JP2007151392A - Power converter - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、エネルギーの蓄積を行うことが可能な電力変換装置に関する。 The present invention relates to a power conversion device capable of storing energy.
この種の電力変換装置の従来例を、直流電車に搭載される例について図２５を参照して説明する。 A conventional example of this type of power conversion device will be described with reference to FIG.
図２５は、ブレーキチョッパを備えると共に力行及び回生運転が可能な直流電車の電力変換装置を示しており、当該電力変換装置は直流架線１からパンタグラフ２を介して直流電力を取り込む。電力変換装置は、接触器３、リアクトル４、スイッチング素子及び抵抗器を含むブレーキチョッパ５、コンデンサ６及びインバータ７を有し、インバータ７の出力を電動機８に与え、電動機８を駆動する。
FIG. 25 shows a power converter for a DC train that includes a brake chopper and is capable of powering and regenerative operation. The power converter captures DC power from the
かかる直流電車における電力変換器において、ある車両がブレーキをかけようとした場合、回生ブレーキをかける。回生パワーは、架線１に送り出されるが、変電所ではこの回生パワーを吸収できない場合がある。この場合、他の車両９が力行加速を行う場合、回生パワーを吸収する。
In a power converter in such a DC train, when a certain vehicle tries to apply a brake, a regenerative brake is applied. The regenerative power is sent to the
しかしながら、力行加速車両がいない場合、即ち、エネルギー消費する負荷が同一架線１に無い（回生パワー＞力行パワー）の場合には、架線１の電圧、すなわち、インバータ直流入力電圧が増加する。
However, when there is no power running acceleration vehicle, that is, when there is no load that consumes energy in the same overhead line 1 (regenerative power> powering power), the voltage of the
インバータ７には耐圧があり、インバータ直流入力電圧が所定値を超えた場合には、過電圧として、保護停止に至る。
The
通常、保護停止に至る前に、電気ブレーキ力を抑制し、回生パワーを抑えることで、過電圧による保護停止を回避し、運転を継続する。 Usually, before stopping the protection, the electric braking force is suppressed and the regenerative power is suppressed, so that the protection stop due to overvoltage is avoided and the operation is continued.
この軽負荷回生の場合、車両としてのブレーキ力は所定値どおり得ることが要求されるため、電気ブレーキ力を抑制した分、機械ブレーキで補足する。この機械ブレーキ分が、エネルギー損失となる。 In the case of this light load regeneration, since it is required to obtain the braking force as a vehicle according to a predetermined value, the amount of electric braking force is supplemented by mechanical braking. This mechanical brake is energy loss.
また、機械ブレーキの磨耗を回避するため、図２５においては、インバータ７の直流入力側にスイッチング素子と抵抗からなるブレーキチョッパ５を設けている。この場合、電気ブレーキにより、回生パワーが大きく、架線電圧あるいはインバータ直流入力電圧が増加した場合、ブレーキチョッパ５を動作させ、負荷量を増大させる。
Further, in order to avoid wear of the mechanical brake, in FIG. 25, a brake chopper 5 including a switching element and a resistor is provided on the DC input side of the
この場合、電気ブレーキ力は所定値どおりに出力されるが、エネルギーがブレーキチョッパ５で損失となる点はかわらない。 In this case, the electric brake force is output according to a predetermined value, but the energy is not lost in the brake chopper 5.
本発明の目的は、エネルギー損失を抑制し得る電力変換装置を提供することにある。 The objective of this invention is providing the power converter device which can suppress an energy loss.
上記目的を達成するために本発明は、架線に接触器を介して接続されたインバータと、このインバータ出力を受ける電動機を含む負荷とを有する負荷運転手段を同一の前記架線に２つ以上接続し、前記負荷運転手段のうち少なくとも２つは別々の列車に搭載された鉄道車両向けの電力変換装置において、前記架線と前記インバータとの間に接続されたリアクトルと、前記リアクトルより前記架線側に接続され、離線又は停電時にエネルギーを補うエネルギー蓄積要素及び前記電動機による回生エネルギーを前記エネルギー蓄積要素にエネルギーを蓄積させるための電力に変換するスイッチング素子を含む変換部を有する複数の蓄積回路が直列接続されたエネルギー蓄積手段とを具備し、前記エネルギー蓄積手段は、前記架線を介して２つ以上の前記負荷運転手段とで電力授受を行うことを特徴とする電力変換装置、である。 In order to achieve the above object, the present invention connects two or more load operating means having an inverter connected to an overhead line via a contactor and a load including an electric motor that receives the inverter output to the same overhead line. , And at least two of the load driving means are power converters for railway vehicles mounted on separate trains, a reactor connected between the overhead line and the inverter, and connected to the overhead line side from the reactor A plurality of storage circuits having a conversion unit including an energy storage element that supplements energy at the time of disconnection or power failure and a switching element that converts regenerative energy from the electric motor into electric power for storing energy in the energy storage element. Energy storage means, and two or more energy storage means via the overhead wire It said load operation means and a power conversion device and performs electric power exchange with a.
同目的を達成するために本発明は、架線に接触器を介して接続されたインバータと、このインバータ出力を受ける電動機を含む負荷とを有する負荷運転手段を同一の前記架線に２つ以上接続し、前記負荷運転手段のうち少なくとも２つは別々の列車に搭載された鉄道車両向けの電力変換装置において、前記接触器と前記インバータとの間に接続されたリアクトルと、前記接触器より前記架線側に接続され、離線又は停電時にエネルギーを補うエネルギー蓄積要素及び前記電動機による回生エネルギーを前記エネルギー蓄積要素にエネルギーを蓄積させるための電力に変換するスイッチング素子を含む変換部を有する複数の蓄積回路が直列接続されたエネルギー蓄積手段とを具備し、前記エネルギー蓄積手段は、前記架線を介して２つ以上の前記負荷運転手段とで電力授受を行うことを特徴とする電力変換装置具備したことを特徴とする電力変換装置、である。 In order to achieve the same object, the present invention connects two or more load operating means having an inverter connected to an overhead line via a contactor and a load including a motor that receives the inverter output to the same overhead line. And at least two of the load operating means are power converters for railway vehicles mounted on separate trains, a reactor connected between the contactor and the inverter, and the overhead wire side from the contactor A plurality of storage circuits having a conversion unit connected in series and having a conversion unit including an energy storage element that supplements energy at the time of disconnection or power failure and a switching element that converts regenerative energy by the motor into electric power for storing energy in the energy storage element Connected to the energy storage means, the energy storage means comprising two or more front storage devices via the overhead line. Power conversion apparatus characterized by and including a power conversion device and performs electric power exchange with the load operation means, a.
また、本分割出願の基礎出願（特願２００１−３９２７１５号）には以下の発明が記載されている。 Further, the following invention is described in the basic application (Japanese Patent Application No. 2001-392715) of the divisional application.
同目的を達成するために本発明は、直流電源にリアクトルを介して接続されたインバータと、このインバータの出力を受ける負荷とを有する負荷運転手段を備える電力変換装置において、前記リアクトルと前記インバータとの間に接続されたエネルギー蓄積手段を具備したことを特徴とする電力変換装置、である。 In order to achieve the same object, the present invention provides a power converter including a load operating means having an inverter connected to a DC power source via a reactor, and a load that receives the output of the inverter, the reactor and the inverter A power conversion device comprising energy storage means connected between the two.
同目的を達成するために本発明は、直流電源に接触器を介して接続されたインバータと、このインバータの出力を受ける負荷とからなる負荷運転手段を備える電力変換装置において、前記接触器と前記インバータとの間に接続されたエネルギー蓄積手段を具備したことを特徴とする電力変換装置、である。 In order to achieve the same object, the present invention provides a power converter including a load operating unit including an inverter connected to a DC power source via a contactor and a load that receives an output of the inverter. An electric power conversion device comprising energy storage means connected to an inverter.
同目的を達成するために本発明は、直流電源に高調波を抑制するためのフィルタを介して接続されたインバータと、このインバータの出力を受ける負荷とを有する負荷運転手段を備える電力変換装置において、前記フィルタと前記インバータとの間に並列に接続されたエネルギー蓄積手段を具備したことを特徴とする電力変換装置、である。 In order to achieve the same object, the present invention provides a power conversion apparatus including a load operating means having an inverter connected to a DC power source through a filter for suppressing harmonics and a load that receives the output of the inverter. A power conversion device comprising energy storage means connected in parallel between the filter and the inverter.
