JP2023042118A - Power converter control device and control method - Google Patents

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友美 金沢
Tomomi Kanazawa
直希 國廣
Naoki Kunihiro
渉 初瀬
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Abstract

To suppress overvoltage of a DC-side voltage of a power converter by controlling a torque command value for an electric motor during regenerative operation, so that stable regenerative operation is performed.SOLUTION: A power converter control device includes a control unit that outputs a switching command to a power converter for driving an electric motor on the basis of a torque command value for the electric motor, and a regenerative operation unit that corrects the torque command value by outputting a torque operation amount to the control unit during regenerative operation of the electric motor. In the case where a detection value of the DC voltage of the power converter is greater than a DC voltage target value, the regenerative operation unit outputs the torque operation amount to adjust the torque command value to a power running torque command value which is such an infinitesimal value that the electric motor cannot perform a power running operation.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、電力変換器の制御装置および制御方法に関し、特に、鉄道車両用電力変換器に対して好適である。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a power converter control device and control method, and is particularly suitable for power converters for railway vehicles.

鉄道車両は、回生運転時、モータを発電機として動作させ、発電した電力を架線に戻して他の列車の加速に使用するなど、電力の有効活用を図っている。しかし、自車両の周辺に負荷車両(力行運転車両)が少ない、または、他の負荷車両が回生して架線電圧が高くなっている状態で、回生ブレーキを掛けると、架線電圧とFC(Filter Capacitor:フィルタコンデンサ)電圧を上昇させることとなり、過電圧に至る。 During regenerative operation, railcars operate their motors as generators, return the generated electric power to overhead lines, and use it to accelerate other trains, thereby making effective use of electric power. However, when there are few load vehicles (power running vehicles) around the own vehicle, or when other load vehicles are regenerating and the overhead wire voltage is high, if the regenerative brake is applied, the overhead wire voltage and FC (Filter Capacitor) : filter capacitor) will increase the voltage, leading to overvoltage.

そのため、鉄道車両用電力変換器(インバータ)の制御装置では、制御装置が備えるFC電圧検出器によって検出した電圧値が、FC電圧目標値を超えた場合には、回生ブレーキトルクを絞り込むようにトルク操作量を演算する軽負荷回生制御を備えている。 Therefore, in a control device for a power converter (inverter) for railway vehicles, when the voltage value detected by the FC voltage detector provided in the control device exceeds the FC voltage target value, torque is applied to reduce the regenerative braking torque. It is equipped with light load regeneration control that calculates the amount of operation.

回生電力を消費する電力機器がない無負荷状態では、軽負荷回生制御により回生ブレーキトルクをゼロまで絞り込む無負荷回生状態となる。この無負荷回生状態においては、軽負荷回生制御によるトルク操作後のトルク指令値はゼロとしていても、実際には、PWM(Pulse Width Modulation:パルス幅変調)制御を起因とする電圧出力誤差、CT(Current Transformer:電流検出器)による電流検出誤差およびDCPT(Direct Current Potential Transformer:直流電圧検出器)による電圧検出誤差、さらには、モータ損失分によるトルク誤差の影響を受け、動作中に数Nm程度のブレーキトルクが発生し、過電圧検知に至る可能性がある。 In a no-load state in which there is no power equipment that consumes regenerative power, a no-load regenerative state in which the regenerative braking torque is reduced to zero by light-load regenerative control. In this no-load regeneration state, even if the torque command value after the torque operation by the light load regeneration control is set to zero, in reality, there is a voltage output error, CT (Current Transformer: current detector), voltage detection error by DCPT (Direct Current Potential Transformer: DC voltage detector), torque error due to motor loss, and several Nm during operation. of braking torque is generated, which may lead to overvoltage detection.

上記した回生運転時の過電圧を防止するという課題に対しては、様々な改良技術が提案されている。
特許文献1には、回生運転時に、検出したFC電圧がFC電圧目標値を超えた場合に、トルク電流指令を絞り込むことで、電圧値を所定のFC電圧目標値に一致させ、過電圧を防止する技術が開示されている。
Various improvement techniques have been proposed for the problem of preventing overvoltage during regenerative operation.
In Patent Document 1, when the detected FC voltage exceeds the FC voltage target value during regenerative operation, the torque current command is narrowed down to match the voltage value with a predetermined FC voltage target value, thereby preventing overvoltage. Techniques are disclosed.

