JP2018133843A - Electric vehicle control device - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an electric vehicle control device which can suppress an increase in outer shape of the device and in cost.SOLUTION: An electric vehicle control device of one embodiment includes a first conversion part, a second conversion part and a voltage control part. The first conversion part converts an AC supplied from an overhead power line into a DC. The second conversion part is connected to the first conversion part via a DC link, and converts the DC converted by the first conversion part into a three-phase AC voltage for driving a motor. The voltage control part performs control so as to increase a voltage of the DC link when a current by regenerative operation of an electric vehicle exceeds a predetermined current.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明の実施形態は、電気車制御装置に関する。   Embodiments described herein relate generally to an electric vehicle control apparatus.

従来、交流架線により走行する電気車に搭載される電気車制御装置において、コンバータやインバータ等の変換部を構成する半導体素子は、それらに流れる電流によって素子が選定される。仮に、電気車の回生運転時の変換部に流れる最大電流が、力行運転時に流れる最大電流よりも大きい場合、回生運転時の電流値に基づいて半導体素子の定格電流を決定する必要が生じる。しかしながら、回生運転は、力行運転に比べて発生頻度が低いため、これに基づいて定格電流を決定するのは非効率である。すなわち、回生運転時の電流値に基づいて半導体素子の定格電流を決定すると、相対的に装置外形の増大やコスト増につながる場合があった。   2. Description of the Related Art Conventionally, in an electric vehicle control device that is mounted on an electric vehicle that runs on an AC overhead line, the semiconductor elements that constitute a conversion unit such as a converter and an inverter are selected according to the current flowing through them. If the maximum current flowing through the conversion unit during the regenerative operation of the electric vehicle is larger than the maximum current flowing during the power running operation, it is necessary to determine the rated current of the semiconductor element based on the current value during the regenerative operation. However, since the regenerative operation is less frequently generated than the power running operation, it is inefficient to determine the rated current based on this. In other words, when the rated current of the semiconductor element is determined based on the current value during the regenerative operation, there are cases where the outer shape of the device and the cost are relatively increased.

特開2006−087299号公報JP 2006-087299 A

本発明が解決しようとする課題は、装置外形の増大やコスト増を抑制することができる電気車制御装置を提供することである。   The problem to be solved by the present invention is to provide an electric vehicle control device capable of suppressing an increase in the outer shape of the device and an increase in cost.

実施形態の電気車制御装置は、第1の変換部と、第2の変換部と、電圧制御部とを持つ。第1の変換部は、架線から供給される交流を直流に変換する。第2の変換部は、直流リンクを介して第1の変換部に接続され、前記第1の変換部により変換された直流を、モータを駆動させるための三相交流電圧に変換する。電圧制御部は、電気車の回生運転による電流が、所定電流を超える場合に、前記直流リンクの電圧を上昇させるように制御する。   The electric vehicle control apparatus according to the embodiment includes a first conversion unit, a second conversion unit, and a voltage control unit. The first converter converts the alternating current supplied from the overhead wire into direct current. The second conversion unit is connected to the first conversion unit via a DC link, and converts the DC converted by the first conversion unit into a three-phase AC voltage for driving the motor. The voltage control unit controls the voltage of the DC link to be increased when the current due to the regenerative operation of the electric vehicle exceeds a predetermined current.

実施形態の電気車制御装置を搭載した電気車システム1の概要構成図。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The schematic block diagram of the electric vehicle system 1 carrying the electric vehicle control apparatus of embodiment. 実施形態における制御部30の機能構成図。The function block diagram of the control part 30 in embodiment. コンバータ22の力行運転時および回生運転時の速度と電流との関係を示す図。The figure which shows the relationship between the speed at the time of the power running operation of the converter 22, and the regenerative operation, and an electric current. 電圧制御部33が電圧制御を行った場合の結果の一例を示す図。The figure which shows an example of the result at the time of the voltage control part 33 performing voltage control. 実施形態の制御部30による処理の流れの一例を示すフローチャート。The flowchart which shows an example of the flow of the process by the control part 30 of embodiment. 実施形態の電気車制御装置を搭載した電気車システム1Aの概要構成図。1 is a schematic configuration diagram of an electric vehicle system 1A equipped with an electric vehicle control device of an embodiment.

以下、実施形態の電気車制御装置を、図面を参照して説明する。   Hereinafter, an electric vehicle control apparatus according to an embodiment will be described with reference to the drawings.

図1は、実施形態の電気車制御装置を搭載した電気車システム1の概要構成図である。図1に示す電気車(鉄道車両)は、交流電力の供給源である架線Pに集電器10が接触することにより、架線Pから電力供給を受けて走行する。電気車システム1は、主要な構成要素として、集電器10と、遮断器12と、変圧器14と、モータ16と、電気車制御装置20とを備える。電気車制御装置20は、第1の電流検出部21と、コンバータ(第1の変換部)22と、コンデンサ23−1および23−2と、電圧検出部24−1および24−2と、インバータ(第2の変換部)25と、制御部30とを備える。   Drawing 1 is an outline lineblock diagram of electric car system 1 carrying an electric car control device of an embodiment. The electric vehicle (railway vehicle) shown in FIG. 1 travels by receiving power supply from the overhead line P when the current collector 10 comes into contact with the overhead line P that is a supply source of AC power. The electric vehicle system 1 includes a current collector 10, a circuit breaker 12, a transformer 14, a motor 16, and an electric vehicle control device 20 as main components. The electric vehicle control device 20 includes a first current detection unit 21, a converter (first conversion unit) 22, capacitors 23-1 and 23-2, voltage detection units 24-1 and 24-2, and an inverter. (Second conversion unit) 25 and a control unit 30 are provided.

