JP2013081365A

JP2013081365A - 電気車制御装置

Info

Publication number: JP2013081365A
Application number: JP2012264637A
Authority: JP
Inventors: Satoshi Hayashi; 敏林; Mitsuhiro Numazaki; 光浩沼崎
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2012-12-03
Filing date: 2012-12-03
Publication date: 2013-05-02

Abstract

【課題】補助電源装置及び回生電力貯蔵装置の電流リップル低減用リアクトルを共有可能とし、補助電源装置の小型化を図ることである。
【解決手段】架線１１から供給される直流電力を交流電力に変換して車両駆動用電動機１７を制御する電力変換装置１８と、架線１１から電流リップル低減用リアクトルを介して供給される直流電力を交流電力に変換し車両の各種負荷に電力を供給する補助電源装置２３と、車両が回生ブレーキを作用させたとき電力変換装置１８が発生する回生電力を電流リップル低減用リアクトル１９ｃを介して一時的に貯蔵する回生電力貯蔵装置２４とを備え、回生電力貯蔵装置２４に補助電源装置２３を直列に接続し、電流リップル低減用リアクトル１９ｃを共用し、回生電力貯蔵装置２４の電力貯蔵部２８を介して補助電源装置２３へ直流電力を供給する。
【選択図】図１

Description

本発明は、電気車の回生エネルギー吸収用の回生貯蔵装置及び電気車の照明や空調装置などの負荷に電力を供給する補助電源装置を備えるとともに電気車を駆動制御する電気車制御装置に関する。

電気車を駆動制御する電気車制御装置は、例えば、電力変換装置（ＶＶＶＦインバータ）を有し、架線から供給される直流電力を電力変換装置で交流電力に変換して車両駆動用電動機を駆動制御するようにしている。

また、電気車制御装置には、電気車の車両の照明や空調装置などの負荷に電力を供給する補助電源装置や車両が回生ブレーキを作用させたときその回生電力を一時的に貯蔵する回生電力貯蔵装置が設けられている。補助電源装置は、架線からリアクトルを介して供給される直流電力を交流電力に変換し、車両の各種負荷に電力を供給する。また、回生電力貯蔵装置は、車両が回生ブレーキを作用させたときに、電力変換装置が発生する回生電力を、リアクトルを介して電力貯蔵部に蓄積する。

図９は従来の電気車制御装置の構成図である。架線１１からの直流電力は、パンタグラフ１２、主開閉器１３、充電抵抗１４及び開閉器１５の並列回路を介して、直流リンク部１６に入力される。車両駆動用電動機１７を駆動制御する電力変換装置１８には、直流リンク部１６から、接触器１９ａ、電流リップル低減用リアクトル２０ａ、フィルタコンデンサ２１ａを介して直流電力が供給される。直流リンク部１６の負側は電気車の車輪２２を介して接地されている。

補助電源装置２３には、直流リンク部１６から、接触器１９ｂ、電流リップル低減用リアクトル２０ｂ、フィルタコンデンサ２１ｂを介して直流電力が供給される。同様に、回生電力貯蔵装置２４には、電力変換器１８で回生されて直流リンク部１６に供給された回生電力が、直流リンク部１６から、接触器１９ｃ、電流リップル低減用リアクトル２０ｃ、フィルタコンデンサ２１ｃを介して供給される。回生電力貯蔵装置２４は、整流器２５、リアクトル２６、接触器２７、電力貯蔵部２８とから構成され、回生電力は電力貯蔵部２８に蓄積される。

ここで、電力貯蔵システムを搭載した電気車駆動システムとして、電力貯蔵装置とＶＶＶＦインバータ装置との間に、遮断器、ヒューズ等の保護装置を設け、ＶＶＶＦインバータ装置故障時の拡大損害防止するようにしたものがある（例えば、特許文献１参照）。また、ＶＶＶＦインバータ装置とＤＣ／ＤＣコンバータとの協調制御にて、回生負荷不足分のエネルギーと吸収エネルギーのバランスをとって電力貯蔵装置へ効果的に吸収するようにしたものがある（例えば、特許文献２参照）。

