JP4093284B1

JP4093284B1 - 電気車の制御装置

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Publication number: JP4093284B1
Application number: JP2007513547A
Authority: JP
Inventors: 秀人根来; 雅樹河野
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2006-12-05
Filing date: 2006-12-05
Publication date: 2008-06-04
Anticipated expiration: 2026-12-05
Also published as: US8154240B2; CN101370684A; EP2090456B1; CA2671590C; EP2090456A1; CN101370684B; EP2090456A4; WO2008068841A1; JPWO2008068841A1; US20100060212A1; CA2671590A1; KR20090075722A; HK1129214A1

Abstract

交流電動機７との間で電力をやりとりするインバータ８と、インバータ８の直流側に並列に接続されるフィルタコンデンサ１と、フィルタコンデンサ１と架線４の間に設けられたフィルタリアクトル３と、架線４の電圧を計測する架線電圧計測器１０と、架線電圧計測器１０により計測される架線電圧Ｅｓが入力されて、架線電圧Ｅｓが基準電圧値Ｋｄを越え、かつ所定の上昇速度以上で架線電圧Ｅｓが上昇する際の電圧上昇量Ｅｓｅｒを検出する電圧上昇検出部１１と、インバータ８が回生運転時に電圧上昇検出部１１が所定幅以上の電圧上昇量Ｅｓｅｒを検出してから所定時間の間は、外部から入力されるトルク指令値ＰＴＲを小さくなるように補正した補正トルク指令値ＰＴＲ１を演算する補正トルク指令値演算部１２と、補正トルク指令値ＰＴＲ１に一致したトルクを交流電動機７が出力するようにインバータ８を制御するベクトル制御部９を備える電気車の制御装置である。
【選択図】図１

Description

この発明は、電車を駆動する交流回転機をインバータにより制御する電気車の制御装置に関するものである。

従来の電気車の制御装置では、直流フィルタコンデンサの電圧（以後は、コンデンサ電圧と略す）を入力として回生運転時に回生制御トルク電流を演算する軽負荷回生制御手段を有する。この軽負荷回生制御手段に、コンデンサ電圧と直流電圧目標値との偏差を入力として、積分制御手段と２つの比例制御手段を備えている。そのため、回生運転中に負荷が変動しても積分制御手段により架線電圧を所定値に維持させることができ、２つの比例制御手段を組み合わせて、コンデンサ電圧から低周波分を除いたものに比例したフィードバック制御を行うことにより、負荷脱落時の架線電圧の跳ね上がりを抑制することができる。なお、負荷脱落時の架線電圧の跳ね上がりを抑制する上で、入力として直流フィルタコンデンサの電圧と架線電圧のいずれを用いても同様の効果がある旨が記載されている。（特許文献１参照）

特開２００４-８８９７４号公報

発明者らは、回生運転中に負荷脱落が発生した直後に定格１５００Ｖの架線電圧が２００Ｖ程度以上に急上昇しすぐに急上昇前の値に戻り、コンデンサ電圧は負荷脱落の発生直後は変動が無いが、架線電圧の変動が収まった後にコンデンサ電圧と架線電圧が上昇する現象が発生することを、発見した。コンデンサ電圧を入力とする場合には、負荷脱落の検出が遅れ、コンデンサ電圧の上昇を抑えられずに過電圧保護装置が動作する場合がある。過電圧保護装置が動作するとその後の所定の期間は回生ブレーキを動作させることはできず、機械ブレーキだけが使用されることになり、機械ブレーキの磨耗が進むことになる。

この発明は、以上のような課題を解決するためになされたもので、回生運転時に負荷脱落が発生した場合にコンデンサ電圧の上昇を確実に抑制できる電気車の制御装置を得ることを目的とする。

この発明に係る電気車の制御装置は、交流回転機との間で電力をやりとりするインバータと、該インバータの直流側に並列に接続されるフィルタコンデンサと、該フィルタコンデンサと架線の間に設けられたフィルタリアクトルと、前記架線の電圧を計測する架線電圧計測器と、該架線電圧計測器により計測される架線電圧が入力されて、前記架線電圧が基準電圧値を越え、かつ所定の時定数よりも速く変動して前記架線電圧が上昇する際の電圧上昇量を検出する電圧上昇検出部と、前記インバータが回生運転時に前記電圧上昇検出部が所定幅以上の電圧上昇量を検出してから所定時間の間は、外部から入力されるトルク指令値を小さくなるように補正した補正トルク指令値を演算する補正トルク指令値演算部と、前記補正トルク指令値に一致したトルクを前記交流回転機が出力するように前記インバータを制御するベクトル制御部を備えるものである。

