JP5038339B2 - Power supply method and AC train power supply system - Google Patents
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Description
本発明は、交直流電車における電力供給方法等に関する。 The present invention relates to a power supply method for an AC / DC train.
交流区間と直流区間両方を走行できる電車として交直流電車が知られている。
一般的に、交直流電車は、交流区間では、パンタグラフで集電された単相交流電力を主変圧器で降圧した後にコンバータ部で直流電力に変換し、インバータ部で三相交流電力に変換して主電動機を駆動している。また、直流区間では、主変圧器及びコンバータ部を介さずに、パンタグラフで集電される直流電力をインバータ部で三相交流電力に変換して主電動機を駆動している(例えば、特許文献1)。
An alternating-current DC train is known as a train that can travel in both an AC section and a DC section.
In general, in AC sections, single-phase AC power collected by a pantograph is stepped down by a main transformer and then converted to DC power by a converter unit, and converted to three-phase AC power by an inverter unit in an AC section. The main motor is driven. Further, in the DC section, the main motor is driven by converting the DC power collected by the pantograph into three-phase AC power by the inverter unit without going through the main transformer and the converter unit (for example, Patent Document 1). ).
また、電車には、主電動機を駆動するための主回路の他に、冷暖房装置や照明装置、空気圧縮機等の補助的な機器(以下「補助機器」という。)を駆動するための補助回路がある。交直流電車の補助回路は、上述した主回路のコンバータ部に相当する補助整流装置と、主回路のインバータ部に相当する静止形インバータ部(SIV)とを備えて構成されるのが一般的である。この補助回路においては、交流区間では、主変圧器の補助巻線で降圧された単相交流電力が補助整流装置で直流に変換され、静止形インバータ部で三相交流に変換されて補助機器に供給される。また、直流区間では、補助整流装置を介さずに、パンタグラフで集電された直流電力が静止形インバータ部で交流電力に変換されて補助機器に供給される。 In addition to the main circuit for driving the main motor, the train has an auxiliary circuit for driving auxiliary equipment (hereinafter referred to as “auxiliary equipment”) such as an air conditioner, a lighting device, and an air compressor. There is. An auxiliary circuit of an AC / DC train is generally configured to include an auxiliary rectifier corresponding to the converter section of the main circuit and a static inverter section (SIV) corresponding to the inverter section of the main circuit. is there. In this auxiliary circuit, in the AC section, the single-phase AC power stepped down by the auxiliary winding of the main transformer is converted to DC by the auxiliary rectifier, and converted to three-phase AC by the static inverter unit and used as auxiliary equipment. Supplied. Further, in the DC section, the DC power collected by the pantograph is converted into AC power by the static inverter unit and supplied to the auxiliary equipment without going through the auxiliary rectifier.
しかしながら、交直流電車は、交流区間と直流区間を走行するために上述した種々の装置を備えているが、直流区間では未使用となる装置があった。例えば、コンバータ部は高価な装置であるにもかかわらず、直流区間では作動していなかった。また、大型で且つ高価な静止形インバータ部を不要とすることができれば、床下設置スペースの点でも、コストの点でも有利である。 However, the AC / DC train includes the various devices described above for traveling in the AC section and the DC section, but there are devices that are not used in the DC section. For example, although the converter unit is an expensive device, it was not operated in the DC section. Further, if a large and expensive stationary inverter unit can be eliminated, it is advantageous in terms of the installation space under the floor and the cost.
本発明はかかる課題に鑑みて為されたものであり、その目的とするところは、効率的な回路構成を有する交直流電車用電源システムを提供することである。 The present invention has been made in view of such a problem, and an object thereof is to provide a power supply system for an AC / DC train having an efficient circuit configuration.
