JPS6237242A - Highly efficient operating method for pwm regenerative inverter - Google Patents

Abstract

PURPOSE:To keep off any drop in conversion efficiency even in such an acting state as being little in a feeding quantity or a regenerative quantity, by dividing a DC voltage into plural unit inverters in small capacity, controlling it to be a constant voltage, while detecting regenerative or feeding power to be generated in a DC circuit, and converting it into a heteropolar discriminating voltage signal. CONSTITUTION:Divided into plural unit inverters 1-3 in small capacity, a DC voltage is controlled to be a constant voltage V0. This constant voltage is compared with a DC voltage (V) of the inverter and it is converted into a heteropolar discriminating voltage signal capable of discriminating the generation of regenerative power and feeding power by increase or decrease in a transient DC voltage. Motions of each unit inverter is selected and controlled by a voltage signal out of this discriminating voltage signal generator 8 and an AC current detection signal by each of current detectors 21-23 of these unit inverters 1-3. And, according to a feeding quantity and a regenerative quantity, a unit number of these inverters is controlled. Accordingly, in such a state as being little in the feeding power or the regenerative power, a switching loss is reduced so that high conversion efficiency is maintainable.

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の属する技術分野〕 本発明は電鉄用変電所等に設置され回生チョッパ形の電
気車等に直流電力の給電および電気車からの電力の回生
を行うＰＷＭ回生インバータのスイッチング損失低減の
ための高効率運転方法に関する。[Detailed description of the invention] [Technical field to which the invention pertains] The present invention relates to a PWM regenerative inverter that is installed in a substation for electric railways and supplies DC power to a regenerative chopper type electric car and regenerates electric power from the electric car. This invention relates to a high-efficiency operation method for reducing switching loss.

〔従来技術とその問題点〕[Prior art and its problems]

この種のインバータにおいては、カ行運転および回生制
動運転を繰返し行う電気車から回生される電力はインバ
ータの定格容量の１０ないし１５０％くらいの範囲で大
幅に変動するとともＫ、給電する電力も同様に変動する
。ところで、サイリスタ等のスイッチング素子を高い頻
度で開閉制御して直流電圧や周波数等を制御するＰＷＭ
インバータにおいては、スイッチング時に素子に加える
電圧が通流時における素子の順方向電圧降下に比べて著
しく高いために、素子のｐ＋’接合部における発生損失
やＲＣスナバ回路の発生損失、すなわちスイッチング損
失が大きく、かつ供給電力？回生電力が少ない場合でも
このスイッチング損失はほとんど変らないという性質が
ある。したがって、回生インバータを１台の大容量器で
構成した場合には、インパークの供給電力や回生電力が
小さい状態においてもインバータの全負荷損失の２０〜
４０％にも相当するスイッチング損失が発生し、インバ
ータの変換効率が著しく悪くなるという欠点があシ、そ
の改善が求められている。In this type of inverter, the electric power regenerated from an electric vehicle that repeatedly performs continuous operation and regenerative braking operation fluctuates significantly within a range of about 10 to 150% of the inverter's rated capacity, and the same applies to the electric power supplied. It fluctuates. By the way, PWM controls DC voltage, frequency, etc. by frequently opening and closing switching elements such as thyristors.
In an inverter, the voltage applied to the elements during switching is significantly higher than the forward voltage drop of the elements when conducting, so losses generated at the p+' junction of the elements and losses generated in the RC snubber circuit, that is, switching losses. Large and power supply? There is a property that this switching loss hardly changes even when the regenerated power is small. Therefore, when a regenerative inverter is configured with a single large-capacity unit, even when the impark supply power and regenerative power are small, the total load loss of the inverter is
There is a drawback that a switching loss equivalent to 40% occurs and the conversion efficiency of the inverter is significantly deteriorated, and an improvement is required.

〔発明の目的〕[Purpose of the invention]

本発明は前述の状況に鑑みてなされたもので、供給電力
や回生電力が少ない場合にも高効率で運転できるＰＷＭ
回生インバータの高効率運転方法を提供することを目的
とする。The present invention was made in view of the above-mentioned situation, and is a PWM system that can operate with high efficiency even when supplied power or regenerated power is low.
The purpose is to provide a highly efficient operating method for a regenerative inverter.