集電器10は、架線Pから交流電力を取得する。遮断器12は、集電器10と変圧器14との間に設けられる。遮断器12は、所定の条件下で変圧器14への交流電力の供給を遮断する。変圧器14は、集電器10により出力された交流電力の電圧を所望の電圧に変換する。   The current collector 10 acquires AC power from the overhead line P. The circuit breaker 12 is provided between the current collector 10 and the transformer 14. The circuit breaker 12 blocks the supply of AC power to the transformer 14 under predetermined conditions. The transformer 14 converts the voltage of the AC power output from the current collector 10 into a desired voltage.

第1の電流検出部21は、コンバータ22に入力される交流電流を検出する。第1の電流検出部21は、変圧器14とコンバータ22とが接続される両極端子の正極側に接続される。第1の電流検出部21は、検出した交流電流を制御部30に出力する。コンバータ22は、変圧器14から入力された交流電力を直流電力に変換する。   The first current detector 21 detects an alternating current input to the converter 22. The first current detector 21 is connected to the positive side of the bipolar terminal to which the transformer 14 and the converter 22 are connected. The first current detection unit 21 outputs the detected alternating current to the control unit 30. Converter 22 converts AC power input from transformer 14 into DC power.

コンバータ22は、例えば中性点クランプ方式(NPC(Neutral-Point-Clamped)方式)と称される電力変換回路である。コンバータ22の出力側(直流側)は、コンデンサ23−1および23−2を備える3レベル回路を形成している。   The converter 22 is a power conversion circuit called, for example, a neutral point clamp method (NPC (Neutral-Point-Clamped) method). The output side (DC side) of converter 22 forms a three-level circuit including capacitors 23-1 and 23-2.

電気車制御装置20は、コンバータ22とインバータ25とを導通させるように直流リンクが設けられている。図1では、直流リンクの一例として、第1〜第3の給電線を設けている。第1の給電線Pは、例えば正電位に維持される。第2の給電線Cは、第1の給電線Pよりも低電位(中間電位)に維持される。第3の給電線Nは、第2の給電線Cよりも低電位(負電位)に維持される。なお、コンバータ22の出力側は、2レベル回路であってもよい。   The electric vehicle control device 20 is provided with a DC link so as to connect the converter 22 and the inverter 25. In FIG. 1, first to third power supply lines are provided as an example of a DC link. The first power supply line P is maintained at a positive potential, for example. The second feeder C is maintained at a lower potential (intermediate potential) than the first feeder P. The third feeder line N is maintained at a lower potential (negative potential) than the second feeder line C. Note that the output side of the converter 22 may be a two-level circuit.

コンデンサ23−1および23−2は、コンバータ22から出力される電力を平滑化する。コンデンサ23−1は、第1の給電線Pと、第2の給電線Cとの間に接続される。また、コンデンサ23−2は、第2の給電線Cと、第3の給電線Nとの間に接続される。   Capacitors 23-1 and 23-2 smooth the power output from converter 22. The capacitor 23-1 is connected between the first power supply line P and the second power supply line C. Further, the capacitor 23-2 is connected between the second power supply line C and the third power supply line N.

電圧検出部24−1および24−2は、コンバータ22の出力側電圧を検出する。具体的には、電圧検出部24−1および24−2は、コンバータ22と、インバータ25との間における正極側と負極側の電圧を検知する。例えば、電圧検出部24−1は、第1の給電線Pと第2の給電線Cとの間の電圧を検出する。電圧検出部24−2は、第2の給電線Cと第3の給電線Nとの間の電圧を検出する。電圧検出部24−1および電圧検出部24−2は、それぞれの電圧値を制御部30に出力する。以下、電圧検出部24−1から得られる電圧と、電圧検出部24−2から得られる電圧とを加算した値を、中間直流電圧と称する。   Voltage detectors 24-1 and 24-2 detect the output side voltage of converter 22. Specifically, voltage detection units 24-1 and 24-2 detect positive and negative voltages between converter 22 and inverter 25. For example, the voltage detection unit 24-1 detects a voltage between the first power supply line P and the second power supply line C. The voltage detection unit 24-2 detects a voltage between the second power supply line C and the third power supply line N. The voltage detection unit 24-1 and the voltage detection unit 24-2 output the respective voltage values to the control unit 30. Hereinafter, a value obtained by adding the voltage obtained from the voltage detection unit 24-1 and the voltage obtained from the voltage detection unit 24-2 is referred to as an intermediate DC voltage.

