JP2018131022A - Power conversion device and power conversion method - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To prevent an overcurrent and enable continuous operation without causing a failure when a series resonant circuit consisting of a capacitor and a transformer is used.SOLUTION: A power conversion device of one embodiment comprises a first power supply circuit, a second power supply circuit, and a control section. The first power supply circuit has an insulation circuit insulating first and second switching circuits and connecting them. The first power supply circuit drives the first switching circuit or the second switching circuit according to variations of a voltage of a DC power transmission path and generates a first voltage. The second power supply circuit adds a second voltage for addition to the first voltage. The control section stops driving of first to third switching circuits when the voltage of the DC power transmission path is greater than a sum of maximum output voltages of the first voltage and the second voltage.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明の実施形態は、電力変換装置および電力変換方法に関する。   Embodiments described herein relate generally to a power conversion device and a power conversion method.

直流電気鉄道の架線(き電線)に電力を供給するシステムの一つとして、直流き電システムがある。架線(き電線)は電車の走行量の増減や電車(回生車)から交流電源系統へ戻される回生エネルギーなどもあり、負荷変動が激しく、これに伴って、き電線の電圧も変動が大きい。   As one of systems for supplying electric power to overhead wires (feeding wires) of a DC electric railway, there is a DC feeding system. The overhead line (feeding wire) has an increase / decrease in the travel amount of the train and the regenerative energy returned from the train (regenerative vehicle) to the AC power supply system. The load fluctuation is severe, and the voltage of the feeder line also fluctuates greatly.

また、直流き電システムでは、ダイオード整流器を用いて直流を作ることが一般的であるため、交流電源系統へ回生エネルギーを戻すには、回生インバータを設置する必要があり、回生車の回生電流を吸収する十分な負荷が回生車周辺に存在しなければ、回生車は回生失効に陥ることになる。   In addition, in a DC feeding system, it is common to create a direct current using a diode rectifier. Therefore, in order to return the regenerative energy to the AC power supply system, it is necessary to install a regenerative inverter, and the regenerative current of the regenerative vehicle is reduced. If there is not enough load to absorb around the regenerative vehicle, the regenerative vehicle will fall into regenerative invalidation.

そこで、これらの電圧変動や回生失効に対応するため、蓄電池などの蓄電装置を設置することが行われている。蓄電池と架線との間で電力を制御するために電力変換装置が用いられる。   Therefore, in order to cope with these voltage fluctuations and regenerative expiration, a power storage device such as a storage battery is installed. A power converter is used to control power between the storage battery and the overhead wire.

2つの直流電源回路間で電力の相互供給を行う従来の技術としては、互いの直流電源回路間にDCDCコンバータなどの電力変換装置を介挿接続することが知られている(例えば特許文献1参照)。   As a conventional technique for mutually supplying power between two DC power supply circuits, it is known to connect a power converter such as a DCDC converter between the DC power supply circuits (see, for example, Patent Document 1). ).

しかしながら、従来のDCDCコンバータは、例えばハイブリッド電気自動車などのように、電圧変動が比較的小さいものに利用されるため、電圧の変動が大きい直流き電システムには適用できないのが現状である。   However, since the conventional DC / DC converter is used for a relatively small voltage fluctuation such as a hybrid electric vehicle, for example, it is not applicable to a DC power feeding system having a large voltage fluctuation.

電圧変動が大きい架線(き電線)などには、例えばコンデンサと変圧器からなる直列共振回路を用いた電源回路を電力変換装置に設けて架線(き電線)と絶縁した上で、電力変換装置の電源回路で生成した電圧を蓄電池の電圧に加算し、蓄電池に直列接続したインバータにより加算電圧を変化させて蓄電池の充放電を行うことで架線(き電線)との電力流通を行うことが考えられる。   For overhead wires (wires) with large voltage fluctuations, for example, a power circuit using a series resonance circuit consisting of a capacitor and a transformer is provided in the power converter and insulated from the overhead wires (wires). It is conceivable that the voltage generated by the power supply circuit is added to the voltage of the storage battery, and the added voltage is changed by an inverter connected in series with the storage battery to charge and discharge the storage battery to perform power distribution with the overhead line (wire). .

特開2012−44801号公報JP 2012-44801 A

しかしながら、き電線は電圧変動が大きい上に、蓄電池も内部抵抗が大きいものもあり、き電線の電圧が加算電圧の変化量を超えて上昇すると、直列加算用の電源であるコンデンサと変圧器との共振回路に過電流が流れて、後段のインバータを含む回路が故障(破損)することが考えられる。   However, feeders have large voltage fluctuations, and some storage batteries also have large internal resistance.When the feeder voltage rises beyond the amount of change in the addition voltage, the capacitor and transformer that are the power supply for series addition It is conceivable that an overcurrent flows through the resonance circuit of FIG. 5 and the circuit including the inverter at the subsequent stage fails (breaks).

