JP3186495B2 - Power converter for AC electric vehicles - Google Patents

Power converter for AC electric vehicles

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JP3186495B2
JP3186495B2 JP05540495A JP5540495A JP3186495B2 JP 3186495 B2 JP3186495 B2 JP 3186495B2 JP 05540495 A JP05540495 A JP 05540495A JP 5540495 A JP5540495 A JP 5540495A JP 3186495 B2 JP3186495 B2 JP 3186495B2
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、交流を直流に、直流を
交流に変換する電力変換装置に係り、力率1の制御が可
能な交流電気車用電力変換装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a power converter for converting alternating current into direct current and direct current into alternating current, and more particularly to a power converter for an AC electric vehicle capable of controlling a power factor of one.

【0002】[0002]

【従来の技術】交流架線から電力が供給される交流電気
車の電力変換設備には、架線が接地(地絡故障)したこ
とを検出して、いちはやくき電系統をストップさせる距
離継電器がある。交流架線において変電所から遠方で接
地事故が発生した場合、架線のリアクタンス成分により
電流が制限されて、過電流を検出して接地事故を検出す
る過電流検出器が動作しない場合がある。そこで遠方の
接地事故を検出する為に距離継電器が採用されている。
この距離継電器は、架線のリアクタンス成分によって制
限された遅れ電流を検知することによって接地事故を検
出する。
2. Description of the Related Art A power conversion facility for an AC electric vehicle to which power is supplied from an AC overhead line includes a distance relay for detecting that the overhead line has been grounded (ground fault) and stopping the power system quickly. When a grounding accident occurs in an AC overhead line far from a substation, the current is limited by a reactance component of the overhead line, and an overcurrent detector that detects an overcurrent and detects a grounding accident may not operate. Therefore, a distance relay is employed to detect a distant grounding accident.
This distance relay detects a grounding accident by detecting a delay current limited by a reactance component of the overhead wire.

【0003】一方、交流き電区間を走行する電気車に搭
載される架線から受電した交流を直流に変換する電力変
換器として、ダイオードブリッジにより交直変換するも
の(回生作用はない)、サイリスタブリッジにより交流
の位相を制御し直流の電圧制御を行う他励コンバータ
(回生作用有)及び自己消弧形半導体素子を用いてPW
M制御を施すことにより力率1を実現する力行・回生の
可逆運転が可能な自励コンバータが用いられている。こ
の自励コンバータは、特開昭62−123961号公報に記載さ
れている。
[0003] On the other hand, as a power converter for converting alternating current received from an overhead line mounted on an electric vehicle traveling in an alternating current feeding section into direct current by means of a diode bridge (without regenerative action) or a thyristor bridge. PW using a separately-excited converter (with regenerative action) and a self-extinguishing type semiconductor element that controls the AC phase and controls the DC voltage
A self-excited converter capable of reversible operation of powering and regenerative realizing a power factor of 1 by performing M control is used. This self-excited converter is described in JP-A-62-213961.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】現在の交流電車の電力
変換器の主流を占めているものは他励コンバータであ
る。近年、GTO(ゲートターンオフサイリスタ)やI
GBT(インレーテッドゲートバイポーラトランジス
タ)などの大容量自己消弧形半導体スイッチング素子の
発達に伴い自励コンバータが採用され始めている。この
自励コンバータの採用に伴って、前述の距離継電器が誤
動作してしまう可能性がでてきた。
[SUMMARY OF THE INVENTION] those who are occupied Umate mainstream of the power converter of the current of the AC train is separately excited converter. In recent years, GTO (gate turn-off thyristor) and I
GBT is self-excited converter with the development of large-capacity self-extinguishing semiconductor switching elements, such as (in-scan Federated gate bipolar transistor) is beginning to be adopted. With the adoption of this self-excited converter, there is a possibility that the above-mentioned distance relay may malfunction.

