JPH08317510A

JPH08317510A - 切替セクション電圧調整方法

Info

Publication number: JPH08317510A
Application number: JP7173369A
Authority: JP
Inventors: Naoya Eguchi; 直也江口; Kenji Baba; 謙二馬場; Hiroshi Shinohara; 博篠原
Original assignee: Fuji Electric Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 1995-03-16
Filing date: 1995-07-10
Publication date: 1996-11-29

Abstract

(57)【要約】【目的】遮断器の開放，投入などにより切替セクショ
ン電圧を無電圧状態にすることなく、電圧切り替えをシ
ョクレスに行ない得るようにする。【構成】第１系統１と第２系統２から電気的に分離さ
れた切替セクション３の電圧として、系統２の電圧にイ
ンバータ１３の出力電圧を重畳して与えるようにし、例
えば、電車４が第１系統１から第２系統２へ進行する場
合は、インバータ１３の出力電圧を制御して最初はセク
ション電圧を第１系統１の電圧に一致させておき、その
後はインバータ１３の出力電圧を順次絞り込んで行き、
セクション電圧を第２系統２の電圧に一致させた後に、
電車４を系統２に進入させるようにする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、単相交流を一定区間
毎に区切って電車にき電する送電系統の、き電区分点に
おける切替セクションへの電圧供給方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】図２６はき電区分点の従来例を示す概要
図、図２７はその電圧関係を示すベクトル図である。な
お、符号の上または横に（・）を付してベクトル量を示
すが、場合によっては省略することもある。図２６に示
すように、このシステムは２つの単相交流系統１，２、
これらから分離された切替セクション３、および電車４
の位置に対応してこれらの系統を接続，開放する遮断器
５ａ，５ｂなどから構成される。

【０００３】このき電区分点において、例えば電車４が
系統１から系統２に進行する時は、まず、遮断器５ａを
投入、遮断器５ｂを開放状態とし、電車４が進入する前
に切替セクション３の電圧を系統１の電圧〔Ｖ１
（・）：図２７参照〕にしておき、電車４が切替セクシ
ョン３に進入した後に遮断器５ａを開放して、切替セク
ション３を一旦無電圧状態とし、その後、開放状態にあ
った遮断器５ｂを投入して、このセクション３の電圧を
系統２の電圧〔Ｖ２（・）：図２７参照〕とした後、電
車４を系統２に進入させる操作をしているのが一般的で
ある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記のような
切替方法では、電車が切替セクションに進入後に、セク
ションの電圧を一旦無電圧とするため、その間電車への
給電がストップし、電車走行に影響を与えている。ま
た、その後、次に進入する系統の遮断器を投入するが、
このときに、今度は負荷投入による突入電流が系統に流
れることになり、特に電車の変圧器へのインラッシュ電
流は通常の数倍以上にもなるため、これが系統の擾乱を
引き起こしていた。さらには、上記のように電車がき電
区分点を通過する度に遮断器の投入，開放を頻繁に繰り
返すため、遮断器の寿命が極端に短くなるだけでなく、
その保守管理が大きな負担となっている。したがって、
この発明の課題は、遮断器を用いることなくセクション
切り替えを可能とし、かつセクション切替時に無電圧状
態にすることなく円滑な切り替えを可能にすることにあ
る。

【０００５】

【課題を解決するための手段】このような課題を解決す
るため、請求項１の発明では、交流電力系統を一定区間
に区切って電車にき電する送電系統に、き電区分点に隣
接する第１，第２の単相交流系統の混触を防止してき電
切り替えを行なうため、第１，第２系統から分離された
切替セクションを備え、第１，第２系統のいずれか一
方、またはこれら以外の交流系統から交流電圧を受けて
これを整流器により整流し、この整流された直流をもと
にインバータを介して交流電圧を発生させ、その出力電
圧で前記第１系統または第２系統に直列接続された直列
トランスの２次側を励磁し、この直列トランスの１次側
電圧に第１系統または第２系統の電圧を加算して前記切
替セクションに印加する構成とし、電車が第１系統から
第２系統に進行する場合には、電車が切替セクションに
進入する前に、その切替セクションの電圧を前記インバ
ータの制御によって第１系統の交流電圧に一致させてお
き、電車が切替セクションに進入してから第２系統に進
入するまでの間に電圧を徐々に変化させ、切替セクショ
ンの電圧を第２系統の電圧に一致させた上で第２系統に
電車が進入するようにする一方、電車が第２系統から第
１系統に進行する場合には、上記と逆の電圧調整を行な
うことを特徴としている。