この発明に係る電気車の制御装置は、交流回転機との間で電力をやりとりするインバータと、該インバータの直流側に並列に接続されるフィルタコンデンサと、該フィルタコンデンサと架線の間に設けられたフィルタリアクトルと、前記架線の電圧を計測する架線電圧計測器と、該架線電圧計測器により計測される架線電圧が入力されて、前記架線電圧が基準電圧値を越え、かつ所定の時定数よりも速く変動して前記架線電圧が上昇する際の電圧上昇量を検出する電圧上昇検出部と、前記インバータが回生運転時に前記電圧上昇検出部が所定幅以上の電圧上昇量を検出してから所定時間の間は、外部から入力されるトルク指令値を小さくなるように補正した補正トルク指令値を演算する補正トルク指令値演算部と、前記補正トルク指令値に一致したトルクを前記交流回転機が出力するように前記インバータを制御するベクトル制御部を備えるものなので、回生運転時に負荷脱落が発生した場合にコンデンサ電圧の上昇を確実に抑制できるという効果が有る。

この発明の実施の形態１、３、５及び７に係る電気車の制御装置の構成例を説明する図である。この発明の実施の形態１に係る電気車の制御装置での電圧上昇検出部と補正トルク指令値演算部の構成例を説明する図である。この発明の実施の形態１に係る電気車の制御装置での電圧上昇に応じてトルク補正量を決めるトルク補正量テーブルを説明する図である。この発明の実施の形態１に係る電気車の制御装置で回生運転中に負荷脱落が発生した場合の架線電圧、コンデンサ電圧及び補正トルク指令値の変化を説明する図を示す。図４(a)に架線電圧を、図４(b)にコンデンサ電圧を、図４(c)に補正トルク指令値を、それぞれ示す。この発明の実施の形態１に係る電圧上昇検出部の動作を説明する架線電圧と電圧上昇の関係を説明する図を示す。図５(a)に架線電圧を、図５(b)に電圧上昇量をそれぞれ示す。この発明の実施の形態１に係る電気車の制御装置での電圧上昇に応じてトルク補正量を決めるトルク補正量テーブルの別の例を説明する図である。この発明の実施の形態２、４、６及び８に係る電気車の制御装置の構成例を説明する図である。この発明の実施の形態２に係る電圧上昇検出部と補正トルク指令値演算部の構成例を説明する図である。この発明の実施の形態３に係る電圧上昇検出部と補正トルク指令値演算部の構成例を説明する図である。この発明の実施の形態３に係るトルク補正量解除テーブルの例を説明する図である。この発明の実施の形態４に係る電圧上昇検出部と補正トルク指令値演算部の構成例を説明する図である。この発明の実施の形態５に係る電圧上昇検出部と補正トルク指令値演算部の構成例を説明する図である。この発明の実施の形態５に係る基準電圧値テーブルの例を説明する図である。この発明の実施の形態６に係る電圧上昇検出部と補正トルク指令値演算部の構成例を説明する図である。この発明の実施の形態７に係る電圧上昇検出部と補正トルク指令値演算部の構成例を説明する図である。この発明の実施の形態８に係る電圧上昇検出部と補正トルク指令値演算部の構成例を説明する図である。

符号の説明

１００，１００Ａ電気車の制御装置
１フィルタコンデンサ、２パンタグラフ、
３フィルタリアクトル、４架線、
５車輪、６レール、
７交流回転機、８インバータ、
９ベクトル制御部、１０架線電圧計測器、
１１，１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃ電圧上昇検出部、
１２，１２Ａ補正トルク指令値演算部、
１３架線電圧判断部、１４変動除去フィルタ、
１５減算器、１６ゼロ補正リミッタ、
１７トルク補正量テーブル、
１８，１８Ａトルク補正解除部、
１９減算器、２０補正量演算部、
２１減算器、２２解除条件判断部、
２３切り替え部、２４前回制御量保存部、
２５加算器、２６可変リミッタ、
３０電気車、３１コンデンサ電圧計測器、
３２トルク補正解除量テーブル、３３基準電圧値テーブル

実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１に係る電気車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、破線で囲んだ範囲が電気車の制御装置１００である。電気車の制御装置１００の直流側に配置されたフィルタコンデンサ１は、その正極端子がパンタグラフ２とフィルタリアクトル３を介して架線４に接続し、負側端子は車輪５を介してレール６すなわち大地に接続している。図１では交流回転機７と車輪５とは互いに離れた位置に図示しているが、実際には交流回転機７がギアを介して車輪５に接続している。なお、交流回転機７は、誘導機や同期機である。

