JP6069151B2 - Power converter control circuit - Google Patents
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Description
本発明は、電力変換装置のダンピング制御に関するもので、特に電力変換装置において発生するビート現象を抑制する蓄電手段を備えた制御回路に関する。 The present invention relates to damping control of a power converter, and more particularly, to a control circuit including power storage means for suppressing a beat phenomenon that occurs in a power converter.
一般に直流き電における鉄道車両の主変換装置は、パルス幅変調方式(PWM:Pulse Width Modulation)により、直流電車線の直流電圧を可変電圧可変周波数の交流電圧に変換し、交流電動機を可変速駆動することで車両を駆動している。 In general, a main converter of a railway vehicle in a DC feeder converts a DC voltage of a DC train line into an AC voltage of a variable voltage and a variable frequency by a pulse width modulation (PWM) and drives an AC motor at a variable speed. That is driving the vehicle.
また、近年は鉄道車両の直流ステージに蓄電装置を接続することで、架線からの受電ができなくなったときに蓄電装置から電力を供給する緊急走行や、蓄電装置を用いて非電化区間を走行する架線レス運転など、大容量の蓄電装置を応用した車両制御の開発が行われている。 Also, in recent years, by connecting a power storage device to the DC stage of a railway vehicle, the vehicle can be used for emergency traveling that supplies power from the power storage device when power cannot be received from the overhead line, or in a non-electrified section using the power storage device. Development of vehicle control using large-capacity power storage devices such as overhead-less operation is underway.
このような鉄道車両における電力変換装置の入力回路には、直流電車線から流入する突入電流の抑制、および、電力変換装置のスイッチング動作から発生する高調波を直流電車線に戻さないこと、を目的として、入力LCフィルタが接続されている。 In the input circuit of the power conversion device in such a railway vehicle, for the purpose of suppressing inrush current flowing from the DC train line, and not returning harmonics generated from the switching operation of the power conversion device to the DC train line, An input LC filter is connected.
ところが、この入力LCフィルタは共振特性を持つことから、直流入力電圧の電気振動により電力変換装置の制御が不安定となることや、軌道に流す帰線電流に高調波が重畳して信号機器を誤動作させるなどの問題がある。この共振特性に起因する電気振動を抑制するために、従来技術では、インバータ装置やブレーキチョッパによる電気振動の抑制制御を行っている。 However, since this input LC filter has resonance characteristics, the control of the power converter becomes unstable due to the electric vibration of the DC input voltage, and harmonics are superimposed on the retrace current that flows in the orbit. There are problems such as malfunction. In order to suppress the electric vibration caused by this resonance characteristic, in the conventional technology, the control of suppressing the electric vibration by the inverter device or the brake chopper is performed.
特許文献1には、フィルタコンデンサ電圧を検出して、共振周波数近傍の交流成分を打ち消すようにインバータ装置を制御することで、直流入力回路の電気振動を抑制する技術が開示されている。
特許文献2には、ブレーキチョッパによるダンピング制御技術が記載されており、フィルタコンデンサ電圧もしくは架線電流、フィルタリアクトルの両端電圧のいずれかを検出して、ブレーキ抵抗器に共振電力を消費させるようにブレーキチョッパを動作させることで、直流入力回路の電気振動を抑制する技術が開示されている。
特許文献3には、直流電車線からの電力給電ができなくなった場合に、鉄道車両を自力走行させる技術が開示されている。 Patent Document 3 discloses a technique for causing a railway vehicle to travel on its own when power supply from a DC train line becomes impossible.
特許文献4には、回生時に交流電動機より発生する電力を蓄電装置で充電すると共に、力行時に電動機の駆動電力の一部を蓄電装置より供給する技術が開示されている。 Patent Document 4 discloses a technology in which electric power generated from an AC motor during regeneration is charged by a power storage device and a part of driving power of the motor is supplied from the power storage device during power running.
図8に、従来技術として、蓄電装置を搭載した鉄道車両の制御方法の一例を示す。同図において、1は直流電車線、2は集電装置、3はフィルタリアクトル、4はフィルタコンデンサ、5はインバータ装置、6は交流電動機、7は接触器、8はDC−DC変換装置、9は蓄電装置、10aと10bはスイッチング素子、11は平滑リアクトル、12は平滑コンデンサ、13は速度検出器、14と17は電流検出器、15と18は電圧検出器、19は車輪、20は軌道、21はブレーキ抵抗器、22はブレーキチョッパである。 FIG. 8 shows an example of a conventional method for controlling a railway vehicle equipped with a power storage device. In the figure, 1 is a DC train line, 2 is a current collector, 3 is a filter reactor, 4 is a filter capacitor, 5 is an inverter device, 6 is an AC motor, 7 is a contactor, 8 is a DC-DC converter, and 9 is Power storage devices, 10a and 10b are switching elements, 11 is a smoothing reactor, 12 is a smoothing capacitor, 13 is a speed detector, 14 and 17 are current detectors, 15 and 18 are voltage detectors, 19 are wheels, 20 is a track, 21 is a brake resistor and 22 is a brake chopper.
