JP5289178B2 - 電気鉄道用電圧変動補償装置の制御装置及び制御方法 - Google Patents

Description

この発明は、電気鉄道用電圧変動補償装置の制御装置及び制御方法に関し、特に、三相／二相変換する単相交流き電システムにおいて同相き電もしくは片座き電にて電力供給する場合、電気鉄道用電圧変動補償装置を設置した時の制御装置に関するものである。

単相交流き電システムにおいて、基本的にＭ座及びＴ座のうち一方のき電（母）線を接続する同相き電もしくは片座き電では、き電線と接続されない片座と接続するインバータ装置は、有効電力の融通のみを行う制御方式を採用していた。このような制御方式は例えば特許文献１に開示されている。

特開２００４−３１４７０２号公報（段落[００４０]，図１）

三相／二相変換する単相交流き電システムの電力供給方式の形態である同相き電もしくは片座き電において、電気鉄道用電圧変動補償装置（ＲＰＣ（Railway Static Power Conditioner））により有効電力融通と無効電力補償する場合、従来の制御方式では、き電線と接続されない片座と接続した一方のインバータ装置は、無効電力補償には何ら関与しておらず、三相電源側の三相不平衡を十分に改善できていないという問題点があった。

この発明は上記問題点を解決するためになされたもので、三相電源側の三相不平衡を改善させた電気鉄道用電圧変動補償装置の制御装置及び制御方法を得ることを目的とする。

この発明に係る請求項１記載の電気鉄道用電圧変動補償装置の制御装置は、電気鉄道用の電圧変動補償装置を制御する電圧変動補償装置の制御装置であって、前記電圧変動補償装置は、電気鉄道用三相／二相変換変圧器により第１及び第２のき電線から供給される第１及び第２の単相交流電力のうち、前記第１の単相交流電力を前記第１のき電線を介して電車負荷に供給する電気鉄道用電力給電システムにおける有効電力及び無効電力を、前記第１及び第２のき電線に接続される第１及び第２のインバータを用いて補償し、前記第１のき電線の無効電力を少なくとも検出する負荷検出手段と、前記無効電力に基づき、前記第１のき電線の無効電力を補償するための第１の補償用無効電力を算出し、該第１の補償用無効電力によって前記第１のき電線の無効電力がゼロに近づくように、前記第１のインバータを制御する第１のインバータ無効電力制御手段とを備え、前記第１のインバータにおける前記第１の補償用無効電力の最大値が、電流耐量以内の出力に制限するリミッタ制限手段により前記第１のインバータを構成する容量によって予め制限されており、前記第１の補償用無効電力によって前記無効電力を完全に補償できない場合、前記無効電力及び前記第１の補償用無効電力間の差分値に基づき前記第１の補償用無効電力の位相と正反対となる逆方向の位相を有する第２の補償用無効電力を算出し、前記第２の補償用無効電力によって前記第２のき電線に無効電力を発生させるように、前記第２のインバータを制御する第２のインバータ無効電力制御手段をさらに備える。

請求項１記載の電圧変動補償装置の制御装置における第２のインバータ無効電力制御手段は、第１の補償用無効電力によって無効電力を完全に補償できない場合でも、電車負荷に電力供給を行っていない第２のき電線に対し、無効電力及び第１の補償用無効電力間の差分値に基づき得られる、第１の補償用無効電力の位相と正反対となる逆方向の位相を有する第２の補償用無効電力によって第２のき電線に無効電力を発生させるように、第２のインバータの無効電力補償動作を制御している。

その結果、第１及び第２の補償用無効電力によって無効電力補償動作を行うことができるため、電気鉄道用三相／二相変換変圧器における三相電源側の三相不平衡をより一層改善させることができる効果を奏する。

この発明の実施の形態１の制御対象である電圧変動補償装置を用いた電気鉄道用電力給電システムの構成を模式的に示す説明図である。 この発明の実施の形態１である電気鉄道用電圧変動補償装置の制御装置の構成を示すブロック図である。 この発明の実施の形態１である電気鉄道用電圧変動補償装置の制御装置の効果をシミュレーションした結果を示す説明図である。 この発明の実施の形態２の制御対象である電圧変動補償装置を用いた電気鉄道用電力給電システムの構成を模式的に示す説明図である。 この発明の実施の形態２である電気鉄道用電圧変動補償装置の制御装置の構成を示すブロック図である。

