JP6597168B2 - Control method and control device for regenerative inverter for electric railway - Google Patents
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Description
本発明は、電気鉄道用直流き電システムにおける回生インバータの制御方法及び制御装置に関する。 The present invention relates to a control method and a control device for a regenerative inverter in a DC feeder system for electric railways.
電気鉄道用直流き電システムは、交流系統電力を変電所内の整流器で直流電力に変換し、き電線を通して直流電力を電気鉄道の列車に給電するシステムである。このシステムでは、変電所に設けられたダイオード整流器やサイリスタ整流器等により交流系統の交流電力が直流電力に変換され、き電線に電力が供給される(例えば、特許文献1,2)。 An electric railway DC feeder system is a system that converts AC grid power into DC power using a rectifier in a substation, and supplies the DC power to a train of an electric railway through a feeder line. In this system, AC power of an AC system is converted into DC power by a diode rectifier, a thyristor rectifier, or the like provided at a substation, and power is supplied to a feeder (for example, Patent Documents 1 and 2).
電気鉄道では、減速や停止時等の制動の際に回生を行う回生車が増加しているが、上記の整流器は回生機能を持たないため、回生車の制動時に発生する回生電力をき電線から交流系統に回生することができない。直流電力部であるき電線において回生電力を消費させないと、き電電圧が上昇してしまう。 In electric railways, the number of regenerative vehicles that regenerate during braking, such as when decelerating or stopping, is increasing, but the above rectifier does not have a regenerative function. It cannot be regenerated in the AC system. If the regenerative power is not consumed in the feeder that is the DC power section, the feeding voltage will increase.
そこで、図3(a)乃至図3(c)に示すような、回生電力を消費させる電気鉄道用直流き電システム7〜9が採用されている(例えば、特許文献3)。図3(a)の直流き電システム7では回生インバータ2を設け、回生車10の制動時に発生する回生電力をき電線11から回生インバータ2を介して交流系統12に回生している。また、図3(b)の直流き電システム8では、回生電力を消費する回生抵抗装置13を設け、チョッパ装置を介して回生電流を回生抵抗装置13に流して消費している。図3(c)の直流き電システム9では蓄電装置14を設け、き電線11に発生した回生電力をチョッパ装置を介して蓄電装置14に貯蔵している。
Therefore, DC power feeding systems 7 to 9 for electric railways that consume regenerative power as shown in FIGS. 3A to 3C are employed (for example, Patent Document 3). In the DC feeding system 7 of FIG. 3A, the
図3(a)に示した直流き電システム7の回生インバータ2は、IGBT等の電力用半導体によって構成され、電力用半導体のスイッチング動作によってき電の直流電力を交流電力に変換する。回生インバータ2が回生車10で発生した回生電力を交流系統12に返すことで回生電力が消費され、き電電圧上昇が抑制される。き電電圧上昇を抑制することで、回生車10の回生失効やき電の過電圧破壊が防止される。
The
図4は、図3(a)の直流き電システム7に用いられている回生インバータ2の制御装置15のブロック図である。制御装置15は、比較器3と比較器4とを有する。
FIG. 4 is a block diagram of the
比較器3は、回生インバータ2に運転指令信号を送信する。比較器3には、き電電圧検出値と、予め定められた設定値である回生吸収開始電圧が入力される。そして、比較器3において、き電電圧検出値と回生吸収開始電圧とが比較され、き電電圧検出値>回生吸収開始電圧のときに、運転指令信号が回生インバータ2に出力される。
The
比較器4は、回生インバータ2に停止指令信号を送信する。比較器4には、き電電圧検出値と、回生吸収開始電圧と停止オフセット電圧の差分が入力される。そして、比較器4において、き電電圧検出値と、回生吸収開始電圧と停止オフセット電圧の差分が比較され、き電電圧検出値<回生吸収開始電圧と停止オフセット電圧の差分のときに、停止指令信号が回生インバータ2に出力される。なお、停止オフセット電圧は、き電電圧検出値≒回生吸収開始電圧時での運転/停止の繰り返しを避けるために設けられるものである。
The
直流き電システムを図3(a)のように構成して、回生電力を回生インバータ2を介して交流系統12に回生して電力の有効利用を図ろうとしても、電鉄会社と電力会社との取決めによって回生電力を電力会社に売電できない場合がある。この場合、電鉄会社においては図3(a)のシステムにおける利点はない。また、回生電力の電力会社への売電が可能であっても、回生インバータの運転時には、電力用半導体の導通損失やスイッチング損失等の損失が発生する。この損失分の電力料金は電鉄会社が負担することとなり、回生インバータの運転時間が長いことは、電力料金と省エネルギーの両面から好ましくない。
Even if the DC feeding system is configured as shown in FIG. 3 (a) and the regenerative power is regenerated to the
そこで、本発明は、回生インバータにおける電力損失の低減に貢献する回生インバータの制御方法及び制御装置を提供することを目的とする。 Then, an object of this invention is to provide the control method and control apparatus of a regenerative inverter which contribute to reduction of the power loss in a regenerative inverter.
