JPH07163001A - 電力変換装置の制御装置 - Google Patents

電力変換装置の制御装置

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JPH07163001A
JPH07163001A JP5308439A JP30843993A JPH07163001A JP H07163001 A JPH07163001 A JP H07163001A JP 5308439 A JP5308439 A JP 5308439A JP 30843993 A JP30843993 A JP 30843993A JP H07163001 A JPH07163001 A JP H07163001A
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JP
Japan
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current
power conversion
voltage
conversion device
frequency
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JP5308439A
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English (en)
Inventor
Takuma Henmi
琢磨 逸見
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【構成】 入力電圧Vi に対して一定の出力電圧を出力
するフィ−ドフォワ−ド指令ALi をフィ―ドフォワ―
ド制御器11で演算し、出力電圧設定器12で設定された電
圧Vc と出力電圧Vo との差Vd が零となるようなフィ
−ドバック指令ALo をフィ―ドバック制御器14で演算
する。特定周波数成分抽出器16は、帰線電流Iから周波
数fc の成分の電流Ifc を抽出する。移相器18は電流
Ifc を打ち消す位相を制御し、電流ゲイン制御器19は
この位相を電流制御補正指令ALxに変換する。変調波
発生部20は、加算器15により得られた変調率ALの変調
波を発生する。キャリア信号発生部21はキャリア信号を
発生し、スイッチング信号生成部22は変調波とキャリア
信号からスイッチング信号Gを生成する。 【効果】 帰線電流から保安機器固有の電流周波数成分
を除去すると共に、入力電圧の変動に対して出力電圧を
一定に制御することができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は電気車に搭載される電気
品に供給される交流電力を制御する電力変換装置の制御
装置に関する。
【0002】
【従来の技術】電気車に搭載される電気品(以下、負荷
という)に供給される交流電力は、架線から集電器によ
り集電した直流電力が、スイッチング素子から構成され
る電力変換装置により変換されて得られたものである。
通常電力変換装置の入力側には、地上に設置される保安
機器に誘導障害を与える周波数成分を除去するフィルタ
回路として、L字型に接続されたフィルタリアクトルと
フィルタコンデンサが接続されている。
【0003】集電器により集電される直流電力は、同じ
き電区間を走行する他の電気車の影響、電気車の駆動力
を得るために構成される主回路の影響、集電器の瞬時離
線などにより、大きくかつ急峻に変動する。しかし負荷
に対しては常に一定電圧を供給しなくてはならない。そ
こで図6に示されるような制御装置にて、電力変換装置
を構成するスイッチング素子を、パルス幅変調を行なっ
て得られたスイッチング信号により制御する。
【0004】フィ―ドフォワ―ド制御器11は、電力変換
装置の入力電圧(電力変換装置の入力端に接続されたフ
ィルタコンデンサの端子間電圧)Vi を入力とし、入力
電圧Vi に対して一定の出力電圧Vo を出力するフィ−
ドフォワ−ド指令(以下、FF指令という)ALi を計
算する。又減算器13は、電力変換装置の出力電圧Vo
出力電圧設定器12であらかじめ設定される基準電圧Vc
との偏差Vd を求める。そしてフィ―ドバック制御器14
は、この偏差Vd を入力し、偏差Vd を少なくするよう
なフィ−ドバック指令(以下、FB指令という)ALo
を計算する。そしてこのFF指令ALi とFB指令AL
o を加算器15に入力して変調率ALを得る。この変調率
ALの変調波を生成して、あらかじめ設定されるキャリ
ア信号とからパルス幅変調を行い電力変換装置に対して
スイッチング信号を出力し、一定出力電圧Vo を負荷に
供給する様に制御する。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】集電器の瞬時離線や、
他の電気車の影響により入力電圧Vi が変動するが、負
荷に供給する出力電圧Vo を一定に保とうとするため