＜実施の形態１＞
図１はこの発明の実施の形態１である電気鉄道用電圧変動補償装置の制御装置の制御対象である電気鉄道用電圧変動補償装置を用いた電気鉄道用電力給電システムの構成を模式的に示す説明図である。同図において、電気鉄道用電圧変動補償装置（ＲＰＣ）３（以下、「電圧変動補償装置３」と略記する。）を備えた同相き電もしくは片座き電における電気鉄道用電力給電システムを示している。

同図において、三相／二相変換変圧器１は電気鉄道用であるスコット結線変圧器や変形ウッド結線変圧器を含む三相／二相変換変圧器である。三相／二相変換変圧器１により三相／二相変換されたＭ座電力（第１の単相交流電力）及びＴ座電力（第２の単相交流電圧）がＭ座側き電線１８ｍ及びＴ座側き電線１８ｔ（第１及び第２のき電線）より得られる。Ｍ座電力が供給されるＭ座側のき電線１８ｍ（第１のき電線）にトロリー線１５を介してレール１６上を走行する列車負荷２が接続される。

三相／二相変換変圧器１のＭ座側き電線１８ｍ及びＴ座側き電線１８ｔ（第２のき電線）に電圧変動補償装置３が接続される。電圧変動補償装置３内においてＭ座側単相変圧器４は三相／二相変換変圧器１のＭ座側き電線１８ｍに接続され、Ｔ座側単相変圧器５は三相／二相変換変圧器１のＴ座側き電線１８ｔに接続される。なお、本明細書中で述べるＭ座及びＴ座は結線方式によりＡ座及びＢ座を含む意味で用いている。

Ｔ座側単相変圧器５，Ｍ座側単相変圧器４間は、Ｔ座側単相変圧器５からＭ座側単相変圧器４にかけてＴ座インバータ７（第２のインバータ）、直流コンデンサ１７及びＭ座インバータ６（第１のインバータ）を介して接続される。なお、Ｍ座インバータ６は交流側がＭ座側単相変圧器４と接続され、Ｔ座インバータ７は交流側がＴ座側単相変圧器５と接続され、Ｍ座インバータ６，Ｔ座インバータ７それぞれの直流側が直流コンデンサ１７を介して接続される。また、三相／二相変換変圧器１、Ｍ座側単相変圧器４、Ｔ座側単相変圧器５、Ｍ座インバータ６及びＴ座インバータ７それぞれの具体的な構成は、本発明と直接関係がないため説明を省略する。

このような構成の電圧変動補償装置３が実施の形態１の電気鉄道用電圧変動補償装置の制御装置１９の制御対象となる。

図２はこの発明の実施の形態１である電気鉄道用電圧変動補償装置の制御装置１９の構成を示すブロック図である。

図２で示すように、電圧変動補償装置３の制御装置１９は、負荷検出手段９、Ｍ座側無効電力補償用算出手段１０、融通有効電力用算出手段１１、Ｔ座側無効電力補償用算出手段１２、Ｍ座インバータゲート制御手段１３及びＴ座インバータゲート制御手段１４から構成されている。

負荷検出手段９は、三相／二相変換変圧器１のＭ座側き電線１８ｍにおけるＭ座側負荷８の有効電力Ｐｍ及び無効電力Ｑｍを検出する。

Ｍ座側無効電力補償用算出手段１０は負荷検出手段９より得た無効電力Ｑｍに基づき補償用無効電力ＱＲｍ（第１の補償用無効電力）を算出する。Ｍ座インバータゲート制御手段１３は補償用無効電力ＱＲｍに基づきＭ座インバータ６による無効電力補償動作を（ゲート）制御する。すなわち、Ｍ座側無効電力補償用算出手段１０及びＭ座インバータゲート制御手段１３によりＭ座インバータ６の無効電力補償動作を制御する第１のインバータ無効電力制御手段を構成する。

Ｔ座側無効電力補償用算出手段１２は無効電力Ｑｍ及び補償用無効電力ＱＲｍに基づき補償用無効電力ＱＲｔ（第２の補償用無効電力）を算出する。Ｔ座インバータゲート制御手段１４は補償用無効電力ＱＲｔに基づきＴ座インバータ７の無効電力補償動作を（ゲート）制御する。すなわち、Ｔ座側無効電力補償用算出手段１２及びＴ座インバータゲート制御手段１４によりＴ座インバータ７の無効電力補償動作を制御する第２のインバータ無効電力制御手段を構成する。

