JP2019193491A - 電力変換装置 - Google Patents

Abstract

【課題】回生ブレーキ中に蓄電装置が過充電領域に達することにより、インバータ装置の直流側の電圧を昇圧させることができず、省エネルギー効果を大きく損なう。【解決手段】電力変換装置は、直流電源および当該直流電源と直列に接続した蓄電装置により３つの電位を有する電源と、一方向に流れる電流を導通または遮断する電流制御素子および当該電流制御素子と逆方向に電流を導通させる整流素子を組み合わせた電流制御手段を複数個有し、電源から供給される直流電力を三相交流電力に変換して交流電動機を駆動するインバータ装置と、インバータ装置および蓄電装置を制御する制御装置とを備え、制御装置は、交流電動機の回生ブレーキ時に発生する回生電力に対して、蓄電装置の蓄電量が、所定値未満の場合には当該回生電力を蓄電装置に全て充電し、所定値以上の場合には当該回生電力を蓄電装置に充電する電力分と直流電源に負担させる電力分とに分配する。【選択図】図４

Description

本発明は、直流電源と蓄電装置の少なくとも一方から直流電力を得る電力変換装置に関し、特に、鉄道車両の駆動用電力変換装置に好適である。

近年、鉄道車両においては、蓄電装置を蓄電池や電気二重層キャパシタなどのエネルギー蓄積手段で構成して活用し、また、鉄道車両の構成機器の効率を向上させることにより、更なる省エネルギー化を実現する動きが活発となっている。

省エネルギー化を実現する方法の一つに、回生ブレーキ能力の拡大がある。回生ブレーキは、交流電動機の誘起電圧（以下、「電動機誘起電圧」という）が電力変換装置（インバータ装置）入力側の電源電圧（以下、「インバータ電源電圧」という）以下である必要があり、電動機誘起電圧がインバータ電源電圧よりも高くなる高速度域では、界磁を弱めることで、電動機誘起電圧がインバータ電源電圧以下となるように制御している。このために高速度域では、回生ブレーキ力が不足し、空気ブレーキによるブレーキ力の補足が行われている。

これに対し、特許文献１には、直流電源と蓄電装置を直列に接続し、インバータ装置の直流側の電圧を昇圧することで高速度域における加速性能および回生ブレーキ力を向上する技術が示されている。この技術を鉄道車両に適用することで、車両の加減速性能を向上させるとともに、回生ブレーキ力が拡大することで架線に戻す電力を増加させ、更なる省エネルギー化が実現できる。また、高速度域における空気ブレーキの使用量を抑えることができるため、ブレーキシューの磨耗が減りメンテナンス費を削減する効果も得られる。

さらに、特許文献１に示される電力変換装置の構成は、直流電源と蓄電装置とを直列にした電源を用いた３レベルインバータ装置であり、通常、直流電源の電圧と蓄電装置の電圧とは異なることから、中間電位に対する上位電位との電位差（以下、「ＥｄｃＰ」とする）および下位電位に対する中間電位との電位差（以下、「ＥｄｃＮ」とする）は異なることになる。特許文献１では、交流電動機の回転速度が基準周波数より低い場合には、直流電源からの直流電力を三相交流電力に変換し、交流電動機の回転速度が基準周波数より高い場合には、直流電源と蓄電装置とからの直流電力を三相交流電力に変換して、交流電動機を駆動する技術が示されている。

蓄電装置で使用できるエネルギーは、車両に搭載した蓄電装置の容量によって制限される。鉄道車両は、線路形状等による速度や運転上の制限がない限り、通常の運転パターンは、一回の加速で最高速度まで達し、その後一回のブレーキで停止する。よって、蓄電装置からの放電時間または充電時間が長くなるため、蓄電装置を有効活用するためには、車両が搭載する蓄電装置の容量を十分大きくする必要がある。