また、同図において、インバータ装置5に対して、100はインバータ制御回路であり、その内部に、101は座標変換部、102は電圧制御部、103はPWM制御部、104はハイパスフィルタ、105はダンピング制御部、106と107は加算器、以上の構成要素を有し、DC−DC変換装置8に対して、200はDC−DC変換制御回路であり、その内部に、201は電圧制御部、202はPWM制御部、から成る構成要素を有し、ブレーキチョッパ22に対して、300はブレーキチョッパ制御回路であり、その内部に、301はハイパスフィルタ、302はチョッパ制御部、から成る構成要素を有している。このDC−DC変換制御回路200の制御に基づいて、DC−DC変換装置8は入力電力を電圧の異なる直流電力に変換する。
In the figure, for the
このインバータ装置5は、IGBTに代表される電力変換用のスイッチング素子を組み合わせて構成されており、例えばスイッチング素子とダイオードを逆並列に接続したものを1つのモジュールとして、このモジュールを三相上下アームにブリッジ状に接続することで構成される。同様に、DC−DC変換装置8とブレーキチョッパ22も、電力変換用のスイッチング素子にて構成される。
This inverter device 5 is configured by combining switching elements for power conversion represented by IGBT, for example, a module in which switching elements and diodes are connected in antiparallel, and this module is used as a three-phase upper and lower arm. It is configured by connecting in a bridge shape. Similarly, the DC-
また、蓄電装置9は、図2に示す電気二重層キャパシタや、図3に示す二次電池などに代表される大容量の蓄電デバイスで構成される。なお、図1では蓄電装置9と並列に平滑コンデンサ12を接続しているが、これは平滑リアクトル11の電流リップルを抑えるためのものであり、接続しなくても蓄電装置9への充放電動作およびダンピング制御動作に問題はない。
The
直流き電の鉄道車両は、直流電車線1の直流電力を集電装置2で受電して、フィルタリアクトル3とフィルタコンデンサ4を介してインバータ装置5に給電されるとともに、車輪19を介して軌道20に戻される。インバータ装置5に給電された直流電力は三相交流電力に変換され、該変換された三相交流電力が交流電動機6に供給されることでトルクを発生させ、車両を加減速させる。
The DC powered railway vehicle receives the DC power of the
ここで、交流電動機6に所望のトルクを発生させるためには、回転速度に応じた三相交流電圧を印加する必要があり、そのための三相交流電力をインバータ装置5より供給する。 Here, in order to generate a desired torque in the AC motor 6, it is necessary to apply a three-phase AC voltage corresponding to the rotation speed, and the three-phase AC power for that purpose is supplied from the inverter device 5.
上述のような交流電動機6の可変速駆動は、インバータ制御回路100により制御される。インバータ制御回路100では、まず電流検出器14にて交流電動機6に流れる三相交流電流Iu、Iv、Iwを検出して座標変換部101に入力し、回転座標系のd軸電流Idとq軸電流Iqに変換するとともに、速度検出器13にて交流電動機6のロータ周波数Frを検出する。
The variable speed drive of the AC motor 6 as described above is controlled by the
その後、電圧制御部102にて、d軸電流指令値Id*とq軸電流指令値Iq*、d軸電流Id、q軸電流Iq、ロータ周波数Frから、交流電動機6に所望のトルクを発生させるために必要な三相交流電圧指令Vu、Vv、Vwを演算する。
Thereafter, the
最後に、PWM制御部103にて、電圧検出器15より検出したフィルタコンデンサ電圧Ecfと三相交流電圧指令Vu、Vv、Vwから、スイッチング指令Su、Sv、Swを演算する。このスイッチング指令に応じた三相交流電圧を、インバータ装置5より出力することで、交流電動機6を制御する。
Finally, the
また、インバータ装置5の保護機能が働いた場合や、運行終了後に車庫で電源を落とす場合は、床下作業者の安全確保と装置保安のため、接触器7を開放して外部給電を止め、ブレーキチョッパ22をオン状態とすることで、フィルタコンデンサ4に蓄えられた電荷をブレーキ抵抗器21に放電する。ブレーキチョッパ22への動作指令は、ブレーキチョッパ制御回路300の放電指令Goffに応じてチョッパ制御部302で制御される。
In addition, when the protective function of the inverter device 5 is activated, or when the power is turned off in the garage after the operation is completed, the
続いて、蓄電装置9を用いた制御には、鉄道車両を回生制動させるときに発生する回生電力および蓄電装置の充電量が低下した場合における直流電車線1の直流入力電力などを蓄電する充電制御と、鉄道車両を力行動作させるときにおける電力補助のための放電および直流電車線1からの電力供給ができない場合における自力走行用電力などを放出する放電制御がある。
Subsequently, the control using the
