JP2018143052A - Converter control device and converter control method - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a new technique for suppressing a return-wire current higher harmonic.SOLUTION: A deficit voltage calculation part 34 calculates deficit voltage vbeing a deficit with respect to predetermined voltage which is based on an AC side voltage command value vof DC stage voltage v, and a deficit current calculation part 38 calculates a deficit current ibeing an AC side current generated by a deficit voltage vquantity. An AC side current adjustment part 39 subtracts a deficit current iquantity from an AC side current iof a converter and outputs the subtraction result to a current control system artithmetic operation part 32. The current control system calculation part 32 generates the AC side voltage command value vusing the AC side current ifrom which the deficit current iquantity is subtracted.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本発明は、コンバータとインバータとの間の直流中間回路に蓄電池を接続して備えた交流区間を走行可能な電気車におけるコンバータの制御装置等に関する。   The present invention relates to a control device for a converter in an electric vehicle capable of traveling in an AC section provided with a storage battery connected to a DC intermediate circuit between a converter and an inverter.

交流区間を走行可能な電気車において、コンバータとインバータとの間の直流中間回路(直流ステージとも呼ばれる)に蓄電池を充放電可能に接続して、電気の融通を制御する技術が研究・開発されている。例えば、特許文献1に記載された、架線からの交流電力と、バッテリ(蓄電池)の出力とを併用するハイブリッド架線モードがこの技術に該当する。   In an electric vehicle that can travel in an AC section, a technology that controls storage of electricity by connecting a storage battery to a DC intermediate circuit (also called a DC stage) between the converter and the inverter in a chargeable / dischargeable manner has been researched and developed. Yes. For example, the hybrid overhead line mode described in Patent Document 1 that uses AC power from an overhead line and the output of a battery (storage battery) corresponds to this technique.

直流中間回路に蓄電池を接続することで、力行時に必要な電力を蓄電池が補助したり、回生電力を蓄電池が蓄電する等して、環境負荷の低減やランニングコストを抑制することが可能となる。   By connecting the storage battery to the DC intermediate circuit, the storage battery assists the power necessary for powering, or the storage battery stores the regenerative power, thereby reducing environmental load and running costs.

特開2014−64397号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 2014-64397

上述した電気車においては、直流中間回路の電圧(以下「直流ステージ電圧」と呼称する)が低下し、コンバータが過変調運転(過変調モードとも呼ばれる)となった際に、コンバータの交流側電流の波形歪みが悪化し、帰線電流の高調波が大きく現れる場合がある。この帰線電流高調波を抑制する技術として、電車線に無効電力を注入する方式が考えられるが、電流実効値が増大するため、き電系への影響や、トロリ線の温度上昇に配慮する必要がある。そのため、無効電力注入方式以外の方式で帰線電流高調波を抑制する技術が望まれる。   In the electric vehicle described above, when the voltage of the DC intermediate circuit (hereinafter referred to as “DC stage voltage”) decreases and the converter enters an overmodulation operation (also referred to as an overmodulation mode), the AC side current of the converter Waveform distortion may worsen, and the harmonics of the retrace current may appear greatly. As a technique for suppressing this return current harmonic, a method of injecting reactive power into the train line is conceivable, but since the effective current value increases, consideration should be given to the influence on the feeder system and the temperature rise of the trolley line. There is a need. Therefore, a technique for suppressing the return current harmonic by a method other than the reactive power injection method is desired.

本発明は、帰線電流高調波を抑制するための新たな技術を提供するために考案されたものであり、より具体的には、コンバータの交流側電流の波形歪みの悪化を軽減することを目的として考案されたものである。   The present invention has been devised to provide a new technique for suppressing the return current harmonic, and more specifically, to reduce the deterioration of the waveform distortion of the AC side current of the converter. It was devised as a purpose.

以上の課題を解決するための第1の発明は、
コンバータ(例えば図1のコンバータ40)と、主電動機(例えば図1の主電動機M)を駆動制御するインバータ(例えば図1のインバータ50)と、前記コンバータと前記インバータとの間の直流中間回路に充放電可能に接続された蓄電池(例えば図1の蓄電池60)とを具備する交流区間を走行する電気車(例えば図1の電気車1)において、前記コンバータの電力変換動作を制御するための交流側電圧指令値を交流側電流検出値を用いて生成して前記コンバータを制御するコンバータ制御装置(例えば図1,2のコンバータ制御装置30)であって、
前記直流中間回路の電圧(以下「直流ステージ電圧」という)の、前記交流側電圧指令値に基づく所定の電圧に対する不足量である欠損電圧を算出する欠損電圧算出部(例えば図2の欠損電圧算出部34)と、
前記コンバータの電力変換において前記欠損電圧分による交流側電流である欠損電流を算出する欠損電流算出部(例えば図2の欠損電流算出部38)と、
前記コンバータの交流側電流を検出した前記交流側電流検出値を、前記欠損電流分差し引く交流側電流調整部(例えば図2の交流側電流調整部39)と、
を備え、前記交流側電流調整部により前記欠損電流分差し引かれた前記交流側電流検出値を用いて前記交流側電圧指令値を生成するコンバータ制御装置である。
The first invention for solving the above problems is:
In a DC intermediate circuit between the converter (for example, the converter 40 in FIG. 1), an inverter (for example, the inverter 50 in FIG. 1) for driving and controlling a main motor (for example, the main motor M in FIG. 1), and the inverter. In an electric vehicle (for example, electric vehicle 1 in FIG. 1) that travels in an AC section including a storage battery (for example, storage battery 60 in FIG. 1) connected in a chargeable / dischargeable manner, an alternating current for controlling the power conversion operation of the converter. A converter control device (for example, the converter control device 30 in FIGS. 1 and 2) that generates a side voltage command value using an AC side current detection value and controls the converter,
A deficient voltage calculation unit (for example, deficient voltage calculation in FIG. 2) that calculates a deficient voltage that is a deficiency of a voltage of the DC intermediate circuit (hereinafter referred to as “DC stage voltage”) with respect to a predetermined voltage based on the AC side voltage command value. Part 34),
A deficient current calculation unit (for example, deficient current calculation unit 38 in FIG. 2) that calculates a deficient current that is an AC side current due to the deficient voltage in power conversion of the converter;
An AC-side current adjustment unit (for example, an AC-side current adjustment unit 39 in FIG. 2) that subtracts the missing current from the AC-side current detection value obtained by detecting the AC-side current of the converter;
And a converter control device that generates the AC side voltage command value using the AC side current detection value subtracted by the deficient current by the AC side current adjustment unit.