融通有効電力用算出手段１１は負荷検出手段９より得た有効電力Ｐｍに基づき融通有効電力Ｐｃを算出する。Ｍ座インバータゲート制御手段１３及びＴ座インバータゲート制御手段１４は融通有効電力Ｐｃに基づきＭ座インバータ６及びＴ座インバータ７の有効電力融通動作を制御する。すなわち、融通有効電力用算出手段１１及びＭ座インバータゲート制御手段１３によりＭ座インバータ６に対し有効電力融通動作を制御する第１のインバータ有効電力制御手段を構成し、融通有効電力用算出手段１１及びＴ座インバータゲート制御手段１４によりＴ座インバータ７に対し有効電力融通動作を制御する第２のインバータ有効電力制御手段を構成する。

なお、Ｍ座インバータ６及びＴ座インバータ７は、それぞれ決められた電流耐量以内の出力に制限するリミッタ制限手段を備えている。

以上のように構成された電圧変動補償装置３の制御装置１９における制御方法を説明する。実施の形態１の制御装置１９は、Ｍ座側負荷８であるＭ座側き電線１８ｍの有効電力Ｐｍ、無効電力Ｑｍを負荷検出手段９により検出して、以下の制御を行う。

（１）列車負荷２側のき電母線（第１のき電線）であるＭ座側き電線１８ｍに接続したＭ座インバータ６（第１のインバータ）は以下のように制御される。

（有効電力融通動作の制御）
上記第１のインバータ有効電力制御手段（融通有効電力用算出手段１１＋Ｍ座インバータゲート制御手段１３）は、Ｍ座側き電線１８ｍの有効電力Ｐｍの１／２を最大分担する融通有効電力Ｐｃを出力するようにＭ座インバータ６を制御する。なお、残りの有効電力（Ｐｍ−Ｐｃ）は三相／二相変換変圧器１のＭ座（Ｍ座側き電線１８ｍ）から供給するようにする。

（無効電力補償動作の制御）
上記第１のインバータ無効電力制御手段（Ｍ座側無効電力補償用算出手段１０＋Ｍ座インバータゲート制御手段１３）は、Ｍ座側き電線１８ｍの無効電力Ｑｍを最大補償する補償用無効電力ＱＲｍを出力するようにＭ座インバータ６を制御する。

なお、Ｍ座インバータ６における融通有効電力Ｐｃと補償用無効電力ＱＲｍの最大値は、電流耐量以内の出力に制限するリミッタ制限手段によりＭ座インバータ６を構成する容量によって予め制限されている。したがって、「ＱＲｍ＝Ｑｍ」とするのが理想であるが、上述した補償用無効電力ＱＲｍの最大値の制限により、「ＱＲｍ＝Ｑｍ」を実現できない場合がある。

（２）三相／二相変換変圧器１のＴ座側（Ｔ座側き電線１８ｔ：第２のき電線）に接続したＴ座インバータ７は以下のように制御される。

（有効電力融通動作の制御）
上記第２のインバータ有効電力制御手段（融通有効電力用算出手段１１＋Ｔ座インバータゲート制御手段１４）は出力する融通有効電力Ｐｃに対応して、三相／二相変換変圧器１のＴ座側から有効電力Ｐｍの最大１／２の出し入れ制御を行うようにＴ座インバータ７を制御する。具体的には、列車負荷２が力行状態ならば有効電力ＰｍをＴ座側から取り込むように制御し、列車負荷２が回生状態ならば有効電力ＰｍをＴ座側に戻すように制御する。

（無効電力補償動作の制御）
上記第２のインバータ無効電力制御手段（Ｔ座側無効電力補償用算出手段１２＋Ｔ座インバータゲート制御手段１４）は、負荷検出手段９の無効電力Ｑｍと補償用無効電力ＱＲｍとの差分を取り、「Ｑｍ−ＱＲｍ＞０」の場合、この差分（Ｑｍ−ＱＲｍ）に基づき、Ｍ座インバータ６から出力する補償用無効電力ＱＲｍの位相と正反対となる逆方向の補償用無効電力ＱＲｔ（（Ｑｍ−ＱＲｍ）に最も近い値）を出力するようにＴ座インバータ７を制御する。一方、「Ｑｍ−ＱＲｍ≦０」の場合、無効電力補償動作は行わないようにＴ座インバータ７を制御する。なお、補償用無効電力ＱＲｍはＭ座インバータ６の補償用無効電力ＱＲｍの最大値制限が予め認知可能であれば、Ｔ座側無効電力補償用算出手段１２単独で無効電力Ｑｍに基づき求めることができる。また、Ｔ座側無効電力補償用算出手段１２が補償用無効電力ＱＲｍの最大値制限を予め認知していない場合はＭ座側無効電力補償用算出手段１０より出力される補償用無効電力ＱＲｍを取り込むことにより、補償用無効電力ＱＲｍを認識することができる。