上述した制御は、DC−DC変換制御回路200により蓄電装置9の充放電電流を制御することで実現される。具体的には、電流検出器17にて検出され、DC−DC変換装置8と蓄電装置9との間に直列に接続された平滑リアクトル11に流れる充放電電流Icと、電圧検出器18にて検出された蓄電電圧Ec、充放電電流指令Ic*を電圧制御部201に入力し、該充放電電流を一定にするための蓄電電圧指令Vcを演算する。
The above-described control is realized by controlling the charge / discharge current of the
その後、PWM制御部202にて、電圧検出器15にて検出したフィルタコンデンサ電圧Ecfと前述の蓄電電圧指令Vcからスイッチング指令Scを演算し、該スイッチング指令Scを基にDC−DC変換装置8のスイッチング素子10aと10bをオンオフ制御することで、蓄電装置9の充放電電流Icを制御する。
Thereafter, the
その一方で、インバータ装置5の直流側の回路に直列に接続されたフィルタリアクトル3と並列に接続されたフィルタコンデンサ4からなる入力LCフィルタは共振特性を有するため、インバータ装置5に直流電力を供給すると、該入力LCフィルタに電気振動が発生する。従来技術では、該電気振動をインバータ装置5ないしブレーキチョッパ22にてダンピング制御している。
On the other hand, the input LC filter comprising the filter capacitor 4 connected in parallel with the filter reactor 3 connected in series to the circuit on the DC side of the inverter device 5 has resonance characteristics, and therefore supplies DC power to the inverter device 5. Then, an electric vibration is generated in the input LC filter. In the prior art, the electric vibration is dumped by the inverter device 5 or the
インバータ装置5によるダンピング制御は、フィルタコンデンサEcfの交流成分をハイパスフィルタ104で検出して、該電圧の交流成分ΔEcfからダンピング制御部105によりq軸電流補正量dIqおよび周波数補正量dFrを演算し、加算器106および107にて各々の補正対象に加算することで、入力LCフィルタの電気振動を抑制する。
In the damping control by the inverter device 5, the AC component of the filter capacitor Ecf is detected by the high-
また、ブレーキチョッパ22によるダンピング制御は、ブレーキチョッパ制御回路300にて制御され、電圧検出器15にて検出したフィルタコンデンサ電圧Ecfをハイパスフィルタ301に入力して該電圧の交流成分を検出し、該電圧の交流成分ΔEcfを受けたチョッパ制御部302からブレーキチョッパ22のスイッチング指令Sbを生成することで、ブレーキチョッパ22をスイッチング制御する。
The damping control by the
ここで、ブレーキチョッパ22がオン状態のとき、フィルタコンデンサ4とブレーキ抵抗器21が架線電源に対して並列に接続された状態となり、該ブレーキ抵抗器21がダンピング抵抗として作用するため、フィルタリアクトル3およびフィルタコンデンサ4からなる入力LCフィルタの電気振動を抑制できる。
Here, when the
なお、入力LCフィルタの共振電力をブレーキ抵抗器21で消費させるため、ブレーキチョッパ22のスイッチング指令Sbとフィルタコンデンサ電圧Ecfの交流成分を同位相となるように制御する必要がある。
In order to consume the resonance power of the input LC filter by the
以上のように、従来技術では、インバータ装置5ないしブレーキチョッパ22で入力LCフィルタの電気振動を抑制するダンピング制御が採用されている。
As described above, in the prior art, the damping control that suppresses the electric vibration of the input LC filter by the inverter device 5 or the
図8に示す従来技術では、ブレーキチョッパ22を制御して、入力LCフィルタの共振エネルギーをダンピング抵抗(ブレーキ抵抗器21)で消費させることにより、共振周波数に対する電気振動を抑制している。しかしながら、入力LCフィルタの振動電流を抵抗器により消費させるため電力損失が大きく、また、抵抗器の発熱が大きくなることから装置全体が大型化するなどの課題がある。
また、インバータ装置によるダンピング制御は、入力LCフィルタの電気振動を三相交流側に出力することにより抑制しているので、交流電動機の駆動制御とこのダンピング制御との干渉を避けるためには、互いの制御応答を高くできないといった制限が課題となる。
In the prior art shown in FIG. 8, the
In addition, since the damping control by the inverter device is suppressed by outputting the electric vibration of the input LC filter to the three-phase AC side, in order to avoid interference between the AC motor drive control and this damping control, The limitation that the control response cannot be increased is a problem.
