JP5221016B2

JP5221016B2 - 車両用電源装置及び電源装置制御システム

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Publication number: JP5221016B2
Application number: JP2006242631A
Authority: JP
Inventors: 弘敏川合; 克久稲垣; 昇治恩田
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2006-09-07
Filing date: 2006-09-07
Publication date: 2013-06-26
Anticipated expiration: 2026-09-07
Also published as: JP2008067497A

Description

本発明は、直流電力を交流電力に変換し負荷に電力を供給する車両用電源装置及び電源装置制御システムに関する。

架線からの直流電力を交流電力に変換し、三相の負荷母線に接続されている負荷に電力を供給する車両用電源装置では、負荷が短絡した場合に、過大な電流が短絡点に流れ込んでしまうために当該車両用電源装置の出力電流も過大となり、故障の要因となる。

そこで従来は、図６に示すように、負荷短絡により出力電流検出値３７が所定値３５以上となった場合にはゲート信号を生成している電力変換器を停止させ、出力電流が出力過電流検知解除設定値３６まで下がったなら再度電力変換器を起動するという動作の繰り返しを、短絡負荷が三相負荷母線から切り離されるまで継続していた。尚、図６において、３８は電力変換器のゲートオフ期間、３９はゲートオン期間を示している。

このように、従来の車両用電源装置は、電流検出器を用いて出力電流を監視しておき、出力電流３７が負荷短絡検知セット値３５に達すると電力変換器を停止させ、検知解除セット値３６を下回ると電力変換器を再起動させる。このため、従来の車両用電源装置では、電力変換器が起動、停止を繰り返し、電力変換器が停止している場合には出力電流を制御できないので、負荷に歪んだ電圧波形が印加される問題点があった。また、複数の電力変換器の出力側が互いに並列に接続され、負荷に電力を供給している場合、電力変換器が停止すると出力位相を見失い、電力変換器が起動した直後に他の電力変換器と位相が合わないため、三相負荷母線側から電力変換器へ出力電流の逆流等を招き、故障の要因となる問題点もあった。
特開２００１−８６６４０号公報特開平７−２２７００１号公報

本発明は、上記のような従来技術の問題点に鑑みてなされたもので、負荷短絡を検知して出力電流を瞬時に所定の値まで絞り込み、電力変換器を停止させることなく出力の位相、電流、電圧を制御し、負荷側のヒューズが切れるまで電流を流し続けることで編成内無給電時間を発生させるということなく、当該電源装置の運転を継続することができる車両用電源装置及び電源装置制御システムを提供することを目的とする。

本発明は、直流電力を交流電力に変換し、三相の負荷母線に接続された負荷に電力を供給する電力変換器と、前記電力変換器の交流側と前記三相の負荷母線との間に設置された交流フィルタリアクトルと、前記交流フィルタリアクトルと前記三相の負荷母線との間に設置された変圧器と、前記変圧器と前記三相の負荷母線との間に設置された、前記電力変換器から前記三相の負荷母線へ供給される交流出力を入切するための遮断器と、前記交流フィルタリアクトルよりも前記電力変換器側に設置され、当該電力変換器の交流出力電流を検出する第１の電流検出器と、前記交流フィルタリアクトルから前記変圧器の一次側に流れる交流電流を検出する第２の電流検出器と、前記変圧器と前記遮断器との間に設置され、前記変圧器の二次側出力電圧を検出する第１の電圧検出器と、前記遮断器よりも前記三相の負荷母線側に設けられ、前記変圧器から前記三相の負荷母線に流れる負荷電流の電圧を検出する第２の電圧検出器と、前記電力変換器が前記第１の電流検出器の検出電流値と前記第１の電圧検出器の検出電圧値とに基づき所定電圧、所定周波数の交流を出力するように当該電力変換器を制御する電力変換制御器と、前記第２の電流検出器の検出値と前記第２の電圧検出器の検出値とから負荷短絡を判定する負荷短絡検知部と、前記負荷短絡検知部が負荷短絡と判定したときに、前記第２の電流検出器の検出値に基づく変圧器一次電流ベクトルの方向と大きさを設定値に瞬時に合わせるためのｄ軸出力電流及びｑ軸出力電流のリミット値を前記電力変換制御器に指令する電流リミット回路とを備えた車両用電源装置を特徴とする。