同目的を達成するために本発明は、直流電源に接続されたインバータと、このインバータの出力を受ける負荷と、前記インバータの直流入力側に接続されたエネルギー消費手段とを有する負荷運転手段を備える電力変換装置において、前記エネルギー消費手段と並列に接続されたエネルギー蓄積手段を具備したことを特徴とする電力変換装置、である。 In order to achieve the same object, the present invention comprises load operating means having an inverter connected to a DC power source, a load receiving the output of the inverter, and energy consuming means connected to the DC input side of the inverter. A power conversion device comprising an energy storage unit connected in parallel with the energy consuming unit.
同目的を達成するために本発明は、直流電源にリアクトルを介して接続されたインバータと、このインバータの出力を受ける負荷とを有する負荷運転手段を、同一の前記直流電源に複数接続された電力変換装置において、前記リアクトルより前記直流電源側に接続されたエネルギー蓄積手段を具備したことを特徴とする電力変換装置、である。 In order to achieve the same object, the present invention relates to a power operation in which a plurality of load operating means having an inverter connected to a DC power source via a reactor and a load receiving the output of the inverter are connected to the same DC power source. In the converter, the power converter provided with the energy storage means connected to the said DC power supply side from the said reactor.
同目的を達成するために本発明は、直流電源に接触器を介して接続されたインバータと、このインバータ出力を受ける負荷とを有する負荷運転手段を同一の前記直流電源に１つ以上接続された電力変換装置において、前記接触器より前記直流電源側に接続されたエネルギー蓄積手段を具備したことを特徴とする電力変換装置、である。 In order to achieve the same object, in the present invention, one or more load operating means having an inverter connected to a DC power source via a contactor and a load for receiving the inverter output are connected to the same DC power source. In the power conversion device, the power conversion device includes energy storage means connected to the DC power supply side from the contactor.
同目的を達成するために本発明は、交流電源に接続され、交流を直流に変換するコンバータと、このコンバータの直流側に接続されたインバータと、前記インバータの出力を受ける負荷とを有する負荷運転手段を備える電力変換装置において、前記インバータと前記コンバータとの間にエネルギー蓄積手段を備えると共に前記コンバータは、力行電力の許容量に比べ回生電力の許容量が小さいことを特徴とする電力変換装置、である。 In order to achieve the same object, the present invention provides a load operation having a converter connected to an AC power source and converting AC to DC, an inverter connected to the DC side of the converter, and a load receiving the output of the inverter A power converter comprising: means for storing energy between the inverter and the converter, and wherein the converter has a smaller allowable amount of regenerative power than an allowable amount of powering power; It is.
同目的を達成するために本発明は、直流電源に接続されたＤＣ／ＤＣコンバータと、このＤＣ／ＤＣコンバータに接続されたインバータと、このインバータの出力を受ける負荷とを有する負荷運転手段を備える電力変換装置において、前記インバータの直流側に接続されたエネルギー蓄積手段を具備したことを特徴とする電力変換装置、である。 In order to achieve the same object, the present invention includes a load operating means having a DC / DC converter connected to a DC power supply, an inverter connected to the DC / DC converter, and a load for receiving the output of the inverter. In the power conversion device, the power conversion device includes energy storage means connected to the DC side of the inverter.
同目的を達成するために本発明は、コンデンサと、このコンデンサに接続されるインバータと、このインバータの出力を受ける負荷を有する負荷運転手段を、２つ以上直列に接続すると共に直流電源に接続してなる電力変換装置において、前記負荷運転手段は、前記コンデンサに接続されたエネルギー蓄積手段を具備することを特徴とする電力変換装置、である。 In order to achieve the same object, the present invention connects two or more load operating means having a capacitor, an inverter connected to the capacitor, and a load receiving the output of the inverter in series and connected to a DC power source. In the power conversion apparatus, the load operation means includes an energy storage means connected to the capacitor.
同目的を達成するために本発明は、正側コンデンサと負側コンデンサとを備え各相毎に３電位を出力する３レベルインバータと、この３レベルインバータの出力を受ける負荷とを有する負荷運転手段を、１つ以上直列に直流電源に接続してなる電力変換装置において、前記負荷運転手段は、前記正側コンデンサ及び前記負側コンデンサ夫々に接続されるエネルギー蓄積手段を具備したことを特徴とする電力変換装置、である。 In order to achieve the same object, the present invention provides a load operating means having a three-level inverter that includes a positive capacitor and a negative capacitor and outputs three potentials for each phase, and a load that receives the output of the three-level inverter. In the power conversion device in which one or more are connected in series to a DC power supply, the load operation means includes energy storage means connected to each of the positive-side capacitor and the negative-side capacitor. A power converter.
同目的を達成するために本発明は、正側コンデンサと負側コンデンサを備えた各相毎に３電位を出力する３レベルインバータと、この３レベレルインバータの出力を受ける負荷とを有する第１の負荷運転手段と、コンデンサを備え各相毎に２電位を出力する３レベルインバータと、この２レベルインバータの出力を受ける負荷とを有する第２の負荷運転手段とを１つ以上直列に直流電源に接続してなる電力変換装置において、前記第１の負荷運転手段の正側コンデンサと負側コンデンサと第２の負荷運転手段のコンデンサとに第１のＤＣ／ＡＣ変換器の直流側を接続し、この第１のＣＤ／ＡＣ変換器の交流側を同一トランスの別個の巻線に接続し、エネルギー蓄積手段を第２のＤＣ／ＡＣ変換器の直流側に接続し、この第２のＤＣ／ＡＣ変換器の交流側を前記トランスの別個の巻線に接続したことを特徴とする電力変換手段。 In order to achieve the same object, the present invention provides a first level generator having a three-level inverter that outputs three potentials for each phase, each having a positive capacitor and a negative capacitor, and a load that receives the output of the three-level inverter. One or more load operating means, a three-level inverter having a capacitor and outputting two potentials for each phase, and one or more second load operating means having a load receiving the output of the two-level inverter in series In the power conversion apparatus connected to the first DC / AC converter, the DC side of the first DC / AC converter is connected to the positive side capacitor and the negative side capacitor of the first load operating unit and the capacitor of the second load operating unit. The AC side of the first CD / AC converter is connected to a separate winding of the same transformer, the energy storage means is connected to the DC side of the second DC / AC converter, and the second DC / AC AC conversion Power conversion means, characterized in that connected to a separate winding of the transformer to the AC side of the.
同目的を達成するために本発明は、交流電源に第１の巻線を接続したトランスの第２の巻線に接続され交流を直流に変換する第１のコンバータと、この第１のコンバータに接続されるインバータと、このインバータの出力を受ける負荷を有する負荷運転手段を備えた電力変換装置において、前記トランスは第３の巻線を有し、この第３の巻線に接続され交流を直流に変換する第２のコンバータと、この第２のコンバータの直流入力側に接続されたエネルギー蓄積手段とを具備することを特徴とする電力変換装置、である。 In order to achieve the same object, the present invention provides a first converter connected to a second winding of a transformer in which a first winding is connected to an AC power source and converts AC to DC, and the first converter In a power conversion device comprising a connected inverter and a load operation means having a load that receives the output of the inverter, the transformer has a third winding, and the AC is connected to the third winding and the alternating current is converted into a direct current. A power converter, comprising: a second converter that converts the power to the first converter; and energy storage means connected to a DC input side of the second converter.
同目的を達成するために本発明は、交流電源に第１の巻線を接続したトランスの第２の巻線に接触器を介して接続され交流を直流に変換する第１のコンバータと、この第１のコンバータに接続されるインバータと、このインバータの出力を受ける負荷とを有する負荷駆動手段を備える電力変換装置において、前記第２の巻線と前記接触器との間に接続されるエネルギー蓄積手段を具備したことを特徴とする電力変換装置、である。 In order to achieve the same object, the present invention provides a first converter for converting an alternating current to a direct current connected to a second winding of a transformer having a first winding connected to an alternating current power source through a contactor, In a power conversion device comprising a load driving means having an inverter connected to a first converter and a load receiving the output of the inverter, an energy storage connected between the second winding and the contactor A power conversion device comprising means.
以上のような本発明に係る電力変換装置によれば、直流電車に適用された場合にあってブレーキ時に回生パワーをエネルギー蓄積手段により吸収するので、力行負荷が小さい場合に生じる、エネルギー損失を抑制し、システム効率が向上する。またブレーキ時にパワーを吸収し、力行加速時にはパワーを供するため、システム効率の向上が図られる。さらに、機械ブレーキの補足がなくなるため機械ブレーキの磨耗軽減が図られる。 According to the power conversion device according to the present invention as described above, the regenerative power is absorbed by the energy storage means at the time of braking when applied to a DC train, so that the energy loss that occurs when the power running load is small is suppressed. And system efficiency is improved. In addition, the system efficiency is improved because the power is absorbed during braking and the power is provided during power running acceleration. Further, since the supplement of the mechanical brake is eliminated, the wear of the mechanical brake can be reduced.
