CN105897023B - 车辆驱动系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供沿设置有提供第一单相交流电的第一电车线的路线和设置有提供频率比第一单相交流电高的第二单相交流电的第二电车线的路线行驶的车辆的车辆驱动系统，车辆驱动系统能够通过如下结构来实现：第一电力变换装置，将从第一电车线或第二电车线提供的单相交流电变换为直流电，并输出到直流电力线；第二电力变换装置，将输出到直流电力线的直流电变换为三相交流电；车辆驱动用的电动机，被提供该三相交流电；谐振滤波器，与第一电力变换装置并联地连接于直流电力线，在第一单相交流电的二倍的频带具有谐振点；电压检测器，检测直流电力线的电压；脉动抑制单元，根据电压检测器的检测值来控制第二电力变换装置的输出，抑制叠加于三相交流电的脉动。

Description

车辆驱动系统
技术领域
本发明涉及车辆的驱动系统，特别是涉及抑制发生在交流电车的主变换器的跳动(ビ一ト)现象的控制技术。
背景技术
以从交流架线供给的电力为输入的铁道车辆的驱动系统由将单相交流电变换为直流电的转换器、将由转换器所输出的直流电变换为任意频率的三相交流电的逆变器、以及通过由逆变器输出的交流电而驱动的主电动机构成。此外，将连接转换器与逆变器的直流电路称作直流级。
直流级的电压由于对从架线供给的单相交流电压进行全波整流而生成，因此具有交流架线频率的2倍的频率叠加的性质。另一方面，若由逆变器将直流电压变换为交流电压，则在逆变器的输出电压中出现逆变器基波的频率和所述直流电压的振动频率的和与差的分量。特别是关于频率的差的分量，已知逆变器基波的频率与直流电压的振动频率越接近则该差的频率分量越低，与此相应地主电动机的阻抗也下降，因而主电动机的电流在该差的频率下出现脉动。该脉动一般被称为跳动现象。
作为抑制上述跳动现象的方法，存在设置以交流架线的2倍的频率为谐振点的谐振滤波器的方法、通过逆变器的开关动作控制对逆变器的输出电压的频率进行调节来抑制逆变器的输出电压的跳动现象的频率分量的无拍频(beatless)控制等方法。设置谐振滤波器的方法在专利文献1(EP1288060A)中已被公开，而关于无拍频控制，在专利文献2(JP特开平11-164565)中公开了其构成。
专利文献
专利文献1：EP1288060A
专利文献2：JP特开平11-164565号公报
发明内容
但是上述各专利文献1、2所记载的抑制跳动现象的技术中存在以下所述的课题。
首先，在使用专利文献1所记载的谐振滤波器的情况下，沿由交流架线的频率不同的多个区间构成的路线进行行驶，以多个频率的交流电为电源的交流电车需要搭载与各个频率相匹配的谐振滤波器，有车上设备(谐振滤波器)大型化这样的问题。
另一方面，在使用专利文献2所记载的无拍频控制的情况下，若在从频率低的交流电源接受电力供给时，不使直流级的对转换器与逆变器进行并联连接的平滑电容器的静电电容足够大，则不能抑制逆变器的输出电压的脉动。因此，在从频率低的交流电源接受电力供给的情况下，为了使输出的交流电压稳定，需要增大直流级的平滑电容器的静电电容，有车上设备(平滑电容器)大型化这样的问题。
用于解决课题的手段
为了解决上述课题，采用专利请求范围所记载的构成。
一种车辆的车辆驱动系统，所述车辆沿设置有提供第一单相交流电的第一电车线的路线、和设置有提供频率比所述第一单相交流电的频率高的第二单相交流电的第二电车线的路线行驶，所述车辆驱动系统的特征在于，具备：第一电力变换装置，其将从所述第一电车线或者所述第二电车线提供的单相交流电变换为直流电，并输出到直流电力线；第二电力变换装置，其将输出到所述直流电力线的所述直流电变换为三相交流电；车辆驱动用的电动机，其被提供该三相交流电；谐振滤波器，其与所述第一电力变换装置并联地连接于直流电力线，在所述第一单相交流电的二倍的频带具有谐振点；电压检测器，其检测所述直流电力线的电压；和脉动抑制单元，其根据所述电压检测器的检测值来控制所述第二电力变换装置的输出，抑制叠加于所述三相交流电的脉动。
