CN107852098B - 功率转换装置 - Google Patents

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Abstract

功率转换装置(1)包括转换输入功率并输出的功率转换部(11)、进行功率转换部(11)的控制的通常控制部(15)及进行功率转换部(11)的保护动作的保护控制部(16)。通常控制部(15)例如基于与功率转换部(11)的输出目标值相对应的电流指令值及功率转换部(11)的输出电流，输出对功率转换部(11)所具有的开关元件的通断的切换进行控制的控制信号。保护控制部(16)在与功率转换部(11)的输出功率相当的值不在根据输出目标值而决定的目标功率范围内的情况下，停止功率转换部(11)中的功率转换。

Description

功率转换装置
技术领域
本发明涉及基于与功率转换部的输出功率相当的值来进行功率转换部的保护动作的功率转换装置。
背景技术
电动铁路车辆中搭载有功率转换装置，对从架空线获取到的功率进行转换，并提供给电动机。功率转换装置例如根据输出电压或输出电流，进行功率转换部的控制或保护停止等。专利文献1所公开的功率转换装置根据由逆变器输出的瞬时电流计算出的双轴的电流分量来计算交流电动机的产生转矩。该功率转换装置检测产生转矩中所包含的伴随着整流器的整流的脉动分量，并基于该脉动分量调节逆变器的交流输出的频率。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利特开2003-111500号公报
发明内容
发明所要解决的技术问题
专利文献1所公开的功率转换装置进行基于输出电流的反馈控制。虽然输出电流被控制为接近指令值，但在发生异常、例如输出电流成为过电流的情况下，为了保护功率转换装置内的电子设备，进行停止功率转换装置中的功率转换的保护动作。在与过电流、过电压等个别现象相对应地来进行保护动作的功率转换装置中，虽然输出电流与指令值一致，但例如因外部干扰等，输出功率有可能不在所希望的范围内。该情况下，例如，输入至与功率转换装置相连接的负载装置的功率有可能过剩。
本发明是鉴于上述情况而完成的，其目的在于，能在更多样的状况下进行功率转换装置的保护动作。
解决技术问题的技术方案
为了达到上述目的，本发明的功率转换装置包括：功率转换部，该功率转换部转换输入功率并输出；以及保护控制部，该保护控制部在与功率转换部的输出功率相当的值不在根据功率转换部的输出目标值而决定的目标功率范围内的情况下，停止功率转换部中的功率转换。保护控制部中，作为与输出功率相当的值，使用功率转换部的输出功率。功率转换部的输出功率使用由设置于功率转换部的输出处的电压计检测出的、功率转换部的输出电压来计算。
发明效果
根据本发明，通过在与输出功率相当的值不在根据输出的目标值而决定的目标功率范围内的情况下停止功率转换部中的功率转换，从而能在更多样的状况下进行功率转换装置的保护动作。
附图说明
图1是示出本发明实施方式1所涉及的功率转换装置的结构例的框图。
图2是示出实施方式1所涉及的功率转换装置搭载到电动铁路车辆的搭载例的图。
图3是示出实施方式1所涉及的保护控制部的结构例的框图。
图4是示出本发明实施方式2所涉及的保护控制部的结构例的框图。
图5是示出本发明实施方式3所涉及的保护控制部的结构例的框图。
具体实施方式
以下，参照附图，对本发明的实施方式进行详细说明。另外，图中对相同或等同的部分标注相同的标号。
(实施方式1)
图1是示出本发明实施方式1所涉及的功率转换装置的结构例的框图。功率转换装置1搭载于电动铁路车辆(以下，也称为电车)。功率转换装置1包括：功率转换部11，该功率转换部11转换输入功率并输出；通常控制部15，该通常控制部15例如根据从电车的驾驶室获取到的运行指令以及功率转换部11的输出电流等来控制功率转换部11；以及保护控制部16，该保护控制部16在功率转换部11的输出功率不在目标功率范围内的情况下停止功率转换部11中的功率转换。目标功率范围根据功率转换部11的输出目标值而决定。图1的示例中，功率转换部11包括将交流功率转换为直流功率并输出的整流器12、滤波电容器13、以及将经滤波电容器13滤波后的整流器12的输出功率转换为交流功率并输出的逆变器14。功率转换部11可以具有进行单向功率转换的电路结构，也可以具有进行双向功率转换的电路结构。功率转换部11的结构并不限于图1的示例，作为功率转换部11，例如也可以使用DC-DC转换器(Direct-Current-to-Direct-Current Converter：直流-直流转换器)。
