JP2006174573A - Power supply unit and power supply starting method for railroad vehicle - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、架線からの直流または交流電源の電力を所定の交流電力に変換する複数ユニットを備えた鉄道車両の電源装置及び電源起動方法に関する。 The present invention relates to a power supply apparatus and a power supply activation method for a railway vehicle including a plurality of units that convert electric power of a DC or AC power supply from an overhead wire into predetermined AC power.
鉄道車両の補助回路に交流電力を供給する補助電源装置は、一般に一編成あたり複数の補助電源装置を搭載して、一つの補助電源装置が故障しても残りの健全な補助電源装置から編成の各車両の負荷に必要な電力を供給するという冗長性を有する。 Auxiliary power supply devices that supply AC power to the auxiliary circuit of a railway vehicle are generally equipped with a plurality of auxiliary power supply devices per train, and even if one auxiliary power supply device breaks down, It has redundancy that supplies necessary power to the load of each vehicle.
この冗長系電源システムの一つに複数の補助電源装置を並列同期運転させて、同一の負荷母線に出力する補助電源装置の並列冗長システムがある。図5は、一編成に3台の補助電源装置を並列同期運転させる並列冗長システムの構成図である。架線11から集電装置12a、12b、12cを介して各々の補助電源装置13a、13b、13cに電源が供給され、各々の補助電源装置13a、13b、13cは負荷母線14に負荷接触器15a、15b、15cを介して接続される。負荷母線14には、蛍光灯やクーラー等の補助回路用負荷16(以下、負荷16という)が接続されている。なお、図5中の17は交交セクションである。
One of the redundant power supply systems is a parallel redundant system of auxiliary power supply devices that outputs a plurality of auxiliary power supply devices to the same load bus by performing parallel synchronous operation. FIG. 5 is a configuration diagram of a parallel redundant system in which three auxiliary power supply devices are operated in parallel synchronously in one formation. Power is supplied from the
各々の補助電源装置13a、13b、13cには、負荷母線14の電圧を検出する電圧検出手段18a、18b、18cが設けられており、まず複数の補助電源装置13a、13b、13cのうち1台を起動させる。例えば補助電源装置13aを起動させて負荷母線14に出力電圧を供給し、残りの補助電源装置13b、13cは負荷母線14の電圧及び位相の情報に基づき順次起動する。
Each auxiliary
このような並列同期運転させる並列冗長システムは、1台の補助電源装置13が故障した場合に2台の補助電源装置13でバックアップできるので、補助電源装置13の定格容量としては、通常運転時の3/2倍の容量を持つものを用意することになる。架線11の交交セクション17の通過時に1台の補助電源装置13に停電が発生しても、他の補助電源装置13でバックアップできるので、全体として停電することはない。しかし、最初に起動する1台の補助電源装置13は残りの補助電源装置13が負荷母線14につながるまで全負荷を背負うことになる。
Such a parallel redundant system that operates in parallel and synchronous operation can be backed up by two auxiliary
一方、図6に示すように、負荷母線14を複数の補助電源装置13a、13b、13cに対応して母線接触器19a、19bで区分し、各々の補助電源装置13a、13b、13cから母線接触器19a、19bで区分された負荷母線14a、14b、14cにそれぞれ電源を供給するようにした個別運転の並列冗長システムもある。
On the other hand, as shown in FIG. 6, the
この個別運転の並列冗長システムでは、個別に負荷母線14の負荷に電源を供給するので、1台の補助電源装置が全負荷を背負うことはない。しかし、架線11の交交セクション17の通過時に停電が発生するため、その停電時に蛍光灯などの負荷16に対してバッテリから電源を供給する必要があり、また、1台の補助電源装置13が故障した場合には、母線接触器18を閉極して隣接する補助電源装置13でバックアップすることになるので、補助電源装置13の定格容量としては、通常運転時の2倍の容量を持つものを用意しておくことが必要になる。
In this individually operated parallel redundant system, since power is individually supplied to the load of the
また、補助電源装置13の定格容量を低減するために、電力変換器の出力電圧の位相のユニット間の偏差を抑制する位相偏差抑制手段及び電力変換器の出力電流のユニット間の偏差を抑制する出力電流偏差抑制手段を設け、複数ユニットの電力変換器の出力側を共通に接続して負荷に供給する並列運転を可能としたものがある(例えば、特許文献1参照)。
Moreover, in order to reduce the rated capacity of the auxiliary
さらに、図7に示すように、模擬母線20を設け、模擬母線20の電圧及び位相に基づいて、各々の補助電源装置13a、13b、13cを負荷母線14に並列同期するようにした並列冗長システムがある。すなわち、模擬母線20の電圧を電圧検出手段18a、18b、18cで検出し、模擬母線20の電流を電流検出手段21a、21b、21cで検出し、電圧及び電流から位相を判定して、模擬母線20の電圧及び位相に基づいて、各々の補助電源装置13a、13b、13cは同期運転準備を行い、その後、各補助電源装置13a、13b、13cの負荷接触器15a、15b、15cを一斉に投入し負荷母線14に電源を出力する。しかし、この場合は、車両間を引き通す模擬母線20が必要となる。
ところが、図5のものでは、補助電源装置13の定格容量を低減でき、交交セクションの通過時にも停電が生じないというメリットがあるが、最初に起動する1台の補助電源装置13は残りの補助電源装置13が負荷母線14につながるまで、全負荷を背負うことになるという問題がある。