上記目的を達成する本発明の回生インバータの制御方法は、回生インバータを持つ電気鉄道用直流き電システムにおける回生インバータの制御方法であって、時間帯によって前記回生インバータの回生吸収開始電圧を変動させ、前記回生インバータが担当する区間に存在する列車が少ない時間帯の回生吸収開始電圧より、前記回生インバータが担当する区間に存在する列車が多い時間帯の回生吸収開始電圧を高く設定することを特徴としている。 The regenerative inverter control method of the present invention that achieves the above object is a regenerative inverter control method in a DC power feeding system for electric railways having a regenerative inverter, and varies the regenerative absorption start voltage of the regenerative inverter according to a time zone. The regenerative absorption start voltage in the time zone with many trains existing in the section in charge of the regenerative inverter is set higher than the regenerative absorption start voltage in the time zone with few trains in the section in charge of the regenerative inverter. It is said.
また、上記目的を達成する本発明の制御装置は、列車の制動時に発生する回生電力をき電線から回生インバータを通して交流系統に回生する電気鉄道用直流き電システムの制御装置であって、前記制御装置は、前記回生インバータの回生吸収開始電圧を選択する回生開始選択部を有し、前記回生開始選択部は、前記回生インバータが担当する区間に存在する列車が多い時間帯に、前記回生インバータが担当する区間に存在する列車が少ない時間帯の回生吸収開始電圧より高い回生吸収開始電圧を選択し、前記制御装置は、前記回生開始選択部により選択された回生吸収開始電圧と、き電線で検出されたき電電圧検出値と、に基づいて、前記回生インバータの回生吸収動作を制御することを特徴としている。 The control device of the present invention that achieves the above object is a control device for a DC power feeding system for an electric railway that regenerates regenerative power generated at the time of braking of a train from a feeder to an AC system through a regenerative inverter. The apparatus includes a regeneration start selection unit that selects a regeneration absorption start voltage of the regeneration inverter, and the regeneration start selection unit is configured such that the regeneration inverter is in a time zone in which there are many trains that exist in a section in charge of the regeneration inverter. Select a regenerative absorption start voltage that is higher than the regenerative absorption start voltage in the time zone when there are few trains in the section in charge, and the control device detects the regenerative absorption start voltage selected by the regeneration start selection unit and the feeder line The regenerative inverter operation of the regenerative inverter is controlled based on the detected feed voltage detection value.
以上の発明によれば、回生インバータにおける電力損失を低減することができる。 According to the above invention, the power loss in the regenerative inverter can be reduced.
本発明の実施形態に係る回生インバータの制御方法及び制御装置について、図面を参照して詳細に説明する。なお、実施形態の説明では、本発明の好ましい態様を示して説明するが、本発明は実施形態に限定されるものではなく、発明の特徴を損なわない範囲において適宜設計変更が可能である。また、本発明の回生インバータの制御方法及び制御装置は、例えば、図3(a)に示すような、回生車10の制動時に発生する回生電力をき電線11から交流系統12に回生するための回生インバータ2を有する直流き電システム7に適用することができる。したがって、回生インバータ2及び後に詳細に説明する制御装置1は、例えば、き電線11と交流系統12との間に備えられる変電所(図示せず)内に設けられることとなる。
A regenerative inverter control method and control apparatus according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the description of the embodiments, the preferred embodiments of the present invention will be shown and described. However, the present invention is not limited to the embodiments, and the design can be changed as appropriate without departing from the characteristics of the invention. In addition, the regenerative inverter control method and control apparatus according to the present invention regenerates regenerative power generated during braking of the
