JP2009023368A

JP2009023368A - き電線電圧の補償装置

Info

Publication number: JP2009023368A
Application number: JP2007185172A
Authority: JP
Inventors: Masaaki Ono; 正明小野
Original assignee: Meidensha Corp; Meidensha Electric Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Meidensha Corp; Meidensha Electric Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2007-07-17
Filing date: 2007-07-17
Publication date: 2009-02-05

Abstract

【課題】交流電気鉄道のき電線電圧補償装置によって電圧補償するとき、インバータの応答遅れ等によりき電線に過電圧が発生することがある。
【解決手段】き電線の電圧検出回路の出力側に、車両が回生失効電圧となる過電圧を検出するための過電圧検出回路を設け、過電圧が検出されたときインバータの動作を停止する。また、過電圧検出回路の出力側に休止期間設定部を設け、この休止期間設定部により、過電圧検出信号がなくなったときも一定時間インバータ動作を停止させるよう構成した。また、過電圧検出回路の出力側に無効電力の指令値制限部を設け、過電圧検出信号がなくなったときにインバータの無効電力指令を０から徐々に回復制御するようした。
【選択図】図１

Description

本発明は、スコット変圧器を用いた交流電気鉄道のき電線電圧の補償装置に係り、特に車両によるセクション通過後のき電電圧上昇を防止する補償装置に関するものである。

図４は、交流電気鉄道における給電装置の概略構成図を示したもので、１Ａ，１Ｂは変電所に設置されたスコット変圧器で、Ｔ座，Ｍ座のき電線はセクション２によって区分されている。３は車両である。この車両３は近年の改良により、車両負荷電流の力率は略１となって従来の力率の悪い車両負荷に比べて電圧降下は小さくなる傾向にある。しかし、力率１の車両であっても図５（ａ）で示すベクトル図のように、受電系統インピーダンスや送電線インピーダンスによりき電電圧Ｖが△Ｖ低下する。なお、図５（ａ）は給電回路の等価回路図である。

電圧低下を補償するために、特許文献１では変電所にインバータ装置を設置してき電線電圧を直接監視し、電圧低下が発生した場合には進み無効電圧をインバータに吸収してコンデンサを並列に設置したと同様の状態を作ってき電線の電圧を補償するものが公知となっている。
図６はインバータによる電圧変動補償の動作原理を示したもので、（ａ）給電回路の等価図、（ｂ）はベクトル図を示したものである。
特開平９−１６３６０７号公報

車両負荷は走行により負過電流が急変するという特徴を持っている。特に交流き電の場合には、図４で示すように変電所間にはセクション２を設けて電気的な区分点を構成しているため、車両３がこのセクション２を通過するときには原理的に負荷急変による電圧変動が発生する。車両負荷が多くき電線電圧が低下するような場合、これをインバータによる電圧変動補償装置を使用して補償するためには、インバータは進み無効電力を多く吸収してコンデンサと等価な状態となってき電線電圧を上げようとする。この状態から車両負荷3がセクション2を通過することにより急激に負荷電流が減少すると、負荷が減少することによる電圧低下の減少に加えてインバータの動作が間に合わず、インバータが応答するまでの間に進み無効電力によりき電線電圧を上昇させ、き電線が過電圧状態となる。

図7はこの状態を示したもので、Ａは車両負荷電流、Ｂは電源電圧、Ｃはインバータによる保障電圧、Ｄはき電線電圧である。時刻ｔ１で車両がセクション通過すると、インバータの応答遅れによってｔ１〜ｔ２までの時間で過電圧が発生する。き電線電圧が上がりすぎると車両の回生失効が発生して回生ブレーキが効かなくなる等の不都合が発生する虞を有している。

本発明の目的は、電気的区分点を車両が通過するときのき電線電圧の上昇を抑制するき電線電圧の補償装置を提供することにある。

本発明の第１は、交流電気鉄道のき電線電圧補償装置であって、き電線電圧を監視し、電圧低下時に進み無効電力を補償装置のインバータに吸収してき電線電圧を補償するものにおいて
前記き電線電圧を検出するき電線電圧検出回路の出力側に、車両が回生失効電圧となる過電圧を検出するための過電圧検出回路を設け、この過電圧検出回路による過電圧検出時に前記インバータの動作を停止するよう構成したことを特徴としたものである。