However, although the thing of FIG. 5 has the merit that the rated capacity of the auxiliary
また、図6に示したものでは、個別に負荷母線14の負荷に電源を供給するので、1台の補助電源装置13が全負荷を背負うことはないが、架線11の交交セクション17の通過時の停電の備えてバッテリーを用意する必要があり、また、他の補助電源装置13が故障に備えて補助電源装置13の定格容量としては、通常運転時の2倍の容量を持つものを用意しておくことが必要になる。
Further, in the case shown in FIG. 6, since power is individually supplied to the load of the
また、図7に示したものでは、模擬母線20を使うことにより各補助電源装置13は相互に同期をとって動作できるので、絶縁無しでつながれた負荷母線14に各補助電源装置13の出力を一斉に接続することができ、起動時とはいえ1台の補助電源装置13だけに全負荷を背負わせることは解消されるが、模擬母線20を編成間に引通さなければならないという問題がある。
In the example shown in FIG. 7, since each
本発明の目的は、複数の補助電源装置を個別に起動でき並列同期運転を行うことができる鉄道車両の電源装置及び電源起動方法を提供することである。 An object of the present invention is to provide a railway vehicle power supply apparatus and a power supply activation method capable of individually starting a plurality of auxiliary power supply apparatuses and performing parallel synchronous operation.
本発明に係わる鉄道車両の電源装置は、鉄道車両の補助回路に交流電力を供給する複数の補助電源装置を備えた鉄道車両の電源装置において、鉄道車両の補助回路用負荷が接続された負荷母線を複数の補助電源装置に対応して区分する母線接触器と、各々の補助電源装置の出力側を対応する負荷母線に接続するための負荷接触器と、編成車両の先頭側または後尾側に隣接する補助電源装置の電気量をその負荷母線を介して検出する電気量検出手段とを備え、前記補助電源装置は外部からの起動指令により前記負荷接触器を閉極するとともに並列同期運転準備を行い前記電気量検出手段で検出された電気量に基づいて隣接する補助電源装置との並列同期運転条件が確立したと判定したとき前記母線接触器を閉極し相互に同期させることを特徴とする。 A railway vehicle power supply apparatus according to the present invention is a railway vehicle power supply apparatus including a plurality of auxiliary power supply apparatuses that supply AC power to an auxiliary circuit of a railway vehicle, and a load bus connected to a load for the auxiliary circuit of the railway vehicle. Adjacent to the front side or rear side of the knitted vehicle, the bus contactor that divides the auxiliary power unit into a plurality of auxiliary power units, the load contactor for connecting the output side of each auxiliary power unit to the corresponding load bus And an electric quantity detecting means for detecting the electric quantity of the auxiliary power supply device through its load bus, and the auxiliary power supply apparatus closes the load contactor and prepares for parallel synchronous operation in response to an external start command. The bus contactor is closed and synchronized with each other when it is determined that a parallel synchronous operation condition with an adjacent auxiliary power supply is established based on the amount of electricity detected by the amount of electricity detecting means. That.
本発明に係わる鉄道車両の電源起動方法は、鉄道車両の補助回路用負荷が接続された負荷母線を複数の補助電源装置に対応して母線接触器で区分し、編成車両の先頭側または後尾側に隣接する別の補助電源装置の電気量を負荷母線を介して検出し、その別の補助電源装置の電気量に基づいて並列同期運転準備の制御を行い、準備完了時点で各負荷母線を接続する母線接触器を閉極し、並列同期運転モードに入ることを特徴とする。 According to the power activation method for a railway vehicle according to the present invention, a load bus connected to a load for an auxiliary circuit of the railway vehicle is divided by a bus contactor corresponding to a plurality of auxiliary power supplies, and the leading side or the trailing side of the knitted vehicle Detects the amount of electricity from another auxiliary power supply adjacent to the load bus, controls parallel synchronous operation preparation based on the amount of electricity from the other auxiliary power supply, and connects each load bus when preparation is complete The bus contactor is closed, and the parallel synchronous operation mode is entered.
