, через который протекает газообразная или жидкая теплопередающая среда.

Между трансформатором и AC-DC и DC-AC преобразователем может быть расположен переключатель.

Стабилизатор напряжения настоящего изобретения может дополнительно содержать второй AC-DC и DC-AC преобразователь для осуществления преобразования между мощностью переменного тока и мощностью постоянного тока; причем сторона переменного тока первого AC-DC и DC-AC преобразователя соединена с концевым участком первого участка подачи; сторона переменного тока второго AC-DC и DC-AC преобразователя соединена с концевым участком второго участка подачи, которая электрически изолирована от первого участка подачи; и никель-металлогидридная батарея расположена между и соединена с общим кабелем высокого напряжения между стороной постоянного тока первого AC-DC и DC-AC преобразователя и стороной постоянного тока второго AC-DC и DC-AC преобразователя и кабелем низкого напряжения между стороной постоянного тока первого AC-DC и DC-AC преобразователя и стороной постоянного тока второго AC-DC и DC-AC преобразователя.

Упомянутые и другие объекты, признаки и преимущества настоящего изобретения станут более очевидными из приведенного ниже подробного описания предпочтительных вариантов осуществления со ссылкой на прилагаемые чертежи.

Посредством использования настоящего изобретения, стабилизатор напряжения настоящего изобретения способен распределять активную мощность между схемами питания и регулировать реактивную мощность для предотвращения флуктуации напряжения на линии питания. Дополнительно, стабилизатор напряжения настоящего изобретения не требует конденсатора для поддержания напряжения на линии питания.

Стабилизатор напряжения настоящего изобретения позволяет накапливать рекуперативную электрическую мощность, неизрасходованную в некотором участке питания, в никель-металлогидридной батарее. Стабилизатор напряжения настоящего изобретения позволяет подавать электрическую мощность в линию питания посредством разрядки никель-металлогидридной батареи, таким образом предотвращая падение напряжения на линии питания. Это позволяет уменьшить влияние на сторону приема мощности, которое обусловлено быстрой флуктуацией в нагрузке электропоезда. Кроме того, посредством использования стабилизатора напряжения настоящего изобретения, электропоезд, останавливающийся в середине некоторого участка питания, может быть перемещен к ближайшей станции посредством приводной мощности, выдаваемой из никель-металлогидридной батареи, даже в том случае, если подача питания из системы электропитания прекращено.

Краткое описание чертежей

В дальнейшем изобретение поясняется описанием предпочтительных вариантов воплощения со ссылками на сопроводительные чертежи, на которых:

Фиг.1А изображает схему соединений стабилизатора напряжения в соответствии с 1-м вариантом осуществления настоящего изобретения;

Фиг.1В изображает более подробную схему соединений стабилизатора напряжения в соответствии с 1-м вариантом осуществления настоящего изобретения;

Фиг.2 изображает вид в разрезе структуры примерной конфигурации единичной батареи, образующей никель-металлогидридную батарею;

Фиг.3 изображает общий вид структуры рамы, первой крышки и второй крышки единичной батареи, показанной на фиг.2;

Фиг.4А изображает вид в поперечном разрезе примерной конфигурации батарейного модуля, образованного посредством единичных батарей;

Фиг.4В изображает частичный общий вид батарейного модуля в примерной конфигурации, в котором показано направление перемещения воздуха в теплопередающей пластине;

Фиг.5 изображает общий вид теплопередающей пластины для использования в батарейном модуле в примерной конфигурации;

Фиг.6А изображает схему соединений стабилизатора напряжения в соответствии с 1-м вариантом осуществления настоящего изобретения, который установлен на стороне питания в схеме питания переменного тока, соединенной с двумя трансформаторами для приема однофазной мощности переменного тока;

Фиг.6В изображает пример схемы питания в соответствии с известным уровнем техники, соединенной с двумя трансформаторами, которые принимают однофазную мощность переменного тока;

Фиг.7 изображает схему соединений стабилизатора напряжения в соответствии с 2-м вариантом осуществления настоящего изобретения;

Фиг.8 изображает схему соединений стабилизатора напряжения в соответствии с 3-м вариантом осуществления настоящего изобретения;

Фиг.9А и 9В изображают схему питания переменного тока, включающую в себя примерное применение стабилизатора напряжения для решения проблемы, связанной с ограничением скорости при возникновении повреждения в тяговой подстанции;