特開２００５−１７６５２８号公報特開２００６−３１４１８２号公報

しかし、従来のものでは、補助電源装置２３と回生電力貯蔵装置２４とは、直流リンク部１６に別々に（並列に）接続されている。従って、補助電源装置２３及び回生電力貯蔵装置２４毎に、電流リップル低減用リアクトル２０ｂ、２０ｃが必要となるので、電気車制御装置が大型化する。

本発明の目的は、補助電源装置及び回生電力貯蔵装置の電流リップル低減用リアクトルを共有可能とし、補助電源装置の小型化を図ることができる電気車制御装置を提供することである。

本発明の電気車制御装置は、架線から供給される直流電力を交流電力に変換して車両駆動用電動機を制御する電力変換装置と、架線から電流リップル低減用リアクトルを介して供給される直流電力を交流電力に変換し車両の各種負荷に電力を供給する補助電源装置と、車両が回生ブレーキを作用させたとき前記電力変換装置が発生する回生電力を電流リップル低減用リアクトルを介して一時的に貯蔵する回生電力貯蔵装置とを備えた電気車制御装置において、前記回生電力貯蔵装置に前記補助電源装置を直列に接続し、前記回生電力貯蔵装置及び前記補助電源装置の電流リップル低減用リアクトルを共用し、前記回生電力貯蔵装置の電力貯蔵部を介して前記補助電源装置へ直流電力を供給することを特徴とする。

本発明によれば、補助電源装置及び回生電力貯蔵装置の電流リップル低減用リアクトルを共有可能とし、補助電源装置の小型化を図ることができる。

本発明の第１の実施の形態に係わる電気車制御装置の一例の構成図。本発明の第２の実施の形態に係わる電気車制御装置の一例の構成図。本発明の第２の実施の形態に係わる電気車制御装置の他の一例の構成図。本発明の第３の実施の形態に係わる電気車制御装置の一例の構成図。本発明の第３の実施の形態に係わる電気車制御装置の他の一例の構成図。本発明の第３の実施の形態に係わる電気車制御装置の別の他の一例の構成図。本発明の第３の実施の形態に係わる電気車制御装置のさらに別の他の一例の構成図。本発明の第４の実施の形態に係わる電気車制御装置の一例の構成図。従来の電気車制御装置の構成図。

（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施の形態に係わる電気車制御装置の一例の構成図である。架線１１からの直流電力は、パンタグラフ１２、主開閉器１３、充電抵抗１４及び開閉器１５の並列回路を介して、直流リンク部１６に入力される。車両駆動用電動機１７を駆動制御する電力変換装置１８には、直流リンク部１６から、接触器１９ａ、電流リップル低減用リアクトル２０ａ、フィルタコンデンサ２１ａを介して直流電力が供給される。直流リンク部１６の負側は電気車の車輪２２を介して接地されている。

直流リンク部１６の両端には、接触器１９ｃ、電流リップル低減用リアクトル２０ｃ、フィルタコンデンサ２１ｃを介して、回生電力貯蔵装置２４が接続されている。回生電力貯蔵装置２４は、整流部２５、リアクトル２６、接触器２７、電力貯蔵部２８とから構成され、電力変換器１８で回生されて直流リンク部１６に供給された回生電力を入力し、その回生電力を電力貯蔵部２８に蓄積する。

この回生電力貯蔵装置２４には、補助電源装置２３が接触器１９ｂ及びフィルタコンデンサ２１ｂを介して直列に接続され、回生電力貯蔵装置２４の電流リップル低減用リアクトル２０ｃを補助電源装置２３の電流リップル低減用リアクトルとして共用している。補助電源装置２３には回生電力貯蔵装置２４の電力貯蔵部２８を介して直流電力が供給される。

このように、回生電力貯蔵装置２４の電力貯蔵部２８の両端に、補助電源装置２３が接触器１９ｂ及びフィルタコンデンサ２１ｂを介して接続され、回生電力貯蔵装置２４と補助電源装置２３とが電流リップル低減用リアクトル２０ｃを共有している。

第１の実施の形態によれば、補助電源装置２３の電流リップル低減リアクトル２０ｂを挿入する必要がなくなり、装置の小型化と低コスト化を実現した電気車制御装置を提供することができる。