また本発明は、出力が互いに三相の負荷母線に並列に接続される複数台の車両用電源装置と、前記複数台の車両用電源装置それぞれと伝送線にて接続されたモニタ制御装置とを備えた電源装置制御システムであって、前記複数台の車両用電源装置それぞれは、直流電力を交流電力に変換し、前記三相の負荷母線に接続された負荷に電力を供給する電力変換器と、前記電力変換器の交流側と前記三相の負荷母線との間に設置された交流フィルタリアクトルと、前記交流フィルタリアクトルと前記三相の負荷母線との間に設置された変圧器と、前記変圧器と前記三相の負荷母線との間に設置された、前記電力変換器から前記三相の負荷母線への交流出力を入切するための遮断器と、前記交流フィルタリアクトルよりも前記電力変換器側に設置され、当該電力変換器の交流出力電流を検出する第１の電流検出器と、前記交流フィルタリアクトルから前記変圧器の一次側に流れる交流電流を検出する第２の電流検出器と、前記変圧器と前記遮断器との間に設置され、前記変圧器の二次側出力電圧を検出する第１の電圧検出器と、前記遮断器よりも前記三相の負荷母線側に設けられ、前記変圧器から前記三相の負荷母線に流れる負荷電流の電圧を検出する第２の電圧検出器と、前記電力変換器が前記第１の電流検出器の検出電流値と前記第１の電圧検出器の検出電圧値とに基づき所定電圧、所定周波数の交流を出力するように当該電力変換器を制御する電力変換制御器と、前記第２の電流検出器の電流検出値と前記第２の電圧検出器の電圧検出値とから負荷短絡を判定する負荷短絡検知部と、前記負荷短絡検知部が負荷短絡と判定したときに、前記第２の電流検出器の検出値に基づく変圧器一次電流ベクトルの方向と大きさを設定値に瞬時に合わせるために、前記第１の電流検出器の検出するｄ軸出力電流及びｑ軸出力電流にかけるリミット値を前記電力変換制御器に指令する電流リミット回路とを備え、前記複数台の車両用電源装置それぞれの電流リミット回路は、自機制御変数を前記伝送線を経由して前記モニタ制御装置に送信し、前記モニタ制御装置から他機制御変数を受信し、前記自機制御変数と他機制御変数を用いて全電源装置の位相平均を演算する基準位相演算部と、前記自機制御変数に含まれる自機の負荷短絡検知信号と他機制御変数に含まれる他機の負荷短絡検知信号を監視し、最初に負荷短絡検知信号を発信した他の電源装置の出力電流リミットレベルに自機の出力電流リミットレベルを同期させる変圧器一次電流基準リミット部とを備えた電源装置制御システムを特徴とする。
さらに本発明は、直流電力を交流電力に変換し、三相の負荷母線に接続された負荷に電力を供給する電力変換器と、前記電力変換器の交流側と前記三相の負荷母線との間に設置された交流フィルタリアクトルと、前記交流フィルタリアクトルと前記三相の負荷母線との間に設置された変圧器と、前記変圧器と前記三相の負荷母線との間に設置された、前記電力変換器から前記三相の負荷母線への交流出力を入切するための遮断器と、前記交流フィルタリアクトルよりも前記電力変換器側に設置され、当該電力変換器の交流出力電流を検出する第１の電流検出器と、前記交流フィルタリアクトルから前記変圧器の一次側に流れる交流電流を検出する第２の電流検出器と、前記変圧器と前記遮断器との間に設置され、前記変圧器の二次側出力電圧を検出する第１の電圧検出器と、前記遮断器よりも前記三相の負荷母線側に設けられ、前記変圧器から前記三相の負荷母線に流れる負荷電流の電圧を検出する第２の電圧検出器と、前記電力変換器が前記第１の電流検出器の検出電流値と前記第１の電圧検出器の検出電圧値とに基づき所定電圧、所定周波数の交流を出力するように当該電力変換器を制御する電力変換制御器と、前記第２の電流検出器の電流検出値と前記第２の電圧検出器の電圧検出値とから負荷短絡を判定する負荷短絡検知部と、前記負荷短絡検知部が負荷短絡と判定したときに、前記第２の電流検出器の検出値に基づく変圧器一次電流ベクトルの方向と大きさを設定値に瞬時に合わせるために、前記第１の電流検出器の検出するｄ軸出力電流及びｑ軸出力電流にかけるリミット値を前記電力変換制御器に指令する電流リミット回路とを備え、前記電流リミット回路は、自機制御変数を伝送線を経由して外部のモニタ制御装置に送信し、前記モニタ制御装置から他機制御変数を受信し、前記自機制御変数と他機制御変数を用いて全電源装置の位相平均を演算する基準位相演算部と、前記自機制御変数に含まれる自機の負荷短絡検知信号と他機制御変数に含まれる他機の負荷短絡検知信号を監視し、最初に負荷短絡検知信号を発信した他の電源装置の出力電流リミットレベルに自機の出力電流リミットレベルを同期させる変圧器一次電流基準リミット部とを備えた車両用電源装置を特徴とする。

