JP2015128353A - AC electric vehicle control system - Google Patents

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郁夫 蛭田
Ikuo Hiruta
郁夫 蛭田
真木 康臣
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an AC electric vehicle control system capable of actuating a vehicle power supply device even if a trolley voltage is not applied to a vehicle.SOLUTION: An AC electric vehicle control system of an embodiment includes a converter and an inverter that are provided in each of a driving inverter device and a vehicle power supply device to which AC power is supplied from an overhead power line via a circuit breaker. The AC electric vehicle control system of the embodiment is an AC electric vehicle control system for driving an AC electric vehicle. The AC electric vehicle control system of the embodiment comprises a first control unit and a second control unit. The first control unit opens the circuit breaker, controls the converter of the driving inverter device to perform regenerative operation, and outputs a regenerative signal indicating the regenerative operation from the driving inverter device to the vehicle power supply device when the vehicle enters a non-electric interval. The second control unit drives the converter of the vehicle power supply device as a rectifier on the basis of the regenerative signal to rectify electricity generated by the regenerative operation.

Description

本発明の実施形態は、交流電気車制御システムに関する。   Embodiments described herein relate generally to an AC electric vehicle control system.

架線から直流電力を供給し、鉄道車両を走行させる直流電気車制御システムがある。このようなシステムでは、無電区間などにおいて架線電圧が車両側に印加されなくなった場合に、モータの回生電力で車両用電源装置を動作させることができるものもある。   There is a DC electric vehicle control system that supplies DC power from an overhead line to run a railway vehicle. In some such systems, when the overhead line voltage is no longer applied to the vehicle side in a non-electric section or the like, the vehicle power supply device can be operated with the regenerative power of the motor.

しかしながら、交流電気車制御システムにおいては、車両用電源装置を架線の電圧、位相に同期して動作させており、無電区間などで架線電圧が車両側に印加されない場合、架線の電圧と位相を検出できないため、回生電力を使用することができず、車両用電源装置を動作させることができない。   However, in the AC electric vehicle control system, the vehicle power supply is operated in synchronization with the voltage and phase of the overhead line, and the overhead line voltage and phase are detected when the overhead line voltage is not applied to the vehicle side in a non-electric section or the like. Therefore, the regenerative power cannot be used, and the vehicle power supply device cannot be operated.

特開2008−148531号公報JP 2008-148531 A

本発明が解決しようとする課題は、架線電圧が車両側に印加されなくなった場合であっても、車両用電源装置を動作させることができる交流電気車制御システムを提供することである。   The problem to be solved by the present invention is to provide an AC electric vehicle control system capable of operating a vehicle power supply device even when an overhead wire voltage is no longer applied to the vehicle side.

実施形態の交流電気車制御システムは、架線から遮断器を介して交流電力が供給される駆動用インバータ装置と車両用電源装置との各々にコンバータとインバータを持つ。実施形態の交流電気車制御システムは、交流電気車を駆動させる交流電気車制御システムである。実施形態の交流電気車制御システムは、第1の制御部と第2の制御部を持つ。第1の制御部は、無電区間に進入した際に、前記遮断器を開放し、前記駆動用インバータ装置のコンバータを回生動作させるとともに、駆動用インバータ装置から車両用電源装置に前記回生動作を示す回生信号を出力する。第2の制御部は、前記回生信号に基づいて前記車両用電源装置のコンバータを整流器として駆動させ、前記回生動作により発生した電力を整流させる。   The AC electric vehicle control system according to the embodiment includes a converter and an inverter in each of a drive inverter device and a vehicle power supply device to which AC power is supplied from an overhead line via a circuit breaker. The AC electric vehicle control system of the embodiment is an AC electric vehicle control system that drives an AC electric vehicle. The AC electric vehicle control system of the embodiment has a first control unit and a second control unit. The first control unit opens the circuit breaker when entering the non-powered section, regenerates the converter of the drive inverter device, and indicates the regenerative operation from the drive inverter device to the vehicle power supply device. A regenerative signal is output. The second control unit drives the converter of the vehicle power supply device as a rectifier based on the regeneration signal, and rectifies the electric power generated by the regeneration operation.

実施形態の交流電気車制御システムを示すブロック図である。It is a block diagram which shows the alternating current electric vehicle control system of embodiment. 実施形態の交流電気車制御システムを示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the alternating current electric vehicle control system of embodiment.