なお、Ｔ座インバータ７における融通有効電力Ｐｃと補償用無効電力ＱＲｔの最大値は、電流耐量以内の出力に制限するリミッタ制限手段によりＴ座インバータ７を構成する容量によって予め制限されている。

（無効電力補償動作の制御方法）
実施の形態１の制御装置１９における上記第１及び第２のインバータ無効電力制御手段による無効電力補償制御方法をまとめる以下のステップ(a) 〜(c) を実行することなる。

ステップ(a)は、 列車負荷２に電力供給を行っている第１のき電線であるＭ座側き電線１８ｍの無効電力Ｑｍを取得する。

ステップ(b)は、 無効電力Ｑｍに基づき、補償用無効電力ＱＲｍを算出し、該補償用無効電力ＱＲｍによってＭ座側き電線１８ｍの無効電力がゼロに近づくように、Ｍ座インバータ６制御する。

ステップ(c)は、無効電力Ｑｍ及び補償用無効電力ＱＲｍに基づき、補償用無効電力ＱＲｍによって無効電力Ｑｍを完全に補償できない場合（Ｑｍ−ＱＲｍ＞０）、第２の補償用無効電力である補償用無効電力ＱＲｔを算出し、補償用無効電力ＱＲｔによってＴ座側き電線１８ｔに無効電力が発生するように、Ｔ座インバータ７の無効電力補償動作を制御する。

（効果等）
上述した実施の形態１の電圧変動補償装置用の制御装置１９における第２のインバータ無効電力制御手段（Ｔ座側無効電力補償用算出手段１２＋Ｔ座インバータゲート制御手段１４）は、上記ステップ(c) において、補償用無効電力ＱＲｍによって無効電力Ｑｍを完全に補償できない場合でも、列車負荷２に電力供給を行っていないＴ座側き電線１８ｔに対し、補償用無効電力ＱＲｔによってＴ座側き電線１８ｔに無効電力を発生させるように、Ｔ座インバータ７の無効電力補償動作を制御している。

その結果、補償用無効電力ＱＲｍ及び補償用無効電力ＱＲｔによって無効電力補償動作を行うことができるため、電気鉄道用三相／二相変換変圧器における三相電源側の三相不平衡をより一層改善させることができる効果を奏する。この効果に伴い、列車負荷２への電力給電効率を向上させて電気鉄道用電力給電システムにおける電力の省エネルギー化を図ることができる。

すなわち、実施の形態１の電気鉄道用電圧変動補償装置の制御装置１９による制御方法によれば、電気鉄道用電力給電システムがＭ座電力のみを用いる同相き電あるいは片座き電において、系統の電圧品質改善（電圧変動、電圧不平衡、電流不平衡）を目的に、電圧変動補償装置３を導入した時、Ｍ座インバータ６から補償しきれない無効電力をＴ座インバータ７から無効電力補償することができる。このため、さらに電圧品質改善が行える効果を奏する。特に、新幹線等の列車負荷２におけるセクション切替設備を不要にする同相き電について上記効果の度合が大きい。

また、実施の形態１の制御装置１９の制御対象である電圧変動補償装置３の設備自体は従来設備構成と変わらないため、保守点検や系統事故に対して、電気鉄道用電力給電システムの片座き電あるいは同相き電を両座き電に切り替える場合においても、制御装置１９の制御内容を従来の両座き電用に変更するだけで可能となる。

図３はこの発明の実施の形態１である電気鉄道用電圧変動補償装置の制御装置の効果をシミュレーションした結果を示す説明図である。同図の(a) に示すような送電線を含む三相電源４５、スコット結線変圧器４６、及びＲＰＣ装置４７から構成される片座き電の電力供給の系統に、トロリー線４９を介してレール５０上を走行する列車負荷３８を与えた場合のＲＰＣ装置４７を制御対象としたシミュレーションした結果を同図の(b) に示している。

図３の(b) において、横軸をＲＰＣ容量、縦軸を三相の電圧不平衡率として、特許文献１等で用いられる従来の制御方式のシミュレーション結果Ｌ０と、本実施の形態１の制御装置１９による制御方式のシミュレーション結果Ｌ１とを示している。

図３の(b) のシミュレーション結果から、実施の形態１の制御方式は従来の制御方式よりも、電圧不平衡率を軽減させていることがわかる。

＜実施の形態２＞
図４はこの発明の実施の形態２である電気鉄道用電圧変動補償装置の制御装置の制御対象である電気鉄道用電圧変動補償装置を用いた電気鉄道用電力給電システムの構成を模式的に示す説明図である。同図において、電圧変動補償装置２３を備えた同相き電もしくは片座き電における電気鉄道用電力給電システムを示している。