また、特許文献2には、回生運転時に、FC電圧に応じて周波数調整量を計算し、周波数調整量が正の場合、モータを回生状態から力行状態へ移行させ、過電圧を防止する技術が開示されている。 In addition, Patent Document 2 discloses a technique that calculates a frequency adjustment amount according to the FC voltage during regenerative operation, and if the frequency adjustment amount is positive, shifts the motor from the regeneration state to the power running state to prevent overvoltage. It is

特開2004-88974号公報JP-A-2004-88974 米国特許第7126297号明細書U.S. Pat. No. 7,126,297

本願発明者らは、回生運転時の過電圧防止を目的に鋭意検討した結果、次の知見を得るに至った。
特許文献1に記載の技術は、電圧検出部によって検出された電圧値に基づいて、軽負荷回生制御トルク電流値を演算し、当該電圧値がFC電圧目標値を超えると、軽負荷回生制御演算手段は、軽負荷回生制御トルク電流値を出力するため、トルク電流指令を絞り込む機能を持つ。これにより、電圧検出手段によって検出される電圧値を所定のFC電圧目標値に一致させることが可能となり、その結果、架線電圧を安定化させることを特徴とするものである。
The inventors of the present application made extensive studies with the aim of preventing overvoltage during regenerative operation, and as a result, obtained the following knowledge.
The technology described in Patent Document 1 calculates the light load regeneration control torque current value based on the voltage value detected by the voltage detection unit, and when the voltage value exceeds the FC voltage target value, the light load regeneration control calculation is performed. The means has a function of narrowing down the torque current command in order to output the light load regeneration control torque current value. As a result, the voltage value detected by the voltage detection means can be matched with the predetermined FC voltage target value, and as a result, the overhead line voltage is stabilized.

しかし、FC電圧目標値と一致した時点で、軽負荷回生制御のトルク操作後のトルク指令値はゼロとしていても、PWMモード起因の電流検出誤差、DCPTの検出誤差およびモータ損失分により、動作中に数Nm程度のブレーキトルクが発生し、過電圧検知に至る可能性があるという課題がある。 However, when it matches the FC voltage target value, even if the torque command value after the torque operation of the light load regeneration control is set to zero, due to the current detection error due to the PWM mode, the DCPT detection error and the motor loss, during operation There is a problem that a brake torque of about several Nm is generated at the time, which may lead to overvoltage detection.

また、特許文献2に記載の技術は、回生運転時に、FC電圧に応じて出力周波数を計算し、FC電圧が上昇している場合は力行動作を行うことを特徴とするものである。 Further, the technique described in Patent Document 2 is characterized by calculating the output frequency according to the FC voltage during regenerative operation, and performing power running operation when the FC voltage is rising.

しかし、過電圧検知に至る電圧に関係なく、FC電圧が上昇している場合に力行状態へ移行するため、回生電力を最大限利用できないという課題がある。 However, there is a problem that regenerative power cannot be utilized to the maximum extent because the system shifts to the power running state when the FC voltage is rising regardless of the voltage leading to overvoltage detection.

そこで、本発明は、上記の点を考慮してなされたものであり、軽負荷回生制御中に、軽負荷回生制御のFC電圧目標値を超え、数Nm程度のブレーキトルクが発生した場合に、微小な力行トルクを出力するように操作量のパターンを変更することで、回生運転時に回生電力を最大限利用しつつ、過電圧を防止する技術を提供することを目的とする。 Therefore, the present invention has been made in consideration of the above points. It is an object of the present invention to provide a technique for preventing overvoltage while maximally utilizing regenerative electric power during regenerative operation by changing the pattern of the manipulated variable so as to output minute power running torque.

上記した課題を解決するために、代表的な本発明に係る電力変換器の制御装置の一つは、電動機に対するトルク指令値に基づいて当該電動機を駆動する電力変換器に対してスイッチング指令を出力する制御部と、制御部に対して電動機の回生運転時にトルク操作量を出力してトルク指令値を補正する回生時操作部とを備え、回生時操作部は、電力変換器の直流電圧検出値が直流電圧目標値を超えている場合に、トルク指令値を電動機が力行運転に至らない微小な値の力行トルク指令値とするトルク操作量を出力するものである。 In order to solve the above-described problems, one typical power converter control device according to the present invention outputs a switching command to a power converter that drives the electric motor based on a torque command value for the electric motor. and a regeneration operation unit that outputs a torque operation amount to the control unit during regenerative operation of the electric motor to correct the torque command value. exceeds the DC voltage target value, the torque operation amount is output so that the torque command value is a very small powering torque command value that does not cause the motor to power.

本発明によれば、例えば、鉄道車両が回生運転時に周辺に負荷車が少ない、または、他の負荷車が回生して架線電圧が高くなっている状態でも、過電圧の発生を防止し、回生電力を最大限活用して運転することができる。
上記した以外の課題、構成および効果は、以下の実施をするための形態における説明により明らかにされる。
According to the present invention, for example, when a railway vehicle is in regenerative operation, there are few load cars in the vicinity, or even in a state where other load cars are regenerating and the overhead line voltage is high, the generation of overvoltage is prevented and regenerative power is generated. can be driven to the maximum.
Problems, configurations, and effects other than those described above will be clarified by the description in the following embodiments.