しかしながら、鉄道車両では機器を艤装する制約上、搭載できる蓄電装置の容量に制限があるため、少ない蓄電装置の容量で高い効果を得るように、蓄電装置の充放電を制御する必要がある。このため、直流電源と蓄電装置とを直列にした電源による３レベルインバータ装置では、直流電源と蓄電装置とからの電力配分を蓄電装置の蓄電量（ＳＯＣ：Ｓｔａｔｅ оｆ Ｃｈａｒｇｅ）に応じて、管理することが必要となる。

特開２０１７−４６４６８号公報

先の特許文献１に示される技術では、交流電動機の回転速度によって直流電源と蓄電装置の電力配分をしているため、現在の蓄電装置のＳＯＣ状態や、路線走行の仕方によっては、車両の回生ブレーキ中に蓄電装置のＳＯＣが充電できない過充電領域に達する。これにより、インバータ装置の直流側の電圧を昇圧させることができず、特許文献１に示されるように昇圧動作により回生電力量を向上するシステムにとって、省エネルギー効果を大きく損なうといった課題がある。

上記課題を解決するために、本発明に係る電力変換装置は、直流電源と当該直流電源と直列に接続した蓄電装置により、高圧側である第一の電位、低圧側である第二の電位および直流電源と蓄電装置との接続点に生じる第三の電位の３つの電位を有する電源と、一方向に流れる電流を導通または遮断する電流制御素子および当該電流制御素子と並列に接続して当該電流制御素子と逆方向に電流を導通させる整流素子を組み合わせた電流制御手段を複数個有し、電源から供給される直流電力を三相交流電力に変換して交流電動機を駆動するインバータ装置と、インバータ装置および蓄電装置の運転を制御する制御装置とを備え、制御装置は、交流電動機の回生ブレーキ時に発生する回生電力に対して、蓄電装置の蓄電量が所定値未満の場合には当該回生電力を蓄電装置に全て充電し、蓄電装置の蓄電量が所定値以上の場合には当該回生電力を前記蓄電装置に充電する電力分と直流電源に負担させる電力分とに分配することを特徴とする。

本発明によれば、蓄電装置の蓄電量が使用可能な範囲で、回生ブレーキ時の昇圧動作により、省エネルギー効果が向上する。また、蓄電装置の蓄電量に応じて蓄電装置および直流電源への回生電力の配分比率を変えることにより、蓄電装置の過充電を防止しつつ、省エネルギー効果を向上させることができる。

本発明に係る電力変換装置の構成の一例を示す図である。 インバータ装置を駆動するために使用する、変調波信号、キャリア信号および出力パルス信号を示す図である。 蓄電装置の蓄電量が電力配分判定基準用の蓄電量より小さい場合の駅間における動作特性を示す図である。 蓄電装置の蓄電量が電力配分判定基準用の蓄電量より大きくなる場合の駅間における動作特性を示す図である。 本発明に係る電力配分判定基準に用いる蓄電量の領域分類を示す図である。 本発明に係る「電力配分比例制御モード」に対応した制御構成の一例を示す図である。

以下、本発明を実施する形態として、実施例１および２について図面を用いて説明する。
まず、本発明の実施例１および２に係る電力変換装置は、鉄道車両用の電力変換装置として共通するので、その構成を制御波形と共に説明する。

図１は、本発明に係る電力変換装置の構成の一例を示す図である。
図１の破線で囲まれた部分に示すインバータ装置２は、高圧側から低圧側に流れる電流を導通または遮断できる電流制御素子と、電流制御素子と逆方向に電流を導通できるダイオードを組み合わせた第１の電流制御手段Ｔｕ１から第１２の電流制御手段Ｔｗ４（（Ｔｕ１，Ｔｖ１，Ｔｗ１）、（Ｔｕ２，Ｔｖ２，Ｔｗ２）、（Ｔｕ３，Ｔｖ３，Ｔｗ３）および（Ｔｕ４，Ｔｖ４，Ｔｗ４））により構成される。