【0005】本発明の目的は、距離継電器の誤動作を防
止し得る交流電気車の制御装置を提供することにある。
An object of the present invention is to provide a control device for an AC electric vehicle which can prevent a malfunction of a distance relay.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】上記目的は、架線の地絡
事故を検出するため距離継電器が設置される交流き電路
線で、且つ他励コンバータにより交流を直流に変換する
機能を有する交流電気車が走行する路線で走行され、交
流側が変圧器を介して接続され、直流側が電気車駆動用
電動機制御装置に接続され、直流電圧を所定値に制御
し、力率を“1”に制御可能な自励コンバータ(パルス
幅変調コンバータ)からなる交流電気車の電力変換装置
において、前記自励コンバータの交流電気車の回生運転
による前記距離継電器の誤動作を防止するように、前記
自励コンバータの交流電気車の回生運転時に力率を“−
1”から遅れ側に制御させる手段を備えることにより達
成される。
The object of the present invention is to provide a ground fault for an overhead line.
AC feeder where distance relays are installed to detect accidents
Convert AC to DC by wire and separately excited converter
The vehicle is driven on a route on which
The flow side is connected via a transformer, and the DC side is for driving electric vehicles
Connected to the motor control device to control the DC voltage to a specified value
And a self-excited converter (pulse
Power converter for AC electric vehicles
In the regenerative operation of the AC electric vehicle of the self-excited converter
To prevent malfunction of the distance relay due to the
The power factor of the self-excited converter
This is achieved by providing means for controlling the delay from 1 "to the delay side .

【0007】[0007]

【作用】距離継電器は、遠方の架線接地事故を検出する
ため無効電流を検出するようになっている。一方、他励
コンバータの力率は約0.75 であり、自励コンバータ
のそれは1である。他励コンバータ式電気車の力行中、
自励コンバータ電気車が回生運転をしている場合を想定
する。自励コンバータの力率は1であるから他励コンバ
ータがとる電流の有効成分は自励コンバータから供給さ
れる。他励コンバータがとる残りの無効成分は自励コン
バータは出力しないので変電所から供給されることにな
る。このとき変電所の距離継電器は、この無効電流を検
出し接地事故と判断してしまう。上記回生時に力率を低
下させる手段は、有効電流のみならず無効電流も架線に
供給するので、変電所が供給していた無効電流が距離継
電器の不動作領域まで低下する。従って、距離継電器の
誤動作の可能性が低減される。
The distance relay detects a reactive current in order to detect a distant overhead wire grounding accident. On the other hand, the power factor of the separately-excited converter is about 0.75, and that of the self-excited converter is 1. During power running of a separately excited converter type electric car,
It is assumed that the self-excited converter electric vehicle is performing regenerative operation. Since the power factor of the self-excited converter is 1, the effective component of the current taken by the separately-excited converter is supplied from the self-excited converter. The remaining inactive components taken by the separately-excited converter are supplied from the substation because the self-excited converter does not output. At this time, the distance relay at the substation detects this reactive current and determines that a grounding accident has occurred. Since the means for lowering the power factor during the regeneration supplies not only the active current but also the reactive current to the overhead line, the reactive current supplied by the substation is reduced to the inoperative area of the distance relay. Therefore, the possibility of malfunction of the distance relay is reduced.

【0008】[0008]

【実施例】図2を用いて、交流き電回路の短絡および地
絡故障の検出を行う保護継電器である距離継電器の動作
の説明をする。交流電気車の電力変換設備には、架線3
0の接地を検出して、いちはやくき電系統をストップさ
せる距離継電器がある。交流架線の場合変電所から遠方
で接地事故が発生した場合、架線のリアクタンス成分X
により電流が制限されて、電流の大きさや増加率を検出
する過電流検出器が動作しない場合がある。距離継電器
は、遠方での接地を検出する役割を持っており、架線の
リアクタンス成分Xで制限された遅れ電流を検出する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The operation of a distance relay which is a protection relay for detecting a short circuit and a ground fault in an AC feeding circuit will be described with reference to FIG. The overhead power line 3 is installed in the power conversion equipment of AC electric vehicles.
There is a distance relay that detects the grounding of 0 and stops the power system quickly. In the case of AC overhead line, if a grounding accident occurs far from the substation, the reactance component X of the overhead line
Therefore, the current is limited, and the overcurrent detector that detects the magnitude and the rate of increase of the current may not operate. The distance relay has a role of detecting a ground at a distance, and detects a delay current limited by a reactance component X of the overhead line.