本発明に係る電気車の駆動部およびその制御装置の構成例を示すブロック図である。1 is a block diagram showing a configuration example of a driving unit of an electric vehicle and its control device according to the present invention; FIG. 架線とLCフィルタ回路とを含めた等価的な回路を示す図である。It is a figure which shows the equivalent circuit containing an overhead wire and an LC filter circuit. 実施例1の軽負荷回生操作量演算部の入出力態様を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing an input/output mode of a light load regeneration manipulated variable calculation unit according to the first embodiment; 軽負荷回生制御(比例制御)の操作量テーブルの一例を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing an example of a manipulated variable table for light load regeneration control (proportional control); 軽負荷回生制御(比例制御)の操作量テーブルの変形例を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing a modified example of a manipulated variable table for light load regenerative control (proportional control); 実施例2の軽負荷回生操作量演算部の入出力態様を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing an input/output mode of a light load regeneration manipulated variable calculation unit of Example 2; 実施例1および実施例2における電圧検出値およびブレーキトルク指令の特性の一例を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing an example of characteristics of a voltage detection value and a brake torque command in Examples 1 and 2; 実施例2に係る制御装置にPI制御を使用した一例を示すブロック図である。FIG. 11 is a block diagram showing an example of using PI control for the control device according to the second embodiment; 実施例3に係る制御装置の一例を示すブロック図である。FIG. 11 is a block diagram showing an example of a control device according to Example 3; 実施例4に係る制御装置の一例を示すブロック図である。FIG. 12 is a block diagram showing an example of a control device according to a fourth embodiment; FIG.

以下、図面を参照して、本発明を実施するための形態として、実施例1から4について説明する。なお、これら実施例により本発明が限定されるものではない。また、図面の記載において、同一部分には同一の符号を付して示す。 Hereinafter, Examples 1 to 4 will be described as modes for carrying out the present invention with reference to the drawings. It should be noted that the present invention is not limited by these examples. Moreover, in the description of the drawings, the same parts are denoted by the same reference numerals.

図1は、本発明に係る電気車の駆動部およびその制御装置の構成例を示すブロック図である。
図1において、架線107は、パンタグラフ108、直流フィルタリアクトル106を介して、直流フィルタコンデンサ105の正側電位点に接続される。また、直流フィルタコンデンサ105の負側電位点は、車輪109を介して、レール110に接地される。また、図の左側に、上記の構成を搭載した電気車111を模式的に示す。
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration example of an electric vehicle driving unit and its control device according to the present invention.
In FIG. 1 , overhead wire 107 is connected to the positive potential point of DC filter capacitor 105 via pantograph 108 and DC filter reactor 106 . Also, the negative side potential point of DC filter capacitor 105 is grounded to rail 110 via wheel 109 . Also, the left side of the drawing schematically shows an electric car 111 equipped with the above configuration.

電力変換器102は、直流フィルタコンデンサ105の正側電位点と負側電位点との間に接続され、架線107からの直流電力を交流電力に変換し、電動機103に供給して電動機103を駆動する。 The power converter 102 is connected between the positive side potential point and the negative side potential point of the DC filter capacitor 105, converts the DC power from the overhead wire 107 into AC power, and supplies the AC power to the electric motor 103 to drive the electric motor 103. do.

制御装置101は、指令発生器113、軽負荷回生操作量演算部112およびベクトル制御部114で構成され、このベクトル制御部114からの出力により電力変換器102を制御する。 The control device 101 is composed of a command generator 113 , a light load regeneration manipulated variable calculator 112 and a vector controller 114 , and controls the power converter 102 based on the output from the vector controller 114 .

電力変換器102に入力される直流電圧または架線電圧を検出するために、図1では、電圧検出部104を直流フィルタコンデンサ105に設け、直流フィルタコンデンサ105にかかる直流電圧の検出電圧Ecfを、軽負荷回生操作量演算部112に入力する。 In order to detect the DC voltage or overhead line voltage input to the power converter 102, in FIG. It is input to the load regeneration operation amount calculation unit 112 .

相電流検出部115は、電力変換器102から電動機103に流れる交流電流iuおよびiwを検出する。この相電流検出部115は、例えば、ホール素子を用いた電流センサにより実現される。なお、図1では、U相とW相による2相検出としているが、U、VおよびW相のいずれか2相であればよく、また、3相検出としてもよい。検出電流iuおよびiwは、ベクトル制御部114に入力される。 Phase current detector 115 detects AC currents iu and iw flowing from power converter 102 to electric motor 103 . This phase current detection unit 115 is realized by, for example, a current sensor using a Hall element. In FIG. 1, two-phase detection is performed using the U phase and the W phase, but any two phases of the U, V, and W phases may be used, or three-phase detection may be performed. Detected currents iu and iw are input to vector control unit 114 .

指令発生器113は、電動機103のトルク指令値Tm*を発生する。
軽負荷回生操作量演算部112は、検出電圧Ecfの電圧値が目標値を越えた場合に、トルク指令値を補正するためのトルク操作量ΔTm*を演算して出力する。
A command generator 113 generates a torque command value Tm* for the electric motor 103 .
Light load regeneration manipulated variable calculation unit 112 calculates and outputs a torque manipulated variable ΔTm* for correcting the torque command value when the voltage value of the detected voltage Ecf exceeds the target value.

