JP4521421B2

JP4521421B2 - Electric vehicle control device

Info

Publication number: JP4521421B2
Application number: JP2007096599A
Authority: JP
Inventors: 和明結城; 育雄安岡
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2007-04-02
Filing date: 2007-04-02
Publication date: 2010-08-11
Anticipated expiration: 2023-08-22
Also published as: JP2007189896A

Description

本発明は、電気車制御装置に関する。 The present invention relates to an electric vehicle control device.

架線からの単相交流を受電し、主電動機を駆動するためのコンバータおよびインバータ
をなどの主変換装置備えた交流電車において、架線電圧が上昇すると、コンバータの出力
電圧が飽和し、架線電流の歪みが増加したり、架線過電圧による保護動作により運転停止
する場合がある。また、逆に、架線電圧が低下した場合には、コンバータはインバータに
同一電力を供給するため有効電流を増加させるが、これがコンバータの電流容量を越えた
場合には、電流制限がかかり、主電動機のトルクが低減される。このため、加減速度が所
定値より低下し、運行ダイヤを乱す恐れがある。 In an AC train equipped with a main converter such as a converter and inverter for receiving single-phase AC from the overhead line and driving the main motor, if the overhead line voltage rises, the output voltage of the converter is saturated and the overhead line current is distorted. May increase, or the operation may be stopped due to a protective operation caused by overhead line overvoltage. Conversely, when the overhead line voltage decreases, the converter increases the effective current because it supplies the same power to the inverter. However, if this exceeds the current capacity of the converter, the current is limited and the main motor Torque is reduced. For this reason, there is a possibility that the acceleration / deceleration will be lower than a predetermined value and disturb the operation schedule.

この問題に対処するために、架線電圧の変動が抑制される方向に、無効電力や力率を調
整することが特許文献１に開示されている。 In order to cope with this problem, Patent Document 1 discloses that reactive power and power factor are adjusted in a direction in which fluctuations in overhead line voltage are suppressed.

しかしながら、交流電車の一編成中に、複数台の主変換装置を備える場合、それぞれ
の主変換装置がそれぞれに応じた検出した架線電圧や主電動機の電力に応じて無効電流や
力率を制御すると、検出系の差異や制御方法の差異により、無効電流の補正量がアンバラ
ンスする場合がある。近年の交流電車では、主変換装置にＰＷＭコンバータが用いられ
るが、このＰＷＭ制御のため架線電圧にＰＷＭリプルが重畳する。このため正確にその基
本波電圧を抽出するのは困難であり、電圧検出系としての誤差は大きい。また、架線電圧
は定格２０ｋＶ〜２５ｋＶと高電圧であり絶縁の困難性から検出機器のコスト・サイズ・
重量が大きくなる。一方、主変圧器を介して、低圧化された電圧は概ね架線電圧を反映し
ており、架線電圧に等価な信号として用いられる場合が多い。しかしながら、この主変圧
器の巻線は、編成内の制御電源や蛍光灯・空調機器・ファン・ブロアなどの負荷電源のた
めの巻線と共有される場合があり、負荷に応じて、検出点電圧は変動する。よって、主変
換装置毎に検出された架線電圧は、かならずしも、同一の値を示さない。 However, when a plurality of main converters are provided during the formation of an AC train, if each main converter controls the reactive current and power factor according to the detected overhead line voltage and the power of the main motor, The correction amount of the reactive current may be unbalanced due to a difference in detection system or a difference in control method. In recent AC trains, a PWM converter is used as the main converter, but a PWM ripple is superimposed on the overhead line voltage for this PWM control. Therefore, it is difficult to accurately extract the fundamental voltage, and the error as the voltage detection system is large. Also, the overhead wire voltage is a high voltage of 20kV to 25kV, and the cost, size,
Increases weight. On the other hand, the voltage reduced through the main transformer generally reflects the overhead line voltage and is often used as a signal equivalent to the overhead line voltage. However, the windings of this main transformer may be shared with the control power supplies in the train and the windings for load power supplies such as fluorescent lamps, air conditioners, fans, blowers, etc. The voltage varies. Therefore, the overhead line voltage detected for each main converter does not necessarily show the same value.

上記の無効電流のアンバランスとは、ある主変換装置では大きな無効電流を流がしている
のに対し、ある主変換装置では小さい無効電流を流す、あるいは、逆向きの無効電流を流
す場合も考えられる。このように特定の主変換装置で大きな無効電流を流した場合、上述
のように電流制限にかかり、トルクが制限される。 The above reactive current imbalance means that a large reactive current flows in a main converter, while a small reactive current flows in a main converter, or a reverse reactive current flows. Conceivable. As described above, when a large reactive current flows in a specific main converter, the current is limited as described above, and the torque is limited.

また、交流電車の架線に流れる電流（厳密にはレールに流れる電流で帰線電流と呼ばれ
る）の高周波成分は、信号機器への信号として用いられており、主変換装置から流れる帰
線電流高調波には規定値が設けられている。前述のＰＷＭ制御方式のコンバータでは、キ
ャリア周波数成分の高調波が多く生じ、前記規定に影響を及ぼす。よって、同成分を打ち
消すため、編成内にある主変換装置のコンバータのキャリア位相差を、故意にずらす位相
差運転を実施して効果を得ている。この位相差運転は、すべてのコンバータが同一の電
流を流すことが理想的であり、主変換装置に電流アンバランスがあると、高調波の相殺効
果は低減する。すなわち、前記の無効電流のアンバランスによって、厳密な位相差運転
ができず、帰線高調波が増加し、各種の信号機器に影響を与える恐れがある。
特開平０８−０８４４０３号公報特開２００３−１９９３５４号公報 In addition, the high-frequency component of the current that flows in the overhead line of the AC train (strictly, the current that flows in the rail is called the return current) is used as a signal to the signal equipment, and the return current harmonic that flows from the main converter Has a prescribed value. In the PWM control system converter described above, many harmonics of the carrier frequency component are generated, which affects the above-mentioned regulation. Therefore, in order to cancel the same component, an effect is obtained by performing a phase difference operation that intentionally shifts the carrier phase difference of the converter of the main converter in the knitting. In this phase difference operation, it is ideal that all the converters pass the same current, and if the main converter has a current imbalance, the harmonic canceling effect is reduced. That is, due to the imbalance of the reactive current, a strict phase difference operation cannot be performed, and the return harmonics increase, which may affect various signal devices.
Japanese Patent Laid-Open No. 08-084403 JP 2003-199354 A

そこで、本発明は、各主変換装置毎の補償のアンバランスを低減できる電気車制御装置を
提供することを目的とする。 Accordingly, an object of the present invention is to provide an electric vehicle control device that can reduce the unbalance of compensation for each main converter.

