JPH0522617B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は直流饋電方式の電気鉄道の電車線に直
流電力を供給するコンバータと、回生制御可能な
電気車が発する回生電力を交流電源側に回生する
インバータとを備えた回生変電所システムに係
り、特に電鉄用回生インバータの制御方法および
制御装置に関する。

従来の技術 一般に回生変電所システムは例えば第３図に示
すように構成されている。第３図において、交流
電源１の出力電力は変圧器２ａを介して、ダイオ
ードをブリツジ接続して構成されたコンバータ３
に入力される。このコンバータ３は入力された交
流電力を直流変換し、この直流電力を直流高速度
遮断器４ａおよび電車線５を介して電気車６に供
給する。電気車６の回生運転時に発生する回生電
力は、直流高速度遮断器４ｂおよび直流リアクト
ル７を介して、サイリスタをブリツジ接続して構
成されたインバータ８に入力される。このインバ
ータ８は入力された直流電力を交流変換し、その
交流電力を変圧器２ｂを介して交流電源１に回生
する。

上記のように構成された装置において、コンバ
ータ３およびインバータ８の運転制御は電車線５
の電圧E_dの変化に応じて第４図の電圧−電流特
性図に示すように行なわれる。すなわち、電気車
６の力行運転時はコンバータ３のみが運転状態に
あり、そのときの電車線５の電圧E_dは直流電流
をI_dとすると第４図の領域に示す如く変化す
る。また、電気車６が回生制動を行なうと電車線
５の電圧E_dが上昇し、該電圧E_dが回生設定電圧
を超えた時点でインバータ制御回路（図示省略）
によつてインバータ８の運転が開始される。そし
てインバータ８はインバータ制御回路によつて第
４図の回生運転領域に示す如く電車線５の電圧
E_dを回生時の電車線電圧V_d0に保つように定電圧
制御がなされる。

発明が解決しようとする問題点 上記のように構成された回生変電所システムに
おいて、力行時の最大電車線電圧V_dと回生設定
電圧を互いに近づけるとコンバータ３とインバー
タ８の間に過大な循環電流が流れてしまう。この
為回生設定電圧を力行時の最大電車線電圧V_dよ
り高く設定する必要があつた。しかし、このよう
に設定した場合電気車６が回生制御を行なつても
電車線電圧が力行時の最大電車線電圧V_dから回
生設定電圧に到達するまでの期間、インバータ８
は非動作状態のまま待機する。この為電気車６の
発する回生電力を回生することができず、これに
よつて回生電力を有効に利用することができなく
なる。特に回生制動時の回生電流の立上りが速い
場合、前記のようにインバータ８の動作が遅れる
と、電車線５の電圧E_dが異常に上昇してしまう。
この為電気車６は回生ブレーキを用いることがで
きなくなり、電気車側の遮断器をトリツプした後
にエアブレーキ等を用いて停止させなければなら
なくなる。

また、上記のような欠点を解消する為に次のよ
うなインバータ制御方法が用いられていた。すな
わち第５図ａの電圧−電流特性図に示すように、
電車線５の電圧が所定値、例えばE_d0以上のとき
インバータ８を定電流制御してコンバータ３とイ
ンバータ８間に所定の循環電流を流すとともに、
電車線５からインバータ８へ流れる電流が所定値
以上のときインバータ８を定電圧制御して電車線
電圧一定を値、例えばV_d1に保つ制御方法であ
る。このようにインバータ８を制御すれば、電気
車が力行運転中であつてもインバータを動作状態
にしておくことができるので、力行運転から回生
運転への切換えを迅速且つ円滑に行なうことがで
き、これによつて過大な循環流および電車線の異
常電圧上昇を抑制することができる。しかしなが
らこのような制御方法によると、第５図ｂの如く
コンバータ入力電圧（商用電源電圧）が変動した
場合、定電流制御開始時の電圧（E_d0）をいかな
る電圧値に設定するかによつて次のような問題が
生じる。すなわち、定電流制御開始時の電圧を
E_d01に設定して所定の定電流制御を行ない電車線
電圧を第５図ｂのＡ特性とした場合、例えばコン
バータ入力電圧が最低レベルになつたとする。こ
の場合、第５図ｂの特性図より明らかなように、
コンバータ３の運転時に所定の循環電流を流して
インバータ８を動作状態にしておくことができな
くなり、例えば回生運転に切換わつたとき、イン
バータ８の動作が遅れて電車線電圧は異常上昇し
てしまう。また、前記欠点をなくすために定電流
制御開始時の電圧を前記E_d01より低いE_d02に設定
し、第５図ｂのＢ特性の如く電車線電圧を制御し
たとする。この場合コンバータ入力電圧が最高レ
ベルになれば、循環電流が増加してしまい不経済
である。

