JP7278917B2 - 電力変換システム、および電力変換システムにおける電流制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、電力変換システム、および電力変換システムにおける電流制御方法に関する。

鉄道車両駆動用の電機品である電力変換装置やリアクトルは車両の床下に搭載されている。近年では、車両のメンテナンス性を向上するために、レールや架線の劣化・故障を把握するためのモニタリング装置の搭載が検討されている。

車両の床下スペースは有限であることから、これらのモニタリング装置を車両に搭載するためには、駆動電機品を小型化する必要がある。電力変換装置では、電圧駆動型のパワー半導体であるＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）やＭＯＳＦＥＴ（Metal‐Oxide‐Semiconductor Field‐Effect Transistor）が適用されている。ＩＧＢＴやＭＯＳＦＥＴをはじめとするパワー半導体は高速なスイッチング動作によりスイッチング損失を低減できることから、電力変換装置の冷却器を小型化することができる。

また、電力変換装置の直流側にはキャパシタが搭載されている。キャパシタの電圧が過電圧になると電力変換装置などの各機器の故障を引き起こすことが懸念されるため、放電装置を用いて速やかに放電される。この放電装置がオン状態になると架線と放電装置が直結されるため、架線から大電流が流れることによる遮断器等の機器の焼損を引き起こす。さらに、リアクトルとキャパシタが共振することで共振電流が発生する。特に、リアクトルの小型化のためにインダクタンスを低減すると、共振電流の周波数が信号機器の帯域と重なるため信号機器の誤動作を引き起こす恐れがある。そこで、放電装置の制御技術が開発されている。

例えば下記特許文献１には、「電力変換装置は直流電力と交流電力の変換を行う電力変換部と、回生動作時に電力変換部により変換された発電電力のうち余分な電力を消費又は逐電する回生電力制御装置と、電力変換部の直流側に接続されたフィルタコンデンサと、回生電力制御装置の通流率を発電電力、フィルタコンデンサに印加された電圧、及び電力変換部から電源へ流れる回生電流に基づいて決定する通流率決定部と、を備える」と開示されている（特許文献１の要約書参照）。

特開平２０１８－１２６０３９号公報

しかしながら上述の従来技術では、架線から流れる大電流は低減できるが，共振電流は低減できないという問題がある。

本発明の目的は、上述の点を考慮してなされたものであり、入力側から流れる大電流と、共振電流を共に低減できる電力変換システム、および電力変換システムにおける電流制御方法を提供することを１つの目的とする。

かかる課題を解決するため本発明においては、一態様として、電力変換システムは、架線から供給される直流電力を遮断する第一の遮断器と、前記第一の遮断器を介して前記架線に接続され、第二の遮断器および前記第二の遮断器に並列接続された第一の抵抗器を有する減流装置と、前記減流装置を介して前記第一の遮断器に接続されたリアクトルと、前記リアクトルを介して前記減流装置に接続され、前記直流電力を交流電力へ変換して電動機へ供給する第一の電力変換装置と、前記第一の電力変換装置の直流側に接続されたキャパシタと、前記キャパシタの電圧を検出する電圧検出手段と、前記キャパシタに並列接続され、半導体素子および前記半導体素子に直列接続された第二の抵抗器を有するチョッパ回路と、前記電圧検出手段により検出された前記キャパシタの電圧が所定値を超えた場合に、前記半導体素子をオン状態にして前記チョッパ回路を動作させるとともに、前記第二の遮断器をオフ状態にして前記減流装置を動作させる制御部とを有するようにした。

本発明によれば、例えば、入力側から流れる大電流と、共振電流を共に低減できる電力変換システム、および電力変換システムにおける電流制御方法を提供することができる。

本発明の実施形態１における鉄道車両の概略図である。 本発明の実施形態１における電力変換システムの回路図である。 本発明の実施形態１における電力変換システムの処理を示すフローチャートである。 本発明の実施形態１における電力変換システムの動作波形である。 本発明の実施形態２における電力変換システムの回路図である。 本発明の実施形態３における電力変換システムの回路図である。 本発明の実施形態４における電力変換システムの回路図である。 本発明の実施形態５における電力変換システムの回路図である。 本発明の実施形態６における減流装置の回路図である。