以上の課題を解決するための第1の発明は、
交流区間ではき電線からの交流電力を主変圧器に印加して、前記主変圧器の2次巻線に接続されたコンバータ部及びインバータ部を有する主変換装置を介して主電動機を駆動し、直流区間では前記き電線からの直流電力を前記主変換装置の直流リンク部に印加して前記主電動機を駆動する交直流電車の電力供給方法であって、
交流区間において前記主変圧器の補助巻線から供給される交流電力を補助整流装置が直流電力に変換して補助機器の電源ラインに電力を供給する交流区間補助機器電力供給ステップと、
前記コンバータ部の入力端を、交流区間においては前記主変圧器の2次側に接続し、直流区間においては前記補助機器の電源ラインに接続する入力端接続制御ステップと、
前記コンバータ部を、交流区間においては順方向運転してAC−DCコンバータとして機能させ、直流区間においては逆方向運転して前記直流リンク部に印加される直流電力を降圧して入力端から出力するDC−DCコンバータとして機能させるコンバータ部制御ステップと、
を含む電力供給方法である。
The first invention for solving the above problems is:
AC power from the feeder in the AC section is applied to the main transformer, and the main motor is driven through a main converter having a converter unit and an inverter unit connected to the secondary winding of the main transformer, In the DC section, a DC power supply method for driving the main motor by applying DC power from the feeder to the DC link portion of the main converter,
In the AC section, the AC section auxiliary equipment power supply step in which the auxiliary rectifier converts the AC power supplied from the auxiliary winding of the main transformer into DC power and supplies the power to the power line of the auxiliary equipment,
An input end connection control step of connecting the input end of the converter unit to the secondary side of the main transformer in the AC section, and connecting to the power line of the auxiliary device in the DC section;
The converter unit operates in the forward direction in the AC section to function as an AC-DC converter, and operates in the reverse direction in the DC section to step down the DC power applied to the DC link section and output it from the input end. A converter unit control step that functions as a DC-DC converter;
A power supply method including:
また、他の発明として、
交流区間ではき電線からの交流電力を主変圧器に印加して、前記主変圧器の2次巻線に接続されたコンバータ部及びインバータ部を有する主変換装置を介して主電動機を駆動し、直流区間では前記き電線からの直流電力を前記主変換装置の直流リンク部に印加して前記主電動機を駆動する交直流電車用電源システムであって、
前記主変圧器の補助巻線に接続され、交流区間において補助機器の電源ラインに直流電力を供給する補助整流装置と、
前記コンバータ部の入力端を、交流区間においては前記主変圧器の2次側に接続し、直流区間においては前記補助機器の電源ラインに接続する入力端接続制御部と、
前記コンバータ部を、交流区間においては順方向運転してAC−DCコンバータとして機能させ、直流区間においては逆方向運転して前記直流リンク部に印加される直流電力を降圧して入力端から出力するDC−DCコンバータとして機能させるコンバータ部制御部と、
を備えた交直流電車用電源システムを構成してもよい。
As another invention,
AC power from the feeder in the AC section is applied to the main transformer, and the main motor is driven through a main converter having a converter unit and an inverter unit connected to the secondary winding of the main transformer, In the DC section, a DC power supply system for driving the main motor by applying DC power from the feeder to the DC link portion of the main converter,
An auxiliary rectifier connected to the auxiliary winding of the main transformer and supplying DC power to the power line of the auxiliary device in the AC section;
The input end of the converter unit is connected to the secondary side of the main transformer in the AC section, and the input end connection control unit is connected to the power line of the auxiliary device in the DC section;
The converter unit operates in the forward direction in the AC section to function as an AC-DC converter, and operates in the reverse direction in the DC section to step down the DC power applied to the DC link section and output it from the input end. A converter unit controller that functions as a DC-DC converter;
You may comprise the power supply system for AC / DC trains provided with.
この第1の発明等によれば、補助機器の電源ラインには、交流区間においては主変圧器の補助巻線及び補助整流装置を介して電力が供給されるが、直流区間においてはコンバータ部の入力端が接続されてコンバータ部から電力が供給される。そのコンバータ部は、交流区間においては入力端が主変圧器の2次側に接続されて、順方向運転によりAC−DCコンバータとして機能するが、直流区間においては入力端が補助機器の電源ラインに接続され、逆方向運転によってDC−DCコンバータとして機能する。 According to the first aspect of the invention, power is supplied to the power line of the auxiliary device through the auxiliary winding of the main transformer and the auxiliary rectifier in the AC section. The input terminal is connected and power is supplied from the converter unit. The converter unit has an input end connected to the secondary side of the main transformer in the AC section and functions as an AC-DC converter by forward operation, but in the DC section, the input end serves as the power line of the auxiliary equipment. Connected and functions as a DC-DC converter by reverse operation.