【0009】距離継電器の動作領域は、図示のように、
架線のインピーダンスが、リアクタンスX成分主体とな
ると動作する様に作られている。図示の平行四辺形内に
電流が入ってきたとき、地絡故障として検出し、変電所
の遮断器を動作させる保護を行う。したがって、交流電
気車の電力変換装置としては、この距離継電器の動作領
域を避けて運転する必要がある。
The operating area of the distance relay is as shown in the figure.
It is made to operate when the impedance of the overhead wire is mainly composed of the reactance X component. When a current enters the illustrated parallelogram, it is detected as a ground fault and protection for operating the circuit breaker of the substation is performed. Therefore, as a power converter for an AC electric vehicle, it is necessary to operate while avoiding the operating region of the distance relay.

【0010】ここで、自己消弧形半導体素子を用いて、
力行・回生の可逆運転を行う電力変換装置を自励コンバ
ータと呼ぶことにする。
Here, using a self-extinguishing type semiconductor device,
A power converter that performs reversible operation of powering and regeneration will be referred to as a self-excited converter.

【0011】自励コンバータのインピーダンスは、トラ
ンスの励磁インピーダンスjXT 及び力率1で制御され
るため抵抗成分RCSの合成インピーダンスとなる。この
他に交流車両の補機インピーダンスRA+jXAがさらに
加えられる。変電所から見た架線のインピーダンスは、
さらに架線のインピーダンスRL+jXLが加えられる。
Since the impedance of the self-excited converter is controlled by the excitation impedance jX T of the transformer and the power factor 1, it becomes a combined impedance of the resistance component R CS . In addition, the accessory impedance R A + jX A of the AC vehicle is further added. The overhead line impedance seen from the substation is
Further overhead line impedance R L + jX L is added.

【0012】図3は、自励コンバータの架線から見たイ
ンピーダンスを示している。
FIG. 3 shows the impedance of the self-excited converter as viewed from the overhead line.

【0013】一例として交流車両に自励コンバータを用
いた場合の変電所から見た架線のインピーダンスを計算
する。自励コンバータの制御電力を力行中は16MW、
回生ブレーキは−16MW、トランスの励磁インピーダ
ンスはj6KΩ、補機容量1200KVA,力率0.8
とする。この制御電力は、6両編成の交流電気車が、同
一変電所区間内に4編成入り、これらが同時に力行・回
生のピーク電力を制御している場合に相当する電力であ
る。架線電圧を20000Vとすると、この時、補機イ
ンピーダンスRA+jXAは、179+j280Ω、自励
コンバータの抵抗成分は、力行中最小25Ω,回生ブレ
ーキ中−25Ωとなる。この場合の変電所から見た架線
のインピーダンスを図2上に記載した。
As an example, the impedance of the overhead wire viewed from a substation when a self-excited converter is used in an AC vehicle is calculated. 16 MW while the control power of the self-excited converter is running,
Regenerative brake is -16MW, transformer excitation impedance is j6KΩ, auxiliary capacity is 1200KVA, power factor is 0.8
And The control power is power corresponding to a case where six trains of AC electric cars enter four trains in the same substation section and simultaneously control peak power of powering and regeneration. Assuming that the overhead wire voltage is 20000 V, the accessory impedance R A + jX A at this time is 179 + j280Ω, and the resistance component of the self-excited converter is at least 25Ω during power running and -25Ω during regenerative braking. The overhead line impedance as viewed from the substation in this case is shown in FIG.

【0014】今、惰行又は停止状態から力行運転を行
い、除々に制御電力が増加する時、変電所から見た架線
のインピーダンスは、右上方Aから右回りに原点0付近
へ接近する。逆に、回生ブレーキ中には、左上Bから左
回りに原点0付近へ接近する。自励コンバータは、力率
を“1”に制御しているために、遅れ成分が少ないこと
から距離継電器の動作領域を避けることが出来ることが
分る。
Now, when the power running operation is performed from the coasting or the stop state and the control power gradually increases, the impedance of the overhead wire viewed from the substation approaches the vicinity of the origin 0 clockwise from the upper right A. On the contrary, during the regenerative braking, the vehicle approaches the vicinity of the origin 0 counterclockwise from the upper left B. Since the self-excited converter controls the power factor to "1", it can be understood that the operation area of the distance relay can be avoided because the delay component is small.