以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。以下の説明において、同一または類似の要素および処理に同一の符号を付し、重複説明を省略する。また、後出の実施形態では、既出の実施形態との差異のみを説明し、重複説明を省略する。

以下の実施形態の説明および各図で示す構成および処理は、本発明の理解および実施に必要な程度で実施形態の概要の一例を示すものであり、本発明に係る実施の態様を限定することを意図する趣旨ではない。また、各実施形態および各変形例は、本発明の趣旨を逸脱せず、互いに整合する範囲内で、一部または全部を組合せることができる。

［実施形態１］
（鉄道車両８の概略）
図１は、本発明の実施形態１における鉄道車両８の概略図である。図１において、レール２上を走行する鉄道車両８を加速するための力行動作では、電力源の架線１から集電装置７を介して鉄道車両８に電力が供給される。鉄道車両８を駆動するための電機品は、遮断器１１ａ、減流装置１０、リアクトル９、電力変換装置６、および抵抗器１２である。なお、図１は、各電機品を別箱に格納されるように記載しているが、電機品の一部もしくはすべてが一体の箱に格納されてもよい。

（実施形態１の電力変換システム１Ｓの回路）
図２は、本発明の実施形態１における電力変換システム１Ｓの回路図である。電力変換システム１Ｓにおいて、架線１から集電装置７を介して供給された直流電力は、遮断器１１ａ、減流装置１０、リアクトル９、電力変換装置６を介して交流電力に変換され電動機５を駆動する。電動機５の駆動により、図１に記載の車輪３が回転し鉄道車両８が前進する。電動機５は、誘導電動機または永久磁石同期電動機のどちらでもよい。また、電動機５が誘導電動機の場合は、１台の電力変換装置６によって複数の電動機５が駆動されてもよい。

鉄道車両８を減速するための回生動作では、電力の流れが力行動作の逆になる。すなわち、電動機５が発電機として動作し、電力変換装置６により電動機５で発電された交流電力が直流電力変換されたのちにリアクトル９、減流装置１０、遮断器１１ａ、および集電装置７を介して架線１に回生される。

電気的なグラウンドとして、電力変換装置６の負電圧側が、車輪３を介してレール２に接続されている。電動機５は、鉄道車両８を支えている台車４に搭載されている。以下では架線１の電圧は一例として直流７５０Ｖとして説明するが、他の直流電圧の鉄道システムにも適用可能である。

電力変換装置６は、キャパシタ１０５、スイッチング素子Ｑ１～Ｑ７、およびダイオードＤ１～Ｄ７、Ｄ１０を備えている。スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２は直列接続されてＵ相を構成し、スイッチング素子Ｑ３，Ｑ４は直列接続されてＶ相を構成し、スイッチング素子Ｑ５，Ｑ６は直列接続されてＷ相を構成して、３相のインバータ回路が構成される。また、スイッチング素子Ｑ７とダイオードＤ１０が直列接続され、ダイオードＤ１０に抵抗器１２が並列接続されてチョッパ回路Ｃ１が構成される。ダイオードＤ１０は省略可能である。

各スイッチング素子Ｑ１～Ｑ７には、ダイオードＤ１～Ｄ７が逆並列接続される。ここで、スイッチング素子Ｑ１～Ｑ７がＩＧＢＴの場合にはダイオードＤ１～Ｄ７を接続する必要があるが、スイッチング素子Ｑ１～Ｑ７がＭＯＳＦＥＴなどボディダイオードを有する素子である場合には、ダイオードＤ１～Ｄ７を接続せずにＭＯＳＦＥＴのボディダイオードを利用することができる。また、直列接続されたスイッチング素子もしくはダイオードが同一のパッケージに搭載された２ｉｎ１素子を用いてもよい。