上記目的は、架線に主変圧器を介して接続されたコンバータと、当該コンバータの直流側
にフィルタコンデンサを介して接続され主電動機を駆動するＶＶＶＦインバータとから構
成される主変換装置が複数台搭載される電気車制御装置において、前記主変換装置は、前
記コンバータの交流側の電流を検出する電流検出手段と、前記フィルタコンデンサ電圧が
所定値となるように演算された電流指令値と、前記電流検出手段により検出された電流値
が一致するように、コンバータ出力電圧を制御する電圧制御手段と、前記架線の電圧を検
出する電圧検出手段と、当該検出された架線電圧に基づき無効電流の指令を演算する無効
電流指令演算手段と、当該無効電流指令値に基づき前記電流指令値を補正する手段とを有
し、前記無効電流指令演算手段において、入出力利得の低周波数域のゲインが有限である
ことにより達成できる。

The above object is configured from a converter connected via a main transformer to the overhead line, a VVVF inverter for driving the connected main motor to the DC side of the converter via a filter capacitor
In the electric vehicle control device in which a plurality of main converters are mounted, the main converter includes a current detection means for detecting a current on the AC side of the converter, and the filter capacitor voltage becomes a predetermined value. Voltage control means for controlling the converter output voltage, voltage detection means for detecting the voltage of the overhead wire, and voltage detection means for detecting the voltage of the overhead wire so that the calculated current command value and the current value detected by the current detection means match. Yes and reactive current command calculating means for calculating a command for reactive current based on the overhead wire voltage, and means for correcting the current command value based on the reactive current command value
In the reactive current command calculation means, this can be achieved because the gain in the low frequency region of the input / output gain is finite.

本発明により、各主変換装置毎の補償のアンバランスを低減できる電気車制御装置を提
供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide an electric vehicle control device that can reduce the unbalance of compensation for each main converter.

（第１の実施の形態）
本発明に基づく第１の実施の形態の電気車制御装置について、図を参照し詳細に説明す
る。図１は、本発明に基づく第１の実施の形態の電気車制御装置の概略構成を示すブロッ
ク図である。図２は、本発明に基づく第１の実施の形態の電気車制御装置におけるコンバ
ータ制御部の構成図である。 (First embodiment)
An electric vehicle control apparatus according to a first embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of an electric vehicle control apparatus according to a first embodiment based on the present invention. FIG. 2 is a configuration diagram of a converter control unit in the electric vehicle control apparatus of the first embodiment based on the present invention.

本発明に基づく第１の実施の形態の電気車制御装置において、架線１とレール３には、
単相交流が変電所（図示しない）より給電されている。架線１よりパンタグラフ２で集電
し、３つの巻線を有した主変圧器５を介して、コンバータ１１が接続される。コンバータ
１１の直流側には、平滑のためのフィルタコンデンサ１２と主電動機１５を駆動するＶＶ
ＶＦインバータ１４が接続される。コンバータ制御部１６は、電圧検出器１３によって検
出されるフィルタコンデンサ電圧Ｖｄｃ1が所定値となるように、電流検出器９によって
検出された交流側電流や主変圧器の第３巻線８に備えられた電圧検出器の出力,架線電圧
制御部１７により算出された無効電流振幅指令ＩＱＡ*に基づき、コンバータ１１を制御
するものである。 In the electric vehicle control apparatus according to the first embodiment of the present invention, the overhead wire 1 and the rail 3 include
Single-phase alternating current is fed from a substation (not shown). A current is collected by the pantograph 2 from the overhead line 1, and a converter 11 is connected through a main transformer 5 having three windings. On the DC side of the converter 11, a smoothing filter capacitor 12 and VV for driving the main motor 15 are provided.
A VF inverter 14 is connected. The converter control unit 16 is provided in the AC side current detected by the current detector 9 and the third winding 8 of the main transformer so that the filter capacitor voltage Vdc1 detected by the voltage detector 13 becomes a predetermined value. The converter 11 is controlled based on the output of the voltage detector and the reactive current amplitude command IQA * calculated by the overhead wire voltage control unit 17.

このように構成された第１の実施形態の電気車制御装置におけるコンバータ制御の詳細
を図２に示す。コンバータ制御部１６への入力は、コンバータの交流側電流である出力電
流Ｉｓと、フィルタコンデンサ電圧Ｖｄｃと、主変圧器５の第３巻線の電圧である３次電
圧Ｖｓ、無効電流振幅指令ＩＱＡ*である。３次電圧は、架線電圧の代替として用いられ
るものであり、主変圧器５の第１巻線電圧である１次電圧を検出したものであってもかま
わない。 FIG. 2 shows details of converter control in the electric vehicle control apparatus of the first embodiment configured as described above. The input to the converter control unit 16 is an output current Is that is an AC side current of the converter, a filter capacitor voltage Vdc, a tertiary voltage Vs that is a voltage of the third winding of the main transformer 5, and a reactive current amplitude command IQA. * The tertiary voltage is used as an alternative to the overhead line voltage, and may be a voltage detected from the primary voltage that is the first winding voltage of the main transformer 5.

