CN102470762B - 电气列车推进用电力变换装置 - Google Patents

Abstract

提供一种电气列车推进用电力变换装置，适合于经常使用从逆变器部（30）向蓄电部（50）的电力再生、和从蓄电部（50）向逆变器部（30）的电力供给的用途。具备：由外部被输入电源电压，变换成规定的值的直流并输出的变换器部（10）；连接于变换器部（10）的输出侧，驱动电动机（40）的逆变器部（30）；以及连接于变换器部（10）的输出侧的蓄电部（50），变换器部（10）具备的变换器控制部（14），生成变换器部（10）的电流指令，并且基于该电流指令控制蓄电部（50）的充放电电流。

Description

电气列车推进用电力变换装置

技术领域

本发明涉及用于电气列车的推进控制的电气列车推进用电力变换装置（power converting apparatus）。 

背景技术

通常，电气列车采用以集电装置从架空线获取电力（electric power），使用获取的电力以逆变器（inverter）等的电力变换装置来驱动电动机进行行驶的结构。 

此外，在电气列车中，在对车辆制动时，利用使电动机再生运转而获得制动力的所谓再生制动。这时产生的再生电力经由架空线、第三轨道等向在自车辆附近存在的其他动力运行（power running）的车辆、车辆的空调等的负载供给，在那里被消耗。 

但是，在早晨、夜间、列车的运行列数少的闲散线路区间中，产生在自车辆附近不存在其他车辆（再生负载不足）的情况，存在通过再生制动产生的再生电力不被充分消耗的情况。当自车辆的再生电力与其他车辆消耗的电力相比变大时，架空线电压上升，由于过电压有可能使与架空线连接的各种设备跳闸（trip）、破损。 

因此，在架空线电压上升的情况下，逆变器装置进行缩小再生制动、抑制再生电力的产生的再生缩小控制。这时，通过该再生缩小控制，再生制动力减少，因此减少而不足的制动力以摩擦制动器来补充。 

另一方面，使用摩擦制动器导致将本来能够电力再生的电气列车的运动能量的一部分作为热向大气中废弃，因此从节能性的观点出发存在问题。 

因此，开发了如下系统，在电气列车搭载二次电池、双电层电容器那样的蓄电元件，根据需要将再生电力存储在蓄电元件中，由此即使在再生负载不足的情况下也能获得稳定的再生制动。再有，储存在蓄电元件中的电力能够在接下来的电气列车的加速时使用，因此节能。 

此外，在搭载有蓄电元件的电气列车在不从架空线进行受电的非电气化区间中行驶的情况下，仅使用来自蓄电元件的电力驱动电动机进行加速，此外在制动时电动机产生的再生电力全部储存到蓄电元件中。 

现有技术文献 

专利文献

专利文献1：日本特开2005-278269号公报。

发明内容

发明要解决的问题 

在这里，上述专利文献1公开的车辆用驱动装置的结构，是对架空线并联连接驱动电动机的逆变器部，和连结蓄电装置、控制向蓄电元件的充电和来自蓄电元件的放电的DCDC变换器（converter）部（以下略称为“变换器部”）的方式。

在该方式中，因为在蓄电元件和逆变器部之间存在变换器部，因此在从逆变器部向蓄电元件进行充放电时，在变换器部中产生电力损失。因此，在搭载大容量的蓄电元件，经常使用从逆变器部向蓄电元件的电力再生，和从蓄电元件向逆变器部的电力供给的用途中，系统效率变差。 

作为在蓄电元件和逆变器部之间不存在变换器部的结构，考虑在输入连接于架空线的变换器部的输出以并联关系连接有驱动电动机的逆变器部和蓄电元件的结构。可是在该方式中，变换器部需要根据电气列车的行驶条件最适合地控制架空线和逆变器部和蓄电元件之间的电力潮流，在变换器部的控制方法和结构中存在课题。 

本发明正是鉴于上述情况而完成的，其目的在于提供一种电气列车推进用电力变换装置，适合于经常使用从逆变器部向蓄电部的电力再生和从蓄电部向逆变器部的电力供给的用途。 

用于解决课题的方案 

为了解决上述课题，实现目的，本发明的电气列车推进用电力变换装置的特征在于，具备：第一电力变换部，由外部输入电源电压，变换成规定的值的直流并输出；第二电力变换部，连接于所述第一电力变换部的输出侧，驱动负载；蓄电部，连接于所述第一电力变换部的输出侧；以及第一控制部，控制所述第一电力变换部。

发明的效果 

根据本发明，能够提供在变换器部和蓄电部之间或逆变器部和蓄电部之间，不需要设置对向蓄电部的充放电电流进行控制的电力变换电路，能够根据电气列车的行驶条件，最适合地控制架空线和逆变器部和蓄电部之间的电力潮流的系统效率良好的电气列车推进用电力变换装置。

附图说明

图1是表示本发明的实施方式1中的电气列车推进用电力变换装置的结构例的图。 

图2是表示本发明的实施方式1中的变换器电路的结构例的图。 

图3是表示本发明的实施方式1中的变换器电路的与图2不同的结构例的图。 

图4是表示本发明的实施方式1中的变换器控制部的结构例的图。 

图5是表示本发明的实施方式1中的过充电抑制增益生成部的结构例的图。 

图6是表示本发明的实施方式1中的第一电流指令调整部的结构例的图。 

图7是表示本发明的实施方式1中的逆变器控制部的结构例的图。 

具体实施方式

以下参照附图，针对本发明的实施方式的电气列车推进用电力变换装置进行说明。再有，本发明并不被以下所示的实施方式所限定。 

实施方式1 

图1是表示本发明的实施方式1中的电气列车推进用电力变换装置的结构例的图。如图1所示，来自未图示的作为外部电源的变电站的电力，从架空线1经由集电装置2输入到作为第一电力变换部的例如作为DCDC变换器的变换器部10。来变换器部10的返回电流经由车轮3连接于轨道4，返回到未图示的变电站的负侧。

变换器部10具备作为进行直流/直流变换的主电路的变换器电路13，和作为第一控制部的变换器控制部14。再有，变换器电路13优选是双方向升降压斩波电路。此外，通常在变换器电路13中，在其输入侧和输出侧包含用于将电压、电流平滑化的由电抗器、电容器构成的滤波电路。 

图2表示本发明的实施方式1中的变换器电路13的结构例。图2所示的方式，是在变换器电路13的一次侧的电压EFCD和二次侧的电压BES的大小关系为EFCD＞BES的关系的情况下能够应用的变换器电路，构成为从输入侧起具备形成滤波电路的滤波电抗器131和滤波电容器132、形成开关电路的一次侧上臂开关元件133A和一次侧下臂开关元件133B、以及连接于该开关电路的二次侧的平滑电抗器134。 

在图2的变换器电路13中，通过适当地接通断开控制一次侧上臂开关元件133A和一次侧下臂开关元件133B，从而能够从一次侧向二次侧或从二次侧向一次侧向任意方向使任意大小的电力通过。 

另一方面，图3所示的方式，是能够不依赖于变换器电路13的一次侧的电压EFCD和二次侧的电压BES的大小关系而应用的变换器电路，构成为从输入侧起具备形成滤波电路的滤波电抗器131和滤波电容器132、形成一次侧开关电路的一次侧上臂开关元件133A和一次侧下臂开关元件133B、形成二次侧开关电路的二次侧上臂开关元件133C和二次侧下臂开关元件133D、连接这些一次侧开关电路和二次侧开关电路的平滑电抗器134、以及连接于二次侧开关电路的二次侧的平滑电容器135。 

在图3的变换器电路13中，通过以下述方式适当地接通断开控制一次侧上臂开关元件133A、一次侧下臂开关元件133B、二次侧上臂开关元件133C、二次侧下臂开关元件133D，从而能够使通过变换器电路13的电流或电力以从一次侧向二次侧或从二次侧向一次侧成为任意方向的任意大小（包含零）的电流或电力的方式进行控制。 

再有，本实施方式1中的变换器电路是图3和图3所示之外的电路结构也可。例如，在上述中，将架空线1是直流电源的情况作为一个例子进行了说明，但在架空线1是交流电源的情况下，作为变换器电路，优选是能够将输入的交流电力双方向变换成直流电力的电路的PWM变换器电路。 