スイッチング素子Ｑ１～Ｑ７はＭＯＳＦＥＴやＩＧＢＴなどの電圧制御型スイッチング素子や、サイリスタなどの電流制御型スイッチング素子でよい。ダイオードＤ１～Ｄ７はＰＮダイオードやＳＢＤ（Schottky Barrier Diode）などでよい。スイッチング素子Ｑ１～Ｑ７およびダイオードＤ１～Ｄ７、Ｄ１０の半導体は、Ｓｉ（シリコン）やＳｉよりもバンドギャップが広い半導体であるＳｉＣ（炭化ケイ素）やＧａＮ（窒化ガリウム）でもよい。

電力変換装置６のインバータ回路のスイッチング素子Ｑ１～Ｑ６が例えばＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御されることで、キャパシタ１０５から交流電力が出力される。交流電力は電動機５に供給され、機械エネルギーに変換される。ＰＷＭ制御の指令は論理部（図示せず）で生成される。ここで、リアクトル９とキャパシタ１０５はフィルタ回路としての機能を有しており、架線１へ流れ出るノイズ電流の低減などの機能がある。

電力変換装置６のチョッパ回路Ｃ１のスイッチング素子Ｑ７の状態は、キャパシタ１０５の電圧に応じて制御される。キャパシタ１０５の電圧は電圧検出手段１３を用いて検出され、制御部１５へ入力される。制御部１５は、キャパシタ１０５の電圧に基づいて遮断器１１ａ、１１ｂ、およびスイッチング素子Ｑ７に制御信号を出力する。

例えば、鉄道車両がブレーキをかけると電動機５は発電機として動作し、架線１に向かって電力を回生する。このとき、架線１に力行中の他の鉄道車両８（図示せず）が存在すると、回生電力はこの他の鉄道車両８で消費される。一方、架線１に力行中の他の鉄道車両が存在しない場合、回生電力は架線１に戻ることができず行き場をなくすため、キャパシタ１０５を充電し、キャパシタ１０５の電圧が上昇する。キャパシタ１０５が過電圧になると電力変換装置６の各機器の故障を引き起こすため、放電する必要がある。よって、電力変換装置６のチョッパ回路Ｃ１は、キャパシタ１０５の放電装置として動作する。

（実施形態１の電力変換システム１Ｓの処理）
図３は、本発明の実施形態１における電力変換システム１Ｓの処理を示すフローチャートである。電力変換システム１Ｓにおける処理は、制御部１５によって周期的に実行される。制御部１５は、電力変換システム１Ｓにおける処理において、スイッチング素子Ｑ７、遮断器１１ａ，１１ｂへ、これらを制御する制御信号を出力する。

先ずステップＳ１１では、制御部１５は、電圧検出手段１３を用いてキャパシタ１０５の電圧を検出する。次にステップＳ１２では、制御部１５は、ステップＳ１１で検出された電圧が過電圧、例えば９００Ｖを超えたか否かを判定する。

制御部１５は、ステップＳ１１で検出された電圧が所定値を超えた場合（ステップＳ１１Ｙｅｓ）、スイッチング素子Ｑ７をオフ状態からオン状態にするとともに、遮断器１１ｂを釈放する（ステップＳ１３）。制御部１５は、ステップＳ１１で検出された電圧が所定値以下の場合（ステップＳ１２Ｎｏ）、ステップＳ１１へ処理を戻す。ステップＳ１３に続いてステップＳ１４では、制御部１５は、遮断器１１ｂがオフ状態になると遮断器１１ａを釈放する。

（実施形態１の電力変換システム１Ｓの動作波形）
図４は、本発明の実施形態１における電力変換システム１Ｓの動作波形である。時刻ｔ＝ｔ０～ｔ１において、ブレーキ動作により電動機５からキャパシタ１０５にエネルギーが充電されキャパシタ１０５の電圧Ｖｃ（図４（ｂ）参照）が上昇する。このとき、架線１での他の力行車両の出現あるいは電力変換装置６が再力行する動作に備えて、遮断器１１ｂはオン（導通）状態である。