このように構成されたコンバータ制御部１６において、ゼロクロス検知部２７では、架
線電圧に相当する３次電圧Ｖｓに基づきにそのゼロクロスを検知する。位相同期制御部２
８は、架線電圧のゼロクロス点より、制御上の架線電圧位相θｓを算出する。ここに位相
θｓのゼロ点は、架線電圧のゼロクロス点であると定義する。電圧制御部１９には、減算
器１８の出力であるフィルタコンデンサ電圧Ｖｄｃとその目標値である直流電圧指令Ｖｄ
ｃ*との偏差が入力され、その偏差が零となるように前記の架線電圧位相θｓに基づき、
コンバータの有効電流指令値ＩＰ*を演算する。また、無効電流指令演算部２５には、架
線電圧位相θｓと外部入力で別途記述する無効電流振幅指令ＩＱＡ*が入力され、無効電
流指令値ＩＱ*を演算出力する。加算器２０に起いて、前記有効電流指令ＩＰ*と無効電流
指令ＩＱ*とを加算して、コンバータ出力電流指令Ｉｓ*を算出する。これらの関係は、数
１のようになる。同式において、前記電圧制御部１９にはＰＩ制御器を用いた場合である
。右辺第１項が有効電流指令、第２項が無効電流指令である。

In the converter control unit 16 configured as described above, the zero cross detection unit 27 detects the zero cross based on the tertiary voltage Vs corresponding to the overhead wire voltage. Phase synchronization controller 2
8 calculates a control overhead line voltage phase θs from the zero cross point of the overhead line voltage. Here, the zero point of the phase θs is defined as the zero cross point of the overhead wire voltage. The voltage control unit 19 includes a filter capacitor voltage Vdc that is an output of the subtracter 18 and a DC voltage command Vd that is a target value thereof.
The deviation from c * is input and based on the overhead line voltage phase θs so that the deviation becomes zero,
The effective current command value IP * of the converter is calculated. The reactive current command calculation unit 25 receives the overhead voltage phase θs and a reactive current amplitude command IQA * which is separately described by an external input, and calculates and outputs a reactive current command value IQ *. In the adder 20, the active current command IP * and the reactive current command IQ * are added to calculate the converter output current command Is *. These relationships are as shown in Equation 1. In this equation, the voltage controller 19 uses a PI controller. The first term on the right side is the active current command, and the second term is the reactive current command.

電流制御部２２では、数１で演算された出力電流指令値Ｉｓ*に、検出された出力電流
が一致するように、数２のように出力電圧補正量Ｖｃcmpを算出する。

The current control unit 22 calculates the output voltage correction amount Vccmp as shown in Equation 2 so that the detected output current matches the output current command value Is * calculated in Equation 1.

また、架線電圧のフィードフォワード項ＶｓＦＦを電源電圧ＦＦ演算部２６にて数３の
ように算出する。ここにＶｓ*は、架線定格電圧のコンバータ交流側への換算値である。

Further, the feedforward term VsFF of the overhead wire voltage is calculated by the power supply voltage FF calculator 26 as shown in Equation 3. Here, Vs * is a conversion value of the rated voltage of the overhead wire to the converter AC side.

加算器２３において、架線電圧フィードフォワード項ＶｓＦＦと出力電圧補正量Ｖｃｃ
ｍｐとを加算することで、コンバータの出力電圧指令値Ｖｃ*が算出できる。ＰＷＭ制御
２４は、コンバータの出力電圧指令値Ｖｃ*に一致した出力電圧が得られるように、コン
バータ１１へのゲートを三角波比較ＰＷＭ制御等により生成する。 In the adder 23, the overhead wire voltage feed-forward term VsFF and the output voltage correction amount Vcc
By adding mp, the output voltage command value Vc * of the converter can be calculated. The PWM control 24 generates a gate to the converter 11 by triangular wave comparison PWM control or the like so that an output voltage that matches the output voltage command value Vc * of the converter is obtained.

尚図１では、二つの主変換装置を記載しているが、交流電車の一編成中には、複数の主
変換装置が備わる場合があるため、特に２つに限定するものではない。また、パンタグラ
フは共通としてあるが、別個な構成であってもかまわない。 In FIG. 1, two main conversion devices are described. However, there are cases where a plurality of main conversion devices are provided during the formation of an AC train, and the number is not particularly limited to two. Moreover, although the pantograph is common, it may be a separate configuration.

電圧検出器１０で検出された主変圧器５の第３巻線の電圧Ｖｓ1は、実効値演算部39に
よって、その実効値Ｖｓ1Ｒｍｓを演算出力する。架線電圧制御部１７では、３次電圧実
効値Ｖｓ1Rmsに応じて、例えば、数４のように、無効電流の振幅指令ＩＱＡ*を算出する
。ここに、Ｖｓ３Rｍｓ*は、架線定格電圧実効値の３次電圧換算値である。

The effective value calculator 39 calculates and outputs the effective value Vs1Rms of the voltage Vs1 of the third winding of the main transformer 5 detected by the voltage detector 10. The overhead wire voltage control unit 17 calculates the reactive current amplitude command IQA *, for example, as shown in Equation 4, in accordance with the tertiary voltage effective value Vs1Rms. Here, Vs3Rms * is a tertiary voltage conversion value of the overhead wire rated voltage effective value.

架線電圧制御部１７の出力である無効電流振幅指令ＩＱＡ*は、二つの主変換装置のコン
バータ制御部１６に共通に入力される。 The reactive current amplitude command IQA *, which is the output of the overhead wire voltage control unit 17, is commonly input to the converter control unit 16 of the two main converters.

このように構成された電気車制御装置において、それぞれの主変換装置では、それぞれ
のフィルタコンデンサ電圧Ｖｄｃがその目標電圧Ｖｄｃ*と一致するように、コンバータ
出力電流のうち、それぞれの有効電流を制御する。一方、架線電圧の変動を抑制するよう
に、架線電圧制御部１７により、無効電流指令が演算され、各主変換装置に共通の指令値
が与えられる。 In the electric vehicle control apparatus configured as described above, each main converter controls each effective current of the converter output current so that each filter capacitor voltage Vdc matches the target voltage Vdc *. . On the other hand, the reactive voltage command is calculated by the overhead wire voltage control unit 17 so as to suppress the fluctuation of the overhead wire voltage, and a common command value is given to each main converter.

よって、唯一の架線電圧を制御するため、唯一の架線電圧制御部が存在し、唯一の無効
電流指令を演算する。各主変換装置は、唯一の無効電流指令に一致する電流が流れるよう
に作用するため、主変換装置間で無効電流がアンバランスする状態を極力回避することが
できる。 Therefore, in order to control only one overhead line voltage, there exists only one overhead line voltage control part, and the only reactive current command is calculated. Since each main converter acts so that a current corresponding to the only reactive current command flows, it is possible to avoid a state where the reactive current is unbalanced between the main converters as much as possible.