ベクトル制御部114は、相電流検出部115からの交流電流検出値IuおよびIwと、トルク指令値Tm*にトルク操作量ΔTm*を加算した値Tm**とに基づき、電力変換器102のスイッチング素子を駆動するためのスイッチング指令を生成して電力変換器102に入力する。
電力変換器102は、ベクトル制御部114が生成したスイッチング指令に基づいて、直流電力を3相交流電力に変換し、変換した3相交流電力を電動機103に供給する。
Vector control unit 114 performs switching of power converter 102 based on alternating current detection values Iu and Iw from phase current detection unit 115 and value Tm** obtained by adding torque operation amount ΔTm* to torque command value Tm*. A switching command for driving the elements is generated and input to the power converter 102 .
Power converter 102 converts DC power into three-phase AC power based on the switching command generated by vector control unit 114 , and supplies the converted three-phase AC power to electric motor 103 .

以上のような電気車制御装置において、電気車111が運行中にある速度から減速する場合には、レール110と車輪109との粘着力により回転力を与えられた電動機103は、発電機として動作する。この発電機動作により発生する直流電力は、直流フィルタコンデンサ105、直流フィルタリアクトル106およびパンタグラフ108を介して、架線107に回生電力として戻す。 In the electric train control apparatus as described above, when the electric train 111 decelerates from a certain speed during operation, the electric motor 103 which is given rotational force by the adhesive force between the rails 110 and the wheels 109 operates as a generator. do. The DC power generated by this generator operation is returned to overhead line 107 as regenerated power via DC filter capacitor 105, DC filter reactor 106 and pantograph .

図2は、架線107とLCフィルタ回路とを含めた等価的な回路を示す図である。
自車が回生時に、他車がどのような振舞いをしているかを模擬した回生負荷抵抗をRLとする。また、架線電圧は、3相交流電圧を全波整流して作られるため、ダイオードで記載している。
FIG. 2 is a diagram showing an equivalent circuit including overhead wire 107 and an LC filter circuit.
Let RL be a regenerative load resistance simulating how the other vehicle behaves during regeneration of the own vehicle. Also, since the overhead line voltage is produced by full-wave rectification of the three-phase AC voltage, the diode is shown.

架線を介して電気的に接続される他車が力行運転で大きな電力量を消費している状態では、回生負荷抵抗は十分に小さくなることから、自車が大きな回生電力を架線側に返しても架線電圧の上昇は発生しない。 When another vehicle that is electrically connected to the overhead wire consumes a large amount of power in power running mode, the regenerative load resistance becomes sufficiently small, so the own vehicle returns a large amount of regenerated power to the overhead wire. No increase in catenary voltage occurs.

一方で、架線を介して電気的に接続される他車が電力を消費していない状態では、回生負荷抵抗は大きな値となり、自車が回生電力を架線側に返した場合、自車の回生電流によって架線電圧の上昇を招く。さらに、上昇した架線電圧がある電圧値を超えると、過電圧保護のために電気車制御装置は停止する。 On the other hand, when other vehicles that are electrically connected via overhead lines do not consume power, the regenerative load resistance becomes a large value. The current causes an increase in overhead line voltage. Furthermore, when the elevated catenary voltage exceeds a certain voltage value, the electric car control system shuts down due to overvoltage protection.

図3は、実施例1の軽負荷回生操作量演算部112の入出力態様を示す図である。
軽負荷回生操作量演算部112は、架線電圧の過電圧保護に掛からないようにするために、電圧検出値Ecfに基づいて、電圧検出値Ecfが電圧目標値Ecf*を超えた場合に、軽負荷回生制御として回生ブレーキトルクを絞り込むためのトルク操作量ΔTm*を出力する。
FIG. 3 is a diagram showing an input/output mode of the light load regeneration manipulated variable calculator 112 of the first embodiment.
The light load regeneration operation amount calculation unit 112 detects the light load when the voltage detection value Ecf exceeds the voltage target value Ecf* based on the voltage detection value Ecf in order to prevent overvoltage protection of the overhead line voltage. A torque operation amount ΔTm* for narrowing down the regenerative braking torque is output as regenerative control.

電圧検出値Ecfが電圧目標値Ecf*と一致した時点で、軽負荷回生制御のトルク操作後のトルク指令値Tm**は、ゼロとなる。この時、PWMモード起因の電流検出誤差、DCPTの検出誤差およびモータ損失分により、動作中に数Nm程度のブレーキトルクが発生し、過電圧検知に至る可能性がある。 When the voltage detection value Ecf matches the voltage target value Ecf*, the torque command value Tm** after the torque operation of the light load regeneration control becomes zero. At this time, due to the current detection error caused by the PWM mode, the DCPT detection error, and the motor loss, a brake torque of several Nm is generated during operation, which may lead to overvoltage detection.