以下、実施形態の交流電気車制御システムを、図面を参照して説明する。図1は、実施形態の交流電気車制御システムを示すブロック図である。
図1に示すように、交流電気車制御システムは、架線1、パンタグラフ2、交流用遮断器3、メイントランス4、電圧センサ5、駆動用インバータ装置6、車両用電源装置7、モータ16、補助回路15を備えている。交流電気車制御システムは、架線1から交流電力をパンタグラフで受電し、交流電気車制御システムを備える交流電気車を走行させる。
パンタグラフ2は、一端が架線1に接続され、交流電力を受電する。また、パンタグラフ2は、他端が電圧センサ5と交流用遮断器3にそれぞれ接続されている。パンタグラフ2により架線1から受電された電力は、交流用遮断器3を介してメイントランス4の1次側巻線の一端側に供給される。
Hereinafter, an AC electric vehicle control system according to an embodiment will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram illustrating an AC electric vehicle control system according to an embodiment.
As shown in FIG. 1, the AC electric vehicle control system includes an overhead wire 1, a pantograph 2, an AC circuit breaker 3, a main transformer 4, a voltage sensor 5, a drive inverter device 6, a vehicle power supply device 7, a motor 16, and an auxiliary device. A circuit 15 is provided. The AC electric vehicle control system receives AC power from the overhead line 1 with a pantograph, and runs an AC electric vehicle including the AC electric vehicle control system.
One end of the pantograph 2 is connected to the overhead line 1 and receives AC power. In addition, the other end of the pantograph 2 is connected to the voltage sensor 5 and the AC circuit breaker 3. The electric power received from the overhead wire 1 by the pantograph 2 is supplied to one end side of the primary winding of the main transformer 4 via the AC circuit breaker 3.

電圧センサ5は、パンタグラフ2の他端に接続され、架線1から供給される交流電圧の電圧と位相を測定する。また、電圧センサ5は、駆動用インバータ装置6と車両用電源装置7の各々に接続されている。電圧センサ5は、一定周期毎に測定した交流電圧の電圧と位相とを検出した検出結果を電圧・位相信号として駆動用インバータ装置6と車両用電源装置7の各々に出力する。
交流用遮断器3は、メイントランス4の1次側巻線41の一端に接続される。また、交流用遮断器3は、駆動用インバータ装置6に接続されている。交流用遮断器3は、駆動用インバータ装置6からの制御信号に基づいて、パンタグラフ2とメイントランス4の1次側巻線との間の経路を開閉する。
The voltage sensor 5 is connected to the other end of the pantograph 2 and measures the voltage and phase of the AC voltage supplied from the overhead wire 1. The voltage sensor 5 is connected to each of the drive inverter device 6 and the vehicle power supply device 7. The voltage sensor 5 outputs a detection result obtained by detecting the voltage and phase of the alternating voltage measured at regular intervals to each of the drive inverter device 6 and the vehicle power supply device 7 as a voltage / phase signal.
The AC circuit breaker 3 is connected to one end of the primary winding 41 of the main transformer 4. The AC circuit breaker 3 is connected to a drive inverter device 6. The AC circuit breaker 3 opens and closes a path between the pantograph 2 and the primary winding of the main transformer 4 based on a control signal from the drive inverter device 6.

メイントランス4は、1次側巻線41、2次側巻線42、2次側巻線43を備えている。
メイントランス4の1次側巻線41は、一端が交流用遮断器3に接続され、他端が車輪を通して交流電気車が走行する走行レールに接地される。これにより、メイントランス4の1次側巻線41は、メイントランス4の1次側巻線41の他端側と変電所との間で帰線回路が構成され、メイントランス4の2次側巻線42、43から、それぞれ駆動用インバータ装置6、車両用電源装置7に適合した電圧に降圧された電力を取出すことが可能になる。
The main transformer 4 includes a primary side winding 41, a secondary side winding 42, and a secondary side winding 43.
One end of the primary side winding 41 of the main transformer 4 is connected to the AC circuit breaker 3 and the other end is grounded to a traveling rail through which the AC electric vehicle travels. Thereby, the primary side winding 41 of the main transformer 4 forms a retrace circuit between the other end side of the primary side winding 41 of the main transformer 4 and the substation, and the secondary side of the main transformer 4 From the windings 42 and 43, it is possible to take out the electric power that has been stepped down to voltages suitable for the drive inverter device 6 and the vehicle power supply device 7, respectively.

駆動用インバータ装置6は、駆動用インバータ内コンバータ8、駆動用インバータ内インバータ9、第1の制御部10、フィルタコンデンサ17を備えている。
駆動用インバータ内コンバータ8は、2次側巻線42から入力される単相交流電力を直流電力に変換する整流器である。また、駆動用インバータ内コンバータ8は、複数のスイッチング素子とスイッチング素子に並列に接続された転流ダイオ―ドを組み合わせた電力変換回路として構成される。スイッチング素子は、例えばIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)を用いることができる。
The drive inverter device 6 includes a drive inverter converter 8, a drive inverter inverter 9, a first control unit 10, and a filter capacitor 17.
The drive inverter internal converter 8 is a rectifier that converts single-phase AC power input from the secondary winding 42 into DC power. The inverter 8 for driving inverter is configured as a power conversion circuit that combines a plurality of switching elements and a commutation diode connected in parallel to the switching elements. As the switching element, for example, an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) can be used.

駆動用インバータ内コンバータ8は、スイッチング素子のゲート端子が第1の制御部10に接続されており、第1の制御部10から出力される第1の駆動信号によりスイッチング素子の通電状態が制御される。駆動用インバータ内コンバータ8は、例えばPWM(Pulse Width Modulation)制御を適用することができる。駆動用インバータ内コンバータ8は、メイントランス4の2次側巻線42から供給された交流電力を直流電力に変換するコンバータとしての動作と、駆動用インバータ内インバータ9からの直流電力を交流電力に変換するインバータとしての動作が可能である。   In the inverter 8 for driving inverter, the gate terminal of the switching element is connected to the first control unit 10, and the energization state of the switching element is controlled by the first drive signal output from the first control unit 10. The For example, PWM (Pulse Width Modulation) control can be applied to the in-drive inverter converter 8. The inverter 8 for driving inverter converts the AC power supplied from the secondary winding 42 of the main transformer 4 into DC power, and converts the DC power from the inverter 9 for driving inverter into AC power. Operation as an inverter for conversion is possible.