すなわち、直流区間において、コンバータ部は、出力端にき電線からの直流電力が供給され、入力端から直流電力を出力するDC−DCコンバータとして運転し、出力電力を補助機器の電源ラインに供給することとなる。 That is, in the DC section, the converter unit is operated as a DC-DC converter that is supplied with DC power from the feeder line at the output end and outputs DC power from the input end, and supplies the output power to the power line of the auxiliary device. It will be.
従って、コンバータ部は、交流区間及び直流区間の何れの区間においても使用されるため、利用率の向上を実現できる。また、補助機器の電源ラインには交流区間であろうと直流区間であろうと直流電力が供給されることとなるため、直流電力を電源とする一般的な交流電車の補助機器類を交直流電車に装備することとで、静止形インバータ装置を不要とすることができる。 Therefore, since the converter unit is used in both the AC section and the DC section, the utilization factor can be improved. In addition, since DC power is supplied to the power line of the auxiliary equipment regardless of whether it is in an AC section or a DC section, auxiliary equipment for a general AC train that uses DC power as a power source is used as an AC / DC train. By installing, a static inverter device can be dispensed with.
また、第2の発明として、第1の発明の電力供給方法であって、
前記交直流電車は、前記主変換装置を備える複数の車両で編成されてなり、
前記入力端接続制御ステップは、前記直流区間において、前記主変換装置それぞれの前記コンバータ部の入力端を、前記補助機器の電源ラインに並列接続するステップである、
電力供給方法を構成することとしてもよい。
A second invention is a power supply method according to the first invention,
The AC / DC train is composed of a plurality of vehicles including the main conversion device,
The input end connection control step is a step of connecting the input ends of the converter units of the main converters in parallel to the power line of the auxiliary device in the DC section.
A power supply method may be configured.
直流区間においてもコンバータ部が使用される結果、コンバータ部の故障率が向上し得る。コンバータ部が故障した場合には、後段のインバータ部に電力を供給することができず、交流区間において主電動機を駆動できなくなるが、他車両の主電動機が不足分のトルクを補うことで列車を走行させることが可能である。しかし、直流区間では補助機器への電源供給が停止するため、補助機器が作動できない事態が生じる。そこで、第2の発明のように、直流区間においては、各車両の主変換装置それぞれのコンバータ部の入力端を補助機器の電源ラインに並列接続させるように構成することで、1つの車両のコンバータ部が故障した場合であっても、他の車両のコンバータ部が補助機器に電力を供給でき、補助機器が作動不能となる事態を回避することができる。 As a result of using the converter unit even in the DC section, the failure rate of the converter unit can be improved. If the converter unit fails, power cannot be supplied to the inverter unit in the subsequent stage, and the main motor cannot be driven in the AC section. It is possible to run. However, since the power supply to the auxiliary device is stopped in the DC section, a situation in which the auxiliary device cannot be operated occurs. Therefore, as in the second invention, in the DC section, the converter of one vehicle is configured by connecting the input end of the converter unit of each main converter of each vehicle in parallel to the power line of the auxiliary equipment. Even when the unit fails, the converter unit of another vehicle can supply power to the auxiliary device, and the situation where the auxiliary device becomes inoperable can be avoided.
以下、図面を参照して、本発明に好適な実施形態の一例を説明する。但し、本発明を適用可能な実施形態がこれに限定されるわけではない。 Hereinafter, an example of an embodiment suitable for the present invention will be described with reference to the drawings. However, embodiments to which the present invention can be applied are not limited to this.