電気車の制御装置１００は、直流電圧を平滑化するフィルタコンデンサ１と、フィルタコンデンサ１に並列に接続されて交流回転機７との間で電力をやりとりするインバータ８と、インバータ８が回転座標系で所望の電圧ベクトルを出力するように制御するベクトル制御部９と、架線４の電圧を計測する架線電圧計測器１０と、架線電圧計測器１０で計測される架線電圧Ｅｓから電圧上昇量Ｅｓｅｒを検出する電圧上昇検出部１１と、電圧上昇検出部１１で検出された電圧上昇量Ｅｓｅｒが入力されて、トルク指令値ＰＴＲ（電気車の運転台上の変速装置であるノッチ位置に対応して変化する）を補正する補正トルク指令値演算部１２を有する。補正トルク指令値演算部１２が出力する補正トルク指令値ＰＴＲ１は、ベクトル制御部９に入力される。なお、図１には図示しないが、コンデンサ電圧ＥＦＣを所定の範囲に保つために数１００ｍｓの時定数で動作する制御装置が存在する。

電圧上昇検出部１１と補正トルク指令値演算部１２の内部構成の１例を説明する図を、図２に示す。電圧上昇検出部１１は、架線電圧Ｅｓが所定の基準電圧値ＫＤよりも大きい場合に架線電圧Ｅｓを出力し、そうでない場合にはゼロ電圧を出力する架線電圧判断部１３と、所定の時定数よりも速い変動成分を架線電圧Ｅｓから除去した電圧を出力する変動除去フィルタ１４と、架線電圧判断部１３の出力から変動除去フィルタ１４の出力を引いた値を出力する減算器１５と、減算器１５の出力がゼロより小さい場合にゼロに置き換えるゼロ補正リミッタ１６とを有する。ゼロ補正リミッタ１６の出力が電圧上昇量Ｅｓｅｒであり、Ｅｓｅｒはゼロ以上であることが保証されている。なお、図２の構成でなくても、架線電圧Ｅｓが基準電圧値ＫＤよりも大きくかつ電圧上昇量Ｅｓｅｒがゼロより大きい場合だけ、電圧上昇量Ｅｓｅｒを出力する構成であれば、他の構成でもよい。

補正トルク指令値演算部１２は、電圧上昇量Ｅｓｅｒに応じてトルク補正量ΔＴＲを決めるトルク補正量テーブル１７と、補正を解除する際に補正トルク指令値ＰＴＲ１をなめらかに変化させるためにトルク補正量ΔＴＲを入力として解除後補正値を出力するトルク補正解除部１８と、トルク補正量ΔＴＲからトルク補正解除部１８の出力を引く減算器１９と、減算器１９の出力が入力されて架線電圧Ｅｓが速く所定の電圧目標値に一致するような補正量を演算する補正量演算部２０と、トルク指令値ＰＴＲから補正量演算部２０の出力を引く減算器２１とを有する。減算器２１の出力が補正トルク指令値ＰＴＲ１である。

図３は、電圧上昇量Ｅｓｅｒに応じてトルク補正量ΔＴＲを決めるトルク補正量テーブル１７を説明する図である。電圧上昇量Ｅｓｅｒが所定幅（ＫＶ、図３では２００Ｖ）以下では、トルク補正量ΔＴＲはゼロであり、ＫＶ以上では交流回転機７が出力可能な最大トルク値（ＴＲＭＡＸ）で一定とする。所定幅ＫＶは、負荷脱落により発生する架線電圧Ｅｓの急激な電圧上昇量を漏れなく検出できるように標準的な電圧上昇幅よりも少し小さく設定する。トルク補正量ΔＴＲの最大値を最大トルク値としたが、最大トルク値よりも小さい値にしてもよい。
トルク補正解除部１８は、解除条件判断部２２と、解除条件判断部２２の判断結果を入力として所定の正の値（ＫＤＴＥＰ）またはゼロを切替えて出力する切り替え部２３とを有する。

補正量演算部２０は所定の時間刻み幅（ここでは、５００μｓ）で出力を変化させるものであり、前回の出力値を保持する前回制御量保存部２４と、前回制御量保存部２４が記憶する前回の制御量と減算器１９の出力とを加算する加算器２５と、加算器２５の出力をゼロ以上かつトルク指令値ＰＴＲ以下に制限する可変リミッタ２６とを有する。可変リミッタ２６の出力が補正量演算部２０の出力である。時間刻み幅は、制御を行う上で必要な時間分解能や制御のための演算を行うマイコン等の性能を考慮して適切に決める。
前回制御量保存部２４と加算器２５を備えることにより、可変リミッタ２６を無視すれば、補正量演算部２０は入力を積分する動作をする。積分動作をさせる理由は、おもにトルク補正を解除する際に徐々に解除するためである。