返回图1，变换器部10的输出分路成2个系统，在其一方连接作为第二电力变换部的逆变器部30。逆变器部30具备作为进行直流/交流变换的主电路的逆变器电路33，和作为第二控制部的逆变器控制部34。再有，逆变器电路优选是电压型PWM逆变器电路，其电路结构是公知的，因此省略说明。此外，通常在其输出侧包含用于对电压、电流进行平滑化的由电抗器、电容器构成的滤波电路。 

在逆变器部30的交流输出侧连接电动机40。电动机40也可以将多台并联连接。电动机40驱动车轮3来使电气列车行驶。在电动机40设置有检测其旋转速度的旋转检测器41，将作为电动机40的旋转速度信息的速度VEL对变换器控制部14输入。再有，电动机40的旋转速度信息并不限定于以旋转检测器41来获取，也可以是其他的单元。 

在变换器部10的输出的两个系统中的另一方，连接将二次电池、双电层电容器那样的蓄电元件51串并联连接而成的蓄电部50。蓄电部50的内部温度（或蓄电元件51的温度）以温度检测器52检测，对变换器控制部14输入。 

再有，虽然没有图示，但逆变器部30也可以包含向空调装置等的辅机进行电力供给的辅助电源装置。在该情况下，在后述的说明中，在逆变器部30的输入电流IMB1中，除了用于驱动电动机40的动力运行消耗电流或再生电流之外，也包含该辅机的消耗电流。 

此外，在图1中，说明了变换器部10、逆变器部30和蓄电部50分别各连接1台的方式，但即使是分别各具备多台的结构也能展开本发明。 

变换器控制部14被输入变换器部10（变换器电路13）的输入电压ESD、变换器电路13的输出电压BES（以下，根据需要有时记为“蓄电部50的电压”）、输入电流ISD、输出电流IMD、向作为第二电力变换部的逆变器部30的输出电流IMB1（以下，根据需要有时记为“逆变器部30的输入电流”）、电动机40的速度VEL、以及来自蓄电部50的电池温度BTMP，基于这些信号向变换器电路13的内部的开关元件133A～133D输出控制信号GD。 

再有，在图1中采用将变换器部10的输入电压ESD对变换器控制部14输入的结构，但采用输入变换器电路13的滤波电容器132（参照图2和图3）的电压EFCD的结构也可。 

变换器控制部14，在输入连接于架空线的变换器部10的输出以并联关系连接有驱动电动机40的逆变器部30和蓄电部50的结构中，是为了变换器部10根据电气列车的行驶条件最适合地控制架空线1和逆变器部40和蓄电部50之间的电力潮流的重要的部分，是本实施方式的主旨的部分。 

再有，在以后说明变换器控制部14的更详细的结构。 

逆变器控制部34将逆变器部30的输入电压ES和逆变器电路33的输出电流IM作为输入，向逆变器电路33的内部的开关元件输出控制信号GI。 

此外，逆变器控制部34以后述的电动机40产生按照转矩指令的转矩的方式，控制逆变器电路33的输出电流和输出电压。再有，其工作的细节在后面叙述。 

为了根据电气列车的行驶条件最适合地控制架空线1和逆变器部30和蓄电部50之间的电力潮流，变换器控制部14和逆变器控制部34实现形成本实施方式的主旨的至少以下的功能。 

（A）动力运行放电控制 

优先从架空线1对逆变器部30的动力运行电流进行受电，并且在规定的条件下从蓄电部50实施辅助放电。

（B）再生充电控制 

将逆变器部30的再生电流在蓄电部50的容许范围内不延迟地对蓄电部50进行再生充电。难以向蓄电部50再生的量，向架空线1再生。

（C）强制放电控制 

以任意的电流进行蓄电部50的强制放电。

（B）强制充电控制 

以任意的电流进行蓄电部50的强制充电。

为了实现以上的功能，首先，变换器控制部14能够实现以下的控制。 

（a）对根据电动机40的驱动状态（动力运行/再生）产生的逆变器部30的输入电流IMB1的频繁的变动具有高追随性的动力运行放电控制、再生充电控制、强制充电控制和强制放电控制 

（b）考虑了蓄电部50的电压状态、温度状态和最大容许电流的控制

（c）考虑了集电装置2的温度上升抑制和架空线1的再生负载状态的控制

（d）考虑了变换器部10的最大容许电流的控制

（e）不被通过架空线1的电压变动、蓄电元件51的内部电阻变化等产生的电压变动等的外部干扰影响，并且对逆变器部30的输入电流IMB1的变动是高速的控制

为了能够实现上述控制，变换器控制部14构成为，利用对通过变换器部10的电流或电力以包含零的任意的值且在任意方向进行以瞬时值为基础的高速的控制，由此能够对蓄电部50的电流以包含零的任意的值且在任意的方向进行以瞬时值为基础的高速的控制。具体地，以如下方式构成。

<变换器控制部的结构说明> 

图4是表示本发明的实施方式1中的变换器控制部的结构例的图。变换器控制部14具备：第一电流指令生成部60，将速度VEL、作为变换器10的输出电流且作为逆变器30的输入部的电流的IMB1、变换器部10的输出电压BES作为输入，生成第二电流指令IBREF3；加法器90，求取第二电流指令IBREF3和逆变器部30的输入部的电流IMB1的和，生成信号IDREF1；输入电流限制值设定部91，被输入速度VEL，生成信号ISDR；绝对值运算部94，对变换器部10的输入电流ISD的大小进行运算，输出信号ISDA；减法器92，对信号ISDR和信号ISDA的差进行运算并输出；正值切割部93，对减法器92的输出的正值进行切割，生成信号ISOV；第三电流指令调整部100，将信号IDREF1和信号ISOV作为输入，生成信号IDREF2；输入电压上升抑制部102，被输入变换器部10的输入电压ESD（或滤波电容器电压EFCD），生成增益VLMG；乘法器101，将信号IDREF2作为输入，求取与信号VLMG的积，生成信号IDREF3；电流指令限制部103，限制信号IDREF3的大小，生成作为第一电流指令的IDREF；以及电流控制部110，将作为第一电流指令的IDREF和变换器电路13的输出电流IMD作为输入，向变换器电路13输出开关信号GD。

再有，作为逆变器部30的输入部的电流的IMB1优选以电流检测器来检测，但也能够根据逆变器部30的输出部的电流、电压的状态量进行运算来计算。 

接着，针对构成第一电流指令生成部60的各部的工作进行说明。首先，对动力运行辅助量设定部63输入速度VEL。动力运行辅助量设定部63基于输入的速度VEL，生成取得0～1的值的动力运行辅助增益PAG并输出。 

在该动力运行辅助量设定部63中，例如在速度VEL变为规定值以上的条件下，能够进行将动力运行辅助增益PAG从0切换到0.5的处理，从蓄电部50供给电动机40的动力运行电力的50%，从架空线1供给剩余的50%。再有，工作的细节在以后说明。 

再有，向动力运行辅助量设定部63的输入是图示的速度VEL以外也可，例如可以是作为与输入电压、输入电力相关的量的变换器部10的输入电压ESD、变换器部10的输入电力（ESD和ISD的积）、逆变器部30的输入电压、输入电力，也能基于这些输入，生成动力运行辅助增益PAG。 

变换器部10的输出电流IMB1（与变换器部30的输入部的电流相等）被输入到在IMB1为正时直接输出IMB1、在IMB1为负时输出零的负值切割部61。负值切割部61的输出信号通过极性反转增益62而极性反转，生成信号IMBP。 

例如，在电动机40进行动力运行运转的情况下，IMB1变为正，信号IMBP成为与IMB1相等的值。另一方面，在电动机40进行再生运转的情况下，IMB1变为负，信号IMBP成为零。也就是说，信号IMBP仅在电动机40是动力运行运转的情况下，作为与输出信号IMB1大小相等极性相反的值而生成。在电动机40进行再生运转的情况下，信号IMBP成为零。 

信号IMBP和动力运行辅助增益PAG在乘法器64相乘，生成信号IPAS。信号IPAS是作为用于使逆变器部30的动力运行电流的一部分从蓄电部50放电的放电电流的指令的动力运行辅助放电电流指令，在电动机40动力运行运转时，根据动力运行辅助量设定部63的设定，作为对输出电流IMB1乘以0～1的增益PAG后的值而被计算。在图4所示的结构中，通常信号IPAS采用负的值。 