Фиг.10 изображает конфигурацию схемы питания переменного тока, включающей в себя устройство питания переменного тока, в котором применяется стабилизатор напряжения настоящего изобретения;

Фиг.11А изображает схему соединений железнодорожного статического стабилизатора напряжения (RPC), установленного на стороне питания в трансформаторе Скотта в тяговой подстанции переменного тока;

Фиг.11В представляет собой схему соединений трехфазного SVC, установленного на трехфазной стороне в трансформаторе Скотта;

Фиг.11С представляет собой схему соединений однофазного стабилизатора напряжения питания (SFC), в которой в неравностороннем трансформаторе Скотта, в котором главная фаза и фаза возбуждения в трансформаторе Скотта непосредственно соединены друг с другом, и однофазное питание осуществляется посредством отклоненной фазы, инверторы расположены в главной фазе и фазе возбуждения, соответственно, и данные два инвертора соединены друг с другом;

Фиг.12А изображает схематичный вид схемы питания переменного тока, включающей в себя тяговую подстанцию А, тяговую подстанцию В, тяговую подстанцию С и два разделительных поста (SP);

Фиг.12В изображает схематичный вид схемы питания переменного тока, показанной на фиг.12А, когда в тяговой подстанции В возникает повреждение, при котором прекращается прием мощности;

Фиг.12С изображает схему соединений обычного SVC, содержащегося в тяговой подстанции, показанной на фиг.12А.

Описание вариантов осуществления изобретения

Ниже будут описаны предпочтительные варианты осуществления со ссылками на чертежи.

1. 1-й вариант осуществления

Фиг.1А изображает схему соединений стабилизатора 2 напряжения мощности в соответствии с 1-м вариантом осуществления настоящего изобретения. Фиг.1В представляет собой более подробную схему соединений стабилизатора 2 напряжения в соответствии с 1-м вариантом осуществления настоящего изобретения.

В 1-м варианте осуществления стабилизатор 2 напряжения представляет собой SVC (железнодорожный статический стабилизатор напряжения) и образует RPC, установленный на стороне подачи мощности (стороне подачи) в трансформаторе Скотта 3, который принимает мощность переменного тока из линии электропитания переменного тока в тяговой подстанции переменного тока и подает мощность переменного тока в линию питания. R-фаза, S-фаза и T-фаза представляют собой входы в трехфазной стороне в трансформаторе Скотта 3, соответственно. Главная фаза и вспомогательная фаза представляют собой две однофазные силовые фазы, образованные посредством трансформатора Скотта 3. В 1-м варианте осуществления, SVC2 включает в себя инверторы (AC-DC и DC-AC преобразователи) 6m и 6t, соединенные на своих сторонах переменного тока с линиями 4m и 4t питания в главной фазе и вспомогательной фазе, соответственно, для осуществления преобразования между мощностью переменного тока и мощностью постоянного тока, и никель-металлогидридную батарею 10, расположенную между и соединенную с кабелями на сторонах постоянного тока двух инверторов 6m и 6t. Электропоезд 8m движется посредством использования электрической мощности, подаваемой в линию 4m питания в главной фазе в качестве источника приводной мощности, а электропоезд 8t движется посредством использования электрической мощности, подаваемой в линию питания 4t во вспомогательной фазе в качестве источника приводной мощности.

Инверторы 6m и 6t, содержащиеся в стабилизаторе 2 напряжения данного варианта осуществления, соответствуют известному уровню техники, и каждый из них включает в себя схему выпрямителя, включающую в себя множество диодов, схему переключения, включающую в себя множество переключающих элементов, конденсатор и др. Точнее, каждый из инверторов 6m и 6t включает в себя AC-DC преобразователь и DC-AC преобразователь.

Никель-металлогидридная батарея 10 расположена между и соединена с входными/выходными концами постоянного тока двух инверторов 6m и 6t, которые соединены с общим кабелем высокого напряжения на стороне постоянного тока, и входными/выходными концами постоянного тока двух инверторов 6m и 6t, которые соединены с общим кабелем низкого напряжения на стороне постоянного тока.