发明效果
根据本发明，能够实现使沿频率不同的多个区间运行的交流电车的车上设备小型化。
附图说明
图1是表示第一实施例中的驱动系统的构成的图。
图2是表示第二实施例的构成的图。
图3是表示第三实施例的构成的图。
图4是表示第一实施例中的电源频率与平滑电容器静电电容的关系的图。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。
【实施例1】
使用图1来说明本发明中的第1实施例。图1中示出本实施例中的车辆驱动系统的构成。
1是集电装置，2是变压器，5是转换器，构成转换器5的5a、5b、5c、5d是转换器5的开关元件，6是谐振滤波器电路，构成谐振滤波器电路6的6a是谐振电抗器，6b是谐振电容器，8是平滑电容器，9是逆变器，构成逆变器9的9a、9b、9c、9d、9e、9f是逆变器9的开关元件，11是电动机，21是车轮。
此外，3是测量变压器2的二次侧电压的电压检测器，4是测量变压器2的二次侧电流的电流检测器，7是测量平滑电容器8的两端电压的电压检测器，10是测量主电动机11的电流的电流检测器。
进而，22是第一交流电源，23是频率与第一交流电源22不同的第二交流电源，24是将第一交流电源22的电力供给到车辆的第一电车线，25是将第二交流电源23的电力供给到车辆的第二电车线，26是对第一电车线24和第二电车线25进行绝缘的无电化区间，27是车辆的轨道。
在本实施例中，作为一例，转换器5设为了2电平单相全桥的电力变换装置，逆变器9设为了2电平三相全桥的电力变换装置，但转换器以及逆变器也能够由除此以外的形态的电力变换装置例如三电平电路来构成。
本驱动系统是用于使车辆加速以及减速的装置，车辆使从第一交流电源22供给的交流电经由电车线24和轨道27、或者从第二交流电源23供给的交流电经由电车线25和轨道27而从集电装置1以及车轮21输入。在加速时，将该输入的交流电由主变压器2进行降压，由转换器5变换为直流电。变换为直流的电力由平滑电容器8进行平滑之后，由逆变器9逆变换为交流电，供给到主电动机11，由此通过可变速驱动使车辆加速。
此外在减速时，通过主电动机11的再生制动而产生的交流电由逆变器9变换为直流电。变换为直流的电力由平滑电容器8进行平滑之后，由转换器5逆变换为交流电，由主变压器2升压之后，从集电装置返回到电车线24或者电车线25。
从该频率不同的电车线24与电车线25的哪一方正在接受电力的供给的识别能够通过探测基于电压检测器3的电压的频率来进行，此外也可以使用车辆的位置检测技术。作为该位置检测单元，可以应用使用了未图示的轨道电路的检测单元、使用了累计车辆的速度信息而求得的行驶距离信息的检测单元、或使用了GPS的检测单元。后述的基于谐振滤波器以及无拍频控制部的跳动抑制功能，能够根据通过这样的电压检测器、位置检测技术而识别出的电源进行切换。假设电车线24的电源频率低于电车线25的电源频率的情况下，在判断为从电车线25正在接受电力供给的情况下，使无拍频控制部进行动作，进行基于无拍频控制的脉动抑制。此外，在判断为从电车线24正在接受电力供给的情况下，通过谐振滤波器来进行脉动抑制。在进行基于谐振滤波器的脉动抑制的情况下，由于不需要无拍频控制，因此可以使无拍频控制停止，但也可以不停止而照旧使其动作。
接下来，该图的100是进行转换器5的电力变换控制的转换器控制装置。101是电源相位检测器，102是正弦波产生器，103和106、108是减法器，104是电压控制器，105是乘法器，107是电流控制器，109是PWM控制器。