本発明は上記の点に鑑みてなされたもので、電
気車が力行運転中であつてもコンバータ入力電圧
の変動に関係なくインバータを確実に動作状態に
することができるとともに、インバータに流れる
循環電流を常に最低のレベルに抑制できる電鉄用
回生インバータの制御方法および制御装置を提供
することを目的としている。

問題点を解決するための手段 本発明は、 (1) 交流電源の交流出力電力を直流変換し、該直
流電力を直流式電気鉄道の電車線に供給するコ
ンバータと、電気車が回生制動時に発する回生
電力を前記電源側に回生するインバータとを備
えた回生変電所システムの制御方法において、
前記電車線の電圧が所定値以上のとき前記イン
バータを定電流制御して前記コンバータとイン
バータ間に所定の循環電流を流すとともに、前
記コンバータの入力電圧の大きさに拘らず前記
循環電流を常に一定制御し、且つ電車線からイ
ンバータへ流れる電流が所定値以上のときイン
バータを定電圧制御して電車線電圧を一定値に
保つようにしたことを特徴とするとともに、 (2) 交流電源の交流出力電力を直流変換し、該直
流電力を直流式電気鉄道の電車線に供給するコ
ンバータと、電気車が回生制動時に発する回生
電力を前記電源側に回生するインバータとを備
えた回生変電所システムにおいて、前記コンバ
ータの入力電圧を検出するコンバータ入力電圧
検出部と、前記電車線の電圧を検出する電車線
電圧検出部と、前記インバータに流れる電流を
検出する電流検出部と、所定の循環電流値を設
定する循環電流設定部と、この設定部の出力信
号と前記電流検出部の検出信号とをつき合わせ
る第１つき合わせ部と、複数の増幅特性を有す
るとともに前記第１つき合わせ部の出力信号を
所定の増幅特性で増幅する増幅部と、この増幅
部の増幅特性を前記コンバータ入力電圧検出部
の出力信号の大きさに応じて切換える特性切換
部と、所定の回生電圧値を設定する回生電圧設
定部と、この設定部の出力信号と前記増幅部の
出力信号と前記電車線電圧検出部の出力信号と
をつき合わせる第２つき合わせ部と、このつき
合わせ部の出力に基づいて前記インバータの位
相制御を行なう制御部とを備えたことを特徴と
している。

作 用 上記のような電鉄用回生インバータの制御方法
において、電車線電圧が所定値を超えたらインバ
ータを定電流制御するので、インバータを動作状
態にしておくことができる。また、コンバータの
入力電圧がいかなる電圧レベルであつても循環電
流は一定に制御される。さらにインバータへ流れ
る電流が所定値以上になればインバータは定電圧
制御されるので、電気車の回生運転時に電車線電
圧が異常上昇することは無い。

また、上記のような電鉄用回生インバータの制
御方法において、電流検出部で検出された循環電
流が循環電流設定部の設定電流より小さい場合
は、第１つき合わせ部の出力信号を所定の増幅特
性で増幅した信号が増幅部から第２つき合わせ部
へ送出される。この信号によつて回生電圧設定部
の設定値は等価的に補正される。その補正信号と
電車線電圧検出部の検出電圧をつき合わせた偏差
信号に基づいてインバータは位相制御される。こ
れによつてインバータは定電流制御が行なわれる
ので回生電圧設定値と力行電圧設定値を近づけて
も過大な循環電流は流れない。しかも回生設定電
圧に達していないときでもインバータは位相制御
がなされることになり、力行から回生への運転切
換時に動作遅れは生じない。また、検出された循
環電流が循環電流設定部の設定電流よりも大きく
なつて第１つき合わせ部の出力が所定値以上にな
ると、増幅部の増幅特性により増幅部の出力信号
は零となる。