同図において、三相／二相変換変圧器２１は電気鉄道用であるスコット結線変圧器や変形ウッド結線変圧器を含む三相／二相変換変圧器である。三相／二相変換変圧器２１により三相／二相変換されたＴ座電力（第１の単相交流電力）及びＭ座電力（第２の単相交流電圧）がＴ座側き電線３８ｔ及びＭ座側き電線３８ｍ（第１及び第２のき電線）より得られる。Ｔ座電力が供給されるＴ座側き電線３８ｔ（第１のき電線）にトロリー線３５を介してレール３６上を走行する列車負荷２２が接続される。

三相／二相変換変圧器２１のＴ座側き電線３８ｔ及びＭ座側き電線３８ｍ（第２のき電線）に電圧変動補償装置２３が接続される。電圧変動補償装置２３内においてＴ座側単相変圧器２５は三相／二相変換変圧器２１のＴ座側き電線３８ｔに接続され、Ｍ座側単相変圧器２４は三相／二相変換変圧器２１のＭ座側き電線３８ｍに接続される。

Ｍ座側単相変圧器２４，Ｔ座側単相変圧器２５間は、Ｍ座側単相変圧器２４からＴ座側単相変圧器２５にかけてＭ座インバータ２６（第２のインバータ）、直流コンデンサ３７及びＴ座インバータ２７（第１のインバータ）を介して接続される。なお、Ｔ座インバータ２７は交流側がＴ座側単相変圧器２５と接続され、Ｍ座インバータ２６は交流側がＭ座側単相変圧器２４と接続され、Ｔ座インバータ２７，Ｍ座インバータ２６それぞれの直流側が直流コンデンサ３７を介して接続される。また、三相／二相変換変圧器２１、Ｍ座側単相変圧器２４、Ｔ座側単相変圧器２５、Ｍ座インバータ２６及びＴ座インバータ２７それぞれの具体的な構成は、本発明と直接関係がないため説明を省略する。

このような構成の電圧変動補償装置２３が実施の形態２の電気鉄道用電圧変動補償装置の制御装置３９の制御対象となる。

図５はこの発明の実施の形態２である電気鉄道用電圧変動補償装置の制御装置３９の構成を示すブロック図である。

図５で示すように、電圧変動補償装置２３の制御装置３９は、負荷検出手段２９、Ｍ座側無効電力補償用算出手段３０、融通有効電力用算出手段３１、Ｔ座側無効電力補償用算出手段３２、Ｍ座インバータゲート制御手段３３及びＴ座インバータゲート制御手段３４から構成されている。

負荷検出手段２９は、三相／二相変換変圧器２１のＴ座側き電線３８ｔにおけるＴ座側負荷２８の有効電力Ｐｔ及び無効電力Ｑｔを検出する。

Ｔ座側無効電力補償用算出手段３２は負荷検出手段２９より得た無効電力Ｑｔに基づき補償用無効電力ＱＲｔ（第１の補償用無効電力）を算出する。Ｔ座インバータゲート制御手段３４は補償用無効電力ＱＲｔに基づきＴ座インバータ２７による無効電力補償動作を（ゲート）制御する。すなわち、Ｔ座側無効電力補償用算出手段３２及びＴ座インバータゲート制御手段３４によりＴ座インバータ２７の無効電力補償動作を制御する第１のインバータ無効電力制御手段を構成する。

Ｍ座側無効電力補償用算出手段３０は無効電力Ｑｔ及び補償用無効電力ＱＲｔに基づき補償用無効電力ＱＲｍ（第２の補償用無効電力）を算出する。Ｍ座インバータゲート制御手段３３は補償用無効電力ＱＲｍに基づきＭ座インバータ２６の無効電力補償動作を（ゲート）制御する。すなわち、Ｍ座側無効電力補償用算出手段３０及びＭ座インバータゲート制御手段３３によりＭ座インバータ２６の無効電力補償動作を制御する第２のインバータ無効電力制御手段を構成する。

融通有効電力用算出手段３１は負荷検出手段２９より得た有効電力Ｐｔに基づき融通有効電力Ｐｃを算出する。Ｔ座インバータゲート制御手段３４及びＭ座インバータゲート制御手段３３は融通有効電力Ｐｃに基づきＴ座インバータ２７及びＭ座インバータ２６の有効電力融通動作を制御する。すなわち、融通有効電力用算出手段３１及びＴ座インバータゲート制御手段３４によりＴ座インバータ２７に対し有効電力融通動作を制御する第１のインバータ有効電力制御手段を構成し、融通有効電力用算出手段３１及びＭ座インバータゲート制御手段３３によりＭ座インバータ２６に対し有効電力融通動作を制御する第２のインバータ有効電力制御手段を構成する。