转换器控制装置100由电压检测器3来检测主变压器2的二次侧电压，由电源相位检测器101来检测其电气角。正弦波产生器102基于该电气角的信息以与电源电压相同相位生成振幅为1的正弦波。
与此并行地，由电压检测器7来检测平滑电容器8的直流电压Ed，由减法器103从直流电压指令Ed＊中减去直流电压Ed。电压控制器104基于该减法运算结果，生成用于使直流电压Ed与指令值Ed＊一致的二次电流有效值指令Is＊。由乘法器105对该指令Is＊与正弦波产生器102所产生的正弦波进行相乘，生成主变压器2的二次电流指令is＊。该二次电流指令is＊与主变压器2的二次电压为同相位，由此控制转换器5的输入以使其成为功率因数1。
然后，由减法器106对二次电流指令is＊与由电流检测器4检测的二次电流is进行减法运算。电流控制器107基于该减法运算结果，生成交流电压指令ec。然后，由减法器107从二次电压es中减去交流电压指令ec，基于该减法运算结果由PWM控制器109生成转换器脉冲指令Sc。
将该转换器脉冲指令Sc输入到转换器5，基于转换器脉冲指令Sc使5a～5d进行开关动作，由此将直流电压Ed控制为恒定。
进而，该图的200是进行逆变器9的电力变换控制的逆变器控制装置，201是坐标变换器，202和203是减法器，204是电流控制器，205是无拍频控制器，206是加法器，207是PWM控制器。
逆变器控制装置200将由电流检测器10所检测出的三相交流电流iu、iv、iw输入到坐标变换器201而生成d轴电流Id和q轴电流Iq。由减法器202从d轴电流指令Id＊中减去d轴电流Id，由减法器203从q轴电流指令Iq＊中减去q轴电流Iq。电流控制器204基于由减法器202和减法器203分别计算出的减法运算结果，来计算主电动机11的可变速运转所需要的调制率Vc、输出频率Fi、输出偏角δ。无拍频控制器205基于由电压检测器7所检测出的平滑电容器8的直流电压Ed来输出输出频率的校正值ΔFi，加法器206将输出频率Fi与校正值ΔFi进行相加来生成输出频率指令Fi＊。然后，PWM控制器207基于调制率Vc、输出频率指令Fi＊、输出偏角δ来生成逆变器脉冲指令Si，并输入到逆变器9，由此使主电动机11进行驱动。
在此，在搭载了与多个频率的交流电的频率相匹配的多个谐振滤波器的情况下，存在车上设备(谐振滤波器)大型化这样的课题，在使用无拍频控制的情况下，需要准备频率低的交流电源，增大直流级的平滑电容器的静电电容，存在车上设备(平滑电容器)大型化这样的课题。此外，作为增大平滑电容器的静电电容的情况下的其他问题，存在如下这样的问题，即在转换器或逆变器的短路故障时流动的放电电流变大，二次故障的风险增大。
为此，详细内容在后面叙述，但本实施例的特征在于，在行驶于具有2种类以上的电源频率的路线的铁道车辆中，为了抑制因叠加于直流电压的交流电源电压的2倍的频率的脉动而引起的在主电动机11的电流出现的跳动现象，具备谐振滤波器6和无拍频控制器205的双方，针对频率最低的架线电压，使用谐振点成为交流电源电压的2倍的频率的谐振滤波器6来抑制叠加于直流电压的交流电源电压的2倍的频率的脉动，并且针对除此以外的频率的架线电压，通过逆变器的开关动作控制即无拍频控制来抑制在主电动机的电流产生的脉动。
作为一例，若考虑将本发明应用于沿着作为交流电源而具有16.7Hz和50Hz这2种的路线行驶的铁道车辆的情况，则针对频率较低的16.7Hz的交流电源，通过作为硬件的谐振滤波器来抑制叠加于直流电压的交流电源电压的2倍的频率的脉动，并且针对频率较高的50Hz的架线电压，通过作为软件的无拍频控制来抑制在主电动机的电流产生的脉动。
首先，以下对直流级中没有谐振滤波器6的情况下的直流电压Ed的脉动进行说明。
交流车的直流电压Ed的脉动有因转换器5的整流所引起的脉动和因逆变器9的电压变换而引起的脉动。