また新規にエネルギー蓄積手段を構成するに際し、既存機器との共有化を図り得るので、小型、軽量化、低コスト化に寄与できる。 In addition, when a new energy storage means is configured, it can be shared with existing equipment, which can contribute to reduction in size, weight, and cost.
さらに、電源の停電や電車で言えば架線からパンダグラフが離れる、いわゆる離線した場合には、インバータ直流入力電圧が低下あるいは増加し、運転継続不能となるが、本発明によるエネルギー蓄積手段により、かかる状態の直流を安定化し、運転継続を可能とすることができる。 Furthermore, in the case of a power failure or a panda graph separating from an overhead line in the case of a train, so-called disconnection, the inverter DC input voltage decreases or increases, and the operation cannot be continued. The direct current of the state can be stabilized and the operation can be continued.
また、３レベルのインバータやコンバータを直列化した場合、各コンデンサ電圧がアンバランスしやすく、制御による補償は条件が制約されるが、本発明においては、パワーの入出力が容易なエネルギー蓄積手段を各コンデンサ端に備えることで、容易にバランス化を図ることが可能となる。 In addition, when three-level inverters and converters are serialized, each capacitor voltage is likely to be unbalanced, and the conditions for compensation by control are limited. However, in the present invention, an energy storage means that can easily input and output power is used. By providing at each capacitor end, balancing can be easily achieved.
本発明によれば、エネルギー損失を抑制し得る電力変換装置を提供できるものである。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the power converter device which can suppress energy loss can be provided.
以下、本発明に係る電力変換装置の各の実施形態を、図面を参照して説明する。 Hereinafter, each embodiment of a power converter concerning the present invention is described with reference to drawings.
（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態の電力変換装置を示しており、図２５と同一部分には同一符号を付している。本の実施形態は、直流電車に適用される電力変換装置である。
(First embodiment)
FIG. 1 shows the power conversion device of the first embodiment, and the same parts as those in FIG. The present embodiment is a power conversion device applied to a DC train.
図１に示すように、直流架線１にパンタグラフ２を介して、直流電力を取り込む。この直流電力は、接触器３とリアクトル１０Ａ及びコンデンサ１０ＢからなるＬＣフィルタ１０を経て、負荷運転部をなしているインバータ７にて交流に変換され、該変換出力は負荷８に与えられ、負荷８を駆動する。ここで、インバータ７が電圧型インバータである場合、コンデンサ１０Ｂは、ＬＣフィルタの一部であるとともに、電圧型インバータ７への入力側コンデンサを兼ねている。ここで、負荷８は、典型的には電動機であり、力行と共に回生ができるものであったり、電車の補機（空調、照明、ファンなど）のような力行のみの場合もあり得る。
As shown in FIG. 1, DC power is taken into a DC
また、インバータ７の直流側に、エネルギー蓄積部１２をリアクトル１０Ａとインバータ７との間に接続し、該エネルギー蓄積部１２にエネルギー消費部１１を並列に接続している。
Further, on the DC side of the
エネルギー蓄積部１２は、複数のエネルギー蓄積回路１３（１３−１，１３−２，１３−３）を直列接続している。
The
エネルギー蓄積回路１３（１３−１）を例示的に説明すると、該回路１３は、コンデンサ１３Ａからなる蓄積要素部と、スイッチング素子による変換器１３Ｂとからなる変換部とを具備する。
The energy storage circuit 13 (13-1) will be described as an example. The
このような構成で、負荷８が電動機のように力行と回生とが行われるものである場合、力行運転時は、接触器３を閉じ、パンタグラフ２を介して直流電力を取り込み、フィルタ１０を経て、負荷運転部をなしているインバータ７にて交流に変換し、該変換出力により負荷８を駆動する。
In such a configuration, when the
また、回生運転時又は回生運転の特定条件時にあっては、接触器３を開き、ないしは閉じた状態でエネルギー蓄積部１２におけるコンデンサ１３Ａからなる蓄積要素部に、負荷８の全ての回生エネルギー又は一部の回生エネルギーを吸収し、蓄積することができる。
When the regenerative operation or a specific condition of the regenerative operation is performed, all the regenerative energy or one of the
一方、負荷８が電車の補機のような力行のみ運転可能である場合に、エネルギー蓄積部１２におけるコンデンサ１３Ａからなる蓄積要素部にエネルギーを蓄積しておく。そして、離線や停電といったパワーが不足する状態となったとき、エネルギー蓄積部１２におけるコンデンサ１３Ａからなる蓄積要素部に既に蓄積しているエネルギーを補機に供給し、補機の運転継続を行うことができる。
On the other hand, when the
なお、エネルギー蓄積部１２を構成するエネルギー蓄積回路１３は、スイッチング素子による変換器１３Ｂを有するので、直流電源である直流架線に流入出する高調波を発生する虞がある。この場合、本の実施形態では、エネルギー蓄積回路１３は、直流電源である直流架線１との間にＬＣフィルタ１０あるいはリアクトル１０Ａを備えるため、直流架線に流入出する高調波を抑制することができる。
In addition, since the
また、エネルギー消費部１１を設けているので、エネルギー蓄積部１２のエネルギーを短時間で放電させる必要がある場合に好適である。
Moreover, since the
さらに、エネルギー蓄積部１２におけるＬＣフィルタ１０、リアクトル１０Ａ、接触器３、エネルギー消費部１１等は、インバータ７のものと共有することで、装置全体の小型、軽量及び低コスト化が図れる。
Furthermore, the
（第２の実施形態）
図２は、第２の実施形態の電力変換装置を示しており、図１と同一部分には同一符号を付している。本の実施形態は、交流電車に適用される電力変換装置である。
(Second Embodiment)
FIG. 2 shows a power conversion apparatus according to the second embodiment, and the same components as those in FIG. The present embodiment is a power conversion device applied to an AC train.
図２に示すように、交流架線１４にパンタグラフ２を介して、交流電力を取り込む。この交流電力は、トランス１５、接触器１６、コンバータ１７を経て直流電力を得、この直流電力を、負荷運転部をなしているインバータ７にて交流に変換され、該変換出力は負荷８に与えられ、負荷８を駆動する。
As shown in FIG. 2, AC power is taken into the
また、インバータ７の直流側にエネルギー消費部１１を並列に接続し、エネルギー蓄積部１２を接触器１６とインバータ７との間に接続している。
Further, the
他の構成は、図１に示す第１の実施形態と同様である。 Other configurations are the same as those of the first embodiment shown in FIG.
本の実施形態は、負荷運転部がトランス１５、接触器１６及びコンバータ１７を含むものであり、図１に示す第１の実施形態と同様に作用する。
In the present embodiment, the load operating unit includes the
（第３の実施形態）
図３は、第３の実施形態の電力変換装置を示しており、先の図と同一部分には同一符号を付している。本の実施形態は、３相交流電源に適用される電力変換装置である。
(Third embodiment)
FIG. 3 shows a power conversion apparatus according to the third embodiment, and the same parts as those in the previous figure are denoted by the same reference numerals. The present embodiment is a power conversion device applied to a three-phase AC power source.
図３に示すように、３相交流電源１８にトランス１９を介して交流電力を取り込む。この交流電力は、リアクトル２０Ａ、コンデンサ２０Ｂ及びリアクトル２０ＣからなるＬＣＬフィルタ２０を通して、コンバータ１７にて直流電力を得、この直流電力を、負荷運転部をなしているインバータ７にて交流に変換され、該変換出力は負荷８に与えられ、負荷８を駆動する。
As shown in FIG. 3, AC power is taken into a three-phase
また、エネルギー蓄積部１２をコンバータ１７とインバータ７との間に接続している。
Further, the
他の構成は、図１に示す第１の実施形態と同様である。 Other configurations are the same as those of the first embodiment shown in FIG.
