JP2001028887A

JP2001028887A - 電力変換装置

Info

Publication number: JP2001028887A
Application number: JP11199754A
Authority: JP
Inventors: Shotaro Murakami; 昇太郎村上
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1999-07-14
Filing date: 1999-07-14
Publication date: 2001-01-30
Anticipated expiration: 2019-07-14
Also published as: JP4267132B2

Abstract

(57)【要約】【課題】セクションポスト両側の電力を供給する変電
所の電力量を均等化し、また、セクションポスト両側の
電圧差を小さくする。【解決手段】セクションポスト３にまたがって自励式
単相ＢＴＢ変換装置４が接続され、その変換器４２Ａ、
４２Ｂには制御パルス演算回路１１Ａ、１１Ｂから半導
体素子点弧用のパルスＰuA、ＰuBが送られる。有効・無
効電力基準演算部１００では両単相交流き電線３０Ａ、
３０Ｂの有効電力の偏差が小さくなるように演算して有
効電力基準ＰArefを出力する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、電鉄変電所にお
いて用い、交流と交流の間で直流を経て電力を変換する
電力変換装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図１７は、例えば新幹線の、従来の単相
交流き電線を示す構成概念図である。図において、１
Ａ、１Ｂは３相交流電源、２Ａ、２Ｂは３相交流電源１
Ａ、１Ｂから電力の供給を受けてそれぞれ２つの単相電
力に変換するスコット巻線変圧器、３０Ａ、３０Ｂはス
コット巻線変圧器２Ａ、２Ｂから単相電力が供給される
単相交流き電線、３は単相交流き電線３０Ａ、３０Ｂ間
に設置され、３相交流電源１Ａ、１Ｂからの電力の供給
区間を区分するセクションポスト、５は単相交流き電線
３０Ａ、３０Ｂから電力の供給を受けて走行する電車で
ある。次に動作について説明する。単相交流き電源３０
Ａ、３０Ｂにはスコット巻線変圧器２Ａ、２Ｂで変換さ
れたうちの一つの単相電力がそれぞれ供給され、その電
力により電車５が走行する。電車５がセクションポスト
３の設置部分をまたいで走行するときには、電車５はそ
の部分を惰行する。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】従来のき電線は以上の
ように構成されているので、電車の運行状態によっては
隣合う２つの３相交流電源間で電力消費量が異なるた
め、高目の電力量で電力会社と契約する必要があった。
また、セクションポストの両側において、電車負荷のか
かり方の関係で電圧が大きく異なることがあり、電車に
とっても出力不足になったり過電圧を受けたりすること
などの問題点があった。

【０００４】この発明は、上記のような問題を解決する
ためになされたものであり、セクションポストの両側の
き電線にそれぞれ電力を供給する２つの電源（変電所）
の電力消費量を均等にすることができ、またセクション
ポストの両側の電圧差を小さくして、電車の出力不足や
過電圧を防止できる電力変換装置を得ることを目的とす
る。

【０００５】

【課題を解決するための手段】請求項１に係る電力変換
装置は、２つの変換器を組み合わせてなる自励式単相Ｂ
ＴＢ変換装置を有して、セクションポストで区分された
２つの単相交流き電線間に接続され、それぞれの上記変
換器の有効電力基準、無効電力基準、交流側電流値およ
び上記単相交流き電線の電圧位相角が入力されて上記そ
れぞれの変換器の半導体素子点弧信号を演算する２つの
制御パルス演算回路を備えたものである。

【０００６】請求項２に係る電力変換装置は、請求項１
記載のものにおいて、両単相交流き電線へ供給される有
効電力間の偏差が入力されてこの偏差を小さくするよう
に演算する制御関数の出力を、一方の制御パルス演算回
路に入力される有効電力基準とするとともに、自励式単
相ＢＴＢ変換装置の直流電圧と直流電圧基準との偏差が
入力されてこの偏差を小さくするように演算する制御関
数の出力を、他方の制御パルス演算回路に入力される有
効電力基準とするようにしたものである。

【０００７】請求項３に係る電力変換装置は、請求項１
記載のものにおいて、自励式単相ＢＴＢ変換装置の直流
電圧と直流電圧基準との偏差が入力されてこの偏差を小
さくするように演算する制御関数の出力の１/２と、両
単相交流き電線へ供給される電力間の偏差が入力されて
この偏差を小さくするように演算する制御関数の出力と
を加算した値を、一方の制御パルス演算回路に入力され
る有効電力基準とするとともに、上記自励式単相ＢＴＢ
変換装置の直流電圧と直流電圧基準との偏差が入力され
てこの偏差を小さくするように演算する制御関数の出力
の１/２から、上記両単相交流き電線へ供給される電力
間の偏差が入力されてこの偏差を小さくするように演算
する制御関数の出力を減算した値を、他方の制御パルス
演算回路に入力される有効電力基準とするようにしたも
のである。

【０００８】請求項４に係る電力変換装置は、請求項１
記載のものにおいて、一方の制御パルス演算回路に入力
されるに入力される有効電力基準を０とし、自励式単相
ＢＴＢ変換装置の直流電圧と直流電圧基準との偏差が入
力されてこの偏差を小さくするように演算する制御関数
の出力を、他方の制御パルス演算回路に入力される有効
電力基準とするとともに、それぞれの単相交流き電線電
圧と単相交流き電線電圧基準との偏差が入力されてこれ
らの偏差を小さくするように演算するそれぞれの制御関
数の出力を、それぞれの制御パルス演算回路に入力され
る無効電力基準とするようにしたものである。

【０００９】請求項５に係る電力変換装置は、請求項１
記載のものにおいて、自励式単相ＢＴＢ変換装置の直流
電圧と直流電圧基準との偏差が入力されてこの偏差を小
さくするように演算する制御関数の出力を、両制御パル
ス演算回路に入力される有効電力基準とするとともに、
それぞれの単相交流き電線電圧と単相交流き電線電圧基
準との偏差が入力されてこれらの偏差を小さくするよう
に演算するそれぞれの制御関数の出力を、それぞれの制
御パルス演算回路に入力される無効電力基準とするよう
にしたものである。

