JP2001157303A - 車両用電力変換器の制御装置 - Google Patents

車両用電力変換器の制御装置

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JP2001157303A
JP2001157303A JP33379399A JP33379399A JP2001157303A JP 2001157303 A JP2001157303 A JP 2001157303A JP 33379399 A JP33379399 A JP 33379399A JP 33379399 A JP33379399 A JP 33379399A JP 2001157303 A JP2001157303 A JP 2001157303A
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voltage
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power converter
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Masahito Suzuki
鈴木  優人
Takashi Yasuda
安田  高司
Takeshi Ando
安藤  武
Kiyoshi Nakada
仲田  清
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Hitachi Ltd
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Hitachi Ltd
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    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
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  • Stopping Of Electric Motors (AREA)
  • Control Of Multiple Motors (AREA)
  • Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)
  • Control Of Ac Motors In General (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 回生運転時の高電圧制御においては、一編成
車両を制御する複数台の制御装置間に制御のアンバラン
スが発生する。この制御のアンバランスを抑制すること
にある。 【解決手段】 直流架線1から供給される直流電力を平
滑化するリアクトル2とコンデンサ3から成る平滑回路
を備え、直流電力を交流電力に変換する複数台のインバ
ータ装置4と、インバータ装置毎に駆動される誘導電動
機8と、複数台のインバータ装置を個別に制御する複数
台の群制御装置12から成る車両用電力変換器の制御装
置において、これらの群制御装置に共通な情報を出力す
る主制御装置11を備えると共に、主制御装置に電圧演
算部111を設け、複数台の群制御装置が検出した平滑
回路のコンデンサ電圧の内最大値を基準にして各々の群
制御装置の高電圧制御開始電圧を個別に設定し、全ての
群制御装置が同時に高電圧制御を行う。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、車両用電力変換器
の制御装置に係り、特に、複数台の群制御装置によって
一編成車両を制御するシステムにおける回生運転時の高
電圧制御の技術に関する。
【0002】
【従来の技術】従来の直流電気車用インバータ制御装置
では、電圧検出器から出力される平滑回路のコンデンサ
電圧(以下、フィルタコンデンサ電圧と呼ぶ。)を制御
装置に設けたアナログ/デジタル変換回路(以下、A/
D変換回路と呼ぶ。)を介して取り込み、これに基づい
て制御を行っている。従来の直流電気車用インバータ装
置の制御装置を図6に示す。図中、1は直流架線、2
a,2b,3a,3bは直流電力を平滑化するフィルタ
リアクトルとフィルタコンデンサ、4a,4bはインバ
ータ装置、5a,6a,7a,5b,6b,7bは電動
機の各相電流を検出する電流検出器、8a,8bは誘導
電動機、9a,9bは速度信号発生器、10a,10b
はフィルタコンデンサ電圧を検出する電圧検出器、12
a,12bはインバータ装置4a,4bを駆動する制御
装置、13はノッチ信号を出力する主幹制御装置であ
る。また、制御装置12a(12bは同様のため省略す
る。)は、フィルタコンデンサ電圧Ecfaをデジタル
量に変換するアナログ/デジタル変換器(以下、A/D
変換回路と略称する。)126と、このA/D変換回路
126の出力Ecf1に基づいて回生運転時のトルク電
流絞り量Δiqを出力する高電圧制御部127と、主幹
制御装置13から出力されるノッチ信号に従って起動、
停止のシーケンス情報Ssqを出力するシーケンス制御
部113と、電流検出器5a,6a,7aの出力iu,
iv,iwから励磁分電流idとトルク分電流iqを算
出する電流演算部124と、速度信号発生器9aから出
力される速度信号Spからロータ周波数Frを算出する
速度演算部125と、A/D変換回路126、高電圧制
御部127、シーケンス制御部113、電流演算部12
4、速度演算部125の出力に従って制御演算を行うベ
クトル演算部122と、ベクトル制御演算部122から
出力される電圧指令Vcと偏角δとインバータ周波数指
令Fiに従ってPWMパルス信号Spwmを出力するP
