JP5986034B2 - 補機用電力変換システム及び制御方法 - Google Patents
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Description
所与の相電圧指令値を用いてスイッチング素子を制御することで直流電力を交流電力に変換してトランスを介して補機に出力する電力変換装置(例えば、図2の電力変換装置100)を、電気車の主電動機を駆動制御する主回路(例えば、図1の主変換装置20)と並列に直流電力ラインに接続して備えた補機用電力変換システム(例えば、図2の補助電源装置40)であって、
前記トランスの1次側の中性点に接続したバッテリ装置(例えば、図2のバッテリ装置124)と、
前記相電圧指令値をバイアスさせる制御を行う制御部(例えば、図2の制御部130)と、
を備え、前記制御部による前記相電圧指令値のバイアス制御によって、前記電力変換装置の出力に係るゼロ相電圧を制御して前記バッテリ装置を充放電させ、放電時の前記バッテリ装置の放電電力が前記補機及び前記直流電力ラインに供給されることを特徴とする補機用電力変換システムである。
電気車の主電動機を駆動制御する主回路と並列に直流電力ラインに接続された、所与の相電圧指令値を用いてスイッチング素子を制御することで直流電力を交流電力に変換してトランスを介して補機に出力する電力変換装置と、前記トランスの1次側の中性点に接続されたバッテリ装置とを備えた補機用電力変換システムの制御方法であって、
前記相電圧指令値をバイアス制御することで、前記電力変換装置の出力に係るゼロ相電圧を制御して前記バッテリ装置を充放電させ、放電時に前記バッテリ装置の放電電力を前記補機及び前記直流電力ラインに供給させる、
制御方法を構成しても良い。
前記電力変換装置の入力段に設けられたフィルタコンデンサ(例えば、図2のフィルタコンデンサFC1)の電圧(以下「フィルタコンデンサ電圧」という。)に係る充放電制御許容範囲が、前記直流電力ラインの電圧変動範囲及び前記電力変換装置の出力交流電圧の関係に基づいて定まる前記ゼロ相電圧の変更可能範囲内となるように設定され、
前記制御部は、前記フィルタコンデンサ電圧が前記充放電制御許容範囲内の場合に、前記バイアス制御を行う、
補機用電力変換システムを構成しても良い。
前記フィルタコンデンサ電圧が前記充放電制御許容範囲外の場合に、前記中性点と前記バッテリ装置との接続を遮断し、前記バイアス制御を抑止する、
補機用電力変換システムを構成しても良い。
前記制御部は、
前記フィルタコンデンサ電圧を用いて充放電電流指令値を算出する手段(例えば、図8の充放電電流指令生成部131)と、
前記充放電電流指令値と、前記バッテリ装置のバッテリ電流及びバッテリ電圧とを用いて、前記バッテリ電流を前記充放電電流指令値に近づけるための所要ゼロ相電圧を算出する手段(例えば、図8の電流制御器132)と、
を有し、前記所要ゼロ相電圧と、前記フィルタコンデンサ電圧に基づく基準電圧との差を用いて前記相電圧指令値のバイアスを制御する、
補機用電力変換システムを構成しても良い。
図1は、本実施形態における電気車の主回路構成を示す図である。図1によれば、本実施形態の直流電化区間を走行する直流電気車は、主電動機10と、主電動機10に駆動電力を供給する主回路である主変換装置20と、補機30に駆動電力を供給する補機用電力変換システムである補助電源装置40とを備える。
続いて、本実施形態の主回路への電力供給動作を説明する。先ず、図10の(1)に示すように、電化区間において、フィルタコンデンサ電圧Vfcが定格電圧付近である場合、架線からの電力が主変換装置20によって主電動機10に供給される。また、架線からの電力は補助電源装置40によって補機30に供給されるとともに、バッテリ装置124への充電電力とされる。但し、架線側遮断器HB1は投入されているとする。また、図示していないが、回生ブレーキ等によって主変換装置20が逆方向動作して、フィルタコンデンサ電圧Vfcが上昇した場合にも、バッテリ装置124が充電される。