に、電力変換装置のスイッチング素子のスイッチングの
タイミングは一定ではない。このため架線から集電器を
介して電力変換装置に流れ、電力変換装置から車輪を介
してレ―ルに流れる電流は変動する。このレ―ルに流れ
る電流は帰線電流と呼ばれる。レ―ル上には更に地上に
設置される各保安機器固有の周波数の電流(信号電流)
が流れており、この帰線電流を信号電流に重畳して流す
ことで電気車の位置の確認や信号の切り換えを行ってい
る。電力変換装置へ入力する電流は、フィルタリアクト
ル,フィルタコンデンサで保安機器に誘導障害を与える
周波数成分を除去した電流となるように制限されている
が、電力変換装置を介してレ―ルに流れる帰線電流は変
動するために、帰線電流の変動により生じる周波数と保
安機器固有の電流周波数が一致して保安機器が誤動作し
てしまうという問題があった。
【0006】保安機器はレ―ルに固有の周波数の電流を
流すことで電気車の位置を確認したり、信号を切り換え
たり、踏切を上下させているため、誤動作すると電気車
が走行できなくなる。これまでは各路線毎に保安機器固
有の電流周波数と一致しないように、フィ―ドフォワ―
ド制御器11やフィ―ドバック制御器14の制御定数を調整
することで対応していた。しかしながら入力電圧の変動
に対して出力電圧を一定にするためのフィ―ドフォワ―
ド制御器11とフィ―ドバック制御器14の制御定数を調整
してしまうため、出力電圧を一定にする制御が十分に行
えなくなるという問題が生じてしまっていた。
【0007】そこで本発明は上記問題点を解決するため
になされたもので、入力電圧の変動に対して出力電圧を
一定にする制御特性を保ちつつ、保安機器に対しての誘
導障害を防止する電力変換装置の制御装置を提供するこ
とを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】上述した目的を達成する
ために本発明では、電力変換装置の入力側直流電圧に対
して、電力変換装置が一定の交流電圧を出力すべき電力
変換装置の第1の変調率を演算する第1の演算手段と、
電力変換装置の出力側交流電圧を、あらかじめ設定され
た電圧指令値に基づいて制御する電力変換装置の第2の
変調率を演算する第2の演算手段と、電力変換装置を介
して電気車が走行するレ―ル上へ流れる帰線電流から、
あらかじめ設定された周波数の成分を打ち消すべき電力
変換装置の第3の変調率を演算する第3の演算手段と、
第1の変調率と第2の変調率と第3の変調率との和の変
調波とあらかじめ設定されたキャリア信号とからスイッ
チング信号を生成するスイッチング信号生成手段とを有
してなる。又第3の演算手段は、帰線電流からあらかじ
め設定された周波数の成分の電流を抽出する特定周波数
成分抽出器と、この特定周波数成分抽出器で抽出された
電流を打ち消すべく電流の位相を検出する移相器とを有
してなる。更に第3の演算手段には、レ―ル上を流れ、
地上に設置された保安機器を制御する信号電流の周波数
を設定し、特定周波数成分抽出器に周波数を入力する信
号周波数設定器を有してなる。
【0009】
【作用】上述した構成により電力変換装置が入力直流電
圧に対して出力すべき一定の交流電圧を求める第1の演
算手段により、第1の変調率が求められ、電力変換装置
が出力する交流電圧と電圧指令値とが一致するような第
2の変調率が第2の演算手段で求められる。
【0010】信号周波数設定器は、保安機器を制御する
信号電流の周波数を設定し、特定周波数成分抽出器によ
り、帰線電流のうち保安機器へ影響を与える周波数成分
の電流を抽出する。移相器は保安機器へ影響を与える周
波数成分の電流を打ち消す位相を制御する。そして、移
相器により制御された位相から第3の変調率が求められ
る。
【0011】第1の変調率と第2の変調率と第3の変調
率との和から変調波を得、この変調波をもとにスイッチ
ング信号生成手段により生成されたスイッチング信号に
よって電力変換装置を制御することで、入力電圧の変動
に対して出力電圧を一定にする制御特性を保ちつつ、保
安機器に対しての誘導障害を防止することができる。
【0012】
【実施例】本発明の実施例を図面を参照し詳細に説明す
る。図1は本発明の一実施例を示す電力変換装置の制御
装置の構成図である。図2は特定周波数成分検出器の特
性図、図3は移相器の入出力の関係を示す図である。
又、図4は電気車の補助電源装置の概略構成図、図5は
スイッチング信号生成部で生成されるスイッチング信号
を説明する図である。
【0013】架線1から集電器2により集電した直流電
力は、遮断器3、フィルタリアクトル4aとフィルタコ
ンデンサ4bからなるフィルタ回路を介してスイッチン
グ素子から構成される電力変換装置5に供給される。そ
して直流電力は電力変換装置5により3相交流電力に変
換され、この3相交流電力は変圧器6を介して空調装置
7a、コンプレッサ7b、照明器具7c、制御機器7d
などの車両用電気品(以下、負荷7という)に供給され