一般的に電流制御素子としては、ＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌaｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ；絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ）やパワーＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ；金属酸化物半導体電界効果トランジスタ）などのパワー半導体素子が用いられる。これらのパワー半導体素子は材料としてシリコンを用いているものが多いが、近年になってＳｉＣ（炭化珪素）やＧａＮ（窒化ガリウム）を用いたものも増えており、システムの低損失化に貢献している。そのため、本発明に係る電力変換装置に使用する電流制御素子についても、ＳｉＣやＧａＮを用いたものでもよい。

インバータ装置２は、直流電源１（電圧Ｅｃｆ）および蓄電装置２１（電圧Ｅｂ）から出力される直流電力を三相交流電力に変換して、交流電動機８を駆動する。

図１の一点鎖線で囲まれた部分に示す直流電源１は、一般的に平滑リアクトル５と集電装置であるパンタグラフ４を介して直流電車線３に接続する構成である。その他には、交流架線による交流電力を整流して直流電力を得る構成、または、第三軌条方式により直流電力を得る構成、または、非接触電力伝送により交流電力を得て整流器により直流電力に変換する構成などが用いられる。

交流電動機８は、誘導電動機や永久磁石型同期電動機等が用いられる。図１は、インバータ装置２が１台の交流電動機８を駆動する構成を示しているが、インバータ装置２が複数台の交流電動機８を駆動する構成であってもよい。

蓄電装置２１は、例えば二次電池やキャパシタで構成され、車両の力行時には電力を放電し、車両の回生ブレーキ時には電力を充電する機能を持つ。

制御装置１１は、蓄電装置２１の蓄電量、電流、電圧および温度などの蓄電状態の情報並びにインバータ装置２の電圧、電流および周波数等の動作状態の情報を取得して、後述する図２に示すＰＷＭ変調（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ；パルス幅変調）により出力パルスを生成する。さらに、この出力パルスを電流制御手段Ｔｕ１からＴｗ４に与え、電流制御手段Ｔｕ１からＴｗ４のオン、オフを切り替える。さらに、制御装置１１は、上記の各情報を基に蓄電装置２１の運転（充放電）も制御する。これにより、直流電源１および蓄電装置２１の直流電力が三相交流電力に変換され、交流電動機８が駆動される。

次に、インバータ装置２の動作態様について説明する。
図２は、インバータ装置２を駆動するために使用する、変調波信号、キャリア信号および出力パルス信号を示す図である。

図１に示すように、蓄電装置２１を低圧側に接続した場合、図２の（ａ）に示すように、変調波Ｖｃ３２と、振幅ＥｃｆのキャリアＡ（３１Ａ）または振幅ＥｂのキャリアＢ（３１Ｂ）との比較によって、出力パルス３４を決定する。

図２では、三相交流のうち一相分について示し、インバータ装置２が出力する交流電圧の指令値をインバータ装置２の直流側電圧で正規化した変調波Ｖｃ３２、三角波状のキャリアＡ（３１Ａ）およびキャリアＢ（３１Ｂ）を示している。すなわち、キャリアは２種類あり、キャリアＡは直流電源１の電圧、キャリアＢは蓄電装置２１の電圧でそれぞれ正規化したものである。

オン指令およびオフ指令の生成について示すと、変調波Ｖｃ３２と振幅ＥｃｆのキャリアＡ（３１Ａ）との比較によって、電流制御手段Ｔｕ１、Ｔｕ３、Ｔｖ１、Ｔｖ３、Ｔｗ１およびＴｗ３を制御し、変調波Ｖｃ３２と振幅ＥｂのキャリアＢ（３１Ｂ）との比較によって、電流制御手段Ｔｕ２、Ｔｕ４、Ｔｖ２、Ｔｖ４、Ｔｗ２およびＴｗ４を制御する。電流制御手段Ｔｕ１からＴｗ４は、変調波Ｖｃ３２とキャリアＡまたはＢとの大小関係に基づいて、変調波Ｖｃ３２がキャリアＡまたはＢより大きい場合はオン指令となり、変調波Ｖｃ３２がキャリアＡまたはＢより小さい場合はオフ指令となる。