本発明によれば、負荷短絡を検知して出力電流を瞬時に所定の値まで絞り込み、電力変換器を停止させることなく出力の位相、電流、電圧を制御することで、編成内無給電時間を発生させることなく、当該電源装置の運転を継続することができる。

以下、本発明の実施の形態を図に基づいて詳説する。

（第１の実施の形態）図１は本発明の第１の実施の形態の車両用電源装置の回路構成を示している。図１において、電力変換器１は、直流電源１４から直流リアクトル１５と直流フィルタコンデンサ１６を通じて取り込んだ直流電力を所定電圧、所定周波数の三相交流に変換する。この電力変換器１の出力する三相交流は、交流フィルタリアクトル３、変圧器５、接触器７を経て三相の負荷母線１７に供給される。この負荷母線１７には負荷８が接続してある。

電力変換器１には、これをＰＷＭ制御するＰＷＭ制御器１０が接続してあり、このＰＷＭ制御器１０は、電圧制御器１３と電流制御器１１からの指令に基づいて電力変換器１の出力電圧が電圧指令に一致するように電力変換器１をＰＷＭ制御する。

電力変換器１の交流出力側には、その出力電流を検出してｄｑ軸上へ座標変換して出力する電流検出器（１）２、フィルタリング後の交流電流を検出してｄｑ軸上へ座標変換して出力する電流検出器（２）４、変圧器５による変圧後の電圧を検出する電圧検出器（１）６、負荷母線１７の電圧を検出する電圧検出器（２）１９が設置してある。

電圧制御器１３は電圧指令と電圧検出器（１）１８の検出する変圧後の実電圧とを比較し、その差分を解消させるのに必要な電流指令値を演算して電流制御器１１に出力する。電流制御器１１は、電圧制御器１３からの電流指令値と電流検出器（１）２の検出する交流電流とを比較し、電流指令値に一致する出力電流を得るに必要な比較電圧を作成し、ＰＷＭ制御器１０に出力する。ＰＷＭ制御器１０は電流制御器１１の比較電圧に対してＰＷＭ動作を行い、電力変換器１の交流出力電圧が電圧指令に一致するゲート信号を作成して電力変換器１に出力し、ゲート制御する。

本車両用電源装置はさらに、ソフト電流リミット回路１２と、負荷短絡検知部２０を備えている。三相の負荷母線１７に接続されている負荷８のいずれかが短絡して所定値以上の出力電流がその短絡点へ流れ込むと、負荷短絡検知部２０は電圧検出器（２）１９の検出する電圧値（例えば、３５０Ｖ以下の電圧）と電流検出器（２）４の検出する電流値（例えば定格の２５０％以上）とから負荷短絡を判定し、負荷短絡を判定すれば負荷短絡検知信号をソフト電流リミット回路１２に出力する。ソフト電流リミット回路１２は、この負荷短絡検知部２０から負荷短絡検知信号が入力されたとき、電流検出器（２）４で検出した電流が電力変換器１の過電流故障検知セット値に達する前に、ｄｑ軸上の座標変換した出力電流の大きさにリミットをかけるため、電圧制御器１３の出力する電流指令値をある大きさに瞬時に絞り込むリミット指令を出力する。尚、電流検出器（２）４の代わりに、変圧後の電流を検出する電流検出器（図示せず）を設置してこれを使用してもよい。

本実施の形態の車両用電源装置では、電力変換器１から電気車内の負荷８へ電力を供給している中で負荷短絡が発生した場合、短絡点へ向けて所定値以上の電流、例えば定格の２５０〜２７５％の電流が流れ込むのをソフト電流リミット回路１２で瞬時に制限して例えば定格１００％に絞り込む。これによって、電流検出器（１）２で検出する電流が故障検知セット値に達することなく、負荷８への電力供給を続けながら、短絡した負荷８に例えば定格の３００％の電流が流れてヒューズが切れ、三相の負荷母線１７から切り離されるまで運転を継続する。

本実施の形態の車両用電源装置によれば、負荷短絡が発生した場合に瞬時に電力変換器１を停止させることで電気車編成内へ電力変換器１から電力が供給されなくなる無給電状態を回避しながら、短絡した負荷８を三相の負荷母線１７から切り離すことができる。