本の実施形態は、負荷運転部がトランス１９、ＬＣＬフィルタ２０及びコンバータ１７を含むものであり、図１に示す第１の実施形態と同様に作用する。
In the present embodiment, the load operation unit includes the
なお、図２及び図３において、リアクトルは、トランス１５，１９の漏れインダクタンスとして構成される場合があるため、ハードウェアとしてはリアクトルは実在しない場合がある。
2 and 3, the reactor may be configured as a leakage inductance of the
次に、図４を参照してエネルギー蓄積部１２の実施形態を説明する。
Next, an embodiment of the
図４（ａ）に示すエネルギー蓄積部１２（１２−１）は、コンデンサ等の蓄積要素部２１のみからなる。
The energy storage unit 12 (12-1) illustrated in FIG. 4A includes only the
図４（ｂ）に示すエネルギー蓄積部１２（１２−２）は、蓄積要素部２１と、該蓄積要素部２１をインバータ７等の主回路に接続するための変換部２２とからなる。変換部２２は、スイッチング素子２２Ａ及びリアクトル２２Ｂからなるチョッパ回路である。
The energy storage unit 12 (12-2) illustrated in FIG. 4B includes a
図４（ｃ）に示すエネルギー蓄積部１２（１２−３）は、蓄積要素部２１と、変換部２３とからなる。変換部２３は、スイッチング素子２３Ａ、ダイオード２３Ｂ及びリアクトル２３Ｃからなるチョッパ回路である。
The energy storage unit 12 (12-3) illustrated in FIG. 4C includes a
図４（ｄ）に示すエネルギー蓄積部１２（１２−４）は、蓄積要素部２１と、変換部２４とからなる。変換部２４は、スイッチング素子２４Ａ、リアクトル２４Ｂ、トランス２４Ｃ、リアクトル２４Ｄ、スイッチング素子２４Ｅからなり、絶縁リンクを図っている。
The energy storage unit 12 (12-4) illustrated in FIG. 4D includes a
次に、図５を参照してエネルギー消費部１１の実施形態を説明する。
Next, an embodiment of the
図５（ａ）に示すエネルギー消費部１１（１１−１）は、直列に接続したスイッチング素子２５及び抵抗２６からなる。
The energy consuming unit 11 (11-1) shown in FIG. 5A includes a switching
図５（ｂ）に示すエネルギー消費部１１（１１−２）は、直列に接続した接触器２７及び抵抗２６からなる。
The energy consuming part 11 (11-2) shown in FIG. 5 (b) includes a
このエネルギー消費部１１は、回生中に、電源側の負荷が小さくなり、余剰な回生パワーのため、架線電圧あるいはインバータ直流入力電圧が上昇するのを抑制するため、エネルギー消費部１１において、エネルギー消費を行い、架線電圧すなわちインバータの直流入力電圧を所定値以内に維持する、すなわち、安定化するものである。
This
例えば、インバータ直流入力電圧が高くなると、インバータの耐圧から保護動作となり、運転継続ができない。電車の場合、保護動作にかからないように、回生パワーを抑制するが、これは電気ブレーキ力を減少させることになる。 For example, when the inverter DC input voltage becomes high, the protection operation is performed from the withstand voltage of the inverter, and the operation cannot be continued. In the case of a train, the regenerative power is suppressed so that the protective operation is not performed, but this reduces the electric brake force.
車両としてのブレーキ力は一定に維持したいため、電気ブレーキ力で不足する分を機械ブレーキで補うが、これが全てエネルギー損失となる。 Since the braking force of the vehicle is desired to be maintained constant, the mechanical brake compensates for the shortage of the electric braking force, which all results in energy loss.
そこで、本発明のようにエネルギー蓄積部１２を備える場合、インバータ７の直流入力電圧の安定化・過電圧の抑制は、エネルギー蓄積部１２で行える。ただし、エネルギー蓄積部１２にも許容値があるため、全回生パワーを吸収できない場合がある。このとき、補助的にエネルギー消費部１１を作用させて、直流電圧の安定化・過電圧の抑制を図ることができる。
Therefore, when the
このとき、エネルギー蓄積部１２自体にパワーを調整する能力があるため、エネルギー消費部１１には、パワーを調整する能力は不要である。すなわち、スイッチング素子は不要であり、単にエネルギー消費手段のＯＮ／ＯＦＦを制御する接触器があれば、十分であり、装置の簡略化が図れ、小型・軽量・低コスト化が期待できる。
At this time, since the
（第４の実施形態）
図６は、第４の実施形態の電力変換装置を示しており、先の図と同一部分には同一符号を付している。
(Fourth embodiment)
FIG. 6 shows a power conversion apparatus according to the fourth embodiment, and the same parts as those in the previous figure are denoted by the same reference numerals.
図６に示すように、直流電源２８に、複数の負荷運転部２９（２９−１）、（２９−２）、（２９−３）を接続すると共に、直列に接触器３０を、またリアクトル３１Ａ及びコンデンサ３１ＢからなるＬＣフィルタ３１を介してエネルギー蓄積部１２を接続している。従って、エネルギー蓄積部１２は、リアクトル１０Ａ、接触器３より直流電源２８側に接続されている。ＬＣフィルタ３１に代えて、他のパッシブフィルタやアクティブフィルタを用いても良い。
As shown in FIG. 6, a plurality of load operating units 29 (29-1), (29-2), and (29-3) are connected to a
負荷運転部２９は、接触器３、リアクトル１０Ａ及びコンデンサ１０ＢからなるＬＣフィルタ１０、インバータ７及び負荷８からなる。
The
このように構成された本の実施形態によれば、次のように作用する。先ず、エネルギー蓄積部１２は、電源電圧の安定化、つまり上昇し過ぎたり低下しすぎたりしないように、エネルギー蓄積部１２により、パワーの流入出を行い、電源電圧の安定化を図るものである。
According to the embodiment of the book configured as described above, it operates as follows. First, the
負荷運転部２９が複数存在する場合、各々にエネルギー蓄積部１２を備えるより、１つで補償した方が小型・軽量・低コスト化できる。すなわち、小容量で複数のものより、大容量で１つのものの方が小型・軽量・低コストになる。
When there are a plurality of
また、複数の負荷運転部２９で、元々、電源が安定化されることもあり、エネルギー蓄積部１２の容量を小さくする効果もある。
In addition, the power source may be originally stabilized by the plurality of
またエネルギー蓄積部１２を接触器３より直流電源２８側に接続しているので、ある負荷運転部２９が異常な動作で、保護トリップする場合、接触器３を開放することがある。こういった場合にも、エネルギー蓄積部１２は、その能力に影響を受けることなく、運転を継続することができる。
In addition, since the
さらに、エネルギー蓄積部１２をリアクトル１０Ａより直流電源２８側に接続しているので、エネルギー蓄積部１２を電源端に備えた場合、エネルギー蓄積部１２から高調波を電源へ流入出する場合があるが、ＬＣフィルタ３１を備えたことでこれを抑制する効果がある。
Furthermore, since the
（第５の実施形態）
図７は、第５の実施形態の電力変換装置を示しており、先の図と同一部分には同一符号を付している。
(Fifth embodiment)
FIG. 7 shows the power conversion apparatus of the fifth embodiment, and the same reference numerals are given to the same parts as those in the previous figure.
図７に示すように、交流電源３２にトランス３３を介して、ダイオード整流器等の回生運転ができないコンバータ３４を接続し、該コンバータ３４をコンデンサ６及びインバータ７を介して負荷８に接続している。コンバータ３４は、力行電力の許容量に比べ回生電力の許容量が小さく設定されている。また、インバータ７とコンバータ３４との間にエネルギー蓄積部１２を接続している。
As shown in FIG. 7, a
このような構成の本の実施形態によれば、エネルギー蓄積部１２により、基本的に回生パワーを吸収するとすると、コンバータ３４が電源回生する回生パワーは必然的に小さくなる。また、回生のパワーも力行加速パワーも同程度と仮定すれば、コンバータの力行能力も小さくなる。
According to the embodiment of the book having such a configuration, when the
しかしながら、システムの信頼性を考えると、エネルギー蓄積部１２だけが故障又は保護動作になった場合、運転継続ができないという問題がある。
However, when considering the reliability of the system, there is a problem in that the operation cannot be continued when only the
ブレーキに関しては、保安上の観点から機械ブレーキは必ずあるため、回生、すなわち、電気ブレーキがかけられなくとも、運転継続は可能である。 As for the brake, since there is always a mechanical brake from the viewpoint of safety, it is possible to continue the operation even if regeneration, that is, the electric brake is not applied.
しかしながら、力行加速は代替がきかない。よって、エネルギー蓄積部１２を備えたシステムであっても、システムの信頼性からは、力行はコンバータ３４を介して行われる必要がある。
However, powering acceleration cannot be substituted. Therefore, even in a system including the
すなわち、従来の力行・回生が同程度に可能なコンバータを使ったシステムにくらべ、通常時には、回生パワーをエネルギー蓄積部１２で吸収し、架線電圧やインバータ入力電圧の安定化を図り、エネルギー効率を向上し、エネルギー蓄積手段の故障・保護時には、車両としての加速／ブレーキ性能の劣化を防止することができる。すなわち、システムの信頼性は維持でき、小型・軽量・低コストなシステム、つまりコンバータ３４の代わりに力行・回生が同容量可能なコンバータを備えるのに比べ、コンバータが簡易化できる。
In other words, compared to conventional systems that use converters that can achieve the same level of power running and regeneration, the
（第６の実施形態）
図８は、第６の実施形態の電力変換装置を示しており、先の図と同一部分には同一符号を付している。
(Sixth embodiment)
FIG. 8 shows a power conversion apparatus according to the sixth embodiment, and the same reference numerals are given to the same parts as those in the previous figure.