フィルタコンデンサ17は、駆動用インバータ内コンバータ8から出力される直流電圧の脈動成分を平滑化する。   The filter capacitor 17 smoothes the pulsating component of the DC voltage output from the drive inverter converter 8.

駆動用インバータ内インバータ9は、駆動用インバータ内コンバータ8から供給される直流電力を元に三相の交流電力を生成する。駆動用インバータ内インバータ9は、複数のスイッチング素子とスイッチング素子に並列に接続された転流ダイオ―ドを組み合わせた電力変換回路として構成される。スイッチング素子は、例えばIGBTを用いることができる。   The drive inverter inverter 9 generates three-phase AC power based on the DC power supplied from the drive inverter converter 8. The inverter 9 in the drive inverter is configured as a power conversion circuit in which a plurality of switching elements and a commutation diode connected in parallel to the switching elements are combined. For example, an IGBT can be used as the switching element.

駆動用インバータ内インバータ9は、スイッチング素子のゲート端子が第1の制御部10に接続されている。駆動用インバータ内インバータ9は、第1の制御部10から出力される第2の駆動信号によりスイッチング素子の通電状態が制御される。実施形態ではスイッチング素子の制御方式としてPWM制御を適用することができる。
駆動用インバータ内インバータ9は、スイッチング素子が高速でオン(通電状態)/オフ(非通電状態)を繰り返すことで、直流から三相交流を発生させる。駆動用インバータ内インバータ9は、発生させた三相交流電力をモータ16に供給する。また、駆動用インバータ内インバータ9は、モータ16からの回生電力を直流電力に変換するコンバータとしても動作可能である。
In the inverter 9 for driving inverter, the gate terminal of the switching element is connected to the first control unit 10. In the drive inverter inverter 9, the energization state of the switching element is controlled by the second drive signal output from the first control unit 10. In the embodiment, PWM control can be applied as a switching element control method.
The inverter 9 in the drive inverter generates three-phase alternating current from direct current by repeatedly switching the switching element on (energized state) / off (non-energized state) at high speed. The in-drive inverter 9 supplies the generated three-phase AC power to the motor 16. Moreover, the inverter 9 for drive inverters can operate | move as a converter which converts the regenerative electric power from the motor 16 into direct-current power.

モータ16は、駆動用インバータ内インバータ9から三相交流電力が供給されることで車軸を回転駆動するモータであり、例えば三相交流誘導モータである。また、モータ16は、回生運転時には、発生した回生電力を駆動用インバータ内インバータ9に供給する。   The motor 16 is a motor that rotationally drives the axle when supplied with three-phase AC power from the inverter 9 in the drive inverter, and is, for example, a three-phase AC induction motor. The motor 16 supplies the generated regenerative power to the drive inverter inverter 9 during the regenerative operation.

第1の制御部10は、駆動用インバータ内コンバータ8と駆動用インバータ内インバータ9の動作を制御する。具体的には、第1の制御部10は、第1の駆動信号を生成し、駆動用インバータ内コンバータ8のスイッチング素子のゲート端子に出力することで駆動用インバータ内コンバータ8のスイッチング素子の通電時間を制御する。また、第1の制御部10は、第2の駆動信号を生成し、駆動用インバータ内インバータ9のスイッチング素子のゲート端子に出力することで、駆動用インバータ内インバータ9のスイッチング素子の通電時間を制御する。   The first control unit 10 controls the operation of the drive inverter inverter 8 and the drive inverter 9. Specifically, the first control unit 10 generates a first drive signal and outputs the first drive signal to the gate terminal of the switching element of the drive inverter converter 8 to energize the switching element of the drive inverter converter 8. Control the time. In addition, the first control unit 10 generates a second drive signal and outputs the second drive signal to the gate terminal of the switching element of the inverter 9 for driving inverter, thereby reducing the energization time of the switching element of the inverter 9 for driving inverter. Control.

第1の制御部10は、給電区間において、モータ16を駆動する場合、電圧センサ5から出力される電圧・位相信号に基づいて第1の駆動信号と第2の駆動信号とを生成し、出力する。
第1の制御部10は、無電区間において、モータ16が回生運転する場合、第2の制御部14(後述)にモータ16が回生運転中であることを示す信号(以下、「回生信号」という。)を出力する。なお、回生信号の出力は、架線1からの交流電圧の供給が停止した際に行われるものであり、例えば、交流電気車が架線1の無電区間に進入した場合に行われる。
When driving the motor 16 in the power feeding section, the first control unit 10 generates a first drive signal and a second drive signal based on the voltage / phase signal output from the voltage sensor 5, and outputs the first drive signal and the second drive signal. To do.
When the motor 16 performs a regenerative operation in the non-electric section, the first control unit 10 indicates to the second control unit 14 (described later) a signal indicating that the motor 16 is performing a regenerative operation (hereinafter referred to as a “regeneration signal”). .) Is output. The output of the regeneration signal is performed when the supply of the AC voltage from the overhead line 1 is stopped, for example, when the AC electric vehicle enters the non-electric section of the overhead line 1.