上記目的を実現するために、本発明では、主に、直流電車線からの直流電力をフィルタリアクトルおよびフィルタコンデンサを介して三相交流電力に変換して交流電動機を駆動するインバータ装置と、インバータ装置の直流入力側に並列に接続してこのインバータ装置の直流入力側電圧と異なる電圧レベルに変換するDC−DC変換装置と、DC−DC変換装置からの出力を平滑リアクトルを介して蓄電する蓄電手段とを備えた電力変換装置であって、フィルタリアクトルおよびフィルタコンデンサから成る入力フィルタによりインバータ装置の直流入力側に重畳する電気振動成分をフィルタコンデンサの電圧等から検出し、この検出した電気振動成分により蓄電手段に対する充放電制御指令を補正してDC−DC変換装置を制御することで電気振動成分を抑制することを特徴とする蓄電手段を備えた電力変換装置の制御回路を提供する。 In order to achieve the above object, in the present invention, an inverter device for driving an AC motor by converting DC power from a DC train line into three-phase AC power through a filter reactor and a filter capacitor, A DC-DC converter that is connected in parallel to the DC input side and converts the voltage level to a voltage level different from the DC input side voltage of the inverter device; and a storage means that stores an output from the DC-DC converter via a smoothing reactor. An electric vibration component superimposed on the DC input side of the inverter device is detected from the voltage of the filter capacitor by an input filter composed of a filter reactor and a filter capacitor, and the electric storage component is stored by the detected electric vibration component. By correcting the charge / discharge control command for the means and controlling the DC-DC converter Providing a control circuit of a power conversion apparatus having a storage means, characterized in that to suppress the air vibration component.
以上説明したように、本発明における蓄電手段を備えた電力変換装置の制御回路では、蓄電手段の充放電を制御するDC−DC変換装置でダンピング制御をするため、電気的損失を抑制できると共に、装置全体の発熱を低減でき、装置の小型化が可能となる。
また、インバータ装置で車両の駆動制御を行い、DC−DC変換装置にてダンピング制御を行うことにより、駆動制御の応答性向上と直流入力側の電気振動の抑制との両立が可能となり、また、ダンピング制御のゲイン調整の簡略化が可能となる。
さらに、ダンピング制御の応答を高くできるので、入力側のフィルタリアクトルのインダクタンスおよびフィルタコンデンサの容量を小さくすることができ、この点からも装置の小型化が可能となる。
As described above, in the control circuit of the power conversion device including the power storage unit according to the present invention, since the damping control is performed by the DC-DC conversion device that controls charging / discharging of the power storage unit, electrical loss can be suppressed, Heat generation of the entire apparatus can be reduced, and the apparatus can be downsized.
In addition, by controlling the drive of the vehicle with the inverter device and performing the damping control with the DC-DC converter, it becomes possible to improve both the response of the drive control and the suppression of the electric vibration on the DC input side, It is possible to simplify the gain adjustment of the damping control.
Furthermore, since the response of the damping control can be increased, the inductance of the filter reactor on the input side and the capacity of the filter capacitor can be reduced. In this respect, the apparatus can be miniaturized.
以下、本発明の実施形態として、実施例1〜5について図面を用いて順に説明する。 Hereinafter, Examples 1 to 5 will be described in order with reference to the drawings as embodiments of the present invention.
図1は、本発明の実施例1を適用した電力変換装置の制御回路の構成例を示す図である。同図において、前記従来技術である図8と同一の構成要素には同一記号を付し、同一の機能を有する部分については説明を省略する。 FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration example of a control circuit of a power conversion device to which the first embodiment of the present invention is applied. In the figure, the same reference numerals are given to the same components as those in FIG. 8 showing the prior art, and the description of the portions having the same functions is omitted.
図1において、図8の従来技術のDC−DC変換制御回路200に対して新たに付加した構成は、203のハイパスフィルタ、204のダンピング制御部、205の加算器である。
本実施例1では、フィルタリアクトル3とフィルタコンデンサ4の共振特性による電気振動を、DC−DC変換装置8のダンピング制御により抑制している。
In FIG. 1, a configuration newly added to the conventional DC-DC
In the first embodiment, the electric vibration due to the resonance characteristics of the filter reactor 3 and the filter capacitor 4 is suppressed by the damping control of the DC-
まず、電圧検出器15によりフィルタコンデンサ電圧Ecfを検出し、ハイパスフィルタ203で交流成分ΔEcfを抽出する。その後、ダンピング制御部204でこの電気振動を抑制するために必要な充放電電流補正量dIcを演算して、加算器205にて充放電電流指令Ic*に加算する。これにより、充放電電流指令Ic*はIc**として補正され、電圧制御部201への入力指令となる。
First, the filter capacitor voltage Ecf is detected by the
ここで、フィルタコンデンサ電圧の電気振動を抑制するために必要なDC−DC変換装置8の入力電流は、数式(1)により表すことができる。
数式(1)において、ΔIdはDC−DC変換装置8の入力電流の交流成分、ΔEcfはフィルタコンデンサ電圧Ecfの交流成分、Cはフィルタコンデンサ4の静電容量、ω0は入力LC回路の共振角周波数、jは虚数単位である。
ここで、数式(1)は該交流成分ΔEcfを抑制するために必要な該入力電流ΔIdとの関係を示している。また、虚数単位jは、共振角周波数ω0において、該入力電圧ΔEcfに対して該入力電流ΔIdを進み位相で制御する必要があることを示している。
In Equation (1), ΔId is the AC component of the input current of the DC-
Here, Formula (1) shows the relationship with the input current ΔId necessary for suppressing the AC component ΔEcf. In addition, the imaginary unit j indicates that the input current ΔId needs to be controlled in the leading phase with respect to the input voltage ΔEcf at the resonance angular frequency ω0.