（第２の実施の形態）図２は、本発明の第２の実施の形態の車両用電源装置におけるソフト電流リミット回路１２の機能構成を示している。本実施の形態において、直流電源１４を交流電力に変換して三相の負荷母線１７に出力する主回路構成、また、ＰＷＭ制御器１０、電流制御器１１、電圧制御器１３、負荷短絡検知部２０の構成は、図１に示した第１の実施の形態と共通である。尚、図２においては、電流制御器１１、電圧制御器１３の構成は図１に示した第１の実施の形態のものよりも詳しく示してある。

本実施の形態の特徴は、図２に示したソフト電流リミット回路１２の内部構成にある。すなわち、本実施の形態におけるソフト電流リミット回路１２は、電流ベクトルリミット調整器２１と、この電流ベクトルリミット調整器２１の出力するｄ軸電流リミット値、ｑ軸電流リミット値をリミットレベルとし、電流検出器（２）４の出力する変圧器一次ｄ軸電流、変圧器一次ｑ軸電流に制限をかけるｄ軸電流リミッタ２２及びｑ軸電流リミッタ２３から構成されている。そしてこのｄ軸電流リミッタ２２及びｑ軸電流リミッタ２３の出力は電圧制御器１３の出力するｄ軸電流指令、ｑ軸電流指令に加算するようにしてある。

本実施の形態の車両用電源装置では、主回路動作は第１の実施の形態と同様であるが、負荷短絡検知時の動作は次のようである。電流検出器（２）４で検出した変圧器一次電流実効値が所定値以上であることと、電圧検出器（２）１９で検知した変圧器二次出力電圧実効値が所定値以上であることを同時に満足すると、負荷短絡検知部２０が負荷短絡検知信号を出力し、電流ベクトルリミット調整器２１に入力する。電流ベクトルリミット調整器２１はこの負荷短絡検知信号が入力されると、電流検出器（２）４が検出した電流実効値を、予め設定した電流ベクトルの大きさにリミットするようにｄ軸電流リミット値及びｑ軸電流リミット値を出力する。例えば、ｄ軸電流リミット値Ｉｄｌｍは、定格１００％以内で任意に設定し、ｑ軸電流リミット値Ｉｑｉｍは、Ｉｑｌｍ＝√（Ｉｌｍ^２−Ｉｄｌｍ^２）に設定する。ただし、Ｉｌｍは定格１００％の電流とする。

ｄ軸電流リミッタ２２及びｑ軸電流リミッタ２３では、電流検出器（２）４の検出した電流をｄｑ軸上へ座標変換したものをリミットし、そのリミット処理したｄｑ軸電流指令を電圧制御器１３の出力するｄｑ軸電流指令値に加算する。また、ソフト電流リミット回路１２は、負荷短絡検知部２０からの負荷短絡検知信号がなくなると、ｄ軸電流及びｑ軸電流のリミット値出力を停止する。

電流制御器１１は、電圧制御器１３から出力され、ソフト電流リミット回路１２によりリミットが掛けられたｄｑ軸電流指令に対して、電流検出器（１）２の検出した電流をｄｑ軸上へ座標変換したものと比較し、差分に応じて加減したｄｑ軸制御電圧を得、三相変換器１１ａにて三相電圧に変換し、ＰＷＭ制御器１０に出力する。ＰＷＭ制御器１０はこの制御電圧と三角波との比較によりゲート信号を得、これを電力変換器１に出力して電力変換させる。

このように、本実施の形態の車両用電源装置では、ソフト電流リミット回路１２により、電圧制御器１３の出力にｄ軸電流リミッタ２２及びｑ軸電流リミッタ２３の出力を加算することで、電圧制御・電流制御機能を生かしたまま瞬時出力電流リミットをかけることができる。これにより、本実施の形態の車両用電源装置によれば、本電源装置が三相の負荷母線１７に複数台並列に接続されている場合、負荷短絡中に意図した電流ベクトルの方向となるようにｄ軸電流及びｑ軸電流のリミット値をかけておくことで、他の電源装置の出力電流の方向に電流ベクトルを合わせることもでき、負荷短絡中に各電力変換器１間の出力電圧アンバランスにより発生する横流を抑制し、安定な制御を行うことができる。

尚、本実施の形態にあって、ｄｑ軸電流リミッタ２２，２３にはヒシテリシス特性を持たせるのが好ましい。その理由は次による。電圧制御器１３から出力された電流指令に対して、ソフト電流リミット回路１２によりリミットをかける。電流リミットしたら電圧指令を絞る。そして電流が出力電流リミットレベル以下に抑えられたなら、電圧指令を増加する。ここで、電圧を絞るモードと電圧を戻すモードとがチャタリングしないようにリミットレベルにヒシテリシスを持たせる。これにより、頻繁にモード切替りが起こり、電圧波形が乱れるのを防止することができる。