此外，变换器部10的输出电流IMB1被输入到在IMB1为负时直接输出IMB1、在IMB1为正时输出零的正值切割部65。正值切割部65的输出信号通过极性反转增益66而极性反转，生成信号IMBN。 

例如，在电动机40进行动力运行运转的情况下，IMB1变为正，因此信号IMBN成为零。另一方面，在电动机40进行再生运转的情况下，IMB1变为负，因此信号IMBN的大小变得与IMB1相等。也就是说，信号IMBN仅在电动机40是再生运转的情况下，作为为与输出信号IMB1大小相等极性相反的值而生成。在电动机40进行动力运行运转的情况下，信号IMBN成为零。 

接着，蓄电部50的电压BES输入到过充电抑制增益生成部67。过充电抑制增益生成部67基于输入的电压BES，生成取得0～1的值的过充电抑制增益HVG并输出。 

图5是表示本发明的实施方式1中的过充电抑制增益生成部67的结构例的图。 

在该过充电抑制增益生成部67中，进行如下处理，在电压BES为第一设定值以下的情况下，增益HVG设为1，在电压BES超过第一设定值的情况下，根据电压BES使增益HVG从1起减少，在电压BES变成作为上限值的第二设定值的时刻，使增益HVG为零。 

信号IMBN和过充电抑制增益HVG在乘法器68中相乘，生成信号IREGREF。再有，在图4所示的结构中，通常信号IREGREF采用正的值。 

信号IREGREF是作为用于将来自逆变器部30的再生电流向蓄电部50充电的充电电流的指令的再生充电电流指令，在电动机40的再生运转时，如上述说明的那样，基于逆变器部30的输入部的电流IMB1和蓄电部50的电压BES而被计算。 

这样，能够在蓄电部50的电压BES是第一设定值以下时，生成与来自逆变器部30的再生电流IMB1大小相等的信号IREGREF，在蓄电部50的电压BES变为第一设定值以上的时刻，抑制信号IREGREF的大小，在电压变成作为上限值的第二设定值的时刻，使信号IREGREF为零。通过这样构成，能够在蓄电部50的充电量增加而电压BES变得比规定值大时，抑制作为向蓄电部50的充电电流的指令的再生充电电流指令IREGREF的大小，以电压BES不变成第二设定值以上的方式进行工作。因此，能够生成后述的蓄电部50不变成过充电那样的第一电流指令IDREF，能够抑制蓄电元件51的劣化。 

将信号IPAS对强制放电电流设定部601输入。强制放电电流设定部601是用于实施强制放电控制的结构要素，该强制放电控制在希望不依赖于逆变器部30的输入电流的状态（动力运行，再生）、动力运行辅助放电的状态（实施，非实施），以任意的电流值强制地使蓄电部50的电力放电的情况下实施。强制放电电流设定部601是上限设定值可变的限制器，被输入信号IPAS和作为强制放电电流设定值的信号HREF，生成以信号IPAS的上限不变成信号HREF以上的方式调整的信号IPAS1并输出。信号HREF通常设定负的值。例如在从蓄电部50至少强制放电100A的情况下，将信号HREF设为-100。这样的话，因为信号IPAS1不变成-100A以上，所以如以下依次说明的那样，至少能够以100A进行放电。再有，如果将信号HREF设定为零的话，不进行强制放电控制。 

接着，将信号IREGREF输入到强制充电电流设定部602。强制充电电流设定部602是用于实施强制充电控制的结构要素，该强制充电控制在希望不依赖于逆变器部30的输入电流的状态（动力运行，再生），以任意的电流值强制地使蓄电部50的电力充电的情况下实施。 

强制充电电流设定部602是下限设定值可变的限制器，被输入信号IREGREF和作为强制充电电流设定值的信号JREF，生成以信号IREGREF的下限不变成信号JREF以下的方式调整的信号IREGREF1并输出。信号JREF通常设定正的值。例如在至少以100A对蓄电部50进行强制充电的情况下，将信号JREF设为+100。这样的话，因为信号IREGREF1不变成+100A以下，所以如以下依次说明的那样，至少能够以100A进行充电。再有，如果将信号JREF设定为零的话，不进行强制充电控制。 

信号IPAS1和信号IREGREF1在加法器69相加，生成信号IBREF1。该信号IBREF1是作为将蓄电部50的动力运行辅助放电电流指令和再生充电电流指令合成了的对蓄电部50的充放电电流的指令的动力运行辅助放电/再生充电电流指令。 

信号IBREF1输入到第一电流指令调整部70。第一电流指令调整部70生成基于蓄电部50的电压BES对信号IBREF1进行调整后的信号IBREF2。 

图6是表示本发明的实施方式1中的第一电流指令调整部70的结构例的图。如图6所示，第一电流指令调整部70包括：基于电压BES输出信号HVG1的第二过充电抑制增益生成部71A；基于电压BES输出信号LVG1的过放电抑制增益生成部71B；在信号IBREF1为正时（是对蓄电部50充电的方向时）输出HVG1，在除此以外时输出1的开关72A；在信号IBREF1为负时（是使蓄电部50放电的方向时）输出LVG1，在除此以外时输出1的开关72B；以及将信号HVG1和信号LVG1分别与信号IBREF1相乘来生成信号IBREF2的乘法器73。 

第一电流指令调整部70是用于抑制蓄电部50的过充电/过放电的调整部，在作为向蓄电部50的电流指令的信号IBREF1为正（=充电方向、再生充电）的情况下，以电压BES不超过规定值的方式，生成抑制了输入的信号IBREF1的大小的信号IBREF2。 

例如，在电压BES是用于开始充电电流的抑制的第五设定值以下的情况下，将信号HVG1设为1，将信号IBREF2设为与信号IBREF1相等的值，在电压BES是用于开始充电电流的抑制的第五设定值以上的情况下，将信号HVG1设为从1到0之间的值，将信号IBREF2设为抑制了信号IBREF1的大小的值。在电压BES达到作为上限的第六设定值的时刻，将信号HVG1设为0，将信号IBREF2设为零。 

此外，在作为向蓄电部50的电流指令的信号IBREF1为负（=放电方向、动力运行辅助放电）的情况下，以电压BES不低于规定值的方式，生成抑制了输入的信号IBREF1的大小的信号IBREF2。 

例如，在电压BES是用于开始放电电流的抑制的第七设定值以上的情况下，信号IBREF2设为与信号IBREF1相等的值，在电压BES是用于开始放电电流的抑制的第七设定值以下的情况下，信号IBREF2设为抑制了信号IBREF1的大小的值。在电压BES达到作为下限的第八设定值的时刻，信号IBREF2设为零。 

这样，生成以蓄电部50的电压BES不超过作为上限值的第六设定值或低于作为下限值的第八设定值的方式调整的作为充放电电流指令的信号IBREF2。通过这样构成，能够抑制蓄电元件51的过充电、过放电导致的劣化。 

以上述方式生成的信号IBREF2输入到第二电流指令调整部80。第二电流指令调整部80生成基于蓄电部50的温度BTMP对信号IBREF2进行调整后的信号IBREF21。 

第二电流指令调整部80，是在蓄电部50比规定的值高温的情况下降低蓄电部50的充放电电流，此外在蓄电部50比规定的值低温的情况下特别降低充电电流的调整部，基于温度BTMP，生成根据需要抑制了输入的信号IBREF2的大小的信号IBREF21。通过这样构成，能够抑制高温下或低温下的充放电电流，因此能够抑制蓄电元件51的劣化。 

信号IBREF21输入到电流指令限制部81。电流指令限制部81是将输入的信号IBREF21的上限和下限限制成规定的值，生成作为第二电流指令的信号IBREF3并输出的限制器。通常对上限值设定蓄电元件51的容许充电电流最大值，对下限值设定蓄电元件51的容许放电电流最大值。通过这样构成，能够避免超过蓄电部50的最大容许电流的充放电电流流到蓄电部50，能够避免蓄电部50的损伤。此外，能够个别地分别设定充电电流的容许值、放电电流的容许值。 