【０００６】請求項１の発明では、前記第１，第２系統
のうち前記切替セクションに電圧を供給しない側の系統
（Ｂ系統）から、前記切替セクションに電圧を供給する
側の系統（Ａ系統）へと電車が進入する際は、Ａ系統，
Ｂ系統の交流電圧を検出してＢ系統の検出電圧からＡ系
統の検出電圧を減算し、この減算結果を、電車が切替セ
クションに入っている一定時間内にゲインを１から０に
徐々に変化させる出力制限器に入力し、この出力制限器
の出力を前記インバータの出力電圧目標値として制御を
行なうことができ（請求項２の発明）、この請求項２の
発明では、前記切替セクションに電車が進入する前に、
電車が既に走行しているＢ系統の電圧と切替セクション
電圧とを精度良く一致させるため、電車の切替セクショ
ン進入前にＢ系統の検出電圧を指令値とし切替セクショ
ンの電圧を検出値とする電圧調節器を動作させ、その出
力を前記減算結果に加算し、電車が切替セクション進入
後に、前記電圧調節器の出力を漸次絞り込み、その機能
を停止させることができる（請求項３の発明）。

【０００７】また、上記請求項１の発明では、前記第
１，第２系統のうち前記切替セクションに電圧を供給す
る側の系統（Ａ系統）から、前記切替セクションに電圧
を供給しない側の系統（Ｂ系統）へと電車が進入する際
は、Ａ系統，Ｂ系統の交流電圧を検出してＡ系統の検出
電圧からＢ系統の検出電圧を減算し、この減算結果を、
電車が切替セクションに入っている一定時間内にゲイン
を０から１に徐々に変化させる出力制限器に入力し、こ
の出力制限器の出力を前記インバータの出力電圧目標値
として制御を行なうことができ（請求項４の発明）、こ
の請求項４の発明では、前記電車が切替セクションから
次のＢ系統へ進入する前に、電車が既に走行している切
替セクション電圧と次のＢ系統の電圧とを精度良く一致
させるため、前記出力制限器のゲインを１とした後の電
車のＢ系統への進入前に、Ｂ系統の検出電圧を指令値と
し切替セクションの電圧を検出値とする電圧調節器を動
作させ、その出力を前記減算結果に加算することができ
る（請求項５の発明）。

【０００８】さらに、上記請求項１の発明では、前記き
電区分点で隣接する２つの系統に整流器を設けてその直
流回路を接続し、系統に直列加算するインバータ電圧を
この直流回路から生成することができ（請求項６の発
明）、上記請求項１または６の発明では、前記整流器を
自励式コンバータとし、この自励式コンバータによりそ
の交流側の無効電力制御をして受電電圧制御を行なうこ
とができ（請求項７の発明）、上記請求項６の発明で
は、前記自励式コンバータにより隣接する２つの系統の
電力を一方から他方、または双方向に融通可能にするこ
とができる（請求項８の発明）。

【０００９】請求項９の発明では、交流電力系統を一定
区間に区切って電車にき電する送電系統に、き電区分点
に隣接する第１，第２の単相交流系統の混触を防止して
き電切り替えを行なうため、第１，第２系統から分離さ
れた切替セクションを備え、前記第１，第２系統の交流
電圧から第１，第２系統の交流電圧の中間またはその近
傍の位相を持つ交流電圧を作り、この交流電圧に対し第
１，第２系統のいずれか一方または双方、もしくはこれ
ら以外の交流系統から交流電圧を受け、これを整流器に
より整流した直流電圧からインバータを介して得た交流
電圧を加算して前記切替セクションに印加する構成と
し、電車が第１系統から第２系統に進行する場合には、
電車が切替セクションに進入する前に、その切替セクシ
ョンの電圧を前記インバータの制御によって第１系統の
交流電圧に一致させておき、電車が切替セクションに進
入してから第２系統に進入するまでの間にインバータ電
圧を変化させ、切替セクションの電圧を第２系統の電圧
に一致させた上で第２系統に電車が進入するようにする
一方、電車が第２系統から第１系統に進行する場合に
は、上記と逆の電圧調整を行なうことを特徴としてい
る。