インバータ25は、コンバータ22から出力された直流電力を、制御部30から入力された制御信号(例えばPWM(Pulse Width Modulation)制御信号)に基づいて、所望の周波数や電圧等を有する三相交流(U相、V相、W相)に変換し、変換した三相交流をモータ16へ出力する。   The inverter 25 converts the DC power output from the converter 22 into a three-phase AC having a desired frequency, voltage, etc. based on a control signal (for example, a PWM (Pulse Width Modulation) control signal) input from the control unit 30. (U phase, V phase, W phase) and the converted three-phase alternating current is output to the motor 16.

モータ16は、三相交流によってロータを回転させ、駆動力を出力する。モータ16の出力する駆動力は、図示しない歯車等の連結機構を介して車輪Wに伝達され、伝達された駆動力により車輪Wを回転させることで、電気車を走行させる。モータ16は、例えば、かご型三相誘導電動機である。なお、車輪Wは、線路Rを介して接地される。   The motor 16 rotates the rotor by three-phase alternating current and outputs driving force. The driving force output from the motor 16 is transmitted to the wheel W through a coupling mechanism such as a gear (not shown), and the electric vehicle is caused to travel by rotating the wheel W with the transmitted driving force. The motor 16 is, for example, a cage type three-phase induction motor. The wheel W is grounded via the track R.

また、電気車システム1は、操作盤40と、表示盤50とを備える。操作盤40は、例えば電気車の主電源をオン/オフするためのマスタースイッチや、運転手が種々の操作を行うマスターコントローラ等を含む。マスターコントローラは、種々の対応を採用し得るが、例えば前方に押すことによって制動・減速による電気車の回生運転を指示し、後方に引くことによって電気車の加速による力行運転を指示することができる横軸型のマスターコントローラである。マスターコントローラに対してなされた操作量を示す信号、あるいは操作に基づいて決定される制御信号は、制御部30に入力される。表示盤50は、制御部30の指示に基づいて、電気車の速度等を含む各種情報を表示する。   The electric vehicle system 1 includes an operation panel 40 and a display panel 50. The operation panel 40 includes, for example, a master switch for turning on / off the main power supply of the electric vehicle, a master controller for performing various operations by the driver, and the like. The master controller can adopt various measures. For example, the master controller can instruct regenerative operation of the electric vehicle by braking / deceleration by pushing forward, and can instruct power running by acceleration of the electric vehicle by pulling backward. This is a horizontal axis master controller. A signal indicating the amount of operation performed on the master controller or a control signal determined based on the operation is input to the control unit 30. The display panel 50 displays various information including the speed of the electric vehicle based on instructions from the control unit 30.

次に、実施形態における制御部30について説明する。図2は、実施形態における制御部30の機能構成図である。図2に示す制御部30は、運転制御部31と、判定部32と、電圧制御部33と、過電圧判定部34とを備える。   Next, the control unit 30 in the embodiment will be described. FIG. 2 is a functional configuration diagram of the control unit 30 in the embodiment. The control unit 30 illustrated in FIG. 2 includes an operation control unit 31, a determination unit 32, a voltage control unit 33, and an overvoltage determination unit 34.

運転制御部31は、操作盤40から入力された指示情報(例えば、ノッチ数)により、例えば電気車を回生運転による制御または力行運転による制御を行う。回生運転とは、減速により減少する運動エネルギーをモータ16によって回収し、回収したエネルギーを電力に変換して、架線Pに戻したり、電気車内に設けた蓄電池等に蓄える等の運転動作である。また、力行運転とは、架線Pからの交流電力を、コンバータ22により直流電力に変換し、変換した直流電力をインバータ25により三相交流に変換してモータ16へ出力することで、モータ16に駆動力を発生させ、発生した駆動力を車輪Wに伝えて電気車を加速させる等の運転動作である。すなわち、回生運転では、回転方向と逆方向にトルクを発生させることで発電を行い、力行運転では、回転方向と同方向にトルクを発生させることで電力を消費する。   The operation control unit 31 performs, for example, control by regenerative operation or control by power running of an electric vehicle based on instruction information (for example, the number of notches) input from the operation panel 40. The regenerative operation is an operation operation in which kinetic energy that is reduced by deceleration is recovered by the motor 16, and the recovered energy is converted into electric power and returned to the overhead line P or stored in a storage battery or the like provided in the electric vehicle. Further, the power running operation means that the AC power from the overhead line P is converted to DC power by the converter 22, the converted DC power is converted to three-phase AC by the inverter 25, and output to the motor 16. This is a driving operation such as generating a driving force and transmitting the generated driving force to the wheels W to accelerate the electric vehicle. That is, in regenerative operation, power is generated by generating torque in the direction opposite to the rotation direction, and in powering operation, power is consumed by generating torque in the same direction as the rotation direction.