Ниже будет описана работа стабилизатора 2 напряжения, имеющего упомянутую конфигурацию. Инвертор 6m соединен с линией 4m питания, преобразует мощность переменного тока в мощность постоянного тока и подает мощность постоянного тока в общий кабель 7. Кроме того, инвертор 6m способен преобразовать мощность постоянного тока на стороне общего кабеля 7 в мощность переменного тока и подавать мощность переменного тока в линию 4m питания. Данные операции реализуются посредством переключающих элементов, встроенных в инверторы, как должно быть хорошо известно. Инвертор 6t работает точно так же и способен осуществлять преобразование мощности переменного тока в мощность постоянного тока и мощности постоянного тока в мощность переменного тока.

На линиях 4m и 4t питания, соединенных с инверторами 6m и 6t, закреплены соответственно вольтметр 5m и вольтметр 5t. Кроме того, блок 9 управления предусмотрен для инверторов 6m и 6t и соединен с вольтметрами 5m и 5t. Когда электрического заряда, накопленного в никель-металлогидридной батарее 10, недостаточно, и напряжение никель-металлогидридной батареи 10 низкое, мощность переменного тока в линиях 4m и 4t питания преобразуется в мощность постоянного тока посредством выпрямительного действия инверторов 6m и 6t и заряжает никель-металлогидридную батарею 10.

В стабилизаторе 2 напряжения данного варианта осуществления, когда напряжение на линии 4m питания уменьшается, и возникает состояние, в котором «напряжение, показываемое вольтметром 5m», меньше «напряжения, показываемого вольтметром 5t», блок 9 управления управляет переключающим элементом, встроенным в инвертор 6m, так, что мощность постоянного тока преобразуется в мощность переменного тока, и мощность переменного тока подается в линию 4m питания, тем самым предотвращая падение напряжения на линии 4m питания. Кроме того, блок 9 управления управляет переключающим элементом, встроенным в инвертор 6t, так, что мощность переменного тока из линии 4t питания преобразуется в мощность постоянного тока, обеспечивая компенсацию потери мощности постоянного тока, преобразованной инвертором 6m в мощность переменного тока.

С другой стороны, когда напряжение на линии 4m питания увеличивается и возникает состояние, в котором «напряжение, показываемое вольтметром 5m», больше «напряжения, показываемого вольтметром 5t», блок 9 управления управляет переключающим элементом, встроенным в инвертор 6m, так, что мощность переменного тока из линии 4m питания преобразуется в мощность постоянного тока, тем самым предотвращая увеличение напряжения на линии 4m питания. Одновременно блок 9 управления управляет переключающим элементом, встроенным в инвертор 6t, так, что мощность постоянного тока, выпрямленная инвертором 6m, преобразуется в мощность переменного тока, и мощность переменного тока выдается в линию 4t питания.

Аналогичная операция осуществляется, когда уменьшается или увеличивается напряжение в линии 4t питания. При сравнении напряжения, показываемого вольтметром 5m, и напряжения, показываемого вольтметром 5t, может быть надлежащим образом установлен гистерезис, чтобы избежать частых переключений.

Как описано выше, стабилизатор 2 напряжения регулирует активную мощность таким образом, что она используется так, чтобы устранить разницу между напряжением на линии 4m питания и напряжением на линии 4t питания.

Инверторы 6m и 6t регулируют реактивную мощность для устранения флуктуации напряжения. То есть блок 9 управления управляет инверторами 6m и 6t для регулирования реактивной мощности, генерируемой в линии питания 4m и 4t. Точнее, когда электропоезда 8m и 8t потребляют реактивную мощность в режиме использования мощности во время движения, инверторы 6m и 6t работают так, чтобы выдавать реактивную мощность в электропоезда 8m и 8t. Это позволяет поддерживать напряжение на линии 4m питания и напряжение на линии 4t питания в требуемом диапазоне.

В стабилизаторе 2 напряжения в соответствии с 1-м вариантом осуществления, выполненном как описано выше, инверторы 6m и 6t, соединенные соответственно с главной фазой и вспомогательной фазой, обеспечивают компенсацию реактивной мощности, и данные инверторы распределяют 1/2 разности между активной мощностью в главной фазе и активной мощностью во вспомогательной фазе между данными двумя инверторами посредством никель-металлогидридной батареи 10, тем самым выравнивая активную мощность в главной фазе и активную мощность во вспомогательной фазе. Таким образом, мощность на трехфазной стороне уравновешивается.