また、他の発明として、
コンバータと、主電動機を駆動制御するインバータと、前記コンバータと前記インバータとの間の直流中間回路に充放電可能に接続された蓄電池とを具備する交流区間を走行する電気車において、前記コンバータの電力変換動作を制御するための交流側電圧指令値を交流側電流検出値を用いて生成して前記コンバータを制御するためのコンバータ制御方法であって、
前記直流中間回路の電圧(以下「直流ステージ電圧」という)の、前記交流側電圧指令値に基づく所定の電圧に対する不足量である欠損電圧を算出することと、
前記コンバータの電力変換において前記欠損電圧分による交流側電流である欠損電流を算出することと、
前記コンバータの交流側電流を検出した前記交流側電流検出値を、前記欠損電流分差し引くことと、
前記欠損電流分差し引かれた前記交流側電流検出値を用いて前記交流側電圧指令値を生成することと、
を含むコンバータ制御方法を構成することとしてもよい。
As another invention,
In an electric vehicle that travels in an AC section comprising a converter, an inverter that drives and controls a main motor, and a storage battery that is connected to a DC intermediate circuit between the converter and the inverter in a chargeable / dischargeable manner, the electric power of the converter A converter control method for controlling the converter by generating an AC voltage command value for controlling a conversion operation using an AC current detection value,
Calculating a deficient voltage that is an insufficient amount of a voltage of the DC intermediate circuit (hereinafter referred to as “DC stage voltage”) with respect to a predetermined voltage based on the AC voltage command value;
Calculating a deficit current that is an AC side current due to the deficit voltage in power conversion of the converter;
Subtracting the deficient current from the AC side current detection value that has detected the AC side current of the converter;
Generating the AC side voltage command value using the AC side current detection value subtracted by the missing current;
It is good also as comprising the converter control method containing these.

この第1の発明等によれば、コンバータを制御するための指令値である交流側電圧指令値に基づく所定の電圧に対して、直流ステージ電圧が不足する状態となった場合、その不足量である欠損電圧が算出され、この欠損電圧に対応する欠損電流が、交流側電流の検出値から差し引かれる。そして、差し引かれた後の交流側電流(欠損がない仮想的な電流)を用いて、交流側電圧指令値が生成され、コンバータが制御される。結果、直流ステージ電圧の不足を許容した状態での制御となり、コンバータが過変調運転となって交流側電流に波形歪みが生じた場合であっても、電流制御系の過剰な応答を防止することによって、その波形歪みの悪化を軽減させることが可能となる。また、交流側電流の波形歪みの悪化を軽減させることができるため、帰線電流高調波を抑制することができる。   According to the first aspect of the invention, when the DC stage voltage becomes insufficient with respect to the predetermined voltage based on the AC-side voltage command value that is a command value for controlling the converter, A certain missing voltage is calculated, and the missing current corresponding to this missing voltage is subtracted from the detected value of the AC side current. Then, the AC side voltage command value is generated by using the AC side current after being subtracted (virtual current having no defect), and the converter is controlled. As a result, control is performed in a state where the shortage of the DC stage voltage is allowed, and even if the converter is overmodulated and waveform distortion occurs in the AC side current, excessive response of the current control system is prevented. Therefore, it is possible to reduce the deterioration of the waveform distortion. Moreover, since the deterioration of the waveform distortion of the AC side current can be reduced, the retrace current harmonic can be suppressed.

また、第2の発明は、第1の発明において、
前記直流ステージ電圧が前記所定の電圧に対して不足しない場合には、前記欠損電圧算出部が前記欠損電圧をゼロとして算出する、
コンバータ制御装置である。
The second invention is the first invention, wherein
When the DC stage voltage is not insufficient with respect to the predetermined voltage, the missing voltage calculation unit calculates the missing voltage as zero,
It is a converter control device.