図８に示すように、直流電源２８にリアクトル１０Ａ及びコンデンサ１０ＢからなるＬＣフィルタ１０を介して、ＤＣ／ＤＣコンバータ３５が接続され、コンデンサ６、インバータ７及び負荷８が接続される。
As shown in FIG. 8, a DC /
インバータ７の直流側であるＤＣ／ＤＣコンバータ３５とインバータ７との間にエネルギー蓄積部１２を接続し、また別のエネルギー蓄積部３６も接続している。
The
このように構成された本の実施形態によれば、ＤＣ／ＤＣコンバータ３５が、電源２８とインバータ７との間にあることで、インバータ直流入力電圧を、電源側の負荷条件に依らず、所定値にすることができる。
According to the present embodiment configured as described above, the DC /
また、インバータ直流入力電圧を所定値に制御することができるため、負荷８の出力性能を常に計画値に維持することができるメリットがある。例えば、現状の車両においては、架線電圧によって、電動機出力が変わるが、本の実施形態を採用することで、このような出力変動を抑制することができる。
Further, since the inverter DC input voltage can be controlled to a predetermined value, there is an advantage that the output performance of the
これにより、例えば、車両の性能計画が精度よくたてられるとともに、高いインバータ直流入力電圧を計画することが可能となり、車両性能を向上することができる。 Thereby, for example, the performance plan of the vehicle can be made with high accuracy, and a high inverter DC input voltage can be planned, thereby improving the vehicle performance.
なお、エネルギー蓄積部のみを直接インバータ直流入力側に接続する場合、ＤＣ／ＤＣコンバータがないと、エネルギー蓄積部の電圧は定常的に架線電圧に一致する。本来、インバータが回生を開始する際には、エネルギー蓄積部の蓄積エネルギー量は小さい方が望ましい。しかしながら、エネルギー蓄積部が架線電圧に一致すると、必ずしも、そういう状態からの回生にはなりえない。よって、回生エネルギー吸収の効果が低減してしまう。かかる問題点の解消に本の実施形態は寄与するものとなる。 When only the energy storage unit is directly connected to the inverter DC input side, the voltage of the energy storage unit steadily matches the overhead line voltage without a DC / DC converter. Originally, when the inverter starts regeneration, it is desirable that the amount of energy stored in the energy storage unit is small. However, when the energy storage unit matches the overhead line voltage, regeneration from such a state cannot necessarily be performed. Therefore, the effect of regenerative energy absorption is reduced. The present embodiment contributes to the solution of such problems.
また、直流電源２８とＤＣ／ＤＣコンバータ３５との間にフィルタ１０を接続しているので、次のような利点が得られる。すなわち、仮に、ＤＣ／ＤＣコンバータが直接電源と接続すると、電源へ流入出する高調波が増大することが懸念される。電車では、電源への高調波電流が増大すると、信号系への影響が生じるため、高調波電流に規定がある。エレベータや他の用途においても、電源高調波は様々な障害を引き起こすため、重要な課題の一つになっている。
Further, since the
よって、本の実施形態のように、ＤＣ／ＤＣコンバータ３５を電源２８に直結する構成においては、フィルタ１０により高調波を抑制することで、信号系への誤動作を防止することが可能となる。
Therefore, in the configuration in which the DC /
次に、図９を参照してＤＣ／ＤＣコンバータ３５の実施形態を説明する。
Next, an embodiment of the DC /
図９（ａ）に示すＤＣ／ＤＣコンバータ３５（３５−１）は、直列接続した２つのスイッチング素子３５Ａの接続点にリアクトル３５Ｂを接続し、力行と回生とを行うことができる構成である。
A DC / DC converter 35 (35-1) shown in FIG. 9A has a configuration in which a
図９（ｂ）に示すＤＣ／ＤＣコンバータ３５（３５−２）は、直列接続したスイッチング素子３５Ａとダイオード３５Ｃの接続点にリアクトル３５Ｂを接続し、力行のみを行うことができる構成である。
The DC / DC converter 35 (35-2) shown in FIG. 9B has a configuration in which the
（第７の実施形態）
図１０は、第７の実施形態の電力変換装置を示しており、先の図と同一部分には同一符号を付している。
(Seventh embodiment)
FIG. 10 shows the power conversion apparatus of the seventh embodiment, and the same reference numerals are given to the same parts as those in the previous figure.
図１０に示すように、本の実施形態は、図８に示す第６の実施形態の電力変換装置におけるＤＣ／ＤＣコンバータ３５の電源側を、交流電源３２、トランス３３、コンバータ３４、コンデンサ３８に置き換えたものである。
As shown in FIG. 10, in this embodiment, the power source side of the DC /
他の構成及び作用は、図８に示す第６の実施形態の電力変換装置と同様である。 Other configurations and operations are the same as those of the power converter of the sixth embodiment shown in FIG.
（第８の実施形態）
図１１は、第８の実施形態の電力変換装置を示しており、先の図と同一部分には同一符号を付している。
(Eighth embodiment)
FIG. 11 shows the power conversion apparatus of the eighth embodiment, and the same reference numerals are given to the same parts as those in the previous figure.
図１１に示すように、直流電源２８に、リアクトル３９を介し、複数の負荷運転部４０（４０−１），（４０−２），（４０−３）を直列に接続している。負荷運転部４０は、エネルギー蓄積部１２を、コンデンサ６、インバータ７及び負荷８に接続している。また、エネルギー蓄積部１２は、蓄積要素部であるコンデンサ４０Ａと、チョッパである変換部４０Ｂとからなる。
As shown in FIG. 11, a plurality of load operating units 40 (40-1), (40-2), and (40-3) are connected in series to a
このように構成された本の実施形態の作用について説明する。すなわち、インバータ６を電源に直列に接続した構成は、高圧の直流電源に対し、低圧のインバータを接続適用できるメリットがある。しかしながら、各負荷のアンバランスによって、各コンデンサ電圧すなわち各インバータの直流入力電圧がアンバランスし易い。
The operation of the embodiment of the book thus configured will be described. That is, the configuration in which the
このコンデンサ電圧のバランス制御には、きめ木目細かな制御が不可欠で、高速な制御応答が必要である。インバータの性能・構成・条件に依っては、安定化が困難な場合がある。 Fine-grained control is indispensable for the balance control of the capacitor voltage, and a high-speed control response is required. Stabilization may be difficult depending on the performance, configuration, and conditions of the inverter.
かかる問題点を解消するために、本の実施形態では、エネルギー蓄積部１２を各コンデンサ６に備える場合、エネルギー蓄積部１２に備わる変換部４０Ｃにその役割を分担させることが可能であり、安定化が容易になる。
In order to solve such a problem, in the present embodiment, when the
エネルギー蓄積部１２として、変換部４０Ｃを備えず、大容量キャパシタなどを直結する場合には、そもそも急激な電圧アンバランスを抑制することができるため、インバータ制御で必要とされるアンバランス抑制制御は、応答の遅いもので代用でき、安定化が図れる。
When the
以上のように、本の実施形態では、各負荷のアンバランス制御が容易に実現できるため、低圧インバータを複数台直列接続した電力変換装置を実現することが可能となる。一般に、高耐圧素子は電流容量も大きいため、負荷容量が小さい場合に、高圧直流電源に接続すると、電流利用率が悪く、コストが増加する場合がある。低圧素子で素子利用率を高くした低圧インバータで構成する場合、コストメリットがでる。 As described above, according to the present embodiment, since the unbalance control of each load can be easily realized, it is possible to realize a power conversion device in which a plurality of low-voltage inverters are connected in series. In general, a high withstand voltage element has a large current capacity. Therefore, when the load capacity is small, connecting to a high voltage direct current power source may result in poor current utilization and increase costs. There is a cost merit in the case of a low voltage inverter with a high element utilization factor.
（第９の実施形態）
図１２は、第９の実施形態の電力変換装置を示しており、図１１と同一部分には同一符号を付している。
(Ninth embodiment)
FIG. 12 shows the power conversion apparatus of the ninth embodiment, and the same parts as those in FIG. 11 are denoted by the same reference numerals.