（第３の実施の形態）本発明の第３の実施の形態の車両用電源装置について、図３を用いて説明する。第３の実施の形態の車両用電源装置も、図１に示した第１の実施の形態の電源装置と回路構成を共通にするが、そのソフト電流リミット回路１２のリミット値の可変設定機能に特徴を有する。

図３にソフト電流リミット回路１２によるリミット可変設定特性を示している。負荷短絡検知部２０により負荷短絡を検知した直後、ソフト電流リミット回路１２は瞬時に出力電流実効値に関する出力電流リミットレベル２７（例えば、定格の２５０％〜２７５％）を短絡検知初期リミットレベル２８（例えば、電力変換器１を停止させないで出力を定格の０％あるいは５０％とする）まで引き下げる。ソフト電流リミット回路１２は、初期リミットレベル継続時間２９が経過した後、初期リミット復帰時の傾き３０を持たせてリミットレベルを引き上げ、負荷８が三相の負荷母線１７から切り離されるまでの負荷短絡継続期間３４の期間中は短絡検知リミットレベル３（例えば、定格の１００％）を継続する。そしてソフト電流リミット回路１２は、負荷短絡解除後には短絡検知リミット復帰時の傾き３２で通常リミットレベル２７まで戻す。

図１に示した車両用電源装置では、負荷短絡した直後、短絡点に向けて瞬時に大電流が流れ込む。そのため、短絡検知リミットレベルを電力変換器１の定格値に設定しておくと、ソフト電流リミット回路１２が動作し、定格に電流がリミットされる前に車両用電源装置がインバータ過電流で故障停止してしまうことが起こり得る。そこで、本実施の形態では、ソフト電流リミット回路１２によりリミット設定値を負荷短絡継続時間に応じて可変設定させ、負荷短絡検知部２０により負荷短絡を検知した直後、瞬時に出力電流実効値に関する出力電流リミットレベル２７を定格値よりも低い短絡検知初期リミットレベル２８まで低下させることで、負荷短絡直後は急激に出力電流の大きさを抑制する。

これにより、本実施の形態の車両用電源装置では、負荷短絡検知直後の短絡検知初期リミットレベル２８を設けることで、電力変換器１が過電流で故障停止することなく給電を継続できる。また、各レベルを適切に設定することで、複数の電力変換器１の出力側が互いに並列に接続され、負荷８に電力を供給している場合にも、負荷短絡に対して他機との協調を図ることができる。

尚、本実施の形態にあっても、ｄｑ軸電流リミッタ２２，２３にはヒシテリシス特性を持たせるのが好ましく、それによって、頻繁にモード切替りが起こり、電圧波形が乱れるのを防止することができる。

（第４の実施の形態）図４は、本発明の第４の実施の形態の車両用電源装置におけるソフト電流リミット回路１２の機能構成を示している。本実施の形態において、直流電源１４を交流電力に変換して三相の負荷母線１７に出力する主回路構成、また、ＰＷＭ制御器１０、電流制御器１１、電圧制御器１３、負荷短絡検知部２０の構成は、図１に示した第１の実施の形態と共通である。

本実施の形態の特徴は、図４に示したソフト電流リミット回路１２の内部構成にある。すなわち、本実施の形態におけるソフト電流リミット回路１２は、電流検出器（２）４で検出した変圧器一次電流実効値が所定値以上であることと、電圧検出器（２）１９で検出した変圧器二次出力電圧実効値が所定値以下であることとを同時に満足し、負荷短絡検知部２０が負荷短絡を検知すると、切換スイッチ４２は検知側を選択する構成である。また、図３に示したようにあらかじめ設定されている出力電流リミットレベル２７と変圧器一次電流実効値との差分を乗算器４０と積分器４１とに入力し、それらの出力を電圧制御器１３の出力するｑ軸電圧指令から減算することで負荷短絡時のｑ軸電圧指令を作成する構成である。

本実施の形態の車両用電源装置では、負荷短絡検知部２０が負荷短絡を検知すると、ソフト電流リミット回路１２によって乗算器４０と積分器４１とが、出力電流リミットレベル２７と変圧器一次電流実効値との差分をゼロにするようにｑ軸電圧指令を下げる制御を行う。

これにより、本実施の形態の車両用電源装置によれば、負荷短絡検知部２０が負荷短絡を検知した直後に電圧指令を絞り込むことで、変圧器一次電流実効値が出力電流リミットレベルに抑え込まれるまでにかかる時間を短くすることができ、その結果、短絡点に向けて大電流が流れ込む時間を短くすることができ、当該電源装置に接続されている負荷への負担を軽減することができる。