【００１０】請求項６に係る電力変換装置は、請求項１
記載のものにおいて、両単相交流き電線電圧間の偏差が
入力されてこの偏差を小さくするように演算する制御関
数の出力に一定のゲインをかけた値を、一方の制御パル
ス演算回路に入力される有効電力基準とするとともに、
自励式単相ＢＴＢ変換装置の直流電圧と直流電圧基準と
の偏差が入力されてこの偏差を小さくするように演算す
る制御関数の出力を、他方の制御パルス演算回路に入力
される有効電力基準とするようにしたものである。

【００１１】請求項７に係る電力変換装置は、請求項１
記載のものにおいて、自励式単相ＢＴＢ変換装置の直流
電圧と直流電圧基準との偏差が入力されてこの偏差を小
さくするように演算する制御関数の出力の１/２と、両
単相交流き電線電圧間の偏差が入力されてこの偏差を小
さくするように演算する制御関数の出力に一定のゲイン
をかけた値とを加算した値を、一方の制御パルス演算回
路に入力される有効電力基準とするとともに、上記自励
式単相ＢＴＢ変換装置の直流電圧と直流電圧基準との偏
差が入力されてこの偏差を小さくするように演算する制
御関数の出力の１/２から、上記両単相交流き電線電圧
間の偏差が入力されてこの偏差を小さくするように演算
する制御関数の出力に一定のゲインをかけた値を減算し
た値を、他方の制御パルス演算回路に入力される有効電
力基準とするようにしたものである。

【００１２】請求項８に係る電力変換装置は、請求項１
記載のものにおいて、両単相交流き電線の電圧位相間の
偏差が入力されてこの偏差の変化を小さくするように演
算する制御関数の出力に一定のゲインをかけた値を、一
方の制御パルス演算回路に入力される有効電力基準とす
るとともに、自励式単相ＢＴＢ変換装置の直流電圧と直
流電圧基準との偏差が入力されてこの偏差を小さくする
ように演算する制御関数の出力を、他方の制御パルス演
算回路に入力される有効電力基準とするようにしたもの
である。

【００１３】請求項９に係る電力変換装置は、請求項１
記載のものにおいて、自励式単相ＢＴＢ変換装置の直流
電圧と直流電圧基準との偏差が入力されてこの偏差を小
さくするように演算する制御関数の出力の１/２と、両
単相交流き電線の電圧位相間の偏差が入力されてこの偏
差の変化を小さくするように演算する制御関数の出力に
一定のゲインをかけた値とを加算した値を、一方の制御
パルス演算回路に入力される有効電力基準とするととも
に、上記自励式単相ＢＴＢ変換装置の直流電圧と直流電
圧基準との偏差が入力されてこの偏差を小さくするよう
に演算する制御関数の出力の１/２から、上記両単相交
流き電線の電圧位相間の偏差が入力されてこの偏差の変
化を小さくするように演算する制御関数の出力に一定の
ゲインをかけた値を減算した値を、他方の制御パルス演
算回路に入力される有効電力基準とするようにしたもの
である。

【００１４】請求項１０に係る電力変換装置は、請求項
６から請求項９のいずれかに記載のものにおいて、それ
ぞれの変換器の容量と有効電力基準とから演算される無
効電力リミット値と、それぞれの単相交流き電線電圧と
単相交流き電線電圧基準との偏差が入力されてこの偏差
を小さくするように演算するそれぞれの制御関数の出力
とから出力が決まるそれぞれのリミッタを有し、それぞ
れの上記単相交流き電線電圧と単相交流き電線電圧基準
との偏差が入力されてこの偏差を小さくするように演算
するそれぞれの制御関数の出力と上記リミッタの出力と
を乗算した値を、それぞれの制御パルス演算回路に入力
される無効電力基準とするようにしたものである。

【００１５】

【発明の実施の形態】例えば、新幹線の単相交流き電線
では、変電所から供給される電力の電圧位相あるいは周
波数が異なる場合があり、き電線同士を接続することが
できない。このため、セクションポストを設け、電車へ
供給する電源を切り離している。き電線負荷は、電車運
行状況により集中したり分散したりするので、片方の電
源に負荷が集中し、契約電力を超えることもある。ま
た、セクションポストの両側で電圧差が大きくなる場合
があり、電車の加速特性に大きな影響を与えることもあ
る。最近では回生車が多く運転されており、そのためセ
クションポスト３両側間の電圧差は大きくなる傾向があ
る。そこで、セクションポストが設置されたところに、
自励式単相ＢＴＢ変換装置を有する電力変換装置を設け
て両単相交流き電線に接続し、負荷が集中した方へもう
一方から電力を供給して、変電所の電力量の均等化を図
る。

【００１６】実施の形態１．以下、この発明の実施の形
態１について図１、図２に基づいて説明する。図１は、
この発明の実施の形態１における電力変換装置を示すブ
ロック図である。図１において、１Ａ、１ＢはＡ系統、
Ｂ系統の３相交流電源である。以下、Ａ系統に関連した
図１の左の部分には符号にＡを付し、Ｂ系統に関連した
図１の右の部分には符号にＢを付して示すものとする。
２Ａ、２Ｂは３相交流電源１Ａ、１Ｂから電力の供給を
受けてそれぞれ２つの単相電力に変換するスコット巻線
変圧器、３０Ａ、３０Ｂはスコット巻線変圧器２Ａ、２
Ｂから単相電力が供給される単相交流き電線で、互いに
位相または周波数が異なっている。３は単相交流き電線
３０Ａ、３０Ｂ間に設置され、両単相交流き電線３０
Ａ、３０Ｂを区分するセクションポストであり、３相交
流電源１Ａ、１Ｂからの電力の供給区分を区分してい
る。５は単相交流き電線３０Ａ、３０Ｂから電力の供給
を受けて走行する電車である。