図１２に示すように、直流電源２８に、リアクトル３９を介し、複数の負荷運転部４１（４１−１），（４１−２），（４１−３）を直列に接続している。負荷運転部４１は、エネルギー蓄積部としてコンデンサ４１Ａを有する。
As shown in FIG. 12, a plurality of load operating units 41 (41-1), (41-2), and (41-3) are connected in series to a
他の構成及び作用は、図１１に示す第８の実施形態の電力変換装置と同様である。 Other configurations and operations are the same as those of the power converter of the eighth embodiment shown in FIG.
更に、エネルギー蓄積手段にスイッチング素子を有する変換器を備えないため、エネルギー損失が小さく、故障率が低下し信頼性が高いとともに、スイッチング素子の開閉により生じる高調波の問題も生じない。 Furthermore, since the energy storage means is not provided with a converter having a switching element, energy loss is small, the failure rate is reduced and reliability is high, and the problem of harmonics caused by opening and closing of the switching element does not occur.
（第１０の実施形態）
図１３は、第１０の実施形態の電力変換装置を示しており、先の図と同一部分には同一符号を付している。
(Tenth embodiment)
FIG. 13 shows the power conversion apparatus of the tenth embodiment, and the same parts as those in the previous figure are denoted by the same reference numerals.
図１３に示すように、直流電源２８に、リアクトル３９を介し、複数の負荷運転部４２（４２−１），（４２−２），（４２−３）を直列に接続している。
As shown in FIG. 13, a plurality of load operating units 42 (42-1), (42-2), and (42-3) are connected in series to a
負荷運転部４２は、正側コンデンサ６Ａと負側コンデンサ６Ｂを備えると共に各相毎に３電位を出力可能な３レベルインバータ４２Ｃを設けて、該３レベルインバータ４２Ｃにより負荷８を駆動する。また、正側コンデンサ６Ａと負側コンデンサ６Ｂとにはエネルギー蓄積部４２Ａ，４２Ｂとして、蓄積要素部であるコンデンサ４２Ａ１，４２Ｂ１と、変換部４２Ａ２，４２Ｂ２とを接続している。
The
このように構成された本の実施形態によれば、次のように作用する。 According to the embodiment of the book configured as described above, it operates as follows.
３レベルコンバータでは、元来、正側コンデンサと負側コンデンサ電圧がアンバランスすることが知られており、様々なアンバランス抑制制御が提案されている。しかしながら、出力電流が小さい場合なと、アンバランス抑制効果が得られないといった問題や、アンバランス抑制制御のために、インバータの電圧利用率が低下するといった問題がある。 In the three-level converter, it is originally known that the positive-side capacitor voltage and the negative-side capacitor voltage are unbalanced, and various unbalance suppression control has been proposed. However, when the output current is small, there is a problem that an unbalance suppression effect cannot be obtained, and there is a problem that the voltage utilization rate of the inverter decreases due to the unbalance suppression control.
これに対し、本の実施形態のように、正負各コンデンサ６Ａ，６Ｂにエネルギー蓄積部４２Ａ，４２Ｂを備えることで、エネルギーの吸収という機能だけでなく、正負コンデンサ６Ａ，６Ｂの電圧アンバランス制御を担わせることができる。この結果、３レベルインバータ４２Ｃの制御の安定性が向上し、また、電圧利用率向上のため、小型・軽量・コストダウン・出力増大などの効果がある。
On the other hand, by providing the
この３レベルインバータ４２Ｃを直列に接続する点は、先の例と同様の効果を奏するものである。
The point that the three-
（第１１の実施形態）
図１４は、第１１の実施形態の電力変換装置を示しており、先の図と同一部分には同一符号を付している。
(Eleventh embodiment)
FIG. 14 shows the power conversion apparatus of the eleventh embodiment, and the same reference numerals are given to the same parts as those in the previous figure.
図１４に示すように、交流電源３２にトランス３３を介して３レベルコンバータ４３を接続し、３レベルコンバータ４３と３レベルインバータ４６とのＰ、Ｎ及び中性点を接続すると共に各線間にエネルギー蓄積部４４（４４−１），（４４−２）及びコンデンサ４５（４５−１），（４５−２）を接続し、３レベルインバータ４６により負荷８を駆動する。
As shown in FIG. 14, a three-
この３レベルコンバータ４３、コンデンサ４５（４５−１），（４５−２）及び３レベルインバータ４６により負荷運転部を構成し、各線間にエネルギー蓄積部４４（４４−１），（４４−２）を設けたことにより、負荷８が回生運転できる場合には、正側及び負側の回生エネルギーを効果的に吸収することができ、負荷８が力行運転だけができる場合には、電源断等が発生しても事前にエネルギー蓄積部４４（４４−１），（４４−２）にエネルギー蓄積しておくことで、その蓄積エネルギーにより負荷又は補機等の継続運転を可能にすることができる。
The three-
また、正側電圧と負側電圧とのアンバランスの抑制に関しては、先の例と同様の効果を奏するものである。 In addition, regarding the suppression of the imbalance between the positive side voltage and the negative side voltage, the same effect as in the previous example is achieved.
（第１２の実施形態）
図１５は、第１２の実施形態の電力変換装置を示しており、図１４と同一部分には同一符号を付している。
(Twelfth embodiment)
FIG. 15 shows the power conversion apparatus of the twelfth embodiment, and the same parts as those in FIG. 14 are denoted by the same reference numerals.
図１５に示すように、交流電源３２にトランス３３を介して３レベルコンバータ４３を接続し、３レベルコンバータ４３と３レベルインバータ４６とのＰ、Ｎ及び中性点を接続する。３レベルコンバータ４３の線間にエネルギー蓄積部４７（４７−１），（４７−２）及びコンデンサ４８（４８−１），（４８−２）を接続し、３レベルインバータ４６の線間にエネルギー蓄積部４７（４７−３），（４７−４）及びコンデンサ４８（４８−３），（４８−３）を接続し、３レベルインバータ４６により負荷８を駆動する。
As shown in FIG. 15, a three-
このような構成は、図１４の３レベルコンバータ４３と３レベルインバータ４６との中性点を接続しない構成と等価であり、この点を除き図１４と同様の効果が得られる。
Such a configuration is equivalent to a configuration in which the neutral point of the three-
図１５では、３レベルコンバータ４３と３レベルインバータ４６との中性点を接続しないことにより、３レベルコンバータ４３及び３レベルインバータ４６の力行及び回生動作に対応して、３レベルコンバータ４３側のエネルギー蓄積部４７（４７−１），（４７−２）と、３レベルインバータ４６側のエネルギー蓄積部４７（４７−３），（４７−４）とを個別に動作させることができる利点がある。
In FIG. 15, the neutral point between the three-
（第１３の実施形態）
図１６は、第１３の実施形態の電力変換装置を示しており、先の図と同一部分には同一符号を付している。
(13th Embodiment)
FIG. 16 shows the power conversion apparatus of the thirteenth embodiment, and the same parts as those in the previous figure are given the same reference numerals.
図１６に示すように、直流電源２８に、リアクトル３９を介し、１又は複数の第１の負荷運転部４９及び第２の負荷運転部５０を直列に接続している。
As shown in FIG. 16, one or a plurality of first
第１の負荷運転部４９は、コンデンサ４９Ａ，４９Ｂを線間に接続した３レベルインバータ４９Ｃにより負荷８を駆動する。
The first
第２の負荷運転部５０は、コンデンサ６を接続したインバータ（２レベルインバータ）７により別の負荷８′を駆動する。
The second
第１，第２の負荷運転部４９，５０夫々にその直流側を接続した第１のＤＣ／ＡＣ変換器５１を介してトランス５２の１次側が接続されている。トランス５２の２次側は、第２のＤＣ／ＡＣ変換器５３を介してエネルギー蓄積部５４が接続されている。
The primary side of the
なお、ＤＣ／ＡＣ変換器５１（又は５３）は、図１７に示すように、スイッチング素子５１Ａをブリッジ接続した構成のものを採用することができる。
As shown in FIG. 17, the DC / AC converter 51 (or 53) can employ a configuration in which the
さらに、トランス５２における５２Ａは１次巻線、５２Ｂは１次巻線５２Ａに含まれるリアクトルに相当する成分又はハードウェアとして存在するリアクトル、５２Ｃは２次巻線、５２Ｂは２次巻線５２Ｃに含まれるリアクトルに相当する成分又はハードウェアとして存在するリアクトルである。
Further, in the
このような構成の本の実施形態では、３レベルインバータ４９Ｃの正側コンデンサ４９Ａと負側コンデンサ４９Ｂの電圧アンバランスと、（２レベル）インバータ７を直列接続する場合のコンデンサ電圧のアンバランスとを抑制するため、各々のコンデンサ端にＤＣ／ＡＣ変換器５１を備え、トランス５２を介して、共通のエネルギー蓄積部５４およびＤＣ／ＡＣ変換器５３と接続されるので、各電圧アンバランスを抑制することができる。また、エネルギー蓄積部５４を共有しているので、装置の小型・軽量・低コスト化が可能となる。
In the present embodiment having such a configuration, the voltage imbalance between the
（第１４の実施形態）
図１８は、第１４の実施形態の電力変換装置を示しており、先の図と同一部分には同一符号を付している。
(Fourteenth embodiment)
FIG. 18 shows a power conversion apparatus according to the fourteenth embodiment, and the same parts as those in the previous figure are denoted by the same reference numerals.