る。検出器9aはフィルタコンデンサ4bの端子間電圧
(入力電圧)を検出する。又検出器9bにおいて電力変
換装置5の出力電圧(三相交流出力電圧の実効値電圧)
を検出する。更に検出器9cは電力変換装置5からレ―
ル10へ流れる帰線電流Iを検出する。制御装置8では図
5に示されるように電力変換装置5の出力電圧の基準と
なる変調波Aと三角波のキャリア信号Bとから、電力変
換装置5のスイッチング素子を制御するスイッチング信
号Gを得、電力変換装置5に対してスイッチング信号G
を出力する。そして電力変換装置5のスイッチング素子
は制御装置8からの指令により動作し、電力変換装置5
は3相交流電力を出力する。
【0014】次に電力変換装置の制御装置8について詳
しく説明する。フィ―ドフォワ―ド制御器11は、入力電
圧Vi に対して常に一定の電圧Vo を出力するFF指令
ALi を計算する。例えば入力電圧Vi が上昇したら変
調波Aの振幅を下げるFF指令ALi を計算し、入力電
圧Vi が低下したら変調波Aの振幅を上げるFF指令A
i を計算し出力する。減算器13は、出力電圧Vo と出
力電圧設定器12であらかじめ設定される基準電圧Vc
の偏差Vd を求める。フィ―ドバック制御器14は、偏差
d が零となるようなFB指令ALo を計算する。集電
器2の瞬時離線や、他の電気車の影響により、入力電圧
i が変動するが、負荷7に供給する出力電圧Vo を一
定に保とうとするために、帰線電流Iは変動しリップル
分が生じる。この帰線電流Iは特定周波数成分抽出器16
に入力される。特定周波数成分抽出器16はバンドパスフ
ィルタで構成され、帰線電流Iのうち信号周波数設定器
17で設定された周波数の成分を抽出するものである。信
号周波数設定器17で設定される周波数fc は保安機器の
固有の電流周波数である。つまり帰線電流Iは特定周波
数成分抽出器16で信号周波数設定器17で設定される周波
数fc 成分の電流Ifc が抽出される。移相器18は電流
Ifc を入力し、電流Ifc の位相を制御する。電流ゲ
イン制御器19は移相器18で制御した位相から、フィ―ド
フォワ―ド制御器11,フィ―ドバック制御器14のゲイン
と合わせた電流制御補正指令ALx を出力する。
【0015】加算器15はFF指令ALi 、FB指令AL
o 、電流制御補正指令ALx を入力して加算し、変調率
ALを出力する。変調波発生部20は変調率ALを入力
し、図5に示されるような変調波Aを発生する。またキ
ャリア信号発生部21は、図5に示されるような三角波の
キャリア信号Bを発生し、スイッチング信号発生部22に
て、変調率ALの変調波Aとキャリア信号Bとにより電
力変換装置5のスイッチング素子のスイッチング信号G
を生成する。
【0016】特定周波数成分抽出器16では、図2に示さ
れるように信号周波数設定器17で設定された周波数fc
の成分を抽出するバンドパスフィルタのフィルタ関数が
帰線電流Iに作用し、図3に示されるように周波数fc
の電流Ifc が抽出され、移相器18に入力される。移相
器18では電流Ifc が打ち消されるような位相θが制御
される。そして電流ゲイン調整器19でこの位相θからフ
ィ―ドフォワ―ド制御器11が出力するFF指令ALi
フィ―ドバック制御器14が出力するFB指令ALo とマ
ッチングするように電流制御補正指令ALx が計算され
る。
【0017】帰線電流Iのリップル分が保安機器固有の
電流周波数fc の成分を持たない時は、特定周波数成分
抽出器16から出力されるIfc は零となり、電流制御補
正は行われない。従って従来と同様に常に入力電圧Vi
の変動に対して出力電圧Voが一定になるようにフィ―
ドフォワ―ド制御器11でFF指令ALi が計算され、出
力電圧Vo と設定値Vc との差Vd が零となるようにフ
ィ―ドバック制御器14でFB指令ALo が計算され、こ
のALi とALo の和が変調率ALとなる。変調波発生
部20は変調率ALを入力し、変調波を発生する。またキ
ャリア信号発生部21は、三角波のキャリア信号を発生
し、スイッチング信号発生部22にて、変調率ALの変調
波とキャリア信号とにより電力変換装置5のスイッチン
グ素子のスイッチング信号Gを生成する。
【0018】又帰線電流Iのリップル分が保安機器固有
の電流周波数fc の成分を持つ時は、特定周波数成分抽
出器16で図2に示されるフィルタ関数が入力電流Iに作
用して周波数fc の電流成分Ifc が抽出される。移相
器18ではこの電流成分Ifcを打ち消す特性となるよう
に位相θが調整され、電流ゲイン制御器19にて電流制御
補正指令ALx が出力される。フィ―ドフォワ―ド制御
器11では入力電圧Viに対して常に一定の出力電圧を出
力するFF指令ALi が出力され、フィ―ドバック制御
器14では出力電圧Vo と出力電圧設定器12で設定された
設定値Vc との差Vd が零となるようなFB指令ALo
が出力され、このFF指令ALi とFB指令ALo そし
て電流制御補正指令ALx が加算器15で加算され、変調