【００１７】４はセクションポスト３の設置位置に設け
られ、２つの単相交流き電線３０Ａ、３０Ｂ間に接続さ
れた自励式単相ＢＴＢ（back to back）変換装置であ
る。４１Ａ、４１Ｂは単相交流き電線３０Ａ、３０Ｂに
接続された変換器用変圧器、４２Ａ、４２Ｂは半導体素
子を用いて電力を交直変換する自励式の変換器で、交流
側がそれぞれ変換器用変圧器４１Ａ、４１Ｂに接続さ
れ、そして直流側は互いに接続されるとともに、直流コ
ンデンサ４３および直流電圧Ｅdを検出する直流電圧検
出器９が接続されている。変換用変圧器４１Ａ、４１
Ｂ、変換器４２Ａ、４２Ｂ、直流コンデンサ４３および
直流電圧検出器９で自励式単相ＢＴＢ変換装置４を構成
している。

【００１８】１１Ａ、１１Ｂはそれぞれ変換器４２Ａ、
４２Ｂの半導体素子点弧信号となるパルスＰuA、ＰuBを
演算して送出する制御パルス演算回路、８Ａ、８Ｂは変
換器４２Ａ、４２Ｂの交流側の電流を検出する変換器電
流検出器、７Ａ、７Ｂは自励式単相ＢＴＢ変換装置４の
設置位置においてセクションポスト３の両側での単相交
流き電線３０Ａ、３０Ｂの電圧を検出するき電線電圧検
出器、１０Ａ、１０Ｂはき電線電圧検出器７Ａ、７Ｂの
出力ＶA、ＶBが入力されて単相き電線３０Ａ、３０Ｂの
電圧位相角θA、θBを演算するＰＬＬ回路である。変換
器電流検出器８Ａの出力ＩAおよびＰＬＬ回路１０Ａの
出力θAが制御パルス演算回路１１Ａに入力されるとと
もに、変換器電流検出器８Ｂの出力ＩBおよびＰＬＬ回
路１０Ｂの出力θBが制御パルス演算回路１１Ｂに入力
されるようになっている。

【００１９】６Ａ、６Ｂはスコット巻線変圧器２Ａ、２
Ｂから単相交流き電線３０Ａ、３０Ｂへ供給される有効
電力を検出する電力検出器であり、電流の他に、図示を
省略したが電圧が入力されて有効電力ＰA、ＰBを演算す
る。１００は電力検出器６Ａ、６Ｂの出力ＰA、ＰBが入
力される有効・無効電力基準演算部であり、制御パルス
演算回路１１Ａへ変換器４２Ａの有効電力基準ＰArefお
よび無効電力基準ＱArefを出力するとともに、制御パル
ス演算回路１１Ｂへ変換器４２Ｂの有効電力基準ＰBref
および無効電力基準ＱBrefを出力するようになってい
る。

【００２０】図２は、有効・無効電力基準演算部１００
を示すブロック図であり、図において、１２は電力検出
器６Ａ、６Ｂの出力ＰA、ＰB間の偏差を算出する減算
器、１３は減算器１２からＰA、ＰBの偏差が入力されて
その偏差が小さくなるように演算し、変換器４２Ａの有
効電力基準ＰArefを出力する制御関数ＧP(Ｓ)、１４は
直流電圧検出器９が検出した直流電圧Ｅdから所定の直
流電圧基準Ｅdrefを減算して偏差を算出する減算器、１
５は減算器１４からＥdとＥdrefの偏差が入力されてそ
の偏差が小さくなるように、変換器４２Ｂの有効電力基
準ＰBrefを演算して出力する制御関数ＧEd(Ｓ)である。
両変換器４２Ａ、４２Ｂの無効電力基準ＱAref、ＱBref
はともに０（ゼロ）とする。

【００２１】自励式単相ＢＴＢ変換装置は、自励式のた
め一方の有効電力ＰA、無効電力ＱAおよび他方の有効電
力ＰB、無効電力ＱBをそれぞれ独立に制御することがで
きる。したがって一方から他方への融通有効電力および
双方の無効電力を装置容量以内の範囲で制御することが
可能である。次に図１、図２を用いて動作について説明
する。変換器電流検出器８Ａ、８Ｂでは変換器４２Ａ、
４２Ｂの交流側の電流を検出して、検出した電流値Ｉ
A、ＩBを制御パルス演算回路１１Ａ、１１Ｂへ出力す
る。また、き電線電圧検出器７Ａ、７Ｂでき電線電圧を
検出して、検出した電圧値ＶA、ＶBをＰＬＬ回路１０
Ａ、１０Ｂへ出力し、ＰＬＬ回路１０Ａ、１０Ｂで電圧
位相角を演算し、演算した電圧位相角θA、θBを制御パ
ルス演算回路１１Ａ、１１Ｂへ出力する。

【００２２】さらに、単相交流き電線３０Ａ、３０Ｂへ
供給される有効電力を電力検出器６Ａ、６Ｂで検出し、
検出した有効電力値ＰA、ＰBを有効・無効電力基準演算
部１００へ出力する。有効電力値ＰA、ＰBが入力された
有効・無効電力基準演算部１００では、減算器１２で両
有効電力値ＰA、ＰBの偏差を算出し、その値を制御関数
ＧP(Ｓ)１３へ出力する。制御関数ＧP(Ｓ)１３は、両有
効電力値ＰA、ＰBの偏差が小さくなるように、一方の変
換器４２Ａの有効電力基準ＰArefを演算し、その値を制
御パルス演算回路１１Ａへ出力する。

【００２３】また、直流電圧検出器９で検出した直流電
圧値Ｅdが、有効・無効電力基準演算部１００に入力さ
れる。変換器４２Ａ、４２Ｂの設計に応じて決められた
直流電圧基準Ｅdrefと直流電圧値Ｅdとの偏差を減算器
１４で算出し、その値を制御関数ＧEd(Ｓ)１５へ出力す
る。制御関数ＧEd(Ｓ)１５は、この偏差が小さくなるよ
うに有効電力基準ＰBrefを演算し、その値を制御パルス
演算回路１１Ｂへ出力する。無効電圧基準θAref、θBr
efはともに０とする。