例えば、力行時においては、図２の（ａ）の区間Ｘでは、変調波Ｖｃ３２が、キャリアＡ（３１Ａ）およびキャリアＢ（３１Ｂ）より小さいところでは、電流制御手段Ｔｘ１オフ、Ｔｘ２オフ、Ｔｘ３オンおよびＴｘ４オンとなり、変調波Ｖｃ３２が、キャリアＡ（３１Ａ）より小さく、キャリアＢ（３１Ｂ）より大きいところでは、電流制御手段Ｔｘ１オフ、Ｔｘ２オン、Ｔｘ３オンおよびＴｘ４オフとなる動作を繰り返す。これにより、蓄電装置２１から交流電動機８を駆動するための電力を放電する。なお、ここで、電流制御手段Ｔｘの「ｘ」は、「ｕ」、「ｖ」および「ｗ」（ｕ相、ｖ相およびｗ相）のいずれかに置き換わることを意味する（以下も同様）。

また、図２の（ａ）の区間Ｙでは、変調波Ｖｃ３２が、キャリアＡ（３１Ａ）より小さく、キャリアＢ（３１Ｂ）より大きいところでは、電流制御手段Ｔｘ１オフ、Ｔｘ２オン、Ｔｘ３オンおよびＴｘ４オフとなり、変調波Ｖｃ３２がキャリアＡ（３１Ａ）およびキャリアＢ（３１Ｂ）より大きいところでは、電流制御手段Ｔｘ１オン、Ｔｘ２オン、Ｔｘ３オフおよびＴｘ４オフとなる動作を繰り返す。これにより、直流電源１から交流電動機８を駆動するための電力を放電する。

以上のように、変調波Ｖｃ３２がキャリアＢ（３１Ｂ）と交差する場合に、蓄電装置２１から放電または蓄電装置２１に充電する動作が行われる。

ところで、車両を加速させるときには、交流電動機８を任意の回転数で駆動するため、交流電動機８の回転数が上がるに従い、変調波Ｖｃ３２の振幅を大きくし、かつ周波数を上げていくＶＶＶＦ（Ｖａｒｉａｂｌｅ Ｖｏｌｔａｇｅ Ｖａｒｉａｂｌｅ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ；可変電圧可変周波数）制御を行う。このとき、変調波Ｖｃ３２の中心３３を蓄電装置２１の状態に応じオフセット調整を行う。すなわち、変調波Ｖｃの中心３３を上下にずらすことにより、Ｔｘ１からＴｘ４のそれぞれのオン時間を変え、交流電動機８を駆動するための電力として、直流電源１が負担する電力および蓄電装置２１が負担する電力により電力配分を制御することができる。

なお、先の「ＥｄｃＰ」に相当する電圧Ｅｃｆと、先の「ＥｄｃＮ」に相当する電圧Ｅｂが同値であるか否かは問わず、キャリアＡ（３１Ａ）をＥｃｆ、キャリアＢ（３１Ｂ）をＥｂの各電圧で正規化し、出力電力調整のために、変調波Ｖｃ３２のオフセット調整を行うことに加え、変調波Ｖｃ３２の振幅調整を行うことで、任意の電圧比で運用できることになる。

図２の（ａ）では、変調波Ｖｃ３２がキャリアＡ（３１Ａ）とキャリアＢ（３１Ｂ）の両方と交差するため、交流電動機８を駆動するための電力は、直流電源１が負担する電力と蓄電装置２１が負担する電力とで電力配分される。このように、直流電源１に加えて蓄電装置２１からも交流電動機８を駆動するための電力を供給できる状態を、「昇圧動作モード」と定義する。

また、車両を減速させる場合にも、先に示した車両を加速させる場合と同様に、変調波Ｖｃの中心３３を上下にずらすことにより、電流制御手段Ｔｘ１からＴｘ４のそれぞれのオン時間を変える。これにより、交流電動機８を制動するための電力（回生ブレーキにより発生する電力である回生電力）を、直流電源１が負担する電力と蓄電装置２１が負担する電力とにより電力配分を制御することができる。