WM演算部123から成る。図7において、従来の制御
装置における回生運転時は、電圧検出器10a,10b
で検出したフィルタコンデンサ電圧Ecfa,Ecfb
をそれぞれの制御装置12a,12bで取り込み、電圧
が所定の値Ecfmaxを越えた場合、トルク電流絞り
量Δiqaを出力して回生電力を制限する高電圧制御を
行っている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来の制
御装置が複数台で構成される一編成車両を考えた場合、
前記A/D変換回路等のバラツキによりフィルタコンデ
ンサ電圧の検出値に誤差が生じ、制御にアンバランスが
発生する。例えば、回生運転時の高電圧制御において
は、検出したフィルタコンデンサ電圧に誤差があると、
図7に示すように、高電圧制御開始電圧を同じ値に設定
していても、高電圧制御を行う制御装置と行わない制御
装置に別れ、制御装置間で動作が異なってしまう。この
ようなアンバランスが発生すると、全電力を回生してい
るインバータ装置の回生電力により、回生電力を抑制し
ているインバータ装置のフィルタコンデンサ電圧が上昇
して過電圧保護動作に至ってしまうといった問題や、全
電力を回生しているインバータ装置により駆動される車
輪が滑走状態に陥るといった問題がある。
【0004】本発明の課題は、回生運転時に一編成車両
を制御する複数台の制御装置間に発生する制御アンバラ
ンスを抑制するに好適な車両用電力変換器の制御装置を
提供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】上記課題は、一編成車両
を制御する複数台の群制御装置とは別に1台の主制御装
置を設け、この主制御装置によって複数台の群制御装置
の高電圧制御開始電圧を個別に調整して、全ての制御装
置が同時に高電圧制御を行うことにより、解決される。
ここで、調整の際に、複数台の群制御装置が検出した平
滑回路のコンデンサ電圧の内最大値を基準とする。
【0006】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面を
用いて説明する。図1は、本発明の一実施形態による車
両用電力変換器の制御装置を示し、ここでは、2群構成
の直流車両用インバータ装置の制御装置を示す。なお、
図1において図5と同記号のものは同意のため、説明を
省略する。また、制御装置12bについては制御装置1
2aと同様のため説明を省略する。図1において、11
は主制御装置であり、2台のインバータ装置4a,4b
にそれぞれ対応する2台の制御装置12a,12bに共
通する情報を取り扱う。また、主制御装置11と制御装
置12aは通信部112及び121を介してシリアル通
信で情報の授受を行う。まず、主制御装置11の電圧演
算部111は、制御装置12aから伝送されるフィルタ
コンデンサ電圧の検出値Ecf1、制御装置12bから
伝送されるフィルタコンデンサ電圧の検出値Ecf2
(図示せず)を受信し、フィルタコンデンサ電圧の検出
値の最も大きい値を基準にその差を求める。例えば、こ
こではEcf2が大きいと仮定すると、(数1)により
差電圧ΔEcf12を求め、(数2)によりそれぞれの
高電圧制御開始電圧Ecfmax1,Ecfmax2を
決定する。この結果は、シーケンス制御部113の出力
Ssqがゲートストップ状態の間に各制御装置12a,
12bに対して送信する。 ΔEcf12=Ecf2−Ecf1 (数1) Ecfmax1=Ecfmax−ΔEcf12 Ecfmax2=Ecfmax (数2)
【0007】次に、制御装置12aの高電圧制御部12
7は、図2に示すように、フィルタコンデンサ電圧検出
値Ecf1と受信した高電圧制御開始電圧Ecfmax
1の偏差ΔEcfをリミット手段1271で0≦ΔEc
fとなるようにリミットし、その後、比例積分器127
2により、偏差ΔEcfをトルク電流絞り量Δiqaに
変換して出力する。
【0008】図3は、制御装置12aのベクトル制御演
算部122の構成を示す。図3の電流指令発生部122
1はA/D変換回路126から出力されるフィルタコン
デンサ電圧Ecf1と通信部121を介して得られるシ
ーケンス情報Ssq及び後述の周波数演算部1225か
ら出力されるインバータ周波数Fiに基づいて励磁電流
指令idpとトルク電流指令iqpを出力する。減算手
段1222はこのトルク電流指令iqpからトルク電流
指令絞り量Δiqaを減算し、電流制御部1223に入
力するトルク電流指令iqpaとする。電流制御部12
23は励磁電流指令idpとトルク電流指令iqpa及
び図1に示す電流演算部124から出力される実際の励
磁電流idとトルク電流iqに基づいて最終的な励磁電
流指令id*とトルク電流指令iq*を出力する。電圧ベ
クトル演算部1224はこの最終的な励磁電流指令id
*とトルク電流指令iq*及びフィルタコンデンサ電圧E
cf1からPWM演算に必要な電圧指令Vcと偏角δを
算出する。また、周波数演算部1225は励磁電流指令
id*とトルク電流指令iq*及び図1に示す速度演算部
125から出力されるロータ周波数FrからPWM演算
に必要な周波数指令Fiを算出する。
【0009】以上説明した高電圧制御部127及びベク
トル制御演算部122により、図4に示すように、回生
運転時にフィルタコンデンサ電圧検出値Ecf1がEc
f1>Ecfmax1となると、トルク電流指令iqp
aは図示のように絞られ、この結果、フィルタコンデン
サ電圧Ecfaは一定に抑制される。更に、前述のよう
に制御装置12aと12bでは、図5に示すように、高
電圧制御開始電圧Ecfmax1,Ecfmax2を予
め偏差ΔEcf12だけづらして設定しているため、ト
ルク電流指令絞り量ΔiqaとΔiqbは等しくなり、