转换器5的整流所引起的脉动是由于单相交流的整流而产生的，该脉动的主要频带成为架线电压的2倍的频率。式(1)中示出此时的直流电压Ed的脉动与无拍频控制所需要的平滑电容器8的静电电容的关系。
式(1)
在此，ΔEcf是直流电压的脉动宽度，P是车辆驱动系统的最大电力，ωc是架线电压的角频率，Cf是平滑电容器8的静电电容，Ecf是直流电压的直流分量。
从式(1)可知，直流电压的脉动宽度ΔEcf与架线电压的交流频率ωc成反比例。
另一方面，逆变器的电压变换所引起的脉动是由于将直流变换为三相交流而产生的，该脉动的主要频带成为逆变器的输出频率的6倍的频率。式(2)中示出此时的直流电压的脉动与无拍频控制所需要的平滑电容器8的静电电容的关系。
式(2)
在此，ωi是逆变器的输出电力成为最大的点的角频率。在直流级中没有谐振滤波器6的系统中，由于需要通过逆变器的无拍频控制来抑制逆变器的交流输出电压的脉动，因此需要具有式(1)和式(2)所示的平滑电容器的静电电容Cf。因此，在交流架线为2种的路线例如交流架线的频率为16.7Hz和50Hz的情况下，需要针对下述的3个直流电压脉动，使用无拍频控制来抑制逆变器的交流输出电压的脉动。
(a)架线频率16.7Hz的情况下的转换器5的整流所引起的直流电压脉动
(b)架线频率50Hz的情况下的转换器5的整流所引起的直流电压脉动
(c)逆变器动作中的直流电压脉动成为最大的条件下的直流电压脉动
在此，所谓的逆变器动作中的直流电压脉动成为最大的条件，是指逆变器9的输出电压成为最大的情况。铁道车辆的逆变器装置为了提高电压利用效率而以与额定速度的一半程度相对应的逆变器频率Fi使输出电压饱和，在更高的速度时仅控制逆变器频率Fi。将该输出电压饱和的速度称为V/f终端速度，在高于该终端速度的速度时逆变器的输出电力成为最大，直流电压的脉动宽度ΔEcf也成为最大。
以下对此时无拍频控制所需要的平滑电容器8的静电电容Cf进行说明。
将叠加于直流电压Ed的脉动率设为k，想要使由于转换器动作而产生的脉动宽度成为ΔEcf以下的情况下的无拍频控制所需要的平滑电容器8的静电电容Cf成为式(3)。
式(3)
此外，想要使由于逆变器动作而产生的脉动宽度成为ΔEcf以下的情况下的无拍频控制所需要的平滑电容器8的静电电容Cf成为式(4)。
式(4)
例如，在谐振滤波器6未连接到直流级的车辆驱动系统中，就对于成为P＝1630kW、Ecf＝2400V、k＜0.04的条件进行了研究的情况而言，针对上述3个直流电压脉动(a)～(c)，使用无拍频控制来抑制逆变器的交流输出电压的脉动所需要的平滑电容器的静电电容Cf如下所述。
(a)对于架线频率为16.7Hz的情况而言，由于式(3)中的架线频率为ωc＝2×π×16.7rad/s，因此针对架线频率为16.7Hz的情况下的转换器5的整流所引起的直流电压脉动，使用无拍频控制来抑制逆变器的交流输出电压的脉动所需要的平滑电容器8的静电电容为Cf＞28800μF。
(b)对于架线频率为50Hz的情况而言，由于式(3)中的架线频率为ωc＝2×π×50rad/s，因此针对架线频率为50Hz的情况下的转换器5的整流所引起的直流电压脉动，使用无拍频控制来抑制逆变器的交流输出电压的脉动所需要的平滑电容器8的静电电容为Cf＞9600μF。
(c)对于逆变器动作中的直流电压脉动成为最大的情况而言，在V/f终端的输出电力成为最大时，基于逆变器动作的直流电压脉动ΔEcf成为最大，式(4)中的逆变器动作频率Fi为50Hz，各频率为ωi＝2×π×50rad/s，因而针对基于逆变器动作的直流电压脉动，使用无拍频控制来抑制逆变器的交流输出电压的脉动所需要的平滑电容器的静电电容为Cf＞3200μF。