時刻ｔ＝ｔ１において、キャパシタ１０５の電圧Ｖｃが所定値に達すると、キャパシタ１０５を放電するためにスイッチング素子Ｑ７をオン状態にする。ここで、遮断器１１ｂがオン状態のままスイッチング素子Ｑ７をオン状態にすると、架線１と抵抗器１２が直結されるため大電流が流れ、遮断器１１ｂや抵抗器１２が焼損する。例えば架線１の電圧が７５０Ｖ、抵抗器１２の抵抗値は例えば０．３Ωの場合、架線を流れる電流は２５００Ａ（＝７５０／０．３）となる。

そこで、従来技術では、遮断器１１ｂをオン状態のままスイッチング素子Ｑ７のオンデューティを低くしてスイッチング動作することで、架線１から抵抗器１２に流入する電流を抑制している。しかし、スイッチング素子Ｑ７をオンにすることでキャパシタ１０５の電圧は低下し、架線１と電位差が生じる。

ここで、リアクトル９とキャパシタ１０５は直列接続されているため、ＬＣ共振電流が発生する（図４（ａ）の破線で示す曲線を参照）。特にリアクトル９のインダクタンスやキャパシタ１０５のキャパシタンスを小さくすると共振電流の周波数が高くなる。共振電流の周波数が鉄道信号機器の帯域に重なると信号機器の誤動作を引き起こすため、共振電流を抑制する必要がある。

従来技術はキャパシタ１０５と抵抗器１２が並列接続されるため共振電流のダンピング効果が小さく、スイッチング素子Ｑ７のオンデューティを変更しても共振電流は十分に抑制できない。

そこで、本実施形態では、時刻ｔ＝ｔ１においてスイッチング素子Ｑ７をオン状態にすると同時に遮断器１１ｂをオフ状態にする。このとき、抵抗器１０１は架線１に対して直列に接続される。抵抗器１０１はキャパシタ１０５の初期充電でも用いられるため、抵抗値は抵抗器１２の０．３Ωよりも大きく例えば１１Ωである。

遮断器１１ｂをオフ状態かつスイッチング素子Ｑ７をオン状態にすると、減流装置１０の減流抵抗が１１Ωであり抵抗器１０１と抵抗器１２が直列接続されることから、架線１から流入する電流は６６Ａ（７５０／（１１＋０．３））となり、架線１から流入する電流を抑制できる。さらに、抵抗器１０１はリアクトル９とキャパシタ１０５とともにＲＬＣ直列回路を構成するため、架線１の電流は非振動となる。すなわち、本実施形態によれば、図４（ａ）に示すように、架線１から流入する電流Ｉｓを抑制するとともに、電流Ｉｓの共振も抑制することができる。

時刻ｔ＝ｔ２において、遮断器１１ａがオフにされ架線１に流れる電流Ｉ（１）は０Ａまで遮断される。遮断器１１ａの動作は、従来技術と同様である。遮断器１１ａがオフ状態になるとキャパシタ１０５のエネルギーは抵抗器１２で放電され、キャパシタ１０５の電圧は低下する。

本実施形態では、スイッチング素子Ｑ７のオン動作と、遮断器１１ｂのオフ動作は、時刻ｔ＝ｔ１の同時であることが望ましい。遮断器１１ｂは、スイッチング素子Ｑ７のオン動作と同時にオフ動作されてから所定時間ΔＴで実際にオフ状態となる所定速度以上で動作する必要がある。所定時間ΔＴとは、例えば、リアクトル９とキャパシタ１０５のＬＣ共振の影響による信号機器等の誤動作が発生せず、かつ、遮断器１１ａ，１１ｂが架線から流入する電流で溶断しない時間である。