次に、動作について説明する。図４に、回生運転中に負荷脱落が発生した場合の架線電圧Ｅｓ、コンデンサ電圧ＥＦＣ及び補正トルク指令値ＰＴＲ１の変化を説明する図を示す。実線がこの発明の制御を行った場合で、破線が従来手法としてコンデンサ電圧ＥＦＣを所定の範囲に抑えるための比例積分制御を行う場合である。なお、図４は本発明と従来手法の違いを説明するために仮想的に作成した図であり、実験やシミュレーションなどに基づくものではない。

他の電気車３０が力行運転を行っている場合には、本発明に係る電気車の制御装置１００から見ると架線４に接続された負荷と認識される。この電気車３０が急に力行を停止すると、電気車の制御装置１００から見ると負荷が急に脱落することになる。電気車３０が消費していた回生電力の行き場がなくなり、架線４の電圧が急上昇しすぐに急上昇前の値に戻る。図４では負荷脱落が発生した時点からの時間を時間軸に示している。負荷脱落が発生する原因としては、他の電気車３０に一次的な異常が発生する場合などが考えられる。そのような場合には、１秒程度の間に異常がリセットされて回生電力の負荷として動作可能である。
負荷脱落直後の架線電圧Ｅｓが変動する様子は、図４に示すように、定格１５００Ｖの架線の場合には、１ｍｓ程度の間に２００Ｖ程度以上も上昇し、さらに１ｍｓ程度が経過すると元の値に戻る。このような現象が発生することを、発明者らは発見した。なお、架線電圧Ｅｓが急変動する間もコンデンサ電圧ＥＦＣはほとんど変動しない。

詳細は後述するが、架線電圧Ｅｓが基準電圧値ＫＤを越えた時点で、補正トルク指令値ＰＴＲ１はゼロになり、所定時間（Ｔ１、約１秒）後から補正トルク指令値ＰＴＲ１は緩やかに上昇し、所定時間（Ｔ２）でトルク指令値ＰＴＲと一致するようになる。Ｔ２は、トルク指令値ＰＴＲが大きい場合には長くなるが、最大で１秒程度とする。負荷脱落を検出してからＴ１＋Ｔ２の間は、補正トルク指令値ＰＴＲ１はトルク指令値ＰＴＲよりも小さくなる。このため、回生電力が蓄積されてコンデンサ電圧ＥＦＣが急上昇することはない。図４に示すように、コンデンサ電圧ＥＦＣと架線電圧Ｅｓの変動は小さく、所定の範囲から逸脱することはない。

これに対して、コンデンサ電圧ＥＦＣを所定の範囲に抑えるための比例積分制御を行う場合は、架線電圧Ｅｓが急変動した後では回生電力量とフィルタコンデンサ１の容量から決まる速度でコンデンサ電圧ＥＦＣが増加し、コンデンサ電圧ＥＦＣの電圧上昇につられて架線電圧Ｅｓも所定の時間遅れで上昇する。通常のフィルタコンデンサ１の容量では、回生電力量が最大の場合に、コンデンサ電圧ＥＦＣの電圧上昇の速度は、１ｍｓで１００Ｖ程度である。コンデンサ電圧ＥＦＣが所定の範囲の上限値（ここでは、電圧基準値ＫＤと同じとする）以上になった後からコンデンサ電圧ＥＦＣを所定の範囲に抑える制御が動作し始め、状況によるとコンデンサ電圧ＥＦＣが過電圧設定値を越えてしまう。図４では、そのような場合を示しており、過電圧保護装置が動作し、回生トルクがゼロになる。

回生運転中に負荷脱落が発生してもコンデンサ電圧ＥＦＣが上限を逸脱しないようにする、電気車の制御装置１００の動作を説明する。まず、電圧上昇検出部１１から説明する。図５に、電圧上昇検出部１１の動作を説明する架線電圧Ｅｓと電圧上昇量Ｅｓｅｒの関係を説明する図を示す。ここで、変動除去フィルタ１４は過去の所定時間（Ｔ３、ここでは１秒）のＥｓの平均Ｅａｖを出力するものとする。図５に示されているように、Ｅｓｅｒは以下のようになる。
Ｅｓ≦ＭＡＸ（ＫＤ，Ｅａｖ）で、Ｅｓｅｒ＝０（１）
Ｅｓ＞ＭＡＸ（ＫＤ，Ｅａｖ）で、Ｅｓｅｒ＝Ｅｓ−Ｅａｖ（２）