運転制御部31は、電気車に対して回生運転の制御を行っている場合に、その旨を示す信号(回生制御信号)を判定部32に出力する。判定部32は、運転制御部31から回生制御信号が入力された場合に、第1の電流検出部21から入力される検出電流が、所定電流を超えるか否かを判定する。ここで、検出電流は、交流を検出したものであるため、判定部32は、瞬時値を所定電流と比較してもよいし、平均値あるいは実効電流等を、所定電流と比較してもよい。所定電流とは、例えば、制御目標値として決定される上限値であり、電気車の力行運転中における最大電流である。制御部30は、回生運転中において、第1の電流検出部21からの検出電流が最大電流を超えないように制御する。これによって、コンバータ22やコンデンサ23、インバータ25、モータ16等の故障や、寿命の低下を抑制することができる。   When the regenerative operation control is performed on the electric vehicle, the operation control unit 31 outputs a signal (regeneration control signal) indicating that to the determination unit 32. The determination unit 32 determines whether or not the detection current input from the first current detection unit 21 exceeds a predetermined current when the regeneration control signal is input from the operation control unit 31. Here, since the detected current is obtained by detecting alternating current, the determination unit 32 may compare the instantaneous value with the predetermined current, or may compare the average value or the effective current with the predetermined current. . The predetermined current is, for example, an upper limit value determined as a control target value, and is a maximum current during powering operation of the electric vehicle. The control unit 30 performs control so that the detection current from the first current detection unit 21 does not exceed the maximum current during the regenerative operation. As a result, failure of the converter 22, the capacitor 23, the inverter 25, the motor 16, and the like, and a decrease in life can be suppressed.

図3は、コンバータ22の力行運転時および回生運転時の速度と電流との関係を示す図である。図3の例において、横軸は、電気車の速度Mを示し、縦軸はコンバータ22の入出力電流Iを示す。コンバータ22の入出力電流Iは、電気車の回生運転時および力行運転時において、高速走行時に最大電流となる。図3の例では、回生運転時にコンバータ22に入出力される最大電流をI1_maxとし、力行運転時にコンバータ22に入出力される最大電流をI2_maxとする。ここで、力行運転においては、制御目標値が設定されているため、I2_maxを超えないように制御される。一方、回生運転において特段の工夫がされなければ、I2_maxを超えるI1_maxまで入出力電流Iが上昇する可能性がある。   FIG. 3 is a diagram illustrating the relationship between the speed and current during power running operation and regenerative operation of converter 22. In the example of FIG. 3, the horizontal axis indicates the speed M of the electric vehicle, and the vertical axis indicates the input / output current I of the converter 22. The input / output current I of the converter 22 is the maximum current during high-speed traveling during regenerative operation and powering operation of the electric vehicle. In the example of FIG. 3, the maximum current input / output to / from the converter 22 during the regenerative operation is I1_max, and the maximum current input / output to the converter 22 during the power running operation is I2_max. Here, in the power running operation, since the control target value is set, control is performed so as not to exceed I2_max. On the other hand, if no special contrivance is made in the regenerative operation, the input / output current I may increase to I1_max exceeding I2_max.

そこで、制御部30は、回生運転時の入出力電流Iが力行運転時の最大電流I2_maxより高くなった場合に、中間直流電圧を上昇させ、回生運転時にコンバータ22の入出力電流Iを低下させる制御を行う。中間直流電圧を上昇させることで、インバータ25の入力側電位も上昇するため、インバータ25の出力側から入力側に流れる電流は低くなる。   Therefore, when the input / output current I during the regenerative operation becomes higher than the maximum current I2_max during the power running, the control unit 30 increases the intermediate DC voltage and decreases the input / output current I of the converter 22 during the regenerative operation. Take control. By raising the intermediate DC voltage, the input side potential of the inverter 25 also rises, so the current flowing from the output side of the inverter 25 to the input side becomes lower.

判定部32は、回生運転中に、第1の電流検出部21からの検出電流が、電気車の力行運転中における最大電流I2_maxを超えるか否かを判定し、その判定結果を電圧制御部33に出力する。電圧制御部33は、判定部32から入力された判定結果に基づいて、力行運転中における最大電流I2_maxを超えている場合に、中間直流電圧Vを上昇させるための電圧制御信号を生成し、生成した電圧制御信号をコンバータ22およびインバータ25に出力する。この中間直流電圧Vの上昇幅は、電流が最大電流に近づくように設定される。この場合、電圧制御部33は、中間直流電圧Vを上昇させる場合に、その上昇値が力行運転時による最大電流値I2_maxに近づくように制御してもよい。これにより、回生運転時において、最大限許容される限度近くまで回生を継続することができる。   The determination unit 32 determines whether or not the detection current from the first current detection unit 21 exceeds the maximum current I2_max during the power running operation of the electric vehicle during the regenerative operation, and the determination result is the voltage control unit 33. Output to. Based on the determination result input from the determination unit 32, the voltage control unit 33 generates and generates a voltage control signal for increasing the intermediate DC voltage V when the maximum current I2_max during powering operation is exceeded. The voltage control signal thus output is output to the converter 22 and the inverter 25. The increase width of the intermediate DC voltage V is set so that the current approaches the maximum current. In this case, when the intermediate DC voltage V is increased, the voltage control unit 33 may perform control so that the increased value approaches the maximum current value I2_max during powering operation. Thereby, at the time of regeneration operation, regeneration can be continued to near the maximum allowable limit.