また、第1の制御部10は、交流用遮断器3に制御信号を出力することで、交流用遮断器3を開放させ、パンタグラフ2からメイントランス4の1次側巻線までの経路を電気的に遮断する。   Further, the first control unit 10 outputs a control signal to the AC circuit breaker 3 to open the AC circuit breaker 3 and electrically connect the path from the pantograph 2 to the primary winding of the main transformer 4. Shut off.

車両用電源装置7は、車両用電源装置内コンバータ11、車両用電源装置内インバータ12、交流フィルタ13、第2の制御部14、フィルタコンデンサ18を備えている。
車両用電源装置内コンバータ11は、2次側巻線43から入力される単相交流電力を直流電力に変換する整流器である。また、車両用電源装置内コンバータ11は、複数のスイッチング素子とスイッチング素子に並列に接続された転流ダイオ―ドを組み合わせた電力変換回路として構成される。スイッチング素子は、例えばIGBTを用いることができる。
The vehicle power supply device 7 includes a vehicle power supply device internal converter 11, a vehicle power supply device internal inverter 12, an AC filter 13, a second control unit 14, and a filter capacitor 18.
The in-vehicle power supply converter 11 is a rectifier that converts single-phase AC power input from the secondary winding 43 into DC power. The in-vehicle power supply converter 11 is configured as a power conversion circuit that combines a plurality of switching elements and a commutation diode connected in parallel to the switching elements. For example, an IGBT can be used as the switching element.

車両用電源装置内コンバータ11は、スイッチング素子のゲート端子が第2の制御部14に接続されており、第2の制御部14から出力される第3の駆動信号によりスイッチング素子の通電状態が制御される。車両用電源装置内コンバータ11は、例えばPWM制御を適用することができる。   In the in-vehicle power supply converter 11, the gate terminal of the switching element is connected to the second control unit 14, and the energization state of the switching element is controlled by the third drive signal output from the second control unit 14. Is done. For example, PWM control can be applied to the in-vehicle power supply converter 11.

フィルタコンデンサ18は、車両用電源装置内コンバータ11からの直流電圧の脈動成分を平滑化する。
車両用電源装置内インバータ12は、車両用電源装置内コンバータ11から供給される直流電力を元に定電圧かつ定周波数の三相の交流電力を生成する。車両用電源装置内インバータ12は、例えば静止形インバータ(所謂SIV)である。
The filter capacitor 18 smoothes the pulsating component of the DC voltage from the in-vehicle power supply device converter 11.
The inverter 12 in the vehicle power supply device generates three-phase AC power having a constant voltage and a constant frequency based on the DC power supplied from the converter 11 in the vehicle power supply device. The in-vehicle power source inverter 12 is, for example, a static inverter (so-called SIV).

交流フィルタ13は、入力が車両用電源装置内インバータ12に接続され、出力が補助回路15に接続されている。交流フィルタ13は、交流リアクトル、交流コンデンサを有している。交流フィルタ13は、車両用電源装置内コンバータ11からの出力を正弦波に波形整形するフィルタである。   The AC filter 13 has an input connected to the vehicle power source inverter 12 and an output connected to the auxiliary circuit 15. The AC filter 13 has an AC reactor and an AC capacitor. The AC filter 13 is a filter that shapes the output from the in-vehicle power source converter 11 into a sine wave.

第2の制御部14は、車両用電源装置内コンバータ11と車両用電源装置内インバータ12の動作を制御する。具体的には、第2の制御部14は、第3の駆動信号を生成し、車両用電源装置内コンバータ11のスイッチング素子のゲート端子に出力することで通電時間を制御する。また、第2の制御部14は、予め設定された第4の駆動信号を車両用電源装置内インバータ12のスイッチング素子のゲート端子に出力することで通電時間を制御する。これにより、第2の制御部14は、メイントランス4の2次側巻線43からの交流電力を定電圧かつ定周波数の正弦波に変換し、補助回路15に供給する。
また、第2の制御部14は、第1の制御部10から回生信号を受信した場合、車両用電源装置内コンバータ11に第3駆動信号を出力することを停止する。
The second control unit 14 controls the operations of the in-vehicle power supply converter 11 and the in-vehicle power supply inverter 12. Specifically, the second control unit 14 controls the energization time by generating a third drive signal and outputting the third drive signal to the gate terminal of the switching element of the in-vehicle power supply device converter 11. Moreover, the 2nd control part 14 controls energization time by outputting the 4th drive signal set beforehand to the gate terminal of the switching element of the inverter 12 for vehicle power supply devices. Accordingly, the second control unit 14 converts the AC power from the secondary winding 43 of the main transformer 4 into a sine wave having a constant voltage and a constant frequency, and supplies the sine wave to the auxiliary circuit 15.
Moreover, the 2nd control part 14 stops outputting a 3rd drive signal to the converter 11 in vehicle power supply devices, when the regeneration signal is received from the 1st control part 10. FIG.