遮断器１１ｂのオフ動作にする時刻が、遮断器１１ｂがオフ動作後に時刻ｔ＝ｔ１＋ΔＴまでに実際にオフ状態になることができる時刻であれば、スイッチング素子Ｑ７のオン動作の時刻ｔ＝ｔ１以前、および、時刻ｔ＝ｔ１以後の所定時間ΔＴ以内の所定時刻であっても、抵抗器１０１が機能するため、本実施形態の効果を得ることができる。

これに対し、遮断器１１ｂのオフ動作の時刻が、遮断器１１ｂがオフ動作後に時刻ｔ＝ｔ１＋ΔＴまでに実際にオフ状態になることができない時刻であれば、スイッチング素子Ｑ７のオン時に架線から流入する電流が大きくなり、本実施形態の効果を得ることができない。

なお、遮断器１１ａは、スイッチング素子Ｑ７がオン状態になった後にオフ状態となればよいので、遮断器１１ｂよりも動作速度は遅くてもよい。

（実施形態１の効果）
ブレーキチョッパを備え、減流装置を備えない従来技術の電力変換システムでは、チョッピングによって事故電流を減流し、キャパシタの過電圧を防止できるものの、リアクトルとキャパシタのＬＣ共振を抑制できない。一方、本実施形態では、電力変換システム１Ｓが、チョッパ回路Ｃ１と減流装置１０を共に備え、事故電流を減流することでキャパシタ１０５を高速に放電させて過電圧を防止しつつ、リアクトル９とキャパシタ１０５のＬＣ共振を抑制することができる。また、事故電流を高速に減流するので、事故電流が変電所の許容電流を超過することを抑止できる。よって、事故電流の変動を抑制するためにリアクトルを大型化する必要がなく、リアクトル９を小型化し、そのインダクタンス値を小さくすることができる。

［実施形態２］
図５は、本発明の実施形態２における電力変換システム２Ｓの回路図である。本実施形態の減流装置１０Ｂは、実施形態１の減流装置１０（図２参照）と比較して、遮断器として、機械式の遮断器の代わりに、スイッチング素子Ｑ８と、スイッチング素子Ｑ８に逆並列接続されたダイオードＤ８を搭載している点が異なり、その他の点は実施形態１と同様である。

実施形態１で述べたように、遮断器１１ｂが、所定速度以上で動作する必要がある。しかし、一般的に、機械式の遮断器は、半導体素子に比べて動作の遅延時間が長い。そこで、実施形態２の減流装置１０Ｂは、遮断器として、機械式の遮断器１１ｂに代えて、機械式の遮断器よりも動作の遅延時間が短いスイッチング素子Ｑ８と、ダイオードＤ８を搭載している。スイッチング素子Ｑ８が、実施形態１で述べた所定速度以上で動作することで、実施形態１と同様の効果を得ることができる。

［実施形態３］
図６は、本発明の実施形態３における電力変換システム３Ｓの回路図である。実施形態３の減流装置１０Ｃは、実施形態２の減流装置１０Ｂ（図５参照）と比較して、スイッチング素子Ｑ９およびその逆並列ダイオードＤ９と、抵抗器１０２が追加されている点が異なり、その他の点は実施形態２と同様である。

減流装置１０Ｃは、キャパシタ１０５の初期充電と、電力変換装置６やリアクトル９の故障などによる事故電流の減流の二つの機能を有する。

電力変換装置６を駆動するためには、キャパシタ１０５を初期充電する必要がある。実施形態３において、キャパシタ１０５の初期充電時にはスイッチング素子Ｑ７，Ｑ８，Ｑ９はオフ状態とし、キャパシタ１０５の充電電流は架線１、遮断器１１ａ、抵抗器１０１、およびリアクトル９を介して流れる。すなわち、抵抗器１０１は、キャパシタ１０５の充電抵抗として動作する。架線１の上流にある変電所（図示せず）をトリップさせないように、充電電流のピーク値を低減する必要があるため、抵抗器１０１の充電抵抗は１０Ω前後となる。