本発明によれば、定常運転時は補助電源装置からの出力の均等化が図れ、起動時においても個別運転で所定の負荷以外の過大な電力を供給することがなく、起動時の過負荷耐量を大きくとる必要がないため小形化や軽量化が図れる。 According to the present invention, it is possible to equalize the output from the auxiliary power supply device during steady operation, without supplying excessive power other than a predetermined load in individual operation even during startup, and overload tolerance during startup. Since it is not necessary to increase the size, the size and weight can be reduced.
また、並列同期運転の準備制御は車両の先頭側または後尾側の補助電源装置の電気量(電圧や位相)を負荷母線を介して検出することで行うため、並列同期運転準備のための模擬母線を必要としない。さらに、編成同士の併結時にも、併結前までは編成同士は非同期運転でも、併結後は同期運転準備を経て母線接触器を閉じるという同じ動作で併結車両を含めた並列同期運転が容易に実現できる。 In addition, preparation control for parallel synchronous operation is performed by detecting the amount of electricity (voltage or phase) of the auxiliary power supply on the front or rear side of the vehicle via the load bus, so that a simulated bus for preparing for parallel synchronous operation Do not need. Furthermore, even when the trains are combined, even if the trains are asynchronously operated before the combination, parallel synchronous operation including the combined vehicles can be easily realized with the same operation of closing the bus contactor after preparing for synchronous operation after combining. .
以下、本発明の実施の形態を説明する。図1は本発明の第1の実施の形態に係わる鉄道車両の電源装置の構成図である。架線11には交交セクション17で区分されて電源が供給されている。架線11の電源は集電装置12a、12b、12cを介して各々の補助電源装置13a、13b、13cに供給される。各々の補助電源装置13a、13b、13cは負荷接触器15a、15b、15cを介して負荷母線14に接続された負荷16に電源を供給する。ここで、車両は左側が先頭側であるとする。
Embodiments of the present invention will be described below. FIG. 1 is a configuration diagram of a power supply device for a railway vehicle according to a first embodiment of the present invention. The
負荷母線14は複数の補助電源装置13a、13b、13cに対応して母線接触器19a、19bで区分されており、各々の補助電源装置13a、13b、13cから母線接触器19a、19bで区分された負荷母線14a、14b、14cにそれぞれ電源を供給するように構成されている。
The
各々の補助電源装置13a、13b、13cには、負荷母線14の電気量を検出する電気量検出手段22a、22b、22cが設けられている。電気量としては並列同期運転する際に必要となる電気量であり、負荷母線14の電圧、位相を判定するに必要な電気量例えば電流等である。
Each auxiliary
補助電源装置13bの電気量検出手段22bは隣接する先頭側の負荷母線14aの電気量を検出し、補助電源装置13cの電気量検出手段22cも同様に隣接する先頭側の負荷母線14bの電気量を検出する。なお、先頭車両の補助電源装置13aには電気量検出手段22aが設けられているが、先頭側の負荷母線14がないので、非接続となっている。
The electrical quantity detection means 22b of the auxiliary
補助電源装置13a、13b、13cは、母線接触器19a、19bが開極状態で、外部からの起動指令により負荷接触器15a、15b、15cを閉極する。そして、補助電源装置13a、13b、13cは自己の電圧を立ち上げる。補助電源装置13aはこれにより自己の負荷母線14aの電圧を確立することになる。補助電源装置13b、13cは、並列同期運転準備を行いつつ電気量検出手段22b、22cで検出された電気量に基づいて隣接する補助電源装置13a、13bとの並列同期運転条件が確立したと判定したとき母線接触器19a、19bを閉極し相互に同期させる。
The auxiliary
図2は本発明の第1の実施の形態に係わる鉄道車両の電源装置の起動動作順序の説明図である。負荷母線14の母線接触器19a、19bは開極状態にしておく。つまり、各負荷母線14a、14b、14cは絶縁状態としておく。この状態で外部から起動信号を各々の補助電源装置13a、13b、13cは一斉に出力する。
FIG. 2 is an explanatory diagram of the starting operation sequence of the power supply device for the railway vehicle according to the first embodiment of the present invention. The
各々の補助電源装置13a、13b、13cは個別運転(非同期運転)で出力電圧を立ち上げ動作する。先頭の補助電源装置13aは負荷接触器15aを閉じ(S1)、ソフトスタート等で出力電圧を立ち上げ負荷母線14aに電力を供給する。