これにより、コンバータ電流制限による主電動機のトルク低下や帰線電流高調波の増大
を回避することを可能になる。また、従来のように、各主変換装置内に架線電圧制御部を
有する構成の場合、数４のゲインＫｐが高い場合、主変換装置間で無効電流制御が干渉し
、不安定化を引き起こす恐れもある。本実施の形態では、編成で架線電圧制御部は唯一で
あるため、制御干渉を引き起こすことなく、安定な架線電圧を維持できる。 Thereby, it is possible to avoid a decrease in torque of the main motor and an increase in the return current harmonic due to the converter current limitation. Further, in the case of a configuration having an overhead wire voltage control unit in each main converter as in the conventional case, if the gain Kp of Equation 4 is high, reactive current control may interfere between the main converters, leading to instability. There is also. In the present embodiment, since the overhead wire voltage control unit is unique in the formation, a stable overhead wire voltage can be maintained without causing control interference.

なお、本実施の形態では、主変換装置で用いる架線電圧と、架線電圧の安定化制御のた
めに用いる架線電圧を同一点から検出した構成であるが、別な検出点を別な検出器で検出
しても問題ない。 In this embodiment, the overhead line voltage used in the main converter and the overhead line voltage used for stabilization control of the overhead line voltage are detected from the same point, but different detection points are detected by different detectors. There is no problem even if it is detected.

このように構成された電気車制御装置は、各主変換装置毎の補償のアンバランスを低減
できる。 The electric vehicle control device configured as described above can reduce compensation imbalance for each main converter.

（第２の実施の形態）
本発明に基づく第２の実施の形態の電気車制御装置について、図を参照し詳細に説明す
る。図３は、本発明に基づく第２の実施の形態の電気車制御装置の概略構成を示すブロッ
ク図である。尚、図１及び図２に記載したものと構造上同一のものについては同符号を付
して説明を省略する。尚、本発明に基づく第２の実施の形態の電気車制御装置は、第１の
実施の形態の電気車制御装置とは、架線電圧制御部の構成位置が異なる。 (Second Embodiment)
An electric vehicle control apparatus according to a second embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 3 is a block diagram showing a schematic configuration of the electric vehicle control device of the second embodiment based on the present invention. The same structural elements as those shown in FIGS. 1 and 2 are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted. In addition, the electric vehicle control apparatus of 2nd Embodiment based on this invention differs in the structure position of an overhead wire voltage control part from the electric vehicle control apparatus of 1st Embodiment.

本発明に基づく第２の実施の形態の電気車制御装置において、架線電圧制御部１７は、
各コンバータ制御部１６にそれぞれ設けられている。すなわち、コンバータ制御部１６を
構成する一要素と考えている（特に図示しない）。 In the electric vehicle control apparatus of the second embodiment based on the present invention, the overhead wire voltage control unit 17 is
Each converter control unit 16 is provided. That is, it is considered as one element constituting the converter control unit 16 (not particularly shown).

このように構成された電気車制御装置は、一つの主変圧器６の第３巻線８の３次電圧Ｖｓ
1を検出し、実効値演算部３９において、架線電圧実効値を演算している。この唯一の架
線電圧実効値を、各架線電圧制御部１７へと入力している。ここで、架線電圧制御部１７
の制御方法は、定常特性、過渡特性を含め、全く同一の特性となるようにする。 The electric vehicle control apparatus configured as described above is configured such that the tertiary voltage Vs of the third winding 8 of one main transformer 6 is obtained.
1 is detected, and the effective value calculator 39 calculates the effective value of the overhead wire voltage. This only overhead wire voltage effective value is input to each overhead wire voltage control unit 17. Here, the overhead wire voltage control unit 17
In this control method, the characteristics including the steady characteristics and the transient characteristics are made to be exactly the same.

以上の構成では、検出演算された架線電圧実効値は唯一のものであり、各主変換装置に
備わる架線電圧制御部１７の特性は等しいことから、各主変換装置の無効電流指令は同一
となる。よって、第１の実施の形態の電気車制御装置と同様な作用効果を得ることができ
る。 In the above configuration, the detected overhead voltage effective value is unique, and the characteristics of the overhead line voltage control unit 17 provided in each main converter are the same. Therefore, the reactive current command of each main converter is the same. . Therefore, the same effect as the electric vehicle control device of the first embodiment can be obtained.

このように構成された電気車制御装置は、第１の実施の形態の電気車制御装置と比べ，
架線電圧制御部１７が分散配置された点に特徴がある。すなわち、第１の実施の形態の電
気車制御装置では、架線電圧制御部１７は、主電動機を駆動するための前記主変換装置、
あるいは、その上位指令として編成としての情報制御を司る車両情報制御装置の一部とし
て構成されるにしても、車両で唯一の制御部となる。よって、その機器が故障等により動
作停止した場合、編成としての架線電圧の安定化の機能を喪失する。一方、第２の実施の
形態の電気車制御装置では、架線電圧制御部１７を各主変換装置に分散配置していること
で、特定機器への依存性が低減され、システムの信頼性を向上させることができる。 The electric vehicle control device configured as described above is compared with the electric vehicle control device of the first embodiment.
It is characterized in that the overhead line voltage control units 17 are distributed. That is, in the electric vehicle control device according to the first embodiment, the overhead wire voltage control unit 17 is configured such that the main conversion device for driving the main motor,
Alternatively, even if it is configured as a part of a vehicle information control apparatus that manages information control as knitting as its higher order command, it is the only control unit in the vehicle. Therefore, when the operation of the equipment is stopped due to a failure or the like, the function of stabilizing the overhead line voltage as a formation is lost. On the other hand, in the electric vehicle control device according to the second embodiment, the overhead wire voltage control unit 17 is distributed in each main conversion device, thereby reducing the dependency on specific equipment and improving the reliability of the system. Can be made.