1.従来の交直流電車用電源システム
本発明を適用した実施形態を説明する前に、従来の交直流電車用電源システムの回路構成について簡単に説明する。図5,6は、従来の交直流電車用電源システム1000の概略的な回路構成を示す図であり、図5は、交流区間を走行する際の電力供給動作を、図6は、直流区間を走行する際の電力供給動作を示している。
1. Conventional AC DC Power Supply System Before describing an embodiment to which the present invention is applied, a circuit configuration of a conventional AC DC power supply system will be briefly described. 5 and 6 are diagrams showing a schematic circuit configuration of a conventional AC / DC train
交直流電車用電源システム1000は、主変圧器70と、主変換装置400と、補助整流装置600と、静止形インバータ900と、複数のスイッチ部とを備えて構成され、主電動機3を駆動するための電力供給系統である主回路と、補助機器を駆動するための電力供給系統である補助回路とに大別される。また、主変換装置400は、コンバータ部200と、インバータ部30と、インバータ部30の入力端に並列接続されたフィルタコンデンサ31とを備えて構成される。また、図示していないが、交直流電車用電源システム1000は、各種のスイッチ部を制御するとともに、交直流電車用電源システム1000を統括的に制御する制御装置を備える。
The AC / DC train
スイッチ部50−1,50−2,50−3,81は、接触器や高速度遮断器等で構成される公知のスイッチ機構を有する。スイッチ部81は、交流区間(図5)においては、主変圧器70をパンタグラフ2に接続し、直流区間(図6)においてはコンバータ部200とインバータ部30間の直流リンク部をパンタグラフ2に接続するように切り替えられる。スイッチ部50−1,50−2は、交流区間においては開動作し(図5)、直流区間においては閉動作するように制御され(図6)、スイッチ部50−3は、交流区間においては閉動作し(図5)、直流区間においては開動作する(図6)ように制御される。
The switch units 50-1, 50-2, 50-3, 81 have a known switch mechanism including a contactor, a high-speed circuit breaker, and the like. The
全体として、交直流電車用電源システム1000の主回路側は、交流区間においては、パンタグラフ2を介してき電線から供給される単相交流電力を主変圧器70が降圧し、降圧された交流電力をコンバータ部200が直流電力に変換し、更にインバータ部30が三相交流電力を生成して主電動機3を駆動する。また、補助回路側は、主変圧器70の補助巻線77を通じて供給される交流電力を補助整流装置600が直流電力に変換し、更に静止形インバータ900が三相交流電力に変換してAC三相電源補助機器6の電源ラインに供給する。
As a whole, in the AC circuit
一方、直流区間においては、主回路側は、パンタグラフ2を介してき電線から供給される直流電力が主変換装置400の直流リンク部に印加され、インバータ部30が主電動機3を駆動するための三相交流電力を生成する。補助回路側は、静止形インバータ部900の入力端にパンタグラフ2からの直流電力が印加され、静止形インバータ部900が三相交流電力を生成してAC三相電源補助機器6の電源ラインに供給する。
On the other hand, in the DC section, on the main circuit side, the DC power supplied from the feeder via the
従って、直流区間においては、コンバータ部200及び補助整流装置600が非稼動の状態となる。また、交直流電車用電源システム1000の補助回路は、交流区間及び直流区間の双方に対応するために静止形インバータ900を備えて構成され、冷暖房装置等の比較的大容量の補助機器をAC三相電源補助機器6として構成されていた。
Therefore, in the DC section,
勿論、AC単相電源の補助機器や直流電源の補助機器も搭載されるが、これらの補助機器用の電源は、静止形インバータ900の後段に接続された補助変圧器や補助整流器によって供給されていた。
Of course, auxiliary equipment of AC single phase power supply and auxiliary equipment of DC power supply are also mounted, but the power supply for these auxiliary equipment is supplied by an auxiliary transformer or auxiliary rectifier connected to the subsequent stage of the
2.本発明を適用した交直流電車用電源システムの実施形態
図1,2は、本発明を適用した交直流電車用電源システム1の概略的な回路構成を示す図であり、図1は、交流区間を走行する際の電力供給動作を、図2は、直流区間を走行する際の電力供給動作を示している。尚、従来の交直流電車用電源システム1000と同一の構成要素については同一の符号を付して説明を省略する。
2. Embodiments of AC / DC Train Power Supply System to which the Present Invention is Applied FIGS. 1 and 2 are diagrams showing a schematic circuit configuration of an AC / DC train
交直流電車用電源システム1は、制御装置10と、主変換装置40と、補助整流装置60と、主変圧器70と、複数のスイッチ部とを備えて構成される。従来の交直流電車用電源システム1000と大きく異なる点は、コンバータ部20及び補助整流装置60それぞれと主変圧器70との間にスイッチ部83(83−1,83−2),87(87−1,87−2)が設けられ、コンバータ部20の入力端と補助機器の電源ラインLとがスイッチ部85(85−1,85−2)を介して接続され、静止形インバータ900が不要とされている点と、コンバータ部20の構成が異なる点である。また、冷暖房装置等の比較的大容量の補助機器は、AC三相電源補助機器6からDC電源補助機器5に置き換えられている。