特に、鉄道車両用の電力変換器(インバータ)では、消費電力量の低減や回生電力の有効利用を目的にして、電圧利用率を高めるために電圧パルス数の少ない同期PWMモードにて駆動する特徴を持つ。一方で、電圧パルス数の少ない同期PWMモードでは、電流波形に含まれる高調波成分が大きくなりやすく、電流検出時の誤差が発生しやすいという側面もある。 In particular, power converters (inverters) for railway vehicles are driven in synchronous PWM mode with a small number of voltage pulses in order to increase the voltage utilization rate for the purpose of reducing power consumption and effectively using regenerated power. have. On the other hand, in the synchronous PWM mode, in which the number of voltage pulses is small, the harmonic component contained in the current waveform tends to increase, and an error tends to occur when detecting the current.

図4は、軽負荷回生制御(比例制御)の操作量テーブルの一例を示す図である。
図4に示すように、電圧検出値Ecfが電圧目標値Ecf*を超えた場合に(図4に示す、ii)、微小な力行トルク(図4に示す、b)を出力させるために、操作量のパターンを変更する。これにより、架線電圧の上昇を抑制し、過電圧を防止できる。ただし、この微小な力行トルクの出力により、車両が力行運転にまでは至らない。
FIG. 4 is a diagram showing an example of a manipulated variable table for light load regeneration control (proportional control).
As shown in FIG. 4, when the voltage detection value Ecf exceeds the voltage target value Ecf* (ii shown in FIG. 4), an operation Change the quantity pattern. As a result, an increase in overhead line voltage can be suppressed, and overvoltage can be prevented. However, due to the output of this minute powering torque, the vehicle does not reach powering operation.

また、上記の変更操作により架線電圧が絞り込まれた際、または、他車が力行動作を開始した結果架線電圧が低下した際には、電圧検出値Ecfに応じて再び回生トルクを出力する。
ここで、操作量テーブルついては、図4の形態に限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で、種々に変形して実施することが可能である。
Further, when the overhead wire voltage is reduced by the above change operation, or when the overhead wire voltage is lowered as a result of another vehicle starting power running operation, regenerative torque is output again according to the voltage detection value Ecf.
Here, the operation amount table is not limited to the form shown in FIG. 4, and can be modified in various ways without departing from the gist of the invention at the stage of implementation.

図5は、図4に示す軽負荷回生制御(比例制御)の操作量テーブルの変形例を示す図である。
図5に示す操作量テーブルは、先の図4に示す操作量テーブルと対比すると、電圧検出値Ecfが電圧目標値Ecf*を超えた場合に(図5に示す、ii)、微小な力行トルク(図5に示す、b)を出力させる点は同じであるが、その点に至るまでの操作量のカーブが異なる。例えば、実線の二次曲線のように制御すれば、トルクを早く絞り込むことが可能となる。一方で、点線の二次曲線のように制御すれば、回生電力を有効活用することが可能である。
FIG. 5 is a diagram showing a modified example of the manipulated variable table for light load regeneration control (proportional control) shown in FIG.
5, when the voltage detection value Ecf exceeds the voltage target value Ecf* (ii shown in FIG. 5), when the operation amount table shown in FIG. Although the point of outputting (b) shown in FIG. 5 is the same, the curve of the manipulated variable up to that point is different. For example, if the control is performed like the solid quadratic curve, the torque can be quickly reduced. On the other hand, it is possible to make effective use of the regenerative electric power by controlling as indicated by the dotted quadratic curve.

以上、実施例1によれば、鉄道車両が回生運転時に周辺に負荷車が少ない状態、または、他の負荷車の回生により架線電圧が高くなっている状態でも、演算負荷が少ないシンプルな構成で、過電圧の発生を防止し、安定して回生運転することができる。 As described above, according to the first embodiment, even when there are few load cars in the vicinity during regenerative operation of the railway vehicle, or when the overhead line voltage is high due to the regeneration of other load cars, the simple configuration with little computational load can be used. , the occurrence of overvoltage can be prevented, and regenerative operation can be stably performed.

実施例2は、実施例1と異なり、電圧目標値Ecf*と電圧検出値Ecfとの差に応じてトルク操作量を出力するものである。
以下では、実施例1との相違点を中心に説明する。
Unlike the first embodiment, the second embodiment outputs the torque manipulated variable according to the difference between the voltage target value Ecf* and the voltage detection value Ecf.
In the following, differences from the first embodiment will be mainly described.

図6は、実施例2の軽負荷回生操作量演算部112の入出力態様を示す図である。
実施例2は、軽負荷回生操作量演算部112が、電圧目標値Ecf*から電圧検出部104によって検出される電圧検出値Ecfを減算した差分に応じて、トルク操作量ΔTm*を演算して出力する。その際、軽負荷回生操作量演算部112は、電圧検出値Ecfが電圧目標値Ecf*を越えた場合に、電圧検出値Ecfが電圧目標値Ecf*に一致するように制御する。これにより、架線電圧をある一定値に絞り込ませるようにしている。
FIG. 6 is a diagram showing an input/output mode of the light load regeneration manipulated variable calculator 112 of the second embodiment.
In the second embodiment, the light load regeneration manipulated variable calculation unit 112 calculates the torque manipulated variable ΔTm* according to the difference obtained by subtracting the voltage detection value Ecf detected by the voltage detection unit 104 from the voltage target value Ecf*. Output. At this time, when the voltage detection value Ecf exceeds the voltage target value Ecf*, the light load regeneration operation amount calculation unit 112 controls the voltage detection value Ecf to match the voltage target value Ecf*. As a result, the overhead wire voltage is narrowed down to a certain constant value.