本発明の第２は、前記過電圧検出回路の出力側に休止期間設定部を設け、この休止期間設定部により、前記過電圧検出回路による過電圧検出時には直ちに前記インバータに対して動作停止信号を出力すると共に、過電圧検出信号がなくなったときも一定時間インバータ動作を停止させるよう構成したことを特徴としたものである。

本発明の第３は、前記過電圧検出回路の出力側に予め定めた傾斜に基づいて徐々に出力を上昇させる無効電力の指令値制限部を設け、前記過電圧検出回路による過電圧検出信号がなくなったときに、指令値制限部の出力により前記インバータを無効電力指令０から徐々に回復制御するよう構成したことを特徴としたものである。

以上のとおり、本発明によれば、き電線に車両の回生失効電圧以上の過電圧が発生したときインバータの動作は瞬時に停止し、これによってき電線での過電圧の発生は抑制される。また、休止期間設定部を設けることによって、車両の回生失効電圧発生が収まっても予め定めた時間だけインバータを休止させるため、インバータに対するブロック動作を短時間に繰り返すことなく、過電圧の発生を抑制することができる。
また、無効電力の指令値制限部を設けることにより、回生失効電圧を検出した場合には瞬時にインバータの動作をブロックして過電圧の発生を防止し、回生失効電圧が収まった場合には、インバータの無効電力指令値を０（又は０近辺）から徐々に回復させることにより、急激なインバータの動作の再開を防止することができ、これによりき電線電圧の擾乱が防止できる。

本発明は、電圧変動補償装置であるインバータの全体的な制御回路については、特許文献1の図1,図2のものが使用されるが、瞬時過電圧検出回路を設けて回生失効の発生電圧を検出する。回生失効電圧が発生したときにインバータの動作をブロックし、回生失効電圧が収まったときにインバータの動作を再開させるようにしたものである。以下実施例に基づいて詳述する。

図１は、本発明の第1の実施例を示したインバータ制御回路の概略構成図である。1はインバータ、2はき電線電圧検出回路、3は過電圧検出回路で、予め車両の回生失効電圧が設定されている。4は減算部で、予め設定された補償電圧Vsetと検出されたき電線電圧Vdetとの差演算を実行する。5は電圧制御部、6は無効電力指令値演算部である。以上のように構成された装置は、Ｔ座用とＭ電用が別設されて電圧変動補償装置が構成されている。

次に、この装置の動作を説明する。
補償電圧設定値Vsetと、き電線電圧検出回路2によって検出されたき電線電圧検出値Vdetは減算部4において電圧差が求められて電圧制御部5に入力される。電圧制御部5では差信号に基づく所定の電圧信号を生成して無効電力指令値演算部6に出力する。無効電力指令値演算部6は電圧制御部5からの信号によって電圧低下を補償するような無効電力指令値を演算し、き電線電圧が設定値Vsetに近づくようにインバータ1を制御する。

今、車両負荷3がセクション2を通過することにより、インバータ1は進み無効電力を多く吸収して電線電圧を上げようと制御し、且つこの状態から車両負荷3がセクション2を通過することによって急激に負荷電流が減少するとインバータ1はこの減少に伴う制御応答遅れが発生し、応答するまでの間に進み無効電力によりき電線電圧を上昇させてき電線に過電圧が発生することになる。発生した過電圧が予め設定した車両の回生失効電圧になると過電圧検出回路３は瞬時にこれを検出してインバータ1に対して停止指令を出す。

したがって、インバータ1の動作は瞬時に停止（休止）し、これによってき電線での過電圧の発生は抑制される。発生した回生失効電圧が収まると過電圧検出回路３の出力はなくなり、インバータ1の動作は直ちに再開される。このため、車両では回生失効は生じない。