次に、補正トルク指令値演算部１２の動作を説明する。補正トルク指令値演算部１２では、まずトルク補正量テーブル１７を参照して、以下のように電圧上昇量Ｅｓｅｒがトルク補正量ΔＴＲに変換される。
Ｅｓｅｒ≧ＫＶで、ΔＴＲ＝ＴＲＭＡＸ（３）
Ｅｓｅｒ＜ＫＶで、ΔＴＲ＝０（４）
図４の場合には、架線電圧Ｅｓが基準電圧値ＫＤを越えて電圧上昇量Ｅｓｅｒがゼロでなくなった時点で（３）式が成立しているので、その時点からトルク補正量ΔＴＲ＝ＴＲＭＡＸになる。

トルク補正解除部１８の動作は後述するが、最初にトルク補正量ΔＴＲ＝ＴＲＭＡＸになった時点ではトルク補正解除部１８の出力はゼロであり、減算器１９の出力はΔＴＲ＝ＴＲＭＡＸとなる。減算器１９の出力が入力される補正量演算部２０では、この時点では前回制御量保存部２４に保持された前回の出力値はゼロであり、加算器２５の出力はΔＴＲ＝ＴＲＭＡＸとなる。トルク指令値ＰＴＲは最大トルク値ＴＲＭＡＸ以下であり、可変リミッタ２６によりＰＴＲに制限される。こうして、補正量演算部２０はＰＴＲを出力し、この値が前回制御量保存部２４に格納される。そして、減算器２１の出力である補正トルク指令値ＰＴＲ１は、ゼロになる。ここでは、補正トルク指令値ＰＴＲ１がゼロになるように補正したが、コンデンサ電圧ＥＦＣの急激な上昇をもたらさないほど十分に小さくなれば、補正トルク指令値ＰＴＲ１はゼロでなくてもよい。
以後、補正量演算部２０にゼロ以上の値が入力される限り、前回制御量保存部２４にＰＴＲが格納されているので補正量演算部２０はＰＴＲを出力し続け、補正トルク指令値ＰＴＲ１はゼロである状態が続く。

電圧上昇検出部１１が電圧上昇量Ｅｓｅｒ＝０を検出した後は、ΔＴＲ＝０となり、減算器１９の出力はトルク補正解除部１８の出力の符号を反転させたものになる。トルク補正解除部１８は、後述するようにして解除条件判断部２２がトルク補正を解除すべきだと判断すると、切り替え部２３が所定の値（ＫＤＴＥＰ）を出力することになる。すると、補正量演算部２０に−ＫＤＴＥＰが入力されるようになり、補正量演算部２０の出力はＰＴＲから１時間刻み幅ごとにＫＤＴＥＰだけ減少し、補正トルク指令値ＰＴＲ１は所定の変化速度でゼロからしだいに増加していく。

さて、解除条件判断部２２の動作について説明する。解除条件判断部２２にはトルク補正量ΔＴＲが入力され、ΔＴＲがゼロであることが所定時間Ｔ１以上継続した場合にトルク補正を解除すべきであると判断し、それ以外の場合にトルク補正を解除すべきでないと判断する。切り替え部２３は、解除条件判断部２２の判断が解除の場合は、ＫＤＴＥＰを出力し、非解除の場合はゼロを出力する。前回制御量保存部２４にＰＴＲが格納されているので、トルク補正解除部１８がゼロを出力する間も、補正量演算部２０はＰＴＲを出力する。

電気車の制御装置１００がこのように動作して、回生運転中に負荷脱落を検出してから所定時間（＝Ｔ１＋Ｔ２）の間は回生のトルク指令値を減少させることにより、コンデンサ電圧ＥＦＣが上限を逸脱しないように制御することができる。補正トルク指令値ＰＴＲ１をゼロに補正している間に他の電気車３０の異常が解消し、負荷脱落前と同じ電力を消費できるような場合には、負荷脱落後のトルク指令値ＰＴＲは負荷脱落前と同じになる。他の電気車３０の異常が解消していないか、新たに他の電気車が電力を消費するようになるなど、負荷脱落前と状況が変化している場合には、負荷脱落後のトルク指令値ＰＴＲは負荷脱落前とは異なる値となる場合がある。