如上所述，针对在由转换器将频率较低的16.7Hz的交流电压变换为直流电压时产生的直流电压脉动，使用无拍频控制来抑制逆变器的交流输出电压的脉动所需要的平滑电容器8的静电电容Cf最大，针对在随后由转换器将频率50Hz的交流电压变换为直流电压时产生的直流电压脉动，使用无拍频控制来抑制逆变器的交流输出电压的脉动所需要的平滑电容器8的静电电容Cf较大，针对由于逆变器动作而产生的直流电压脉动成为最大的条件下的直流电压脉动，使用无拍频控制来抑制逆变器的交流输出电压的脉动所需要的平滑电容器8的静电电容Cf最小。
图4中示出针对该直流电压脉动，使用无拍频控制来抑制逆变器的交流输出电压的脉动所需要的电源频率与平滑电容器8的静电电容的关系。横轴为电源频率，纵轴为平滑电容器8的静电电容。该图基于式(3)。针对叠加于直流电压的脉动分量，对使用无拍频控制来抑制逆变器的交流输出电压的脉动所需要的平滑电容器的静电电容进行了估算。计算条件使用了上述(a)和(b)的值。
根据该结果可知，使用无拍频控制来抑制由于转换器动作而产生的脉动所需要的平滑电容器8的静电电容与电源的频率成反比例关系。因此，针对交流架线的频率较低的16.7Hz的2倍的频率(低频率)，通过调整谐振滤波器6的谐振特性，从而抑制直流电压的脉动。另一方面，针对交流架线的频率较高的50Hz的2倍的频率(高频)，通过应用无拍频控制而使直流电压的脉动ΔEcf不传到逆变器输出侧的主电动机11。像这样，通过具备谐振滤波器6和无拍频控制功能，使谐振滤波器6的谐振特性与频率最低的直流电压脉动一致，从而能够如图4所示那样，将平滑电容器8所需要的静电电容抑制为约1/3以下。
在此，无拍频控制所需要的静电电容能够由平滑电容器8和谐振滤波器6的谐振电容器6b的静电电容分担，因而谐振电容器6b所需要的静电电容成为式(5)。
式(5)
在此，Clc是谐振电容器6b的静电电容。
进而，谐振电抗器6a的电感以及谐振电容器6b的静电电容的关系由于只要将谐振滤波器6的谐振点规定为架线频率16.7Hz的2倍即可，因此只要满足式(6)的关系即可。
式(6)
在此，Llc是谐振电抗器6a的电感。
因此，本实施例中的谐振电抗器6a的电感对式(6)进行展开而由式(7)规定。
式(7)
通过采用上述构成，只要平滑电容器8的静电电容Cf确定，便能够确定谐振电容器6b的静电电容Clc和谐振电抗器6a的电感Llc，能够实现以多个频率为电源的车辆驱动系统的装置容积与重量的小型化、最佳化。
另外，针对架线频率为16.7Hz的情况下的转换器5的整流所引起的直流电压脉动，使用无拍频控制来抑制逆变器的交流输出电压的脉动所需要的平滑电容器8的静电电容Cf＞28800μF，与抑制架线频率16.7Hz的2倍的脉动分量所需要的谐振电容器6b的静电电容、针对50Hz的2倍的脉动分量使用无拍频控制来抑制逆变器的交流输出电压的脉动所需要的平滑电容器8的静电电容Cf＞9600μF相比非常大。因此，分别具备抑制架线频率16.7Hz的2倍的脉动分量所需要的谐振电容器6b的静电电容、以及针对50Hz的2倍的脉动分量使用无拍频控制来抑制逆变器的交流输出电压的脉动所需要的平滑电容器8的静电电容Cf＞9600μF，能够减小作为系统整体所需要的电容器的静电电容。
此外，在转换器5或逆变器9发生了短路故障时，在故障部位由平滑电容器8蓄积的电荷被放电，事故电流会流过故障部位，但根据上述构成，由于能够减小平滑电容器的静电电容，因此能够抑制电流，能够防止装置的二次破坏。
【实施例2】
使用图2来说明本发明中的第2实施例。图2中示出本实施例的构成。
该图中与图1相同的部分以相同标号表示，省略该部分的说明。
该图的12表示谐振滤波器，谐振滤波器12由谐振电抗器12a、与谐振电抗器12a串联连接的谐振电容器12b、与谐振电抗器12a并联连接的接触器12c构成。