図1は、本発明の実施形態に係る制御装置1のブロック図である。制御装置1は、回生インバータ2の回生動作のための運転・停止を制御するものであり、比較器3、比較器4及び回生開始選択部5を有する。なお、制御装置1は、図4に示した従来技術に係る制御装置15に、時間帯によって回生吸収開始電圧を選択出力する機能を持つ回生開始選択部5を備えたものである。よって、従来技術に係る制御装置15と同様の構成については同じ符号を付して説明する。
FIG. 1 is a block diagram of a control device 1 according to an embodiment of the present invention. The control device 1 controls operation / stop for the regenerative operation of the
回生開始選択部5は、時間帯に応じて回生吸収開始電圧の選択を行う。例えば、回生開始選択部5には、タイマ等の時間帯情報を示す信号が入力され、時間帯に応じた回生吸収開始電圧が選択され、選択された回生吸収開始電圧が比較器3及び減算器6に出力される。回生開始選択部5は、予め運行ダイヤ等の情報に基づいて、所定の区間内における列車の粗密状態を判定し、所定の区間内に存在する列車の本数が多い時間帯ほど高い回生吸収開始電圧を選択し、回生車で発生した回生電力が他の列車の力行動力として消費されるように回生インバータ2を制御する。なお、回生開始選択部5は、所定の区間内に存在する列車の粗密状態を検出し、検出された列車の粗密状態に応じて回生吸収開始電圧を選択する態様とすることもできる。
The regeneration
比較器3は、回生インバータ2に運転指令信号を送信する。比較器3には、き電電圧検出値と、回生開始選択部5で選択された回生吸収開始電圧(以後、選択された回生吸収開始電圧と称する)が入力される。そして、比較器3において、き電電圧検出値と選択された回生吸収開始電圧とが比較され、き電電圧検出値>選択された回生吸収開始電圧のときに、運転指令信号が回生インバータ2に出力される。この運転指令信号が0→1に立ち上がった時に、回生インバータ2は運転する。
The
比較器4は、回生インバータ2に停止指令信号を送信する。比較器4には、き電電圧検出値と、減算器6からの出力信号である選択された回生吸収開始電圧と停止オフセット電圧の差分(すなわち停止電圧)が入力される。そして、比較器4において、き電電圧検出値と、選択された回生吸収開始電圧と停止オフセット電圧の差分が比較され、き電電圧検出値<選択された回生吸収開始電圧と停止オフセット電圧の差分のときに、停止指令信号が回生インバータ2に出力される。この停止指令信号が0→1に立ち上がった時に、回生インバータ2は停止する。
The
図2は、制御装置1による回生吸収開始電圧の設定例を示す図である。この設定例では、時間帯に応じて回生吸収開始電圧を1〜3に設定しているが、回生吸収開始電圧の設定値は3個に限定されるものではなく、2個以上であればよい。 FIG. 2 is a diagram illustrating a setting example of the regeneration absorption start voltage by the control device 1. In this setting example, the regenerative absorption start voltage is set to 1 to 3 according to the time zone, but the set value of the regenerative absorption start voltage is not limited to 3 and may be 2 or more. .
時間帯1:例えば、変電所の整流器及び回生インバータ2が担当する区間に列車が1編成のみの場合は、回生車が減速や停止する際の回生電力を消費する他の列車がないため、き電電圧が上昇するとすぐに回生インバータ2を運転して回生吸収を行う必要がある。したがって、回生開始選択部5は、無負荷電圧に近い回生吸収開始電圧1を選択することで、列車の回生失効やき電過電圧の防止を確実にする。
Time zone 1: For example, when there is only one train in the section that the rectifier of the substation and the
時間帯2:例えば、変電所の整流器及び回生インバータ2が担当する区間に朝夕のラッシュ時のような短い間隔で複数の列車が存在する場合である。回生開始選択部5は、時間帯1の回生吸収開始電圧1より高く、列車の回生失効電圧近くの回生吸収開始電圧2を選択する。これにより、回生インバータ2の運転機会が減少し、回生車で発生した回生電力は、区間内で回生電力を回生中ではない列車の力行や補機(照明・空調設備・コンプレッサ)電源として消費される。
Time zone 2: For example, this is a case where a plurality of trains exist at short intervals such as morning and evening rush hours in a section in charge of the rectifier and the
時間帯3:変電所の整流器及び回生インバータ2が担当する区間の列車の粗密状態が、時間帯1と時間帯2の中間の状態である。この場合、回生開始選択部5は、回生吸収開始電圧1と回生吸収開始電圧2の中間の回生吸収開始電圧3を選択する。
Time zone 3: The density of the train in the section handled by the substation rectifier and the
以上のような本発明の実施形態に係る回生インバータ2の制御方法及び制御装置1によれば、回生インバータ2が担当する区間に存在する列車が多い時間帯での回生インバータ2の運転機会が減ることになり、回生インバータ2に発生する損失分を低減させることができる。これにより、直流き電システムの信頼性を向上しつつ、列車の多い時間帯での回生インバータ2の損失分の省エネルギーと電力料金の低減を実現することができる。
According to the control method and the control device 1 of the
つまり、回生インバータ2が担当する区間に存在する列車が少ない時間帯では、回生電力を消費する列車も少ないため、回生インバータ2の回生吸収開始電圧を低めに設定することで、確実に列車の回生失効やき電過電圧に陥らないように制御することができる。このときの回生吸収開始電圧の下限は、変電所整流器無負荷電圧よりも高く設定される。