補助回路15は、交流電気車の交流空調装置やブロア、蛍光灯などである。補助回路15は、正弦波の交流電圧が供給されることで駆動する。   The auxiliary circuit 15 is an AC air conditioner, a blower, a fluorescent lamp, or the like of an AC electric vehicle. The auxiliary circuit 15 is driven by being supplied with a sinusoidal AC voltage.

次に、実施形態の交流電気車制御システムの動作について、図面を参照して説明する。図2は、実施形態の交流電気車制御システムの動作を示すフローチャートを示す図である。
ステップS100において、第1の制御部10は、交流電気車が無電区間を走行しているか否かを判定する(後述する)。交流電気車が無電区間を走行している場合(ステップS100:YES)、ステップS101に進む。一方、交流電気車が無電区間を走行していない場合(ステップS100:NO)、再度ステップS100の処理を実行する。第1の制御部10は、一定時間毎にステップS100の処理を行う。
Next, the operation of the AC electric vehicle control system of the embodiment will be described with reference to the drawings. FIG. 2 is a flowchart illustrating an operation of the AC electric vehicle control system according to the embodiment.
In step S100, the first control unit 10 determines whether or not the AC electric vehicle is traveling in a non-electric section (described later). When the AC electric vehicle is traveling in the non-electric section (step S100: YES), the process proceeds to step S101. On the other hand, when the AC electric vehicle is not traveling in the non-electric section (step S100: NO), the process of step S100 is executed again. The 1st control part 10 performs processing of Step S100 for every fixed time.

無電区間を走行しているか否かの判定方法は、例えば、電圧センサ5が測定した架線1からの交流電圧が予め設定してある閾値未満になった場合、第1の制御部10は、交流電気車が無電区間を走行していると判定する。一方、電圧センサ5が測定した架線1からの交流電圧が予め設定してある閾値以上になった場合、第1の制御部10は、交流電気車が無電区間を走行していないと判定する。
ただし、実施形態は、これに限定されるものではない。例えば、交流電気車が無電区間に進入することを検知する無電区間検知システムからの検知結果を表す検知信号に基づいて、第1の制御部10は、そのシステムから検知信号を受信することで交流電気車が無電区間を走行していると判定する。一方、第1の制御部10は、無電区間検知システムから検知信号を受信しない場合、交流電気車が無電区間を走行していないと判定する。
For example, when the AC voltage from the overhead line 1 measured by the voltage sensor 5 is less than a preset threshold, the first control unit 10 determines whether or not the vehicle is traveling in the non-electric section. It is determined that the electric vehicle is traveling in a non-electric section. On the other hand, when the AC voltage from the overhead line 1 measured by the voltage sensor 5 is equal to or higher than a preset threshold value, the first control unit 10 determines that the AC electric vehicle is not traveling in the non-electric section.
However, the embodiment is not limited to this. For example, based on a detection signal that represents a detection result from a non-electric section detection system that detects that an AC electric vehicle enters the non-electric section, the first control unit 10 receives the detection signal from the system to generate an alternating current. It is determined that the electric vehicle is traveling in a non-electric section. On the other hand, when the first control unit 10 does not receive the detection signal from the non-electric section detection system, the first control unit 10 determines that the AC electric vehicle is not traveling in the non-electric section.

ステップS101において、交流電気車が無電区間に突入することで、架線1からメイントランス4の1次側巻線の一端に対する交流電力の供給が停止すると、モータ16は、自身の慣性により回生運転を行い、発電機として動作する。
第1の制御部10は、交流用遮断器3に制御信号を出力し、交流用遮断器3を開放状態にする。これにより、パンタグラフ2からメイントランス4の1次側巻線までの経路は電気的に遮断される。
In step S101, when the AC electric vehicle enters the non-electric section and the supply of AC power from the overhead wire 1 to one end of the primary side winding of the main transformer 4 stops, the motor 16 performs a regenerative operation due to its own inertia. And act as a generator.
The first control unit 10 outputs a control signal to the AC circuit breaker 3 to open the AC circuit breaker 3. As a result, the path from the pantograph 2 to the primary winding of the main transformer 4 is electrically cut off.

ステップS102において、モータ16の回生運転により発生した交流電力が駆動用インバータ内インバータ9に入力される。駆動用インバータ内インバータ9は、回生された交流電力を直流電力に電力変換し、フィルタコンデンサ17を介して直流電力を駆動用インバータ内コンバータ8に供給する。駆動用インバータ内コンバータ8は、第1の制御部10によりPWMインバータとして動作することで、駆動用インバータ内インバータ9からの直流電力を交流電力に変換する。この場合、第1の制御部10は、第1の駆動信号のデューティ比を設定し、駆動用インバータ内コンバータ8のスイッチング素子に出力する。   In step S102, the AC power generated by the regenerative operation of the motor 16 is input to the inverter 9 for driving inverter. The drive inverter inverter 9 converts the regenerated AC power into DC power and supplies the DC power to the drive inverter converter 8 through the filter capacitor 17. The in-drive inverter converter 8 operates as a PWM inverter by the first control unit 10 to convert the DC power from the drive inverter inverter 9 into AC power. In this case, the first control unit 10 sets the duty ratio of the first drive signal and outputs it to the switching element of the drive inverter converter 8.