【００２４】以上により、一方の制御パルス演算回路１
１Ａには、ＩA、θA、ＰAref、ＱArefが入力され、一方
の変換器４２Ａへ半導体素子点弧パルスＰuAを出力す
る。そして、他方の制御パルス演算回路１１Ｂには、Ｉ
B、θB、ＰBref、ＱBrefが入力され、他方の変換器４２
Ｂへ半導体素子点弧パルスＰuBを出力する。このように
して、両単相交流き電線３０Ａ、３０Ｂの有効電力Ｐ
A、ＰB間の偏差を小さくするように自励式単相ＢＴＢ変
換装置を制御するので、両スコット巻線変圧器２Ａ、２
Ｂの有効電力量、すなわち２つの変電所の有効電力量を
均等化することができるとともに、その結果、セクショ
ンポスト３両側の電圧差も小さくなり、したがって電力
料金の低減ができるとともにセクションポスト３での電
圧変化や電圧降下による電車の加速特性への悪影響を防
止できるなどの利点がある。

【００２５】実施の形態２．実施の形態１では、一方の
変換器でＰ制御（有効電力制御）、他方の変換器で直流
電圧制御をする例について述べたが、この実施の形態で
は両方の変換器で同時にＰ制御と直流電圧制御をする場
合について示す。この実施の形態は有効・無効電力基準
演算部１００が実施の形態１と異なる。図３は、実施の
形態２における電力変換装置の有効・無効電力基準演算
部１００を示すブロック図であり、実施の形態１と同様
の部分については同一符号を付し、その説明を省略す
る。全体は図１と同様になっている。

【００２６】図３において、１７は制御関数ＧEd(Ｓ)１
５の出力を１/２にするゲイン１/２、１８は制御関数Ｇ
P(Ｓ)１３の出力とゲイン１/２（１７）の出力とを加算
する加算器で、その出力を一方の変換器４２Ａの有効電
力基準ＰArefとする。１９はゲイン１/２（１７）の出
力から制御関数ＧP(Ｓ)１３の出力を減算する減算器で
あり、その出力を他方の変換器４２Ｂの有効電力基準Ｐ
Brefとする。以上により、単相交流き電線３０Ａ、３０
Ｂの負荷が変動した時に、両変換器４２Ａ、４２Ｂの有
効電力制御が同時に働くため、応答が早くなり、変電所
の有効電力量の均等化を高速に行うことができる利点が
ある。

【００２７】実施の形態３．実施の形態１および２で
は、有効電力を制御する例について述べたが、無効電力
を独立に制御する場合について示す。図４は、実施の形
態１における電力変換装置を示すブロック図、図５は、
図４の電力変換装置の有効・無効電力基準演算部を示す
ブロック図である。実施の形態１と同様の部分について
は同一符号を付し、その説明を省略する。

【００２８】図４において、き電線電圧検出器７Ａ、７
Ｂの出力ＶA、ＶBはＰＬＬ回路１０Ａ、１０Ｂの他に、
有効・無効電力基準演算部１００へも送られる。なお、
図１の電力検出器６Ａ、６Ｂは、ここでは設けられてい
ない。図５において、２０Ａは一方の単相交流き電線３
０Ａの電圧値ＶAとその単相交流き電線電圧基準ＶAref
とが入力されて両者の偏差を算出する減算器、２１Ａは
減算器２０ＡからＶA、ＶArefの偏差が入力されてその
偏差が小さくなるように演算し、一方の変換器４２Ａの
無効電力基準ＱArefを出力する制御関数ＧV(Ｓ)であ
る。

【００２９】２０Ｂは他方の単相交流き電線３０Ｂの電
圧値ＶBとその単相交流き電線電圧基準ＶBrefとが入力
されて両者の偏差を算出する減算器、２１Ｂは減算器２
０ＢからＶB、ＶBrefの偏差が入力されてその偏差が小
さくなるように演算し、変換器４２Ｂの無効電力基準Ｑ
Brefを出力する制御関数ＧV(Ｓ)である。一方の変換器
４２Ａの有効電力基準ＰArefは０とし、他方の有効電力
基準ＰBrefは、実施の形態１の場合と同様とする。

【００３０】単相交流き電線３０Ａ、３０Ｂは、そのリ
アクタンス成分の作用で、無効電力の大きさにより電圧
が大きく変化するので、両変換器４２Ａ、４２Ｂの無効
電力制御により、単相交流き電線３０Ａ、３０Ｂの電圧
が効果的に制御される。以上のようにして、両単相交流
き電線３０Ａ、３０Ｂの電圧を独立に制御し、その結
果、ＶArefとＶBrefが同じ値として、セクションポスト
３両側の電圧の差を小さくでき、したがって電車の運転
特性の向上を図ることができる。

【００３１】実施の形態４．実施の形態３では、直流電
圧制御を他方の変換器４２Ｂのみにより行う方式とした
が、この実施の形態は、実施の形態２の場合と同様に、
直流電圧制御を両変換器４２Ａ、４２Ｂで同時に行う場
合について示す。図６は、実施の形態４における電力変
換装置の有効・無効電力基準演算部１００を示すブロッ
ク図であり、全体は図４と同様になっている。実施の形
態３と同様の部分については同一符号を付し、その説明
を省略する。

【００３２】図６において、１７は制御関数ＧEd(Ｓ)１
５の出力を１/２にするゲイン１/２であり、その出力を
両変換器４２Ａ、４２Ｂの有効電力基準ＰArefおよびＰ
Brefとする。このようにして、直流電圧制御を両変換器
４２Ａ、４２Ｂで行うことにより、応答が速くなる利点
がある。

