JP2014129001A

JP2014129001A - 電鉄用回生電力吸収装置

Info

Publication number: JP2014129001A
Application number: JP2012286998A
Authority: JP
Inventors: Takayuki Matsuo; 隆之松尾
Original assignee: Meidensha Corp; Meidensha Electric Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Meidensha Corp; Meidensha Electric Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2012-12-28
Filing date: 2012-12-28
Publication date: 2014-07-10

Abstract

【課題】電気鉄道用の直流変電設備では、回生電力が発生しなくても軽負荷時に架線電圧が上昇し、回生電力吸収装置は電力吸収動作を開始し、電力が無駄に消費される。
【解決手段】検出された架線電圧値と予め設定される吸収開始電圧の設定値を比較し、架線電圧値＞設定値のとき論理積回路の一方の入力端子に出力する。また、架線電圧の検出値をリプル検出部に入力して整流器の出力パルスに基づくリプルを検出する。リプルが所定数以下となったとき論理積回路の他方の入力端子に出力する。論理積の成立時に回生電力の吸収動作を開始する。
【選択図】図１

Description

本発明は、電気鉄道用の直流変電設備における回生電力吸収装置に係わり、特に車両からの回生電力検出に関するものである。

電気車では、駆動用電動機が直流電動機の場合には架線からパンタグラフを介して取り入れた直流電力をチョッパで、また、交流電動機の場合にはインバータによる電力変換装置を用いて駆動用電動機が制御される。この駆動用電動機による速度制御時に車両の減速時などで回生電力が発生する。その際、架線上に力行する他の電気車が存在した場合、力行電力が回生電力より大きいときには回生電力の全ては力行車両によって消費され、不足分の電力は直流変電設備の整流器から供給される。一方、回生電力が整流器から供給される電力より上回った場合には、その回生電力は直流変電設備に設置される回生電力吸収装置により吸収している。

回生電力吸収装置としては、インバータを用いて直流変電設備の交流側へ戻す方法、蓄電媒体を用いて回生電力を貯蔵する方法、および電力消費用の抵抗器を用いて回生電力を消費する方法が存在する。

図４は特許文献１に記載された回生電力吸収装置を示したもので、抵抗器で消費する方法の例である。交流電力は整流器２で直流電力に変換され、架線３を介して電気車４に供給される。電気車４が回生状態になったとき、回生電力は回生電力吸収装置１によって吸収される。回生電力を消費する制御としては、電圧検出器１２により検出された架線電圧と、電圧設定器１４において予め設定された吸収開始電圧とを調整器１５で比較し、架線電圧が上回ったとき位相器１６を介してチョッパ１３の導通率を制御することで、抵抗器１１に電流を流して回生電力を吸収する。

特開平２−７７３４０

電気車４に搭載される部品や整流器２の耐電圧を抑制しながら回生電力吸収装置１による回生電力の吸収を適切に行うためには、吸収開始電圧を決める電圧検出器１２と電圧設定器１４との電圧差はできるだけ小さく設定されている。

架線３に接続される負荷は一定ではなく、例えば、通勤・通学の時間帯と比較して早朝や深夜では負荷が軽減されて架線電圧が上昇する。上昇電圧は電圧検出器１２によって検出され、電圧設定器１４との電圧極性が反転したとき回生電力発生と誤認識し、回生電力吸収装置１は電力吸収動作を開始する。その結果、回生電力吸収装置１と整流器２間で循環電流が流れて無駄に電力が消費される。

したがって、本発明が目的とするとこは、軽負荷により整流器の二次側（架線側）電圧が上昇した場合でも、回生と誤認識しない電鉄用回生電力吸収装置を提供することにある。

本発明は、整流器からの直流出力を架線を介して電気車に供給する直流変電設備に設置され、検出された架線電圧と予め設定される吸収開始電圧の設定値を比較し、吸収開始電圧となったときに回生電力の吸収動作をおこなう回生電力吸収装置において、
前記架線電圧のリプルをリプル検出部で検出し、リプルが所定値よりも少なくなったときの回生判定部による信号と、前記吸収開始電圧の出力値との論理積で吸収制御を行うよう構成したことを特徴としたものである。

また、本発明による架線電圧のリプルは、前記整流器の全波整流に基づくパルスに対応したリプルであることを特徴としたものである。

また、本発明によるリプル検出部と回生判定部は、ディジタル方式で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、早朝・深夜等の軽負荷時に整流器の出力側電圧が上昇しても、回生電力吸収装置が回生と誤認識することがなくなり、整流器と回生電力吸収装置間での無駄な循環電流が流れなくなる。
また、確実に回生検出が可能となることで、回生電力吸収装置の動作電圧（架線電圧上昇値）を低く設定することができ、回生吸収率を高めることができるものである。

本発明の実施形態を示す回路構成図。回生時の架線電圧波形図。無負荷・力行時の架線電圧波形図。従来の回生電力吸収装置の構成図。

図１は、本発明の実施例を示す回路図で、図２と同一部分若しくは相当する部分に同一符号を付している。
２１はリプル検出部で、電圧検出器１２により検出され架線電圧のパルス数からリプル発生の有無を検出する。すなわち、整流器３は一般に３相全波や６相全波の場合が多いことから、その出力電圧には、１周期で６個のパルス或いは１２個のパルス数に応じたリプルが発生する。このリプルは、無負荷時、或いは負荷時の何れの場合にも存在する。