ステップS103において、第1の制御部10は、第2の制御部14に回生信号を出力する。第2の制御部14は、第1の制御部10から回生信号を受信すると、第3の駆動信号を出力することを停止し、車両用電源装置内コンバータ11のスイッチング素子を常にオフ状態(通電しない状態)とする。   In step S <b> 103, the first control unit 10 outputs a regeneration signal to the second control unit 14. When receiving the regenerative signal from the first control unit 10, the second control unit 14 stops outputting the third drive signal and always turns off the switching element of the in-vehicle power supply device converter 11. State).

交流電気車が無電区間を走行する場合において、実施形態の交流電気車制御システムでは、上述したステップS101〜ステップS103の処理が行われる。以下に、交流電気車が無電区間を走行している場合の流れを説明する。   When the AC electric vehicle travels in a non-electric section, the above-described processing of steps S101 to S103 is performed in the AC electric vehicle control system of the embodiment. Below, the flow when the AC electric vehicle is traveling in the non-electric section will be described.

無電区間を走行していると判定されると、モータ16の回生運転により発生した交流電力が駆動用インバータ内インバータ9により直流電力に変換され、この直流電力が駆動用インバータ内コンバータ8により交流電力に変換される。
駆動用インバータ内コンバータ8で変換された交流電力は、メイントランス4に入力されるが、すでに交流用遮断器3が開放されているため、架線1には供給されず、メイントランス4の2次側巻線43に供給される。
When it is determined that the vehicle is traveling in the non-electric section, the AC power generated by the regenerative operation of the motor 16 is converted into DC power by the drive inverter inverter 9, and this DC power is converted by the drive inverter converter 8 into AC power. Is converted to
The AC power converted by the drive inverter internal converter 8 is input to the main transformer 4, but since the AC circuit breaker 3 is already open, it is not supplied to the overhead line 1, but the secondary power of the main transformer 4. It is supplied to the side winding 43.

車両用電源装置内コンバータ11は、メイントランス4の2次側巻線43から交流電力が供給される。車両用電源装置内コンバータ11のスイッチング素子は、上述したように、オフ状態であるため、車両用電源装置内コンバータ11は、整流回路として動作する。具体的には、車両用電源装置内コンバータ11は、スイッチング素子のスイッチ動作を行わず、供給された交流電圧を転流ダイオードで整流する。整流された電力は、フィルタコンデンサ18において、脈動成分が平滑化され、車両用電源装置内インバータ12に供給される。   The in-vehicle power supply converter 11 is supplied with AC power from the secondary winding 43 of the main transformer 4. Since the switching element of the in-vehicle power supply converter 11 is in the off state as described above, the in-vehicle power supply converter 11 operates as a rectifier circuit. Specifically, the in-vehicle power supply converter 11 does not perform the switching operation of the switching element, and rectifies the supplied AC voltage with a commutation diode. The rectified power is smoothed in the pulsating component in the filter capacitor 18 and supplied to the inverter 12 in the vehicle power supply device.

車両用電源装置内インバータ12は、車両用電源装置内コンバータ11から供給される直流電力を元に定電圧かつ定周波数の三相の交流電力を生成し、交流フィルタ13を介して補助回路15に出力する。ここで、車両用電源装置内コンバータ11の出力電圧、即ちフィルタコンデンサ18の電圧を制御したい場合は、駆動用インバータ内コンバータ8のデューティ比を制御することで可能であり、フィルタコンデンサ18の電圧を高く設定したい場合、第1の制御部10は、第1の駆動信号のデューティ比を高く設定する。一方、フィルタコンデンサ18の電圧を低く設定したい場合、第1の制御部10は、第1の駆動信号のデューティ比を低く設定する。例えば、フィルタコンデンサ18の電圧が、架線電圧が印加されているときと同じ電圧になるように、デューティ比を制御することも可能である。
上述したように、交流電気車は、無電区間において、回生電力を車両用電源装置内インバータ12に供給することができる。よって、交流電気車は、無電区間においても車両用電源装置の動作を継続することができる。
The inverter 12 in the vehicle power supply device generates three-phase AC power having a constant voltage and a constant frequency based on the DC power supplied from the converter 11 in the vehicle power supply device, and supplies the auxiliary circuit 15 via the AC filter 13. Output. Here, when it is desired to control the output voltage of the in-vehicle power source converter 11, that is, the voltage of the filter capacitor 18, it is possible to control the duty ratio of the in-drive inverter converter 8. When it is desired to set a high value, the first control unit 10 sets the duty ratio of the first drive signal high. On the other hand, when it is desired to set the voltage of the filter capacitor 18 low, the first control unit 10 sets the duty ratio of the first drive signal low. For example, it is possible to control the duty ratio so that the voltage of the filter capacitor 18 becomes the same voltage as when the overhead wire voltage is applied.
As described above, the AC electric vehicle can supply regenerative power to the in-vehicle power source inverter 12 in the non-electric section. Therefore, the AC electric vehicle can continue the operation of the vehicle power supply device even in the non-electric section.