この第2の発明によれば、直流ステージ電圧が不足しない場合には、交流側電流の検出値が低減される(差し引かれる)ことがない。したがって、過変調運転をしているか否かといったコンバータの運転制御モードに応じて、欠損電圧の算出や欠損電流の差し引きの実行有無を選択制御する必要はない。すなわち、コンバータの運転制御モードに関わらず、欠損電圧の算出や欠損電流の差し引きを継続的に実行した状態にしておくことが可能となり、制御が簡便化する。   According to the second invention, when the DC stage voltage is not insufficient, the detected value of the AC side current is not reduced (subtracted). Therefore, it is not necessary to selectively control whether or not to perform missing voltage calculation or missing current subtraction according to the operation control mode of the converter such as whether or not an overmodulation operation is being performed. That is, regardless of the operation control mode of the converter, it is possible to keep the calculation of the missing voltage and the subtraction of the missing current continuously, and the control is simplified.

また、第3の発明は、第1又は第2の発明において、
前記欠損電流算出部が、主変圧器の諸元に基づいて、前記コンバータによる前記欠損電圧分によって生じる前記コンバータの交流側電流を算出することで、前記欠損電流を算出する、
第1又は第2の発明のコンバータ制御装置である。
The third invention is the first or second invention, wherein
The missing current calculation unit calculates the missing current by calculating an AC side current of the converter generated by the missing voltage component by the converter based on the specifications of the main transformer.
It is the converter control apparatus of 1st or 2nd invention.

この第3の発明によれば、主変圧器の諸元に基づくことで、直流側電圧である欠損電圧分によって生じる交流側電流を欠損電流として算出することができる。   According to the third aspect of the invention, based on the specifications of the main transformer, the AC side current generated by the missing voltage component that is the DC side voltage can be calculated as the missing current.

電気車を構成する主要部の回路構成を示す図。The figure which shows the circuit structure of the principal part which comprises an electric vehicle. コンバータ制御装置の演算ブロック(機能ブロック)の構成を示す図。The figure which shows the structure of the calculation block (functional block) of a converter control apparatus. 欠損電圧算出部の演算ブロック(機能ブロック)の構成を示す図。The figure which shows the structure of the calculation block (functional block) of a missing voltage calculation part. 過変調運転時の回路動作をシミュレーションした結果の波形を示す図。The figure which shows the waveform of the result of having simulated the circuit operation | movement at the time of an overmodulation driving | operation.

以下、図面を参照して、本発明の好適な実施形態を説明する。尚、以下では、本発明を交流電気車に適用した実施形態を例に挙げて説明するが、交流区間を走行可能な電気車であれば本発明を適用可能であるため、以下説明する実施形態を交直流電気車に適用することも可能である。また、説明を簡単にするために、コンバータを順方向運転する場合(架線からの交流電力を直流電力に変換する場合)について説明するが、逆方向運転する場合(例えば回生電力や蓄電池出力電力を架線に戻すために直流電力を交流電力に変換する場合)に対して本実施形態を適用することも勿論可能である。   Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following, an embodiment in which the present invention is applied to an AC electric vehicle will be described as an example. However, the present invention can be applied to any electric vehicle that can travel in an AC section. It is also possible to apply to the AC / DC electric vehicle. In addition, in order to simplify the explanation, a case where the converter is operated in the forward direction (when AC power from the overhead line is converted into DC power) will be described, but a case where the converter is operated in the reverse direction (for example, regenerative power or storage battery output power) Of course, it is also possible to apply this embodiment to the case where DC power is converted to AC power in order to return to the overhead line.

図1は、本実施形態の電気車1を構成する主要部の回路構成を示す図である。電気車1は、主変圧器20と、コンバータ制御装置30と、コンバータ40と、インバータ50と、不図示のインバータ制御装置と、蓄電池60と、主電動機Mとを備える。   FIG. 1 is a diagram showing a circuit configuration of a main part constituting the electric vehicle 1 of the present embodiment. The electric vehicle 1 includes a main transformer 20, a converter control device 30, a converter 40, an inverter 50, an inverter control device (not shown), a storage battery 60, and a main motor M.

主変圧器20は、架線CTから交流電力を受電するパンタグラフPと、レールRに接触して帰線電流を流す役割を担う車輪Wとの間に位置し、パンタグラフPで受電した架線電力を変圧してコンバータ40へ出力する。出力となる主変圧器20の二次電圧はコンバータ40の交流側電圧となり、主変圧器20の二次電流はコンバータ40の交流側電流icとなる。 The main transformer 20 is located between the pantograph P that receives AC power from the overhead line CT and the wheel W that is in contact with the rail R and plays a role of flowing a return current, and transforms the overhead power received by the pantograph P. And output to the converter 40. The secondary voltage of the main transformer 20 as an output becomes the AC side voltage of the converter 40, and the secondary current of the main transformer 20 becomes the AC side current ic of the converter 40.

一次巻線21と二次巻線22との巻線比や、抵抗、インダクタンス等の主変圧器20の諸元は予め定められており、主変圧器20全体の等価回路を表すモデル式として、主変圧器モデル381(図2参照)に設定されている。   The turns ratio of the primary winding 21 and the secondary winding 22 and the specifications of the main transformer 20 such as resistance and inductance are determined in advance. As a model formula representing the equivalent circuit of the entire main transformer 20, The main transformer model 381 (see FIG. 2) is set.