Как описано в технической проблеме, в том случае, если конденсатор постоянного тока соединен с инверторами (преобразователями), существуют проблемы, заключающиеся в необходимости большого пространства для установки конденсатора постоянного тока, недостаточной надежности и высокой стоимости. Для того чтобы решить данные проблемы, авторы настоящего изобретения провели глубокие исследования и обнаружили, что никель-металлогидридная батарея обладает достаточной емкостью. Другими словами, авторы изобретения обнаружили, что никель-металлогидридная батарея способна функционировать надлежащим образом как конденсатор, а также как вторичная батарея. Таким образом, в данном варианте осуществления данные проблемы могут быть решены посредством размещения никель-металлогидридной батареи 10 между кабелями на сторонах постоянного тока инверторов 6m и 6t, вместо конденсатора постоянного тока. Другими словами, в отличие от конфигурации, описанной в патентном документе 1, стабилизатор 2 напряжения способен поддерживать напряжение линии питания посредством размещения никель-металлогидридной батареи 10 между кабелями на сторонах постоянного тока инверторов 6m и 6t, без использования конденсатора постоянного тока.

Если в обычной никель-металлогидридной батарее в качестве проводящего материала используется гидроксид кобальта, в данном варианте осуществления в никель-металлогидридной батарее в качестве проводящего материала используется углерод. Таким образом, поскольку углерод образует электрод, никель-металлогидридная батарея в данном варианте осуществления способна функционировать как электрический двухслойный конденсатор. Поэтому обеспечивается большая емкость. Кроме того, как описано ниже, никель-металлогидридная батарея 10 в данном варианте осуществления состоит из большого количества единичных батарей. Поэтому никель-металлогидридная батарея 10 данного варианта осуществления обладает очень большой емкостью и надлежащим образом функционирует как конденсатор.

Поскольку никель-металлогидридная батарея данного варианта осуществления содержит углерод в качестве проводящего материала, точнее батарея содержит углерод в качестве проводящего материала положительного электрода, и батарея состоит из большого количества единичных батарей, точнее батарея имеет многослойную структуру, эквивалентная емкость батареи является очень большой.

Как должно быть хорошо известно, емкость С плоско-пластинчатого электрода выражается следующей формулой (формулой 1):

C=ε×S/d

(формула 1)

где ε - диэлектрическая постоянная; S - площадь плоско-пластинчатого электрода; d - расстояние между плоско-пластинчатыми электродами. В данном варианте осуществления S (площадь плоско-пластинчатого электрода) может быть принята по существу равной площади разделителя в никель-металлогидридной батарее. Каждая из ряда единичных батарей, образующих никель-металлогидридную батарею, которая описана ниже, включает в себя складчатый разделитель, и единичные батареи сложены вместе. Благодаря данной структуре, S (площадь плоско-пластинчатого электрода) может быть легко увеличена, и в результате может быть обеспечена большая емкость.

Было обнаружено, что емкость никель-металлогидридной батареи данного варианта осуществления больше емкости других батарей. В ионно-литиевой батарее заряды (ионы), требующиеся для образования конденсатора, отсутствуют.C=Q/V, где Q - заряд; V - электрический потенциал. Поскольку в ионно-литиевой батарее заряд Q очень мал, емкость С не может быть большой и по существу равна нулю. Следовательно, емкость ионно-литиевой батареи значительно меньше емкости никель-металлогидридной батареи данного варианта осуществления.

В отличие от никель-металлогидридной батареи, в свинцово-кислотной батарее площадь электрода (S) не может быть увеличена, и расстояние (d) между электродами большое, что связано с ее устройством. Отсюда можно предположить, что емкость свинцово-кислотной батареи составляет 1/10 или менее емкости никель-металлогидридной батареи. Можно сказать, что емкость свинцово-кислотной батареи значительно меньше емкости никель-металлогидридной батареи данного варианта осуществления. Надо признать, что электрический двухслойный конденсатор обладает большой емкостью, но меньшей аккумулирующей способностью по сравнению с батареей. Поэтому, если в кондиционере мощности использовать электрический двухслойный конденсатор, то считается, что верхний предел активной мощности, которую способен регулировать стабилизатор напряжения, является низким.

Учитывая вышеизложенное, авторы настоящего изобретения заметили, что никель-металлогидридная батарея обладает большой емкостью, и попытались использовать это в системе питания переменного тока для электрифицированной железной дороги. Другие батареи не могут быть применены к системе питания переменного тока таким способом.