〔発明の要点〕[Key points of the invention]

本発明は、直流電圧一定制御されるＰＷＭ回生インバー
タの直流負荷回路で回生電力が発生した場合には直流電
圧が過渡的に上昇し、直流負荷回路の負荷電流が増加し
た場合には直流電圧が過渡的に低下することに着目し、
ＰＷＭ回生インバータを小容量の複数のユニットインバ
ータに分割形成して直流電圧を一定電圧制御するととも
に、この一定電圧とインバータの直流（端子）電圧とを
比較して前記過渡的な直流電圧の増加または減少により
回生電力および供給′ば力の発生を弁別できる異なる極
性の弁別電圧信号に変換し、この電圧信号とユニットイ
ンバータそれぞれの父流電流検知信号とにより、ユニッ
トインバータの動作を切換制御するとともに、給電量２
回生量に対応してユニットインバータを台数制御するよ
う構成したことにより、給ｉｔあるいは回生電力が少な
い状態では運転されるユニットインバータの数が減シ、
運転台数の減少に対応してスイッチング損失が減少する
ことＫよシ、高い変換効率を維持できるようにしたもの
である。According to the present invention, when regenerative power is generated in the DC load circuit of a PWM regenerative inverter that is controlled to have a constant DC voltage, the DC voltage increases transiently, and when the load current of the DC load circuit increases, the DC voltage increases. Focusing on the transient decline,
The PWM regenerative inverter is divided into a plurality of small-capacity unit inverters to control the DC voltage at a constant voltage, and this constant voltage is compared with the DC (terminal) voltage of the inverter to detect the transient increase in DC voltage or This voltage signal is converted into a discrimination voltage signal of different polarity that can discriminate between the generation of regenerated power and supply force, and the operation of the unit inverter is switched and controlled using this voltage signal and the father current detection signal of each unit inverter. Power supply amount 2
By controlling the number of unit inverters according to the amount of regeneration, the number of unit inverters being operated is reduced when the supply or regenerative power is low.
In addition to reducing switching loss in response to a reduction in the number of operating units, it is possible to maintain high conversion efficiency.

〔発明の実施例〕[Embodiments of the invention]

以下本発明を一実施例に基づいて説明する。 The present invention will be explained below based on one embodiment.

第１図は本発明の実施例の方法を説明するための回路の
構成図であシ、ＰＷＭ回生インバータを三つのユニット
インバータに分割形成するよう構成した例を示したもの
である。図において、１゜２．３は３分割されたユニッ
トインバータであシ、三相変圧器４を介して供給された
交流電力を一定電圧制御に制御された直流電力に変換す
るコンバータ動作により負荷である回生チョッパー形の
電気車５に給電するとともに、電気車５からの回生電力
を回生インバータ動作にょシ変圧器４側に回生ずるよう
ＰＷＭパルス発生装置１１，１２゜１３の正弦波変調信
号が動作に対応してパルスシフト制御されるよう構成さ
れている。また６はユニットインバータの直流回路に共
通に設けられた電圧検知器、７は一定電圧制御される直
流電圧値ｖｏの設定器、８は電圧検知器乙の検知信号Ｖ
と設定器７の設定電圧ｖＯとを入力信号とする弁別電圧
信号発生回路、９は弁別電圧信号発生回路８の出力弁別
電圧信号Ｖａおよびユニットインバータ１．２．３それ
ぞれの交流回路側に設けられた変流器等の電流検知器２
１．２２．２３の出力検知信号工を入力信号とし、給電
電力量あるいは回生電力量に対応してＰＷＭパルス発生
回路１１゜１２．１３のいずれかにコンバータ動作ある
いは回生インバータ動作を指令する信号を発する台数制
御回路である。FIG. 1 is a circuit configuration diagram for explaining a method according to an embodiment of the present invention, and shows an example in which a PWM regeneration inverter is divided into three unit inverters. In the figure, 1゜2.3 is a unit inverter divided into three parts, which converts the AC power supplied via the three-phase transformer 4 into DC power controlled by constant voltage control. The sine wave modulation signals of the PWM pulse generators 11, 12 and 13 operate to feed power to a certain regenerative chopper type electric car 5 and to regenerate the regenerative power from the electric car 5 to the transformer 4 side when the regenerative inverter operates. The configuration is such that pulse shift control is performed in accordance with. Further, 6 is a voltage detector commonly provided in the DC circuit of the unit inverter, 7 is a setter for a DC voltage value vo that is controlled at a constant voltage, and 8 is a detection signal V of the voltage detector B.
and the set voltage vO of the setting device 7 as input signals, and 9 is provided on the output discrimination voltage signal Va of the discrimination voltage signal generation circuit 8 and the AC circuit side of each of the unit inverters 1, 2, and 3. Current detector 2 such as current transformer
1.22.23 output detection signal is used as an input signal to send a signal that commands converter operation or regenerative inverter operation to either the PWM pulse generation circuit 11 or 12.13 in response to the amount of supplied power or regenerated power. This is a circuit that controls the number of units that emit.