つづいて、該入力電流ΔIdとDC−DC変換装置8の出力電流ΔIcとの間には、数式(2)のような関係がある。
数式(2)のγは、DC−DC変換装置8の通流率である。
ここで、数式(2)は、該出力電流ΔIcを制御するために必要な該入力電流ΔIdとの関係を示しており、これらは同位相で制御する必要がある。
Γ in Expression (2) is a conduction rate of the DC-
Here, Formula (2) shows the relationship with the input current ΔId necessary for controlling the output current ΔIc, and these must be controlled in the same phase.
数式(1)および数式(2)から、DC−DC変換装置8が蓄電装置9側に出力する電流は、電流指令の交流成分を充放電電流補正量dIcとして、数式(3)で表すことができる。
数式(3)より、ハイパスフィルタ203のフィルタ特性およびダンピング制御部204のゲインは下記のように定まる。すなわち、ハイパスフィルタ203のフィルタ特性を進み位相とすること、および、ダンピング制御部204のゲインを数式(4)に示すようにすることで、入力LCフィルタの電気振動を抑制できることになる。
上述のように、DC−DC変換装置8のダンピング制御で、蓄電装置9の充放電電流に入力LCフィルタの交流成分を重畳することにより、この入力LCフィルタの電気振動を減衰させる。
As described above, in the damping control of the DC-
一方で、この電気振動を減衰させるためには、入力LCフィルタの共振エネルギーを平滑リアクトル11および平滑コンデンサ12からなる平滑LCフィルタで吸収することができる。図9に、入力LCフィルタと平滑LCフィルタのゲイン特性の一例を示す。図9の(a)が入力LCフィルタのゲイン特性の一例、図9(b)が平滑LCフィルタのゲイン特性の一例である。
On the other hand, in order to attenuate this electric vibration, the resonance energy of the input LC filter can be absorbed by the smoothing LC filter including the smoothing
図9で示すように、入力LCフィルタの共振周波数を平滑LCフィルタの共振周波数よりも高くすることで、平滑LCフィルタの減衰特性により入力LCフィルタの共振周波数での電気振動を抑制できる。この入力LCフィルタの共振周波数をf1、平滑LCフィルタの共振周波数をf2とすると、両者は数式(5)に示す関係となれば良いことが分かる。
以上、本発明により、従来技術のようにブレーキ抵抗器などによる電力損失を発生させることなく、入力LCフィルタの電気振動を抑制することが可能となる。また、DC−DC変換装置8でダンピング制御を行うため、交流電動機の駆動制御とこのダンピング制御との干渉を避けることができる。
なお、蓄電装置9は蓄電容量が十分に大きいデバイスにより構成されることから、充放電制御の応答を高める必要はなく、蓄電装置の充放電制御とダンピング制御との干渉を引き起こすことはない。
As described above, according to the present invention, it is possible to suppress the electric vibration of the input LC filter without causing power loss due to a brake resistor or the like as in the prior art. Moreover, since damping control is performed by the DC-
Since
図4は、本発明の実施例2を適用した電力変換装置の制御回路の構成例を示す図である。同図において、実施例1の図1に示した構成と異なる内容について以下に説明をする。
図4において、インバータ制御回路100およびDC−DC変換制御回路200は、図1と同一であるので省略表記している。実施例2では、並列接続した蓄電装置9と平滑コンデンサ12との間に遮断器16を接続している点が、実施例1の図1に示した構成と異なる。
FIG. 4 is a diagram illustrating a configuration example of a control circuit of the power conversion device to which the second embodiment of the present invention is applied. In the same figure, the content different from the structure shown in FIG. 1 of Example 1 is demonstrated below.