この為回生電圧設定部の設定値は補正されずに
そのまま電車線電圧検出部の検出電圧とつき合わ
せられる。そしてその偏差信号に基づいてインバ
ータは位相制御される。この為インバータの出力
電圧は回生電圧設定部の設定電圧に自動電圧調整
される。これによつて回生電圧設定値と力行電圧
設定値を近づけて設定しておけば、電気車の回生
運転時に発生する電圧が力行電圧設定値をわずか
に超えただけで電力の回生が行なわれ、回生電力
の有効利用が可能となる。

また、増幅部の増幅特性は特性切換部の出力信
号によつて任意に切換えることができる。この為
コンバータの入力電圧レベルに応じて適正な増幅
特性を得ることができ、これによつてインバータ
の定電流制御開始電圧を適正に値にすることがで
きる。

実施例 以下、図面を参照しながら本発明の一実施例を
説明する。第１図ｂは回生変電所システムの概略
構成図であり、第３図と同一部分は同一符号を持
つて示している。第１図ａはインバータの制御装
置であり、この図において１１は第１つき合わせ
回路である。このつき合わせ回路１１は図示しな
いインバータ電流検出器から導入されるインバー
タ電流と循環電流設定器１２の設定電流をつき合
わせる。電流制御用増幅器１３は第１つき合わせ
回路１１の偏差出力に応じて図示特性曲線のよう
な所定電圧信号をダイオード１４を介して第２つ
き合わせ回路１５に送出する。また電流制御用増
幅器１３のリミツト値は後述するリミツタ可変器
２０から送出される信号によつて自動的に可変で
きる。第２つき合わせ回路１５は、第１図ｂの電
車線５の電圧E_dを検出する電圧検出器（図示省
略）から導入される電車線電圧と直流（回生）電
圧設定器１６の設定電圧V_sと前記電流制御用増
幅器１３の出力とをつき合わせる。１７は自動電
圧調整回路であり、第２つき合わせ回路１５の偏
差出力に基づいてインバータを定電流制御、もし
くは定電圧制御して所望の電圧−電流特性を得
る。自動電圧調整回路１７のゲート信号は例えば
第１図ｂのインバータ８の各サイリスタ（図示省
略）の制御端子に供給される。１９は、コンバー
タの入力電圧を検出する電圧検出器、例えば第１
図ｂに示す変圧器１８の出力電圧を直流電圧に変
換するAC−DC変換器である。２０は、AC−DC
変換器１９の出力信号（すなわちコンバータの入
力電圧V_ioに比例した信号）の大きさに応じて、
前記電流制御用増幅器１３のリミツトレベルを調
整する信号を発するリミツタ可変器である。２１
は電車線５の電圧E_dと、後述するインバータの
定電流制御開始電圧（E_d01−E_d03）とを比較する
コンパレータである。このコンパレータ２１の出
力は、自動電圧調整回路１７に並列接続された
FET等の半導体スイツチ２２に開閉制御信号と
して供給される。