図7は、実施例1および実施例2における電圧検出値およびブレーキトルク指令の特性の一例を示す図である。
図7の(a)は、実施例1による軽負荷回生制御(比例制御)の操作量テーブル(下側)および電圧検出値Ecf(上側)を示す図で、図7の(b)は、実施例2による軽負荷回生制御(PI制御)のブレークトルク指令(下側)および電圧検出値ECF(上側)を示す図である。
FIG. 7 is a diagram showing an example of characteristics of a voltage detection value and a brake torque command in Examples 1 and 2. FIG.
(a) of FIG. 7 is a diagram showing a manipulated variable table (lower side) and a voltage detection value Ecf (upper side) of light load regeneration control (proportional control) according to the first embodiment, and (b) of FIG. FIG. 9 is a diagram showing a break torque command (lower side) and a voltage detection value ECF (upper side) in light load regeneration control (PI control) according to example 2;

実施例2では、電圧検出値Ecfが電圧目標値Ecf*を越えるまでは、ブレーキトルク指令を絞り込まず、過電圧にならない範囲で高い電圧に維持する。これにより、実施例1と比較して、回生電力を最大限利用することができる(図7の(b)でハッチングした部分)。 In the second embodiment, the brake torque command is not narrowed down until the voltage detection value Ecf exceeds the voltage target value Ecf*, and the voltage is maintained at a high voltage within a range that does not cause an overvoltage. As a result, compared with the first embodiment, it is possible to make maximum use of the regenerative electric power (the hatched portion in FIG. 7(b)).

図8は、実施例2に係る制御装置にPI制御を使用した一例を示すブロック図である。また、実施例2では、実施例1と比べて最大力行トルク設定部116を追加している。
軽負荷回生操作量演算部112から、軽負荷回生制御としてのトルク操作量ΔTm*が出力される。このトルク操作量ΔTm*を指令発生器113から出力されたトルク指令値Tm*に加算した値Tm**と、軽負荷回生時に出力する最大力行トルク設定部116で設定された力行トルクbとを比較し、小さい方(MIN)がトルク補償量として出力される。
FIG. 8 is a block diagram showing an example of using PI control for the control device according to the second embodiment. Moreover, in the second embodiment, a maximum powering torque setting unit 116 is added as compared with the first embodiment.
Light load regeneration operation amount calculation unit 112 outputs torque operation amount ΔTm* as light load regeneration control. A value Tm** obtained by adding this torque operation amount ΔTm* to the torque command value Tm* output from the command generator 113, and the power running torque b set by the maximum power running torque setting unit 116 output during light load regeneration are calculated. The smaller one (MIN) is output as the torque compensation amount.

以上のとおり、実施例2によれば、鉄道車両が回生運転時に周辺に負荷車が少ない状態、または、他の負荷車の回生により架線電圧が高くなっている状態でも、過電圧の発生を防止し、回生電力を最大限利用しつつ安定して回生運転することができる。 As described above, according to the second embodiment, when the railway vehicle is in regenerative operation, even in a state where there are few load cars in the vicinity, or in a state where the overhead line voltage is high due to regeneration of other load cars, overvoltage is prevented. , stable regenerative operation can be performed while maximizing the regenerative electric power.

また、上記した実施例2では、PI制御について説明したが、これに限らず、PID制御でもよい。また、出力する最大力行トルクをMINで制限しているが、リミットやテーブルで制限してもよい。これらは、後述する実施例3および実施例4においても同様である。 Also, in the above-described second embodiment, PI control has been described, but the present invention is not limited to this, and PID control may be used. Also, although the maximum powering torque to be output is limited by MIN, it may be limited by a limit or a table. These are the same in Examples 3 and 4, which will be described later.

実施例3は、複数回にわたって過電圧を検知した場合に、力行トルクを出力する量を増加させるものである。
以下では、実施例1および2との相違点を中心に説明する。
Example 3 increases the amount of power running torque output when overvoltage is detected a plurality of times.
In the following, differences from the first and second embodiments will be mainly described.

図9は、実施例3に係る制御装置の一例を示すブロック図である。実施例3では、最大力行トルク設定部116による力行トルク設定が変更可能である点が、実施例1および2と異なる。 FIG. 9 is a block diagram illustrating an example of a control device according to the third embodiment; The third embodiment differs from the first and second embodiments in that the powering torque setting by the maximum powering torque setting unit 116 can be changed.

軽負荷回生時に出力する最大力行トルク設定部116で設定された最大力行トルクの初期値bは、事前に設定されている。この時、必要以上の力行トルクが出力されると、回生から力行への切り替え時に制御が不安定化する可能性があるため、必要最低限の力行トルクを設定しておく必要がある。 The initial value b of the maximum powering torque set by the maximum powering torque setting unit 116 to be output during light load regeneration is set in advance. At this time, if power running torque more than necessary is output, the control may become unstable when switching from regeneration to power running, so it is necessary to set the minimum required power running torque.