第２図は第１図に示される実施例における弁別電圧信号
発生回路の入力検知信号Ｖ対出力弁別電圧信号Ｖａ％性
線図であシ、設定器７に設定された一定制御される直流
電圧Ｖｏ　　（横軸上）を中心にして電圧検知器乙の出
力検知信号Ｖが回生電力発生時には過渡的に上昇し、給
電電力発生時には減少するのに対応して、弁別電圧信号
発生回路８の出力弁別電圧信号Ｖａは、入力検知信号が
設定電圧ｖＯに等しい場合の零電圧を中心にして回生電
力発生時には正電圧信号を、給電電力増加時には負荷電
圧信号を出力するとともに、その電圧値が回生電流ある
いは給電電流にそれぞれほぼ比例するよう形成されてい
る。FIG. 2 is a graph showing the relationship between the input detection signal V and the output discrimination voltage signal Va% of the discrimination voltage signal generation circuit in the embodiment shown in FIG. In response to the fact that the output detection signal V of voltage detector O rises transiently when regenerative power is generated and decreases when feed power is generated, centering on Vo (on the horizontal axis), the output of the discrimination voltage signal generation circuit 8 The discrimination voltage signal Va is centered around zero voltage when the input detection signal is equal to the set voltage vO, and outputs a positive voltage signal when regenerative power is generated, and a load voltage signal when the supplied power increases, and the voltage value is the same as the regenerative current. Alternatively, they are formed so as to be approximately proportional to the power supply current.