【００１０】請求項９の発明では、前記第１，第２系統
の交流電圧から第１，第２系統の交流電圧の中間または
その近傍の位相を持つ交流電圧を作るに当たり、第１系
統の交流電圧からトランスを介して得た同一位相で振幅
が半分またはその近辺の交流電圧と、第２系統の交流電
圧からトランスを介して得た同一位相で振幅が半分また
はその近辺の交流電圧とを加算して作ることができ（請
求項１０の発明）、または、前記第１，第２系統の交流
電圧から第１，第２系統の交流電圧の中間またはその近
傍の位相を持つ交流電圧を作るに当たり、第１系統の交
流電圧からトランスを介して得た同一位相で振幅が半分
またはその近辺の交流電圧と、第２系統の交流電圧から
トランスを介して得た同一位相で振幅が半分またはその
近辺の交流電圧とを減算し、これに前記第１，第２系統
のいずれか一方の交流電圧を加算して作ることができ
（請求項１１の発明）、もしくは、前記第１，第２系統
の交流電圧から第１，第２系統の交流電圧の中間または
その近傍の位相を持つ交流電圧を作るに当たり、第１系
統と第２系統間に単巻線トランスを接続し、この単巻線
トランスの中間またはその近辺のタップを介して作るこ
とができる（請求項１２の発明）。

【００１１】

【作用】隣接する系統間の電圧差を出力するインバータ
を用い、その出力電圧を一方の系統電圧に重畳させて切
替セクションにき電するよう、インバータ出力電圧を制
御することにより、電車の走行位置に応じてセクション
電圧を、初めに走行している系統の電圧から、次に進入
する系統の電圧に滑らかに変化させるようにし、円滑な
セクション電圧切替えを行なう。また、第１，第２系統
の交流電圧からその中間または近辺の位相を持つ交流電
圧を作り、これに振幅，位相等を自由に制御可能なイン
バータ出力電圧を加算して切替セクションにき電するこ
とによっても、同様にして円滑なセクション電圧切替え
を行なう。これらにより、しゃ断器を不要として電車に
対する無電圧状態を無くし、系統への不要な突入電流も
無くすことができるので、システムの信頼性を高めるこ
とが可能となる。

【００１２】

【実施例】図１はこの発明の第１実施例（請求項１相
当）を示す概要図である。ここでは、系統１と系統２の
中間に位置する切替セクション３に対し、電車走行位置
に対応させて制御した電圧を給電するようにしている。
この切替セクション３に給電する装置は整流器１２およ
びインバータ１３等からなり、絶縁トランス１１と整流
器１２により系統２から直流電圧を作り、この直流電圧
をインバータ１３により任意の交流電圧に変換する。

【００１３】系統２と直列に直列トランス１４を接続
し、その２次側をインバータ１３によって励磁する。直
列トランス１４の１次側は切替セクション３に接続さ
れ、この切替セクション３には、系統２の電圧に直列ト
ランス１４の１次電圧を加算（重畳）した電圧が印加さ
れる。その様子を図２に示している。すなわち、切替セ
クション３の電圧をＶＮ（・）とすると、これは系統２
を示す電圧源１０２〔Ｖ２（・）〕と、直列トランス１
４の１次電圧を示す電圧源１０３〔Ｖｃｏｎ（・）〕と
を加算したものとなる。

【００１４】このような構成において、電車４が系統１
から系統２に進行する場合は、まず、電車４が切替セク
ション３に進入する以前に、上記インバータ１３の出力
電圧Ｖｃｏｎ（・）を制御して、切替セクション電圧Ｖ
Ｎ（・）を系統１の電圧Ｖ１（・）に一致させておく。
そして、電車４が切替セクション３の中を走行している
期間に、インバータ出力電圧Ｖｃｏｎ（・）を徐々に絞
り込み、次の系統２に電車４が進入する以前にインバー
タ出力電圧Ｖｃｏｎ（・）を零として、切替セクション
電圧ＶＮ（・）を系統２の電圧Ｖ２（・）に一致させ
る。しかる後、電車４を系統２に進入させる。