【0015】一方、現在、交流電気車の電力変換器とし
て主流を占めている他励コンバータについて検討する。
他励コンバータとして、図4に示す構成を考える。交流
電源1,トランス(変圧器)2,他励コンバータ8,主
平滑リアクトル7,平滑コンデンサ6,インバータ4,
誘導電動機5などの主回路から構成されている。他励コ
ンバータの場合、力率は、0.75 程度であり、架線に
流れる遅れ成分はかなり大きなものとなる。ここで、他
励コンバータが、力行のピーク電力を制御している状態
で、自励コンバータが回生している場合を考える。図5
に、他励コンバータが力行している状態で、自励コンバ
ータが回生を行った場合の変電所から供給される電流を
示す。
On the other hand, a separately-excited converter, which is currently dominant as a power converter for an AC electric vehicle, will be examined.
The configuration shown in FIG. 4 is considered as a separately excited converter. AC power supply 1, transformer (transformer) 2, separately excited converter 8, main smoothing reactor 7, smoothing capacitor 6, inverter 4,
It is composed of a main circuit such as an induction motor 5. In the case of the separately-excited converter, the power factor is about 0.75, and the delay component flowing through the overhead wire becomes considerably large. Here, consider a case where the self-excited converter is regenerating while the separately-excited converter is controlling the peak power of power running. FIG.
Shows the current supplied from the substation when the self-excited converter regenerates while the separately-excited converter is running.

【0016】自励コンバータの回生電流は、他励コンバ
ータの電流の同相成分を供給するため、変電所からの供
給電流は遅れ成分が主体となることが分る。前述した距
離継電器は、変電所に流れる電流が遅れ成分主体となっ
た時、動作するので、このモードにおいて距離継電器を
誤動作させる懸念が出て来る。
Since the regenerative current of the self-excited converter supplies the in-phase component of the current of the separately-excited converter, it can be seen that the current supplied from the substation mainly includes a delay component. Since the above-mentioned distance relay operates when the current flowing through the substation mainly includes a delay component, there is a concern that the distance relay may malfunction in this mode.

【0017】図6に、自励コンバータと他励コンバータ
が同時に存在する時の変電所から見た架線のインピーダ
ンスを示している。
FIG. 6 shows the impedance of the overhead wire viewed from the substation when the self-excited converter and the separately-excited converter are simultaneously present.

【0018】トランスの励磁インピーダンスを共にj1
2KΩ,補機容量を共に600KVA,力率0.8 ,自励コ
ンバータの回生電力を最大8MW,他励コンバータの力
行制御電力を8MVA,力率0.75 とする。この制御
電力は、6両編成の自励コンバータ車が2編成同時に回
生ブレーキを行い、また6両編成の他励コンバータ車が
2編成同様に力行を行った場合に相当する。
The excitation impedance of both transformers is j1
It is assumed that 2 KΩ, the auxiliary equipment capacity is 600 KVA, the power factor is 0.8, the regenerative power of the self-excited converter is 8 MW at the maximum, the powering control power of the separately-excited converter is 8 MVA, and the power factor is 0.75. This control power corresponds to a case where a self-excited converter car of 6 cars performs regenerative braking at the same time for 2 cars and a separately-excited converter car of 6 cars performs power running in the same manner as 2 cars.

【0019】架線電圧を同様に20000Vとすると、
補機インピーダンスRA+jXAは共に359+j560
Ω,自励コンバータの抵抗成分は、−50Ω他励コンバ
ータのインピーダンスは、29.3+j40.5Ωとな
る。
If the overhead line voltage is similarly set to 20000 V,
Both accessory impedance R A + jX A is 359 + j560
Ω, the resistance component of the self-excited converter is −50 Ω, and the impedance of the separately-excited converter is 29.3 + j40.5 Ω.

【0020】図7に、他コンバータが、力行している
状態で、自励コンバータが回生ブレーキを行う時の、変
電所から見た架線インピーダンスを示す。他励コンバー
タが力行している時の架線のインピーダンスCの点か
ら、左回りに架線のインピーダンスが変化し、距離継電
器の動作領域を横切り、距離継電器が誤動作してしまう
ことが分る。
[0020] Figure 7, separate excitation converter, in a state in which power running, when the self-excited converter performing regenerative braking, showing the overhead line impedance seen from the substation. From the point of the impedance C of the overhead wire when the separately-excited converter is running, it can be seen that the impedance of the overhead wire changes counterclockwise, crosses the operating region of the distance relay, and the distance relay malfunctions.