電力変換装置６やリアクトル９の故障により事故電流が流れると、減流装置１０Ｃのスイッチング素子Ｑ８はオフ状態となる。スイッチング素子Ｑ８がオフ状態のときにスイッチング素子Ｑ８に発生するサージ電圧は、減流装置１０Ｃの抵抗値と事故電流のピーク値に依存している。すなわち、減流装置１０Ｃの抵抗値が大きいほどサージ電圧が高くなるため、スイッチング素子Ｑ８の高耐圧化が必要である。高耐圧のスイッチング素子は導通損失が高いため冷却器が大型化する。このサージ電圧を抑制するためには、抵抗値は数Ω程度が望ましい。

そこで、減流装置１０Ｃは、抵抗値を切り替える機能を有する。キャパシタ１０５を初期充電する際には、スイッチング素子Ｑ７，Ｑ８，Ｑ９をオフ状態とすることで、抵抗器１０１を用いる。キャパシタ１０５の初期充電を終えるとスイッチング素子Ｑ８，Ｑ９はオン状態、スイッチング素子Ｑ７はオフ状態とする。

この状態で事故電流を減流するためにスイッチング素子Ｑ８をオフ状態にすると、減流装置１０Ｃは、並列接続した抵抗器１０１，１０２が減流抵抗として動作する。減流装置１０Ｃの減流時の抵抗値は、抵抗器１２の抵抗値より大きいが、抵抗器１０１，１０２の合成抵抗である数Ω程度の抵抗値となる。すなわち、キャパシタ１０５の初期充電時の抵抗値は、事故電流を減流するときの抵抗値に比べて大きくなる。この結果、キャパシタ１０５の充電電流を抑制しつつ、事故電流の減流時のサージ電圧を抑制することができる。

［実施形態４］
図７は、本発明の実施形態４における電力変換システム４Ｓの回路図である。電力変換システム４Ｓは、実施形態３の電力変換システム３Ｓ（図６参照）と比較して、リアクトル９が二次側巻線を有して、第二の電力変換装置１４が接続されている点が異なり、その他の点は実施形態３と同様である。

第二の電力変換装置１４は、架線１を流れるノイズ電流を抑制する機能を有する。このノイズ電流は数Ａ程度であるのに対して、図４（ｂ）に示す架線１の電流Ｉ（１）は数十Ａ程度となる場合がある。この時、架線１には抵抗器１０１，１０２が接続されるため、架線１を流れるノイズ電流は十分に抑制される。すなわち、キャパシタ１０５を放電する一連の動作の最中は、第二の電力変換装置１４は動作を停止していてよい。

［実施形態５］
図８は、本発明の実施形態５における電力変換システム５Ｓの回路図である。電力変換システム５Ｓは、実施形態１の電力変換システム１Ｓ（図２参照）と比較して、抵抗器１２と、スイッチング素子Ｑ７およびダイオードＤ７との位置が相互に入れ替わっている点が異なり、その他の点は実施形態１と同様である。このような構成の電力変換システム５Ｓも、実施形態１の電力変換システム１Ｓと同様の効果を得ることができる。

また、実施形態２～４の何れの電力変換システムにおいても、抵抗器１２と、スイッチング素子Ｑ７およびダイオードＤ７との位置が相互に入れ替え可能であり、何れの電力変換システムも同様の効果を得ることができる。

［実施形態６］
図９は、本発明の実施形態６における減流装置１０Ｆの回路図である。実施形態１～５の電力変換システムが有する減流装置は、減流装置１０Ｆで置き換え可能である。それぞれの減流装置を減流装置１０Ｆで置き換えた何れの電力変換システムも、同様の効果を得ることができる。減流装置１０Ｆは、二つの半導体素子Ｑ８，Ｑ９と、二つの抵抗器１０１，１０２を備えて構成される。