コンバータ40は、本実施形態においてはPWM(Pulse Width Modulation)コンバータとする。コンバータ制御装置30から入力されるゲートパルス信号PSに基づいてゲートをON/OFFするPWM動作によって電力変換動作を実行する。コンバータ40の運転モードとしては、矩形波運転モードと、過変調運転モードとが少なくとも含まれ、直流ステージ電圧vdcが所定電圧以下となる低電圧状態となった場合に過変調運転モードが採用される。ゲートパルス信号PSは運転モードに応じた信号であり、コンバータ制御装置30によって生成される。すなわち、コンバータ制御装置30においてコンバータ40の運転モードが選択されて、選択された運転モードに応じたゲートパルス信号PSが生成・出力される。 In this embodiment, the converter 40 is a PWM (Pulse Width Modulation) converter. Based on the gate pulse signal PS input from the converter control device 30, the power conversion operation is executed by the PWM operation for turning the gate ON / OFF. The operation mode of the converter 40 includes at least a rectangular wave operation mode and an overmodulation operation mode, and the overmodulation operation mode is employed when the DC stage voltage v dc becomes a low voltage state equal to or lower than a predetermined voltage. The The gate pulse signal PS is a signal corresponding to the operation mode, and is generated by the converter control device 30. That is, the converter control device 30 selects the operation mode of the converter 40, and generates and outputs the gate pulse signal PS corresponding to the selected operation mode.

コンバータ40とインバータ50との間は、直流電圧の回路部分であり、直流ステージなどとも呼ばれるが、本実施形態では直流中間回路と呼称する。また、この直流中間回路の電圧を、直流ステージ電圧vdcと呼称する。コンバータ40の順方向運転によって直流側に出力される電圧が直流ステージ電圧vdcであり、この直流ステージ電圧vdcがインバータ50の入力となる。 Between the converter 40 and the inverter 50 is a DC voltage circuit portion, which is also called a DC stage or the like, but is called a DC intermediate circuit in this embodiment. The voltage of the DC intermediate circuit is referred to as DC stage voltage v dc . The voltage output to the DC side by the forward operation of the converter 40 is the DC stage voltage v dc , and this DC stage voltage v dc becomes the input of the inverter 50.

インバータ50は、力行時に直流ステージ電圧vdcを交流電圧に変換して主電動機Mに供給することで、主電動機Mを駆動制御する。図1では、インバータ50と主電動機Mとの対応関係を1対1として示しているが、1台のインバータ50でN台(N≧1)の主電動機Mを駆動制御する構成としてもよいことは勿論である。
また、回生ブレーキ時には、インバータ50は、主電動機Mで発生した回生電力を直流ステージ電圧vdcに変換して、直流中間回路に出力する。
インバータ50の動作制御は、不図示のインバータ制御装置によって行われる。
The inverter 50 drives and controls the main motor M by converting the DC stage voltage v dc into an AC voltage and supplying it to the main motor M during powering. In FIG. 1, the correspondence relationship between the inverter 50 and the main motor M is shown as a one-to-one relationship, but it may be configured to drive and control N (N ≧ 1) main motors M with one inverter 50. Of course.
During regenerative braking, the inverter 50 converts the regenerative power generated by the main motor M into a DC stage voltage v dc and outputs it to the DC intermediate circuit.
Operation control of the inverter 50 is performed by an inverter control device (not shown).

蓄電池60は、直流中間回路に充放電可能に接続された二次電池である。種類は問わず、鉛蓄電池、リチウムイオン電池、大容量キャパシタ等の何れの二次電池も採用することができる。蓄電池60の端子にかかる入出力電圧(以下「蓄電池電圧」という)が、直流ステージ電圧vdcより高ければ放電動作を行って直流中間回路に電力を供給し、低ければ充電動作を行う。なお、蓄電池60を直流中間回路に接続するか切り離すかを制御する装置を設けることとしてもよい。 The storage battery 60 is a secondary battery connected to the DC intermediate circuit so as to be chargeable / dischargeable. Regardless of the type, any secondary battery such as a lead-acid battery, a lithium-ion battery, or a large-capacity capacitor can be used. If the input / output voltage (hereinafter referred to as “storage battery voltage”) applied to the terminal of the storage battery 60 is higher than the DC stage voltage v dc , the discharging operation is performed to supply power to the DC intermediate circuit, and if it is lower, the charging operation is performed. In addition, it is good also as providing the apparatus which controls whether the storage battery 60 is connected to a direct current | flow intermediate circuit, or disconnecting.

コンバータ制御装置30は、コンバータ40の電力変換動作を司る制御装置であり、電気車1の運転台からの動作指令に基づいて電力変換動作を開始する。コンバータ制御装置30は電子回路を備えて構成された一種のコンピュータ装置である。コンバータ制御装置30の演算制御は、その一部または全てをプログラムによる演算処理によってソフトウェア的に実現することとしてもよいし、その一部または全てをASIC(Application Specific Integrated Circuit)やFPGA(Field Programmable Gate Array)等の集積回路で実現することとしてもよい。   The converter control device 30 is a control device that controls the power conversion operation of the converter 40, and starts the power conversion operation based on an operation command from the cab of the electric vehicle 1. The converter control device 30 is a kind of computer device configured with an electronic circuit. Arithmetic control of the converter control device 30 may be partly or entirely realized by software by arithmetic processing by a program, or part or all of the arithmetic control may be performed by an ASIC (Application Specific Integrated Circuit) or FPGA (Field Programmable Gate). It may be realized by an integrated circuit such as an (Array).

コンバータ制御装置30の演算ブロック(機能ブロック)の構成を図2に示す。コンバータ制御装置30は、演算部31と、欠損電圧算出部34と、欠損電流算出部38と、交流側電流調整部39とを有して構成される。   The configuration of the calculation block (functional block) of the converter control device 30 is shown in FIG. The converter control device 30 includes a calculation unit 31, a missing voltage calculation unit 34, a missing current calculation unit 38, and an AC side current adjustment unit 39.