In FIG. 4, the
ここで、遮断器16が開放され蓄電装置9が接続されていない状態となっても、入力LCフィルタの電気振動は、DC−DC変換装置8のダンピング制御により抑制できる。この場合は蓄電装置9が接続されていないため、DC−DC変換制御回路200の充放電電流指令Ic*を零にすることで、実施例1と同様の効果を得ることができる。すなわち、蓄電装置9の平滑リアクトル11および平滑コンデンサ12からなる平滑LCフィルタにより、入力LCフィルタの電気振動が抑制されることになる。
そのため、蓄電装置9を充放電制御する必要がないとき、および、蓄電装置9が異常状態であるときに、遮断器16を開放状態にしたとしても、DC−DC変換装置8によるダンピング制御が可能となるという利点がある。
Here, even when the
Therefore, when it is not necessary to charge / discharge the
図5は、本発明の実施例3を適用した電力変換装置の制御回路の構成例を示す図である。同図において、実施例1の図1に示した構成と異なる内容について以下に説明をする。
図5において、23は電流検出器であり、この電流検出器23にて架線電流Isを検出して、その交流成分をダンピング制御に用いる点が、実施例1の図1に示した構成と異なる。
FIG. 5 is a diagram illustrating a configuration example of a control circuit of the power conversion device to which the third embodiment of the present invention is applied. In the same figure, the content different from the structure shown in FIG. 1 of Example 1 is demonstrated below.
In FIG. 5,
実施例3では、電流検出器23にて検出した架線電流Isをハイパスフィルタ203に入力して、架線電流の交流成分ΔIsを抽出する。ここで、架線電流の交流成分ΔIsを抑制するための条件として、該交流成分ΔIsとDC−DC変換装置8の入力電流Idとの関係を数式(6)に示す。
以上により、架線電流の交流成分ΔIsと充放電電流操作量Idとの位相関係が同位相となるように、ハイパスフィルタ203の特性を定めることで、入力LCフィルタの電気振動を抑制できる。
このように実施例3により、架線電流Isからでも入力LCフィルタの電気振動を抑制することができる。
As described above, the electric vibration of the input LC filter can be suppressed by determining the characteristics of the high-
As described above, according to the third embodiment, the electric vibration of the input LC filter can be suppressed even from the overhead wire current Is.
図6は、本発明の実施例4を適用した電力変換装置の制御回路の構成例を示す図である。同図において、実施例1の図1に示した構成と異なる内容について以下に説明をする。
図6において、24は電圧検出器であり、この電圧検出器24にてフィルタリアクトル3の両端電圧Esを検出して、その交流成分ΔEsをダンピング制御に用いる点が、実施例1の図1に示した構成と異なる。
FIG. 6 is a diagram illustrating a configuration example of a control circuit of the power conversion device to which the fourth embodiment of the present invention is applied. In the same figure, the content different from the structure shown in FIG. 1 of Example 1 is demonstrated below.
In FIG. 6,
ここで、直流電車線1の架線電圧が一定であると仮定した場合に、フィルタリアクトル3の両端電圧Esとフィルタコンデンサ4の電圧との和は架線電圧と等しく一定値となるので、交流成分に着目すると、大きさが同じで符号が反対となることが分かる。よって、数(4)に示すダンピング制御部204におけるダンピングゲインKdmpの符号を反転することにより、実施例1と同様の効果を得られる。
このように実施例4により、フィルタリアクトル3の両端電圧ΔEsからでも入力LCフィルタの電気振動を抑制することができる。
Here, assuming that the overhead line voltage of the
As described above, according to the fourth embodiment, the electric vibration of the input LC filter can be suppressed even from the voltage ΔEs across the filter reactor 3.
図7は、本発明の実施例5を適用した電力変換装置の制御回路の構成例を示す図である。同図において、実施例1の図1に示した構成と異なる点について以下に説明をする。
実施例5は、交流き電の場合であり、そのため図7では、鉄道車両の交流側主変換装置を示し、25はコンバータ装置、26は変圧器、27は交流電車線である。
FIG. 7 is a diagram illustrating a configuration example of a control circuit of the power conversion device to which the fifth embodiment of the present invention is applied. In the same figure, a different point from the structure shown in FIG. 1 of Example 1 is demonstrated below.
Example 5 is a case of AC feeding, and therefore FIG. 7 shows an AC main conversion device of a railway vehicle, 25 is a converter device, 26 is a transformer, and 27 is an AC train line.
交流き電における鉄道車両では、交流電車線27の交流電力を集電装置2で受電し、該交流電力の電圧レベルを変圧器26で変換する。その後、コンバータ装置25で変圧器26からの交流電力を直流電力に変換することで、インバータ装置5に該直流電力を給電し、鉄道車両を駆動させる。
In a railway vehicle using AC feeding, AC power of the
交流き電の鉄道車両では、コンバータ装置25によるAC−DC変換により、交流電圧の2倍の周波数成分がフィルタコンデンサ電圧Ecfに重畳することになり、これがインバータ装置5の出力周波数と共振するビート現象を発生させる。このビート現象により、インバータ装置5の出力電流が過電流となり、トルク脈動により車体が振動するなどの現象が発生することが課題となる。 In an AC powered railway vehicle, the AC-DC conversion by the converter device 25 causes a frequency component twice the AC voltage to be superimposed on the filter capacitor voltage Ecf, and this is a beat phenomenon that resonates with the output frequency of the inverter device 5. Is generated. Due to this beat phenomenon, the output current of the inverter device 5 becomes an overcurrent, and a problem arises that a phenomenon such as vibration of the vehicle body due to torque pulsation occurs.