減流装置１０Ｆは、キャパシタ１０５の初期充電時にはスイッチング素子Ｑ８，Ｑ９をオフ状態とし、直列接続された抵抗器１０１，１０２がキャパシタ１０５の充電抵抗として動作する。キャパシタ１０５の初期充電を終えるとスイッチング素子Ｑ８，Ｑ９はオン状態とされる。また、キャパシタ１０５の過電圧が検知された際、減流装置１０Ｆのスイッチング素子Ｑ８がオフ状態にされ、スイッチング素子Ｑ９がオン状態とされると、抵抗器１０２が減流抵抗として動作する。よって、キャパシタ１０５の初期充電時の抵抗値は、事故電流を減流するときの数Ω程度の抵抗値に比べて大きくなる。この結果、キャパシタ１０５の充電電流を抑制しつつ、事故電流の減流時のサージ電圧を抑制することができる。

［他の実施形態］
上述した実施形態１～６において、キャパシタ１０５の過電圧検知後、スイッチング素子Ｑ７をオン状態にする際、スイッチング素子Ｑ７のチョッピング動作を行ってもよい。これにより、リアクトル９とキャパシタ１０５のＬＣ共振の抑制が速まるという効果が得られる。

また、減流装置は、３つの半導体素子と、３つの抵抗器とで構成されてもよい。

上記の実施形態１～６および他の実施形態の電力変換システムを電気車に適用することで、電気車における事故電流や共振電流を抑制することが可能となる。また、上記の実施形態１～６および他の実施形態の電力変換システムを自動車や建機などの車両、エレベータ装置、産業用電力変換素子テムに適用した場合にも、同様の効果を得ることができる。

なお、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、様々な変形例を含む。例えば、上記した実施形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、矛盾しない限りにおいて、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成で置き換え、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。また、各実施形態の構成の一部について、構成の追加、削除、置換、統合、または分散をすることが可能である。また実施形態で示した構成および処理は、処理効率または実装効率に基づいて適宜分散または統合することも可能である。

１Ｓ，２Ｓ，３Ｓ，４Ｓ，５Ｓ：電力変換システム、１：架線、２：レール、５：電動機、６：電力変換装置、７：集電装置、８：鉄道車両、９：リアクトル、１０，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｆ：減流装置、１１ａ，１１ｂ：遮断器、１２，１０１，１０２：抵抗器、１３：電圧検出手段、１４：第二の電力変換装置、１５：制御部、１０５：キャパシタ、Ｄ１～Ｄ１０：ダイオード、Ｑ１～Ｑ９：スイッチング素子、Ｃ１：チョッパ回路

Claims (12)