演算部31には、直流ステージ電圧vdcや交流側電流ic、架線電圧、蓄電池電流(蓄電池60の端子にかかる入出力電流)等の検出値が入力され、交流側電圧指令値vc_refを生成するとともに、コンバータ40のゲートをON/OFFさせるゲートパルス信号PSを生成・出力する。 Detection values such as the DC stage voltage v dc , the AC side current i c , the overhead line voltage, and the storage battery current (input / output current applied to the terminals of the storage battery 60) are input to the calculation unit 31, and the AC side voltage command value v c_ref is obtained. A gate pulse signal PS that generates and outputs the gate of the converter 40 is turned on and off.

なお、コンバータ制御装置30には、直流ステージ電圧vdcや交流側電流ic、架線電圧、蓄電池電流等が直接印加・入力されるわけではなく、これらの値を検出する電圧センサや電流センサ等による検出値が入力される。説明の便宜上、以下では検出値であることを特段断らないが、コンバータ制御装置30に入力されるこれらの電圧や電流は検出値である。電気車1には、これらの値を検出する電圧センサや電流センサ等が適宜設けられている。 The converter control device 30 is not directly applied / input with the DC stage voltage v dc , the AC side current i c , the overhead wire voltage, the storage battery current, etc., but a voltage sensor, a current sensor, etc. for detecting these values. The detected value is input. For convenience of explanation, although it is not specifically mentioned below that they are detected values, these voltages and currents input to the converter control device 30 are detected values. The electric vehicle 1 is appropriately provided with a voltage sensor, a current sensor, or the like that detects these values.

演算部31は、少なくとも交流側電流icを用いて交流側電圧指令値vc_refを生成する電流制御系演算部32と、生成された交流側電圧指令値vc_refに基づいてゲートパルス信号PSを生成するパルス信号生成部33とを有する。交流側電圧指令値vc_refの生成に係る演算処理は、従来の演算処理を採用することができる。 Calculation unit 31 includes a current control system computing unit 32 for generating the AC-side voltage command value v C_ref using at least ac side current i c, the gate pulse signal PS on the basis of the generated AC side voltage command value v C_ref And a pulse signal generation unit 33 for generation. A conventional calculation process can be adopted as the calculation process related to the generation of the AC side voltage command value vc_ref .

パルス信号生成部33は、交流側電圧指令値vc_refを所与の三角波パルスと比較することでPWMとなるゲートパルス信号PSを生成する。また、パルス信号生成部33は、直流ステージ電圧vdcが所定電圧以下となる低電圧状態となった場合には、コンバータ40を過変調運転(過変調PWM制御とも呼ばれる)させるようにゲートパルス信号PSを生成する。 The pulse signal generation unit 33 generates a gate pulse signal PS that becomes PWM by comparing the AC side voltage command value vc_ref with a given triangular wave pulse. Further, the pulse signal generation unit 33, when the DC stage voltage v dc is in a low voltage state that is equal to or lower than a predetermined voltage, causes the converter 40 to perform overmodulation operation (also referred to as overmodulation PWM control). Generate PS.

欠損電圧算出部34は、直流ステージ電圧vdcの、「交流側電圧指令値vc_refに基づく所定の電圧」に対する不足量である欠損電圧vcsを算出する。欠損電圧vcsがゼロでない値として算出される時には、コンバータが過変調運転されている状態である。 The missing voltage calculation unit 34 calculates a missing voltage v cs that is an insufficient amount of the DC stage voltage v dc with respect to the “predetermined voltage based on the AC side voltage command value v c_ref ”. When the missing voltage v cs is calculated as a non-zero value, the converter is in an overmodulated operation.

「交流側電圧指令値vc_refに基づく所定の電圧」は、交流側電圧指令値vc_refとしてもよいし、交流側電圧指令値vc_refに一定値を加えた或いは減算した電圧や、交流側電圧指令値vc_refに一定割合増加或いは減少させた電圧としてもよい。
本実施形態では、説明の簡便化のため、「交流側電圧指令値vc_refに基づく所定の電圧」を交流側電圧指令値vc_refとして説明する。
"Predetermined voltage based on the AC-side voltage command value v C_ref" also may the AC side voltage instruction value v C_ref, voltage and that or subtracted by adding a constant value to the AC-side voltage command value v C_ref, AC side voltage A voltage obtained by increasing or decreasing the command value v c_ref by a certain percentage may be used.
In the present embodiment, for simplicity of description, the "predetermined voltage based on the AC-side voltage command value v C_ref" as the AC-side voltage instruction value v c_ref.

図3に、欠損電圧算出部34の演算ブロックの構成を示す。欠損電圧算出部34は、第1の演算器35と、第2の演算器36とを有する。第1の演算器35は、交流側電圧指令値vc_refに正比例する参照値vctを算出する演算器である。但し、参照値vctは、上限値が直流ステージ電圧vdcの符号を正とした値とされ、下限値が直流ステージ電圧vdcの符号を負とした値とされる。第2の演算器36は、交流側電圧指令値vc_refから参照値vctを減算する演算器である。第2の演算器36による演算結果が欠損電圧vcsとされる。 FIG. 3 shows the configuration of the calculation block of the missing voltage calculation unit 34. The missing voltage calculation unit 34 includes a first calculator 35 and a second calculator 36. The first computing unit 35 is a computing unit that calculates a reference value v ct that is directly proportional to the AC side voltage command value v c_ref . However, the upper limit value of the reference value v ct is a value with the sign of the DC stage voltage v dc as positive, and the lower limit value is a value with the sign of the DC stage voltage v dc as negative. The second calculator 36 is a calculator that subtracts the reference value v ct from the AC side voltage command value v c_ref . The calculation result by the second calculator 36 is the missing voltage v cs .