ここで、図２の（ａ）では、変調波Ｖｃ３２の正弦波の下側の頂点が、キャリアＢ（３１Ｂ）の三角波の下側の頂点と一致しておらず、蓄電装置２１へ最大限の電力を供給していない状態である。以下では、この状態を「電力配分比例制御モード」と呼ぶ。これに対し、図２の（ｂ）では、変調波Ｖｃ３２の正弦波の下側の頂点が、キャリアＢ（３１Ｂ）の三角波の下側の頂点と一致しており、蓄電装置２１へ最大限の回生電力を配分している状態である。以下では、この状態を「蓄電装置最大利用モード」と呼ぶ。

次に、本発明において、回生ブレーキ時に蓄電装置２１へ最大限に電力配分するか否かを判定するための基準としての蓄電装置２１の蓄電量（ＳＯＣ）の設定について説明する。本発明では、最大電力配分判定基準用の蓄電量を「ＳＯＣｒ」と定義すると共に、蓄電量を以下では「ＳＯＣ」という。

図５は、本発明に係る電力配分判定基準に用いる蓄電量の領域分類を示す図である。図５には、先に定義した最大電力配分判定基準用の蓄電量「ＳＯＣｒ」を用いて、蓄電装置２１のＳＯＣが、ＳＯＣｒより低い場合に「蓄電装置最大利用モード」（図５に示すＲ１領域）とし、ＳＯＣｒより高い場合に「電力配分比例制御モード」（図５に示すＲ２領域）とするマッピングを示している。「蓄電装置最大利用モード」（Ｒ１領域）では、先に示した図２の（ｂ）の動作態様となり、「電力配分比例制御モード」（Ｒ２領域）では、先に示した図２の（ａ）の動作態様となる。なお、Ｒ１領域およびＲ２領域は、図５に示すように、蓄電装置２１が使用可能なＳＯＣである、ＳＯＣｍｉｎからＳＯＣｍａｘの範囲内に設定される。

図３および図４は、本発明の実施例１として、駅間（駅Ａ〜駅Ｂ〜駅Ｃ）を走行する場合において、駅間における、車両速度、蓄電装置２１のＳＯＣおよび蓄電装置２１の蓄電装置電力の各動作特性を示す図である。

図３では、駅間を走行する場合において、回生ブレーキ中の蓄電装置２１の蓄電量ＳＯＣ（図３に示す破線）がＳＯＣｒ（図３に示す一点鎖線）よりも小さい場合を示している。この場合、回生ブレーキ中は、常に「蓄電装置最大利用モード」となり、蓄電装置２１の充電可能な電力に余裕があれば、可能な限り蓄電装置２１への充電を優先して動作し、省エネルギー効果を向上させることができる。すなわち、可能な限り蓄電装置２１へ充電した方が、インバータ装置２の入力電圧が上昇し、より回生電力量を拡大することができるためである。

一方、図４では、駅間を走行する場合において、回生ブレーキ中の蓄電装置２１の蓄電量ＳＯＣ（図４に示す破線）がＳＯＣｒ（図４に示す一点鎖線）よりも大きくなる場合を示している。この場合、蓄電装置２１の蓄電量ＳＯＣがＳＯＣｒを超えると「電力配分比例制御モード」となり、蓄電装置２１の蓄電量ＳＯＣとＳＯＣｒとの差が大きくなるにつれて、蓄電装置２１が負担する回生電力を減らし、直流電源１が負担する回生電力を増加させる動作態様となる。これにより、蓄電装置２１への過充電を防止することができ、可能な限り、連続的に昇圧動作をさせることが可能となり、省エネルギー効果の向上に寄与することができる。