本発明が解決しようとする課題は、電圧加算用の電源回路としてコンデンサと変圧器からなる直列共振回路を用いる上で、過電流を防止し、故障することなく継続稼働が可能な低損失および低容量(小形)の電力変換装置および電力変換方法を提供することにある。   The problem to be solved by the present invention is that, when a series resonance circuit composed of a capacitor and a transformer is used as a power supply circuit for voltage addition, an overcurrent can be prevented and low loss and low operation that can be continued without failure. It is an object of the present invention to provide a capacity (small) power conversion device and a power conversion method.

実施形態の電力変換装置は、第1電源回路、第2電源回路、制御部を備える。第1電源回路は第1スイッチング回路と、第2スイッチング回路と、第1スイッチング回路と第2スイッチング回路とを絶縁して接続する絶縁回路とを有する。第1電源回路は直流送電路の電圧の変動に応じて第1スイッチング回路または第2スイッチング回路を駆動して第1電圧を発生する。第2電源回路は第3スイッチング回路を有し、第3スイッチング回路の駆動により生成される第2電圧を第1電圧に加算する。制御部は直流送電路の電圧、第1電圧を基に第1乃至第3スイッチング回路を制御して第2電圧を調整して直流送電路と第1および第2電源回路との間の電流の流れを制御する。制御部は直流送電路の電圧が、第1電圧と第2電圧の最大出力電圧との和よりも大きくなるときに、第1乃至第3スイッチング回路の駆動を停止する。   The power conversion device of the embodiment includes a first power supply circuit, a second power supply circuit, and a control unit. The first power supply circuit includes a first switching circuit, a second switching circuit, and an insulating circuit that insulates and connects the first switching circuit and the second switching circuit. The first power supply circuit generates the first voltage by driving the first switching circuit or the second switching circuit according to the fluctuation of the voltage of the DC power transmission line. The second power supply circuit includes a third switching circuit, and adds a second voltage generated by driving the third switching circuit to the first voltage. The control unit controls the first to third switching circuits based on the voltage of the DC transmission line and the first voltage, and adjusts the second voltage to adjust the current between the DC transmission line and the first and second power supply circuits. Control the flow. The control unit stops driving the first to third switching circuits when the voltage of the DC transmission line becomes larger than the sum of the first voltage and the maximum output voltage of the second voltage.

一つの実施の形態の電力変換装置の回路構成を示す図である。It is a figure which shows the circuit structure of the power converter device of one embodiment. 電力変換装置の回路に過電流が流れる様子を示す図である。It is a figure which shows a mode that an overcurrent flows into the circuit of a power converter device.

以下、図面を参照して、実施形態を詳細に説明する。
(実施形態)
図1は一つの実施の形態の電力変換装置10の回路構成を示す図である。
Hereinafter, embodiments will be described in detail with reference to the drawings.
(Embodiment)
FIG. 1 is a diagram illustrating a circuit configuration of a power conversion device 10 according to one embodiment.

図1に示すように、実施形態の電力変換装置10は、直流電気鉄道の架線(以下「直流き電線1」と称す)との間で電力の相互供給を行う直流き電システムの中の一つの装置であり、第1蓄電素子としての蓄電池2と、この蓄電池2と並列に接続される第2蓄電素子としてのコンデンサ3と、第3蓄電素子としてのコンデンサ7と、複数の電源回路5、6と、これら回路の動作を制御する制御部9とを有する。   As shown in FIG. 1, a power conversion apparatus 10 according to an embodiment is one of DC feeding systems that mutually supply power to overhead lines of a DC electric railway (hereinafter referred to as “DC feeder 1”). A storage battery 2 as a first storage element, a capacitor 3 as a second storage element connected in parallel with the storage battery 2, a capacitor 7 as a third storage element, and a plurality of power supply circuits 5, 6 and a control unit 9 for controlling the operation of these circuits.

コンデンサ7には電圧検出器7a(例えばPTなど)が設けられている。電圧検出器7aはコンデンサ7の電圧を検出し制御部9に通知する。コンデンサ7の両端には放電用の抵抗器11が接続されている。抵抗器11はコンデンサ7に充電された電力を消費するためのものである。   The capacitor 7 is provided with a voltage detector 7a (for example, PT). The voltage detector 7a detects the voltage of the capacitor 7 and notifies the controller 9 of the voltage. Discharge resistors 11 are connected to both ends of the capacitor 7. The resistor 11 is for consuming the electric power charged in the capacitor 7.

第1蓄電素子としては、蓄電池2以外に、例えば電池、コンデンサなどのエネルギー蓄積素子などが用いられる。   In addition to the storage battery 2, for example, an energy storage element such as a battery or a capacitor is used as the first storage element.

直流き電線1の端子1a、1bにはコンデンサ4が接続されており、直流電気鉄道であればき電線とレール間で発生している直流電圧が印加される。コンデンサ4には、電圧検出器4a(例えばPTなど)が設けられている。電圧検出器4aはコンデンサ4の電圧を検出し制御部9に通知する。PTは計器用変圧器(Potential Transformer)の略称である。   A capacitor 4 is connected to the terminals 1a and 1b of the DC feeder 1, and a DC voltage generated between the feeder and the rail is applied in a DC electric railway. The capacitor 4 is provided with a voltage detector 4a (for example, PT). The voltage detector 4a detects the voltage of the capacitor 4 and notifies the controller 9 of the voltage. PT is an abbreviation for “Potential Transformer”.