【００３３】実施の形態５．実施の形態１では単相交流
き電線３０Ａ、３０Ｂへそれぞれの変電所から供給され
る有効電力を検出して変換器４２Ａ、４２Ｂを制御した
が、変電所間の距離が長くて容易に有効電力の検出がで
きない場合は、この実施の形態のように、き電線電圧に
より変換器４２Ａ、４２Ｂを制御することができる。図
７は、この発明の実施の形態５における電力変換装置の
有効・無効電力基準演算部を示すブロック図であり、全
体は図４と同様になっている。実施の形態１と同様の部
分については同一符号を付し、その説明を省略する。

【００３４】図７において、２２は両単相交流き電線３
０Ａ、３０Ｂの電圧ＶA、ＶBが入力されてその偏差を算
出する減算器、２３は減算器２２からＶA、ＶBの偏差が
入力されてその偏差が小さくなるように演算する制御関
数ＧP2(Ｓ)、２４は制御関数ＧP2(Ｓ)２３の出力に一定
値ＫをかけるゲインＫで、その出力を一方の変換器４２
Ａの有効電力基準ＰArefとする。他方の変換器４２Ｂの
有効電力基準ＰBrefおよび両変換器４２Ａ、４２Ｂの無
効電力基準ＱAref、ＱBrefは実施の形態１の場合と同様
とする。

【００３５】負荷力率が１に近い場合、単相交流き電線
３０Ａ、３０Ｂでの電圧降下は有効電力の大きさによる
とみなし、単相交流き電線３０Ａ、３０Ｂの電圧差から
融通有効電力量を決めることができるため、変電所間が
遠く離れていて有効電力の検出、演算が困難な場合に利
用できる。

【００３６】実施の形態６．実施の形態５では、Ｐ制
御、直流電圧制御をそれぞれの変換器で分担して行った
が、この実施の形態では、実施の形態２の場合と同様に
Ｐ制御、直流電圧制御を両方の変換器で同時に行う。図
８は、この発明の実施の形態６における電力変換装置の
有効・無効電力基準演算部を示すブロック図であり、全
体は図４と同様になっている。実施の形態５と同様の部
分については同一符号を付し、その説明を省略する。

【００３７】図８において、１７、１８、１９は、図３
に示したのと同様のゲイン１/２、加算器および減算器
であり、ゲインＫ（２４）の出力とゲイン１/２（１
７）の出力を加算器１８で加算して、その出力を一方の
変換器４２Ａの有効電力基準ＰArefとする。また、ゲイ
ン１/２（１７）の出力からゲインＫ（２４）の出力を
減算器１９で減算して、その出力を他方の変換器４２Ｂ
の有効電力基準ＰBrefとする。このようにして、Ｐ制御
と直流電圧制御を両変換器４２Ａ、４２Ｂで同時に行う
ことにより応答が速くなる。

【００３８】実施の形態７．実施の形態５では、単相交
流き電線の電圧差から有効電力基準を演算したが、変換
器容量以内であれば、無効電力を独立に制御可能であ
る。図９は、この発明の実施の形態７における電力変換
装置の有効・無効電力基準演算部を示すブロック図であ
り、全体は図４と同様になっている。実施の形態５と同
様の部分については同一符号を付し、その説明を省略す
る。

【００３９】両変換器４２Ａ、４２Ｂの容量をＷA、ＷB
とすると、無効電力リミット値はそれぞれ√（ＷA²−Ｐ
Aref²）、√（ＷB²−ＰBref²）となる。図９において、
２０Ａ、２０Ｂおよび２１Ａ、２１Ｂは、図５に示した
のと同様の減算器および制御関数ＧV(Ｓ)で、２７Ａ、
２７Ｂは、有効電力基準ＰAref、ＰBrefとなるゲインＫ
（２４）と制御関数ＧEd(Ｓ)１５の出力から、無効電力
リミット値を演算する無効電力リミット演算器、２６
Ａ、２６Ｂは無効電力リミット演算器２７Ａ、２７Ｂか
ら出力される無効電力リミット値と制御関数ＧV(Ｓ)
（２１Ａ、２１Ｂ）の出力とから出力値が決まるリミッ
タ、２５Ａ、２５Ｂは制御関数ＧV(Ｓ)（２１Ａ、２１
Ｂ）の出力とリミッタ２７Ａ、２７Ｂの出力とを乗算す
る掛算器である。ゲインＫ（２４）の出力と制御関数Ｇ
Ed(Ｓ)１５の出力をそれぞれの変換器４２Ａ、４２Ｂの
有効電力基準ＰAref、ＰBrefとするとともに、掛算器２
５Ａ、２５Ｂの出力をそれぞれの変換器４２Ａ、４２Ｂ
の無効電力基準ＱAref、ＱBrefとする。

【００４０】以上のようにして、有効電力制御のみなら
ず、変換器容量の範囲内で無効電力制御を行うことによ
り、セクションポスト両側の電圧差を小さくすることが
できるので、更に列車の運転特性の向上を図ることがで
きる。

【００４１】実施の形態８．実施の形態７では、Ｐ制
御、直流電圧制御をそれぞれの変換器で分担して行った
が、この実施の形態では、実施の形態２の場合と同様に
Ｐ制御、直流電圧制御を両方の変換器で同時に行う。図
１０は、この発明の実施の形態８における電力変換装置
の有効・無効電力基準演算部を示すブロック図であり、
実施の形態７と同様の部分については同一符号を付し、
その説明を省略する。全体は図４と同様になっている。

【００４２】図１０において、１７、１８、１９は、図
３に示したのと同様のゲイン１/２、加算器および減算
器であり、ゲインＫ（２４）の出力とゲイン１/２（１
７）の出力を加算器１８で加算して、その出力を一方の
変換器４２Ａの有効電力基準ＰArefとするとともに、無
効電力リミット演算器２７Ａに入力する。また、ゲイン
１/２（１７）の出力からゲインＫ（２４）の出力を減
算器１９で減算して、その出力を他方の変換器４２Ｂの
有効電力基準ＰBrefとするとともに、無効電力リミット
演算器２７Ｂに入力する。以上のようにして、Ｐ制御と
直流電圧制御を両変換器４２Ａ、４２Ｂで同時に行うこ
とにより、応答が速くなる。