（第３の実施の形態）
本発明に基づく第３の実施の形態の電気車制御装置について、図を参照し詳細に説明する
。図４は、本発明に基づく第３の実施の形態の概略構成を示すブロック図である。尚、
図１乃至図３に記載したものと構造上同一のものについては同符号を付して説明を省略す
る。本発明に基づく第３の実施の形態の電気車制御装置は、第２の実施の形態の電気車制
御装置とは、架線電圧制御部への入力が異なる。 (Third embodiment)
An electric vehicle control apparatus according to a third embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 4 is a block diagram showing a schematic configuration of the third embodiment based on the present invention. still,
The same structural elements as those shown in FIGS. 1 to 3 are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted. The electric vehicle control device of the third embodiment based on the present invention is different from the electric vehicle control device of the second embodiment in input to the overhead line voltage control unit.

本発明に基づく第２の実施の形態の電気車制御装置では、各主変換装置に備わる架線電圧
制御部１７への入力電圧は、唯一の電圧検出器によって検出された架線電圧に基づくもの
であった。一方、本発明に基づく第３の実施の形態の電気車制御装置では、二つの電圧検
出器１０によって検出された架線電圧をそれぞれの主変換装置に備わる実効値演算部３９
によって架線電圧実効値を演算し、その二つの架線電圧実効値を平均電圧演算部２９に入
力している。平均電圧演算部２９では、二つの架線電圧実効値に基づき平均値を求め、そ
れぞれの架線電圧制御部１７へと出力している。 In the electric vehicle control apparatus according to the second embodiment of the present invention, the input voltage to the overhead line voltage control unit 17 provided in each main converter is based on the overhead line voltage detected by a single voltage detector. It was. On the other hand, in the electric vehicle control device according to the third embodiment of the present invention, the overhead line voltage detected by the two voltage detectors 10 includes the effective value calculation unit 39 provided in each main converter.
The overhead wire voltage effective value is calculated by, and the two overhead wire voltage effective values are input to the average voltage calculation unit 29. The average voltage calculation unit 29 obtains an average value based on the two overhead wire voltage effective values and outputs the average value to each overhead wire voltage control unit 17.

このように構成された電気車制御装置は、複数の架線電圧検出値より平均電圧を求め、
その唯一の電圧値に基づき各架線電圧制御部１７は無効電流指令値を演算する。よって、
第２の実施の形態の電気車制御装置と同様な作用効果を得る。更に、第２の実施の形態の
電気車制御装置では、特定の電圧検出器の出力を用いるため、それが故障等により動作停
止した場合、編成としての架線電圧の安定化の機能を喪失する。一方、本実施の形態の電
気車制御装置では、複数の電圧検出器１０から得られた情報に基づくため、ある一つの電
圧検出器１０が異常でありその誤差が大きくとも平均電圧への影響は小さい。また、異常
の見られる電圧検出器１０を切り離しても、架線電圧制御への影響はない。すなわち、シ
ステムの信頼性が向上できる。 The electric vehicle control device configured as described above obtains an average voltage from a plurality of overhead line voltage detection values,
Each overhead line voltage control unit 17 calculates a reactive current command value based on the only voltage value. Therefore,
The same effects as those of the electric vehicle control apparatus of the second embodiment are obtained. Furthermore, in the electric vehicle control apparatus of the second embodiment, since the output of a specific voltage detector is used, when the operation is stopped due to a failure or the like, the function of stabilizing the overhead line voltage as a knitting is lost. On the other hand, in the electric vehicle control apparatus of the present embodiment, since it is based on information obtained from a plurality of voltage detectors 10, even if a certain voltage detector 10 is abnormal and the error is large, the influence on the average voltage is not affected. small. Moreover, even if the voltage detector 10 in which abnormality is seen is disconnected, there is no influence on the overhead line voltage control. That is, the reliability of the system can be improved.

このように構成された電気車制御装置において、平均電圧演算部２９には、各主変換装
置に備わる実効値演算部３９で演算された架線電圧実効値が入力される。この平均電圧演
算部２９が、主変換装置外に置かれるとすれば、主変換装置との間でしかるべき伝送手段
で情報を伝送する必要がある。しかしながら、架線電圧が５０Ｈｚあるいは６０Ｈｚの交
流であるのに対し、伝送処理間隔は数ｍｓというオーダーである。また、架線電圧周波数
と同期がとれているとも限らない。よって、データのサンプリングにより、直流を含む低
周波誤差が伝送される架線電圧情報として重畳する可能性が高い。しかし、本実施の形態
の電気車制御装置によれば、主変換装置内にて実効値演算まで行い、これを伝送するため
、低周波成分が重畳する要因を排除することができる。これにより、無効電流補償量に低
周波の擾乱を引き起こすことなく、安定した補償を可能にすることができる。 In the electric vehicle control device configured as described above, the average voltage calculation unit 29 receives the overhead wire voltage effective value calculated by the effective value calculation unit 39 provided in each main converter. If this average voltage calculation unit 29 is placed outside the main converter, it is necessary to transmit information to and from the main converter using appropriate transmission means. However, while the overhead line voltage is AC of 50 Hz or 60 Hz, the transmission processing interval is on the order of several ms. Moreover, it is not necessarily synchronized with the overhead line voltage frequency. Therefore, it is highly possible to superimpose low frequency errors including direct current as overhead voltage information to be transmitted by sampling data. However, according to the electric vehicle control device of the present embodiment, the effective value calculation is performed in the main converter, and this is transmitted, so that the cause of the superposition of the low frequency components can be eliminated. Thereby, stable compensation can be made possible without causing a low-frequency disturbance in the reactive current compensation amount.

（第４の実施の形態）
本発明に基づく第４の実施の形態の電気車制御装置について、図を参照し詳細に説明す
る。図５は、本発明に基づく第４の実施の形態の概略構成を示すブロック図である。尚
、図１乃至図４に記載したものと構造上同一のものについては、同符号を付して説明を省
略する。 (Fourth embodiment)
An electric vehicle control apparatus according to a fourth embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 5 is a block diagram showing a schematic configuration of the fourth embodiment according to the present invention. Components identical in structure to those described in FIGS. 1 to 4 are designated by the same reference numerals and description thereof is omitted.