このように、本実施形態によれば、直流電力を交流電力に変換して補機30に供給する補助電源装置40は、静止形インバータ(SIV)である電力変換装置100が有する出力トランス108の1次側の中性点にバッテリ装置124が接続されて構成される。そして、制御部130は、インバータ部104の入力電圧であるフィルタコンデンサ電圧Vfcに応じて、インバータ部104に対する相電圧指令(Vu*,Vv*,Vw*)をバイアス制御することで、インバータ部104の出力電圧の直流成分(ゼロ相電圧)V0を制御し、バッテリ装置124の充放電を制御する。これにより、電力変換装置としては従来のSIVを利用することができるため、コストを抑えたバッテリシステムを実現することができる。また、主回路側の回路構成に接続するのではなく、補機側の回路構成にバッテリシステムを接続する構成であるため、設置スペースの自由度が高くなり、省スペースにも貢献し得る。
なお、本発明の適用可能な実施形態はこれに限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能なのは勿論である。
10 主電動機、20 主変換装置(VVVFインバータ)
30 補機
40 補助電源装置
100 電力変換装置(SIV)
102 入力フィルタ回路
FL1 直流フィルタリアクトル、FC1 フィルタコンデンサ
104 インバータ部
106 出力フィルタ回路、108 出力トランス
122 バッテリ用フィルタ回路
FL2 リアクトル、FC2 コンデンサ
HB2 バッテリ側遮断器
124 バッテリ装置
130 制御部
131 充放電電流指令生成部、132 電流制御器
133,136,138 加算器、134 制御可否判断部
135 乗算器、137 出力電圧指令生成部
Claims (5)
- 所与の相電圧指令値を用いてスイッチング素子を制御することで直流電力を交流電力に変換してトランスを介して補機に出力する電力変換装置を、電気車の主電動機を駆動制御する主回路と並列に直流電力ラインに接続して備えた補機用電力変換システムであって、
前記トランスの1次側の中性点に接続したバッテリ装置と、
前記相電圧指令値をバイアスさせる制御を行う制御部と、
を備え、前記制御部による前記相電圧指令値のバイアス制御によって、前記電力変換装置の出力に係るゼロ相電圧を制御して前記バッテリ装置を充放電させ、放電時の前記バッテリ装置の放電電力が前記補機及び前記直流電力ラインに供給されることを特徴とする補機用電力変換システム。 - 前記電力変換装置の入力段に設けられたフィルタコンデンサの電圧(以下「フィルタコンデンサ電圧」という。)に係る充放電制御許容範囲が、前記直流電力ラインの電圧変動範囲及び前記電力変換装置の出力交流電圧の関係に基づいて定まる前記ゼロ相電圧の変更可能範囲内となるように設定され、
前記制御部は、前記フィルタコンデンサ電圧が前記充放電制御許容範囲内の場合に、前記バイアス制御を行う、
請求項1に記載の補機用電力変換システム。 - 前記フィルタコンデンサ電圧が前記充放電制御許容範囲外の場合に、前記中性点と前記バッテリ装置との接続を遮断し、前記バイアス制御を抑止する、
請求項2に記載の補機用電力変換システム。 - 前記制御部は、
前記フィルタコンデンサ電圧を用いて充放電電流指令値を算出する手段と、
前記充放電電流指令値と、前記バッテリ装置のバッテリ電流及びバッテリ電圧とを用いて、前記バッテリ電流を前記充放電電流指令値に近づけるための所要ゼロ相電圧を算出する手段と、
を有し、前記所要ゼロ相電圧と、前記フィルタコンデンサ電圧に基づく基準電圧との差を用いて前記相電圧指令値のバイアスを制御する、
請求項1〜3の何れか一項に記載の補機用電力変換システム。 - 電気車の主電動機を駆動制御する主回路と並列に直流電力ラインに接続された、所与の相電圧指令値を用いてスイッチング素子を制御することで直流電力を交流電力に変換してトランスを介して補機に出力する電力変換装置と、前記トランスの1次側の中性点に接続されたバッテリ装置とを備えた補機用電力変換システムの制御方法であって、
前記相電圧指令値をバイアス制御することで、前記電力変換装置の出力に係るゼロ相電圧を制御して前記バッテリ装置を充放電させ、放電時に前記バッテリ装置の放電電力を前記補機及び前記直流電力ラインに供給させる、
制御方法。
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