欠損電圧算出部34の動作についてより具体的に説明する。仮に、交流側電圧指令値vc_refが直流ステージ電圧vdcで定められる限界値に達していなければ、第1の演算器35において交流側電圧指令値vc_refの値が参照値vctとされるため、第2の演算器36における演算結果はゼロとなり、交流側電圧指令値vc_refに対する直流ステージ電圧vdcの不足分はゼロとして欠損電圧vcsが算出されて出力される。他方、交流側電圧指令値vc_refが直流ステージ電圧vdcで定められる限界値に達している場合には、第1の演算器35において直流ステージ電圧vdcの値が参照値vctとされるため、第2の演算器36において、交流側電圧指令値vc_refに対する直流ステージ電圧vdcの不足分の電圧が欠損電圧vcsとして算出されて出力される。 The operation of the missing voltage calculation unit 34 will be described more specifically. If the AC side voltage command value v C_ref has not reached the limit value defined by the DC stage voltage v dc, the value of the AC side voltage command value v C_ref is a reference value v ct in the first arithmetic unit 35 Therefore, the calculation result in the second calculator 36 is zero, and the deficient voltage v cs is calculated and output with the deficiency of the DC stage voltage v dc with respect to the AC side voltage command value v c_ref being zero. On the other hand, if the AC side voltage command value v C_ref has reached the limit value defined by the DC stage voltage v dc, the value of the DC stage voltage v dc is a reference value v ct in the first arithmetic unit 35 For this reason, in the second computing unit 36, an insufficient voltage of the DC stage voltage v dc with respect to the AC side voltage command value v c_ref is calculated and output as a missing voltage v cs .

なお、もしも「交流側電圧指令値vc_refに基づく所定の電圧」を、交流側電圧指令値vc_refに一定値またはデッドタイム誤差補償値を加えた或いは減算した電圧とするならば、図3の演算ブロックにおいて、欠損電圧算出部34の入力段において第1の演算器35および第2の演算器36の前に、交流側電圧指令値vc_refに一定値またはデッドタイム誤差補償値を加える或いは減算して補正する演算器を挿入すればよい。 If the “predetermined voltage based on the AC side voltage command value vc_ref ” is a voltage obtained by adding or subtracting a constant value or a dead time error compensation value to the AC side voltage command value vc_ref , FIG. In the calculation block, a constant value or a dead time error compensation value is added to or subtracted from the AC side voltage command value v c_ref before the first calculator 35 and the second calculator 36 in the input stage of the missing voltage calculator 34. Then, an arithmetic unit to be corrected may be inserted.

図2に戻り、欠損電流算出部38は、コンバータ40の電力変換において欠損電圧vcs分の交流側電流となる欠損電流icsを算出する。欠損電流算出部38は、主変圧器20の諸元に基づく、主変圧器20の等価回路を示す関数式を主変圧器モデル381として記憶しており、主変圧器20の諸元すなわち主変圧器モデル381に基づいて、コンバータ40が欠損電圧vcs分によって生じるコンバータ40の交流側電流を、欠損電流icsとして算出する。 Returning to FIG. 2, the missing current calculation unit 38 calculates the missing current i cs that becomes an AC side current corresponding to the missing voltage v cs in the power conversion of the converter 40. The missing current calculation unit 38 stores a functional expression indicating an equivalent circuit of the main transformer 20 based on the specifications of the main transformer 20 as the main transformer model 381. based on the vessel model 381, the converter 40 is an AC side current of the converter 40 caused by a deficiency voltage v cs content, calculated as missing current i cs.

交流側電流調整部39は、交流側電流icを、欠損電流ics分差し引くことで交流側電流icを調整して、電流制御系演算部32に出力する。説明の便宜上、調整後の交流側電流icを第2の交流側電流ic2と呼称する。 Ac side current adjusting unit 39, the AC side current i c, by adjusting the ac side current i c by subtracting deficient current i cs, and outputs the current control system computing unit 32. For convenience of explanation, it referred to AC-side current i c of the adjusted and second ac side current i c2.

これにより、電流制御系演算部32は、欠損電流icsが差し引かれた第2の交流側電流ic2を用いて交流側電圧指令値vc_refを生成する状態となる。換言すると、実際の交流側電流icから欠損電流icsを差し引いて電流制御系演算部32に入力することで、電流制御系演算部32を、欠損電流icsを許容させた状態とする。第2の交流側電流ic2は、欠損成分を含まない仮想的な電流である。電流制御系演算部32をいわばだました状態ということもできる。 As a result, the current control system calculation unit 32 enters a state in which the AC side voltage command value v c_ref is generated using the second AC side current i c2 from which the missing current i cs is subtracted. In other words, by subtracting the missing current i cs from the actual AC side current i c and inputting it to the current control system computing unit 32, the current control system computing unit 32 is allowed to accept the missing current i cs . The second AC side current i c2 is a virtual current that does not include a missing component. In other words, it can be said that the current control system calculation unit 32 is in a fooled state.