【0021】自励コンバータの回生ブレーと、他励コ
ンバータの力行が、同時に重なった場合、変電所から供
給される電流が遅れ成分主体となって距離継電器を誤動
作させてしまう課題を解決するため、自励コンバータの
回生電流を力率“−1”からさらに遅れ成分を持たせる
ことにより、この電流の遅れ成分(無効電流)により、
他励コンバータの遅れ成分を供給し、変電所から供給す
る遅れ成分を小さくすることが出来る。図8にこの考え
方に基づく制御を行った場合の自励コンバータの回生電
流と、他励コンバータの力行電流のベクトル図を示す。
それぞれの同相成分と直交成分が、キャンセルして、変
電所から供給される遅れ成分を小さく出来ることが分
る。尚、自励コンバータのベクトルと他励コンバータの
ベクトルが180°となる理想的な場合を示したが、自
励コンバータが多少でも遅れ成分を供給すれば変電所か
ら供給される遅れ成分が小さくなり、距離継電器の誤動
作を防止することができる。
The regenerative braking of the self-excited converter, powering the separately excited converter, at the same time if the overlap, in order to solve the problem would cause malfunction of the distance relay becomes a delay component main current supplied from the substation By making the regenerative current of the self-excited converter have a further delay component from the power factor “−1”, the delay component (reactive current) of this current
By supplying the delay component of the separately excited converter, the delay component supplied from the substation can be reduced. FIG. 8 shows a vector diagram of the regenerative current of the self-excited converter and the powering current of the separately-excited converter when control based on this concept is performed.
It can be seen that the in-phase component and the quadrature component cancel each other, and the delay component supplied from the substation can be reduced. Although the ideal case where the vector of the self-excited converter and the vector of the separately-excited converter are 180 ° has been described, if the self-excited converter supplies any delay component, the delay component supplied from the substation becomes small. In addition, the malfunction of the distance relay can be prevented.

【0022】図9に、この場合の自励コンバータの制御
ベクトル図を示す。交流電源電圧ES よりコンバータの
出力電圧EC を進ませ、さらに、力率を“−1”に制御
する場合より、EC を大きく設定することによって、E
S とEC との差電圧、すなわちトランス2内のインダク
タンスLT に印加される電圧が、力率“−1”に制御す
る場合より遅らせることが可能となる。
FIG. 9 shows a control vector diagram of the self-excited converter in this case. By increasing the output voltage E C of the converter from the AC power supply voltage E S and setting E C higher than in the case where the power factor is controlled to “−1”, E E
Differential voltage between S and E C, that is, the voltage applied to the inductance L T in the transformer 2, it is possible to delay than the case of controlling the power factor "-1".

【0023】一方、出力電圧EC は平滑コンデンサの電
圧Vd の1/√2以上を出力することが出来ないので、
C>Vd/√2となることが予想される。この場合、平
滑コンデンサ6の電圧Vd を力行の時のそれよれも高く
設定すれば良い。
On the other hand, since the output voltage E C cannot output 1 / √2 or more of the voltage V d of the smoothing capacitor,
It is expected that E C > V d / √2. In this case, it is sufficient that according also set high when the voltage V d of the smoothing capacitor 6 of power running.

【0024】図10にこの場合の変電所から見た架線イ
ンピーダンスを示す。
FIG. 10 shows the overhead line impedance as viewed from the substation in this case.

【0025】他励コンバータが力行している時の架線の
インピーダンスXの印の点から、右方向へ左回りに移行
し、左上から左回りにインピーダンスが変化するので、
距離継電器の動作領域を避けた運転が可能となる。
From the point marked by the impedance X of the overhead wire when the separately-excited converter is running, the line shifts counterclockwise to the right and the impedance changes from upper left to counterclockwise.
Operation that avoids the operation area of the distance relay can be performed.

【0026】以上説明した考えに基づく一実施例を図1
を用いて説明する。
One embodiment based on the above-described concept is shown in FIG.
This will be described with reference to FIG.