この直流き電線1には、図示しない交流電源系統から得られる交流電力をダイオード整流で直流出力するダイオード整流器と回生可能な車両(回生車)が接続されている。回生車を車両負荷ともいう。   The DC feeder 1 is connected to a diode rectifier that outputs DC power obtained from an AC power supply system (not shown) by diode rectification and a regenerative vehicle (regenerative vehicle). A regenerative vehicle is also called a vehicle load.

電源回路5は、2つのフルブリッジ回路(第1スイッチング回路51と、第2スイッチング回路54)と、変圧器52と容量素子としてのコンデンサ53とを直列に接続した共振型絶縁回路とを有する。   The power supply circuit 5 includes two full bridge circuits (a first switching circuit 51 and a second switching circuit 54), and a resonant insulation circuit in which a transformer 52 and a capacitor 53 as a capacitive element are connected in series.

2つのフルブリッジ回路(第1スイッチング回路51と、第2スイッチング回路54)は単相フルブリッジ回路であり、例えばIGBT素子などが用いられる。ブリッジ回路を構成する素子は、IGBT素子に限定されるものではなく例えばMOSFETであってもよい。   The two full bridge circuits (the first switching circuit 51 and the second switching circuit 54) are single-phase full bridge circuits, and for example, IGBT elements are used. The elements constituting the bridge circuit are not limited to IGBT elements, and may be MOSFETs, for example.

第1スイッチング回路51は蓄電池2に充電する電力を発生する回路である。第2スイッチング回路54はコンデンサ3に充電する電力を発生する回路である。コンデンサ3は蓄電池2に並列に接続されている。コンデンサ3には電圧検出器3a(例えばPTなど)が設けられている。電圧検出器3aはコンデンサ3(蓄電池2)の電圧を検出し制御部9に通知する。   The first switching circuit 51 is a circuit that generates power for charging the storage battery 2. The second switching circuit 54 is a circuit that generates power for charging the capacitor 3. The capacitor 3 is connected to the storage battery 2 in parallel. The capacitor 3 is provided with a voltage detector 3a (for example, PT). The voltage detector 3a detects the voltage of the capacitor 3 (storage battery 2) and notifies the controller 9 of the voltage.

共振型絶縁回路は第1スイッチング回路51と第2スイッチング回路54とを絶縁して接続する一つの絶縁回路(絶縁結合回路)である。   The resonant insulation circuit is a single insulation circuit (insulation coupling circuit) that insulates and connects the first switching circuit 51 and the second switching circuit 54.

この電源回路5は、直流送電路1の電圧の変動に応じて第1スイッチング回路51または第2スイッチング回路54を駆動して蓄電池2(およびコンデンサ3)と直流送電路1との間で電力を流通させるための第1電圧を発生する第1電源回路である。   The power supply circuit 5 drives the first switching circuit 51 or the second switching circuit 54 according to the voltage fluctuation of the DC power transmission path 1 to supply power between the storage battery 2 (and the capacitor 3) and the DC power transmission path 1. It is the 1st power supply circuit which generates the 1st voltage for making it circulate.

この電源回路5では、コンデンサ3の第1電圧よりもコンデンサ7の第2電圧が高くなったとき、コンデンサ7に接続される第1スイッチング回路51がスイッチングを行うよう制御部9が第1スイッチング回路51を制御し、第2電圧を低くする動作を行う。   In this power supply circuit 5, when the second voltage of the capacitor 7 becomes higher than the first voltage of the capacitor 3, the controller 9 causes the first switching circuit 51 connected to the capacitor 7 to perform switching. 51 is controlled to lower the second voltage.

逆に、コンデンサ3の第1電圧よりもコンデンサ7の第2電圧の方が低くなったときは、コンデンサ3に接続される第2スイッチング回路54がスイッチングを行うよう制御部9が第2スイッチング回路54を制御し、電力を蓄電池2からコンデンサ7へ送り、第2電圧を高くする動作を行う。   On the other hand, when the second voltage of the capacitor 7 becomes lower than the first voltage of the capacitor 3, the controller 9 causes the second switching circuit 54 to switch so that the second switching circuit 54 connected to the capacitor 3 performs switching. 54 is controlled, and power is sent from the storage battery 2 to the capacitor 7 to increase the second voltage.

電源回路6は、コンデンサ7に印加されている第2電圧を蓄電池2の電圧に加算する機能を有する。具体的には、電源回路6は、コンデンサ7に印加する第2電圧を生成する第3スイッチング回路61を有する。この電源回路6は、第3スイッチング回路61の駆動により生成される第2電圧を蓄電池2の電圧に加算する第2電源回路(直列インバータ回路)である。   The power supply circuit 6 has a function of adding the second voltage applied to the capacitor 7 to the voltage of the storage battery 2. Specifically, the power supply circuit 6 includes a third switching circuit 61 that generates a second voltage to be applied to the capacitor 7. The power supply circuit 6 is a second power supply circuit (series inverter circuit) that adds the second voltage generated by driving the third switching circuit 61 to the voltage of the storage battery 2.