【００１５】以上の様子を図３にベクトル図として示
す。同図からも明らかなように、切替セクション電圧Ｖ
Ｎ（・）が系統１の電圧Ｖ１（・）に一致している
（ａ）の状態から、インバータ出力電圧Ｖｃｏｎ（・）
が（ｂ）〜（ｃ）のように順次絞り込まれ、最終的には
（ｄ）のように零となって、ＶＮ（・）が系統２の電圧
Ｖ２（・）に一致させられることが分かる。

【００１６】以上では、電車４が系統１から、直列トラ
ンス１４を介して切替セクション３にき電する系統２へ
と走行する場合について説明したが、電車の走行がこの
逆の場合、つまり、直列トランスを介して切替セクショ
ンにき電する系統２から、系統１に向かって走行する場
合には、切替セクションの電圧ＶＮ（・）をまず系統２
の電圧Ｖ２（・）に一致させておき、切替セクションの
通過中にその電圧を系統１の電圧Ｖ１（・）に一致させ
るよう制御すれば良い。また、系統１に直列トランスを
接続して、切替セクションにき電するようにしても良
い。さらに、ここでは、インバータ１３の入力直流電圧
を、整流器１２により系統２から作ったが、系統１から
作っても良く、場合によっては他の電源から作っても良
い。

【００１７】図４はこの発明の第２実施例（請求項２相
当）を示す概要図である。これは、図１の如き切替セク
ション電圧調整装置を用いる系統において、隣接する系
統１，２のうち直列トランスを接続して切替セクション
に電圧を印加する側ではない系統（以下、この種の系統
を系統ＢまたはＢ系統という）Ｂから、切替セクション
に電圧を印加する側の系統（以下、この種の系統をＡ系
統または系統Ａという）Ａへ電車が進行する場合の、切
替セクション電圧調整用制御装置を示す。すなわち、こ
の制御装置は図示のように、系統Ａ，系統Ｂの交流電圧
を電圧検出器５１ａ，５１ｂによって検出し、系統Ｂの
検出電圧Ｖ１（・）から系統Ａの検出電圧Ｖ２（・）
を、減算器５２により減算する。そして、その結果を、
ストップ指令器５４，ソフトストップ演算器５５および
乗算器５３からなる出力制限器７０に入力する。

【００１８】出力制限器７０では、電車４が系統Ｂを走
行している間は、ストップ指令器５４はオフ状態で、ソ
フトストップ演算器５５の出力は「１」となっている。
したがって、上記乗算器５３の出力は、減算器５２の出
力に一致している。この信号はインバータ１３の出力電
圧指令となって、ＰＷＭ（パルス幅変調）等を行なうパ
ルス成形器５６に入力され、ここでインバータのオン，
オフパルスが生成され、インバータ１３に与えられてそ
の運転が行なわれる。

【００１９】このとき、直列トランスの１次側には、ち
ょうどＶ１（・）とＶ２（・）の差分の電圧が出力さ
れ、これにＶ２（・）が加算されて印加される切替セク
ションの電圧ＶＮ（・）は、系統１の電圧Ｖ１（・）に
一致している。次に、電車４が切替セクション３内に入
った時点でストップ指令器５４が動作し、ソフトストッ
プ演算器５５の出力は「１」から「０」に徐々に変化す
る。したがって、乗算器５３の出力はこの信号に伴っ
て、零に絞り込まれる。ここで、その変化時間は、電車
４が切替セクション３を走行している期間に終了するよ
うに設定されている。そして、電車４が次の系統Ａに進
入するときには、インバータ１３の出力電圧は零とな
り、その結果、切替セクション３の電圧ＶＮ（・）は、
系統Ａの電圧Ｖ２（・）に一致した状態となる。この状
態となった後、電車は切替セクションから系統Ａへ何の
ショックもなく移行して行くことになる。