【0027】架線を介して得られる変電所などの交流電
源1からの交流は、図示しないパンタグラフにより集電
されてトランス2に供給される。トランス2は、インダ
クタンスLT(トランスの巻線にて共用)を介して自励
コンバータであるパルス幅変調(PWM)コンバータ3
に接続される。PWMコンバータ3の直流側は平滑コン
デンサ6を介して3相PWMインバータ4に接続され
る。PWMインバータ4により生成される可変電圧・可
変周波数の交流により負荷である誘導電動機5が駆動さ
れる。
An AC from an AC power supply 1 such as a substation obtained through an overhead wire is collected by a pantograph (not shown) and supplied to a transformer 2. The transformer 2 has a pulse width modulation (PWM) converter 3 which is a self-excited converter via an inductance LT (shared with the transformer winding).
Connected to. The DC side of the PWM converter 3 is connected to a three-phase PWM inverter 4 via a smoothing capacitor 6. The induction motor 5 which is a load is driven by the variable voltage / variable frequency alternating current generated by the PWM inverter 4.

【0028】PWMコンバータ3は、直流電圧Vd が設
定された値となる様に動作する。直流電圧指令Vd*と平
滑コンデンサ6の両端の電圧として検出される直流電圧
検出値Vd とが加算器10で比較され、その偏差が電圧
調節器11に入力される。電圧調節器11はPWMコン
バータ3の交流側に流す電流Is の波高値指令Ismを出
力する。
The PWM converter 3 operates so that the DC voltage Vd becomes a set value. The DC voltage command V d * is compared with a DC voltage detection value V d detected as a voltage across the smoothing capacitor 6 by an adder 10, and the deviation is input to a voltage regulator 11. Voltage regulator 11 outputs the peak value command I sm of the current I s flowing through the AC side of PWM converter 3.

【0029】一方、トランス2の2次側から検出された
交流電源1の電圧は、除算器14により単位の正弦波si
n wtに変換され、このsin wtと波高値指令Ismとが
乗算器12により乗じられ、瞬時の交流電流指令Is*と
なる。この瞬時の交流電流指令IS*とPWMコンバータ
出力電流Is とが加算器13で比較されその偏差が電流
調節器17に入力される。電流調節器17は、PWMコ
ンバータの交流電圧指令に相当する変調波を出力し、こ
の変調波と三角波発生器18により生成された三角波と
が比較器19で比較されパルス幅変調信号が出力され
る。この信号がゲート回路20にて増幅され、PWMコ
ンバータ3を構成する自己消弧形スッチング素子をオン
・オフ制御する。
On the other hand, the voltage of the AC power supply 1 detected from the secondary side of the transformer 2 is converted by the divider 14 into a unit sine wave si.
is converted to n wt, this sin wt and the peak value command I sm are multiplied by the multiplier 12, the instantaneous AC current command I s *. The instantaneous alternating current command I S * and the PWM converter output current I s is the deviation is compared with the adder 13 is input to the current regulator 17. The current regulator 17 outputs a modulated wave corresponding to the AC voltage command of the PWM converter, and the comparator 19 compares the modulated wave with the triangular wave generated by the triangular wave generator 18 to output a pulse width modulation signal. . This signal is amplified by the gate circuit 20 to control ON / OFF of the self-extinguishing type switching element constituting the PWM converter 3.

【0030】このPWMコンバータ3による力行・回生
運転モードをベクトル図を用いて説明する。図11
(a)は、力行運転モードを示している。コンバータの
出力する電圧位相を電源電圧ES より遅らせ、ES とE
C との差電圧、すなわちトランス2内のインダクタンス
T に印加される電圧が、電源電圧ES に対して90°
進んだ位相となる様に制御する。結果としてLT に流れ
る電流Isは、電源電圧ESと同相となる。
The powering / regenerative operation mode of the PWM converter 3 will be described with reference to a vector diagram. FIG.
(A) has shown the power running operation mode. The voltage phase output from the converter is delayed from the power supply voltage E S , and E S and E
Voltage difference between C, that the voltage applied to the inductance L T in the transformer 2, 90 ° with respect to the power supply voltage E S
Control so that the phase is advanced. As a result the current flowing in L T I s becomes the power supply voltage E S and phase.

【0031】同図(b)は回生運転モードを示してい
る。力行運転モードとは逆にコンバータの出力電圧EC
を電源電圧ES より進ませ、ES とEC との差電圧、す
なわちトランス2内のインダクタンスLT に印加される
電圧が、電源電圧ES に対して90°遅れた位相となる
様に制御する。結果としてLT に流れる電流Is は、電
源電圧ES と逆相となる。
FIG. 3B shows a regenerative operation mode. Contrary to the power running mode, the output voltage E C of the converter
Was advanced than the power supply voltage E S, the differential voltage between E S and E C, i.e. the voltage applied to the inductance L T in the transformer 2, the power supply voltage E S as a 90 ° phase delayed with respect to Control. Current resulting flowing in L T I s becomes the power supply voltage E S and reverse phase.