次に、本実施形態の作用効果について説明する。
図4は、コンバータ40が過変調運転をした際の電気車1の主回路動作を回路シミュレーションした結果の波形を示す図であり、上から順に、(1)コンバータの交流側電圧(主変圧器二次電圧)、(2)交流側電流ic、(3)直流ステージ電圧vdc、(4)交流側電圧指令値vc_ref、の波形を示す。また、横軸が時間経過を示しており、時刻ta前が本実施形態の制御を適用する前、時刻ta後が本実施形態の制御を適用した後である。
Next, the effect of this embodiment is demonstrated.
FIG. 4 is a diagram showing waveforms as a result of circuit simulation of the main circuit operation of the electric vehicle 1 when the converter 40 performs overmodulation operation. From the top, (1) the AC side voltage of the converter (main transformer) (Secondary voltage), (2) AC side current i c , (3) DC stage voltage v dc , (4) AC side voltage command value v c_ref . Moreover, the horizontal axis indicates the elapsed time, before the time t a before to apply a control in the present embodiment, after the time t a is after applying the control of this embodiment.

図4(1)のコンバータの交流側電圧(主変圧器二次電圧)は、本実施形態の制御を適用する前後を通じて同じ正弦波波形となっている。   The AC side voltage (main transformer secondary voltage) of the converter in FIG. 4A has the same sine wave waveform before and after applying the control of this embodiment.

また、図4(3)の直流ステージ電圧vdcも、回路シミュレーションの開始直後と、本実施形態の制御を適用した直後とにおいて安定動作となるまで一時的に波形が乱れたが、本実施形態の制御を適用する前後の安定期においては、一定の電圧変動範囲内に電圧振動が収まったほぼ同じ波形となっている。すなわち、本実施形態の制御を適用する前後において、過変調運転の条件は同じであったといえる。 The waveform of the DC stage voltage v dc in FIG. 4 (3) is also temporarily disturbed until stable operation immediately after the start of circuit simulation and immediately after the control of this embodiment is applied. In the stable period before and after applying this control, the waveform is almost the same with the voltage oscillation within a certain voltage fluctuation range. That is, it can be said that the conditions of the overmodulation operation were the same before and after applying the control of the present embodiment.

着目すべきは、図4(2)の交流側電流icと、図4(4)の交流側電圧指令値vc_refとである。
まず、本実施形態による制御を適用したことで、電流制御系演算部32は、欠損電流icsを許容した状態となる。すなわち、実際の交流側電流icではなく、欠損電流icsを差し引いた第2の交流側電流ic2を用いて、交流側電圧指令値vc_refを生成している状態となる。このため、図4(2)に示す交流側電流icの振幅は、本実施形態による制御を適用する前後においてほぼ同じであるが、図4(4)に示す交流側電圧指令値vc_refの振幅は、本実施形態による制御を適用する前後において大きく異なっている。
It should be noted that the AC side current i c in FIG. 4 (2) and the AC side voltage command value v c_ref in FIG. 4 (4).
First, by applying the control according to the present embodiment, the current control system calculation unit 32 is in a state in which the missing current i cs is allowed. That is, the AC side voltage command value v c_ref is generated using the second AC side current i c2 obtained by subtracting the missing current i cs instead of the actual AC side current i c . For this reason, the amplitude of the AC side current i c shown in FIG. 4 (2) is substantially the same before and after applying the control according to the present embodiment, but the AC side voltage command value v c_ref shown in FIG. The amplitude is greatly different before and after applying the control according to the present embodiment.

次に、図4(2)の交流側電流icであるが、本実施形態による制御を適用する前は、波形の歪みが大きく、滑らかな振動波形とは言い難い。極大値や極小値の他に極値が見られることから、次数の高い高調波の含有率が大きい。この状態は、コンバータ40が歪んだ電流に対して過剰に振動的な制御動作をしている状態にあると考えられる。 Next, regarding the AC side current ic in FIG. 4B, before the control according to the present embodiment is applied, the distortion of the waveform is large and it is difficult to say that it is a smooth vibration waveform. Since extreme values are seen in addition to the maximum and minimum values, the content of higher-order harmonics is large. This state is considered to be a state in which the converter 40 is excessively oscillating with respect to the distorted current.

これに対して、本実施形態による制御を適用した後は、適用する前と比べて明らかに波形の歪みが小さく、滑らかな形状に近づいている。また、極大値や極小値以外に他の極値がはっきりとは現れていないことから、次数の高い高調波の含有率が低減された状態にあると言える。   On the other hand, after applying the control according to the present embodiment, the distortion of the waveform is clearly smaller than that before applying, and the shape is approaching a smooth shape. Moreover, since the extreme value other than the maximum value and the minimum value does not appear clearly, it can be said that the content rate of higher-order harmonics is reduced.

ゆえに、本実施形態の制御を適用したことで、コンバータ40の過変調運転時に生じる交流側電流の波形歪みの悪化を効果的に軽減することができる。また、交流側電流の波形歪みの悪化を軽減することは、帰線電流高調波の抑制に繋がるため、本実施形態によれば、帰線電流高調波を抑制することが可能となる。   Therefore, by applying the control of the present embodiment, it is possible to effectively reduce the deterioration of the waveform distortion of the AC side current that occurs during the overmodulation operation of the converter 40. Moreover, since reducing the deterioration of the waveform distortion of the AC side current leads to suppression of the return current harmonic, according to the present embodiment, it is possible to suppress the return current harmonic.