図2は、第2の実施例を示したもので、図1と異なる点は、過電圧検出回路３の出力側に休止期間設定部7を設けたものである。この休止期間設定部7には、回生失効電圧以上の過電圧がき電線に発生したときのインバータ1の休止期間が予め設定されるもので、インバータ1のブロック動作が短時間に繰り返されるのを防止したものである。すなわち、き電線に車両の回生失効電圧以上の過電圧が発生すると、過電圧検出回路３は直ちにこれを検出し、休止期間設定部7を介してインバータ1の動作をブロックする。過電圧検出回路３により検出された過電圧が瞬時に繰り返されるような場合、インバータ1の動作も短期間に動作と休止を繰り返すことになる。休止期間設定部7はこのようなインバータ動作を防止するもので、インバータに対しては、瞬時休止指令・遅れ動作指令を発生する機能を有するものである。

したがって、この実施例によれば、車両の回生失効電圧発生が収まっても、予め定めた時間だけインバータを休止させるため、インバータに対するブロック動作を短時間に繰り返すことなく、過電圧の発生を抑制することができる。

図３は、第３の実施例を示したもので、図1と異なる点は、無効電力指令値演算部6とインバータ1間にリミッタ回路8を挿入し、このリミッタ回路8を制御するための指令値制限部9を過電圧検出回路３とリミッタ回路8間に設け、無効電力指令を０近辺から回復するようにしたことである。
すなわち、き電線に車両の回生失効電圧以上の過電圧が発生すると、過電圧検出回路３は直ちにこれを検出してインバータ1の動作をブロックしてき電線の過電圧を抑制することは第1の実施例と同じである。指令値制限部9は、過電圧検出回路３が過電圧検出中にはその出力を０とし、過電圧検出信号がなくなると０から予め定めた傾斜で徐々に上昇する出力を発生してリミッタ回路８を制御する。

リミッタ回路８は、通常は無効電力指令値演算部6により演算された無効電力指令値をインバータ1の制御回路に出力するが、過電圧検出回路３による回生失効電圧以上の過電圧検出時には指令値制限部9の出力によりリミッタ回路8は出力０となるよう制御される。したがって、リミッタ回路８は、回生失効電圧となる過電圧が収まると指令値制限部9の出力によりインバータ１を無効電力指令０から徐々に回復制御するための信号を出力する。

この実施例によれば、回生失効電圧を検出した場合、瞬時にインバータの動作をブロックして過電圧の発生を防止し、回生失効電圧が収まった場合には定められた傾斜でインバータの無効電力指令値を０から回復されることにより、急激なインバータの動作の再開を防止することができる。これにより、き電線電圧の擾乱が防止できる。

本発明の実施例を示す構成図。本発明の他の実施例を示す構成図。本発明の他の実施例を示す構成図。き電線の概略構成図。インバータのない場合の電圧変動補償説明図で、（ａ）は給電回路の等価回路、（ｂ）はベクトル図、インバータによる電圧補償説明図で、（ａ）は給電回路の等価回路、（ｂ）はベクトル図。過電圧発生タイムチャート。

符号の説明

１… インバータ
２… 電線電圧検出回路
３… 過電圧検出回路
４… 減算部
５… 電圧制御部
６… 無効電力指令値演算部
７… 休止期間設定部
８… リミッタ回路
９… 指令値制限部

Claims

交流電気鉄道のき電線電圧補償装置であって、き電線電圧を監視し、電圧低下時に進み無効電力を補償装置のインバータに吸収してき電線電圧を補償するものにおいて
前記き電線電圧を検出するき電線電圧検出回路の出力側に、車両が回生失効電圧となる過電圧を検出するための過電圧検出回路を設け、この過電圧検出回路による過電圧検出時に前記インバータの動作を停止するよう構成したことを特徴としたき電線電圧の補償装置。
前記過電圧検出回路の出力側に休止期間設定部を設け、この休止期間設定部により、前記過電圧検出回路による過電圧検出時には直ちに前記インバータに対して動作停止信号を出力すると共に、過電圧検出信号がなくなったときも一定時間インバータ動作を停止させるよう構成したことを特徴とした請求項１記載のき電線電圧の補償装置。
前記過電圧検出回路の出力側に予め定めた傾斜に基づいて徐々に出力を上昇させる無効電力の指令値制限部を設け、前記過電圧検出回路による過電圧検出信号がなくなったときに、指令値制限部の出力により前記インバータを無効電力指令０から徐々に回復制御するよう構成したことを特徴とした請求項１記載のき電線電圧の補償装置。