図4は、電圧制御部33が電圧制御を行った場合の結果の一例を示す図である。図4の横軸は、電気車の速度Mを示し、縦軸は、中間直流電圧Vを示す。図示するように、回生運転時の入出力電流Iが、力行運転時の最大電流I2_maxを超えるタイミングで中間直流電圧Vが上昇するように制御される。   FIG. 4 is a diagram illustrating an example of a result when the voltage control unit 33 performs voltage control. The horizontal axis of FIG. 4 indicates the speed M of the electric vehicle, and the vertical axis indicates the intermediate DC voltage V. As shown in the figure, the intermediate DC voltage V is controlled to rise at a timing when the input / output current I during the regenerative operation exceeds the maximum current I2_max during the power running operation.

また、電圧制御部33は、中間直流電圧Vを上昇させる場合に、中間直流電圧Vの上昇値が予め設定された上昇限度値を超えないように制御する。上昇値とは、入出力電流Iが、力行運転時の最大電流I2_maxを超えると判定されてからの上昇値であってもよいし、所定時間前からの上昇値であってもよいし、その他、任意の基準で定義されてもよい。   In addition, when the intermediate DC voltage V is increased, the voltage control unit 33 performs control so that the increase value of the intermediate DC voltage V does not exceed a preset increase limit value. The increase value may be an increase value after it is determined that the input / output current I exceeds the maximum current I2_max during powering operation, may be an increase value from a predetermined time before, , May be defined by any criteria.

例えば、電圧制御部33は、上昇させる中間直流電圧Vの上昇値が、例えばコンバータ22とインバータ25との間に接続された部材(コンデンサ23等)の定格電圧以下になるように制御する。電圧制御部33は、更に、上昇させる中間直流電圧Vの上昇値が、コンバータ22またはインバータ25に含まれる半導体素子の定格電圧以下になるように制御してもよい。このように、回生運転時の所定状態のときに中間直流電圧Vを高くすることで、回生運転よりも頻度の多い力行運転時の中間直流電圧Vは低くすることができる。したがって、電気車制御装置20は、常時高い電圧が印加されることはなく部材の信頼性や寿命を大きく損なわず、回生運転時の入出力電流Iを下げることが可能となり、素子定格の低減、装置の小型化に寄与することができる。   For example, the voltage control unit 33 performs control so that the increased value of the intermediate DC voltage V to be increased is equal to or lower than the rated voltage of a member (such as the capacitor 23) connected between the converter 22 and the inverter 25, for example. The voltage control unit 33 may further control the increase value of the intermediate DC voltage V to be increased to be equal to or lower than the rated voltage of the semiconductor element included in the converter 22 or the inverter 25. As described above, by increasing the intermediate DC voltage V in a predetermined state during the regenerative operation, the intermediate DC voltage V during the power running operation that is more frequent than the regenerative operation can be reduced. Therefore, the electric vehicle control device 20 is not constantly applied with a high voltage, and can greatly reduce the input / output current I during the regenerative operation without significantly impairing the reliability and life of the member. This can contribute to downsizing of the apparatus.

また、電圧制御部33は、中間直流電圧Vを上昇させる場合に、後述する過電圧判定部34から過電圧であるか否かを判定するための閾値を取得し、その閾値を上限値として、中間直流電圧Vが閾値以下となるように制御してもよい。   Further, when increasing the intermediate DC voltage V, the voltage control unit 33 obtains a threshold value for determining whether or not the voltage is an overvoltage from an overvoltage determination unit 34 to be described later, and uses the threshold value as an upper limit value. You may control so that the voltage V may become below a threshold value.

過電圧判定部34は、電圧検出部24−1および24−2により検出された中間直流電圧Vが過電圧であるか否かを判定する。過電圧判定部34は、中間直流電圧Vが予め設定された閾値を超える場合に、中間直流電圧Vが過電圧であると判定する。   The overvoltage determination unit 34 determines whether or not the intermediate DC voltage V detected by the voltage detection units 24-1 and 24-2 is an overvoltage. The overvoltage determination unit 34 determines that the intermediate DC voltage V is an overvoltage when the intermediate DC voltage V exceeds a preset threshold value.

このように、中間直流電圧Vの上限値を、過電圧判定部34の閾値以下とすることで、制御部30は、過電圧判定部34による誤検知を防止することができる。   In this way, by setting the upper limit value of the intermediate DC voltage V to be equal to or less than the threshold value of the overvoltage determination unit 34, the control unit 30 can prevent erroneous detection by the overvoltage determination unit 34.

ここで、実施形態の制御部30による処理の流れについてフローチャートを用いて説明する。図5は、実施形態の制御部30による処理の流れの一例を示すフローチャートである。まず、運転制御部31は、電気車が回生運転中であるか否かを判定する(ステップS100)。回生運転中である場合、判定部32は、第1の電流検出部21からコンバータ22の入出力電流Iを取得し(ステップS102)、取得した入出力電流Iが力行運転中の最大電流I2_maxを超えているか否かを判定する(ステップS104)。   Here, the flow of processing by the control unit 30 of the embodiment will be described using a flowchart. FIG. 5 is a flowchart illustrating an example of a flow of processing by the control unit 30 according to the embodiment. First, the operation control unit 31 determines whether or not the electric vehicle is in a regenerative operation (step S100). When the regenerative operation is being performed, the determination unit 32 acquires the input / output current I of the converter 22 from the first current detection unit 21 (step S102), and the acquired input / output current I determines the maximum current I2_max during the power running operation. It is determined whether or not it exceeds (step S104).