Each of the auxiliary
補助電源装置13bは、個別運転(非同期運転)で出力電圧を立ち上げ動作し、電圧が確立すると負荷接触器15bを閉じ(S2)、確立した出力電圧にて負荷母線14bに電力を供給する。そして、補助電源装置13bは、補助電源装置13aの出力の電圧及び位相条件を負荷母線14aより検出し、補助電源装置13aと並列同期運転できる状態に電圧及び位相を合わせるという同期運転の準備をする(S3)。同期運転の準備が完了すると(S4)、負荷母線14aと負荷母線14bとを併結する母線接触器19aを閉じ(S5)、補助電源装置13aと補助電源装置13bとが並列同期運転に入る。
The auxiliary
同様に、補助電源装置13cは、個別運転(非同期運転)で出力電圧を立ち上げ動作し、電圧が確立すると負荷接触器15cを閉じ(S6)、確立した出力電圧にて負荷母線14cに電力を供給する。そして、補助電源装置13cは、補助電源装置13bの出力の電圧及び位相条件を負荷母線14bより検出し、補助電源装置13bと並列同期運転できる状態に電圧及び位相を合わせるという同期運転の準備をする(S7)。同期運転の準備が完了すると(S8)、負荷母線14bと負荷母線14cとを併結する母線接触器19bを閉じ(S9)、補助電源装置13bと補助電源装置13cとが並列同期運転に入る。
Similarly, the auxiliary
このようにして、すべての母線接触器19a、19bが閉極すると編成として全補助電源装置13a、13b、13cが並列同期運転になり、並列同期運転の起動が完成する。
In this way, when all the
以上の説明では、電気量検出手段22は編成車両の先頭側に隣接する負荷母線14の電気量を順次検出し同期運転するようにしたが、後尾側に隣接する負荷母線14の電気量を順次検出し同期運転するようにしてもよい。
In the above description, the electric quantity detecting means 22 sequentially detects the electric quantity of the
また、先頭の補助電源装置13aは起動指令を入力すると負荷接触器15aを閉じ、ソフトスタート等で出力電圧を立ち上げ負荷母線14aに電力を供給するようにしたが、出力が確定すると負荷接触器14aを閉極し負荷母線に電力を供給するようにしてもよい。逆に、補助電源装置13b、13cは、出力電圧を立ち上げ動作し、電圧が確立すると負荷接触器15b、15cを閉じるようにしたが、起動指令を入力すると負荷接触器15b、15cを閉じ、ソフトスタート等で出力電圧を立ち上げ負荷母線14b、14cに電力を供給するようにしてもよい。
When the start command is input, the head auxiliary
さらに、補助電源装置13は自己の負荷母線14または隣接する負荷母線14に不具合が発生した場合は、母線接触器19a、19bを開極して不具合となった負荷母線14を切り離すことも可能である。例えば、負荷母線14cが不具合となった場合には母線遮断器19bを切り離す。
Further, when a failure occurs in its
このように、編成車両に引き通される負荷母線14が補助電源装置13ごとに母線接触器19で絶縁されており、負荷母線14に地絡事故等の不具合が発生した場合は、他の負荷母線14と切り離す開放機能を持たせている。
As described above, when the
また、負荷母線14が母線接触器19で分割されていることに加え、補助電源装置13は編成車両の先頭側(または後尾側)に隣接する補助電源装置13の出力電圧をその負荷母線14を介して検出し、この検出出力によって初期の並列同期運転準備を確立し、母線接触器19を閉極することで並列同期運転を行う。
Further, in addition to the
第1の実施の形態によれば、並列同期運転の準備制御は車両の先頭側または後尾側の補助電源装置13の電気量(電圧や位相)を負荷母線を介して検出することで行うので、並列同期運転準備のための模擬母線を必要としない。
According to the first embodiment, the preparation control for the parallel synchronous operation is performed by detecting the electric quantity (voltage or phase) of the auxiliary
次に、本発明の第2の実施の形態を説明する。図3は本発明の第2の実施の形態に係わる鉄道車両の電源装置の構成図である。この第2の実施の形態は、一編成の補助電源装置13の並列同期運転に代えて、編成同士の併結時の並列同期運転に適用したものである。A編成の列車とB編成の列車とを併結する場合を考える。A編成の電源装置の補助電源装置13Aは並列同期運転が行われており、B編成の電源装置は個別運転されている場合には、A編成とB編成との併結時に、B編成の先頭の補助電源装置13Baは電気量検出手段22Baを介してA編成の負荷母線14Aの電気量を検出し、同期運転の準備が完了すると、負荷母線14Aと負荷母線14Baとを併結する母線接触器19Bを閉じ、補助電源装置13Aと補助電源装置13Baとを並列同期運転させる。
Next, a second embodiment of the present invention will be described. FIG. 3 is a configuration diagram of a power supply device for a railway vehicle according to the second embodiment of the present invention. This 2nd Embodiment is applied to the parallel synchronous operation at the time of joining of formations instead of the parallel synchronous operation of the