1.1. Никель-металлогидридная батарея

Ниже будет более подробно описана никель-металлогидридная батарея 10, содержащаяся в стабилизаторе 2 напряжения в соответствии с 1-м вариантом осуществления.

Никель-металлогидридная батарея 10 образована посредством батарейного модуля (модулей), включающего в себя множество последовательно соединенных единичных батарей. Никель-металлогидридная батарея 10 может быть образована посредством одного батарейного модуля или последовательного батарейного модуля, включающего в себя множество последовательно соединенных батарейных модулей. Или же никель-металлогидридная батарея 10 может быть образована посредством параллельного соединения отдельных батарейных модулей или посредством параллельного соединения последовательных батарейных модулей. При параллельном соединении увеличивается аккумулирующая способность батареи и уменьшается эквивалентное внутреннее сопротивление.

Примерная конфигурация единичной батареи

Фиг.2 и 3 представляют собой виды, показывающие примерную конфигурацию вышеописанной единичной батареи.

Фиг.2 представляет собой вид в разрезе, показывающий структуру единичной батареи С.Единичная батарея С включает в себя электродный компонент 65, включающий в себя разделитель 61, пластину 62 положительного электрода, образующую положительный электрод, и пластину 63 отрицательного электрода, образующую отрицательный электрод, прямоугольную раму 67, образующую пространство, в котором совместно размещаются электродный компонент 65 и раствор электролита, первую крышку 69 и вторую крышку 71. Единичная батарея С, показанная на фиг.2, включает в себя гидроксид никеля в качестве основного активного материала положительного электрода, сплав-аккумулятор водорода в качестве основного активного материала отрицательного электрода и щелочной водный раствор в качестве раствора электролита, и выполнена как никель-металлогидридная вторичная батарея, которая способна многократно заряжаться и разряжаться.

Как показано на фиг.3, первая крышка 69 включает в себя участок 69а основания, имеющий плоско-пластинчатую форму, закрывающий одно отверстие 67а рамы 67, и крайние участки, выполненные за одно целое с четырьмя сторонами основания 69а и согнутые по существу вдоль четырех сторон 67b рамы 67, чтобы образовать боковые участки 69b, закрывающие часть периферийной поверхности рамы 67. Так же как и первая крышка 69, вторая крышка 71 содержит участок 71а и основания боковые участки 71b и закрывает другое отверстие 67 с рамы 67.

Как показано на фиг.2, электродный компонент 65 имеет многослойную структуру, в которой пластина 62 положительного электрода и пластина 63 отрицательного электрода пакетированы поочередно в заданном направлении с размещенным между ними разделителем 61. Более конкретно, электродный компонент 65 имеет складчатую структуру, в которой пластина 62 положительного электрода и пластина 63 отрицательного электрода уложены поочередно так, что они расположены друг против друга, при этом между ними размещен разделитель, согнутый с форме складки. В единичной батарее С, показанной на фиг.2 и 3, электродные компоненты 65 сложены вместе в направлении Y от одной пары сторон 67b, которые противоположны друг другу, в направлении вправо и влево, к другой стороне.

При включении складчатых разделителей в единичную батарею, поскольку площадь S разделителя очень большая, общая емкость никель-металлогидридной батареи является очень большой, в никель-металлогидридной батарее, содержащей ряд единичных батарей.

Примерная конфигурация батарейного модуля, содержащего единичные батареи

Фиг.4А представляет собой вид в поперечном разрезе примерной конфигурации батарейного модуля, состоящего из единичных батарей, а фиг.4В представляет собой частичный общий вид батарейного модуля, показанного на фиг.4А, в котором показано направление перемещения воздуха в теплопередающей пластине батарейного модуля (изолирующие пластины 107 и 108, показанные на фиг.4А, не изображены). Фиг.5 представляет собой общий вид теплопередающей пластины для использования в батарейном модуле, показанном на фиг.4А и 4В.

Как показано на фиг.4, батарейный модуль 81 включает в себя множество единичных батарей, сложенных вместе, каждая из которых описана выше. В соответствующих единичных батареях в примерной конфигурации, гофрированный разделитель 101 расположен между токосъемником 99 положительного электрода и токосъемником 100 отрицательного электрода, которые расположены друг против друга так, что участки разделителя 101 поочередно находятся рядом с участками данных токосъемников. Разделитель 101 не изменен, например, является коррозионностойким в щелочном растворе электролита и