なお、Ｍ座インバータ２６及びＴ座インバータ２７は、それぞれ決められた電流耐量以内の出力に制限するリミッタ制限手段を備えている。

以上のように構成された電圧変動補償装置２３の制御装置３９における制御方法を説明する。実施の形態２の制御装置３９は、Ｔ座側負荷２８であるＴ座側き電線３８ｔの有効電力Ｐｔ、無効電力Ｑｔを負荷検出手段２９により検出して、以下の制御を行う。

（１）列車負荷２２側のき電母線（第１のき電線）であるＴ座側き電線３８ｔに接続したＴ座インバータ２７（第１のインバータ）は以下のように制御される。

（有効電力融通動作の制御）
上記第１のインバータ有効電力制御手段（融通有効電力用算出手段３１＋Ｔ座インバータゲート制御手段３４）は、Ｔ座側き電線３８ｔの有効電力Ｐｔの１／２を最大分担する融通有効電力Ｐｃを出力するようにＴ座インバータ２７を制御する。なお、残りの有効電力（Ｐｍ−Ｐｃ）は三相／二相変換変圧器２１のＴ座（Ｔ座側き電線３８ｔ）から供給するようにする。

（無効電力補償動作の制御）
上記第１のインバータ無効電力制御手段（Ｔ座側無効電力補償用算出手段３２＋Ｔ座インバータゲート制御手段３４）は、Ｔ座側き電線３８ｔの無効電力Ｑｔを最大補償する補償用無効電力ＱＲｔを出力するようにＴ座インバータ２７を制御する。

なお、Ｔ座インバータ２７における融通有効電力Ｐｃと補償用無効電力ＱＲｔの最大値は、電流耐量以内の出力に制限するリミッタ制限手段によりＴ座インバータ２７を構成する容量によって予め制限されている。したがって、「ＱＲｍ＝Ｑｍ」とするのが理想であるが、上述した補償用無効電力ＱＲｔの最大値の制限により、「ＱＲｍ＝Ｑｍ」を実現できない場合がある。

（２）三相／二相変換変圧器２１のＭ座側（Ｍ座側き電線３８ｍ：第２のき電線）に接続したＭ座インバータ２６は以下のように制御される。

（有効電力融通動作の制御）
上記第２のインバータ有効電力制御手段（融通有効電力用算出手段３１＋Ｍ座インバータゲート制御手段３３）は出力する融通有効電力Ｐｃに対応して、三相／二相変換変圧器２１のＭ座側から有効電力Ｐｔの最大１／２の出し入れ制御を行うようにＭ座インバータ２６を制御する。具体的には、列車負荷２２が力行状態ならば有効電力ＰｔをＭ座側から取り込むように制御し、列車負荷２２が回生状態ならば有効電力ＰｔをＭ座側に戻すように制御する。

（無効電力補償動作の制御）
上記第２のインバータ無効電力制御手段（Ｍ座側無効電力補償用算出手段３０＋Ｍ座インバータゲート制御手段３３）は、負荷検出手段２９の無効電力Ｑｔと補償用無効電力ＱＲｔとの差分を取り、「Ｑｔ−ＱＲｔ＞０」の場合、この差分（Ｑｔ−ＱＲｔ）に基づき、Ｔ座インバータ２７から出力する補償用無効電力ＱＲｔの位相と正反対となる逆方向の補償用無効電力ＱＲｍ（（Ｑｔ−ＱＲｔ）に最も近い値）を出力するようにＭ座インバータ２６を制御する。一方、「Ｑｔ−ＱＲｔ≦０」の場合、無効電力補償動作は行わないようにＭ座インバータ２６を制御する。なお、補償用無効電力ＱＲｔはＴ座インバータ２７の補償用無効電力ＱＲｔの最大値制限が予め認知可能であれば、Ｍ座側無効電力補償用算出手段３０単独で無効電力Ｑｔに基づき求めることができる。また、Ｍ座側無効電力補償用算出手段３０が補償用無効電力ＱＲｔの最大値制限を予め認知していない場合はＴ座側無効電力補償用算出手段３２より出力される補償用無効電力ＱＲｔを取り込むことにより、補償用無効電力ＱＲｔを認識することができる。