同様に、補助電源装置13Bbは電気量検出手段22Bbを介してA編成の負荷母線14Baの電気量を検出し、同期運転の準備が完了すると、負荷母線14Baと負荷母線14Bbとを併結する母線接触器19Baを閉じ、補助電源装置13Baと補助電源装置13Bbとを並列同期運転させる。 Similarly, the auxiliary power supply 13Bb detects the amount of electricity of the load bus 14Ba of the A formation via the amount of electricity detection means 22Bb, and when the preparation for the synchronous operation is completed, the bus contact that connects the load bus 14Ba and the load bus 14Bb together The container 19Ba is closed, and the auxiliary power supply device 13Ba and the auxiliary power supply device 13Bb are operated in parallel synchronous operation.
図4は、本発明の第2の実施の形態に係わる鉄道車両の電源装置の起動動作順序の説明図である。図4ではA編成の電源装置とB編成の電源装置とが並列同期運転を行っている場合に併結をする場合を示している。補助電源装置13Bbは、補助電源装置13Aの出力の電圧及び位相条件を負荷母線14Aより検出し、補助電源装置13Aと並列同期運転できる状態に電圧及び位相を合わせるという同期運転の準備をする(S11)。同期運転の準備が完了すると(S12)、負荷母線14Aと負荷母線14Baとを併結する母線接触器19Bを閉じ(S13)、補助電源装置13Aと補助電源装置13Baとを並列同期運転とする。
FIG. 4 is an explanatory diagram of the starting operation sequence of the power supply device for a railway vehicle according to the second embodiment of the present invention. FIG. 4 shows a case where the A knitting power supply device and the B knitting power supply device are coupled together when performing the parallel synchronous operation. The auxiliary power supply device 13Bb detects the voltage and phase condition of the output of the auxiliary
並列同期運転している編成同士の併結、または個別運転されている編成と並列同期運転している編成同士の併結でも同じ動作になる。つまり、併結時に一方の負荷母線14から電圧及び位相情報を他方の補助電源装置13が検出し、並列同期運転の準備を終えた後、母線接触器19を閉極することで併結された編成での並列同期運転が達成できる。
The same operation can be achieved by merging trains that are operating in parallel synchronous operation, or by merging trains that are individually operated and trains that are operating in parallel synchronous operation. In other words, the voltage and phase information is detected by the other
第2の実施の形態によれば、編成同士の併結時にも、併結前までは編成同士は非同期運転でも、併結後は同期運転準備を経て母線接触器を閉じるという同じ動作で併結車両を含めた並列同期運転が容易に実現できる。 According to the second embodiment, even when the trains are combined, the trains are included in the same operation of closing the bus contactor through the synchronous operation preparation after combining even if the trains are asynchronously operated before the merger. Parallel synchronous operation can be easily realized.
11…架線、12…集電装置、13…補助電源装置、14…負荷母線、15…負荷接触器、16…負荷、17…交交セクション、18…電圧検出手段、19…母線接触器、20…模擬母線、21…電流検出手段、22…電気量検出手段
DESCRIPTION OF
Claims (4)
A load bus connected to a load for an auxiliary circuit of a railway vehicle is divided by a bus contactor corresponding to a plurality of auxiliary power supply devices, and the electric quantity of another auxiliary power supply device adjacent to the front side or the rear side of the knitted vehicle is determined. Detects via the load bus, performs parallel synchronous operation preparation control based on the amount of electricity of the other auxiliary power supply, closes the bus contactor that connects each load bus when preparation is complete, and performs parallel synchronous operation A method for starting a power supply of a railway vehicle, characterized in that a mode is entered.
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