【0032】次に、本発明による力率の調整について説
明する。前述したように検出された交流電源1の電圧信
号は、除算器14によって単位正弦波信号sin wtを算
出した後、力行・ブレーキを判別して、力行時はα=
0、回生ブレーキ時はαに正の値を設定するα設定器に
より、交流電源ES の位相よりα程遅れた位相の単位正
弦波sin(wt−α)を出力する。その後Ismr との乗算
に、トランス2のインダクタンスLT に流すべき交流電
流の瞬時値を指令するIsrとなる。
Next, the adjustment of the power factor according to the present invention will be described. The voltage signal of the AC power supply 1 detected as described above is used to calculate the unit sine wave signal sin wt by the divider 14 and then to determine the powering / braking.
0, at the time of regenerative braking, a unit sine wave sin (wt−α) having a phase delayed by α from the phase of the AC power supply E S is output by an α setting device which sets a positive value to α. Then on multiplying the I smr, the I sr for commanding an instantaneous value of the alternating current to flow in the inductance L T of the transformer 2.

【0033】この様に、力行・ブレーキを判定してαを
設定するα設定器を追加したことにより自励コンバータ
の回生電流を、力率“−1”からさらに遅れた成分を持
たせることができ、この電流の遅れ成分により、力行中
の他励コンバータの遅れ成分を供給し、変電所から供給
される電流の遅れ成分を小さくすることが出来るので、
変電所に設置された距離継電器を誤動作させることな
く、安定した交流電気車の運行を可能となる。
As described above, the regenerative current of the self-excited converter can be made to have a component that is further delayed from the power factor "-1" by adding the α setting device which determines the powering / braking to set α. It is possible to supply the delay component of the separately-excited converter during power running by this current delay component, and to reduce the delay component of the current supplied from the substation.
It is possible to operate the AC electric vehicle stably without causing the distance relay installed in the substation to malfunction.

【0034】他励コンバータの遅れ成分を検出して、そ
れを打消す位相補正することも考えられるが現実的では
ない。前記の如く、多少の誤差があっても、変電所が供
給する遅れ成分を減少させれば距離継電器を誤動作させ
ないのであるから、予め、最も誤動作させる場合を想定
したαを選定しておけば効果は期待できる。
Although it is conceivable to detect the delay component of the separately-excited converter and correct the phase to cancel it, this is not practical. As described above, even if there is some error, if the delay component supplied by the substation is reduced, the distance relay does not malfunction, so it is effective to select α in advance in which the most likely malfunction is assumed. Can be expected.

【0035】図12は、力率“−1”からさらにαだけ
遅らせた電流を流すためには、コンバータの出力電圧
と、力率“−1”に制御する場合よりも高く設定する必
要があるが、コンバータの出力電圧の最大はVd/√2
で制限されるため、これを補うための実施例である。
FIG. 12 shows that in order to flow a current delayed by α from the power factor “−1”, the output voltage of the converter and the power factor need to be set higher than when the power factor is controlled to “−1”. However, the maximum output voltage of the converter is V d / √2
This is an embodiment for compensating for this.

【0036】すなわち、Vdrの設定器に力行・ブレーキ
を判定する機能を設け、ブレーキ中のVdrを力行中のV
drより高く設定するVd 設定器16を設けた。
[0036] That is, provided the function of determining the power-running brake the setter V dr, V in powering the V dr in the brake
provided V d setter 16 for setting higher than dr.

【0037】尚、以上の実施例では、電気車駆動用の電
動機を誘導電動機として説明したが、これに限らず、チ
ョッパやカム軸により制御される直流電動機であっても
一向に差しつかえない。
In the above embodiment, the electric motor for driving the electric vehicle is described as an induction motor. However, the present invention is not limited to this, and a DC motor controlled by a chopper or a camshaft may be used.

【0038】また、上記実施例では、PWMコンバータ
を2レベルコンバータとして説明したが3レベルコンバ
ータでもその効果は同様である。
In the above embodiment, the PWM converter is described as a two-level converter, but the same effect can be obtained with a three-level converter.