【００２０】出力制限器７０は上記の構成に限らず、系
統１と系統２の検出電圧の差分を、電車が切替セクショ
ンを走行する間にゲイン１からゲイン零へと、一定時間
内に漸次絞り込む機能を持つものであれば良い。このと
き、ゲイン１で検出電圧がそのまま出力されるものとし
て、規格化したゲインを示している。また、図４の例で
は、整流電圧を一定として制御系を構成しているが、こ
の直流電圧が変動する場合は、図５のように構成すれば
良い。つまり、パルス成形器５６への出力電圧指令を求
めるに当たり、インバータ１３の入力直流電圧Ｅdcを直
流電圧検出器８０によって検出し、その出力で乗算器５
３の出力を割算器８１を用いて割り算することで、規格
化することができる。

【００２１】図６はこの発明の第３実施例（請求項３相
当）を示す概要図である。これは、図４の如き制御に対
し、特に切替セクションに電車が進入する前の、電車が
走行している系統Ｂの電圧と切替セクション電圧とを精
度良く一致させるための制御装置であり、図４の如き制
御装置に対して破線部を付加して構成される。

【００２２】すなわち、図６の破線部では、電車の切替
セクション進入前に、系統Ｂの検出電圧を指令とする一
方、切替セクションの検出電圧を検出値（実際値）とす
る電圧調節器６２を動作させ、その電圧調節器６２の出
力を、制限機能を果たす乗算器６３を介して加算器６１
に与え、加算器６１で系統Ａ，Ｂの検出電圧の減算結果
に加算する。ここで、乗算器６３の一方の入力端子に
は、ストップ指令器６５の指令を受けて動作するソフト
ストップ演算器６４の出力信号が入力されるが、ストッ
プ指令器６５は電車４が切替セクション３の進入前は開
放であり、ソフトストップ演算器６４の出力は「１」と
なっていて、電圧調節器６２の出力はそのまま加算器６
１に入力される。

【００２３】この状態で、電圧調節器６２は、切替セク
ション電圧ＶＮ（・）が系統Ｂの電圧Ｖ１（・）と相違
しているときに、これらを一致させるように働く。すな
わち、図４での制御は全てフィードフォワード制御で電
圧を制御するものであるが、図６では電車４が切替セク
ション３に進入するまでの期間に、電圧調節器６２によ
るフィードバック制御により、切替セクション３に対し
精度の良い電圧制御が行なわれることになる。

【００２４】電車４が切替セクション３に進入した後
は、切替セクション電圧ＶＮ（・）を次に進入する系統
Ａの電圧Ｖ２（・）に漸次一致させる調整が行なわれる
が、そのためにはインバータ１３の電圧を徐々に零に絞
り込めば良い。そこで、電車４が切替セクション３に進
入後に、ストップ指令器６５を動作させ、ソフトストッ
プ演算器６４の出力信号を「１」から「０」へと漸次変
化させることにより、電圧調節器６２の出力を受ける乗
算器６３の出力を零に絞り込んで、電圧フィードバック
制御を停止させる。なお、図５の考え方はこの実施例に
ついても適用することができ、インバータ１３の入力直
流電圧Ｅdcが一定でない場合にも対処することができ
る。

【００２５】図７はこの発明の第４実施例（請求項４相
当）を示す概要図である。これは、図１の如き切替セク
ション電圧調整装置を用いる系統において、隣接する系
統１，２のうち直列トランスを接続して切替セクション
に電圧を印加する側の系統Ａから、これを行なわない系
統Ｂに電車が進行する場合の切替セクション電圧調整用
制御装置を示す。

【００２６】すなわち、この制御装置は図示のように、
系統Ａ，系統Ｂの交流電圧を電圧検出器５１ａ，５１ｂ
によって検出し、系統Ａの検出電圧Ｖ１（・）から系統
Ｂの検出電圧Ｖ２（・）を、減算器５２により減算す
る。そして、その結果を、スタート指令器５７，ソフト
スタート演算器５８および乗算器５３からなる出力制限
器７１に入力する。

【００２７】出力制限器７１では、電車４が系統Ａを走
行している間は、スタート指令器５７はオフ状態で、ソ
フトスタート演算器５８の出力は「０」となっている。
したがって、上記乗算器５３の出力は、零となってい
る。この信号はインバータ１３の出力電圧指令となっ
て、ＰＷＭ等を行なうパルス成形器５６に入力され、こ
の状態ではインバータ１３が零出力電圧となるパルスが
出力されて、インバータが運転される。これによって、
直列トランス１４の１次側は零となり、これにＶ１
（・）が加算されて印加される切替セクション電圧ＶＮ
（・）は、系統Ａ（１）の電圧Ｖ１（・）に一致してい
る。