なお、Ｍ座インバータ２６における融通有効電力Ｐｃと補償用無効電力ＱＲｍの最大値は、電流耐量以内の出力に制限するリミッタ制限手段によりＭ座インバータ２６を構成する容量によって予め制限されている。

（無効電力補償動作の制御方法）
実施の形態２の制御装置３９における上記第１及び第２のインバータ無効電力制御手段による無効電力補償制御方法をまとめる以下のステップ(a) 〜(c) を実行することなる。

ステップ(a)は、 列車負荷２２に電力供給を行っている第１のき電線であるＴ座側き電線３８ｔの無効電力Ｑｔを取得する。

ステップ(b)は、 無効電力Ｑｔに基づき、補償用無効電力ＱＲｔを算出し、該補償用無効電力ＱＲｔによってＴ座側き電線３８ｔの無効電力がゼロに近づくように、Ｔ座インバータ２７制御する。

ステップ(c)は、無効電力Ｑｔ及び補償用無効電力ＱＲｔに基づき、補償用無効電力ＱＲｔによって無効電力Ｑｔを完全に補償できない場合（Ｑｔ−ＱＲｔ＞０）、第２の補償用無効電力である補償用無効電力ＱＲｍを算出し、補償用無効電力ＱＲｍによってＭ座側き電線３８ｍに無効電力が発生するように、Ｍ座インバータ２６の無効電力補償動作を制御する。

（効果等）
上述した実施の形態２の電圧変動補償装置用の制御装置３９における第２のインバータ無効電力制御手段（Ｍ座側無効電力補償用算出手段３０＋Ｍ座インバータゲート制御手段３３）は、上記ステップ(c) において、補償用無効電力ＱＲｔによって無効電力Ｑｔを完全に補償できない場合でも、列車負荷２２に電力供給を行っていないＭ座側き電線３８ｍに対し、補償用無効電力ＱＲｍによってＭ座側き電線３８ｍに無効電力を発生させるように、Ｍ座インバータ２６の無効電力補償動作を制御している。

その結果、補償用無効電力ＱＲｔ及び補償用無効電力ＱＲｍによって無効電力補償動作を行うことができるため、電気鉄道用三相／二相変換変圧器における三相電源側の三相不平衡をより一層改善させることができる効果を奏する。この効果に伴い、列車負荷２２への電力給電効率を向上させて電気鉄道用電力給電システムにおける電力の省エネルギー化を図ることができる。

すなわち、実施の形態２の電気鉄道用電圧変動補償装置の制御装置３９による制御方法によれば、電気鉄道用電力給電システムがＴ座電力のみを用いる同相き電あるいは片座き電において、系統の電圧品質改善（電圧変動、電圧不平衡、電流不平衡）を目的に、電圧変動補償装置２３を導入した時、Ｔ座インバータ２７から補償しきれない無効電力をＭ座インバータ２６から無効電力補償することができる。このため、さらに電圧品質改善が行える効果を奏する。特に、新幹線等の列車負荷２２におけるセクション切替設備を不要にする同相き電について上記効果の度合が大きい。

また、実施の形態２の制御装置３９の制御対象である電圧変動補償装置２３の設備自体は従来設備構成と変わらないため、保守点検や系統事故に対して、電気鉄道用電力給電システムの片座き電あるいは同相き電を両座き電に切り替える場合においても、制御装置３９の制御内容を従来の両座き電用に変更するだけで可能となる。

（その他）
なお、実施の形態１及び実施の形態２で述べた制御装置１９（３９）の少なくとも一部は、例えば、主記憶装置、演算装置、入力装置、二次記憶装置及び出力装置等から構成され、これらの装置が例えば共通バスを介して共通に接続されるような構成のコンピュータ装置により実現することができる。

このようなコンピュータ装置において、少なくとも実施の形態１の手段１０〜１４（実施の形態２の手段３０〜３４）あるいは実施の形態１のステップ(a) 〜(c)（ 実施の形態２のステップ(a) 〜(c)）の処理は、例えば、演算装置がコンピュータを機能させるプログラムに基づき動作することによって実現可能である。また、上記プログラムは主記憶装置あるいは二次記憶装置に格納可能である。

また、電気鉄道用電力給電システムにおける隣接変電所のき電区間のＭ座もしくはＴ座に適合させて実施の形態１の制御装置１９あるいは実施の形態２の制御装置３９を設けることにより、より長いき電区間において電圧変動補償装置３（２３）に対する良好な無効電力補償を効率的に行うことができる。