図１８に示すように、直流電源２８に、リアクトル３９（３９−１）を介し、第１の負荷運転部４９を接続し、同じく直流電源２８に、リアクトル３９（３９−２）を介し、第２の負荷運転部５０を含む複数の負荷運転部４９（５０）を接続している。従って、直流電源２８に、リアクトル３９（３９−１），（３９−２）を介し、負荷運転部４９，５０を並列接続している。
As shown in FIG. 18, the first
また、図１６に示す第１３の実施形態と同様に負荷運転部４９，５０の直流側には第１のＤＣ／ＡＣ変換器５１を介してトランス５２の１次側が接続されている。トランス５２の２次側は、第２のＤＣ／ＡＣ変換器５３を介してエネルギー蓄積部５４が接続されている。
As in the thirteenth embodiment shown in FIG. 16, the primary side of the
このような構成の本の実施形態では、負荷運転部４９，５０の並列接続の構成を除き、図１６に示す第１３の実施形態と同様の作用効果を得ることができる。
In the present embodiment having such a configuration, the same operational effects as those of the thirteenth embodiment shown in FIG. 16 can be obtained except for the parallel connection configuration of the
また、トランス５２を共有化しているので、全体として、エネルギー蓄積部５４および第２のＤＣ／ＡＣ変換器５３の共有化が図られる。
Since the
（第１５の実施形態）
図１９は、第１５の実施形態の電力変換装置を示しており、先の図と同一部分には同一符号を付している。
(Fifteenth embodiment)
FIG. 19 shows a power conversion apparatus according to the fifteenth embodiment, and the same parts as those in the previous figure are denoted by the same reference numerals.
図１９に示すように、交流電源３２にトランス５５の一次側の巻線５５Ａを接続し、その二次側の巻線５５ＢＣ１及びリアクトル５５Ｂ２に複数の負荷運転部５６（５６−１），（５６−２）と、同じく二次側の巻線５５Ｃ１及びリアクトル５５Ｃ２にコンバータ５７、コンデンサ５８及びエネルギー蓄積部１２を接続している。
As shown in FIG. 19, the primary side winding 55A of the
負荷運転部５６は、コンバータ５６Ａ、コンデンサ５６Ｂ、インバータ５６Ｃを有し、このインバータ５６Ｃの出力により、負荷８は駆動される。
The
このような構成の本の実施形態で、電車を想定した場合、電車では、１つのトランスに１〜５つの負荷運転部（主電動機制御装置や補助電源装置が接続されるための巻線がある）が接続されている。 In the embodiment of the book having such a configuration, when a train is assumed, the train has 1 to 5 load driving units (windings for connecting a main motor control device and an auxiliary power supply device) to one transformer. ) Is connected.
本の実施形態のようにトランス５５の新たな二次側の巻線５５Ｃ１にエネルギー蓄積部１２を備えることで、全ての負荷運転部５６に対して、回生電力の吸収や、停電、離線（パンタグラフが架線から離れる）時の直流電源の安定化を図ることができる。
By providing the
（第１６の実施形態）
図２０は、第１６の実施形態の電力変換装置を示しており、先の図と同一部分には同一符号を付している。
(Sixteenth embodiment)
FIG. 20 shows a power conversion apparatus according to the sixteenth embodiment, and the same parts as those in the previous figure are denoted by the same reference numerals.
図２０に示すように、交流電源３２にトランス５９の一次側の巻線５９Ａを接続し、その二次側の巻線５９Ｂ及びリアクトル５９Ｃに、負荷運転部６０と、コンバータ５７、コンデンサ５８及びエネルギー蓄積部１２からなる回路とを、並列に接続している。
As shown in FIG. 20, the primary side winding 59A of the
負荷運転部５６は、接触器６０Ａ、コンバータ６０Ｂ、コンデンサ６０Ｃ、インバータ６０Ｄを有し、このインバータ６０Ｄの出力により、負荷８は駆動される。
The
このような構成の本の実施形態では次のように作用する。先ず、通常時は、負荷運転部６０に対して、その回生電力の吸収や、停電、離線（パンタグラフが架線から離れる）時のエネルギー供給により、負荷運転部６０の直流電圧の安定化を図ることができ、その出力を安定化することができる。
The embodiment of the book having such a configuration operates as follows. First, in normal times, the DC voltage of the
負荷運転部６０が故障や保護で停止する場合、接触器６０Ａを開放する場合がある。このとき、接触器６０Ａより電源３２側に接続されるエネルギー蓄積部１２は、負荷運転部６０の故障・保護動作の影響を受けることなく、その機能を維持することができる。電源３２を介し、他の同様な負荷運転部６０からのパワー流入出を行い、架線電圧自体の安定化を図ることができる。
When the
以上の説明は、変換装置の主回路をなす負荷運転部とエネルギー蓄積部との接続関係を説明したが、以下ではエネルギー蓄積部の回路等の形態及びその制御形態について説明する。 In the above description, the connection relationship between the load operation unit and the energy storage unit forming the main circuit of the converter is described. Hereinafter, the configuration of the circuit of the energy storage unit and the control mode thereof will be described.
先ず、図２１を参照してエネルギー蓄積部の回路構成等に関する実施形態を説明する。 First, an embodiment relating to the circuit configuration and the like of the energy storage unit will be described with reference to FIG.
図２１（ａ）は、一のエネルギー蓄積回路１２´と、他のエネルギー蓄積回路２１とを並列に接続したものであり、図２１（ｂ）は、一のエネルギー蓄積回路１２´と、他のエネルギー蓄積回路２１とを直列に接続したものである。
FIG. 21A shows one
エネルギー蓄積回路１２´は、蓄積要素部と変換部とからなり、エネルギー蓄積回路２１は蓄積要素部のみからなる。
The energy storage circuit 12 'includes a storage element unit and a conversion unit, and the
図２１（ａ）のように、エネルギー蓄積回路を並列接続することで、冗長性が増加するため、信頼性が向上する。 As shown in FIG. 21A, since the energy storage circuits are connected in parallel, the redundancy is increased, so that the reliability is improved.
図２１（ａ）の構成では、出力電圧がインバータ入力直流電圧になる場合が多く、その出力電圧範囲は限定され、エネルギー蓄積部２１の容量の利用率は悪い。すなわち、それのみで構成する場合、装置体格が大きく、重量増となる。一方で、変換部を介さないため、機器信頼性が向上する。また、変換部を介さないため、効率も向上する。また、変換部を介した場合、その制御応答は有限であり、インバータ７からの急激なパワー変動の影響には応答できず、インバータ直流入力電圧が跳ね上がる、という問題が生じる場合があるが、図２１（ａ）のように構成した場合には、制御応答の遅れがない分、そのような過電圧が起こりにくい。また、変換器を介した場合、エネルギー蓄積部の容量の利用率は高く、小型化・軽量化が図れる。したがって、双方を組み合わせることで、それぞれの効果を併せ得ることができる。なお、変換器を備えないエネルギー蓄積部２１をインバータの近傍に、変換器を備えたエネルギー蓄積部１２′をインバータから離れた位置に配置することで、エネルギー蓄積部の設置場所が問題となる場合、有効である。
In the configuration of FIG. 21A, the output voltage is often an inverter input DC voltage, the output voltage range is limited, and the capacity utilization rate of the
一方、図２１（ｂ）の構成では、それぞれのエネルギー蓄積部の電圧は、それぞれの変換器により制御可能である。例えば、エネルギー蓄積部として電気２重層コンデンサを利用した場合、電気２重層コンデンサの１セルあたりの電圧は、３Ｖ程度である。これを直列に接続して高圧化しているため、各セルごとの電圧アンバランスが生じ、容量利用率や寿命などが劣化する場合がある。本実施例に依れば、それぞれのエネルギー蓄積部の電圧を、それぞれの変換器により制御可能であるため、前記アンバランスの問題が抑制され、容量利用率や寿命の劣化を抑制することができる。 On the other hand, in the configuration of FIG. 21B, the voltage of each energy storage unit can be controlled by each converter. For example, when an electric double layer capacitor is used as the energy storage unit, the voltage per cell of the electric double layer capacitor is about 3V. Since these are connected in series to increase the voltage, voltage imbalance occurs in each cell, and the capacity utilization rate and life may deteriorate. According to the present embodiment, since the voltage of each energy storage unit can be controlled by each converter, the problem of unbalance can be suppressed, and the capacity utilization rate and the deterioration of life can be suppressed. .