本発明に基づく第４の実施の形態の電気車制御装置は、第１の実施の形態の電気車制御装
置とは、エネルギー蓄積変換部３４があること、架線電圧制御部１７の出力が主変換装置
のコンバータ制御部に作用するのでなく、エネルギー蓄積変換部３４の第２コンバータ制
御部３７へと作用する点で異なる。 The electric vehicle control device of the fourth embodiment based on the present invention is different from the electric vehicle control device of the first embodiment in that there is an energy storage conversion unit 34 and the output of the overhead wire voltage control unit 17 is the main conversion. The difference is that it does not act on the converter control unit of the apparatus but acts on the second converter control unit 37 of the energy storage conversion unit 34.

本発明に基づく第４の実施の形態の電気車制御装置において、主変換装置は、図１に示
した第１の実施の形態の電気車制御装置における主変換装置と同様な構成と作用をもつ。 In the electric vehicle control apparatus of the fourth embodiment based on the present invention, the main converter has the same configuration and operation as the main converter in the electric vehicle control apparatus of the first embodiment shown in FIG. .

ただし、架線電圧制御部１７の出力である無効電流振幅指令ＩＱＡ*は、図２に示すコン
バータ制御部１６へと作用していない。 However, the reactive current amplitude command IQA * that is the output of the overhead wire voltage control unit 17 does not act on the converter control unit 16 shown in FIG.

本発明に基づく第４の実施の形態の電気車制御装置は、エネルギー蓄積変換部３４が備
える事を特徴の１つとしている。エネルギー蓄積変換部３４は、第２コンバータ３６、エ
ネルギー蓄積部３５、第２コンバータ制御部３７から成る。第２コンバータ３６は、コン
バータ１１と同構成であり、単相で４象限動作が可能なフルブリッジコンバータである。 The electric vehicle control device of the fourth embodiment based on the present invention is characterized in that the energy storage conversion unit 34 is provided. The energy storage conversion unit 34 includes a second converter 36, an energy storage unit 35, and a second converter control unit 37. The second converter 36 has the same configuration as the converter 11 and is a full-bridge converter capable of single-phase, four-quadrant operation.

第２コンバータ３６の直流側には、エネルギーを蓄積可能なエネルギー蓄積部３５が接続
される。エネルギー蓄積部３５としては、電気２重層コンデンサやバッテリ、あるいは通
常のコンデンサであってもよい。 An energy storage unit 35 capable of storing energy is connected to the DC side of the second converter 36. The energy storage unit 35 may be an electric double layer capacitor, a battery, or a normal capacitor.

図６は、第２コンバータ３６のゲートＧａｔｅ３を制御する第２コンバータ制御部３７
の詳細ブロックである。図２で示したコンバータ制御部１６の構成と同一である。ただし
、電流指令Ｉｓ３*は、無効電流指令ＩＱ３*であり、有効電流指令は加算されていない。 FIG. 6 shows a second converter control unit 37 that controls the gate Gate 3 of the second converter 36.
It is a detailed block. The configuration is the same as that of the converter control unit 16 shown in FIG. However, the current command Is3 * is the reactive current command IQ3 *, and the active current command is not added.

このように構成された電気車制御装置において、第２コンバータの制御部３７は、コン
バータ制御部１６と等価であることから、電流指令Ｉｓ３*に一致した電流Ｉｓ３を流す
ことができる。ここで、架線電圧制御部１７によって演算された無効電流指令が第２コン
バータ制御部３７の指令値であるため、エネルギー蓄積変換部３４によって、架線電圧の
変動を抑制することが可能である。 In the electric vehicle control device configured as described above, the control unit 37 of the second converter is equivalent to the converter control unit 16, and therefore can pass the current Is3 that matches the current command Is3 *. Here, since the reactive current command calculated by the overhead wire voltage control unit 17 is the command value of the second converter control unit 37, the energy storage conversion unit 34 can suppress fluctuations in the overhead wire voltage.

また、本実施の形態によれば、２組の主変換装置は、いずれも、無効電流制御を行わず
、唯一の別途設けられたエネルギ−蓄積変換装置がその機能をはたす。よって、請求項１
と同様、主変換装置内の無効電流アンバランスという状況は生じない。更に、仮に主変換
装置の無効電流が各装置間でバランスした状況にあっても、無効電流を流すこと自体で、
コンバータの出力電流を増加させる。これは、前述のとおり、コンバータの電流制限によ
る主電動機のトルク低減を引き起こす要因である。本実施の形態では、付属的なエネルギ
ー蓄積変換装置に無効電流を流すため、トルク低減などを引き起こす可能性を排除できる
。 Further, according to the present embodiment, neither of the two sets of main converters performs reactive current control, and only one separately provided energy storage converter performs its function. Therefore, claim 1
As with, the situation of reactive current imbalance in the main converter does not occur. Furthermore, even if the reactive current of the main converter is in a situation where it is balanced among the devices, by passing the reactive current itself,
Increase the output current of the converter. As described above, this is a factor that causes a reduction in torque of the main motor due to current limitation of the converter. In this embodiment, since a reactive current is passed through the attached energy storage conversion device, the possibility of causing torque reduction or the like can be eliminated.

なお、エネルギー蓄積変換装置のエネルギー蓄積部には前述のように電気２重層キャパ
シタやバッテリーを用い、有効電力の蓄積が可能であるようにする利用法が既に技術とし
てある（特許文献２）。ここに本実施の形態の機能を共有させることも可能である。 In addition, as described above, there is already a technique of using an electric double layer capacitor or a battery for the energy storage unit of the energy storage conversion device so that active power can be stored (Patent Document 2). It is also possible to share the function of this embodiment here.

また、本実施の形態のように無効電流だけに限った利用であれば、エネルギー蓄積部とし
て、通常容量のキャパシタで（平均的な有効電力の授受がないため）十分であり、エネル
ギー蓄積変換部のサイズ・重量・コストを低減することが可能である。 Further, if the use is limited to the reactive current only as in the present embodiment, a capacitor having a normal capacity is sufficient as the energy storage unit (because there is no transfer of average active power), and the energy storage conversion unit The size, weight, and cost can be reduced.

このように構成された電気車制御装置は、各主変換装置毎の補償のアンバランスを低減で
きる。 The electric vehicle control device configured as described above can reduce compensation imbalance for each main converter.