ステップS104において、第1の制御部10は、交流電気車が給電区間を走行しているか否かを判定する。第1の制御部10は、交流電気車が給電区間を走行している場合(ステップS104:YES)、ステップS105に進む。一方、第1の制御部10は、交流電気車が給電区間を走行していない場合(ステップS104:NO)、ステップS102に戻り、ステップS102〜ステップS104の処理を行う。   In step S104, the first control unit 10 determines whether or not the AC electric vehicle is traveling in the power feeding section. When the AC electric vehicle is traveling in the power feeding section (step S104: YES), the first control unit 10 proceeds to step S105. On the other hand, if the AC electric vehicle is not traveling in the power feeding section (step S104: NO), the first control unit 10 returns to step S102 and performs the processes of steps S102 to S104.

ステップS105において、第1の制御部10は、交流用遮断器3に制御信号を出力し、交流用遮断器3を投入状態、即ちパンタグラフ2からメイントランス4の1次側巻線までの経路は電気的に接続される。これにより、架線1からの交流電力は、メイントランス4を介して、駆動用インバータ内コンバータ8と車両用電源装置内コンバータ11の各々に供給される。   In Step S105, the first control unit 10 outputs a control signal to the AC circuit breaker 3, and the AC circuit breaker 3 is turned on, that is, the path from the pantograph 2 to the primary winding of the main transformer 4 is Electrically connected. As a result, AC power from the overhead wire 1 is supplied to each of the drive inverter converter 8 and the vehicle power supply converter 11 via the main transformer 4.

ステップS106において、第1の制御部10は、駆動用インバータ内コンバータ8をPWMインバータとしての動作を停止する。また、第1の制御部10は、電圧センサ5から電圧・位相信号を取得し、PWM制御により、第1の駆動信号のデューティ比を設定し、第1の駆動信号を出力する。これにより、第1の制御部10は、駆動用インバータ内コンバータ8をPWMコンバータとして動作させる。駆動用インバータ内コンバータ8の出力は、フィルタコンデンサ17で脈動成分を平滑化された後、駆動用インバータ内インバータ9に供給される。駆動用インバータ内インバータ9は、供給された直流電力を三相交流電力に変換し、モータ16を駆動する。   In step S106, the first controller 10 stops the operation of the drive inverter converter 8 as a PWM inverter. The first control unit 10 obtains a voltage / phase signal from the voltage sensor 5, sets the duty ratio of the first drive signal by PWM control, and outputs the first drive signal. Thereby, the 1st control part 10 operates the converter 8 for drive inverters as a PWM converter. The output of the drive inverter internal converter 8 is supplied to the drive inverter internal inverter 9 after the pulsation component is smoothed by the filter capacitor 17. The drive inverter inverter 9 converts the supplied DC power into three-phase AC power and drives the motor 16.

ステップS107において、第1の制御部10は、第2の制御部14に対する回生信号の出力を停止する。これにより、第2の制御部14は、転流ダイオードのみの整流動作を停止する。また、第2の制御部14は、電圧センサ5から電圧・位相信号を取得し、PWM制御により、第3の駆動信号のデューティ比を設定し出力する。これにより、第2の制御部14は、車両用電源装置内コンバータ11をPWMコンバータとして動作させる。車両用電源装置内コンバータ11の出力は、フィルタコンデンサ18で脈動成分を平滑化された後、車両用電源装置内インバータ12に供給される。車両用電源装置内インバータ12は、供給された直流電力を元に定電圧かつ定周波数の三相の交流電力に変換し、交流フィルタ13に出力する。交流フィルタ13は、供給された電力を正弦波に波形整形し、補助回路15に供給する。   In step S <b> 107, the first control unit 10 stops outputting the regenerative signal to the second control unit 14. Thereby, the 2nd control part 14 stops the rectification operation of only a commutation diode. The second control unit 14 acquires a voltage / phase signal from the voltage sensor 5, and sets and outputs the duty ratio of the third drive signal by PWM control. Thereby, the 2nd control part 14 operates the converter 11 for vehicle power supply devices as a PWM converter. The output of the in-vehicle power supply converter 11 is supplied to the in-vehicle power supply inverter 12 after the pulsation component is smoothed by the filter capacitor 18. The in-vehicle power source inverter 12 converts the supplied DC power into a three-phase AC power having a constant voltage and a constant frequency, and outputs the AC power to the AC filter 13. The AC filter 13 shapes the supplied power into a sine wave and supplies it to the auxiliary circuit 15.