（第２の実施の形態）
図２は、本発明の第２の実施の形態に係わる電気車制御装置の一例の構成図である。この第２の実施の形態は、図１に示した第１の実施の形態に対し、回生電力貯蔵装置２４と補助電源装置２３との間に直列に、回生電力貯蔵装置２４の電力貯蔵部２８と補助電源装置２３のフィルタコンデンサ２１ｂとの間の横流を抑制するための横流抑制用リアクトル２９を追加して接続したものである。図１と同一要素には同一符号を付し重複する説明は省略する。

横流抑制用リアクトル２９は、回生電力貯蔵装置２４の電力貯蔵部２８と補助電源装置２３のフィルタコンデンサ１２との間に電圧のアンバランスが発生したとき、回生電力貯蔵装置２４の電力貯蔵部２８と補助電源装置２３のフィルタコンデンサ２１ｂとの間の横流を抑制する。

図２では回生電力貯蔵装置２４の電力貯蔵部２８と補助電源装置２３のフィルタコンデンサ２１ｂとの間の正側の接続線に横流抑制用リアクトル２９を直列に接続したが、図３に示すように、回生電力貯蔵装置２４の内部の電力貯蔵部２８と直列に横流抑制用リアクトル２９を接続するようにしてもよい。

第２の実施の形態によれば、第１の実施の形態の効果に加え、回生電力貯蔵装置２４の電力貯蔵部２８と補助電源装置２３のフィルタコンデンサ２１ｂとの間に電圧のアンバランスが発生した状況でも、回生電力貯蔵装置２４の電力貯蔵部２８と補助電源装置２３のフィルタコンデンサ２１ｂとの間の横流を抑制でき、システムの冗長性を確保した電気車制御装置を提供できる。

（第３の実施の形態）
図４は本発明の第３の実施の形態に係わる電気車制御装置の一例の構成図である。この第３の実施の形態は図１に示した第１の実施の形態に対し、回生電力貯蔵装置２４の電力貯蔵部２８に直列に、電力貯蔵部２８の故障時に電力貯蔵部２８を切り離すための開放スイッチ３０を追加して設けたものである。図１と同一要素には同一符号を付し重複する説明は省略する。

図４に示すように、回生電力貯蔵装置２４の内部の電力貯蔵部２８と直列に開放スイッチ３０が接続されている。回生電力貯蔵装置２４の電力貯蔵部２８が短絡故障を発生したとき、電力貯蔵部２８に接続された開放スイッチ３０を開放することにより、故障時の大電流を遮断する。

以上の説明では、電力貯蔵部２８と直列に１個の開放スイッチ３０を設けた場合について説明したが、図５に示すように、電力貯蔵部２８の正側と負側の両端に開放スイッチ３０ａ、３０ｂを設けるようにしてもよい。

また、図６及び示すように、開放スイッチ３０に代えて開放接触器３１を設けるようにしてもよい。回生電力貯蔵装置２４の電力貯蔵部２８に短絡故障を発生したとき、開放接触器３１の遮断により故障時の大電流を遮断する。また、図５と同様に、図７に示すように、電力貯蔵部２８の正側と負側の両端に開放接触器３１ａ、３１ｂを設けるようにしてもよい。

第３の実施の形態によれば、回生電力貯蔵装置２４の電力貯蔵部２８に短絡故障を発生したときに電力貯蔵部２８を切り離すので、電力貯蔵部２８の短絡故障が発生した状況でも、補助電源装置２３への被害を防止でき、システムの冗長性を確保した電気車制御装置を提供できる。

（第４の実施の形態）
図８は本発明の第４の実施の形態に係わる電気車制御装置の一例の構成図である。この第４の実施の形態は図１に示した第１の実施の形態に対し、回生電力貯蔵装置２４をバイパスして架線１１から共用した電流リップル低減用リアクトル１９ｃを介して直接的に補助電源装置２３に直流電力を供給するためのバイパス回路３２と、バイパス回路３２に接続されバイパス回路３２を形成または不形成とするための接触器３３とを追加して設けたものである。図１と同一要素には同一符号を付し重複する説明は省略する。