率ALとなる。変調波発生部20は変調率ALを入力し、
変調波を発生する。またキャリア信号発生部21は、三角
波のキャリア信号を発生し、スイッチング信号発生部22
にて、変調率ALの変調波とキャリア信号とにより電力
変換装置5のスイッチング素子のスイッチング信号Gを
生成する。
【0019】従ってフィ―ドフォワ―ド制御器11やフィ
−ドバック制御器14の制御定数を変更せずに帰線電流I
に重畳する保安機器固有の電流周波数fc の成分を除去
して保安機器に対しての誘導障害を防止することができ
る。本実施例では保安機器固有の電流周波数fc を1通
りの設定としているが、数通りの設定としてもよい。
【0020】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、保
安機器固有の電流周波数を、帰線電流に重畳するリップ
ルの周波数から検出して抑制することにより、入力電圧
の変動に対して出力電圧を一定に制御しつつ、保安機器
に対しての誘導障害を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例を示す電力変換装置の制御装
置の構成図である。
【図2】特定周波数成分検出器の特性図である。
【図3】移相器の入出力の関係を示す図である。
【図4】電気車の補助電源装置の概略構成図である。
【図5】変調波とキャリア信号とからスイッチング信号
が得られることを説明する図である。
【図6】従来の電力変換装置の制御装置の構成図であ
る。
【符号の説明】
1 架線 2 集電器 4b フィルタコンデンサ 5 電力変換装置 8 制御装置 9a,9b,9c 検出器 10 レ―ル 11 フィ―ドフォワ―ド制御器 12 出力電圧設定器 14 フィ―ドバック制御器 16 特定周波数成分抽出器 17 信号周波数設定器 18 移相器 19 電流ゲイン制御器 20 変調波発生器 21 キャリア信号発生器 22 スイッチング信号生成器

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 集電器により集電された直流電力を、電
    気車に搭載される負荷に供給する交流電力に変換する電
    力変換装置の入力側直流電圧に対して、前記電力変換装
    置が一定の交流電圧を出力すべき前記電力変換装置の第
    1の変調率を演算する第1の演算手段と、 前記電力変換装置の出力側交流電圧を、あらかじめ設定
    された電圧指令値に基づいて制御する前記電力変換装置
    の第2の変調率を演算する第2の演算手段と、 前記電力変換装置を介して前記電気車が走行するレ―ル
    上へ流れる帰線電流から、あらかじめ設定された周波数
    の成分を打ち消すべき前記電力変換装置の第3の変調率
    を演算する第3の演算手段と、 前記第1の変調率と前記第2の変調率と前記第3の変調
    率との和の変調波とあらかじめ設定されたキャリア信号
    とからスイッチング信号を生成するスイッチング信号生
    成手段とを有する電力変換装置の制御装置。
  2. 【請求項2】 請求項1記載の電力変換装置の制御装置
    において、 前記第3の演算手段に設けられ、前記帰線電流からあら
    かじめ設定された周波数の成分の電流を抽出する特定周
    波数成分抽出器と、 前記第3の演算手段に設けられ、前記特定周波数成分抽
    出器で抽出された電流を打ち消すべく電流の位相を検出
    する移相器とを有する電力変換装置の制御装置。
  3. 【請求項3】 請求項1又は請求項2記載の電力変換装
    置の制御装置において、 前記第3の演算手段に設けられ、地上に設置された保安
    機器を制御する前記レ―ル上を流れる信号電流の周波数
    を設定し、前記特定周波数成分抽出器に前記周波数の設
    定値を入力する信号周波数設定器を有する電力変換装置
    の制御装置。
JP5308439A 1993-12-09 1993-12-09 電力変換装置の制御装置 Pending JPH07163001A (ja)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010161925A (ja) * 2010-04-12 2010-07-22 Hitachi Ltd 電気車の制御装置及び電力変換装置の制御方法
JP2012039753A (ja) * 2010-08-06 2012-02-23 Toshiba Corp 車両用補助電源装置
JP2012228132A (ja) * 2011-04-22 2012-11-15 Fuji Electric Co Ltd 電力変換装置
JP2014100065A (ja) * 2014-03-05 2014-05-29 Toshiba Corp 車両用補助電源装置

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