次に上記のように構成された装置を用いて第１
図ａに示す回生変電所システムを制御する場合の
動作を第２図の電圧−電流特性図とともに説明す
る。

いま電気車６が力行運転を行なつているときは
コンバータ３から直流電力が供給されており、こ
のときの電車線電圧E_dは第２図の特性図のよう
に変化する。ここでコンバータ３の入力電圧V_io
が最高電圧レベルであるときはV_{io nax}の特性で
示される電圧変動率に従つてコンバータ３が運転
され、又入力電圧V_ioが定格電圧レベルであると
きはV_iopの特性で示される電圧変動率に従つて運
転され、又入力電圧V_ioが最低電圧レベルである
ときはV_{io nio}の特性で示される電圧変動率に従
つて運転される。次にコンバータ入力電圧の変化
に応じて定電流制御域のインバータ動作設定電圧
をどのように調整するかを具体的に説明する。例
えばコンバータ３の入力電圧が最高（V_{io nax}）
である場合、AC／DC変換器１９の検出信号に応
じて、リミツタ可変器２０が電流制御用増幅器１
３のリミツトレベルを第２図のＡ特性で示される
値に変化させる。一方、コンバータ３は第２図の
V_{io nax}の特性で示される電圧変動率に従つて運
転されている。この場合、電車線電圧が第２図の
E_dp1に達するまでの間、コンパレータ２１から半
導体スイツチ２２へオン制御信号が供給される。
この為自動電圧調整回路１７の両端が短絡状態と
なり、該回路１７は不動作状態となる。これによ
つてインバータ８はオフ状態を維持する。次に電
車線電圧E_dが上昇してE_dp1を超えると、コンパレ
ータ２１から半導体スイツチ２２へオフ制御信号
が供給される。この為自動電圧調整回路１７が動
作を開始するとともに、インバータ８側へ循環電
流が流れ始める。この循環電流は電車線電圧E_d
の上昇とともに増加するので、第１つき合わせ回
路１１の入力電流I_dが増加する。この為第１つき
合わせ回路１１の偏差出力に応じて電流制御用増
幅器１３から第２図のＡ特性に対応する電圧信号
が第２つき合わせ回路１５に出力される。これに
よつて第２つき合わせ回路１５では電車線電圧検
出信号E_dに前記増幅器１３よりの電圧信号を加
算した電圧値と設定電圧V_sとを比較する。この
第２つき合わせ回路１５で得られる偏差出力は自
動電圧調整回路１７に導かれ、該偏差出力に応じ
て自動電圧調整回路１７がインバータ８を定電流
制御する。この為、電気車６が力行運転中であつ
てもインバータ８を動作状態（定電流制御状態）
にしておくことができる。この場合電車線電圧
E_dは図示直線Ａの如く変化する。このように循
環電流を一定にする定電流制御時に電車線電圧
E_dが上昇し、該電圧E_dがV_d1に到達したとする。
このときインバータ８に流れる電流値をしきい値
として電流制御用増幅器１３の出力は零に切り換
わるので、第２つき合わせ回路１５は直流電圧設
定器１６の設定電圧V_sと電車線電圧E_dのみをつ
き合わせた偏差出力を発する。これによつて電車
線電圧E_dは第２図に示す如くV_d1を超えること無
く一定制御される。

次にコンバータ３の入力電圧が定格電圧
（V_{io 0}）であるとする。この場合電車線電圧E_d
がE_dp2以下であればコンバータ３の出力電流はイ
ンバータ８へは流れず電車線５側にのみ流れる。
このときリミツタ可変器２０は電流制御用増幅器
１３のリミツトレベルを第２図のＢ特性で示され
る値に変化させる。そして電車線電圧E_dが上昇
してE_dp2を超えると、前記V_{io nax}の場合と同様
の動作によつて自動電圧調整回路１７がインバー
タ８を定電流制御する。この為電車線電圧E_dは
図示直線Ｂの如く変化する。また電気車６の回生
運転時に電車線電圧E_dがV_d1に到達すると、前記
V_{io nax}の場合と同様の動作によつて電流線電圧
E_dはV_d1を超えること無く一定制御される。

次にコンバータ３の入力電圧が最低電圧
（V_{io nio}）であるとする。この場合電車線電圧E_d
がE_dp3以下であればコンバータ３の出力電流はイ
ンバータ８へは流れず電車線５側にのみ流れる。
このときリミツタ可変器２０は電流制御用増幅器
１３のリミツトレベルを第２図のＣ特性で示され
る値に変化させる。そして電車線電圧E_dが上昇
してE_dp3を超えると、前記V_{io nax}の場合と同様
の動作によつて自動電圧調整回路１７がインバー
タ８を定電流制御する。この為電車線電圧_dは図
示直線Ｃの如く変化する。また電気車６の回生運
転時に電車線電圧E_dがV_d1に到達すると、前記
V_{io nax}の場合と同様の動作によつて電車線電圧
E_dはV_d1を超えること無く一定制御される。