次に実施形態の効果について説明する。
実施形態によれば、無電区間において、駆動用インバータ装置は、交流用遮断器を開放した状態でモータの回生動作により生成された電力をメイントランス4に供給する。また、駆動用インバータ装置は、車両用電源装置に対して回生していることを示す回生信号を送る。車両用電源装置は、回生信号を受信することで、架線1から供給される交流電圧の位相に基づいて動作することを停止する。つまり、車両用電源装置は、交流用遮断器を開放した状態で第3の駆動信号をスイッチング素子のゲート端子に出力することを停止する。
Next, effects of the embodiment will be described.
According to the embodiment, the drive inverter device supplies power generated by the regenerative operation of the motor to the main transformer 4 in a state where the AC circuit breaker is opened in the non-electric section. In addition, the drive inverter device sends a regeneration signal indicating that regeneration is being performed to the vehicle power supply device. The vehicle power supply device stops operating based on the phase of the AC voltage supplied from the overhead wire 1 by receiving the regeneration signal. That is, the vehicle power supply device stops outputting the third drive signal to the gate terminal of the switching element with the AC circuit breaker opened.

これにより、車両用電源装置は、スイッチング素子に並列接続されている転流ダイオードで交流電力を整流し、整流された直流電力を三相の交流電力に変換し補助回路15に出力する。よって、実施形態の交流電気車制御システムは、無電区間においても車両用電源装置の運転を継続することができ、交流電気車の補助回路15に電力を供給することができる。   Thus, the vehicle power supply device rectifies the AC power with the commutation diode connected in parallel to the switching element, converts the rectified DC power into three-phase AC power, and outputs it to the auxiliary circuit 15. Therefore, the AC electric vehicle control system of the embodiment can continue the operation of the vehicle power supply device even in the non-electric section, and can supply power to the auxiliary circuit 15 of the AC electric vehicle.

以上説明した少なくともひとつの実施形態によれば、無電区間において、交流用遮断器を開放し、駆動用インバータ装置のコンバータを回生動作させるとともに、駆動用インバータ装置から車両用電源装置に回生信号を出力する。また、車両用電源装置は、その回生信号により車両用電源装置のコンバータを整流器と動作させることにより、無電区間などで架線電圧が車両側に印加されない場合に車両用電源装置を動作させることができる。   According to at least one embodiment described above, in the non-electric section, the AC circuit breaker is opened, the converter of the drive inverter device is regenerated, and the regeneration signal is output from the drive inverter device to the vehicle power supply device. To do. Further, the vehicle power supply device can operate the vehicle power supply device when the overhead line voltage is not applied to the vehicle side in a non-electric section or the like by operating the converter of the vehicle power supply device with the rectifier by the regenerative signal. .

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。   Although several embodiments of the present invention have been described, these embodiments are presented by way of example and are not intended to limit the scope of the invention. These embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the spirit of the invention. These embodiments and their modifications are included in the scope and gist of the invention, and are also included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.

1…架線 2…パンタグラフ 3…交流用遮断器 4…メイントランス 5…電圧センサ 6…駆動用インバータ装置 7…車両用電源装置 8…駆動用インバータ内コンバータ 9…駆動用インバータ内インバータ 10…第1の制御部 11…車両用電源装置内コンバータ 12…車両用電源装置内インバータ 13…交流フィルタ 14…第2の制御部 15…補助回路 17、18…フィルタコンデンサ DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Overhead wire 2 ... Pantograph 3 ... AC circuit breaker 4 ... Main transformer 5 ... Voltage sensor 6 ... Drive inverter device 7 ... Power supply device for vehicles 8 ... Converter in drive inverter 9 ... Inverter in drive inverter 10 ... 1st Control unit 11 ... Converter in vehicle power supply device 12 ... Inverter in vehicle power supply device 13 ... AC filter 14 ... Second control unit 15 ... Auxiliary circuit 17, 18 ... Filter capacitor

Claims (2)

架線から遮断器を介して交流電力が供給される駆動用インバータ装置と車両用電源装置との各々にコンバータとインバータが備えられ、交流電気車を駆動させる交流電気車制御システムであって、
無電区間に進入した際に、前記遮断器を開放し、前記駆動用インバータ装置のコンバータを回生動作させるとともに、駆動用インバータ装置から車両用電源装置に前記回生動作を示す回生信号を出力する第1の制御部と、
前記回生信号に基づいて前記車両用電源装置のコンバータを整流器として駆動させ、前記回生動作により発生した電力を整流させる第2の制御部と、
を有する交流電気車制御システム。
An AC electric vehicle control system is provided with a converter and an inverter in each of a drive inverter device and a vehicle power supply device to which AC power is supplied from an overhead line via a circuit breaker, and drives an AC electric vehicle,
When entering the non-electric section, the circuit breaker is opened, the converter of the drive inverter device is regenerated, and a regenerative signal indicating the regenerative operation is output from the drive inverter device to the vehicle power supply device. A control unit of
A second controller that drives the converter of the vehicle power supply device as a rectifier based on the regeneration signal and rectifies the electric power generated by the regeneration operation;
AC electric vehicle control system having
前記第1の制御部は、前記車両用電源装置のコンバータが前記整流器として駆動する場合に、前記車両用電源装置のコンバータの出力電圧が、所定の電圧となるように、前記駆動用インバータ装置内のコンバータの回生電圧を制御する請求項1に記載の交流電気車制御システム。   When the converter of the vehicle power supply device is driven as the rectifier, the first control unit is arranged in the drive inverter device so that an output voltage of the converter of the vehicle power supply device becomes a predetermined voltage. The alternating current electric vehicle control system of Claim 1 which controls the regenerative voltage of the converter of.
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