【0039】[0039]

【発明の効果】以上、本発明によれば、変電所に設置さ
れた距離継電器の誤動作を防止することができる。
As described above, according to the present invention, it is possible to prevent a malfunction of a distance relay installed in a substation.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の一実施例を示す図。FIG. 1 is a diagram showing one embodiment of the present invention.

【図2】距離継電器の動作を説明する図。FIG. 2 is a diagram illustrating the operation of a distance relay.

【図3】自励コンバータのインピーダンスを示す図。FIG. 3 is a diagram showing the impedance of a self-excited converter.

【図4】他励コンバータの構成図。FIG. 4 is a configuration diagram of a separately excited converter.

【図5】他励コンバータが力行,自励コンバータが回生
ブレーキ動作をしているときの変電所から見た架線のイ
ンピーダンスを示す図。
FIG. 5 is a diagram showing the impedance of the overhead wire viewed from the substation when the separately-excited converter performs power running and the self-excited converter performs regenerative braking operation.

【図6】図5における変電所から見た架線のインピーダ
ンスを示す図。
6 is a diagram showing the impedance of the overhead wire as viewed from the substation in FIG.

【図7】距離継電器の動作領域との関係を示す図。FIG. 7 is a diagram showing a relationship with an operation area of a distance relay.

【図8】本発明の原理を説明する図。FIG. 8 illustrates the principle of the present invention.

【図9】本発明の原理を説明する図。FIG. 9 illustrates the principle of the present invention.

【図10】本発明の原理を説明する図。FIG. 10 illustrates the principle of the present invention.

【図11】自励コンバータの動作を説明する図。FIG. 11 illustrates an operation of a self-excited converter.

【図12】本発明の一実施例を示す図。FIG. 12 is a diagram showing one embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…交流電源、2…トランス、3…PWMコンバータ、
4…PWMインバータ、5…誘導電動機、6…平滑コン
デンサ、15…α設定器、21…直流電圧設定器。
1. AC power supply, 2. Transformer, 3. PWM converter,
4 PWM inverter, 5 induction motor, 6 smoothing capacitor, 15 α setting device, 21 DC voltage setting device.

フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI H02P 3/18 101 H02P 3/18 101B (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B60L 7/14 B60L 9/28 B60M 3/00 H02M 7/162 H02M 7/72 H02P 3/18 101 Continuation of the front page (51) Int.Cl. 7 identification code FI H02P 3/18 101 H02P 3/18 101B (58) Investigation field (Int.Cl. 7 , DB name) B60L 7/14 B60L 9/28 B60M 3/00 H02M 7/162 H02M 7/72 H02P 3/18 101

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】架線の地絡事故を検出するため距離継電器
が設置される交流き電路線で、且つ他励コンバータによ
り交流を直流に変換する機能を有する交流電気車が走行
する路線で走行され、交流側が変圧器を介して接続さ
れ、直流側が電気車駆動用電動機制御装置に接続され、
直流電圧を所定値に制御し、力率を“1”に制御可能な
自励コンバータ(パルス幅変調コンバータ)からなる交
流電気車の電力変換装置において、 前記自励コンバータの交流電気車の回生運転による前記
距離継電器の誤動作を防止するように、前記自励コンバ
ータの交流電気車の回生運転時に力率を“−1”から遅
れ側に制御させる手段を備えた自励コンバータの交流電
気車用電力変換装置。
1. An AC electric vehicle on which a distance relay is installed to detect a ground fault of an overhead line, and a line on which an AC electric vehicle having a function of converting AC into DC by a separately excited converter runs. , The AC side is connected via a transformer, the DC side is connected to the electric vehicle drive motor control device,
In a power converter for an AC electric vehicle comprising a self-excited converter (pulse width modulation converter) capable of controlling a DC voltage to a predetermined value and controlling a power factor to “1”, a regenerative operation of the AC electric vehicle using the self-excited converter To prevent the distance relay from malfunctioning due to the self-excited converter, the power factor of the self-excited converter for the AC electric vehicle having means for controlling the power factor from "-1" to the lag side during the regenerative operation of the AC electric vehicle. Conversion device.
【請求項2】請求項1において、前記直流電圧を力行時
よりも回生時に上昇させる手段を備えた交流電気車用電
力変換装置。
2. The power converter for an AC electric vehicle according to claim 1, further comprising means for increasing the DC voltage during regeneration rather than during power running.
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