In other words, since there are few trains that consume regenerative power in a time zone where there are few trains in the section that the
また、回生インバータ2が担当する区間に存在する列車が多い時間帯では、回生インバータ2の回生吸収開始電圧を高めに設定することで、列車間で回生電力を消費させる機会を増やすことができる。つまり、き電で消費される回生電力を増加させ、回生インバータ2を介して交流系統へ返す電力を低減することができる。このときの回生吸収開始電圧の上限は、列車の回生失効電圧より低く設定される。
Moreover, in the time zone when there are many trains that exist in the section in charge of the
なお、特許文献4では、列車の運転台数に応じてき電電圧を制御する技術が開示されているが、これは、変電所内の機器(変圧器、サイリスタ整流器、回生インバータ装置)の運転台数制御と変電所内の変圧器の変圧比に基づいてき電電圧を目標値に制御するものである。
In
これに対して、本発明の回生インバータ2の制御方法及び制御装置1では、回生インバータ2の吸収開始電圧を変動させることによって、変電所の整流器無負荷電圧<き電電圧<列車の回生失効電圧、となるように制御するものである。よって、特許文献4と比較して、タップ切換器等の変圧器の変圧比を変更するための構成が不要となる。また、運転台数制御に必要な複数台の機器が不要である。つまり、特許文献4と比較して、き電システムを小型化、低コストにできる。
On the other hand, in the control method and the control device 1 of the
また、回生インバータ2が回生電力を交流系統に返しても、電鉄会社と電力会社との取決めによっては電鉄会社が回生電力を電力会社に売電できない場合がある。この場合、回生インバータ2を運転することによる電鉄会社の経済的な利点は少ない。そこで、本発明のように、回生インバータ2を制御して交流系統で回生電力を消費する機会を低減することで、回生インバータ2における電力損失を低減できるだけでなく、回生インバータ2を長時間運転する運転コストを低減することができる。
Further, even if the
1…制御装置
2…回生インバータ
3,4…比較器
5…回生開始選択部
6…減算器
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ...
Claims (2)
時間帯によって前記回生インバータの回生吸収開始電圧を変動させ、
前記回生インバータが担当する区間に存在する列車が少ない時間帯の回生吸収開始電圧より、前記回生インバータが担当する区間に存在する列車が多い時間帯の回生吸収開始電圧を高く設定する
ことを特徴とする回生インバータの制御方法。 A control method for a regenerative inverter in a DC power feeding system for an electric railway having a regenerative inverter,
Vary the regenerative absorption start voltage of the regenerative inverter according to the time zone,
The regeneration absorption start voltage of the time zone with many trains existing in the section in charge of the regenerative inverter is set higher than the regeneration absorption start voltage of the time zone with few trains existing in the section in charge of the regenerative inverter. Control method for regenerative inverter.
前記制御装置は、前記回生インバータの回生吸収開始電圧を選択する回生開始選択部を有し、
前記回生開始選択部は、前記回生インバータが担当する区間に存在する列車が多い時間帯に、前記回生インバータが担当する区間に存在する列車が少ない時間帯の回生吸収開始電圧より高い回生吸収開始電圧を選択し、
前記制御装置は、前記回生開始選択部により選択された回生吸収開始電圧と、き電線で検出されたき電電圧検出値と、に基づいて、前記回生インバータの回生吸収動作を制御する
ことを特徴とする制御装置。 A control device for a DC power feeding system for electric railways that regenerates regenerative power generated during train braking from a feeder to a AC system through a regenerative inverter,
The control device has a regeneration start selection unit that selects a regeneration absorption start voltage of the regeneration inverter,
The regeneration start selection unit has a regeneration absorption start voltage higher than a regeneration absorption start voltage in a time zone where there are few trains present in the section in charge of the regenerative inverter in a time zone where there are many trains in the section in charge of the regeneration inverter. Select
The control device controls the regenerative absorption operation of the regenerative inverter based on the regenerative absorption start voltage selected by the regenerative start selection unit and the feed voltage detection value detected by the feeder line. Control device.
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