The AC train
スイッチ部81,83,87,85は、接触器や高速度遮断器等で構成される公知のスイッチ機構を有して構成され、制御装置10によって開閉動作又は切替動作が制御される。スイッチ部81は、交流区間(図1)においては、主変圧器70をパンタグラフ2に接続し、直流区間(図2)においてはコンバータ部20とインバータ部30間の直流リンク部をパンタグラフ2に接続するように切り替えられる。スイッチ部83,87は、交流区間においては閉動作し(図1)、直流区間においては開動作するように制御され(図2)、スイッチ部85は、交流区間においては開動作し(図1)、直流区間においては閉動作する(図2)ように制御される。
The
図3は、コンバータ部20の概略回路構成を示す図である。コンバータ部20は、PWMコンバータ装置23の前段にスイッチ回路部21を備えて構成される。PWMコンバータ装置23は、スイッチ回路部21の開閉動作と相俟って、交流区間においては順方向運転によってPWMコンバータとして機能し、直流区間においては逆方向運転によって多相多重のチョッパ回路として動作制御されてDC−DCコンバータとして機能するように制御される。この運転方向の制御及びスイッチ回路部21の開閉動作は、制御装置10からの制御信号に基づいて制御される。直流区間におけるスイッチ回路部21のスイッチ動作は、図3に示す通りであり、交流区間においては開閉が逆に制御される。尚、コンバータ部20をDC−DCコンバータとして逆方向運転させる構成自体は公知の技術を適用可能であるため、詳細な説明は省略する。
FIG. 3 is a diagram illustrating a schematic circuit configuration of the
また、コンバータ部20の入力端は、スイッチ部83を介して主変圧器70の2次巻線83に接続され、コンバータ部20の出力端(主変換装置40の直流リンク部)は、スイッチ部81を介してパンタグラフ2に接続される。
The input end of the
従って、コンバータ部20は、交流区間においては、2次巻線73からの単相交流電力を直流電力に変換して直流リンク部に出力し、直流区間においては、パンタグラフ2を介してき電線から直流リンク部に印加された直流電力を降圧して入力端から出力するように動作制御される。
Therefore, the
交直流電車用電源システム1の全体回路動作は次のようになる。すなわち、交流区間においては、図1に示す通り、パンタグラフ2を介してき電線から供給される単相交流電力を主変圧器70が降圧し、降圧された交流電力をコンバータ部20が直流電力に変換し、インバータ部30が三相交流電力を生成して主電動機3を駆動する。また、主変圧器70の補助巻線77を通じて供給される単相交流電力を補助整流装置600が直流電力に変換して、DC電源補助機器5の電源ラインLに供給する。
The overall circuit operation of the AC DC
一方、直流区間においては、図2に示す通り、パンタグラフ2を介してき電線から供給される直流電力が主変換装置400の直流リンク部に印加され、インバータ部30が主電動機3を駆動するための三相交流電力を生成する。また、直流リンク部に印加された直流電力を、逆方向運転されるコンバータ部20が降圧して入力端から出力し、降圧した直流電力をDC電源補助機器5の電源ラインLに供給する。
On the other hand, in the DC section, as shown in FIG. 2, the DC power supplied from the feeder via the
従って、コンバータ部20は、交流区間及び直流区間の何れの区間においても使用される。また、補助機器の電源ラインLには交流区間であろうと直流区間であろうと直流電力が供給されることとなる。DC電源補助機器5は、直流電力を電源とする一般的な電車の補助機器類で構成可能である。このため、静止形インバータ装置を必要としない補助回路を実現できる。
Therefore, the
尚、上述した実施形態においては、コンバータ部20が常時稼動している状態となるため、従来の交直流電車用電源システム1000に比べて故障率が向上する可能性がある。コンバータ部20が故障した場合、交流区間において主電動機3を駆動するための電力を供給できなくなるが、編成内の他のM車によって不足分のトルクが補われるため、列車の走行は可能である。しかし、直流区間においては、補助機器の電源ラインLへの電力供給ができなくなるため、補助機器が作動できない事態が生じる。
In the above-described embodiment, since the
そこで、図4に示すように、直流区間においては、編成内の複数のM車に搭載された主変換装置40それぞれのコンバータ部20の入力端を、補助機器の電源ラインLに並列接続させる交直流電車用電源システム1Aを構成する。図4の各スイッチは、直流区間における開閉動作を示している。このように構成することで、1つの車両のコンバータ部が故障した場合であっても、補助機器が動作不能となる事態を回避することができる。
Therefore, as shown in FIG. 4, in the DC section, the input ends of the
1,1A 直流電車用電源システム
10 制御装置
40 主変換装置
20 コンバータ部
30 インバータ部
60 補助整流装置
70 主変圧器
73 2次巻線
77 補助巻線
81,83,85,87 スイッチ部
2 パンタグラフ
3 主電動機
5 DC電源補助機器
7 接地
DESCRIPTION OF
Claims (3)
交流区間において前記主変圧器の補助巻線から供給される交流電力を補助整流装置が直流電力に変換して補助機器の電源ラインに電力を供給する交流区間補助機器電力供給ステップと、
前記コンバータ部の入力端を、交流区間においては前記主変圧器の2次側に接続し、直流区間においては前記補助機器の電源ラインに接続する入力端接続制御ステップと、
前記コンバータ部を、交流区間においては順方向運転してAC−DCコンバータとして機能させ、直流区間においては逆方向運転して前記直流リンク部に印加される直流電力を降圧して入力端から出力するDC−DCコンバータとして機能させるコンバータ部制御ステップと、