該ビート現象を抑制するために、DC−DC変換制御回路200のハイパスフィルタ203で交流電車線27の交流電圧の2倍の周波数成分を検出し、この検出した2倍の周波数成分を用いてダンピング制御を行うものである。
これにより、フィルタコンデンサ電圧Ecfに重畳する電圧リップルを減衰させることができ、それによるビート現象を抑制することができる。
In order to suppress the beat phenomenon, the high-
Thereby, the voltage ripple superimposed on the filter capacitor voltage Ecf can be attenuated, and the beat phenomenon caused thereby can be suppressed.
なお、実施例5は、交流き電における鉄道車両に実施例1の構成を適用したものについて説明しているが、実施例2または実施例3のいずれかの構成を適用した場合においても、同様の効果を得ることができる。 In addition, although Example 5 has demonstrated about what applied the structure of Example 1 to the railway vehicle in AC feeding, it is the same also when the structure of either Example 2 or Example 3 is applied. The effect of can be obtained.
また、実施例1〜5においては、鉄道車両の駆動方式としては、現行の主流に沿ってインバータ制御による交流電動機駆動としているが、それに限定されるものではなく、チョッパ制御、すなわちDC−DC電力変換装置による直流電動機駆動(例えば、電機子チョッパ制御、界磁チョッパ制御)に対しても適用できるものである。 Moreover, in Examples 1-5, although the drive method of a railway vehicle is AC motor drive by inverter control along the current mainstream, it is not limited thereto, chopper control, that is, DC-DC power The present invention can also be applied to DC motor driving (for example, armature chopper control, field chopper control) by a converter.
1 直流電車線
2 集電装置
3 フィルタリアクトル
4 フィルタコンデンサ
5 インバータ装置
6 交流電動機
8 DC−DC変換装置
9 蓄電装置
10a、10b スイッチング素子
11 平滑リアクトル
12 平滑コンデンサ
13 速度検出器
14、17、23 電流検出器
15、18、24 電圧検出器
16 遮断器
19 車輪
20 軌道
21 ブレーキ抵抗器
22 ブレーキチョッパ
25 コンバータ装置
26 変圧器
27 交流電車線
100 インバータ制御回路
101 座標変換部
102 電圧制御部
103 PWM制御部
104、203、301 ハイパスフィルタ
105、204 ダンピング制御部
106、107、205 加算器
200 DC−DC変換制御回路
201 電圧制御部
202 PWM制御部
300 ブレーキチョッパ制御回路
302 チョッパ制御部
DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記直流入力電源と前記第一の電力変換手段との間に直列に接続された第一のリアクトルと、
前記第一の電力変換手段の直流入力側に対して並列に接続された第一のコンデンサと、
前記第一の電力変換手段の直流入力側に対して並列に接続され、当該第一の電力変換手段の直流入力側電力を電圧レベルの異なる第二の直流電力に変換する第二の電力変換手段と、
前記第二の直流電力を蓄電する蓄電手段と、
前記第二の電力変換手段と前記蓄電手段との間に直列に接続された第二のリアクトルと、
を備えた電力変換装置であって、
前記蓄電手段に直列に接続した遮断器と、
前記蓄電手段および前記遮断器の直列回路に対して並列に接続した第二のコンデンサと、
前記第一のリアクトルおよび前記第一のコンデンサの共振特性による電気振動から前記第一の電力変換手段の直流入力側に重畳する電気振動成分を検出する電気振動成分検出手段を設け、
前記遮断器が閉状態では、前記蓄電手段に対する充放電制御指令および前記電気振動成分検出手段から検出した前記電気振動成分により、また、前記遮断器が開状態では、ゼロ設定した前記充放電制御指令および前記電気振動成分検出手段から検出した前記電気振動成分により、前記第二の電力変換手段を制御することによって前記電気振動成分を抑制する
ことを特徴とする電力変換装置の制御回路。 A DC input power source is converted to either AC power or first DC power, and when converted to the AC power, an AC load is driven, and when converted to the first DC power, a DC load is driven. A power conversion means,
A first reactor connected in series between the DC input power source and the first power conversion means;
A first capacitor connected in parallel to the DC input side of the first power conversion means;
Second power conversion means connected in parallel to the DC input side of the first power conversion means, and converts the DC input side power of the first power conversion means to second DC power having a different voltage level. When,
Power storage means for storing the second DC power;
A second reactor connected in series between the second power conversion means and the power storage means;
A power conversion device comprising:
A circuit breaker connected in series to the power storage means;
A second capacitor connected in parallel to a series circuit of the power storage means and the circuit breaker;
Providing an electric vibration component detecting means for detecting an electric vibration component superimposed on a DC input side of the first power conversion means from an electric vibration due to a resonance characteristic of the first reactor and the first capacitor;
When the circuit breaker is closed, the charge / discharge control command for the power storage means and the electric vibration component detected from the electric vibration component detection means , and when the circuit breaker is open, the charge / discharge control command is set to zero. And a control circuit for a power converter, wherein the electrical vibration component is suppressed by controlling the second power conversion means based on the electrical vibration component detected from the electrical vibration component detection means .