制御装置間で制御のアンバランスが発生しない。
【0010】このように、本実施形態では、回生運転時
に制御装置間に制御のアンバランスが発生しないため、
過電圧保護等の問題が発生さしない。また、ブレーキ力
のアンバランスにより全電力を回生しているインバータ
装置により駆動される車輪が滑走状態に陥るといった問
題も発生しない。
【0011】ところで、図1の実施形態では、フィルタ
コンデンサ電圧検出値の差から差電圧ΔEcf12を求
めたが、(数3)に示すように、各群制御装置12a,
12bのトルク電流絞り量Δiqa,Δiqbを主制御
装置11に送信し、電圧演算部111ではこの差に応じ
て差電圧ΔEcf12を求めるようにしても良い。これ
により、各群制御装置12a,12bのブレーキ力を直
接検出できるため、より細かなアンバランス補正が可能
となる。 ΔEcf12=k(Δiqb−Δiqa) (数3) ここで、kは係数
【0012】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
回生運転時に制御装置間に制御のアンバランスが発生し
ないため、過電圧保護等の問題の発生を防ぐことがで
き、また、ブレーキ力のアンバランスにより全電力を回
生しているインバータ装置により駆動される車輪が滑走
状態に陥るといった問題を回避することができる。ま
た、回生運転時に複数台の制御装置の高電圧制御開始電
圧を個別に調整する際に、検出電圧の最大値を基準とす
ることにより、インバータ装置の負担を軽減することが
できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態による車両用電力変換器の
制御装置
【図2】図1の実施形態における高電圧制御部の構成図
【図3】図1の実施形態におけるベクトル制御演算部の
構成図
【図4】図1における高電圧制御の動作説明図
【図5】図1における高電圧制御動作波形
【図6】従来例による制御装置の全体構成図
【図7】図6における高電圧制御動作波形
【符号の説明】
1…直流架線、2a、2b…フィルタリアクトル、3
a,3b…フィルタコンデンサ、4a,4b…インバー
タ装置、5a,5b,6a,6b,7a,7b…電流検
出器、8a、8b…誘導電動機、9a,9b…速度信号
発生器、10a、10b…電圧検出器、11…主制御装
置、12a、12b…制御装置、13…主幹制御装置、
111…電圧演算部、112、121…通信部、113
…シーケンス制御部、122…ベクトル制御演算部、1
23…PWM演算部、124…電流演算部、125…速
度演算部、126…A/D変換回路、127…高電圧制
御部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 安藤 武 茨城県ひたちなか市市毛1070番地 株式会 社日立製作所水戸事業所内 (72)発明者 仲田 清 茨城県ひたちなか市市毛1070番地 株式会 社日立製作所水戸事業所内 Fターム(参考) 5H115 PA08 PG01 PI03 PI29 PU09 PV10 QI04 QN09 QN22 QN23 QN27 RB22 RB26 TO12 TO13 TU05 5H530 AA05 BB24 CC20 CC23 CD32 CD34 CE16 DD03 5H572 AA01 BB07 CC01 DD03 EE03 FF05 GG04 HB08 HB09 HC07 JJ24 JJ28 LL22 LL24 MM03 5H576 AA01 BB06 CC01 DD02 DD04 EE01 EE09 EE11 FF04 GG04 HB02 JJ24 JJ28 LL22 LL38 MM03

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 直流架線から供給される直流電力を平滑
    化するリアクトルとコンデンサから成る平滑回路を備
    え、前記直流電力を交流電力に変換する複数台のインバ
    ータ装置と、該インバータ装置毎に駆動される誘導電動
    機と、前記複数台のインバータ装置を個別に制御する複
    数台の群制御装置から成る車両用電力変換器の制御装置
    において、 前記複数台の制御装置とは別にこれらの群制御装置に共
    通な情報を出力する主制御装置を備えると共に、前記主
    制御装置に前記群制御装置の入力情報或いは制御情報の
    アンバランスを検出し、該アンバランスに応じて回生時
    の高電圧制御開始電圧を前記群制御装置毎に個別に設定
    する手段を設けることを特徴とする車両用電力変換器の
    制御装置。
  2. 【請求項2】 請求項1において、前記高電圧制御開始
    電圧を設定する手段は、前記複数台の群制御装置が検出
    した前記平滑回路のコンデンサ電圧の内最大値を基準に
    して高電圧制御開始電圧を個別に調整することを特徴と
    する車両用電力変換器の制御装置。
  3. 【請求項3】 請求項1において、前記高電圧制御開始
    電圧を設定する手段は、前記複数台の群制御装置の回生
    時の電流からアンバランスを検出し、高電圧制御開始電
    圧を個別に調整することを特徴とする車両用電力変換器
    の制御装置。
  4. 【請求項4】 請求項2または請求項3において、前記
    高電圧制御開始電圧の調整は、インバータ装置がゲート
    ストップしている状態のとき、実行することを特徴とす
    る車両用電力変換器の制御装置。
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Cited By (5)

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