【００４３】実施の形態９．実施の形態５では、セクシ
ョンポスト両側の電圧差は、負荷力率が１に近い場合と
して、両単相交流き電線３０Ａ、３０Ｂの有効電力の差
によるとしたが、両単相交流き電線３０Ａ、３０Ｂの負
荷力率が異なった場合には誤差が大きくなる。このた
め、この実施の形態では、両単相交流き電線３０Ａ、３
０Ｂは、そのリアクタンス成分の作用で、電圧位相が有
効電力の大きさで変化することに着目し、両単相交流き
電線３０Ａ、３０Ｂの電圧位相差の変化から有効電力基
準を演算するようにしている。

【００４４】図１１は、この発明の実施の形態９におけ
る電力変換装置を示すブロック図、図１２は、図１１の
電力変換装置の有効・無効電力基準演算部を示すブロッ
ク図である。実施の形態５と同様の部分については同一
符号を付し、その説明を省略する。図１１において、Ｐ
ＬＬ回路１０Ａ、１０Ｂの出力である電圧位相角θA、
θBが制御回路演算回路１１Ａ、１１Ｂに入力されると
ともに、有効・無効電力基準演算部１００にも入力され
る。なお、電圧値ＶA、ＶBは有効・無効電力基準演算部
１００に入力されていない。

【００４５】また、図１２において、２８は両単相交流
き電線３０Ａ、３０Ｂの電圧位相角θA、θBの偏差を算
出する減算器、２９は減算器２８からθA、θBの偏差が
入力されて、その偏差の変化を小さくするように演算す
る制御関数ＧP3(Ｓ)、２４は制御関数ＧP3(Ｓ)２９の出
力に一定値ＫをかけるゲインＫで、その出力を一方の変
換器４２Ａの有効電力基準ＰArefとしている。

【００４６】以上により、変電所間が遠く離れて有効電
力の検出が困難な場合、両単相交流き電線３０Ａ、３０
Ｂで負荷力率が異なっても、セクションポスト３両側の
電圧位相差の変化から変換器４２Ａまたは４２Ｂを制御
することにより、容易に、正確に融通有効電力の制御が
行える利点がある。

【００４７】実施の形態１０．実施の形態９では、Ｐ制
御、直流電圧制御をそれぞれの変換器で分担して行った
が、この実施の形態では、実施の形態２の場合と同様に
Ｐ制御、直流電圧制御を両方の変換器で同時に行う。図
１３は、この発明の実施の形態１０における電力変換装
置の有効・無効電力基準演算部を示すブロック図であ
り、実施の形態９と同様の部分については同一符号を付
し、その説明を省略する。全体は図１１と同様になって
いる。

【００４８】図１３において、１７、１８、１９は、図
３に示したのと同様のゲイン１/２、加算器および減算
器であり、ゲインＫ（２４）の出力とゲイン１/２（１
７）の出力を加算器１８で加算して、その出力を一方の
変換器４２Ａの有効電力基準ＰArefとする。また、ゲイ
ン１/２（１７）の出力からゲインＫ（２４）の出力を
減算器１９で減算して、その出力を他方の変換器４２Ｂ
の有効電力基準ＰBrefとする。このようにして、Ｐ制御
と直流電圧制御を両変換器４２Ａ、４２Ｂで同時に行う
ことにより、応答が速くなる。

【００４９】実施の形態１１．この実施の形態は、実施
の形態９で示した電圧位相角から求める有効電力基準
と、実施の形態７で示した電圧値から求める無効電力基
準とを組み合わせたものである。図１４は、実施の形態
１１における電力変換装置を示すブロック図であり、図
１１と同様の部分は同一符号を付して、その説明を省略
する。有効・無効電力基準演算部１００には電圧位相角
θA、θBとともに電圧値ＶA、ＶBも入力している。

【００５０】図１５は、図１４の電力変換装置の有効・
無効電力基準演算部を示すブロック図であり、図９ある
いは図１２と同様の部分については同一符号を付して、
その説明を省略する。図１５において、図９の減算器２
２、制御関数ＧP2(Ｓ)２３、ゲインＫ（２４）の部分
が、図１２の減算器２８、制御関数ＧP3(Ｓ)２９、ゲイ
ンＫ（２４）に置き換わった形になり、減算器２８に電
圧位相角θA、θBが入力される。このようにして、組み
合わせることにより、容易に正確に有効電力の融通がで
きるとともに、セクションポスト３両側の電圧を更に小
さくすることができる利点がある。

【００５１】実施の形態１２．実施の形態１１では、Ｐ
制御、直流電圧制御をそれぞれの変換器で分担して行っ
たが、この実施の形態では、実施の形態２の場合と同様
にＰ制御、直流電圧制御を両方の変換器で同時に行う。
図１６は、この発明の実施の形態１２における電力変換
装置の有効・無効電力基準演算部を示すブロック図であ
り、実施の形態１１と同様の部分については同一符号を
付し、その説明を省略する。

【００５２】図１６において、１７、１８、１９は、図
３に示したのと同様のゲイン１/２、加算器および減算
器であり、ゲイン１/２（１７）の出力を加算器１８で
加算して、その出力を一方の変換器４２Ａの有効電力基
準ＰArefとするとともに、無効電力リミット演算器２７
Ａに入力する。また、ゲイン１/２（１７）の出力から
ゲインＫ（２４）の出力を減算器１９で減算して、その
出力を他方の変換器４２Ｂの有効電力基準ＰBrefとする
とともに、無効電力リミット演算器２７Ｂに入力する。
以上のようにして、Ｐ制御と直流電圧制御を両変換器４
２Ａ、４２Ｂで同時に行うことにより、応答が早くな
る。