なお、ＳＯＣｒの設定値は、例えば、蓄電装置２１の使用可能な蓄電量ＳＯＣの上限値ＳＯＣｍａｘ（最大蓄電量）と、駅間を走行するときに回生ブレーキで想定される蓄電装置の充電電力量、すなわち充電ＳＯＣ値との差分をもって設定するとよい。
次に、図４で示した「電力配分比例制御モード」、すなわち、回生ブレーキ中で、蓄電装置２１の蓄電量ＳＯＣが最大蓄電量ＳＯＣｍａｘ未満で、かつＲ２領域（図５）の場合における具体的な制御手法の一例について、図６を用いて説明する。図６は、この「電力配分比例制御モード」に対応した制御構成の一例を示す図である。

図６に示す出力оｆｓｂは、図２で説明した変調波Ｖｃ３２の中心３３のオフセット量を意味している。このオフセット量оｆｓｂは、図２に示すように、変調波Ｖｃ３２の正弦波の下側の頂点が、キャリアＢ（３１Ｂ）の三角波の下側の頂点と一致している状態、すなわち「蓄電装置最大利用モード」と同等の動作時を基準にして、変調波Ｖｃ３２の中心３３のオフセット量の増分に対応する。

図６において、変調波Ｖｃの中心３３のオフセット量оｆｓｂを算出するために、まず、蓄電装置２１の最大蓄電量ＳＯＣｍａｘと蓄電装置２１の現在のＳＯＣとの差分をとり、乗算器５１にてゲインＫを乗算し、変調波Ｖｃのオフセット中間量оｆｓｂ０を出力する。また、現在の変調波Ｖｃ３２の振幅（図６に示す「変調波振幅ａ」）を基に、制限器５２Ｂにより変調波Ｖｃの中心３３のオフセット量の最大値оｆｓｍａｘを出力する。その上で、変調波Ｖｃの中間オフセット量оｆｓｂ０と変調波Ｖｃの中心３３のオフセット量の最大値оｆｓｍａｘとから、制限器５２Ａにて、変調波Ｖｃの中心３３のオフセット量оｆｓｂを決定し出力する。

図６に示す制御構成により、蓄電装置２１の蓄電可能な最大蓄電量ＳＯＣｍａｘと蓄電装置２１の現在のＳＯＣとの差の大きさによって、変調波Ｖｃ３２の中心３３のオフセット量оｆｓｂを比例的に操作することになる。すなわち、蓄電装置２１の負担する電力と直流電源１の負担する電力とを比例的に制御していることとなる。

これにより、蓄電装置２１の過充電を防止することができ、可能な限り連続的に昇圧動作をさせることが可能となり、省エネルギー効果の向上に寄与することができる。

先の実施例１は、一駅間毎を走行する場合の例であるが、複数の駅間にわたって走行することを基準にして、ＳＯＣｒの設定値を決定してもよい。
例えば、蓄電装置２１の最大蓄電量ＳＯＣｍａｘと、複数の駅間または路線全体を走行する中で回生ブレーキにより想定される蓄電装置への最大の充電電力量、すなわち充電ＳＯＣ値との差分をもって、ＳＯＣｒを設定してもよい。

１…直流電源、２…インバータ装置、３…直流電車線、４…パンタグラフ、
５…平滑リアクトル、６…蓄電装置に並列接続された平滑コンデンサ、
７…直流電源に並列接続された平滑コンデンサ、８…交流電動機、９…接地、
１１…制御装置、２１…蓄電装置、３１Ａ…キャリアＡ、３１Ｂ…キャリアＢ、
３２…変調波Ｖｃ、３３…変調波Ｖｃの中心、３４…出力パルス、５１…乗算器、
５２Ａ、５２Ｂ…制限器、ａ…変調波振幅、Ｅｂ…蓄電装置２１の電圧、
Ｅｃｆ…直流電源１の電圧、оｆｓｂ…変調波Ｖｃの中心３３のオフセット量、
оｆｓｂｍａｘ…変調波Ｖｃの中心３３のオフセット量の最大値、
оｆｓｂ０…変調波Ｖｃの中心３３の中間オフセット量、
Ｒ１…回生昇圧動作有効・蓄電装置最大利用モード領域、
Ｒ２…回生昇圧動作有効・電力配分比例制御モード領域、
ＳＯＣ…蓄電装置２１の蓄電量、
ＳＯＣｒ…最大電力配分判定基準用に使用する蓄電装置２１の蓄電量、
ＳＯＣｍａｘ…蓄電装置２１の使用可能なＳＯＣ上限、
ＳＯＣｍｉｎ…蓄電装置２１の使用可能なＳＯＣ下限、Ｔｕ１…第１の電流制御手段、
Ｔｕ２…第２の電流制御手段、Ｔｕ３…第３の電流制御手段、
Ｔｕ４…第４の電流制御手段、Ｔｖ１…第５の電流制御手段、
Ｔｖ２…第６の電流制御手段、Ｔｖ３…第７の電流制御手段、
Ｔｖ４…第８の電流制御手段、Ｔｗ１…第９の電流制御手段、
Ｔｗ２…第１０の電流制御手段、Ｔｗ３…第１１の電流制御手段、
Ｔｗ４…第１２の電流制御手段、Ｖｃ…インバータ装置２の変調波