以上、本発明を適用した実施形態の一例を説明したが、本発明の適用が可能な形態は上述した実施形態に限られものではないことは勿論である。   As mentioned above, although an example of the embodiment to which the present invention is applied has been described, it is needless to say that the form to which the present invention can be applied is not limited to the above-described embodiment.

20 主変圧器
30 コンバータ制御装置
31 演算部
34 欠損電圧算出部
38 欠損電流算出部
39 交流側電流調整部
40 コンバータ
50 インバータ
60 蓄電池
M 主電動機
DESCRIPTION OF SYMBOLS 20 Main transformer 30 Converter control apparatus 31 Calculation part 34 Missing voltage calculation part 38 Missing current calculation part 39 AC side current adjustment part 40 Converter 50 Inverter 60 Storage battery M Main motor

Claims (4)

コンバータと、主電動機を駆動制御するインバータと、前記コンバータと前記インバータとの間の直流中間回路に充放電可能に接続された蓄電池とを具備する交流区間を走行する電気車において、前記コンバータの電力変換動作を制御するための交流側電圧指令値を交流側電流検出値を用いて生成して前記コンバータを制御するコンバータ制御装置であって、
前記直流中間回路の電圧(以下「直流ステージ電圧」という)の、前記交流側電圧指令値に基づく所定の電圧に対する不足量である欠損電圧を算出する欠損電圧算出部と、
前記コンバータの電力変換において前記欠損電圧分による交流側電流である欠損電流を算出する欠損電流算出部と、
前記コンバータの交流側電流を検出した前記交流側電流検出値を、前記欠損電流分差し引く交流側電流調整部と、
を備え、前記交流側電流調整部により前記欠損電流分差し引かれた前記交流側電流検出値を用いて前記交流側電圧指令値を生成するコンバータ制御装置。
In an electric vehicle that travels in an AC section comprising a converter, an inverter that drives and controls a main motor, and a storage battery that is connected to a DC intermediate circuit between the converter and the inverter in a chargeable / dischargeable manner, the electric power of the converter A converter control device for controlling the converter by generating an AC side voltage command value for controlling a conversion operation using an AC side current detection value,
A missing voltage calculation unit that calculates a missing voltage that is an insufficient amount of the voltage of the DC intermediate circuit (hereinafter referred to as “DC stage voltage”) with respect to a predetermined voltage based on the AC voltage command value;
A deficient current calculation unit that calculates a deficient current that is an alternating current due to the deficient voltage in power conversion of the converter;
An AC side current adjustment unit that subtracts the amount of missing current from the AC side current detection value obtained by detecting the AC side current of the converter;
And a converter control device that generates the AC side voltage command value using the AC side current detection value subtracted by the deficient current by the AC side current adjustment unit.
前記直流ステージ電圧が前記所定の電圧に対して不足しない場合には、前記欠損電圧算出部が前記欠損電圧をゼロとして算出する、
請求項1に記載のコンバータ制御装置。
When the DC stage voltage is not insufficient with respect to the predetermined voltage, the missing voltage calculation unit calculates the missing voltage as zero,
The converter control device according to claim 1.
前記欠損電流算出部は、主変圧器の諸元に基づいて、前記コンバータによる前記欠損電圧分によって生じる前記コンバータの交流側電流を算出することで、前記欠損電流を算出する、
請求項1又は2に記載のコンバータ制御装置。
The missing current calculation unit calculates the missing current by calculating an AC side current of the converter generated by the missing voltage component by the converter based on the specifications of the main transformer.
The converter control device according to claim 1 or 2.
コンバータと、主電動機を駆動制御するインバータと、前記コンバータと前記インバータとの間の直流中間回路に充放電可能に接続された蓄電池とを具備する交流区間を走行する電気車において、前記コンバータの電力変換動作を制御するための交流側電圧指令値を交流側電流検出値を用いて生成して前記コンバータを制御するためのコンバータ制御方法であって、
前記直流中間回路の電圧(以下「直流ステージ電圧」という)の、前記交流側電圧指令値に基づく所定の電圧に対する不足量である欠損電圧を算出することと、
前記コンバータの電力変換において前記欠損電圧分による交流側電流である欠損電流を算出することと、
前記コンバータの交流側電流を検出した前記交流側電流検出値を、前記欠損電流分差し引くことと、
前記欠損電流分差し引かれた前記交流側電流検出値を用いて前記交流側電圧指令値を生成することと、
を含むコンバータ制御方法。
In an electric vehicle that travels in an AC section comprising a converter, an inverter that drives and controls a main motor, and a storage battery that is connected to a DC intermediate circuit between the converter and the inverter in a chargeable / dischargeable manner, the electric power of the converter A converter control method for controlling the converter by generating an AC voltage command value for controlling a conversion operation using an AC current detection value,
Calculating a deficient voltage that is an insufficient amount of a voltage of the DC intermediate circuit (hereinafter referred to as “DC stage voltage”) with respect to a predetermined voltage based on the AC voltage command value;
Calculating a deficit current that is an AC side current due to the deficit voltage in power conversion of the converter;
Subtracting the deficient current from the AC side current detection value that has detected the AC side current of the converter;
Generating the AC side voltage command value using the AC side current detection value subtracted by the missing current;
Including a converter control method.
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