信号IBREF3是第二电流指令，是通过上述的第一电流指令调整部70和第二电流指令调整部80而被调整的蓄电部50的最终的充放电电流的指令。 

信号IBREF3和变换器部10的输出电流IMB1在加法器90相加，生成信号IDREF1。 

信号IDREF1输入到第三电流指令调整部100。第三电流指令调整部100生成基于输入的信号ISOV对信号IDREF1进行调整后的信号IDREF2。 

接着，针对输入到第三电流指令调整部100的信号ISOV进行说明。 

首先，将速度VEL输入到输入电流限制值设定部91。输入电流限制值设定部91基于速度VEL，生成作为输入电流ISD的上限值的信号ISDR。 

接着，将输入电流ISD输入到绝对值运算部94。绝对值运算部94生成作为输入电流ISD的大小的信号的信号ISDA。 

接着，在减法器92，进行从信号ISDR减去信号ISDA的处理，将其差分值输入到正值切割部93。正值切割部93将切割了正的值的信号作为信号ISOV而生成。 

通过这些结构，在输入电流ISD的大小超过作为上限值的信号ISDR的时刻生成信号ISOV。 

第三电流指令值调整部100在信号ISOV为零的情况下，将输入的信号IDREF1直接作为信号IDREF2而输出，在信号ISOV是非零的负的值的情况下，基于信号ISOV生成将输入的信号IDREF1的大小降低了的信号IDREF2。通过该结构，能够获得以变换器部10的输入电流ISD的大小不超过上限值ISDR的方式调整了的信号IDREF2。 

再有，考虑作为输入电流ISD的上限值的信号ISDR例如在速度VEL比规定的值低的区域中采用低的值（在图中是200A），在速度VEL比规定的值高的区域中采用高的值（在图中是800A）。这样设定的话，能够在电气列车停止时、低速行驶时，将输入电流ISD的大小限制得较低，在电气列车的速度高的区域中增大输入电流ISD的大小。这样的话，特别是在电气列车停止中、低速行驶时，能够抑制集电装置2的集电电流，因此能够抑制集电装置2、架空线1和集电装置2的接触部的温度上升。 

在这里，针对上述温度上升进行补充说明。在电气列车停车时，由于集电装置2和架空线1的接触点不变化，所以可想到通过由接触电阻和输入电流ISD产生的损失，从而接触点局部地发热。此外，在电气列车停车时，由于集电装置2和架空线1的接触处所不滑动，所以在接触点污损而接触状态差的情况下，可想到接触电阻保持大的状态，助长了发热。过度的发热成为使集电装置2、架空线1熔融等的原因。另一方面，在电气列车行驶中时，由于集电装置2与架空线1的接触点一边滑动一边移动，所以接触点总是移动，此外因为通过滑动而滑动点清洁，所以不产生停车中那样的问题。 

如上所述，通过采用在停车中、低速行驶时能够将输入电流ISD设定得较低的结构，从而能够防止集电装置2和架空线1的接触点的发热。 

再有，图4所示的由输入电流限制值设定部91、绝对值运算部94、加法器92、正值切割部93构成的输入电流限制部95的结构，只要能够实现上述目的的话，当然可以采用除此之外的结构。 

第三电流指令调整部100生成的信号IDREF2输入到乘法器101。在乘法器101中，信号IDREF2和信号VLMG相乘，生成信号IDREF3。信号IBREF3输入到电流指令限制部103。电流指令限制部103以使信号IDREF3的上限值和下限值的大小为变换器电路13的输出电流IMD的容许最大电流以下的方式进行限制，生成作为第一电流指令的信号IDREF。该信号IDREF是作为变换器电路13的输出电流IMD的指令的变换器输出电流指令。通过该电流指令限制部103，能够使信号IDREF在任何情况下都为变换器电路13的容许电流值以下，因此能够使基于其控制的变换器电路13的输出电流IMD的大小为容许电流值以下，因此能够避免以过电流使变换器部10损伤。 

接着，针对输入到乘法器101的信号VLMG进行说明。 

信号VLMG，是在电动机40再生运转时或将蓄电部50的电力向架空线1强制放电中的情况下，在架空线的再生负载不足的情况下，用于抑制变换器部10的输入电压ESD（或滤波电容器132的电压EFCD）上升的输入电流上升抑制增益。具体地，如图示那样将变换器部10的输入电压ESD（或滤波电容器132的电压EFCD）输入到输入电压上升抑制部102。 

输入电压上升抑制部102在电压ESD（或者电压EFCD）为规定值（例如在图中是1750V）以下的情况下，将信号VLMG设为1，在电压ESD超过规定值，到达上限值（在图中是1800V）的时刻使信号VLMG为零。通过该处理，在电压ESD是规定值（在本例中是1750V）以下的情况下，信号IDREF3和信号IDREF2变得相等。另一方面，在电压ESD到达上限值（在本例中是1800V）的时刻，信号IDREF3变为零。 

通常，在架空线1的标称电压是例如DC1500V的电气铁路中，需要使架空线1的电压不超过1750V～1800V，但通过上述的结构，在电动机40再生运转时或使蓄电部50强制放电的情况下，即在变换器部10从输出侧向输入侧流过电力的情况下，在架空线1的再生负载不足的情况下，能够获得以变换器部10的输入电压ESD不会超过规定值的方式调整的信号IDREF3。由此，能够避免即使在再生负载不足的情况下变换器部10也由于过电压而跳闸，或使变换器部10损伤的情况。 

如上所述，能够获得作为可避免变换器部10由于过电压而跳闸，或使变换器部10损伤的第一电流指令的变换器输出电流IDREF。 

在变换器控制部14的最终级，将信号IDREF和变换器部10的输出电流IMD对电流控制部110输入。电流控制部110基于信号IDREF和变换器电路13的输出电流IMD的偏差，以输出电流IMD与第一电流指令IDREF一致的方式实施比例积分控制，进行变换器部10的开关元件的接通断开（PWM）控制，生成变换器电路13的开关元件的开关信号GD。 

根据以上述方式构成的变换器控制部14，在电动机40的动力运行运转时，能够任意设定来自架空线1的电力和来自蓄电部50的电力的分配来对逆变器部30供给动力运行电力，在电动机40的再生运转时，能够使蓄电部50对再生电力进行吸收充电。 

此外，在此时，能够避免蓄电部50过充电、过放电，此外能够进行与温度对应的适当的充放电。 

此外，因为能够限制变换器部10的输入电流ISD的上限，所以能够抑制集电装置2、架空线1和集电装置2的接触部的温度上升。 

<逆变器控制部的结构说明> 

接着，针对逆变器控制部34的结构进行说明。图7是表示本发明的实施方式1中的逆变器控制部的结构例的图。

逆变器控制部34构成为具备：被输入逆变器部30的输入电压ES，基于ES生成转矩缩小量VDT的再生转矩缩小量设定部35；从作为在未图示的外部的控制部生成的再生制动转矩的请求值的请求转矩PTRS减去转矩缩小量VDT，作为转矩指令PTR输出的减法器36；以及基于转矩指令PTR，以电动机40按照转矩指令PTR产生再生转矩的方式进行转矩控制的转矩控制部37。 

再生转矩缩小量设定部35例如在电压ES为第三设定值（在图7的例子中是650V）以下的区域中，使转矩缩小量VDT为零。在该情况下，请求转矩PTRS变得与转矩指令PTR相等。在电压ES为第三设定值（在图7的例子中是650V）以上的区域中，进行如下处理，即，使转矩缩小量VDT增加，在电压ES进一步上升而变成第四设定值（在图7的例子中是700V）以上的时刻，使转矩缩小量VDT增加到与请求转矩PTRS相等，使转矩指令PTR为零。 

通过以上述方式构成，在电动机40在再生运转中，蓄电部50通过再生电力而被充电的情况下，以蓄电部50的电压BES不超过作为上限值的第四设定值的方式，缩小电动机40的再生转矩，由此抑制再生电力，能够避免蓄电部50过充电。 

再有，再生转矩缩小量设定部35的开始再生转矩的缩小的第三设定值，优选采用比在过充电抑制增益生成部67中设定的开始向蓄电部50的充电电流的抑制的第一设定值或在第一电流指令调整部70中设定的开始向蓄电部50的充电电流的抑制的第五设定值大的值。 

进而，再生转矩缩小量设定部35的开始再生转矩的缩小的第三设定值，优选采用比在过充电抑制增益生成部67中设定的使向蓄电部50的充电电流缩小到大致零的第二设定值或在第一电流指令调整部70中设定的使向蓄电部50的充电电流缩小到大致零的第六设定值大的值。 