変動除去フィルタ１４として、過去所定時間の平均電圧を用いたが、ローパスフィルなどを使用してもよい。電圧上昇と判断する下限の所定の上昇速度から決まる所定の時定数よりも速い変動成分を除去できるものであれば、どのようなものでもよい。

トルク補正量テーブル１７は、図３に示す以外のものでもよい。例えば、図６は、トルク補正量テーブル１７の別の例を説明する図である。図６では、電圧上昇量Ｅｓｅｒが第１の所定幅（ＫＶ１，ここでは１００Ｖ）と第２の所定幅（ＫＶ２，ここでは２００Ｖ）とに区分されて、トルク補正量ΔＴＲが以下の計算式で計算される。
Ｅｓｅｒ≧ＫＶ２で、ΔＴＲ＝ＴＲＭＡＸ（５）
ＫＶ２＞Ｅｓｅｒ≧ＫＶ１で、
ΔＴＲ＝ＴＲＭＡＸ
・(１／２＋(ＫＶ２−Ｅｓｅｒ)／(２・(ＫＶ２−ＫＶ１))) （６）
Ｅｓｅｒ＜ＫＶ１で、ΔＴＲ＝０（７）

図６のトルク補正量テーブル１７によれば、より小さな負荷脱落に対してもコンデンサ電圧ＥＦＣが上限を逸脱しないように制御することができる。トルク補正量テーブル１７は、負荷脱落によらない電圧上昇や負荷脱落であっても小さな電圧変動しかもたらさないものに対してトルク補正量ΔＴＲがゼロになり、所定の大きさ以上の電圧変動をもたらす負荷脱落に対しては必要量以上のトルク補正量ΔＴＲを出力できるものであれば、図３や図６に示したもの以外のものでもよい。

補正トルク指令値演算部１２は、図２に示す構成でなくても、電圧上昇検出部１１が所定幅以上の電圧上昇量を検出した場合に所定時間の間、トルク補正量を減少させることができるものであれば、どのような構成でもよい。時間刻み幅ごとに補正トルク量ΔＴＲを変化させる構成としたが、時間に対して連続的に変化させるようにしてもよい。
以上のことは、以下の実施の形態でもあてはまる。

実施の形態２．
実施の形態２は、変動除去フィルタ１４の出力電圧の替わりにコンデンサ電圧ＥＦＣを使用するように実施の形態１を変更した実施の形態である。図７に、この発明の実施の形態２に係る電気車の制御装置の構成例を説明する図を示す。図８は、この発明の実施の形態２に係る電圧上昇検出部と補正トルク指令値演算部の構成例を説明する図である。

実施の形態１の場合と異なる点だけを説明する。図７では、電気車の制御装置１００Ａにフィルタコンデンサ１の電圧を計測するコンデンサ電圧計測器３１が追加され、コンデンサ電圧計測器３１で計測されたコンデンサ電圧ＥＦＣが電圧上昇検出部１１Ａに入力されている。図８では、電圧上昇検出部１１Ａには変動除去フィルタ１４が無く、コンデンサ電圧ＥＦＣが減算器１５に入力されている。このようにする理由は、前述のように回生運転中に負荷脱落が発生した直後に、架線電圧Ｅｓは急激に変動するが、コンデンサ電圧ＥＦＣはあまり変動しないため、コンデンサ電圧ＥＦＣと架線電圧Ｅｓの差が電圧変動として把握できるからである。

この実施の形態２でも、実施の形態１の場合と同様に動作する。回生運転中に負荷脱落を検出してから所定時間の間は回生のトルク指令値を減少させることにより、コンデンサ電圧ＥＦＣが上限を逸脱しないように制御することができる。さらに、変動除去フィルタ１４が不要になるという効果もある。変動除去フィルタ１４をハードウエアで実現する場合には、部品点数の減少になりコスト低減につながる。ソフトウエアで実現する場合には、制御の演算量を低減してマイコン等の負荷を低減できるとともに、変動除去フィルタ１４のソフトウエアの開発費が不要になりコスト低減にもつながる。

実施の形態３．
実施の形態３は、トルク補正を解除する際の補正量の変化速度をトルク指令値ＰＴＲの大きさにより変化させるように実施の形態１を変更した実施の形態である。図９は、この発明の実施の形態３に係る電圧上昇検出部と補正トルク指令値演算部の構成例を説明する図である。なお、電気車の制御装置の構成は実施の形態１の場合での図１と同じである。