取得した電流値が力行運転中の最大電流I2_maxを超えている場合、電圧制御部33は、中間直流電圧Vを上昇させる制御を行う(ステップS106)。また、電圧制御部33は、上昇させた中間直流電圧Vの上昇値が、コンデンサ23等の部材の定格電圧以下であるか否かを判定する(ステップS108)。中間直流電圧Vの上昇値が定格電圧以下でない場合、電圧制御部33は、中間直流電圧Vの上昇値が定格電圧以下になるように制御する(ステップS110)。   When the acquired current value exceeds the maximum current I2_max during powering operation, the voltage control unit 33 performs control to increase the intermediate DC voltage V (step S106). Further, the voltage control unit 33 determines whether or not the increased value of the increased intermediate DC voltage V is equal to or lower than the rated voltage of the member such as the capacitor 23 (step S108). When the increase value of the intermediate DC voltage V is not less than the rated voltage, the voltage control unit 33 controls the increase value of the intermediate DC voltage V to be less than the rated voltage (step S110).

また、電圧制御部33は、中間直流電圧Vが、過電圧であるかを判定するための閾値以下であるか否かを判定する(ステップS112)。中間直流電圧Vが閾値以下でない場合、電圧制御部33は、中間直流電圧Vが閾値以下となるように制御する(ステップS114)。これによって、本フローチャートの処理が終了する。   Further, the voltage control unit 33 determines whether or not the intermediate DC voltage V is equal to or less than a threshold value for determining whether or not it is an overvoltage (step S112). When the intermediate DC voltage V is not less than or equal to the threshold value, the voltage control unit 33 controls the intermediate DC voltage V to be equal to or less than the threshold value (step S114). Thereby, the processing of this flowchart is completed.

また、中間直流電圧Vが定格電圧以下である場合、ステップS100の処理において、回生運転中でない場合、または、ステップS104の処理において、電流値が力行運転中の最大電流I2_maxを超えていない場合にも、本フローチャートの処理が終了する。なお、本フローチャートの処理は、制御部30による運転制御中、継続して繰り返し実行される。   Further, when the intermediate DC voltage V is equal to or lower than the rated voltage, when the regenerative operation is not performed in the process of step S100, or when the current value does not exceed the maximum current I2_max during the power running operation in the process of step S104. In addition, the processing of this flowchart is completed. In addition, the process of this flowchart is repeatedly performed continuously during the operation control by the control part 30. FIG.

以上説明した実施形態によれば、回生運転時の電流が力行運転時の最大電流I2_maxを超えている場合に、中間直流電圧Vを上昇させ、回生運転時のコンバータ22の電流を下げる制御を行うことで、信頼性や寿命を大きく損なわず、回生電流を下げることが可能となり、素子定格の低減、装置の小型化に寄与することができる。したがって、装置外形の増大やコスト増を抑制することができる。また、上昇させる中間直流電圧Vを、過電圧と判定する基準となる閾値以下に制御することで、中間直流電圧Vを上昇させることによる誤検知の発生を防止することができる。したがって、更に信頼性や寿命を大きく損なわず、回生電流を下げることが可能となる。   According to the embodiment described above, when the current during the regenerative operation exceeds the maximum current I2_max during the power running operation, the control is performed to increase the intermediate DC voltage V and decrease the current of the converter 22 during the regenerative operation. As a result, the regenerative current can be lowered without greatly impairing the reliability and life, which can contribute to reduction of element rating and downsizing of the apparatus. Therefore, an increase in the outer shape of the apparatus and an increase in cost can be suppressed. Further, by controlling the intermediate DC voltage V to be increased to be equal to or lower than a threshold value used as a reference for determining an overvoltage, it is possible to prevent erroneous detection due to the increase of the intermediate DC voltage V. Therefore, the regenerative current can be lowered without greatly impairing reliability and life.

(実施形態の変形例)
次に、実施形態の変形例について説明する。上述した実施形態では、第1の電流検出部21によりコンバータ22の入力側の電流値を取得するものとしたが、本変形例では、インバータ25の出力側の電流値を取得し、取得した電流が、所定電流を超えるか否かを判定する。
(Modification of the embodiment)
Next, a modification of the embodiment will be described. In the embodiment described above, the current value on the input side of the converter 22 is acquired by the first current detection unit 21. However, in this modification, the current value on the output side of the inverter 25 is acquired and acquired. Determines whether the current exceeds a predetermined current.