这样的话，在电动机40再生运转中，在以再生电流对蓄电部50进行充电时，在蓄电部50的充电量增加而电压BES上升，超过第一设定值或第五设定值的情况下，首先，在过充电抑制增益生成部67或第一电流指令调整部70中抑制作为向蓄电部50的充电电流的指令的第二电流指令IBREF3的大小，在抑制向蓄电部50的充电的同时，以与被抑制的量相当的再生电流经由变换器部10向架空线1再生的方式进行工作，因此即使在蓄电部50的充电量高，难以充分接受再生电流的情况下，也不缩小电动机40的再生电流，能够获得连续的稳定的再生制动。 

进而，在来自电动机40的再生运转持续，蓄电部50的充电量进一步增加，电压BES达到第二设定值或第六设定值的情况下，在过充电抑制增益生成部67或第一电流指令调整部70中进行使作为向蓄电部50的充电电流的指令的第二电流指令IBREF3的大小缩小到几乎为零的工作，因此以来自电动机40的再生电流全部经由变换器部10向架空线1再生的方式进行工作，不会使蓄电部50的充电量进一步增加。也就是能够抑制过充电。再有，在该情况下，开始再生转矩的缩小的第三设定值设定为比第二设定值或第六设定值大的值，因此电动机40的再生电力不会缩小，能够获得连续的稳定的再生制动。 

在该状态下，在产生架空线1的再生负载不足的情况下，因为架空线1的电压ESD增加，所以对应于此，根据信号VLMG第一电流指令IDREF缩小，因此变换器部10能够抑制向架空线1的再生电流，能够抑制输入电压的上升。这时，电动机40的再生电流向蓄电部50流入向架空线1的再生电流被抑制的量。因此，在电压BES进一步上升，超过再生转矩缩小量设定部35开始再生转矩的缩小的第三设定值（是比在过充电抑制增益生成部67中设定的开始抑制向蓄电部50的充电电流的第一设定值或在第一电流指令调整部70中设定的开始抑制向蓄电部50的充电电流的第五设定值大的值）的阶段，通过逆变器部30缩小电动机40的再生转矩。在电压BES到达第四设定值的时刻，再生转矩缩小到零，因此蓄电部50不会被进一步充电。因此，只要将蓄电部50的容许上限电压设定为第四设定值即可。 

因为这样进行工作，所以即使蓄电部50的充电状态增加，电压BES达到上限附近，因为在架空线1的再生负载充分的情况下以使电动机40的再生电力向架空线1再生的方式连续地工作，所以只要架空线1的再生负载没有不足，电动机40的再生制动转矩就不会缩小。因此，在再生制动时，优先进行向蓄电部50的再生充电，并且能够以蓄电部50不变成过充电的方式使再生电流的过剩量再生到架空线1，因此能够最大限度将再生电力回收到蓄电部50，并且获得最大限度地避免了电动机40的再生制动转矩的缩小的、连续并稳定的再生制动。 

再有，说明了再生转矩缩小量设定部35、过充电抑制增益生成部67、第一电流指令调整部70均基于蓄电部50的电压BES生成信号的结构，但只要是表示蓄电部50的充电状态的信号的话，也可以是电压BES以外的信号，例如也可以是蓄电部50的SOC（State Of Charge：充电量）。 

此外，由再生转矩缩小量设定部35和减法器36构成的再生缩小处理的结构，只要是能够实现上述的功能、即基于逆变器部30的输入电压的大小进行电动机40的再生转矩的缩小控制的话，也可以是图7所示的结构之外的结构。可以将信号VDT设为对请求转矩PTRS取得0～1的值的增益，也可以采用代替转矩指令而缩小电动机40的转矩量的电流指令的结构。 

接着，在以下示出上述的结构的要点和效果。 

变换器控制部14构成为在逆变器部30的输入电流IMB1是再生方向的电流的情况下，生成用于使该电流优先流到蓄电部50进行再生充电的信号IMBN，基于该信号IMBN和蓄电部50的电压BES生成进行用于避免蓄电部50的过充电的电流抑制处理的信号IREGREF。信号IREGREF是用于进行再生充电控制的蓄电部50的电流的基本的目标值。由于这样构成，所以能够执行将逆变器部30的再生电流在蓄电部50的容许范围内不延迟地对蓄电部50进行再生充电的控制。 

此外，强制充电电流设定部602构成为基于信号IREGREF的值，生成以蓄电部50的充电电流的大小的最低值成为强制充电电流指令JREF以上的方式进行处理的信号IREGREF1。信号IREGREF1是用于进行再生充电控制和强制充电控制的蓄电部50的电流的基本的目标值。由于这样构成，所以能够执行将逆变器部30的再生电流在蓄电部50的容许范围内优先地不延迟地对蓄电部进行再生充电，并且以任意的电流进行蓄电部50的强制充电的控制。 

变换器控制部14构成为在逆变器部30的输入电流IMB1是动力运行方向的电流的情况下，生成用于从架空线1优先地接受该电流的信号IMBP，根据该信号IMBP和信号PAG生成信号IPAS。信号IPAS是用于进行动力运行放电控制的蓄电部50的电流的基本的目标值。由于这样构成，所以能够构筑如下控制系统，其能够优先从架空线1接受逆变器部30的动力运行电流，并且以任意的比率从蓄电部50实施辅助放电。 

接着，强制放电电流设定部601构成为基于信号IPAS的值，生成以蓄电部50的放电电流的大小的最低值成为强制放电电流指令HREF以上的方式进行处理的信号IPAS1。信号IPAS1是用于进行动力运行放电控制和强制放电控制的蓄电部50的电流的基本的目标值。由于这样构成，所以能够执行如下控制，即，能够优先从架空线1接受逆变器部30的动力运行电流，并且以任意的比率从蓄电部50实施辅助放电，并且以任意的电流进行蓄电部50的强制放电。 

此外，变换器控制部14构成为根据以上述方式生成的信号IREGREF1和信号IPAS1，生成作为蓄电部50的电流的基本的目标值的信号IBREF1。信号IBREF1是用于实现动力运行放电控制、再生充电控制、强制充电控制、强制放电控制的各功能的蓄电部50的电流的基本的目标值。像这样，由于基于逆变器部30的输入电流IMB的瞬时值来生成信号IBREF1，所以能够生成与逆变器部30的输入电流IMB1的大小和方向的变化瞬时对应的信号IBREF1，因此能够执行如下控制，即，该控制实现了对逆变器部30的输入电流IMB1的变动具有高追随性的动力运行放电控制、再生充电控制、强制充电控制、强制放电控制。 

此外，变换器控制部14构成为基于信号IBREF1，考虑蓄电部50的状态（电压的状态，温度的状态）和蓄电元件51的容许最大电流，决定蓄电部50实际能够充放电的电流的瞬时值，生成作为最终的蓄电部50的充放电电流的指令的第二电流指令IBREF3。因为这样构成，所以能够执行如下控制，该控制实现对逆变器部30的输入电流IMB1的变动具有高追随性的动力运行放电控制、再生充电控制、强制充电控制、强制放电控制，并且考虑了蓄电部50的电压状态、温度状态、容许最大电流。 

此外，变换器控制部14构成为基于第二电流指令IBREF3和逆变器部30的输入电流IMB1生成成为变换器电路13的输出电流IMD的电流指令的基础的信号IDREF1。为了能够执行如下控制，该控制实现了对逆变器部30的输入电流IMB1的变动具有高追随性的动力运行放电控制、再生充电控制、强制充电控制、强制放电控制，并且考虑了蓄电部50的电压状态、温度状态、容许最大电流，信号IDREF1成为变换器部10应该负担的电流的基本的指令。因为这样构成，所以能够生成为了使蓄电部50的电流与第二电流指令IBREF3一致所需要变换器部10负担的电流的瞬时值的指令。 

此外，变换器控制部14构成为基于信号IDREF1，考虑集电装置2的温度上升抑制、变换器部10的输入电压状态、变换器部10的容许最大电流，生成作为最终变换器部10负担的电流的指令的第一电流指令IDREF。第一电流指令IDREF成为如下的变换器部10应该负担的电流的指令，其执行如下控制，即实现对逆变器部30的输入电流IMB1的变动具有高追随性的动力运行放电控制、再生充电控制、强制充电控制、强制放电控制，并且考虑了蓄电部50的电压状态、温度状态、额定最大电流，并且抑制集电装置2的温度上升和变换器部10的输入电压的上升，使变换器部10的电流为最大容许电流以下。因为这样构成，所以能够生成如下变换器部10的电流的瞬时值的指令，其使蓄电部50的电流与第二电流指令IBREF3一致，并且考虑了集电装置2的温度上升抑制、架空线1的再生负载状态、变换器部10的最大容许电流。 