1. 架線から供給される直流電力を遮断する第一の遮断器と、
   前記第一の遮断器を介して前記架線に接続され、第二の遮断器および前記第二の遮断器に並列接続された第一の抵抗器を有する減流装置と、
   前記減流装置を介して前記第一の遮断器に接続されたリアクトルと、
   前記リアクトルを介して前記減流装置に接続され、前記直流電力を交流電力へ変換して電動機へ供給する第一の電力変換装置と、
   前記第一の電力変換装置の直流側に接続されたキャパシタと、
   前記キャパシタの電圧を検出する電圧検出手段と、
   前記キャパシタに並列接続され、第一の半導体素子および前記第一の半導体素子に直列接続された第二の抵抗器を有するチョッパ回路と、
   制御部と
   を有し、
   前記制御部は、
   前記電圧検出手段により検出された前記キャパシタの電圧が所定値を超えた場合に、前記第一の半導体素子をオン状態にして前記チョッパ回路を動作させると同時に、前記第二の遮断器をオフ状態にして前記減流装置を動作させることで、前記第一の抵抗器と前記第二の抵抗器とが直列に接続された直列回路と、前記第一の抵抗器と前記リアクトルと前記キャパシタとが直列に接続されたＲＬＣ直列回路と、を構成し、
   前記ＲＬＣ直列回路によって前記架線からの電流の共振を抑制しつつ、前記直列回路によって該電流を減流させる
   ことを特徴とする電力変換システム。
2. 前記第二の遮断器は、第二の半導体素子である
   ことを特徴とする請求項１に記載の電力変換システム。
3. 前記制御部は、
   前記第二の遮断器をオフ状態にした後に、前記第一の遮断器をオフ状態にする
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の電力変換システム。
4. 前記制御部は、
   前記第一の半導体素子をオン状態にする以前、および、前記第一の半導体素子をオン状態にした以後の所定時間以内の所定時刻で前記第二の遮断器をオフ状態にして前記減流装置を動作させる
   ことを特徴とする請求項１～３の何れか１項に記載の電力変換システム。
5. 前記減流装置の抵抗値は、前記第二の抵抗器の抵抗値よりも大きい
   ことを特徴とする請求項１～４の何れか１項に記載の電力変換システム。
6. 前記減流装置は少なくとも二つの半導体素子と少なくとも二つの抵抗器で構成される
   ことを特徴とする請求項１～５の何れか１項に記載の電力変換システム。
7. 前記減流装置は、
   前記第一の抵抗器と並列接続された第三の抵抗器をさらに有し、
   前記制御部は、
   前記キャパシタの充電の際には、前記第一の抵抗器を充電抵抗として前記減流装置を動作させ、
   前記キャパシタの電圧が所定値を超えた場合には、前記第一の抵抗器および前記第三の抵抗器を減流抵抗として前記減流装置を動作させる
   ことを特徴とする請求項６に記載の電力変換システム。
8. 前記減流装置は、
   前記第一の抵抗器と直列接続された第三の抵抗器をさらに有し、
   前記制御部は、
   前記キャパシタの充電の際には、前記第一の抵抗器および前記第三の抵抗器を充電抵抗として前記減流装置を動作させ、
   前記キャパシタの電圧が所定値を超えた場合には、前記第三の抵抗器を減流抵抗として前記減流装置を動作させる
   ことを特徴とする請求項６に記載の電力変換システム。
9. 前記制御部は、
   前記第一の半導体素子をオン状態にする際、チョッピング動作させる
   ことを特徴とする請求項１～８の何れか１項に記載の電力変換システム。
10. 前記リアクトルは二次側巻線を有しており、前記二次側巻線に第二の電力変換装置が搭載される
    ことを特徴とする請求項１～９の何れか１項に記載の電力変換システム。
11. 前記チョッパ回路が動作中は前記第二の電力変換装置は動作を停止する
    ことを特徴とする請求項１０に記載の電力変換システム。
12. 電力変換システムにおける電流制御方法であって、
    前記電力変換システムは、
    架線から供給される直流電力を遮断する第一の遮断器と、
    前記第一の遮断器を介して前記架線に接続され、第二の遮断器および前記第二の遮断器に並列接続された第一の抵抗器を有する減流装置と、
    前記減流装置を介して前記第一の遮断器に接続されたリアクトルと、
    前記リアクトルを介して前記減流装置に接続され、前記直流電力を交流電力へ変換して電動機へ供給する第一の電力変換装置と、
    前記第一の電力変換装置の直流側に接続されたキャパシタと、
    前記キャパシタの電圧を検出する電圧検出手段と、
    前記キャパシタに並列接続され、第一の半導体素子および前記第一の半導体素子に直列接続された第二の抵抗器を有するチョッパ回路と、
    制御部と、を有し、
    前記制御部が、
    前記電圧検出手段により検出された前記キャパシタの電圧が所定値を超えた場合に、前記第一の半導体素子をオン状態にして前記チョッパ回路を動作させると同時に、前記第二の遮断器をオフ状態にして前記減流装置を動作させることで、前記第一の抵抗器と前記第二の抵抗器とが直列に接続された直列回路と、前記第一の抵抗器と前記リアクトルと前記キャパシタとが直列に接続されたＲＬＣ直列回路と、を構成し、
    前記ＲＬＣ直列回路によって前記架線からの電流の共振を抑制しつつ、前記直列回路によって該電流を減流させる
    ことを特徴とする電流制御方法。

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