制御部9は、各回路の電圧検出器3a、4a、7aから通知される電圧を基に第1乃至第3スイッチング回路51、54、61を制御して第2電圧を調整して直流送電路1と電源回路5、6との間の電流の流れを制御する。制御部9はリアクトル8に流れる電流を制御することで、コンデンサ4の電圧を制御する。   The control unit 9 controls the first to third switching circuits 51, 54, 61 based on the voltages notified from the voltage detectors 3 a, 4 a, 7 a of each circuit, and adjusts the second voltage to adjust the DC transmission line 1 to control the flow of current between the power supply circuits 5 and 6. The control unit 9 controls the voltage of the capacitor 4 by controlling the current flowing through the reactor 8.

具体的には、制御部9は、き電線側の電圧と、蓄電池2(コンデンサ3)の電圧と、コンデンサ7の電圧とを検出し、検出したそれぞれの電圧に基づいて各スイッチング素子を駆動制御、つまりスイッチング素子のON制御信号であるゲート信号を出力するか否かによって各スイッチング素子をON・OFFする。   Specifically, the control unit 9 detects the voltage on the feeder side, the voltage of the storage battery 2 (capacitor 3), and the voltage of the capacitor 7, and drives and controls each switching element based on the detected voltages. That is, each switching element is turned ON / OFF depending on whether or not a gate signal which is an ON control signal of the switching element is output.

例えば制御部9は、直流き電線1の電圧(電圧検出器4aの検出電圧)が、蓄電池2(コンデンサ3)の第1電圧(電圧検出器3aの検出電圧)とコンデンサ7の第2電圧の最大出力電圧(算出電圧)との和よりも大きくなるときに、第1乃至第3スイッチング回路51、54、61の駆動を停止する。なお第1乃至第3スイッチング回路51、54、61を完全に停止するのではなく、スイッチング動作を抑制してもよい。   For example, the control unit 9 determines that the voltage of the DC feeder 1 (the detection voltage of the voltage detector 4 a) is the first voltage of the storage battery 2 (capacitor 3) (the detection voltage of the voltage detector 3 a) and the second voltage of the capacitor 7. When it becomes larger than the sum of the maximum output voltage (calculated voltage), the driving of the first to third switching circuits 51, 54, 61 is stopped. The first to third switching circuits 51, 54, 61 may not be completely stopped, but the switching operation may be suppressed.

そして、直流き電線1の電圧が、第1電圧と第2電圧の最大出力電圧との和よりも小さくなったときに、制御部9は第1乃至第3スイッチング回路51、54、61の駆動を再開する。なお第1乃至第3スイッチング回路51、54、61の動作を抑制していた場合は通常の動作に戻す。   When the voltage of the DC feeder 1 becomes smaller than the sum of the first voltage and the maximum output voltage of the second voltage, the controller 9 drives the first to third switching circuits 51, 54, 61. To resume. When the operation of the first to third switching circuits 51, 54, 61 is suppressed, the normal operation is restored.

この他、電力変換装置10は、直流き電線1に並列に接続されるコンデンサ4、リアクトル8などを有する。   In addition, the power converter 10 includes a capacitor 4 and a reactor 8 connected in parallel to the DC feeder 1.

リアクトル8は蓄電池2とコンデンサ3との間にフィルタ機能を持たせるためのものであり、蓄電池2に流れる高調波を抑制する機能を有する。このフィルタ機能はリアクトル8などの素子単体の他、回路で構成しもよい。   The reactor 8 is for providing a filter function between the storage battery 2 and the capacitor 3, and has a function of suppressing harmonics flowing through the storage battery 2. This filter function may be constituted by a circuit in addition to a single element such as the reactor 8.

この他、例えば直流き電線1とコンデンサ4との間に直流き電線1側で発生し得る短絡に伴う事故電流抑制やフィルタ効果を持たせるためにリアクトルを挿入してもよい。   In addition, for example, a reactor may be inserted between the DC feeder 1 and the capacitor 4 in order to suppress an accident current caused by a short circuit that may occur on the DC feeder 1 side and to have a filter effect.

以下、この実施形態の電力変換装置10の動作を説明する。
例えば負荷変動などの影響により直流き電線1の電圧が上昇し、直流き電線1からの電圧を蓄電池2に充電する場合を考える。
この場合、制御部9は、蓄電池2の電圧と直流き電線1の電圧との差分の電圧と、蓄電池2の電圧との比に応じて、直列電源回路5に電力が流れることになる。
Hereinafter, operation | movement of the power converter device 10 of this embodiment is demonstrated.
For example, consider a case where the voltage of the DC feeder 1 rises due to the influence of load fluctuation and the like, and the storage battery 2 is charged with the voltage from the DC feeder 1.
In this case, the control unit 9 causes power to flow through the series power supply circuit 5 in accordance with the ratio between the voltage of the difference between the voltage of the storage battery 2 and the voltage of the DC feeder 1 and the voltage of the storage battery 2.