【００５３】

【発明の効果】請求項１に係る電力変換装置によれば、
自励式単相変換装置を有してセクションポストで区分さ
れた２つの単相交流き電線に接続されるので、２つの単
相交流き電線の有効電力および無効電力をそれぞれ独立
に制御でき、したがって変電所の電力量を均等化するこ
とができ、また、セクションポストの両側の電圧差を小
さくすることができる効果がある。請求項２に係る電力
変換装置によれば、一方の制御パルス演算回路への有効
電力基準を、両単相交流き電線の有効電力間の偏差が小
さくなるように演算したので、上記と同様の効果があ
る。請求項３に係る電力変換装置によれば、両制御パル
ス演算回路への有効電力基準を、両単相交流き電線の有
効電力間の偏差が小さくなるように演算したので、上記
効果を応答性良く実現できる。

【００５４】請求項４に係る電力変換装置によれば、制
御パルス演算回路への無効電力基準を、それぞれの単相
交流き電線電圧と単相交流き電線電圧基準との偏差が小
さくなるように演算したので、セクションポスト両側の
電圧差が更に効果的に小さくなるように制御できる。請
求項５に係る電力変換装置によれば、両制御パルス演算
回路への有効電力基準を、直流電圧と直流電圧基準との
偏差が小さくなるように演算するとともに、無効電力基
準を、それぞれの単相交流き電線電圧と単相交流き電線
電圧基準との偏差が小さくなるように演算したので、セ
クションポスト両側の電圧差を小さくできるとともに、
応答が早くなる。

【００５５】請求項６に係る電力変換装置によれば、一
方の制御パルス演算回路への有効電力基準を、両単相交
流き電線電圧間の偏差が小さくなるように演算したの
で、負荷力率が１に近い場合に、有効電力の検出を必要
とすることなしに、変電所の電力量を均等化することが
できる。請求項７に係る電力変換装置によれば、両制御
パルス演算回路への有効電力基準を、両単相交流き電線
電圧間の偏差が小さくなるように演算したので、負荷力
率が１に近い場合に、変電所の電力量を均等化できると
ともに、応答が速くなる。

【００５６】請求項８に係る電力変換装置によれば、一
方の制御パルス演算回路への有効電力基準を、両単相交
流き電線の電圧位相間の偏差の変化が小さくなるように
演算したので、有効電力の検出を必要とすることなし
に、変電所の電力量の均等化をより正確に行うことがで
きる。請求項９に係る電力変換装置によれば、両制御パ
ルス演算回路への有効電力基準を、両単相交流き電線の
電圧位相間の偏差の変化が小さくなるように演算したの
で、有効電力の検出を必要とすることなしに、変電所の
電力量の均等化ができるとともに、応答が速くなる。

【００５７】請求項１０に係る電力変換装置によれば、
変換器容量と有効電力とから決まる無効電力リミット値
の範囲内に無効電力を制限するので、融通有効電力の制
御に加えて、変換器の容量を越えずに無効電力の制御も
でき、セクションポスト両側の電圧差を小さくすること
ができ、したがって電車の運転特性を更に向上させるこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施の形態１における電力変換装
置を示すブロック図である。