上述のような回路構成において、負荷が軽くユニットイ
ンバータ１がコンバータ動作を行なって電気車５に定電
圧制御された直流電力を供給している状態において、電
気車５側で回生電力が発生したと仮定する。このとき、
回生電力はユニットインバータによって電源側への回生
が阻止されるので直流電圧■は過渡的に上昇し、弁別電
圧信号発生回路８０入力検知信号■が設定電圧ｖＯを超
えるので、弁別電圧信号発生回路８から正極性の弁別電
圧信号Ｖａが出力される。この弁別電圧信号ｖｄを受け
た台数制御回路９は、ユニットインバータ１のＰＷＭパ
ルス発生装置１１に正弦波変調信号のパルスシフトを指
令する信号を出力するととＫｊＤ、ユニットインバータ
１はコンバータ動作から回生インバータ動作に移行し、
回生電力は交流電源側に回生される。まだ、電圧検知器
６が設定値ｖＯを超える検知信号をさらに出力し、かつ
ユニットインバータ１の交流回路側に設けられた電流検
知器２１の出力電流信号工がユニットインバータ１の定
格電流を超えた場合には、台数制御回路９はユニットイ
ンバータ２のＰＷＭパルス発生装置１２を介してユニッ
トインバータ２に回生インバータ動作を指令することＫ
よシ二つのユニットインバータ１および２は定格電流以
下で動作する。次に、回生インバータ動作するユニット
インバータ１および２それぞれの出力電流信号工が定格
電流の二分の一以下に低下した場合には、台数制御回路
９はユニットインバータ２の停止を指令することにより
、ユニットインバータ１のみが回生インバータ動作を行
ない回生電力を交流電源側に回生させる。さらにまた、
電圧検知器６の出力検知信号■が設定値ＶＯ以下に低下
した場合、弁別電圧信号発生回路８は給電を要する負荷
が発生したものと判断して負極性の弁別電圧信号Ｖａを
出力し、台数制御回路９はユニットインバータ１のＰＷ
Ｍパルス発生装置１１に正弦波変調信号のパルスシフト
を指令する信号を出力することにより、ユニットインバ
ータ１は回生インバータ動作からコンバータ動作に移行
し、電気車５に定電圧Ｖｏ　Ｋ制御された直流電力を給
電する。In the circuit configuration as described above, when the load is light and the unit inverter 1 is performing converter operation to supply constant voltage controlled DC power to the electric car 5, if regenerative power is generated on the electric car 5 side. Assume. At this time,
Since the regenerated power is prevented from being regenerated to the power supply side by the unit inverter, the DC voltage ■ rises transiently, and the discrimination voltage signal generation circuit 80 input detection signal ■ exceeds the set voltage vO, so the discrimination voltage signal generation circuit 8 A positive discrimination voltage signal Va is output from the terminal. Upon receiving this discrimination voltage signal vd, the unit number control circuit 9 outputs a signal KjD instructing the PWM pulse generator 11 of the unit inverter 1 to pulse shift the sine wave modulation signal, and the unit inverter 1 changes from converter operation to regenerative inverter move to operation,
The regenerated power is regenerated to the AC power supply side. The voltage detector 6 still outputs a detection signal exceeding the set value vO, and the output current signal of the current detector 21 provided on the AC circuit side of the unit inverter 1 exceeds the rated current of the unit inverter 1. In this case, the number control circuit 9 instructs the unit inverter 2 to perform regenerative inverter operation via the PWM pulse generator 12 of the unit inverter 2.
The two unit inverters 1 and 2 operate below the rated current. Next, when the output current signal of each unit inverter 1 and 2 operating as a regenerative inverter decreases to one-half of the rated current or less, the number control circuit 9 instructs the unit inverter 2 to stop. Only the inverter 1 performs regenerative inverter operation and regenerates regenerative power to the AC power source side. Furthermore,
When the output detection signal ■ of the voltage detector 6 falls below the set value VO, the discrimination voltage signal generation circuit 8 determines that a load requiring power supply has occurred, outputs a negative polarity discrimination voltage signal Va, and The control circuit 9 is the PW of the unit inverter 1.
By outputting a signal instructing a pulse shift of the sine wave modulation signal to the M pulse generator 11, the unit inverter 1 shifts from regenerative inverter operation to converter operation, and supplies electric vehicle 5 with constant voltage Vo K controlled DC power. to supply power.

以上の代表的な動作の説明から明らかなように本方法に
よれば、ユニットインバータの直流電圧の変化を検知し
てユニットインバータにコンバータ動作と回生インバー
タ動作の切換えを指令するとともに、各ユニットインバ
ータの交流電流を検知して給電電流あるいは回生電流の
大きさに対応シュニットインバータを台数制御すること
ができる。したがって、回生インバータを複数のユニッ
トインバータに分割する際、サイリスタの数。As is clear from the description of typical operations above, according to this method, changes in the DC voltage of the unit inverter are detected and the unit inverter is commanded to switch between converter operation and regenerative inverter operation, and each unit inverter is By detecting the alternating current, the number of Schnitt inverters can be controlled according to the magnitude of the power supply current or regenerative current. Therefore, when dividing the regenerative inverter into multiple unit inverters, the number of thyristors.

容量あるいはスナバコンデンサ容量等が分割数に比例し
て減少するよう各構成部品およびインバータの分割数を
選択しておくことにより、ユニットインバータそれぞれ
のスイッチング損失を低減できるので、給ｔＷ力あるい
は回生電力が少ない動作状態においても高い変換効率を
維持させることができる。By selecting the number of divisions of each component and inverter so that the capacitance or snubber capacitor capacity etc. decreases in proportion to the number of divisions, the switching loss of each unit inverter can be reduced, so the supply tW power or regenerative power can be reduced. High conversion efficiency can be maintained even under low operating conditions.