例えば、蓄電池2の電圧が500V、直流き電線1の電圧が1000Vであれば、その差分は500Vであり、電源回路5については、直流き電線1から流入する電力の1/2が電源回路5(共振回路)を通じた経路で蓄電池2に流れることになる。   For example, if the voltage of the storage battery 2 is 500 V and the voltage of the DC feeder 1 is 1000 V, the difference is 500 V. For the power supply circuit 5, 1/2 of the power flowing from the DC feeder 1 is the power supply circuit 5. It flows to the storage battery 2 through a path through the (resonant circuit).

ここで、電源回路5の出力電圧が上段のブリッジ回路と下段のブリッジ回路ともに等しい場合を仮定し説明する。   Here, it is assumed that the output voltage of the power supply circuit 5 is the same in both the upper bridge circuit and the lower bridge circuit.

つまり。コンデンサ3の電圧が500Vのとき直列電源回路5の上段のブリッジ回路の出力としては、コンデンサ7に500Vが出力される装置仕様の場合、すなわち直列電源回路5内の変圧器の変圧比が1:1の場合である。   In other words. When the voltage of the capacitor 3 is 500V, the output of the upper bridge circuit of the series power supply circuit 5 is the device specification in which 500V is output to the capacitor 7, that is, the transformer ratio in the series power supply circuit 5 is 1: This is the case of 1.

このとき、この電力変換装置が出力できる電圧は、電源回路6のインバータ回路のデッドタイムがない理想的な制御が実現できると仮定すれば、1000Vの電圧を出力することまでできる。   At this time, the voltage that can be output by the power conversion device can output a voltage of 1000 V, assuming that ideal control without dead time of the inverter circuit of the power supply circuit 6 can be realized.

しかし、直流き電線1側の電圧が1000Vを超過してしまった場合、リアクトル8に対する電流の制御ができなくなる。   However, when the voltage on the DC feeder 1 side exceeds 1000 V, the current control for the reactor 8 cannot be performed.

このとき、先に説明した動作と同様に、コンデンサ7と3の電圧の比に応じて直列電源回路5に過電流が流れてしまう。   At this time, an overcurrent flows through the series power supply circuit 5 in accordance with the voltage ratio between the capacitors 7 and 3 as in the operation described above.

通常、電源回路6のインバータ回路にはデッドタイムがあり、出力電圧が98%程度に制限されると仮定すれば、蓄電池2の電圧500V+直列インバータ回路6の出力電圧500V×0.98=990Vまでしか出力できなくなる。   Normally, the inverter circuit of the power supply circuit 6 has dead time, and assuming that the output voltage is limited to about 98%, the voltage of the storage battery 2 is 500V + the output voltage of the series inverter circuit 6 is 500V × 0.98 = 990V. Only output.

ここでいう電源回路6(直列インバータ回路)の出力電圧(500V×0.98)が、蓄電池2の電圧に加算可能な最大電圧である。   The output voltage (500 V × 0.98) of the power supply circuit 6 (series inverter circuit) here is the maximum voltage that can be added to the voltage of the storage battery 2.

直流き電線1側の電圧が、蓄電池2側の電圧とこの電圧に加算可能な最大電圧(電源回路6の出力電圧)との和より大きくなる場合、同様にリアクトル8に対する電流の制御ができなくなり、電源回路5に対して変換器としては無制御な電流が流れ、過電流が発生し、図2に示すような符号A→B→Cのルートで過電流が流れ、フルブリッジを構成するスイッチング回路の半導体素子(スイッチング素子)が故障(破損)する恐れがある。   When the voltage on the DC feeder 1 side becomes larger than the sum of the voltage on the storage battery 2 side and the maximum voltage that can be added to this voltage (the output voltage of the power supply circuit 6), the current for the reactor 8 cannot be controlled. As a converter, an uncontrolled current flows to the power supply circuit 5, an overcurrent occurs, and an overcurrent flows in the route of A → B → C as shown in FIG. There is a possibility that the semiconductor element (switching element) of the circuit may break down (damage).

そこで、本実施形態の電力変換装置10では、制御部9が、直流き電線1側の電圧と、蓄電池2側の電圧(第1電圧、第2電圧)との関係から一定の条件(下記(式1)の条件)を満たした場合に第1乃至第3スイッチング回路51、54、61に対してゲートブロックを行う。   Therefore, in the power conversion device 10 of the present embodiment, the control unit 9 determines a certain condition (described below (the following (the following (the following voltage)) from the relationship between the voltage on the DC feeder 1 side and the voltage (first voltage, second voltage) on the storage battery 2 side. When the condition (1) is satisfied, the first to third switching circuits 51, 54, 61 are gate-blocked.

具体的には、制御部9は、電圧検出器4aにより検出されたコンデンサ4の電圧、すなわち直流き電線1の電圧と、電圧検出器3aにより検出されたコンデンサ3の電圧、すなわち蓄電池2の電圧と、電圧検出器7aにより検出されたコンデンサ7の電圧とを基に、この電力変換装置が出力可能な最大電圧値を決定する。   Specifically, the control unit 9 detects the voltage of the capacitor 4 detected by the voltage detector 4a, that is, the voltage of the DC feeder 1, and the voltage of the capacitor 3 detected by the voltage detector 3a, that is, the voltage of the storage battery 2. Based on the voltage of the capacitor 7 detected by the voltage detector 7a, the maximum voltage value that can be output by the power converter is determined.