【図２】この発明の実施の形態１における有効・無効
電力基準演算部を示すブロック図である。

【図３】この発明の実施の形態２における有効・無効
電力基準演算部を示すブロック図である。

【図４】この発明の実施の形態３における電力変換装
置を示すブロック図である。

【図５】この発明の実施の形態３における有効・無効
電力基準演算部を示すブロック図である。

【図６】この発明の実施の形態４における有効・無効
電力基準演算部を示すブロック図である。

【図７】この発明の実施の形態５における有効・無効
電力基準演算部を示すブロック図である。

【図８】この発明の実施の形態６における有効・無効
電力基準演算部を示すブロック図である。

【図９】この発明の実施の形態７における有効・無効
電力基準演算部を示すブロック図である。

【図１０】この発明の実施の形態８における有効・無
効電力基準演算部を示すブロック図である。

【図１１】この発明の実施の形態９における電力変換
装置を示すブロック図である。

【図１２】この発明の実施の形態９における有効・無
効電力基準演算部を示すブロック図である。

【図１３】この発明の実施の形態１０における有効・
無効電力基準演算部を示すブロック図である。

【図１４】この発明の実施の形態１１における電力変
換装置を示すブロック図である。

【図１５】この発明の実施の形態１１における有効・
無効電力基準演算部を示すブロック図である。

【図１６】この発明の実施の形態１２における有効・
無効電力基準演算部を示すブロック図である。

【図１７】従来の単相交流き電線の構成概念図であ
る。

【符号の説明】

３セクションポスト、４自励式単相ＢＴＢ変換装
置、６Ａ,６Ｂ電力検出器、７Ａ,７Ｂき電線電圧検
出器、８Ａ,８Ｂ変換器電流検出器、９直流電圧検
出器、１０Ａ,１０ＢＰＬＬ回路、１１Ａ,１１Ｂ制
御パルス演算回路、１３制御関数ＧP(Ｓ)、１５制
御関数ＧEd(Ｓ)、２１Ａ,２１Ｂ制御関数ＧV(Ｓ)、２
３制御関数ＧP2(Ｓ)、２６リミッタ、２９制御関
数ＧP3(Ｓ)、３０Ａ,３０Ｂ単相交流き電線、４２Ａ,
４２Ｂ変換器、１００有効・無効電力基準演算部。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】２つの変換器を組み合わせてなる自励式
単相ＢＴＢ変換装置を有して、セクションポストで区分
された２つの単相交流き電線間に接続され、それぞれの
上記変換器の有効電力基準、無効電力基準、交流側電流
値および上記単相交流き電線の電圧位相角が入力されて
上記それぞれの変換器の半導体素子点弧信号を演算する
２つの制御パルス演算回路を備えたことを特徴とする電
力変換装置。
【請求項２】両単相交流き電線へ供給される有効電力
間の偏差が入力されてこの偏差を小さくするように演算
する制御関数の出力を、一方の制御パルス演算回路に入
力される有効電力基準とするとともに、自励式単相ＢＴ
Ｂ変換装置の直流電圧と直流電圧基準との偏差が入力さ
れてこの偏差を小さくするように演算する制御関数の出
力を、他方の制御パルス演算回路に入力される有効電力
基準とするようにしたことを特徴とする請求項１記載の
電力変換装置。
【請求項３】自励式単相ＢＴＢ変換装置の直流電圧と
直流電圧基準との偏差が入力されてこの偏差を小さくす
るように演算する制御関数の出力の１/２と、両単相交
流き電線へ供給される電力間の偏差が入力されてこの偏
差を小さくするように演算する制御関数の出力とを加算
した値を、一方の制御パルス演算回路に入力される有効
電力基準とするとともに、上記自励式単相ＢＴＢ変換装
置の直流電圧と直流電圧基準との偏差が入力されてこの
偏差を小さくするように演算する制御関数の出力の１/
２から、上記両単相交流き電線へ供給される電力間の偏
差が入力されてこの偏差を小さくするように演算する制
御関数の出力を減算した値を、他方の制御パルス演算回
路に入力される有効電力基準とするようにしたことを特
徴とする請求項１記載の電力変換装置。
【請求項４】一方の制御パルス演算回路に入力される
有効電力基準を０とし、自励式単相ＢＴＢ変換装置の直
流電圧と直流電圧基準との偏差が入力されてこの偏差を
小さくするように演算する制御関数の出力を、他方の制
御パルス演算回路に入力される有効電力基準とするとと
もに、それぞれの単相交流き電線電圧と単相交流き電線
電圧基準との偏差が入力されてこれらの偏差を小さくす
るように演算するそれぞれの制御関数の出力を、それぞ
れの制御パルス演算回路に入力される無効電力基準とす
るようにしたことを特徴とする請求項１記載の電力変換
装置。
【請求項５】自励式単相ＢＴＢ変換装置の直流電圧と
直流電圧基準との偏差が入力されてこの偏差を小さくす
るように演算する制御関数の出力を、両制御パルス演算
回路に入力される有効電力基準とするとともに、それぞ
れの単相交流き電線電圧と単相交流き電線電圧基準との
偏差が入力されてこれらの偏差を小さくするように演算
するそれぞれの制御関数の出力を、それぞれの制御パル
ス演算回路に入力される無効電力基準とするようにした
ことを特徴とする請求項１記載の電力変換装置。
【請求項６】両単相交流き電線電圧間の偏差が入力さ
れてこの偏差を小さくするように演算する制御関数の出
力に一定のゲインをかけた値を、一方の制御パルス演算
回路に入力される有効電力基準とするとともに、自励式
単相ＢＴＢ変換装置の直流電圧と直流電圧基準との偏差
が入力されてこの偏差を小さくするように演算する制御
関数の出力を、他方の制御パルス演算回路に入力される
有効電力基準とするようにしたことを特徴とする請求項
１記載の電力変換装置。
【請求項７】自励式単相ＢＴＢ変換装置の直流電圧と
直流電圧基準との偏差が入力されてこの偏差を小さくす
るように演算する制御関数の出力の１/２と、両単相交
流き電線電圧間の偏差が入力されてこの偏差を小さくす
るように演算する制御関数の出力に一定のゲインをかけ
た値とを加算した値を、一方の制御パルス演算回路に入
力される有効電力基準とするとともに、上記自励式単相
ＢＴＢ変換装置の直流電圧と直流電圧基準との偏差が入
力されてこの偏差を小さくするように演算する制御関数
の出力の１/２から、上記両単相交流き電線電圧間の偏
差が入力されてこの偏差を小さくするように演算する制
御関数の出力に一定のゲインをかけた値を減算した値
を、他方の制御パルス演算回路に入力される有効電力基
準とするようにしたことを特徴とする請求項１記載の電
力変換装置。
【請求項８】両単相交流き電線の電圧位相間の偏差が
入力されてこの偏差の変化を小さくするように演算する
制御関数の出力に一定のゲインをかけた値を、一方の制
御パルス演算回路に入力される有効電力基準とするとと
もに、自励式単相ＢＴＢ変換装置の直流電圧と直流電圧
基準との偏差が入力されてこの偏差を小さくするように
演算する制御関数の出力を、他方の制御パルス演算回路
に入力される有効電力基準とするようにしたことを特徴
とする請求項１記載の電力変換装置。
【請求項９】自励式単相ＢＴＢ変換装置の直流電圧と
直流電圧基準との偏差が入力されてこの偏差を小さくす
るように演算する制御関数の出力の１/２と、両単相交
流き電線の電圧位相間の偏差が入力されてこの偏差の変
化を小さくするように演算する制御関数の出力に一定の
ゲインをかけた値とを加算した値を、一方の制御パルス
演算回路に入力される有効電力基準とするとともに、上
記自励式単相ＢＴＢ変換装置の直流電圧と直流電圧基準
との偏差が入力されてこの偏差を小さくするように演算
する制御関数の出力の１/２から、上記両単相交流き電
線の電圧位相間の偏差が入力されてこの偏差の変化を小
さくするように演算する制御関数の出力に一定のゲイン
をかけた値を減算した値を、他方の制御パルス演算回路
に入力される有効電力基準とするようにしたことを特徴
とする請求項１記載の電力変換装置。
【請求項１０】それぞれの変換器の容量と有効電力基
準とから演算される無効電力リミット値と、それぞれの
単相交流き電線電圧と単相交流き電線電圧基準との偏差
が入力されてこの偏差を小さくするように演算するそれ
ぞれの制御関数の出力とから出力が決まるそれぞれのリ
ミッタを有し、それぞれの上記単相交流き電線電圧と単
相交流き電線電圧基準との偏差が入力されてこの偏差を
小さくするように演算するそれぞれの制御関数の出力と
上記リミッタの出力とを乗算した値を、それぞれの制御
パルス演算回路に入力される無効電力基準とするように
したことを特徴とする請求項６から請求項９のいずれか
に記載の電力変換装置。