発明の効果 以上のように本発明によれば次のような効果が
得られる。すなわち、 (1) 電気車が力行運転中であつてもインバータの
定電流制御が行なえるので、力行設定電圧と回
生設定電圧を近づけて制定しても過大な循環電
流は流れない。

(2) 力行設定電圧と回生設定電圧を互いに近づけ
て設定することができ、しかも電気車の力行運
転中であつてもインバータの定電流制御が行な
われるので、電気車の回生運転時には動作遅れ
が生じることなく即座に電力を回生することが
できる。

(3) コンバータの入力電圧が変動してもその大き
さに応じて、インバータの電流制御開始電圧値
を適正な値に切り換えることができる。この為
コンバータ入力電圧の大きさに関係無くコンバ
ータに流れる循環電流を常に最低レベルに抑制
できる。

(4) 電気車は、回生運転時にスムーズに回生制動
を行なうことができるのでエアブレーキを用い
る必要がなく、円滑な運転が継続できる。

(5) 電気車が回生運転時に発する電力を速やかに
交流源流側に回生できるので、回生電力を有効
に利用することができる。

(6) 電車線電圧が所定値以上に上昇したらインバ
ータを定電圧制御するので、電車線の異常電圧
上昇を抑制することができ、これによつて電気
車の安全が保たれる。

【図面の簡単な説明】

第１図ａ，ｂはともに本発明の一実施例を示す
回路図、第２図は制御パターンを説明する為の電
圧−電流特性図、第３図は従来の回生変電所シス
テムの一例を示す回路図、第４図および第５図
ａ，ｂはともに従来の制御パターンを説明する為
の電圧−電流特性図である。 １……交流電源、３……コンバータ、８……イ
ンバータ、１１……第１つき合わせ回路、１２…
…循環電流設定器、１３……電流制御用増幅器、
１５……第２つき合わせ回路、１６……直流電圧
設定器、１７……自動電圧調整回路、１８……変
圧器、１９……AC／DC変換器、２０……リミツ
タ可変器、２１……コンパレータ、２２……半導
体スイツチ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 交流電源の交流出力電力を直流変換し、該直
   流電力を直流式電気鉄道の電車線に供給するコン
   バータと、電気車が回生制動時に発する回生電力
   を前記電源側に回生するインバータとを備えた回
   生変電所システムの制御方法において、前記電車
   線の電圧が所定値以上のとき前記インバータを定
   電流制御して前記コンバータとインバータ間に所
   定の循環電流を流すとともに、前記インバータの
   入力電圧の大きさに拘らず前記循環電流を常に一
   定制御し、且つ電車線からインバータへ流れる電
   流が所定値以上のときインバータを定電圧制御し
   て電車線電圧を一定値に保つようにしたことを特
   徴とする電鉄用回生インバータの制御方法。 ２ 交流電源の交流出力電力を直流変換し、該直
   流電力を直流式電気鉄道の電車線に供給するコン
   バータと、電気車が回生制動時に発する回生電力
   を前記電源側に回生するインバータとを備えた回
   生変電所システムにおいて、前記コンバータの入
   力電圧を検出するコンバータ入力電圧検出部と、
   前記電車線の電圧を検出する電車線電圧検出部
   と、前記インバータに流れる電流を検出する電流
   検出部と、所定の循環電流値を設定する循環電流
   設定部と、この設定部の出力信号と前記電流検出
   部の検出信号とをつき合わせる第１つき合わせ部
   と、複数の増幅特性を有するとともに前記第１つ
   き合わせ部の出力信号を所定の増幅特性で増幅す
   る増幅部と、この増幅部の増幅特性を前記コンバ
   ータ入力電圧検出部の出力信号の大きさに応じて
   切換える特性切換部と、所定の回生電圧値を設定
   する回生電圧設定部と、この設定部の出力信号と
   前記増幅部の出力信号と前記電車線電圧検出部の
   出力信号とをつき合わせる第２つき合わせ部と、
   このつき合わせ部の出力に基づいて前記インバー
   タの位相制御を行なう制御部とを備えたことを特
   徴とする電鉄用回生インバータの制御装置。