この値は、例えば、前述したデッドタイムがない理想的な場合、例えば1000Vであったり、デッドタイムの影響で最大電圧が決まる場合は、前述の通り電圧利用率が98%であれば、990Vなどといった値である。   This value is, for example, ideal when there is no dead time as described above, for example, 1000V, or when the maximum voltage is determined due to the influence of dead time, as described above, if the voltage utilization rate is 98%, 990V, etc. It is such a value.

実際には、電圧検出器3a、4a、7aの精度も問題になるため、これを考慮し、より低い値を出力可能な最大電圧値としてもよい。   Actually, the accuracy of the voltage detectors 3a, 4a, and 7a also becomes a problem. Therefore, considering this, a lower voltage may be set as the maximum voltage value that can be output.

例えば電圧検出器3a、4a、7aの計測誤差が1%程度あるのであれば、990V×0.99=980.1Vが出力可能な最大電圧といえる。   For example, if the measurement error of the voltage detectors 3a, 4a, and 7a is about 1%, it can be said that 990V × 0.99 = 980.1V is the maximum voltage that can be output.

また、コンデンサ7の電圧を電圧検出器7aで直接計測しているが、共振回路を用いた電源回路5内にある変圧比を基にコンデンサ7の電圧を推定してもよい。
制御部9には下記(式1)の条件が設定されている。
Further, although the voltage of the capacitor 7 is directly measured by the voltage detector 7a, the voltage of the capacitor 7 may be estimated based on the transformation ratio in the power supply circuit 5 using the resonance circuit.
The following condition (Equation 1) is set in the control unit 9.

直流き電線1の電圧 > 電力変換装置が出力可能な最大電圧・・・(式1)
この(式1)の条件を満たす場合に、制御部9は、ゲート信号により電源回路5、6を制御して電源回路5、6のスイッチング動作を停止させる。
Voltage of DC feeder 1> Maximum voltage that can be output by power converter (Equation 1)
When the condition of (Equation 1) is satisfied, the control unit 9 controls the power supply circuits 5 and 6 by the gate signal to stop the switching operation of the power supply circuits 5 and 6.

これにより、電圧上昇に伴う電源回路5に対する過電流を防止することができる。   Thereby, the overcurrent with respect to the power supply circuit 5 accompanying a voltage rise can be prevented.

また、上記(式1)の条件が満たされなくなった場合、制御部9が、スイッチング回路のスイッチングを再スタートさせることで、運転が継続可能になる。   Further, when the condition of (Expression 1) is not satisfied, the control unit 9 restarts the switching of the switching circuit, so that the operation can be continued.

このような現象は、直流電鉄用のき電システムで想定できる。具体的には直流き電線1が電車線であり、列車の回生に伴い電車線の電圧が上昇する。常用範囲の電圧上昇であれば、上記(式1)の条件が満たされず、蓄電池2に回生電力を充電することが可能である。   Such a phenomenon can be assumed in a feeding system for DC railway. Specifically, the DC feeder 1 is a train line, and the voltage of the train line increases with the regeneration of the train. If the voltage rises in the normal range, the condition of (Equation 1) is not satisfied, and the regenerative power can be charged in the storage battery 2.

しかし、列車の回生制御系統にトラブルがあった場合など、何らかの異常で電車線に対し過電圧が発生することは想定でき、この際に前述の通り過電流が電源回路5に流れることが考えられる。   However, it can be assumed that an overvoltage is generated on the train line due to some abnormality, such as when there is a trouble in the regeneration control system of the train. At this time, it is conceivable that the overcurrent flows into the power supply circuit 5 as described above.

装置として出力可能な最大電圧を高く設計しておけばよいという考え方もあるが、この場合、コンデンサ7の電圧を上げることに伴い、電源回路5、6のスイッチング回路の素子の耐圧を上げる必要があり、スイッチング損失の増加にも繋がってしまう。スイッチング損失の増加は冷却器体積の増加、電力変換装置の体積増加に直結するため、よいことではない。   Although there is a concept that the maximum voltage that can be output as a device should be designed high, in this case, it is necessary to increase the breakdown voltage of the elements of the switching circuits of the power supply circuits 5 and 6 as the voltage of the capacitor 7 increases. There is also an increase in switching loss. An increase in switching loss is not good because it directly leads to an increase in the volume of the cooler and an increase in the volume of the power converter.

しかし、この実施形態では、低耐圧のスイッチング素子を用いて電力変換装置を構成することが可能になり、少ない損失、低容量および低コストの電力変換装置を構成することができる。   However, in this embodiment, it is possible to configure a power converter using low-voltage switching elements, and it is possible to configure a power converter with low loss, low capacity, and low cost.