（第５の実施の形態）図５は、本発明の第５の実施の形態の車両用電源装置におけるソフト電流リミット回路１２の機能構成を示している。本実施の形態においては、複数台の車両用電源装置４３，４３，…の主回路が三相母線１７に並列に接続されていて、各車両用電源装置４３のソフト電流リミット回路１２が他の電源装置４３の状態と呼応して電流リミット制御することを特徴とする。したがって、各電源装置４３は、図１に示した第１の実施の形態における主回路構成を備え、また、ＰＷＭ制御器１０、電流制御器１１、電圧制御器１３、負荷短絡検知部２０の構成は、図１に示した第１の実施の形態と共通である。また、本実施の形態の特徴として、全電源装置４３（１），４３（２），…，４３（ｎ）に共通するモニタ制御装置４６も備えている。尚、これらの複数台の電源装置４３とモニタ制御装置４６、さらにこれら複数台の電源装置４３とモニタ装置４６を接続する伝送線４９を含めた電源装置制御システムを構成する。

図５に示したように、本実施の形態の車両用電源装置４３は、三相の負荷母線１７に並列に接続されていて、各電源装置４３のソフト電流リミット回路１２は、自機制御変数４５を伝送線４９を経由してモニタ制御装置４６に送信し、モニタ制御装置４６から他機制御変数４４を受信する。基準位相演算部４８は、自機制御変数４５と他機制御変数４４を用いて全電源装置４３，４３，…の位相平均を演算する。変圧器一次電流基準リミット部４７は、自機制御変数４５に含まれる自機の負荷短絡検知信号と他機制御変数４４に含まれる他機の負荷短絡検知信号を監視し、最初に負荷短絡検知信号を発信した電源装置（例えば、電源装置４３（ｉ）とする）の出力電流リミットレベル２７（＝Ｉｉｌｉｍ）に自機（図５では電源装置４３（１））の出力電流リミットレベル２７（＝Ｉ１ｌｉｍ）を同期させる。

次に、本実施の形態の車両用電源装置の動作について説明する。三相の負荷母線１７に並列に接続された全ての電源装置４３，４３，…は、それぞれのソフト電流リミット回路１２における変圧器一次電流基準リミット部４７において、自機制御変数４５と他機制御変数４４から得られる全電源装置の負荷短絡検知信号を監視している。いずれかの電源装置（ここでは、電源装置４３（ｉ）とする）が負荷短絡検知信号を発信すると、他の電源装置それぞれの変圧器一次電流基準リミット部４７は即座にそれを受信する。負荷短絡検知信号を発信した電源装置４３（ｉ）と自機電源装置の出力電流リミットレベルの変化するタイミングを合わせることで、全電源装置の出力電流リミットレベルを同期させる。基準位相演算部４８は、自機電源装置の変圧器一次電流と他機制御変数４４に含まれる各電源装置の変圧器一次電流とを用いて、そのｄ軸電流およびｑ軸電流から全電源装置の位相平均を演算して電流ベクトルリミット調整器２１に与え、電流ベクトルリミット調整器２１はこの位相平均を用いてｄ軸電流、ｑ軸電流の位相角を決定し、ｄ軸電流リミット、ｑ軸電流リミットのリミットする方向も合わせる。

いずれかの負荷８が短絡した場合に、その負荷８の地点から最も近い電源装置と最も遠い電源装置とでは、負荷８と電源装置４３との間の配線のインダクタンスの差から、出力電流の大きさにアンバランスが生じることがある。ところが、本実施の形態の車両用電源装置では、いずれの地点の負荷８が短絡した場合にも全ての電源装置４３間で出力電流の大きさと位相を合わせておくことで、負荷短絡時に生じる出力電流のアンバランスを抑制することができる。また、三相の負荷母線１７に正弦波を供給でき、健全な負荷を正常に動作させることができる。そして、短絡した負荷８が三相の負荷母線１７から切り離され、負荷短絡解除となったときに、全ての電源装置４３，４３，…間で出力電流の振幅差と位相差がないため、出力電圧が脈動や振動を起こすことなく負荷短絡前の値に復帰することができる。

本発明の第１の実施の形態の車両用電源装置のブロック図。本発明の第２の実施の形態の車両用電源装置におけるソフト電流リミット回路の内部構成を示すブロック図。本発明の第３の実施の形態の車両用電源装置におけるソフト電流リミット回路のリミット可変設定特性を示すグラフ。本発明の第４の実施の形態の車両用電源装置におけるソフト電流リミット回路の内部構成を示すブロック図。本発明の第５の実施の形態の車両用電源装置におけるソフト電流リミット回路の内部構成を示すブロック図。従来例の負荷短絡保護動作特性を示すグラフ。