一方、図２１（ｂ）の構成では変換部を介したエネルギー蓄積回路２１は、その逆の特性を有することになる。
On the other hand, in the configuration of FIG. 21B, the
よって、図２１（ａ）（ｂ）に示す並列接続と直列接続とを組み合わせることで、装置の要求に適した最適な特性を得ることができる。 Therefore, by combining the parallel connection and the series connection shown in FIGS. 21A and 21B, it is possible to obtain optimum characteristics suitable for the requirements of the apparatus.
上記において、エネルギー蓄積部１２の蓄積要素部は、鉛蓄電池、ＮａＳ電池（ナトリウムイオウ電池）等の２次電池又は大容量キャパシタとして電気２重層コンデンサを用いることができるが、図２２に示すように、フライホイール６１を用いたり、超伝導コイルと変換器からなる構成を採用することができる。
In the above, the storage element part of the
次に、図２３及び図２４を参照してエネルギー蓄積部の制御形態について説明する。 Next, the control mode of the energy storage unit will be described with reference to FIGS. 23 and 24.
図２３は、２次電池又は大容量キャパシタとして電気２重層コンデンサ等の蓄積要素部６２Ａに直列に接触器６２Ｂを接続したエネルギー蓄積部６２であり、蓄積要素部６２Ａの端子電圧を電圧検出回路６３で検出し、またエネルギー蓄積部６２の端子電圧を電圧検出回路６４で検出する。両者の差異を絶対値演算器６５で求めコンパレータ６６を通すことにより、該差異が所定値以内である場合にリレー６７により接触器６２Ｂを閉とするものである。
FIG. 23 shows an energy storage unit 62 in which a contactor 62B is connected in series to a
２次電池や大容量キャパシタなどのエネルギー蓄積部６２を有した回路を閉とする場合、外部の接続点との間に電圧差があると、過大な電流が流れる。大容量であるため、それが長時間持続する可能性もある。このような過電流により、エネルギー蓄積部６２のみならず、外部の機器の過電流を引き起こし、故障や保護といった問題が生じる。 When a circuit having the energy storage unit 62 such as a secondary battery or a large-capacity capacitor is closed, an excessive current flows if there is a voltage difference with an external connection point. Because of the large capacity, it may last for a long time. Such an overcurrent causes an overcurrent of not only the energy storage unit 62 but also an external device, resulting in problems such as failure and protection.
図２３の形態では、接触器６２Ｂが開である状態では、外部とエネルギー蓄積部６２自身の電圧差が近傍となった場合に接触器６２Ｂを閉じることで、過電流を抑制することが可能となる。 In the form of FIG. 23, when the contactor 62B is open, it is possible to suppress overcurrent by closing the contactor 62B when the voltage difference between the outside and the energy storage unit 62 itself becomes close. Become.
図２４（ａ）は、２次電池又は大容量キャパシタとして電気２重層コンデンサ等の蓄積要素部６８Ａに直列に、第１の接触器６２Ｂ及び並列インピーダンスとして抵抗６８Ｃと、第２の接触器６８Ｄを接続したエネルギー蓄積部６８であり、図２４（ｂ）に示すように、第２の接触器６８Ｄを開から閉とする場合に、蓄積要素部６８Ａの端子電圧とエネルギー蓄積部６８の端子間電圧との差異が小さくなった条件で第１の接触器６８Ｂを閉とするものである。
FIG. 24 (a) shows a first contactor 62B, a resistor 68C as a parallel impedance, and a
この制御形態によれば次のように作用する。すなわち、エネルギー蓄積部６８を閉とする場合、先に述べたように突入電流が問題となる。
This control mode operates as follows. That is, when the
ここでは、突入電流による過電流を防止するため、接続指令がでた直後は、突入電流防止用のインピーダンスである抵抗６８Ｃを介して電流を流す。その後、所定時間経過をもって、抵抗６８Ｃをパスさせるように、第１の接触器６２Ｂを閉とすることで、所定時間インピーダンスである抵抗６８Ｃを介して回路を閉とすることで、蓄積要素部６８Ａの電圧と、外部入力電圧との差は減少して、過電流を回避することができる。なお、所定時間でなく、図２３のように、検出した電圧に応じて、第１の接触器６２Ｂを閉とすることでも良い。
Here, in order to prevent an overcurrent due to an inrush current, immediately after the connection command is issued, a current is passed through the resistor 68C which is an impedance for preventing the inrush current. Thereafter, the
１…直流架線、３，１６，２７，３０…接触器、６，３８，４５，４８，５８…コンデンサ、７…インバータ、８…電動機（負荷）、１０…フィルタ、１０Ａ，３７，３９…リアクトル、１１…エネルギー消費部、１２，３６，４７，５４，６２，６８…エネルギー蓄積部、１３…エネルギー蓄積回路、１５，１９，３３，５２，５５，５９…トランス、１７…コンバータ、１８，３２…交流電源、２０…ＬＣＬフィルタ、２１…エネルギー蓄積要素、２２，２３，２４…変換回路、２５…スイッチング素子、２６…抵抗、２８…直流電源、２９，４０，４１，４２，４９，５０，５６，６０…負荷運転部、３１…ＬＣフィルタ、３５…ＤＣ／ＤＣコンバータ、４３…３レベルコンバータ、４６…３レベルインバータ、５１…第１のＤＣ／ＡＣ変換器、５３…第２のＤＣ／ＡＣ変換器、５７…第２のコンバータ、６１…フライホイール。
DESCRIPTION OF
Claims (2)
前記架線と前記インバータとの間に接続されたリアクトルと、
前記リアクトルより前記架線側に接続され、離線又は停電時にエネルギーを補うエネルギー蓄積要素及び前記電動機による回生エネルギーを前記エネルギー蓄積要素にエネルギーを蓄積させるための電力に変換するスイッチング素子を含む変換部を有する複数の蓄積回路が直列接続されたエネルギー蓄積手段とを具備し、
前記エネルギー蓄積手段は、前記架線を介して２つ以上の前記負荷運転手段とで電力授受を行うこと
を特徴とする電力変換装置。 Two or more load operating means having an inverter connected to the overhead line via a contactor and a load including an electric motor that receives the inverter output are connected to the same overhead line, and at least two of the load operating means are In power converters for railway vehicles mounted on separate trains,
A reactor connected between the overhead wire and the inverter;
An energy storage element that is connected to the overhead line from the reactor, and that includes an energy storage element that supplements energy in the event of a disconnection or power failure, and a switching element that converts regenerative energy from the motor into electric power for storing energy in the energy storage element. Energy storage means in which a plurality of storage circuits are connected in series,
The power storage device, wherein the energy storage means exchanges power with two or more load operation means via the overhead line.
前記接触器と前記インバータとの間に接続されたリアクトルと、
前記接触器より前記架線側に接続され、離線又は停電時にエネルギーを補うエネルギー蓄積要素及び前記電動機による回生エネルギーを前記エネルギー蓄積要素にエネルギーを蓄積させるための電力に変換するスイッチング素子を含む変換部を有する複数の蓄積回路が直列接続されたエネルギー蓄積手段とを具備し、
前記エネルギー蓄積手段は、前記架線を介して２つ以上の前記負荷運転手段とで電力授受を行うこと
を特徴とする電力変換装置。 Two or more load operating means having an inverter connected to the overhead line via a contactor and a load including an electric motor that receives the inverter output are connected to the same overhead line, and at least two of the load operating means are In power converters for railway vehicles mounted on separate trains,
A reactor connected between the contactor and the inverter;
A converter including an energy storage element connected to the overhead line from the contactor and supplementing energy at the time of disconnection or power failure, and a switching element for converting regenerative energy by the motor into electric power for storing energy in the energy storage element A plurality of storage circuits having energy storage means connected in series;
The power storage device, wherein the energy storage means exchanges power with two or more load operation means via the overhead line.
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