此外，变换器控制部14构成为基于第一电流指令IDREF和变换器电路10的输出电流IMD的偏差，以输出电流IMD与第一电流指令IDREF一致的方式实施比例积分控制，进行变换器部10的开关元件的接通断开（PWM）控制。因为这样构成，所以不被架空线1的电压变化、蓄电部50的电压变化等的外部干扰影响，此外即使有逆变器部30的输入电流IMB1的变动，也能够进行控制，使得变换器部10的输出电流IMD高速地追随第一电流指令IDREF。 

因为以上述方式构成变换器控制部14，所以能够实现同时满足以下的事项的控制功能。 

能够如下控制，即，将逆变器部30的再生电流在蓄电部50的容许范围内优先地不延迟地对蓄电部50进行再生充电，并且以任意的电流进行蓄电部50的强制充电。 

能够执行如下控制，即，能够优先从架空线1接受逆变器部30的动力运行电流，并且在规定的条件下从蓄电部50实施辅助放电，并且以任意的电流进行蓄电部50的强制放电。 

能够执行如下控制，该控制实现对逆变器部30的输入电流IMB1的变动具有高追随性的动力运行放电控制、再生充电控制、强制充电控制、强制放电控制，并且考虑了蓄电部50的电压状态、温度状态、最大容许电流。 

能够考虑集电装置2的温度上升抑制、架空线1的再生负载状态来控制变换器部10。此外，能够考虑变换器部10的最大容许电流来控制变换器部10。 

能够不被架空线1的电压、蓄电部50的电压变动的外部干扰影响，对逆变器部30的输入电流IMB1的变动高速地进行控制。 

如上所述，变换器控制部14能够使通过变换器部10的电流或电力与是包含零的任意的值并且任意的方向的对应指令值一致的方式，进行瞬时值基础的高速的控制。因此，能够提供系统效率高的电气列车推进用电力变换装置，其能够使架空线1和逆变器部30和蓄电部50之间的电力潮流根据电气列车的行驶条件最适合地进行控制。 

再有，在以上的说明中，针对信号IMB1、信号IMBP、信号IPAS、信号IPAS1、信号IMBN、信号IREGREF、信号IREGREF1、信号IBREF1、信号IBREF2、信号IBREF21、信号IBREF3、信号IDREF1、信号IDREF2、信号IDREF3、信号IDREF，说明了是各个电路中的规定部分的电流或者电流指令，但将这些量设为是与相应部的电力或电力指令相当的量来构成也可。如果利用电力是电流和电压的乘积这一情况的话，能够容易地置换成基于电力的控制系统。 

也就是说信号IMB1、信号IMBP、信号IPAS、信号IPAS1、信号IMBN、信号IREGREF、信号IREGREF1、信号IBREF1、信号IBREF2、信号IBREF21、信号IBREF3、信号IDREF1、信号IDREF2、信号IDREF3、信号IDREF相关的各个电路中的相应部分的电流或电流指令，意味着也包括相应处所的电力或电力指令。 

此外，说明了信号IMB1是逆变器部30的输入电流，但只要是与通过逆变器部30的电流或者电力相当的量的话，当然也可以使用除此之外的信号来构成。也就是说，信号IMB1意味着通过作为第二电力变换部的逆变器部30的电流或电力。 

像这样，在将本说明书中的“电流”和“电流指令”等用语改称为也包含“电力”和“电力指令”的“电量（electrical quantity）”和“电量指令”的情况下，意味着不仅“电流”和“电流指令”，也包含“电力”和“电力指令”的概念。 

<系统的工作的说明> 

接着，针对作为以上说明的结构的电气列车推进用电力变换装置的工作和效果进行说明。

<电气列车进行动力运行加速的情况（动力运行放电控制）> 

在电气列车进行动力运行加速的情况下，在动力运行辅助量设定部63的输出信号PAG为0的情况下，作为第二电流指令的、作为蓄电部50的充放电电流指令的信号IBREF3变为零，因此作为第一电流指令的、作为变换器电路13的输出电流指令的信号IDREF与作为逆变器部30的输入电流的IMB1变得相等。电流控制部110以变换器电路13的输出电流IMD与信号IDREF变得相等的方式进行控制，因此电动机40的动力运行电力经由变换器部10全部从架空线1进行供给。通过这样，在能够从架空线1高效率地接受充分的电力时，不会消耗蓄电部50的电力，因此能够避免蓄电部50的充电量的降低。

在这里，在将动力运行辅助量设定部63的输出信号PAG设为0～1的任意的值n的情况下，作为第二电流指令的、作为蓄电部50的充放电电流指令的信号IBREF3与逆变器部30的输入电流IMB1变成极性相反、大小成为对输入电流IMB1乘以上述任意的值n后的值。因此，作为第一电流指令的、作为变换器电路13的输出电流指令的信号IDREF成为从电流IMB1减去作为从蓄电部50供给的放电电流量的信号IBREF3的量后的值。电流控制部110以使变换器电路13的输出电流与信号IDREF变得相等的方式进行控制，因此电动机40的动力运行电力中，n×100%从蓄电部50供给，剩余的（1-n）×100%经由变换器部10从架空线1输入。 

像这样，能够将对电动机40供给的动力运行电力以任意的比率从蓄电部和架空线1进行供给。因此，例如在电气列车的速度高且动力运行电流大的状态、架空线1的电阻量大且架空线1的电压降低的状态下，能够使需要的动力运行电流的一部分从蓄电部50进行辅助放电。通过这样能够一边维持电气列车的动力运行性能一边减少从架空线1接受的电流，因此能够抑制在架空线1的电阻产生的电力损失、架空线1的电压降。 

<电气列车以再生制动进行减速的情况（再生充电控制）> 

接着，针对电气列车施加再生制动的状态、即逆变器部30使电动机40再生运转的情况进行说明。

在使电动机40再生运转时，来自电动机40的再生电力从逆变器部30的输出侧向输入侧流动，因此逆变器部30的输入电流IMB1的极性变为负。在蓄电部50的充电量低，信号HVG为1的情况下，作为第二电流指令的、作为蓄电部50的充放电电流指令的信号IBREF3的极性为正，大小与信号IMB1是相同值，因此作为第一电流指令的、作为变换器电路13的输出电流指令的信号IDREF变为零。电流控制部110将变换器电路13的输出电流以与信号IDREF变得相等的方式控制到零，因此电动机40的再生电力全部被充电到蓄电部50。通过将电动机40的再生电力优先地对蓄电部50进行充电，从而能够抑制在向架空线1再生时产生的在架空线1的电力损失、架空线1的电压的上升。 

此外，在再生制动时将来自逆变器30的再生电流全部向蓄电部50充电时，在蓄电部50的充电量增加而电压BES超过第一设定值的情况下，抑制信号IREGREF的大小，抑制第二电流指令IBREF3的大小。生成与该抑制量相等大小的第一电流指令IDREF，抑制量向架空线1再生。因此，电动机40的再生转矩不会缩小，能获得连续的稳定的再生制动。 

再有，虽然没有图示，但通过对作为第二电流指令的、作为蓄电部50的充放电电流指令的信号IBREF3任意地乘以增益n（n=0～1），从而能够将电动机40的再生电力以任意的比率向蓄电部50和架空线1再生。 

此外，在架空线1的再生负载不足的情况下，生成通过输入电压上升抑制部102以抑制变换器部10的输入电压ESD的上升的方式调整的第一电流指令、即作为变换器电路13的输出电流指令的信号IDREF，以使变换器电路13的输出电流IMD与信号IDREF一致的方式进行控制，因为采用这样的结构，所以能够避免变换器部10感测过电压而跳闸，或使连接于架空线1的设备损伤。 

<对蓄电部50进行强制充电的情况（强制充电控制）> 

将在电气列车停车中（逆变器部30的输入电流IMB1=0）对蓄电部50进行强制充电的情况作为例子进行说明。首先，设作为强制充电电流指令的信号JREF=100A。于是第二电流指令IBREF3=100A，第一电流指令IDREF=100A，因此变换器部10从架空线1向蓄电部50以100A进行充电。