を含む電力供給方法。 AC power from the feeder in the AC section is applied to the main transformer, and the main motor is driven through a main converter having a converter unit and an inverter unit connected to the secondary winding of the main transformer, In the DC section, a DC power supply method for driving the main motor by applying DC power from the feeder to the DC link portion of the main converter,
In the AC section, the AC section auxiliary equipment power supply step in which the auxiliary rectifier converts the AC power supplied from the auxiliary winding of the main transformer into DC power and supplies the power to the power line of the auxiliary equipment,
An input end connection control step of connecting the input end of the converter unit to the secondary side of the main transformer in the AC section, and connecting to the power line of the auxiliary device in the DC section;
The converter unit operates in the forward direction in the AC section to function as an AC-DC converter, and operates in the reverse direction in the DC section to step down the DC power applied to the DC link section and output it from the input end. A converter unit control step that functions as a DC-DC converter;
Power supply method including.
前記入力端接続制御ステップは、前記直流区間において、前記主変換装置それぞれの前記コンバータ部の入力端を、前記補助機器の電源ラインに並列接続するステップである、
請求項1に記載の電力供給方法。 The AC / DC train is composed of a plurality of vehicles including the main conversion device,
The input end connection control step is a step of connecting the input ends of the converter units of the main converters in parallel to the power line of the auxiliary device in the DC section.
The power supply method according to claim 1.
前記主変圧器の補助巻線に接続され、交流区間において補助機器の電源ラインに直流電力を供給する補助整流装置と、
前記コンバータ部の入力端を、交流区間においては前記主変圧器の2次側に接続し、直流区間においては前記補助機器の電源ラインに接続する入力端接続制御部と、
前記コンバータ部を、交流区間においては順方向運転してAC−DCコンバータとして機能させ、直流区間においては逆方向運転して前記直流リンク部に印加される直流電力を降圧して入力端から出力するDC−DCコンバータとして機能させるコンバータ部制御部と、
を備えた交直流電車用電源システム。 AC power from the feeder in the AC section is applied to the main transformer, and the main motor is driven through a main converter having a converter unit and an inverter unit connected to the secondary winding of the main transformer, In the DC section, a DC power supply system for driving the main motor by applying DC power from the feeder to the DC link portion of the main converter,
An auxiliary rectifier connected to the auxiliary winding of the main transformer and supplying DC power to the power line of the auxiliary device in the AC section;
The input end of the converter unit is connected to the secondary side of the main transformer in the AC section, and the input end connection control unit is connected to the power line of the auxiliary device in the DC section;
The converter unit operates in the forward direction in the AC section to function as an AC-DC converter, and operates in the reverse direction in the DC section to step down the DC power applied to the DC link section and output it from the input end. A converter unit controller that functions as a DC-DC converter;
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