しかし、電動機の温度変化、電動機の個体ばらつき、CTやDCPTなどの検出器の温度変動などにより、必要な力行トルクの値が変化し、過電圧を検知してしまう可能性がある。 However, there is a possibility that the required powering torque value will change due to changes in the temperature of the motor, variations in individual motors, temperature fluctuations in detectors such as CT and DCPT, and overvoltage may be detected.

そのため、軽負荷回生制御中に、複数回にわたって過電圧を検知した場合、最大力行トルクbを増加させる。また、過電圧の発生頻度や状況によっても、最大力行トルクbを変更する。 Therefore, when overvoltage is detected multiple times during light load regeneration control, the maximum powering torque b is increased. Also, the maximum powering torque b is changed depending on the occurrence frequency and situation of overvoltage.

以上のとおり、実施例3によれば、電動機の温度変化、計測機器の誤差および電動機の個体ばらつきなどにより、必要な力行トルクの値が変化した場合にも、最大力行トルクを増加させる。これにより、過電圧の発生を防止し、安定して回生運転することができる。 As described above, according to the third embodiment, the maximum powering torque is increased even when the required powering torque value changes due to changes in the temperature of the motor, errors in measurement equipment, individual variations in the motors, and the like. As a result, generation of overvoltage can be prevented, and regenerative operation can be stably performed.

実施例4は、実施例3で示す過電圧を検知した場合だけでなく、温度情報も使用して、最大力行トルクbを変更するものである。
以下では、実施例3との相違点を中心に説明する。
The fourth embodiment changes the maximum powering torque b not only when overvoltage is detected as in the third embodiment, but also by using temperature information.
In the following, differences from the third embodiment will be mainly described.

図10は、実施例4に係る制御装置の一例を示すブロック図である。
過電圧検知情報には別に温度情報も使用することで、電動機およびCTやDCPTなどの検出器の温度変動の少なくともいずれかの温度変動によって必要な力行トルクの値が変化することに対しても、過電圧検知を事前に防止できる。
FIG. 10 is a block diagram illustrating an example of a control device according to the fourth embodiment;
By using temperature information separately for the overvoltage detection information, overvoltage can be detected even if the required powering torque value changes due to at least one of the temperature fluctuations of the electric motor and detectors such as CT and DCPT. Detection can be prevented in advance.

過電圧検知情報と温度情報とでは温度情報を主として使用し、また、温度情報を単独で使用してもよい。なお、使用する温度情報としては、外部センサによる検知信号や機器内部の推定値を使用するが、これらに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で、種々に変形して実施することが可能である。 The temperature information is mainly used as the overvoltage detection information and the temperature information, and the temperature information may be used alone. As the temperature information to be used, a detection signal from an external sensor or an estimated value inside the device is used. It is possible to implement.

以上のとおり、実施例4によれば、電動機の温度変化により電動機の定数が変化しても、出力する力行トルクを調整することで、過電圧の発生を防止し、安定して回生運転することができる。 As described above, according to the fourth embodiment, even if the constant of the electric motor changes due to a change in the temperature of the electric motor, by adjusting the output powering torque, generation of overvoltage can be prevented and stable regenerative operation can be performed. can.

以上、本発明の各実施例について説明したが、本発明は、上述した各実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。 Although the respective embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above-described respective embodiments, and various modifications can be made without departing from the gist of the present invention.

101 制御装置、102 電力変換器、103 電動機、104 電圧検出部、
105 直流フィルタコンデンサ、106 直流フィルタリアクトル、107 架線、
108 パンタグラフ、109 車輪、110 レール、111 電気車、
112 軽負荷回生操作量演算部、113 指令発生器、114 ベクトル制御部、
115 相電流検出部、116 最大力行トルク設定部
101 control device, 102 power converter, 103 electric motor, 104 voltage detector,
105 DC filter capacitor, 106 DC filter reactor, 107 overhead wire,
108 pantograph, 109 wheel, 110 rail, 111 electric car,
112 light load regeneration operation amount calculation unit, 113 command generator, 114 vector control unit,
115 phase current detector, 116 maximum powering torque setting unit

Claims (9)