〔発明の効果〕 本発明は前述のように、ＰＷＭ回生インバータを小容量
の複数のユニットインバータに分割形成して直流電圧一
定制御を行うとともに、直流回路に発生した回生電力あ
るいは給電電力を直流電圧の過渡的な変化として検知し
て異極性の弁別電圧信号洸変換し、この弁別電圧信号に
よりユニットインバータの給電１回生動作を切換制御す
るとともに、この弁別電圧信号およびユニットインバー
タの交流電流信号とによりユニットインバータを給１！
量あるいは回生量に対応して台数制御するよう構成した
。その結果、負荷側に発生した給電量あるいは回生量に
対応してコンバータ動作ちるいは回生インバータ動作す
るユニ７トインバークカ台数制御され、運転台数の減少
に伴なってユニットインバータのスイッチング損失を低
減できるので、給電量あるいは回生量に関係なくスイッ
チング損失が発生して給電量あるいは回生量が少ない動
作状態で変換効率が著しく低下するという従来技術の問
題点が排除され、給電量あるいは回生量の少々い動作状
態においても変換効率の著しい低下の無いＰＷＭ回生イ
ンバータの高効率運転方法を提供することができる。[Effects of the Invention] As described above, the present invention divides and forms a PWM regenerative inverter into a plurality of small-capacity unit inverters to perform constant DC voltage control, and converts regenerative power or supplied power generated in a DC circuit into a DC voltage. This discrimination voltage signal is used to switch and control the power supply regeneration operation of the unit inverter, and the discrimination voltage signal and the alternating current signal of the unit inverter Supply 1 unit inverter!
The configuration is such that the number of units can be controlled according to the amount of regeneration or the amount of regeneration. As a result, the number of unit inverters that operate the converter or regenerative inverter is controlled in response to the amount of power supplied or regenerated on the load side, and the switching loss of the unit inverters can be reduced as the number of units in operation decreases. This eliminates the problem of the conventional technology, in which switching loss occurs regardless of the amount of power supplied or regenerated, and the conversion efficiency drops significantly in operating conditions where the amount of power supplied or regenerated is small, and operation with a small amount of power supplied or regenerated is eliminated. It is possible to provide a highly efficient operating method for a PWM regenerative inverter that does not cause a significant drop in conversion efficiency even under the above conditions.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第１図は本発明の詳細な説明するだめの回路の構成図、
第２図は第１図における弁別電圧信号発生回路の人、出
力特性線図である。 １．２．３・・・ユニットインバータ、６・・・電圧検
知器、７・・・設定器、８・・・弁別電圧信号発生回路
、９・・・台数制御回路、１０・・・ＰＶ７Ｍパルス発
生装置、２１．２２．２３・・・電流検知器、■・・・
直流電圧ｌＬｖＯ・・・直流電圧設定値（一定制御電圧
値）、ｖｄ・・・弁別電圧信号、工・・・電流信号。 第２図FIG. 1 is a block diagram of a circuit that does not provide a detailed explanation of the present invention.
FIG. 2 is an output characteristic diagram of the discrimination voltage signal generation circuit in FIG. 1. 1.2.3... Unit inverter, 6... Voltage detector, 7... Setting device, 8... Discrimination voltage signal generation circuit, 9... Number of units control circuit, 10... PV7M pulse Generator, 21.22.23... Current detector, ■...
DC voltage lLvO...DC voltage setting value (constant control voltage value), vd...Discrimination voltage signal, Engineering...Current signal. Figure 2

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] １）直流負荷回路側に配された電気車に直流電力を給電
するコンバータ動作、ならびに電気車からの回生電力を
交流電源側に回生するインバータ動作を行うＰＷＭ回生
インバータにおいて、このＰＷＭ回生インバータを小容
量の複数のユニットインバータに分割形成して直流電圧
一定制御を行うとともに、直流負荷回路側の給電、回生
状態を直流電圧の変化により検知して弁別電圧信号に変
換し、この電圧信号とユニットインバータそれぞれの交
流電流検知信号とによりユニットインバータの動作の切
換、ならびに給電および回生量に相応したユニットイン
バータの台数制御を行うようにしたことを特徴とするＰ
ＷＭ回生インバータの高効率運転方法。1) In a PWM regeneration inverter that performs a converter operation that supplies DC power to an electric car placed on the DC load circuit side and an inverter operation that regenerates regenerated power from the electric car to the AC power source side, this PWM regeneration inverter is In addition to controlling the DC voltage at a constant level by dividing it into multiple unit inverters with different capacities, the power supply and regeneration status on the DC load circuit side is detected by changes in the DC voltage, converted to a discrimination voltage signal, and this voltage signal and the unit inverter are connected to each other. P characterized in that the operation of the unit inverters is switched according to each alternating current detection signal, and the number of unit inverters is controlled in accordance with the amount of power supply and regeneration.
High efficiency operation method of WM regeneration inverter.