図6は、実施形態の電気車制御装置を搭載した電気車システム1Aの概要構成図である。なお、電気車システム1Aの説明においては、図1に示す電気車システム1と同様の構成については、同一の符号を付するものとし、ここでの具体的な説明は省略する。電気車システム1Aは、上述した電気車システム1と比較すると、電気車制御装置20Aにおいて、第1の電流検出部21の代わりに、第2の電流検出部26−1および26−2を備えている。   FIG. 6 is a schematic configuration diagram of an electric vehicle system 1A equipped with the electric vehicle control device of the embodiment. In the description of the electric vehicle system 1A, the same components as those in the electric vehicle system 1 shown in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted here. Compared to the electric vehicle system 1 described above, the electric vehicle system 1A includes second current detection units 26-1 and 26-2 instead of the first current detection unit 21 in the electric vehicle control device 20A. Yes.

第2の電流検出部26−1および26−2は、インバータ25の出力側に設けられており、インバータ25から出力される三相交流(U相、V相、W相)のうち、任意の2つの相の電流値を抽出する。第2の電流検出部26−1は、U相電流Iuを検出する。また、第2の電流検出部26−2は、V相電流Ivを検出する。第2の電流検出部26−1および26−2は、それぞれで検出された電流値を制御部30に出力する。制御部30では、回生運転時において、判定部32によりU相電流Iuと、V相電流Ivとに基づいて計算した値が力行運転時の最大電流I2_maxを超えているか否かを判定し、力行運転時の最大電流I2_maxを超えている場合に、電圧制御部33により中間直流電圧Vを上昇させ、回生運転時のコンバータ22の入出力電流Iを下げる制御を行う。この場合、コンバータ22の入力側の電流値を比較対象とする場合に比して、計算方法または上限電流等を異ならせてもよい。これにより、上述した実施形態と同様に、装置外形の増大やコスト増を抑制することができる。   The second current detection units 26-1 and 26-2 are provided on the output side of the inverter 25, and any of the three-phase alternating currents (U phase, V phase, W phase) output from the inverter 25. Extract the current values of the two phases. Second current detection unit 26-1 detects U-phase current Iu. In addition, the second current detection unit 26-2 detects the V-phase current Iv. Second current detection units 26-1 and 26-2 output the detected current values to control unit 30. In the regenerative operation, the control unit 30 determines whether or not the value calculated by the determination unit 32 based on the U-phase current Iu and the V-phase current Iv exceeds the maximum current I2_max during powering operation. When the maximum current I2_max during operation is exceeded, the intermediate DC voltage V is increased by the voltage control unit 33, and control is performed to decrease the input / output current I of the converter 22 during regenerative operation. In this case, the calculation method, the upper limit current, or the like may be different as compared with the case where the current value on the input side of the converter 22 is used as a comparison target. Thereby, like the embodiment described above, it is possible to suppress an increase in the outer shape of the apparatus and an increase in cost.

以上説明した少なくとも一つの実施形態によれば、架線Pから供給される交流を直流に変換するコンバータ22と、コンバータ22により変換された直流を、モータ16を駆動させるための三相交流電圧に変換するインバータ25と、電気車の回生運転による電流が、所定電流を超える場合に、中間直流電圧Vを上昇させるようにインバータ25を制御する電圧制御部33とを持つことにより、装置外形の増大やコスト増を抑制することができる。   According to at least one embodiment described above, the converter 22 that converts alternating current supplied from the overhead wire P into direct current, and the direct current converted by the converter 22 is converted into a three-phase alternating current voltage for driving the motor 16. And the voltage control unit 33 that controls the inverter 25 to increase the intermediate DC voltage V when the current due to the regenerative operation of the electric vehicle exceeds a predetermined current, An increase in cost can be suppressed.

具体的には、制御部30は、コンバータ22の回生運転時の入出力電流Iが、力行運転時の最大電流I2_maxを超える時点で、中間直流電圧Vを上昇させる。また、制御部30は、中間電流電圧Vの上昇値が予め設定された中間電流電圧Vの限度値である上昇限度値を超えないように制御する。   Specifically, control unit 30 increases intermediate DC voltage V when input / output current I during regenerative operation of converter 22 exceeds maximum current I2_max during powering operation. Further, the control unit 30 performs control so that the increase value of the intermediate current voltage V does not exceed the increase limit value which is a preset limit value of the intermediate current voltage V.

また、制御部30は、上昇させる中間電流電圧Vの上昇値が、例えばコンバータ22とインバータ25との間に接続された部材(コンデンサ23等)の定格電圧以下になるように制御する。これにより、部材の信頼性や寿命を大きく損なわず、回生運転時の入出力電流Iを下げることが可能となり、素子定格の低減、装置の小型化に寄与することができる。   Further, the control unit 30 performs control so that the increase value of the intermediate current voltage V to be increased is equal to or lower than the rated voltage of a member (such as the capacitor 23) connected between the converter 22 and the inverter 25, for example. As a result, the input / output current I during the regenerative operation can be reduced without greatly impairing the reliability and life of the member, which can contribute to a reduction in element rating and a reduction in the size of the apparatus.

