Research on Distributed Wayside Energy Storage System for Energy Saving in DC electric Railway

2022 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 20K14725
• Research Category: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Basic Section 21010:Power engineering-related
• Research Institution: Chiba University (2021-2022); Waseda University (2020)
• Principal Investigator: Kobayashi Hiroyasu 千葉大学, 大学院工学研究院, 助教 (30844063)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: 直流電気鉄道 / 省エネルギー / 蓄電装置 / 地上蓄電システム / 回生エネルギー / 安定性解析

Outline of Final Research Achievements

In this study, we propose a distributed wayside energy storage system (WESS) with the aim of achieving high energy efficiency in a DC-electrified railway system. We also propose a novel power control method for the system. Specifically, we first establish a design method for the charge/discharge control system of the WESS, enabling the design of charge/discharge control gains considering the trade-off relationship between control system stability and energy saving effect. Furthermore, by actively utilizing information such as the speed and position of the vehicles, we propose a method that enables variable voltage source operation adapted to the constantly changing feeder circuit, thereby improving the charging and discharging power and expanding the effective range of WESS. Furthermore, we verified the potential for improved energy efficiency by applying the proposed method to a distributed WESS.

Free Research Field

パワーエレクトロニクス，電気機器

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究は，鉄道システムの省エネルギー性の源泉である回生エネルギーの有効活用を促進する点で，輸送部門のカーボンニュートラルへの貢献度を高めることが可能である点で社会的意義を有する。
これまで主に検討されてきた集中型地上蓄電システムは，大容量の蓄電装置を回生パワー利用率が低い箇所にピンポイントで設置することが前提であった。一方，車上蓄電システムによる広範囲での回生パワー有効利用も提案されているが，車両に蓄電装置を搭載するスペースは限られる等の懸念がある。それに対し，本研究では上記の従来システムの利点を併せ持つ革新的な分散型地上蓄電システムに着目し，その電力制御法を提案している点で学術的意義がある。