接着，将在电气列车动力运行中（逆变器部30的输入电流IMB1>0）没有实施动力运行辅助控制的情况下（信号PAG=0），对蓄电部50进行强制充电的情况作为例子进行说明。与上述同样，设信号JREF=100A。于是信号IREGREF1=100A。因为信号PAG=0，所以信号IPAS1=0。因此，第二电流指令IBREF3=100A。第一电流指令IDREF变为逆变器部30的输入电流IMB1和IBREF3（=100A）的合计，变换器部10从架空线1接受逆变器部30的输入电流IMB1和IBREF3（=100A）的合计电流。能够以减去向逆变器部30的电流IMB1后的100A向蓄电部50进行充电。 

接着，将在电气列车再生中（逆变器部30的输入电流IMB1<0），对蓄电部50进行强制充电的情况作为例子进行说明。首先，与上述同样，设信号JREF=100A。当假设逆变器部30的输入电流IMB1例如是-300A时，信号IREGREF=300A。因为其比信号JREF（=100A）大，所以信号IREGREF1=300A。因此，第二电流指令IBREF3=300A。第一电流指令IDREF因为是逆变器部30的输入电流IMB1（=-300A）和IBREF3（=300A）的合计所以变为零，变换器部10从架空线1不取得的电流，蓄电部50仅以来自逆变器部30的再生电流进行充电。 

再有，从到此为止的说明可知，如果逆变器部30的输入电流IMB1例如是-50A的话，变换器部10从架空线1取得作为与信号JREF（=100A）的差分的50A，蓄电部50以将来自逆变器部30的再生电流和来自架空线1的电流合在一起的100A进行充电。也就是说，在强制充电控制中，能够使蓄电部50的充电电流的大小至少为以信号JREF设定的值（=100A）。该强制充电控制例如对于经常使用动力运行辅助放电的情况下、使电气列车在非电气化区间中行驶前等，希望使蓄电部50的充电量增加的情况下是有用的。 

<对蓄电部50进行强制放电的情况（强制放电控制）> 

将在电气列车停车中（逆变器部30的输入电流IMB1=0）对蓄电部50进行强制放电的情况作为例子进行说明。首先，设定作为强制放电电流指令的信号HREF=-100A。于是第二电流指令IBREF3=-100A，第一电流指令IDREF=-100A，因此变换器部10从蓄电部50向架空线1以100A进行放电。

接着，将在电气列车动力运行中（逆变器部30的输入电流IMB1>0）没有实施动力运行辅助控制的情况下（信号PAG=0），对蓄电部50进行强制放电的情况作为例子进行说明。与上述同样，设信号HREF=-100A。当假设逆变器部30的输入电流IMB1例如是300A时，信号IPAS=-300A。因为该IPAS比信号HREF（-100A）小，所以信号IPAS1=-300A。因此，第二电流指令IBREF3=-300A。第一电流指令IDREF因为是逆变器部30的输入电流IMB1（=300A）和IBREF3（=-300A）的合计所以变为零，变换器部10不向架空线1放电，蓄电部50以逆变器部30的动力运行电流（300A）进行放电。 

再有，从到此为止的说明可知，如果逆变器部30的输入电流IMB1例如是50A的话，变换器部10向架空线1放电作为与信号HREF（=-100A）的差分的50A，蓄电部50以将向逆变器部30的电流IMB1和向架空线1的放电电流合在一起的100A进行放电。也就是说，在强制放电控制中，能够使蓄电部50的放电电流的大小至少为100A。该强制放电控制例如在电气列车的运行结束时等，希望使蓄电部50的充电量降低的情况下是有用的。 

在任何的控制时，生成通过过充电抑制增益生成部67、第一电流指令调整部70，以在运转中蓄电部50的电压BES不超过作为上限值的第二设定值或第六设定值，或低于作为下限值的第八设定值的方式调整的作为第一电流指令的信号IDREF，以使变换器电路13的输出电流IMD与信号IDREF一致的方式进行控制，通过采用该结构，能够抑制蓄电元件51的过充电、过放电导致的劣化。 

此外，基于通过过充电抑制增益生成部67、第一电流指令调整部70，以在运转中蓄电部50的电压BES不超过作为上限值的第二设定值或不低于作为下限值的第八设定值的方式调整的第二电流指令IBREF3，和逆变器部30的输入电流IMB1，生成作为第一电流指令的信号IDREF，以变换器电路13的输出电流IMD与信号IDREF一致的方式进行控制，因为采用上述结构，所以在蓄电部50的充电量高而不能充分地进行再生充电的情况、充电量低而不能充分地进行放电的情况下，也能够将逆变器部30的动力运行电流或再生电流中的在蓄电部50不能负担的过多或不足的量的电流，连续地且瞬时地从架空线1接受或向架空线1再生，因此不对逆变器部30的动力运行或再生工作造成影响，不对电动机40的运转状态造成影响。 

进而，生成通过第二电流指令调整部80，以在蓄电部50比规定值高温的情况下降低蓄电部50的电流，此外在蓄电部50比规定值低温的情况下特别降低充电电流的方式调整的作为第一电流指令的信号IDREF，以使变换器电路13的输出电流IMD与信号IDREF一种的方式进行控制，因为采用上述结构，所以能够抑制高温下、低温下的充放电导致的蓄电元件51的劣化。 

此外，基于通过第二电流指令调整部80，以在蓄电部50比规定值高温的情况下降低蓄电部50的电流，此外在蓄电部50比规定值低温的情况下特别降低充电电流的方式调整的第二电流指令IBREF3，和逆变器部30的输入电流IMB1，生成作为第一电流指令的信号IDREF，以变换器电路13的输出电流IMD与信号IDREF一致的方式进行控制，因为采用上述结构，所以即使在蓄电部50的温度在适当的范围外不能充分地进行充放电的情况下，也能够将逆变器部30的动力运行电流或再生电流中的在蓄电部50不能负担的过多或不足的量的电流，连续地且瞬时地从架空线1接受或向架空线1再生，因此不对逆变器部30的动力运行或再生工作造成影响，不对电动机40的运转状态造成影响。 

进而，通过第三电流指令调整部100，在电气列车停止时、低速行驶时将输入电流IDS的大小限制得较低，在电气列车的速度高的区域中，能够增大输入电流ISD，特别是在电气列车停止中、低速行驶时能够抑制集电装置2的集电电流，通过采用上述结构，能够抑制集电装置2、架空线1和集电装置2的接触部的温度上升。 

此外，蓄电部50直接连结变换器部10和逆变器部30而配置，通过变换器部10的变换器控制部14生成蓄电部50的充放电电流指令，基于该充放电电流指令控制通过变换器电路13的电流，因为采用上述结构，从而能够通过变换器部10将蓄电部50的充放电电流控制为包含零的任意大小、任意方向的最适合值。结果，在变换器部10和蓄电部50之间，或逆变器部30和蓄电部50之间，不需要设置控制向蓄电部50的充放电电流的电力变换电路，能够实现小型低成本的系统结构。 

如以上说明的那样，将来自架空线的电力输入到变换器部，在该变换器部的输出侧并联连接对作为负载的电动机进行驱动的逆变器部和蓄电元件，并且在变换器部具有能够将向蓄电元件的电流控制成包含零的任意的大小、任意的方向的最适合值的变换器控制部，通过采用上述结构，能够构成对于经常使用从逆变器部向蓄电元件的再生、此外从蓄电元件向逆变器部的放电的用途是适合的电气列车推进用电力变换装置。 

再有，作为变换器部10，示出了被从集电装置2输入直流，输出直流的形态，但变换器部10也可以是被输入交流，输出直流的形态。这样的结构对于在架空线1是交流的交流电气化区间中行驶的电气列车的情况是适合的。在该情况下，优选变换器部10具有PWM变换器电路而构成。再有，PWM变换器电路是公知技术。作为变换器控制部14的结构，只要附加基于作为第一电流指令的信号IDREF，控制交流输入的电流的变换器输入电流控制单元即可。再有，关于变换器输入电流控制单元，其各种结构也是公知的。 

在以上的说明中以变换器部10、逆变器部30、蓄电部50分别以1组构成的例子进行了说明，但在将变换器部10、逆变器部30、蓄电部50多台并联连接而扩充系统的情况下，也能够容易地应用本发明。 