図９を実施の形態１の場合での図２と比較すると、補正トルク指令値演算部１２Ａが有するトルク補正解除部１８Ａに、トルク補正解除量テーブル３２が追加されている点が異なる。トルク補正解除量テーブル３２の例を図１０に示す。図１０に示すトルク補正解除量テーブル３２では、トルク指令値ＰＴＲに比例した所定値ＫＤＴＥＰを出力する。

この実施の形態３でも、実施の形態１の場合とほぼ同様に動作する。回生運転中に負荷脱落を検出してから所定時間の間は回生のトルク指令値を減少させることにより、コンデンサ電圧ＥＦＣが上限を逸脱しないように制御することができる。

動作が実施の形態１と相違する点は、実施の形態１ではトルク補正を解除する際の補正量の変化速度がトルク指令値ＰＴＲによらず所定値ＫＤＴＥＰで一定であるのに対して、この実施の形態３では補正量の変化速度がトルク指令値ＰＴＲに比例する点である。このため、実施の形態１ではトルク補正が解除するまでに要する時間が、トルク指令値ＰＴＲが大きくなると長くなっていたのに対して、この実施の形態３ではトルク指令値ＰＴＲによらず同じ値になる。トルク補正を解除するのに要する時間が短いと、交流回転機が早く回生運転に復帰することになり、トルク補正を行うことによる回生率の低下を必要最小限にできる。
トルク補正解除量テーブル３２は、トルク指令値ＰＴＲが大きくなると所定値ＫＤＴＥＰが大きくなれば、比例でなくても同様の効果が得られる。

実施の形態４．
実施の形態４は、トルク補正を解除する際の補正量の変化速度をトルク指令値ＰＴＲの大きさにより変化させるように実施の形態２を変更した実施の形態である。図１１は、この発明の実施の形態４に係る電圧上昇検出部と補正トルク指令値演算部の構成例を説明する図である。なお、電気車の制御装置の構成は、実施の形態２の場合での図７と同じである。

図１１を実施の形態２の場合での図８と比較すると、補正トルク指令値演算部１２Ａが有するトルク補正解除部１８Ａに、トルク補正解除量テーブル３２が追加されている点が異なる。トルク補正解除量テーブル３２は、実施の形態３の場合と同様のものであり、トルク指令値ＰＴＲに比例させて所定値ＫＤＴＥＰを出力する。
この実施の形態４でも、実施の形態３の場合と同様に動作し、同様の効果が有る。

実施の形態５．
実施の形態５は、電圧上昇量を判断する基準電圧値ＫＤをトルク指令値ＰＴＲの大きさにより変化させるように実施の形態１を変更した実施の形態である。図１２は、この発明の実施の形態５に係る電圧上昇検出部と補正トルク指令値演算部の構成例を説明する図である。なお、電気車の制御装置の構成は、実施の形態１の場合での図１と同じである。

図１２を実施の形態１の場合での図２と比較すると、電圧上昇検出部１１Ｂに基準電圧値テーブル３３を追加している点が異なる。基準電圧値テーブル３３は、トルク指令値ＰＴＲに対して変化する基準電圧値ＫＤを出力するものである。基準電圧値テーブル３３の１例を、図１３に示す。図１３では、トルク指令値ＰＴＲに対してＫＤを以下のように出力する。
ＰＴＲ≦Ｐ１で、ＫＤ＝ＫＤ１（７）
Ｐ１＜ＰＴＲ＜Ｐ２で、
ＫＤ＝ＫＤ１＋((ＫＤ２−ＫＤ１)／(Ｐ２−Ｐ１))・(ＰＴＲ−Ｐ１) （８）
Ｐ２≦ＰＴＲで、ＫＤ＝ＫＤ２（９）
ここで、ＫＤ１＞ＫＤ２であり、トルク指令値ＰＴＲが小さい場合に架線電圧Ｅｓの電圧上昇を判断する基準である基準電圧値ＫＤを、トルク指令値ＰＴＲが大きい場合よりも大きくしている。こうする理由は、トルク指令値ＰＴＲが小さく、負荷脱落が発生した際に回生を維持してもコンデンサ電圧ＥＦＣの上昇速度が小さいので、コンデンサ電圧ＥＦＣが過電圧になる可能性が小さいからである。こうすることにより、回生運転中の交流回転機のトルク指令値を減少させる場合が少なくなり、回生率の低下を小さくできるという効果が有る。