符号の説明

１電力変換器
２電流検出器（１）
３交流フィルタリアクトル
４電流検出器（２）
５変圧器
６電圧検出器（１）
７接触器
８負荷
９交流フィルタコンデンサ
１０ＰＷＭ制御器
１１電流制御器
１１ａ三相変換器
１２ソフト電流リミット回路
１３電圧制御器
１４直流電源
１５直流リアクトル
１６直流フィルタコンデンサ
１７三相の負荷母線
１８電流検出器（３）
１９電圧検出器（２）
２０負荷短絡検知部
２１電流ベクトルリミット調整器
２２ｄ軸電流リミッタ
２３ｑ軸電流リミッタ

Claims

直流電力を交流電力に変換し、三相の負荷母線に接続された負荷に電力を供給する電力変換器と、
前記電力変換器の交流側と前記三相の負荷母線との間に設置された交流フィルタリアクトルと、
前記交流フィルタリアクトルと前記三相の負荷母線との間に設置された変圧器と、
前記変圧器と前記三相の負荷母線との間に設置された、前記電力変換器から前記三相の負荷母線へ供給される交流出力を入切するための遮断器と、
前記交流フィルタリアクトルよりも前記電力変換器側に設置され、当該電力変換器の交流出力電流を検出する第１の電流検出器と、
前記交流フィルタリアクトルから前記変圧器の一次側に流れる交流電流を検出する第２の電流検出器と、
前記変圧器と前記遮断器との間に設置され、前記変圧器の二次側出力電圧を検出する第１の電圧検出器と、
前記遮断器よりも前記三相の負荷母線側に設けられ、前記変圧器から前記三相の負荷母線に流れる負荷電流の電圧を検出する第２の電圧検出器と、
前記電力変換器が前記第１の電流検出器の検出電流値と前記第１の電圧検出器の検出電圧値とに基づき所定電圧、所定周波数の交流を出力するように当該電力変換器を制御する電力変換制御器と、
前記第２の電流検出器の検出値と前記第２の電圧検出器の検出値とから負荷短絡を判定する負荷短絡検知部と、
前記負荷短絡検知部が負荷短絡と判定したときに、前記第２の電流検出器の検出値に基づく変圧器一次電流ベクトルの方向と大きさを設定値に瞬時に合わせるためのｄ軸出力電流及びｑ軸出力電流のリミット値を前記電力変換制御器に指令する電流リミット回路とを備えた車両用電源装置。
前記電流リミット回路は、前記負荷短絡検知部が負荷短絡を判定したときに、前記電力変換器の出力電流を複数のレベルに段階的に押さえ込むために複数のリミット値を指令することを特徴とする請求項１に記載の車両用電源装置。
前記負荷短絡検知部は、前記第２の電圧検出器の検出値から判定する負荷短絡判定基準を有し、当該負荷短絡判定基準は、当該値を超えたときに負荷短絡と判定する負荷短絡検知セット値と、当該負荷短絡検知セット値よりも低い値で、当該値を下回ったときに負荷短絡解除と判定する負荷短絡解除セット値とを持つことを特徴とする請求項１に記載の車両用電源装置。
前記電力変換制御器は、前記第２の電流検出器の検出値と前記第２の電圧検出器の検出値とから負荷短絡と判定したとき、前記電流リミット回路の出力するリミット値と前記第２の電流検出器において検出された出力電流との差分が零となるように電圧指令を減少させていくことを特徴とする請求項１に記載の車両用電源装置。
前記電力変換制御器は、前記電流リミット回路の出力するｄ軸出力電流とｑ軸出力電流とのそれぞれのリミット値から復帰する際、単位時間当たりのリミット値上昇率を任意に設定する手段を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の車両用電源装置。
前記電流リミット回路は、前記出力電流のリミット値にヒステリシスを与えることを特徴とする請求項１又は２に記載の車両用電源装置。
出力が互いに三相の負荷母線に並列に接続される複数台の車両用電源装置と、前記複数台の車両用電源装置それぞれと伝送線にて接続されたモニタ制御装置とを備えた電源装置制御システムであって、
前記複数台の車両用電源装置それぞれは、
直流電力を交流電力に変換し、前記三相の負荷母線に接続された負荷に電力を供給する電力変換器と、
前記電力変換器の交流側と前記三相の負荷母線との間に設置された交流フィルタリアクトルと、
前記交流フィルタリアクトルと前記三相の負荷母線との間に設置された変圧器と、