图2是示出实施方式1所涉及的功率转换装置搭载到电动铁路车辆的搭载例的图。从架空线2经由导电弓等集电装置3而获取、并经变压器6转换后的功率被提供至整流器12。图2是架空线电压为交流的情况的示例，然而功率转换装置1也可以搭载于在架空线电压为直流的区间中行驶的电车。经功率转换部11转换后的功率被提供至电动机9，电动机9被驱动，并获得电车的推进力。图2的示例中，将从架空线2经由集电装置3及变压器6提供至功率转换部11的功率设为功率转换部11的输入功率，并将功率转换部11对于电动机9输出的功率设为功率转换部11的输出功率。
图2的示例中，设有检测一次电流的电流计4、检测架空线电压的电压计5、检测从整流器12流向逆变器14的电流的电流计17、检测滤波电容器13的电压的电压计18、检测逆变器14所输出的U相、V相、W相的各相电压的电压计7u、7v、7w、以及检测逆变器14所输出的U相、V相、W相的各相电流的电流计8u、8v、8w。电流计4、8u、8v、8w、17以及电压计5、7u、7v、7w、18并非全部都是必须的，根据通常控制部15及保护控制部16中的控制来设置所需的电流计及电压计即可。
通常控制部15例如根据与目标转矩值相对应的电流指令值、以及由电流计8u、8v、8w检测出的电流值，来向整流器12及逆变器14输出控制信号，该控制信号控制整流器12及逆变器14所具有的开关元件的通断的切换，该目标转矩值根据从驾驶室获取到的运行指令计算得到。
图3是示出实施方式1所涉及的保护控制部的结构例的框图。保护控制部16包括计算目标功率范围的目标运算部21、计算相当于功率转换部11的输出功率的值的输出运算部22、以及基于与输出功率相当的值及目标功率范围判定是否使功率转换部11中的功率转换停止、并根据该判定结果控制功率转换部11的判定部23。
目标运算部21例如根据由运行指令计算出的目标转矩值与从对未图示的电动机9的频率进行检测的频率检测器获取到的频率的积，计算功率转换部11对电动机9输出的目标值即目标功率值，并根据与目标功率值的误差的允许范围计算目标功率范围。目标运算部21例如根据能对再生制动的失效容忍到何种程度等，来计算目标功率范围。
输出运算部22例如根据电压计7u、7v、7w及电流计8u、8v、8w的检测结果的积，计算功率转换部11的输出功率的瞬时值，并作为与输出功率相当的值来使用。输出运算部22例如也可以根据电流计4及电压计5的检测结果的积，计算功率转换部11的输入功率的瞬时值，并作为与输出功率相当的值来使用。在进行高效率的功率转换的功率转换部11中，可以将输入功率视为与输出功率相当的值。
判定部23在与输出功率相当的值不在目标功率范围内的情况下，判定为使功率转换部11中的功率转换停止，并向整流器12及逆变器14输出使整流器12及逆变器14的动作停止的控制信号。
如以上所说明的那样，根据本发明实施方式1所涉及的功率转换装置1，通过在与功率转换部11的输出功率相当的值不在目标功率范围内的情况下使功率转换部11中的功率转换停止，从而即使在例如因外部干扰等导致功率转换部11的输出电流在适当的范围内、但输出功率不在目标功率范围内的情况下，也能使功率转换部11中的功率转换停止，并能在更多样的状况下进行功率转换装置1的保护动作。通过在功率转换部11的输出功率不在目标功率范围内的情况下停止功率转换部11中的功率转换，从而能提高搭载了功率转换装置1的车辆的控制的准确度。
(实施方式2)
本发明实施方式2所涉及的功率转换装置1的结构与实施方式1所涉及的功率转换装置1的结构相同。图4是示出本发明实施方式2所涉及的保护控制部的结构例的框图。实施方式2所涉及的保护控制部16具有目标运算部21、输出运算部22以及判定部23。保护控制部16使用两个值来作为与功率转换部11的输出功率相当的值，并根据两个与输出功率相当的值以及目标功率范围控制功率转换部11。
输出运算部22具有计算功率转换部11的输出功率的第1输出运算部24以及计算功率转换部11的输入功率的第2输出运算部25。判定部23具有对目标功率范围和功率转换部11的输出功率进行比较的比较部26、对目标功率范围和功率转换部11的输入功率进行比较的比较部27、以及根据比较部26、27的输出来判定是否停止功率转换部11中的功率转换、并根据上述判定结果来控制功率转换部11的逻辑运算部28。如图4所示，比较部26、27中使用的目标功率范围可以相同，也可以不同。例如，考虑到功率转换部11中的损耗，也可以在比较部26、27中使用互不相同的目标功率范围。