谐振滤波器电路12具有如下特长：针对实施例1的谐振滤波器电路6，按照从外部输入的接通断开指令来接通接触器12c，由此能够使谐振滤波器的电抗器短路。
本实施例中的车辆驱动系统在行驶于具有2种以上的电源频率的路线的铁道车辆中，为了抑制因叠加于直流电压的电源频率的2倍的频率的脉动而引起的在主电动机11的电流出现的跳动现象，具备谐振滤波器电路12和无拍频控制器205的双方，在这一点上与实施例1相同，但作为谐振滤波器12的构成部件，除了包含谐振电抗器12a和谐振电容器12b以外，还包含接触器12c。
在本实施例中，根据交流电源的电源频率来切换直流级电压的脉动抑制的方式。谐振滤波器12的谐振频率与实施例1同样地，按照多个交流电源中最低的频率的2倍决定谐振滤波器12(谐振电抗器12a与谐振电容器12b的串联连接体)的谐振频率来进行脉动抑制，关于除此以外的交流电源的频率，由无拍频控制器205来抑制。
无拍频控制器205根据由电压检测器7测量出的叠加于平滑电容器8的电压的脉动的频率，来切换基于谐振滤波器12的脉动抑制和基于无拍频控制的抑制。
在接触器12c接通的状态下由电压检测器7检测到与谐振滤波器12的谐振频率相同的脉动的情况下，从无拍频控制器205输出接触器的断开指令，谐振滤波器12的接触器12c成为断开状态，通过谐振滤波器12来抑制直流级的脉动。此外，在此情况下由于不需要无拍频控制，因此可以使无拍频控制停止，但也可以照旧使无拍频控制进行动作。
另一方面，在接触器12c断开的状态下由电压检测器7检测到谐振滤波器12的谐振频率以外的脉动的情况下，从无拍频控制器205输出接触器的接通指令，谐振滤波器12的接触器12c被接通，通过无拍频控制来抑制直流级的脉动。此时，通过接通接触器12c，从而谐振电抗器12a的部分被短路，因此能够将谐振电容器12b用作直流级的平滑电容器。
本实施例与实施例1相比较，抑制叠加于直流电压的脉动所需要的平滑电容器8的静电电容Cf不同。即，通过应用本实施例，从而能够将谐振电容器12b作为平滑电容器的一部分来利用，因此能够减小为了抑制直流电压的脉动ΔEcf所需要的平滑电容器8的静电电容Cf，能够使装置小型化。此外在无拍频控制中能够降低在谐振电抗器6a产生的损耗。
在本实施例中，示出了基于平滑电容器的电压由无拍频控制器205来控制接触器12c的接通断开以及无拍频控制的动作停止的方式，但也可以与实施例1同样地，基于由电压检测器3所探测到的电压、或由位置检测单元所识别出的电源频率，来控制接触器12c的接通断开以及无拍频控制的动作停止。在该情况下，在判断为从与谐振滤波器12的谐振频率一致的频率的交流电源正在接受电力供给的情况下，输出接触器的断开指令，谐振滤波器12的接触器12c成为断开状态，通过谐振滤波器12来抑制直流级的脉动。此外，在判断为从与谐振滤波器12的谐振频率不同的频率的交流电源正在接受电力供给的情况下，输出接触器的接通指令，谐振滤波器12的接触器12c被接通，通过无拍频控制来抑制直流级的脉动。
另外，在本实施例中，也可以在转换器控制装置100内，判断平滑电容器8的电压与谐振滤波器12的谐振频率是否相同，基于该判断结果，向接触器12c输出接通断开的控制指令，向逆变器控制装置200内的无拍频控制器205输出无拍频控制的开始停止的控制指令。
【实施例3】
使用图3来说明本发明中的第3实施例。图3中示出本实施例的构成。
该图中与图1相同的部分以相同标号表示，并具有与实施例1相同的功能，故省略该部分的说明。
该图的谐振滤波器13具备谐振电抗器13a、与谐振电抗器13a串联连接的谐振电容器13b、以及与谐振电抗器13a进一步串联连接的接触器13c，转换器控制装置100具备故障检测器110，逆变器装置200具备输出调整器208。
谐振滤波器电路13具有如下特征：针对实施例1的谐振滤波器电路6，按照从外部输入的接通断开指令，能够自如地控制接触器13c的接通与断开。另外，在谐振滤波器13正常动作时谐振滤波器电路13的接触器13c处于接通状态。