【００２８】次に、電車が切替セクション内に入った時
点で、スタート指令器５７が動作し、ソフトスタート演
算器５８の出力は「０」から「１」に徐々に変化する。
これにより、乗算器５３の出力はこの信号に伴って、減
算器５２の出力に一致する値まで増加する。ここで、そ
の変化時間は、電車が切替セクションを走行している期
間に終了するように設定されている。電車が次の系統Ｂ
に進入する時には、インバータ１３の出力電圧は系統Ａ
の電圧Ｖ１（・）と系統Ｂとの差分の電圧となり、その
結果、切替セクション電圧ＶＮ（・）は、系統Ｂの電圧
Ｖ２（・）に一致した状態となる。そして、この状態と
なった後、電車は切替セクションから系統Ｂへ何のショ
ックもなく移行して行くことになる。

【００２９】この実施例においても、出力制限器７１の
構成は上記に限らず、系統１と系統２の検出電圧の差分
を、電車が切替セクションを走行する間にゲイン０から
ゲイン１に、一定時間以内に漸次増加する機能を持つも
のであれば良い。なお、ここでも、ゲイン１で検出電圧
がそのまま出力されるものとして、規格化したゲインを
示している。また、図７の実施例では整流器１２の整流
電圧を一定として制御系を構成しているが、インバータ
１３の入力直流電圧Ｅdcが一定でない場合は、図５と同
様に乗算器５３の出力を電圧Ｅdcにて割り算する構成と
すれば良い。

【００３０】図８はこの発明の第５実施例（請求項５相
当）を示す概要図である。これは、図７の制御に対し、
電車が切替セクションから次の系統Ｂへ進入する時点
の、電車が走行している切替セクション電圧と系統Ｂの
電圧とを精度良く一致させるための制御装置であり、図
７の制御装置に対して破線部を付加して構成される。こ
の破線部は、図７に示すソフトスタート演算器５８の出
力が「１」となった後に、電車が切替セクションから次
の系統Ｂに進入するまでの期間に機能する。すなわち、
系統Ｂの検出電圧を指令とする一方、切替セクションの
検出電圧を検出値（実際値）とする電圧調節器６２を用
い、この電圧調節器６２の出力を、加算器６１により系
統Ａ，Ｂの減算結果に加算する。ここで、電圧調節器６
２には、出力を強制的に零にするゼロホールド回路６６
が設けられている。

【００３１】このような構成において、電車４が切替セ
クション３に進入してから、切替セクション電圧ＶＮ
（・）を、次に進入する系統Ｂ（２）の電圧Ｖ２（・）
に一致させるべく、上記ソフトスタート演算器５８の出
力が零から１になった後に、上記ゼロホールド回路６６
が解除され、電圧調節器６２が機能を開始する。この電
圧調節器６２は、切替セクション電圧ＶＮ（・）が系統
Ｂの電圧Ｖ１（・）と相違しているときにこれらを一致
させるように働く。

【００３２】つまり、図７に示す制御は全てフィードフ
ォワード制御で電圧を調整するものであるが、この実施
例ではフィードフォワード制御による切替セクション電
圧の調整が完了してから、電車４が切替セクション３よ
り系統Ｂに進入するまでの期間に、電圧調節器６２のフ
ィードバック制御により切替セクション３に対する精度
の良い制御が行なわれる。そして、電車４が系統Ｂに進
入後は、次の電車の到来に備えて、再び電圧調節器６２
をゼロホールドしてやれば良い。インバータ１３の入力
直流電圧Ｅdcが一定でない場合は、図５と同様に乗算器
５３の出力を電圧Ｅdcにて割り算する構成とすれば良い
のは、図７と同様である。