与实施方式1相同地，第1输出运算部24例如根据电压计7u、7v、7w以及电流计8u、8v、8w的检测结果的积，来计算功率转换部11的输出功率的瞬时值。与实施方式1相同地，第2输出运算部25例如根据电流计4以及电压计5的检测结果的积，来计算功率转换部11的输入功率的瞬时值。
比较部26比较第1输出运算部24所计算出的功率转换部11的输出功率和目标功率范围，在功率转换部11的输出功率在目标功率范围内的情况下向逻辑运算部28输出L(Low：低)电平的信号，并在功率转换部11的输出功率不在目标功率范围内的情况下向逻辑运算部28输出H(High：高)电平的信号。
比较部27比较第2输出运算部25所计算出的功率转换部11的输入功率和目标功率范围，在功率转换部11的输入功率在目标功率范围内的情况下向逻辑运算部28输出L电平的信号，并在功率转换部11的输入功率不在目标功率范围内的情况下向逻辑运算部28输出H电平的信号。
逻辑运算部28例如具有OR电路，在比较部26、27中的任一个的输出为H电平的情况下，输出停止功率转换部11中的功率转换的控制信号。在比较部26、27中的任一个的输出为H电平的情况下，停止功率转换部11中的功率转换，从而即使在电流计4、8u、8v、8w以及电压计5、7u、7v、7w中的任一个发生了异常的情况下，也能检测功率转换部11的异常并停止功率转换部11中的功率转换。
逻辑运算部28例如具有AND电路，可以在比较部26、27双方的输出为H电平的情况下，输出停止功率转换部11中的功率转换的控制信号。在比较部26、27双方的输出为H电平的情况下，停止功率转换部11中的功率转换，从而能防止因电流计4、8u、8v、8w以及电压计5、7u、7v、7w中的任一个的异常而导致尽管功率转换部11的输出正常，却仍停止功率转换部11中的功率转换的情况。
如以上所说明的那样，根据本实施方式2所涉及的功率转换装置1，在功率转换部11的输出功率不在目标功率范围内这一条件、以及功率转换部11的输入功率不在目标功率范围内这一条件中的至少一个条件成立的情况下使功率转换部11中的功率转换停止，从而能在更多样的状况下进行功率转换装置1的保护动作。通过使用两个与输出功率相当的值，从而能可靠地进行功率转换装置1的保护动作。
(实施方式3)
本发明实施方式3所涉及的功率转换装置1的结构与实施方式1所涉及的功率转换装置1的结构相同。图5是示出本发明实施方式3所涉及的保护控制部的结构例的框图。实施方式3所涉及的保护控制部16具有目标运算部21、输出运算部22以及判定部23。保护控制部16使用3个值来作为与功率转换部11的输出功率相当的值，并根据3个与输出功率相当的值以及目标功率范围控制功率转换部11。
输出运算部22具有计算功率转换部11的输出功率的第1输出运算部24、计算功率转换部11的输入功率的第2输出运算部25、以及计算功率转换部11所具有的逆变器14的输入功率的第3输出运算部29。判定部23具有对目标功率范围和功率转换部11的输出功率进行比较的比较部26、对目标功率范围和功率转换部11的输入功率进行比较的比较部27、对目标功率范围和整流器12的输出功率或逆变器14的输入功率进行比较的比较部30、以及根据比较部26、27、30的输出判定是否停止功率转换部11中的功率转换、并根据上述判定结果来控制功率转换部11的逻辑运算部28。比较部26、27、30中使用的目标功率范围可以相同，也可以不同。例如，考虑到功率转换部11中的损耗，也可以在比较部26、27、30中使用互不相同的目标功率范围。
第1输出运算部24与第2输出运算部25的结构及动作与实施方式2相同。第3输出运算部29例如根据电流计17及电压计18的检测结果的积，来计算逆变器14的输入功率的瞬时值。
比较部26、27的结构及动作与实施方式2相同。比较部30比较第3输出运算部29所计算出的逆变器14的输入功率和目标功率范围，在逆变器14的输入功率在目标功率范围内的情况下向逻辑运算部28输出L电平的信号，并在逆变器14的输入功率不在目标功率范围内的情况下向逻辑运算部28输出H电平的信号。