本实施例中的车辆驱动系统在谐振滤波器电路13的谐振电抗器13a或谐振电容器13b发生了故障时，由故障检测器110来检测故障状态。该检测方法通过从由电压检测器7检测到的直流电压Ed检测谐振滤波器电路的谐振频率来判别。
在由电压检测器7检测到谐振滤波器13的谐振频率以外的脉动的情况下、或者通过实施例1所记载的电源频率的识别功能而判断为从频率最低的电源正在接受电力供给的情况下，执行无拍频控制，无拍频控制器向PWM控制器207输出用于抑制伴随直流电压振动的主电动机11的跳动现象的无拍频控制指令ΔSi。
另一方面，在通过实施例1所记载的电源频率的识别功能而判断为从频率最低的电源正在接受电力供给的情况下，使无拍频控制停止，通过谐振滤波器13来抑制叠加于直流电压的脉动。在此，在使无拍频控制停止而通过谐振滤波器13来抑制直流级的脉动时，由电压检测器7检测到谐振滤波器电路的谐振频率时，判断为在谐振滤波器电路13发生了故障，由故障检测器110向谐振滤波器电路13的接触器13c输出接触器断开指令。由此，将发生了故障的谐振滤波器电路13从电路中断开，从而使其他电路不受到故障所带来的影响。与此同时，向无拍频控制器205和输出调整器208输出故障探测信息。
无拍频控制器205在谐振滤波器13处于正常动作时停止，在接收到故障探测信息时进行动作，向PWM控制器207输出用于抑制伴随直流电压振动的主电动机11的跳动现象的无拍频控制指令ΔSi。
在设置有谐振滤波器13的车辆驱动系统中，在谐振滤波器13发生故障而通过接触器13c将其从电路中断开的情况下，由于平滑电容器8的静电电容不足，因此难以进行基于控制的满负荷下的振动抑制。另一方面，由于直流电压Ed的振动与流过平滑电容器8的电流成比例，所以若降低车辆的行驶速度来降低主电动机11的负荷，则平滑电容器8的电流也相应成比例地变小，因而能够减小直流电压的振动，还能够进行基于控制的主电动机11的跳动现象抑制。因此故障检测时，通过向输出调整器208输入故障探测信息，缩小电流指令，从而能够减少流过主电动机11的电流，能够进行基于无拍频控制的跳动现象抑制，因此能够实现谐振滤波器故障时的车辆的继续行驶。
根据本实施例，除了能够与其他实施例同样地减小为了抑制直流电压的脉动ΔEcf所需要的平滑电容器8的静电电容Cf，使装置小型化以外，还能够通过将发生了故障的谐振滤波器电路13从电路中断开，从而使其他电路不受到故障所带来的影响。进而，通过在谐振滤波器电路13的故障检测时执行无拍频控制，从而即使在发生了谐振滤波器故障的情况下也能够实现车辆的继续行驶。
在本实施例中，说明了在转换器控制装置100内具备故障检测器110的方式，但故障检测器110也可以设置在逆变器控制装置200内。
符号说明
1 集电装置
2 主变压器
3 电压检测器
4 电流检测器
5 转换器(第一电力变换单元)
5a、5b、5c、5d 开关元件
6 谐振滤波器
6a 谐振电抗器
6b 谐振电容器
7 电压检测器
8 平滑电容器
9 逆变器(第二电力变换单元)
9a、9b、9c、9d、9e、9f 开关元件
10 电流检测器
11 主电动机
12 谐振滤波器
12a 谐振电抗器
12b 谐振电容器
12c 接触器
13 谐振滤波器
13a 谐振电抗器
13b 谐振电容器
13c 接触器
21 车轮
22、23 交流电源
24、25 电车线
26 无电化区间
27 轨道
100 转换器控制装置
101 电源相位检测器
102 正弦波产生器
103 减法器
104 电压控制器
105 乘法器
106 减法器
107 电流控制器
108 减法器
109 PWM控制器
110 故障检测器
200 逆变器控制装置