このようにこの実施形態によれば、制御部9は、直流き電線1の電圧が、第1電圧と第2電圧の最大出力電圧との和よりも大きくなるときに、第1乃至第3スイッチング回路51、54、61の駆動を停止し、小さくなったときに駆動を再開するので、直流き電線1と蓄電池2との間で電力の相互供給を行う上で、電源回路5にコンデンサ53と変圧器52からなる直列共振回路を用いる場合、直流き電線1側の過度な電圧上昇に伴い電源回路5に発生する過電流を防止し、故障することなく継続稼働が可能な低損失、低容量(小形)および低コストの電力変換装置10を提供することができる。   Thus, according to this embodiment, when the voltage of the DC feeder 1 becomes larger than the sum of the first voltage and the maximum output voltage of the second voltage, the control unit 9 performs the first to third switching operations. Since the driving of the circuits 51, 54, 61 is stopped and the driving is resumed when the circuit becomes smaller, the power supply circuit 5 includes the capacitor 53 and the power supply circuit 5 in mutual power supply between the DC feeder 1 and the storage battery 2. When using a series resonant circuit composed of a transformer 52, it prevents overcurrent generated in the power supply circuit 5 due to excessive voltage rise on the DC feeder 1 side, and can be operated continuously without failure, low loss and low capacity The (small) and low-cost power conversion device 10 can be provided.

本発明の実施形態を説明したが、この実施形態は、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。この新規な実施形態は、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。この実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、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。   Although the embodiment of the present invention has been described, this embodiment is presented as an example and is not intended to limit the scope of the invention. The novel embodiment can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the scope of the invention. This embodiment and its modifications are included in the scope and gist of the invention, and are included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.

また上記実施形態に示した制御部9の構成要素を、コンピュータのハードディスク装置などのストレージにインストールしたプログラムで実現してもよく、また上記プログラムを、コンピュータ読取可能な電子媒体:electronic mediaに記憶しておき、プログラムを電子媒体からコンピュータに読み取らせることで本発明の機能をコンピュータが実現するようにしてもよい。電子媒体としては、例えばCD−ROM等の記録媒体やフラッシュメモリ、リムーバブルメディア:Removable media等が含まれる。さらに、ネットワークを介して接続した異なるコンピュータに構成要素を分散して記憶し、各構成要素を機能させたコンピュータ間で通信することで本発明を実現してもよい。   The components of the control unit 9 shown in the above embodiment may be realized by a program installed in a storage such as a hard disk device of a computer, and the program is stored in a computer-readable electronic medium: electronic media. The function of the present invention may be realized by the computer by causing the computer to read the program from the electronic medium. Examples of the electronic medium include a recording medium such as a CD-ROM, flash memory, and removable media. Furthermore, the present invention may be realized by distributing and storing components in different computers connected via a network and communicating between computers in which the components are functioning.

1…直流送電路、1a、1b…端子、2…蓄電池、3、4、7…コンデンサ、3a、4a、7a…電圧検出器、5、6…電源回路、8…リアクトル、9…制御部、10…電力変換装置、11…抵抗器、51…第1スイッチング回路、52…変圧器、53…コンデンサ、54…第2スイッチング回路、61…第3スイッチング回路。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... DC power transmission path, 1a, 1b ... terminal, 2 ... Storage battery, 3, 4, 7 ... Capacitor, 3a, 4a, 7a ... Voltage detector, 5, 6 ... Power supply circuit, 8 ... Reactor, 9 ... Control part, DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Power converter, 11 ... Resistor, 51 ... 1st switching circuit, 52 ... Transformer, 53 ... Capacitor, 54 ... 2nd switching circuit, 61 ... 3rd switching circuit.

Claims (5)