２２は回生判定部で、リプル検出部２１により検出されたリプルはパルスに由来するため決まった周期で増減する。回生判定部２２はこのリプルの周期を測定して、その周期が整流器に由来する値でない場合、或いはリプルがない場合、論理積回路２５の一方の入力端子に出力する。リプル周期の測定方法の１例としてリプルの谷ー谷間のインターバル測定などが用いられる。

なお、リプルの検出方式はディジタル，アナログ何れの方式でも良いが、好ましくはディジタル方式がよく、その際、リプル検出部２１と回生判定部２２の機能として、検出された架線電圧をＡ／Ｄ変換器によりアナログ信号をディジタル信号に変換してリプルを抽出し、回生判定機能で走査の１周期毎に前回値若しくは設定数と比較することで素早く判別する。

電圧検出器１２により検出され架線電圧は減算部２３にも印加され、電圧設定器２４による吸収開始電圧の設定値と比較される。比較結果、検出値＞設定値のとき調整器２５を介して論理積回路２５の他方の入力端子に出力する。

２７は回生電圧の吸収制御部で、調整器２５の出力に応じて回生電圧の吸収部５を制御する。そして、これら吸収部５、電圧検出器１２および２１〜２７の各要素によって本発明の回生電力吸収装置２０が構成される。なお、図１では吸収部５として図４で示すような抵抗器とチョッパからなる吸収部を示しているが、インバータ方式や蓄電媒体方式の場合には、吸収部５はそれぞれの方式に対応した制御信号を出力する。

以上のように構成された本発明において、架線３に接続される負荷が軽負荷となって架線電圧が上昇し、減算部２３における比較結果が、電圧検出器１２による検出値が吸収開始電圧の設定値より大となったとき、その偏差値に対応した信号を調整器２５を介して論理積回路２５の入力端子に出力する。

一方、電圧検出器１２による検出値はリプル検出部２１にも出力されるが、リプルは負荷の有無、又は負荷の増減によっても存在するので、架線電圧には図３で示すように整流器２によるパルスに伴うリプルが存在する。したがって、回生判定部２２からは出力は発生せず、論理積回路２５でのアンド条件は成立しないので吸収部５は不動作状態を維持する。

次に、電気車４の減速に伴い回生電圧が発生して架線電圧が上昇すると、減算部２３における比較結果は、前述と同様に検出値が設定値より大となって論理積回路２５の入力端子の一つに検出信号を出力する。

一方、電気車４の減速に伴って発生する回生電圧は、車両からのインバータの出力波形となるため、整流器２の出力電圧波形のようにパルス数に対応したリプルは現れない。したがって、架線３に整流器２の出力電圧に回生電圧が重畳されると架線電圧は図２で示すように略フラットな直流電圧となり、リプル検出部２１によって検出されるリプルは、無くなる（又は所定数より少なくなる）ことで回生判定部２２は回生電圧発生と判断し、その信号を論理積回路２５の入力端子に出力する。

論理積回路２５は、調整器２５と回生判定部２２による両信号でオン状態となり、これにより吸収制御部２７は、、調整器２５で生成した回生電力値に応じた信号を基に制御信号を生成し、吸収部５が有するスイッチング素子の導通率、若しくは位相制御を実行して回生電力を吸収する。

以上のように、本発明によれば、早朝・深夜等の軽負荷時に整流器の出力側電圧が上昇しても、回生電力吸収装置が回生と誤認識することがなくなり、整流器と回生電力吸収装置間での無駄な循環電流が流れなくなる。
また、確実に回生検出が可能となることで、回生電力吸収装置の動作電圧（架線電圧上昇値）を低く設定することができ、回生吸収率を高めることができるものである。

１，２０… 回生電力吸収装置
２… 整流器
３… 架線
４… 電気車
５… 吸収部
１２… 電圧検出部
２１… リプル検出部
２２… 回生判定部
２５… 調整器
２７… 吸収制御部

Claims

整流器からの直流出力を架線を介して電気車に供給する直流変電設備に設置され、検出された架線電圧と予め設定される吸収開始電圧の設定値を比較し、吸収開始電圧となったときに回生電力の吸収動作をおこなう回生電力吸収装置において、
前記架線電圧のリプルをリプル検出部で検出し、リプルが所定値よりも少なくなったときの回生判定部による信号と、前記吸収開始電圧の出力値との論理積で吸収制御を行うよう構成したことを特徴とした電鉄用回生電力吸収装置。
前記架線電圧のリプルは、前記整流器の全波整流に基づくパルスに対応したリプルであることを特徴とした請求項１記載の電鉄用回生電力吸収装置。
前記リプル検出部と回生判定部は、ディジタル方式で構成したことを特徴とした請求項１又は２記載の電鉄用回生電力吸収装置。