また、制御部30は、中間直流電圧Vを上昇させる場合に、コンバータ22の回生運転時の入出力電流Iが力行運転時による最大電流値I2_maxに近づくように制御することで、回生運転時において、最大限許容される限度近くまで発電を行うことができる。また、力行運転時および回生運転時のそれぞれにおいて、近似または同等の最大電流を基準に制御することができる。そのため、電気車の力行運転または回生運転による制御を効率化することができる。   Further, when increasing the intermediate DC voltage V, the control unit 30 controls the input / output current I during the regenerative operation of the converter 22 so as to approach the maximum current value I2_max during the power running operation. It is possible to generate electricity close to the maximum allowable limit. Further, in each of the power running operation and the regenerative operation, the control can be performed based on the approximate or equivalent maximum current. Therefore, it is possible to improve the efficiency of the control by the power running operation or the regenerative operation of the electric vehicle.

また、制御部30は、上昇させる中間直流電圧Vが、過電圧であるか否かを判定するための閾値以下となるように制御することで、中間直流電圧Vを上昇させることによる誤検知の発生を防止することができる。   In addition, the control unit 30 performs control so that the intermediate DC voltage V to be increased is equal to or less than a threshold value for determining whether or not the voltage is an overvoltage, thereby generating an erroneous detection due to the increase of the intermediate DC voltage V. Can be prevented.

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、1A…電気車システム、10…集電器、12…遮断器、14…変圧器、16…モータ、20、20A…電気車制御装置、21…第1の電流検出部、22…コンバータ(第1の変換部)、23…コンデンサ、24…電圧検出部、25…インバータ(第2の変換部)、26…第2の電流検出部、30…制御部、31…運転制御部、32…判定部、33…電圧制御部、34…過電圧判定部、P…架線、W…車輪   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1, 1A ... Electric vehicle system, 10 ... Current collector, 12 ... Circuit breaker, 14 ... Transformer, 16 ... Motor, 20, 20A ... Electric vehicle control device, 21 ... First electric current detection part, 22 ... Converter (first) 1 ... conversion unit), 23 ... capacitor, 24 ... voltage detection unit, 25 ... inverter (second conversion unit), 26 ... second current detection unit, 30 ... control unit, 31 ... operation control unit, 32 ... determination Part, 33 ... voltage control part, 34 ... overvoltage determination part, P ... overhead wire, W ... wheel

Claims (5)

架線から供給される交流を直流に変換する第1の変換部と、
前記第1の変換部に直流リンクを介して接続され、前記第1の変換部により変換された直流を、モータを駆動させるための三相交流電圧に変換する第2の変換部と、
電気車の回生運転による電流が、所定電流を超える場合に、前記直流リンクの電圧を上昇させるように制御する電圧制御部と、
を備える電気車制御装置。
A first converter that converts alternating current supplied from an overhead wire into direct current;
A second converter connected to the first converter via a DC link and converting the direct current converted by the first converter into a three-phase AC voltage for driving a motor;
A voltage control unit that controls to increase the voltage of the DC link when the current due to regenerative operation of the electric vehicle exceeds a predetermined current; and
An electric vehicle control device.
前記所定電流は、制御目標値として決定される電流の上限値である、
請求項1記載の電気車制御装置。
The predetermined current is an upper limit value of a current determined as a control target value.
The electric vehicle control device according to claim 1.
前記電圧制御部は、前記電気車の回生運転による電流が所定電流を超える場合に上昇させる直流リンクの電圧の限度値である上昇限度値を、前記第1の変換部と前記第2の変換部との間に接続された部材の定格電圧以下に制御する、
請求項1に記載の電気車制御装置。
The voltage control unit is configured to set an increase limit value, which is a limit value of a DC link voltage to be increased when a current due to regenerative operation of the electric vehicle exceeds a predetermined current, to the first conversion unit and the second conversion unit Control below the rated voltage of the member connected between
The electric vehicle control device according to claim 1.
前記第1の変換部と前記第2の変換部との間における直流リンクの電圧を検知する電圧検出部と、
前記電圧検出部により検出された電圧が閾値を超える場合に、前記電圧検出部により検出された電圧が過電圧であると判定する過電圧判定部と、を更に備え、
前記電圧制御部は、前記直流リンクの電圧の上限値を、前記過電圧判定部が判定に用いる閾値以下に制御する、
請求項1から3のうち、いずれか1項に記載の電気車制御装置。
A voltage detector for detecting a voltage of a DC link between the first converter and the second converter;
An overvoltage determination unit that determines that the voltage detected by the voltage detection unit is an overvoltage when the voltage detected by the voltage detection unit exceeds a threshold;
The voltage control unit controls the upper limit value of the voltage of the DC link to be equal to or lower than a threshold used by the overvoltage determination unit.
The electric vehicle control device according to any one of claims 1 to 3.
前記電圧制御部は、前記電気車の回生運転による電流が、前記電気車の力行運転による最大電流値に近づくように、前記直流リンクの電圧を制御する、
請求項1から4のうち、いずれか1項に記載の電気車制御装置。
The voltage control unit controls the voltage of the DC link so that a current due to regenerative operation of the electric vehicle approaches a maximum current value due to power running operation of the electric vehicle.
The electric vehicle control device according to any one of claims 1 to 4.
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