再有，在上述的实施方式中示出的结构表示本发明的内容的一例，也能够与其他的公知的技术进行组合，在不脱离本发明的主旨的范围中，当然可以省略一部分等进行变更而构成。 

产业上的利用可能性 

如上所述，本发明的电气列车推进用电力变换装置，对于经常使用从逆变器部向蓄电部的电力再生、此外从蓄电部向逆变器部的电力供给的用途是有用的。

附图标记说明 

1 架空线；

2 集电装置；

3 车轮；

4 轨道；

10 变换器部；

13 变换器电路；

131 滤波电抗器；

132 滤波电容器；

133A 一次侧上臂开关元件；

133B 一次侧下臂开关元件；

133C 二次侧上臂开关元件；

133D 二次侧下臂开关元件；

134 平滑电抗器；

135 平滑电容器；

14 变换器控制部；

30 逆变器部；

33 逆变器电路；

34 逆变器控制部；

35 再生转矩缩小量设定部；

36、92 减法器；

37 转矩控制部；

40 电动机；

41 旋转检测器；

50 蓄电部；

51 蓄电元件；

52 温度检测器；

60 第一电流指令生成部；

61 负值切割部；

62、66 极性反转增益；

63 动力运行辅助量设定部；

64、68、101 乘法器；

65、93 正值切割部；

67 过充电抑制增益生成部；

69、90 加法器；

601 强制放电电流设定部；

602 强制充电电流设定部；

70 第一电流指令调整部；

71A 第二过充电抑制增益生成部；

71B 过放电抑制增益生成部；

72A、72B 开关；

73 乘法器

80 第二电流指令调整部；

81 电流指令限制部；

91 输入电流限制值设定部；

94 绝对值运算部；

95 输入电流限制部；

100 第三电流指令调整部；

102 输入电压上升抑制部；

103 电流指令限制部；

110 电流控制部。

Claims (19)

1.一种电气列车推进用电力变换装置，其特征在于，具有：

第一电力变换部，构成为将由外部电源输入的电压变换为所希望的直流进行输出，能够从输出侧向所述外部电源侧进行电力再生；

第二电力变换部，连接于所述第一电力变换部的输出侧，对负载进行驱动；

蓄电部，连接于所述第一电力变换部的输出侧，包含蓄电元件；以及

第一控制部，被输入通过所述第二电力变换部的电流或电力，该第一控制部控制所述第一电力变换部，

所述第一控制部具有：

第一电量指令生成部，基于通过所述第二电力变换部的电流或电力的大小或极性，生成将所述蓄电部的电流或电力调整为规定的值的电量指令；以及

电流控制部，基于第一电量指令和通过所述第一电力变换部的电流或电力的偏差，以通过所述第一电力变换部的电流或电力与该第一电量指令一致的方式生成开关信号，其中所述第一电量指令是基于所述电量指令和通过所述第二电力变换部的电流或电力而生成的作为通过所述第一电力变换部的电流或电力的指令。

2.根据权利要求1所述的电气列车推进用电力变换装置，其特征在于，所述第一控制部构成为，基于所述第一电量指令和通过所述第一电力变换部的电流或电力的偏差，对所述第一电力变换部进行使所述偏差最小的控制。

3.根据权利要求1所述的电气列车推进用电力变换装置，其特征在于，所述第一控制部构成为，在通过所述第二电力变换部的电流或电力是再生方向的流的情况下，生成能将通过所述第一电力变换部的电流或电力控制成大致为零的所述第一电量指令。

4.根据权利要求1所述的电气列车推进用电力变换装置，其特征在于，所述第一控制部构成为，在通过所述第二电力变换部的电流或电力是再生方向的流的情况下，生成能将所述蓄电部的电流或电力控制成与通过所述第二电力变换部的电流或电力相同大小的所述第一电量指令。

5.根据权利要求1所述的电气列车推进用电力变换装置，其特征在于，所述第一控制部构成为，在通过所述第二电力变换部的电流或电力是再生方向的流的情况下，进行基于表示所述蓄电部的充电状态的值，调整通过所述第一电力变换部的电流或电力，使通过所述第二电力变换部的再生电流或再生电力中的一部分向所述外部电源再生的控制。

6.根据权利要求1所述的电气列车推进用电力变换装置，其特征在于，所述第一控制部构成为，在通过所述第二电力变换部的电流或电力是再生方向的流，并且表示所述蓄电部的充电状态的值超过第一设定值的情况下，能够使通过所述第二电力变换部的电流或电力的一部分向所述外部电源侧再生，

作为所述第二电力变换部的控制部的第二控制部构成为，在表示所述蓄电部的充电状态的值超过设定为比所述第一设定值大的值的第三设定值的情况下，能够减少来自电动机的再生电流或再生电力。

7.根据权利要求1所述的电气列车推进用电力变换装置，其特征在于，所述第一控制部构成为，在通过所述第二电力变换部的电流或电力是再生方向的流，并且表示所述蓄电部的充电状态的值超过第二设定值的情况下，能够使通过所述第二电力变换部的电流或电力全部向所述外部电源侧再生，

作为所述第二电力变换部的控制部的第二控制部构成为，在表示所述蓄电部的充电状态的规定的值超过设定为比所述第二设定值大的值的第三设定值的情况下，能够减少来自电动机的再生电流或再生电力。

8.根据权利要求1所述的电气列车推进用电力变换装置，其特征在于，所述第一控制部构成为，在通过所述第二电力变换部的电流或电力是动力运行方向的流的情况下，进行在通过所述第二电力变换部的电流或电力中，能以任意比率来分配从所述外部电源接受的量和从所述蓄电部供给的量的控制。

9.根据权利要求1所述的电气列车推进用电力变换装置，其特征在于，所述第一控制部构成为，在通过所述第二电力变换部的电流或电力是动力运行方向的流的情况下，基于通过所述第二电力变换部的电流或电力中的任意比率的量，生成所述第一电量指令生成部生成的电量指令。

10.根据权利要求1所述的电气列车推进用电力变换装置，其特征在于，所述第一控制部构成为，在通过所述第二电力变换部的电流或电力是动力运行方向的流的情况下，进行使所述第一电量指令生成部生成的电量指令大致为零的控制。

11.根据权利要求1所述的电气列车推进用电力变换装置，其特征在于，所述第一控制部构成为，在通过所述第二电力变换部的电流或电力是动力运行方向的流的情况下，生成能将所述蓄电部的电流或电力控制成大致为零的所述第一电量指令。

12.根据权利要求1所述的电气列车推进用电力变换装置，其特征在于，所述第一控制部不依赖于通过所述第二电力变换部的电流或电力的大小，生成能够使相当于另外确定的强制放电电流值的电流或电力从所述蓄电部放电的第一电量指令。

13.根据权利要求1所述的电气列车推进用电力变换装置，其特征在于，所述第一控制部不依赖于通过所述第二电力变换部的电流或电力的大小，生成能够使相当于另外确定的强制充电电流值的电流或电力向所述蓄电部充电的所述第一电量指令。

14.根据权利要求1所述的电气列车推进用电力变换装置，其特征在于，所述第一电量指令生成部具有：第一电量指令调整部，被输入表示所述蓄电部的充电状态的信号，基于所述表示充电状态的信号进行所述第一电量指令生成部生成的电量指令的调整。

15.根据权利要求1所述的电气列车推进用电力变换装置，其特征在于，所述第一电量指令生成部具有：第二电量指令调整部，被输入所述蓄电部的温度，基于所述蓄电元件的温度进行所述第一电量指令生成部生成的电量指令的调整。

16.根据权利要求1所述的电气列车推进用电力变换装置，其特征在于，所述第一控制部构成为，被输入所述第一电力变换部的输入电压，基于所述输入电压进行所述第一电量指令的调整。

17.根据权利要求1所述的电气列车推进用电力变换装置，其特征在于，所述第一控制部生成以所述第一电力变换部的输入电流或输入电力变为规定值以下的方式调整的第一电量指令。

18.根据权利要求1所述的电气列车推进用电力变换装置，其特征在于，所述第一控制部生成以能够将所述蓄电部的充电电流或充电电力和放电电流或放电电力的大小分别控制成规定的限制值以下的方式决定的所述第一电量指令。

19.根据权利要求1所述的电气列车推进用电力变换装置，其特征在于，所述第一控制部生成以能够将所述第一电力变换部的电流或电力的大小控制成规定的限制值以下的方式决定的所述第一电量指令。