（第５の実施の形態）
本発明に基づく第５の実施の形態の電気車制御装置について、図を参照し詳細に説明す
る。図７は、本発明の請求項５に関する第５の実施の形態として、架線電圧制御部１７の
特性に関するものである。尚、図１乃至図６に記載したものと構造上同一のものについて
は、同符号を付して説明を省略する。 (Fifth embodiment)
An electric vehicle control apparatus according to a fifth embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 7 relates to the characteristics of the overhead wire voltage controller 17 as a fifth embodiment relating to claim 5 of the present invention. Note that the same structural elements as those described in FIGS. 1 to 6 are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.

本発明に基づく第５の実施の形態の電気車制御装置は、従来と同様に、交流電車の一編成
中に複数台の主変換装置を備える場合で、それぞれの主変換装置に架線電圧制御部１７を
有し、各々の主変換装置で検出した架線電圧に応じて、無効電流制御を行うものであるが
、架線電圧制御部１７の入出力特性を限定するものである。

The electric vehicle control apparatus according to the fifth embodiment of the present invention is a train of AC trains as in the prior art.
In the case where a plurality of main converters are provided, the overhead voltage controller 17 is provided in each main converter.
The reactive current control is performed according to the overhead line voltage detected by each main converter, but the input / output characteristics of the overhead line voltage control unit 17 are limited.

架線電圧制御部１７には架線電圧に相当する３次電圧Ｖｓ１の実効値Ｖｓ１Ｒｍｓが入
力される。無効電流振幅指令ＩＱＡ1*を出力とする。出力は、入力に基づき数５で演算す
る。ここに、Ｖｓ３*Ｒｍｓは、架線定格電圧の実効値の３次電圧換算値である。

The overhead line voltage control unit 17 receives an effective value Vs1Rms of the tertiary voltage Vs1 corresponding to the overhead line voltage. The reactive current amplitude command IQA1 * is output. The output is calculated by Equation 5 based on the input. Here, Vs3 * Rms is a tertiary voltage converted value of the effective value of the overhead wire rated voltage.

数５は、いわゆるＰＩ制御器に対し、ハイパスフィルタ（s/(s+g)）を組み合わせ、低
周波成分のゲインを低減したものである。図７は、この伝達特性のうち、ゲイン特性を示
している。ハイパスフィルタを組み合わせたため、低周波ゲインが低減し、特に直流成分
が有限となったことが特徴である。 Formula 5 is a so-called PI controller combined with a high-pass filter (s / (s + g)) to reduce the gain of the low frequency component. FIG. 7 shows the gain characteristic among the transfer characteristics. Since the high-pass filter is combined, the low-frequency gain is reduced, and in particular, the DC component is finite.

従来の構成により、無効電流がアンバランスするのは、主に架線電圧実効値の低周波成
分、特に、直流分の誤差分を架線電圧制御部１７で増幅するためである。架線電圧制御部
１７の入出力特性が直流分で無限大のゲインをとるＰＩ制御（厳密にはそのI制御）など
は、実効値の直流分誤差を、時間とともに拡大していくため、ある主変換装置は、プラス
方向に、ある主変換装置はマイナス方向にと、無効電流指令が発散していく。本実施の形
態のように、低周波成分が有限である場合、発散していくような現象を回避することがで
きる。 The reason why the reactive current is unbalanced by the conventional configuration is mainly because the overhead wire voltage control unit 17 amplifies the low frequency component of the overhead wire voltage effective value, in particular, the DC error. The PI control (strictly, I control) in which the input / output characteristics of the overhead wire voltage control unit 17 have an infinite gain with a direct current component increases the effective direct current component error with time. The reactive current command diverges in the positive direction of the conversion device and in the negative direction of a certain main conversion device. As in this embodiment, when the low frequency component is finite, a phenomenon of diverging can be avoided.

（第６の実施の形態）
本発明に基づく第６の実施の形態の電気車制御装置について、図を参照し詳細に説明す
る。図８は、本発明の請求項６に関する第６の実施の形態として、実効値演算部３９への
入力にオフセット調整部３０が存在する。図９は、オフセット調整部３０の構成例を示
すものである。尚、図１乃至図７に記載したものと構造上同一のものについては、同符号
を付して説明を省略する。 (Sixth embodiment)
An electric vehicle control apparatus according to a sixth embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 8 shows a sixth embodiment relating to claim 6 of the present invention, in which an offset adjusting unit 30 is present at the input to the effective value calculating unit 39. FIG. 9 shows a configuration example of the offset adjustment unit 30. The same structural elements as those shown in FIGS. 1 to 7 are designated by the same reference numerals and the description thereof is omitted.

本発明に基づく第５の実施の形態の電気車制御装置において、主変圧器の３次電圧Ｖｓ１
は、切替器３２に入力される。切替器３２は、コンバータ１１への運転指令Ｇｓｔ(Ｇｓ
ｔ=1である場合にコンバータ１１が動作し、Ｇｓｔ=0である場合には動作停止する)を入
力とし、Ｇｓｔ=1である場合、３次電圧Ｖｓ１を出力し、Ｇｓｔ=0である場合、フィルタ
３１の出力である補償電圧Ｖｓ１ｏｆｆｓｅｔを、出力する。フィルタ３１は、低周波成
分だけをとおすローパスフィルタである。減算器３３において，３次電圧Ｖｓ１から補償
電圧Ｖｓ１ｏｆｆｓｅｔを減算し、オフセット調整部３０から出力する。 In the electric vehicle control apparatus of the fifth embodiment based on the present invention, the tertiary voltage Vs1 of the main transformer
Is input to the switch 32. The switch 32 is configured to operate the operation command Gst (Gs
When t = 1, the converter 11 operates, and when Gst = 0, the operation is stopped). When Gst = 1, the tertiary voltage Vs1 is output and Gst = 0. The compensation voltage Vs1offset, which is the output of the filter 31, is output. The filter 31 is a low-pass filter that passes only low frequency components. The subtractor 33 subtracts the compensation voltage Vs1offset from the tertiary voltage Vs1 and outputs the result from the offset adjustment unit 30.