前記変圧器と前記三相の負荷母線との間に設置された、前記電力変換器から前記三相の負荷母線への交流出力を入切するための遮断器と、
前記交流フィルタリアクトルよりも前記電力変換器側に設置され、当該電力変換器の交流出力電流を検出する第１の電流検出器と、
前記交流フィルタリアクトルから前記変圧器の一次側に流れる交流電流を検出する第２の電流検出器と、
前記変圧器と前記遮断器との間に設置され、前記変圧器の二次側出力電圧を検出する第１の電圧検出器と、
前記遮断器よりも前記三相の負荷母線側に設けられ、前記変圧器から前記三相の負荷母線に流れる負荷電流の電圧を検出する第２の電圧検出器と、
前記電力変換器が前記第１の電流検出器の検出電流値と前記第１の電圧検出器の検出電圧値とに基づき所定電圧、所定周波数の交流を出力するように当該電力変換器を制御する電力変換制御器と、
前記第２の電流検出器の電流検出値と前記第２の電圧検出器の電圧検出値とから負荷短絡を判定する負荷短絡検知部と、
前記負荷短絡検知部が負荷短絡と判定したときに、前記第２の電流検出器の検出値に基づく変圧器一次電流ベクトルの方向と大きさを設定値に瞬時に合わせるために、前記第１の電流検出器の検出するｄ軸出力電流及びｑ軸出力電流にかけるリミット値を前記電力変換制御器に指令する電流リミット回路とを備え、
前記複数台の車両用電源装置それぞれの電流リミット回路は、
自機制御変数を前記伝送線を経由して前記モニタ制御装置に送信し、前記モニタ制御装置から他機制御変数を受信し、前記自機制御変数と他機制御変数を用いて全電源装置の位相平均を演算する基準位相演算部と、
前記自機制御変数に含まれる自機の負荷短絡検知信号と他機制御変数に含まれる他機の負荷短絡検知信号を監視し、最初に負荷短絡検知信号を発信した他の電源装置の出力電流リミットレベルに自機の出力電流リミットレベルを同期させる変圧器一次電流基準リミット部とを備えたことを特徴とする電源装置制御システム。
直流電力を交流電力に変換し、三相の負荷母線に接続された負荷に電力を供給する電力変換器と、
前記電力変換器の交流側と前記三相の負荷母線との間に設置された交流フィルタリアクトルと、
前記交流フィルタリアクトルと前記三相の負荷母線との間に設置された変圧器と、
前記変圧器と前記三相の負荷母線との間に設置された、前記電力変換器から前記三相の負荷母線への交流出力を入切するための遮断器と、
前記交流フィルタリアクトルよりも前記電力変換器側に設置され、当該電力変換器の交流出力電流を検出する第１の電流検出器と、
前記交流フィルタリアクトルから前記変圧器の一次側に流れる交流電流を検出する第２の電流検出器と、
前記変圧器と前記遮断器との間に設置され、前記変圧器の二次側出力電圧を検出する第１の電圧検出器と、
前記遮断器よりも前記三相の負荷母線側に設けられ、前記変圧器から前記三相の負荷母線に流れる負荷電流の電圧を検出する第２の電圧検出器と、
前記電力変換器が前記第１の電流検出器の検出電流値と前記第１の電圧検出器の検出電圧値とに基づき所定電圧、所定周波数の交流を出力するように当該電力変換器を制御する電力変換制御器と、
前記第２の電流検出器の電流検出値と前記第２の電圧検出器の電圧検出値とから負荷短絡を判定する負荷短絡検知部と、
前記負荷短絡検知部が負荷短絡と判定したときに、前記第２の電流検出器の検出値に基づく変圧器一次電流ベクトルの方向と大きさを設定値に瞬時に合わせるために、前記第１の電流検出器の検出するｄ軸出力電流及びｑ軸出力電流にかけるリミット値を前記電力変換制御器に指令する電流リミット回路とを備え、
前記電流リミット回路は、
自機制御変数を伝送線を経由して外部のモニタ制御装置に送信し、前記モニタ制御装置から他機制御変数を受信し、前記自機制御変数と他機制御変数を用いて全電源装置の位相平均を演算する基準位相演算部と、
前記自機制御変数に含まれる自機の負荷短絡検知信号と他機制御変数に含まれる他機の負荷短絡検知信号を監視し、最初に負荷短絡検知信号を発信した他の電源装置の出力電流リミットレベルに自機の出力電流リミットレベルを同期させる変圧器一次電流基準リミット部とを備えたことを特徴とする車両用電源装置。