前記第三の直流電力を交流電力または第一の直流電力のいずれかに変換し、前記交流電力に変換する場合は交流負荷を駆動し、前記第一の直流電力に変換する場合は直流負荷を駆動する第一の電力変換手段と、
前記第一の電力変換手段の直流入力側に対して並列に接続された第一のコンデンサと、
前記第一の電力変換手段の直流入力側に対して並列に接続され、当該第一の電力変換手段の直流入力側電力を電圧レベルの異なる第二の直流電力に変換する第二の電力変換手段と、
前記第二の直流電力を蓄電する蓄電手段と、
前記第二の電力変換手段と前記蓄電手段との間に直列に接続された第二のリアクトルと、
を備えた電力変換装置であって、
前記蓄電手段に直列に接続した遮断器と、
前記蓄電手段および前記遮断器の直列回路に対して並列に接続した第二のコンデンサと、
前記第三の電力変換手段により発生する前記第一の電力変換手段の直流入力側の脈動成分を検出する脈動成分検出手段を設け、
前記遮断器が閉状態では、前記蓄電手段に対する充放電制御指令および前記脈動成分検出手段から検出した前記脈動成分により、また、前記遮断器が開状態では、ゼロ設定した前記充放電制御指令および前記脈動成分検出手段から検出した前記脈動成分により、前記第二の電力変換手段を制御することによって前記脈動成分を抑制する
ことを特徴とする電力変換装置の制御回路。 A third power conversion means for converting the AC input power to the third DC power;
The third DC power is converted into either AC power or first DC power, and when converted into the AC power, an AC load is driven, and when converted into the first DC power, the DC load is changed. First power conversion means for driving;
A first capacitor connected in parallel to the DC input side of the first power conversion means;
Second power conversion means connected in parallel to the DC input side of the first power conversion means, and converts the DC input side power of the first power conversion means to second DC power having a different voltage level. When,
Power storage means for storing the second DC power;
A second reactor connected in series between the second power conversion means and the power storage means;
A power conversion device comprising:
A circuit breaker connected in series to the power storage means;
A second capacitor connected in parallel to a series circuit of the power storage means and the circuit breaker;
A pulsation component detection means for detecting a pulsation component on the DC input side of the first power conversion means generated by the third power conversion means;
When the circuit breaker is closed, the charge / discharge control command for the power storage means and the pulsation component detected from the pulsation component detection means , and when the circuit breaker is open, the charge / discharge control command set to zero and the A control circuit for a power conversion device, wherein the pulsation component is suppressed by controlling the second power conversion means based on the pulsation component detected from the pulsation component detection means .
前記第一のリアクトルと前記第一のコンデンサとで構成される入力LCフィルタの共振周波数を、
前記第二のリアクトルと前記第二のコンデンサとで構成される平滑LCフィルタの共振周波数よりも高く設定する
ことを特徴とする電力変換装置の制御回路。 In the control circuit of the power converter according to claim 1 ,
Resonance frequency of the input LC filter composed of the first reactor and the first capacitor,
A control circuit for a power converter, wherein the control circuit is set to be higher than a resonance frequency of a smoothing LC filter composed of the second reactor and the second capacitor .
前記電気振動成分検出手段または前記脈動成分検出手段は前記第一のコンデンサの両端の電圧を検出する
ことを特徴とする電力変換装置の制御回路。 In the control circuit of the power converter device according to any one of claims 1 to 3 ,
The control circuit for a power converter, wherein the electrical vibration component detection unit or the pulsation component detection unit detects a voltage across the first capacitor .
前記電気振動成分検出手段または前記脈動成分検出手段は前記第一の電力変換手段の直流入力側の通電電流を検出する
ことを特徴とする電力変換装置の制御回路。 In the control circuit of a power conversion device according to any one of claims 1 to 3,
The control circuit for a power conversion device, wherein the electrical vibration component detection means or the pulsation component detection means detects an energization current on a DC input side of the first power conversion means .
前記電気振動成分検出手段は前記第一のリアクトルの両端の電圧を検出する
ことを特徴とする電力変換装置の制御回路。 In the control circuit of the power converter according to claim 1 or 3 ,
The control circuit for a power converter, wherein the electrical vibration component detection means detects a voltage across the first reactor .
前記蓄電手段は電気二重層キャパシタまたは二次電池により構成される
ことを特徴とする電力変換装置の制御回路。
In the control circuit of a power conversion device according to any one of claims 1 to 6,
The control circuit for a power conversion device, wherein the power storage means is constituted by an electric double layer capacitor or a secondary battery .
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