電動機に対するトルク指令値に基づいて当該電動機を駆動する電力変換器に対してスイッチング指令を出力する制御部と、
前記制御部に対して前記電動機の回生運転時にトルク操作量を出力して前記トルク指令値を補正する回生時操作部と
を備え、
前記回生時操作部は、前記電力変換器の直流電圧検出値が直流電圧目標値を超えている場合に、前記トルク指令値を前記電動機が力行運転に至らない微小な値の力行トルク指令値とする前記トルク操作量を出力する
ことを特徴とする電力変換器の制御装置。
a control unit that outputs a switching command to a power converter that drives the electric motor based on a torque command value for the electric motor;
a regeneration operation unit that outputs a torque operation amount to the control unit during regenerative operation of the electric motor to correct the torque command value;
When the DC voltage detection value of the electric power converter exceeds a DC voltage target value, the regeneration operation unit treats the torque command value as a powering torque command value of a minute value that does not cause the motor to power running. A control device for a power converter, characterized in that it outputs the torque manipulated variable.
請求項1に記載の電力変換器の制御装置であって、
前記回生時操作部は、前記直流電圧検出値が前記直流電圧目標値に至るまでは、前記トルク指令値の変化率を前記直流電圧検出値の大きさに基づいて、一定または変化させる
ことを特徴とする電力変換器の制御装置。
A power converter control device according to claim 1,
The regenerative operating unit is characterized in that the rate of change of the torque command value is kept constant or varied based on the magnitude of the DC voltage detection value until the DC voltage detection value reaches the DC voltage target value. A control device for a power converter.
請求項1または2に記載の電力変換器の制御装置であって、
前記回生時操作部は、前記直流電圧目標値と前記直流電圧検出値との差に応じて前記トルク操作量を出力し、当該トルク操作量は、前記直流電圧検出値が前記直流電圧目標値を越えるまでは、前記トルク指令値を絞り込まずに、前記直流電圧検出値が過電圧にならない範囲で高い電圧に維持する操作量である
ことを特徴とする電力変換器の制御装置。
The power converter control device according to claim 1 or 2,
The regeneration operation unit outputs the torque operation amount according to a difference between the DC voltage target value and the DC voltage detection value, and the torque operation amount is such that the DC voltage detection value is equal to the DC voltage target value. A control device for a power converter, wherein the operation amount is such that the DC voltage detection value is maintained at a high voltage within a range in which the DC voltage detection value does not become an overvoltage until the torque command value is exceeded.
請求項1から3のいずれか1項に記載の電力変換器の制御装置であって、
前記回生時操作部は、前記回生運転時に出力する最大力行トルクを設定し、前記トルク操作量が、前記最大力行トルクより小さいときは当該トルク操作量を出力し、前記最大力行トルク以上のときは当該最大力行トルクを出力する
ことを特徴とする電力変換器の制御装置。
A power converter control device according to any one of claims 1 to 3,
The regeneration operation unit sets a maximum powering torque to be output during the regeneration operation, outputs the torque operation amount when the torque operation amount is smaller than the maximum powering torque, and outputs the torque operation amount when it is equal to or higher than the maximum powering torque. A control device for a power converter, characterized by outputting the maximum powering torque.
請求項4に記載の電力変換器の制御装置であって、
前記回生時操作部は、前記直流電圧検出値の複数回にわたる過電圧発生を含む過電圧の発生頻度に応じて、前記最大力行トルクの設定を増加させる
ことを特徴とする電力変換器の制御装置。
A power converter control device according to claim 4,
The control device for a power converter, wherein the regeneration operation unit increases the setting of the maximum powering torque according to the frequency of occurrence of overvoltage including multiple overvoltage occurrences of the DC voltage detection value.
請求項4または5に記載の電力変換器の制御装置であって、
前記回生時操作部は、前記電動機の温度情報および前記電力変換器に設置する検出器の温度情報の少なくともいずれかに基づいて、前記最大力行トルクの設定を変更する
ことを特徴とする電力変換器の制御装置。
A power converter control device according to claim 4 or 5,
The power converter, wherein the regeneration operation unit changes the setting of the maximum powering torque based on at least one of temperature information of the electric motor and temperature information of a detector installed in the power converter. controller.
請求項1から6のいずれか1項に記載の電力変換器の制御装置を搭載する電気車。 An electric vehicle equipped with the power converter control device according to any one of claims 1 to 6. 電動機を駆動する電力変換器の制御方法であって、
前記電動機に対するトルク指令値にトルク操作量を操作した値に基づいて前記電力変換器に対するスイッチング指令を出力し、
前記電動機の回生運転時に、前記電力変換器の直流電圧検出値が直流電圧目標値を超えている場合には、前記トルク指令値を前記電動機が力行運転に至らない微小な値の力行トルク指令値とする前記トルク操作量を出力する
ことを特徴とする電力変換器の制御方法。
A control method for a power converter that drives an electric motor, comprising:
outputting a switching command to the electric power converter based on a value obtained by manipulating a torque operation amount to a torque command value for the electric motor;
When the DC voltage detection value of the electric power converter exceeds the DC voltage target value during regenerative operation of the electric motor, the torque command value is set to a minute powering torque command value that does not cause the electric motor to power running. A control method for a power converter, characterized in that the torque manipulated variable is output as .
請求項8に記載の電力変換器の制御方法であって、
前記トルク操作量を、前記直流電圧検出値の過電圧情報、前記電動機の温度情報および前記電力変換器に設置する検出器の温度情報の少なくともいずれか一つの情報に基づいて変更する
ことを特徴とする電力変換器の制御方法。
A power converter control method according to claim 8,
The torque operation amount is changed based on at least one of overvoltage information of the DC voltage detection value, temperature information of the electric motor, and temperature information of a detector installed in the power converter. A method of controlling a power converter.
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