この実施の形態５でも、トルク指令値ＰＴＲが大きい場合には実施の形態１と同様に動作し、トルク指令値ＰＴＲが小さい場合には、大きい場合よりも高い基準電圧値ＫＤ以上となる電圧上昇に対してだけトルク指令値を減少させる。そのため、回生運転中に負荷脱落が発生してコンデンサ電圧ＥＦＣの過電圧が発生する可能性が高い場合だけ、負荷脱落を検出してから所定時間の間は回生のトルク指令値を減少させることにより、コンデンサ電圧ＥＦＣが上限を逸脱しないように制御しつつ回生率の低下を小さくできる。

実施の形態６．
実施の形態６は、電圧上昇を判断する基準電圧値ＫＤをトルク指令値ＰＴＲの大きさにより変化させるように実施の形態２を変更した実施の形態である。図１４は、この発明の実施の形態６に係る電圧上昇検出部と補正トルク指令値演算部の構成例を説明する図である。なお、電気車の制御装置の構成は、実施の形態２の場合での図７と同じである。

図１４を実施の形態１の場合での図８と比較すると、電圧上昇検出部１１Ｃに基準電圧値テーブル３３を追加している点が異なる。基準電圧値テーブル３３は、実施の形態５の場合と同様なものであり、図１３に示すように、トルク指令値ＰＴＲに対して基準電圧値ＫＤを出力する。
この実施の形態６でも、実施の形態５と同様に動作し、同様の効果が有る。

実施の形態７．
実施の形態７は、実施の形態５及び実施の形態３の特徴を共に持つように実施の形態１を変更した実施の形態である。図１５は、この発明の実施の形態７に係る電圧上昇検出部と補正トルク指令値演算部の構成例を説明する図である。なお、電気車の制御装置の構成は、実施の形態１の場合での図１と同じである。

この実施の形態７では、トルク指令値ＰＴＲを減少させるまでは実施の形態５と同様に動作し、減少させたトルク指令値ＰＴＲを元に戻す際には実施の形態３と同様に動作する。そのため、実施の形態３と実施の形態５の効果をともに持つ。

実施の形態８．
実施の形態８は、実施の形態５及び実施の形態３の特徴を共に持つように実施の形態２を変更した実施の形態である。図１６は、この発明の実施の形態８に係る電圧上昇検出部と補正トルク指令値演算部の構成例を説明する図である。なお、電気車の制御装置の構成は、実施の形態２の場合での図７と同じである。
この実施の形態７では、実施の形態６と同様に動作し、同様な効果が有る。

以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例であり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、一部を省略する等、変更して構成することも可能である。

Claims

交流回転機との間で電力をやりとりするインバータと、
該インバータの直流側に並列に接続されるフィルタコンデンサと、
該フィルタコンデンサと架線の間に設けられたフィルタリアクトルと、
前記架線の電圧を計測する架線電圧計測器と、
該架線電圧計測器により計測される架線電圧が入力されて、前記架線電圧が基準電圧値を越え、かつ所定の時定数よりも速く変動して前記架線電圧が上昇する際の電圧上昇量を検出する電圧上昇検出部と、
前記インバータが回生運転時に前記電圧上昇検出部が所定幅以上の電圧上昇量を検出してから所定時間の間は、外部から入力されるトルク指令値を小さくなるように補正した補正トルク指令値を演算する補正トルク指令値演算部と、
前記補正トルク指令値に一致したトルクを前記交流回転機が出力するように前記インバータを制御するベクトル制御部を備える電気車の制御装置。
前記電圧上昇検出部は、前記所定の時定数よりも速い変動成分を前記架線電圧から除く変動除去フィルタを有し、前記基準電圧値より大きい前記架線電圧から前記変動除去フィルタの出力を引いて前記電圧上昇量を求めることを特徴とする請求項１に記載の電気車の制御装置。
前記フィルタコンデンサの電圧を計測するコンデンサ電圧計測器を備え、
前記電圧上昇検出部は、前記基準電圧値より大きい前記架線電圧から前記コンデンサ電圧計測器の出力を引いて前記電圧上昇量を求めることを特徴とする請求項１に記載の電気車の制御装置。
前記補正トルク指令値を前記トルク指令値に戻す際の変化速度を前記トルク指令値に応じて変化させることを特徴とする請求項１に記載の電気車の制御装置。
前記補正トルク指令値を前記トルク指令値に戻すまでに要する時間を前記トルク指令値によらず同じにすることを特徴とする請求項１に記載の電気車の制御装置。
前記基準電圧値を前記トルク指令値に応じて変化させることを特徴とする請求項１に記載の電気車の制御装置。
前記トルク指令値が増加すると前記基準電圧値を減少させることを特徴とする請求項１に記載の電気車の制御装置。