逻辑运算部28在比较部26、27、30中的任一个的输出为H电平的情况下，输出停止功率转换部11中的功率转换的控制信号。此外，可以在比较部26、27、30各自的输出中两个以上的输出为H电平的情况下，输出停止功率转换部11中的功率转换的控制信号。在3个与输出功率相当的值中两个以上的值不在目标功率范围内的情况下停止功率转换部11中的功率转换，从而即使在电流计4、8u、8v、8w、17以及电压计5、7u、7v、7w、18中的任一个发生了异常的情况下，也能检测功率转换部11的异常并停止功率转换部11中的功率转换，并且能防止因电流计4、8u、8v、8w、17以及电压计5、7u、7v、7w、18中的任一个的异常而导致尽管功率转换部11的输出正常，却仍停止功率转换部11中的功率转换的情况。
如图1所示，在功率转换部11不具有滤波电容器13的情况下，也可以分别各设置两个电流计4及电压计5，在第1输出运算部24中根据一方的电流计4及电压计5的检测结果的积计算功率转换部11的输入功率，并在第3输出运算部29中根据另一方的电流计4及电压计5的检测结果的积计算功率转换部11的输入功率。该情况下，比较部30及逻辑运算部28的动作也与上述示例相同。
此外，也可以分别各设置两个电流计8u、8v、8w及电压计7u、7v、7w，在第2输出运算部25中根据一方的电流计8u、8v、8w及电压计7u、7v、7w的检测结果的积计算功率转换部11的输出功率，并在第3输出运算部29中根据另一方的电流计8u、8v、8w及电压计7u、7v、7w的检测结果的积计算功率转换部11的输出功率。该情况下，比较部30及逻辑运算部28的动作也与上述示例相同。
如以上所说明的那样，根据本实施方式3所涉及的功率转换装置1，在功率转换部11的输出功率、功率转换部11的输入功率、以及逆变器14的输入功率中的至少任一个不在目标功率范围内的情况下使功率转换部11中的功率转换停止，从而能在更多样的状况下进行功率转换装置1的保护动作。通过使用3个与输出功率相当的值，从而能可靠地进行功率转换装置1的保护动作。
本发明的实施方式并不限于上述实施方式。与保护控制部16所使用的功率转换部11的输出功率相当的值也可以是4以上。
本发明在不脱离本发明的广义思想与范围的情况下，可实现各种实施方式和变形。另外，上述实施方式用于对本发明进行说明，而不对本发明的范围进行限定。即，本发明的范围由权利要求的范围来表示，而不由实施方式来表示。并且，在权利要求的范围内及与其同等发明意义的范围内实施的各种变形也视为在本发明的范围内。
标号说明
1功率转换装置，2架空线，3集电装置，4、8u、8v、8w、17电流计，5、7u、7v、7w、18电压计，6变压器，9电动机，11功率转换部，12整流器，13滤波电容器，14逆变器，15通常控制部，16保护控制部，21目标运算部，22输出运算部，23判定部，24第1输出运算部，25第2输出运算部，26、27、30比较部，28逻辑运算部，29第3输出运算部。

Claims (2)

1.一种功率转换装置，其特征在于，包括：
功率转换部，该功率转换部转换输入功率并输出；以及
保护控制部，该保护控制部中，作为与所述功率转换部的输出功率相当的值，使用所述功率转换部的输出功率及输入功率，并在所述功率转换部的输出功率不在第1目标功率范围内的第1条件、以及所述功率转换部的输入功率不在第2目标功率范围内的第2条件成立的情况下，停止所述功率转换部中的功率转换，
所述功率转换部的输出功率使用由设置于所述功率转换部的输出处的电压计检测出的、所述功率转换部的输出电压来计算，
所述第1目标功率范围和所述第2目标功率范围是不同的目标功率范围。
2.如权利要求1所述的功率转换装置，其特征在于，
所述功率转换部具有：第1功率转换部，该第1功率转换部转换所述输入功率并输出；以及第2功率转换部，该第2功率转换部以所述第1功率转换部输出的功率为输入功率，对该输入功率进行转换并输出，
所述保护控制部中，作为与所述输出功率相当的值，使用所述功率转换部的输出功率、所述功率转换部的输入功率、以及所述第1功率转换部的输出功率或所述第2功率转换部的输入功率，并在所述功率转换部的输出功率不在第1目标功率范围内的第1条件、所述功率转换部的输入功率不在第2目标功率范围内的第2条件、以及所述第1功率转换部的输出功率或所述第2功率转换部的输入功率不在第3目标功率范围内的第3条件成立的情况下，停止所述功率转换部中的功率转换。
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