図８に示すように、回生電力貯蔵装置２４と並列に、バイパス回路３２が接続され、バイパス回路３２には接触器３３が接続されている。通常時においては、バイパス回路３２の接触器３３は開いている。そして、回生電力貯蔵装置２４が故障したときに接触器３３が投入される。これにより、故障した回生電力貯蔵装置２４をバイパスして、架線１１から共用した電流リップル低減用リアクトル１９ｃを介して直接的に補助電源装置２３に直流電力が供給される。従って、回生電力貯蔵装置２４が故障しても、補助電源装置２３の運転を継続させることができる。

第４の実施の形態によれば、回生電力貯蔵装置２４が故障した状況でも、補助電源装置２３へ電力を供給しながら運転を継続させることができるので、システムの冗長性を確保した電気車制御装置を提供できる。

１１…架線、１２…パンタグラフ、１３…主開閉器、１４…充電抵抗、１５…開閉器、１６…直流リンク部、１７…車両駆動用電動機、１８…電力変換装置、１９…接触器、２０…電流リップル低減用リアクトル、２１…フィルタコンデンサ、２２…車輪、２３…補助電源装置、２４…回生電力貯蔵装置、２５…整流器、２６…リアクトル、２７…接触器、２８…電力貯蔵部、２９…横流抑制用リアクトル、３０…開放スイッチ、３１…開放接触器、３２…バイパス回路、３３…接触器

本発明の電気車制御装置は、架線から直流リンク部に供給される直流電力を交流電力に変換して車両駆動用電動機を駆動する電力変換装置と、前記直流リンク部から電流リップル低減用リアクトルを介して供給される直流電力を交流電力に変換し車両の各種負荷に電力を供給する補助電源装置と、前記電流リップル低減用リアクトルと接続される整流部と、前記整流部と接続される接触器と、前記接触器と一端が接続され、前記補助電源装置と両端が接続される電力貯蔵部とを有する。

横流抑制用リアクトル２９は、回生電力貯蔵装置２４の電力貯蔵部２８と補助電源装置２３のフィルタコンデンサ２１ｂとの間に電圧のアンバランスが発生したとき、回生電力貯蔵装置２４の電力貯蔵部２８と補助電源装置２３のフィルタコンデンサ２１ｂとの間の横流を抑制する。

また、図６に示すように、開放スイッチ３０に代えて開放接触器３１を設けるようにしてもよい。回生電力貯蔵装置２４の電力貯蔵部２８に短絡故障を発生したとき、開放接触器３１の遮断により故障時の大電流を遮断する。また、図５と同様に、図７に示すように、電力貯蔵部２８の正側と負側の両端に開放接触器３１ａ、３１ｂを設けるようにしてもよい。

Claims

架線から直流リンク部に供給される直流電力を交流電力に変換して車両駆動用電動機を駆動する電力変換装置と、前記直流リンク部から電流リップル低減用リアクトルを介して供給される直流電力を交流電力に変換し車両の各種負荷に電力を供給する補助電源装置と、前記電流リップル低減用リアクトルと接続される整流部と、前記整流部と接続される接触器と、前記接触器と一端が接続され、前記補助電源装置と両端が接続される電力貯蔵部とを有する電気車制御装置。
車両の回生電力を、前記電流リップル低減用リアクトル、前記整流器及び前記接触器を通して前記電力貯蔵部に供給する請求項１記載の電気車制御装置。
前記整流器、前記接触器、前記電力貯蔵部を有する回生電力貯蔵装置と前記補助電源装置は、前記電流リップル低減用リアクトルを共有する請求項２記載の電気車制御装置。
前記電力貯蔵部と前記補助電源装置との間に、前記電力貯蔵部と前記補助電源装置のフィルタコンデンサとの間の横流を抑制するための横流抑制用リアクトルを接続する請求項１乃至３のいずれか１項記載の電気車制御装置。
前記横流抑制用リアクトルを前記電力貯蔵部に直列に設けた請求項４記載の電気車制御装置。
前記補助電源装置と前記電力貯蔵部間でかつ、前記電力貯蔵部に直列に、前記電力貯蔵部の故障時に前記電力貯蔵部を切り離すための開放スイッチまたは開放接触器を設けた請求項１乃至５のいずれか１項記載の電気車制御装置。