このように構成された電気車制御装置は、コンバータ１１が動作停止(Ｇｓｔ=0)である
場合、架線電圧に相当する３次電圧Ｖｓ１がフィルタ３１に入力され、その低周波数成分
、すなわち、直流分を抽出する。コンバータ１１が運転状態(Ｇｓｔ=1)になると、切替器
３２によって、フィルタ３１への入力は、フィルタ３１の出力となる。すなわち、フィル
タ３１の値は保持される。コンバータ１１が運転停止しているときの直流成分Ｖｓ１ｏｆ
ｆｓｅｔを取得し、コンバータが運転中には、このオフセット分を補償電圧として、検出
値から減算器３３で補償している。すなわち、電圧検出器１０を含む電圧検出系において
重畳する直流分を除去することが可能になる。前述のように、無効電流アンバランスは、
検出された直流電圧の低周波分に起因するものである。よって、検出電圧から直流オフセ
ット分を除去することで、無効電流アンバランスを低減することができる。 In the electric vehicle control apparatus configured as described above, when the converter 11 is stopped (Gst = 0), the tertiary voltage Vs1 corresponding to the overhead line voltage is input to the filter 31, and its low frequency component, that is, the direct current Extract minutes. When the converter 11 is in the operating state (Gst = 1), the input to the filter 31 becomes the output of the filter 31 by the switch 32. That is, the value of the filter 31 is retained. DC component Vs1of when converter 11 is shut down
While the fset is acquired and the converter is in operation, the offset is used as a compensation voltage and compensated by the subtractor 33 from the detected value. That is, it is possible to remove the DC component superimposed in the voltage detection system including the voltage detector 10. As mentioned above, the reactive current imbalance is
This is due to the low frequency component of the detected DC voltage. Therefore, the reactive current imbalance can be reduced by removing the DC offset from the detection voltage.

本発明の第１の実施例を示すブロック図1 is a block diagram showing a first embodiment of the present invention. コンバータ制御部の構成例Configuration example of converter controller 本発明の第２の実施例を示すブロック図Block diagram showing a second embodiment of the present invention 本発明の第３の実施例を示すブロック図The block diagram which shows the 3rd Example of this invention 本発明の第４の実施例を示すブロック図The block diagram which shows the 4th Example of this invention 第２のコンバータ制御部の構成例Configuration example of second converter control unit 本発明の第５の実施例である架線電圧制御系の入出力ゲインを示す図The figure which shows the input / output gain of the overhead wire voltage control system which is the 5th Example of this invention 本発明の第６の実施例を示すブロック図Block diagram showing a sixth embodiment of the present invention 電圧オフセット調整部のブロック図Block diagram of voltage offset adjuster

符号の説明Explanation of symbols

１…架線
２…パンタグラフ
３…レール
４…車輪
５…主変圧器
６…１次巻線
７…２次巻線
８…３次巻線
９…電流検出器
１０…電圧検出器
１１…単相コンバータ
１２…フィルタコンデンサ
１３…電圧検出器
１４…ＶＶＶＦインバータ
１５…主電動機
１６…コンバータ制御部
１７…架線電圧制御部
１８…減算器
１９…直流電圧制御部
２０…加算器
２１…減算器
２２…電流制御部
２３…加算器
２４…ＰＷＭ制御部
２５…無効電流指令演算部
２６…電源電圧ＦＦ演算部
２７…ゼロクロス検知部
２８…位相同期制御部
２９…平均電圧演算部
３０…オフセット調整部
３１…フィルタ
３２…切替器
３３…減算器
３４…エネルギー蓄積変換部
３５…エネルギー蓄積部
３６…第２コンバータ
３７…第２コンバータ制御部
３８…電流検出器
３９…実効値演算部 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Overhead wire 2 ... Pantograph 3 ... Rail 4 ... Wheel 5 ... Main transformer 6 ... Primary winding 7 ... Secondary winding 8 ... Tertiary winding 9 ... Current detector 10 ... Voltage detector 11 ... Single phase converter DESCRIPTION OF SYMBOLS 12 ... Filter capacitor 13 ... Voltage detector 14 ... VVVF inverter 15 ... Main motor 16 ... Converter control part 17 ... Overhead voltage control part 18 ... Subtractor 19 ... DC voltage control part 20 ... Adder 21 ... Subtractor 22 ... Current control Unit 23 ... Adder 24 ... PWM control unit 25 ... Reactive current command calculation unit 26 ... Power supply voltage FF calculation unit 27 ... Zero cross detection unit 28 ... Phase synchronization control unit 29 ... Average voltage calculation unit 30 ... Offset adjustment unit 31 ... Filter 32 ... Switcher 33 ... Subtractor 34 ... Energy storage conversion unit 35 ... Energy storage unit 36 ... Second converter 37 ... Second converter control unit 38 ... Current detector 39 ... RMS calculator

Claims

架線に主変圧器を介して接続されたコンバータと、当該コンバータの直流側にフィルタコ
ンデンサを介して接続され主電動機を駆動するＶＶＶＦインバータとから構成される主変
換装置が複数台搭載される電気車制御装置において、
前記主変換装置は、
前記コンバータの交流側の電流を検出する電流検出手段と、
前記フィルタコンデンサ電圧が所定値となるように演算された電流指令値と、前記電流検
出手段により検出された電流値が一致するように、コンバータ出力電圧を制御する電圧制
御手段と、
前記架線の電圧を検出する電圧検出手段と、
当該検出された架線電圧に基づき無効電流の指令を演算する無効電流指令演算手段と、
当該無効電流指令値に基づき前記電流指令値を補正する手段とを有し、
前記無効電流指令演算手段において、入出力利得の低周波数域のゲインが有限であること
を特徴とする電気車制御装置。 A converter connected via a main transformer to the overhead line, the main variable composed of a VVVF inverter for driving the connected main motor to the DC side of the converter via a filter capacitor
In an electric vehicle control device equipped with a plurality of conversion devices,
The main converter is
Current detecting means for detecting the current on the AC side of the converter;
Voltage control means for controlling the converter output voltage so that the current command value calculated so that the filter capacitor voltage becomes a predetermined value and the current value detected by the current detection means match;
Voltage detecting means for detecting the voltage of the overhead wire;
Reactive current command calculation means for calculating a command of reactive current based on the detected overhead wire voltage;
Means for correcting the current command value based on the reactive current command value ,
The electric vehicle control apparatus according to claim 1, wherein the reactive current command calculation means has a finite gain in the low frequency range of the input / output gain.