１，２１ 三相／二相変換変圧器、２，２２ 列車負荷、３，２３ （電気鉄道用）電圧変動補償装置、４，２４ Ｍ座側単相変圧器、５，２５ Ｔ座側単相変圧器、６，２６ Ｍ座インバータ、７，２７ Ｔ座インバータ、８ Ｍ座側負荷、９，２９ 負荷検出手段、１０，３０ Ｍ座側無効電力補償用算出手段、１１，３１ 融通有効電力用算出手段、１２，３２ Ｔ座側無効電力補償用算出手段、１３，３３ Ｍ座インバータゲート制御手段、１４，３４ Ｔ座インバータゲート制御手段。

Claims (6)

1. 電気鉄道用の電圧変動補償装置を制御する電圧変動補償装置の制御装置であって、前記電圧変動補償装置は、電気鉄道用三相／二相変換変圧器により第１及び第２のき電線から供給される第１及び第２の単相交流電力のうち、前記第１の単相交流電力を前記第１のき電線を介して電車負荷に供給する電気鉄道用電力給電システムにおける有効電力及び無効電力を、前記第１及び第２のき電線に接続される第１及び第２のインバータを用いて補償し、
   前記第１のき電線の無効電力を少なくとも検出する負荷検出手段と、
   前記無効電力に基づき、前記第１のき電線の無効電力を補償するための第１の補償用無効電力を算出し、該第１の補償用無効電力によって前記第１のき電線の無効電力がゼロに近づくように、前記第１のインバータを制御する第１のインバータ無効電力制御手段とを備え、前記第１のインバータにおける前記第１の補償用無効電力の最大値が、電流耐量以内の出力に制限するリミッタ制限手段により前記第１のインバータを構成する容量によって予め制限されており、
   前記第１の補償用無効電力によって前記無効電力を完全に補償できない場合、前記無効電力及び前記第１の補償用無効電力間の差分値に基づき前記第１の補償用無効電力の位相と正反対となる逆方向の位相を有する第２の補償用無効電力を算出し、前記第２の補償用無効電力によって前記第２のき電線に無効電力を発生させるように、前記第２のインバータを制御する第２のインバータ無効電力制御手段をさらに備える、
   電気鉄道用電圧変動補償装置の制御装置。
2. 請求項１記載の電圧変動補償装置の制御装置であって、
   前記第１の単相交流電力はＭ座電力を含み、
   前記第２の単相交流電力はＴ座電力を含む、
   電気鉄道用電圧変動補償装置の制御装置。
3. 請求項１記載の電圧変動補償装置の制御装置であって、
   前記第１の単相交流電力はＴ座電力を含み、
   前記第２の単相交流電力はＭ座電力を含む、
   電気鉄道用電圧変動補償装置の制御装置。
4. 電気鉄道用の電圧変動補償装置を制御する電圧変動補償装置の制御方法であって、前記電圧変動補償装置は、電気鉄道用三相／二相変換変圧器により第１及び第２のき電線から供給される第１及び第２の単相交流電力のうち、前記第１の単相交流電力を前記第１のき電線を介して電車負荷に供給する電気鉄道用電力給電システムにおける有効電力及び無効電力を、前記第１及び第２のき電線に接続される第１及び第２のインバータを用いて補償し、
   (a) 前記第１のき電線の無効電力を少なくとも取得するステップと、
   (b) 前記無効電力に基づき、前記第１のき電線の無効電力を補償するための第１の補償用無効電力を算出し、該第１の補償用無効電力によって前記第１のき電線の無効電力がゼロに近づくように、前記第１のインバータを制御するステップとを備え、前記第１のインバータにおける前記第１の補償用無効電力の最大値が、電流耐量以内の出力に制限するリミッタ制限手段により前記第１のインバータを構成する容量によって予め制限されており、
   (c) 前記第１の補償用無効電力によって前記無効電力を完全に補償できない場合、前記無効電力及び前記第１の補償用無効電力間の差分値に基づき前記第１の補償用無効電力の位相と正反対となる逆方向の位相を有する第２の補償用無効電力を算出し、前記第２の補償用無効電力によって前記第２のき電線に無効電力を発生させるように、前記第２のインバータを制御するステップをさらに備える、
   電気鉄道用電圧変動補償装置の制御方法。
5. 請求項４記載の電圧変動補償装置の制御方法であって、
   前記第１の単相交流電力はＭ座電力を含み、
   前記第２の単相交流電力はＴ座電力を含む、
   電気鉄道用電圧変動補償装置の制御方法。
6. 請求項４記載の電圧変動補償装置の制御方法であって、
   前記第１の単相交流電力はＴ座電力を含み、
   前記第２の単相交流電力はＭ座電力を含む、
   電気鉄道用電圧変動補償装置の制御方法。

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