201 坐标变换器
202 减法器
203 减法器
204 电流控制器
205 无拍频控制器
206 加法器
207 PWM控制器
208 输出调整器
es 二次电压
ec 交流电压指令
Ed 直流电压
Ed＊ 直流电压指令
Fi 输出频率
id d轴电流
iq q轴电流
is 二次电流
iu u相电流
iv v相电流
iw w相电流
id＊ d轴电流指令
iq＊ q轴电流指令
is＊ 二次电流指令
Is＊ 二次电流有效值指令
Sc 转换器脉冲指令
Si 逆变器脉冲指令
ΔSi 无拍频控制指令
δ 输出偏角
ω 电源角频率
t 时间
P 电力变换装置的最大电力
Ecf 直流电压的直流分量
ΔEcf 直流电压的脉动分量
Cf 平滑电容器的静电电容
ωc 架线角频率
ωi 输出角频率
k 脉动率
Llc 谐振电抗器的电感
Clc 谐振电容器的静电电容

Claims (6)

1.一种车辆的车辆驱动系统，所述车辆沿设置有提供第一单相交流电的第一电车线的路线、和设置有提供频率比所述第一单相交流电的频率高的第二单相交流电的第二电车线的路线行驶，所述车辆驱动系统的特征在于，具备：
第一电力变换装置，其将从所述第一电车线或者所述第二电车线提供的单相交流电变换为直流电，并输出到直流电力线；
第二电力变换装置，其将输出到所述直流电力线的所述直流电变换为三相交流电；
车辆驱动用的电动机，其被提供该三相交流电；
谐振滤波器，其与所述第一电力变换装置并联地连接于直流电力线，在所述第一单相交流电的二倍的频带具有谐振点；
电压检测器，其检测所述直流电力线的电压；
脉动抑制单元，其根据所述电压检测器的检测值来控制所述第二电力变换装置的输出，抑制叠加于所述三相交流电的脉动；和
平滑电容器，与所述第一电力变换装置并联地连接于所述直流电力线，比由所述脉动抑制单元抑制所述第一电力变换装置将所述第一单相交流电变换为所述直流电时产生的脉动所需的静电电容小，比由所述脉动抑制单元抑制所述第一电力变换装置将所述第二单相交流电变换为所述直流电时产生的脉动所需的静电电容大。
2.根据权利要求1所述的车辆驱动系统，其特征在于，
所述谐振滤波器吸收叠加于所述直流电的所述第一单相交流电的二倍的频率分量的脉动，并且，
所述脉动抑制单元控制所述第二电力变换装置的输出，使得抑制叠加于所述三相交流电的所述第二单相交流电的二倍的频率分量的脉动。
3.根据权利要求2所述的车辆驱动系统，其特征在于，
所述车辆驱动系统具备电源判定单元，所述电源判定单元判断从所述第一电车线和所述第二电车线中的哪个正在接受电力提供，
在判断为从所述第一电车线正在接受电力提供的情况下，停止脉动抑制单元，
在判断为从所述第二电车线正在接受电力提供的情况下，使脉动抑制单元进行动作。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的车辆驱动系统，其特征在于，
所述谐振滤波器具备互相串联连接的谐振电抗器和谐振电容器。
5.根据权利要求4所述的车辆驱动系统，其特征在于，
所述谐振滤波器还具备接触器，所述接触器相对于所述谐振电抗器并联连接，
在由所述电压检测器检测到与所述谐振滤波器的谐振频率相同的脉动的情况下，断开所述接触器，
在由所述电压检测器检测到所述谐振滤波器的谐振频率以外的脉动的情况下，接通所述接触器。
6.根据权利要求4所述的车辆驱动系统，其特征在于，
所述谐振滤波器还具备接触器，所述接触器相对于所述谐振电抗器串联连接，
在由所述电压检测器检测到所述谐振滤波器的谐振频率的脉动时，断开所述接触器并执行无拍频控制，
在由所述电压检测器没有检测到所述谐振滤波器的谐振频率的脉动时，接通所述接触器并且停止无拍频控制。
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