第1スイッチング回路と、第2スイッチング回路と、前記第1スイッチング回路と前記第2スイッチング回路とを絶縁して接続する絶縁回路とを有し、直流送電路の電圧の変動に応じて前記第1スイッチング回路または前記第2スイッチング回路を駆動して第1電圧を発生する第1電源回路と、
第3スイッチング回路を有し、前記第3スイッチング回路の駆動により生成される第2電圧を前記第1電圧に加算する第2電源回路と、
前記直流送電路の電圧、前記第1電圧を基に前記第1乃至第3スイッチング回路を制御して前記第2電圧を調整して前記直流送電路と前記第1および第2電源回路との間の電流の流れを制御する制御部とを備え、
前記制御部は、
前記直流送電路の電圧が、前記第1電圧と前記第2電圧の最大出力電圧との和よりも大きくなるときに、前記第1乃至第3スイッチング回路のスイッチング動作を停止する電力変換装置。
A first switching circuit; a second switching circuit; and an insulating circuit that insulates and connects the first switching circuit and the second switching circuit. A first power supply circuit for driving the switching circuit or the second switching circuit to generate a first voltage;
A second power supply circuit having a third switching circuit and adding a second voltage generated by driving the third switching circuit to the first voltage;
Based on the voltage of the DC power transmission line and the first voltage, the first to third switching circuits are controlled to adjust the second voltage, and between the DC power transmission path and the first and second power supply circuits. And a control unit for controlling the current flow of
The controller is
A power converter that stops a switching operation of the first to third switching circuits when a voltage of the DC transmission line becomes larger than a sum of a maximum output voltage of the first voltage and the second voltage.
第1蓄電素子に充電する電力を発生する第1スイッチング回路と、前記第1蓄電素子に並列に接続された第2蓄電素子に充電する電力を発生する第2スイッチング回路と、前記第1スイッチング回路と前記第2スイッチング回路とを絶縁して接続する絶縁回路と、第3蓄電素子とを有し、直流送電路の電圧の変動に応じて前記第1スイッチング回路または前記第2スイッチング回路を駆動して前記第1蓄電素子および前記第2蓄電素子と前記直流送電路との間で電力を流通させるための第1電圧を発生する第1電源回路と、
前記第3蓄電素子に印加する第2電圧を生成する第3スイッチング回路を有し、前記第3スイッチング回路の駆動により生成される前記第2電圧を前記第1蓄電素子2の電圧に加算する第2電源回路と、
前記直流送電路の電圧、前記第1電圧を基に前記第1乃至第3スイッチング回路を制御して前記第2電圧を調整して前記直流送電路と前記第1および第2電源回路との間の電流の流れを制御する制御部とを備え、
前記制御部は、
前記直流送電路の電圧が、前記第1電圧と前記第2電圧の最大出力電圧との和よりも大きくなるときに、前記第1乃至第3スイッチング回路のスイッチング動作を停止する電力変換装置。
A first switching circuit that generates power to charge the first power storage element; a second switching circuit that generates power to charge a second power storage element connected in parallel to the first power storage element; and the first switching circuit. And an insulating circuit that insulates and connects the second switching circuit and a third power storage element, and drives the first switching circuit or the second switching circuit in accordance with fluctuations in the voltage of the DC power transmission path. A first power supply circuit for generating a first voltage for distributing power between the first power storage element, the second power storage element, and the DC power transmission path;
A third switching circuit for generating a second voltage to be applied to the third power storage element; and adding the second voltage generated by driving the third switching circuit to the voltage of the first power storage element 2 Two power supply circuits;
Based on the voltage of the DC power transmission line and the first voltage, the first to third switching circuits are controlled to adjust the second voltage, and between the DC power transmission path and the first and second power supply circuits. And a control unit for controlling the current flow of
The controller is
A power converter that stops a switching operation of the first to third switching circuits when a voltage of the DC transmission line becomes larger than a sum of a maximum output voltage of the first voltage and the second voltage.
前記制御部は、
前記直流送電路の電圧と変圧比と前記第3スイッチング回路がスイッチング動作する際のデッドタイムから前記第1電源回路に加算可能な第2電圧を求める請求項1項に記載の電力変換装置。
The controller is
2. The power converter according to claim 1, wherein a second voltage that can be added to the first power supply circuit is obtained from a voltage of the DC transmission line, a transformation ratio, and a dead time when the third switching circuit performs a switching operation.
前記制御部は、
前記第1電源回路の第1電圧が、第2電源回路の電圧とそれに加算可能な最大電圧の和よりも大きくなり、電力変換装置のスイッチングを停止した後、第1電圧とこの第1電圧に加算可能な第2電圧の最大出力電圧との和の電圧が前記第1電圧よりも大きくなったときに、前記第1乃至第3スイッチング回路のスイッチング動作を再開させる請求項1または請求項2いずれか記載の電力変換装置。
The controller is
The first voltage of the first power supply circuit becomes larger than the sum of the voltage of the second power supply circuit and the maximum voltage that can be added thereto, and after the switching of the power converter is stopped, the first voltage and the first voltage are 3. The switching operation of the first to third switching circuits is resumed when a voltage summed with the maximum output voltage of the second voltage that can be added becomes larger than the first voltage. Or a power conversion device.
第1スイッチング回路と、第2スイッチング回路と、前記第1スイッチング回路と前記第2スイッチング回路とを絶縁して接続する絶縁回路とを有し、直流送電路の電圧の変動に応じて前記第1スイッチング回路または前記第2スイッチング回路を駆動して第1電圧を発生する第1電源回路と、第3スイッチング回路を有し、前記第3スイッチング回路の駆動により生成される第2電圧を前記第1電圧に加算する第2電源回路と、前記直流送電路の電圧、前記第1電圧を基に前記第1乃至第3スイッチング回路を制御して前記第2電圧を調整して前記直流送電路と前記第1および第2電源回路との間の電流の流れを制御する制御部とを備えた電力変換装置における電力変換方法において、
前記制御部は、
前記直流送電路の電圧が、前記第1電圧と前記第2電圧の最大出力電圧との和よりも大きくなるときに、前記第1乃至第3スイッチング回路のスイッチング動作を停止する電力変換方法。
A first switching circuit; a second switching circuit; and an insulating circuit that insulates and connects the first switching circuit and the second switching circuit. A first power supply circuit that generates a first voltage by driving the switching circuit or the second switching circuit; and a third switching circuit, wherein the second voltage generated by driving the third switching circuit is the first voltage. A second power supply circuit for adding to the voltage; a voltage of the DC transmission line; and controlling the first to third switching circuits based on the first voltage to adjust the second voltage to adjust the DC transmission line and the In the power conversion method in the power conversion device including a control unit that controls the flow of current between the first and second power supply circuits,
The controller is
A power conversion method for stopping a switching operation of the first to third switching circuits when a voltage of the DC transmission line becomes larger than a sum of the first voltage and the maximum output voltage of the second voltage.
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