Claims (7)

1. 直流電源および当該直流電源と直列に接続した蓄電装置により、高圧側となる第一の電位、低圧側となる第二の電位および前記直流電源と前記蓄電装置との接続点に生じる第三の電位の３つの電位を有する電源と、
   一方向に流れる電流を導通または遮断する電流制御素子および前記電流制御素子と並列に接続して当該電流制御素子と逆方向に電流を導通させる整流素子を組み合わせた電流制御手段を複数個有し、前記電源から供給される直流電力を三相交流電力に変換して交流電動機を駆動するインバータ装置と、
   前記インバータ装置および前記蓄電装置の運転を制御する制御装置と
   を備え、
   前記制御装置は、前記交流電動機の回生ブレーキ時に発生する回生電力に対して、前記蓄電装置の蓄電量が所定値未満の場合には当該回生電力を前記蓄電装置に全て充電し、前記蓄電装置の蓄電量が当該所定値以上の場合には当該回生電力を前記蓄電装置に充電する電力分と前記直流電源に負担させる電力分とに分配する
   ことを特徴とする電力変換装置。
2. 請求項１に記載の電力変換装置であって、
   前記制御装置は、前記蓄電装置の蓄電量が前記所定値以上の場合には、前記蓄電装置の蓄電量が高くなるほど、前記回生電力から、前記蓄電装置へ分配する電力割合を減少させると共に、前記直流電源へ分配する電力割合を増加させる
   ことを特徴とする電力変換装置。
3. 請求項１または２に記載の電力変換装置であって、
   前記所定値は、前記蓄電装置の最大蓄電量と前記交流電動機の回生ブレーキにより予測される前記蓄電装置への充電電力量との差分に基づいて設定する
   ことを特徴とする電力変換装置。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の電力変換装置であって、
   前記インバータ装置は、前記制御装置がＰＷＭ変調により生成する出力パルスにより駆動され、
   前記制御装置は、前記ＰＷＭ変調に用いる変調波信号の中心レベルのオフセット量を、前記蓄電装置の最大蓄電量と当該蓄電装置の現在の蓄電量との偏差分および当該オフセット量の最大値に基づいて決定する
   ことを特徴とする電力変換装置。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の電力変換装置は、鉄道車両の駆動用電力変換装置である
   ことを特徴とする鉄道車両の電力変換装置。
6. 請求項５に記載の鉄道車両の電力変換装置であって、
   前記交流電動機の回生ブレーキとは、前記鉄道車両が一駅間あるいは複数の駅間を走行する場合に発生する回生ブレーキである
   ことを特徴とする鉄道車両の電力変換装置。
7. 請求項６に記載の鉄道車両の電力変換装置であって、
   前記所定値を、前記蓄電装置の最大蓄電量と前記鉄道車両が複数の駅間または路線全体を走行する中で回生ブレーキにより予測される前記蓄電装置への最大の充電電力量との差分に基づいて設定する
   ことを特徴とする鉄道車両の電力変換装置。

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