【００３３】図９はこの発明の第６実施例（請求項６相
当）を示す構成図である。これは、図１と同様の機能を
果たすものであるが、図１では整流器の入力電源を隣接
する２つの系統のいずれか一方、または他の電源から取
っているのに対し、この実施例は系統１および系統２に
それぞれ絶縁トランス１１ａ，１１ｂと整流器１２ａ，
１２ｂを設け、これらを直流側でリンクしてインバータ
１３に給電するようにしたものである。

【００３４】図１０はこの発明の第７実施例（請求項７
相当）を示す構成図である。同図からも明らかなよう
に、この実施例は図１に示す整流器を自励式コンバータ
２１ａとした例である。この自励式コンバータは、ＧＴ
Ｏ（ゲートターンオフサイリスタ）１２１ａとフリーホ
イーリングダイオード１２２ａ、そして直流コンデンサ
１２３ａから構成され、系統２から絶縁トランス１１を
介してインバータ１３へ直流電圧を供給するとともに、
入力交流系統２の無効電力制御を行なうことにより、入
力交流電圧の補償制御を行なうものである。

【００３５】図１１は図９の具体例を示す回路図であ
る。この例は、系統１と系統２に絶縁トランス１１ａ，
１１ｂを介して自励式コンバータ２１ａ，２１ｂが接続
され、その直流側がリンクされている。この構成によ
り、系統１と系統２の両方の無効電力制御を行ない電圧
補償制御を行なうものである。

【００３６】図１２はこの発明の第８実施例（請求項８
相当）を示す構成図である。これは、図９に示すものに
おいて、整流器を自励式コンバータ２１ａ，２１ｂとし
ている。これらは直流回路でリンクされており、インバ
ータ１３へ直流電力を供給するとともに、２つの自励式
コンバータ２１ａ，２１ｂ間で電力Ｐの授受を行なう。
これにより、系統１と系統２の間で必要に応じて電力の
融通が図れることになる。

【００３７】図１３は図１に対応するこの発明の第９実
施例（請求項９相当）を示す構成図で、き電変電所に適
用した例である。ここでは、電力系統１０Ａの３相交流
電圧をスコット変圧器（トランス）１１ｇにより、３相
から独立した２つの単相交流電圧Ｖ１（・），Ｖ２
（・）を作り、電車４へ電力を供給するようにしてい
る。なお、スコット変圧器１１ｇによって作られた２つ
の独立する電圧Ｖ１（・），Ｖ２（・）は、スコット変
圧器１１ｇの構造から位相が９０度異なることが知られ
ている（電気学会刊「電気機器学」２５ページ参照）。
このことから、電車４が系統１から系統２に進行する場
合は、切替えセクション３を必ず通過する必要がある。

【００３８】そこで、２つの独立した単相交流電圧Ｖ１
（・），Ｖ２（・）から、変圧器１１ｄ，１１ｅにより
単相交流電圧Ｖ１（・），Ｖ２（・）の中間の交流電圧
ＶＢ（・）を作る。また、整流器１２ｃと絶縁変圧器１
１ｆによって電力系統１０Ｂより直流電圧を作り、この
直流電圧をインバータ１３ａによって任意の交流電圧Ｖ
ｃｏｎ（・）として出力する。そして、上記交流電圧Ｖ
Ｂ（・）にトランス（変圧器）１１ｃを介してインバー
タ出力電圧Ｖｃｏｎ（・）を加算した電圧を、切替えセ
クション３に印加する。つまり、切替えセクション電圧
をＶＮ（・）とすると、これはＶＮ（・）＝ＶＢ（・）
＋Ｖｃｏｎ（・）と表わされる。

【００３９】そして、図１３で電車４が系統１から系統
２に進行する場合、電車４が系統１を進行しているとき
に、切替えセクション電圧ＶＮ（・）を、インバータ出
力電圧Ｖｃｏｎ（・）を制御してＶＮ（・）＝ＶＢ
（・）＋Ｖｃｏｎ（・）＝Ｖ１（・）となるようにす
る。次に、電車４が切替えセクション３に進入してから
系統２に移動するまでの間に、インバータ出力電圧Ｖｃ
ｏｎ（・）の位相を調整してＶＮ（・）＝ＶＢ（・）＋
Ｖｃｏｎ（・）＝Ｖ２（・）となるようにする。以上の
動作を、図１４のベクトル図に示す。また、上記とは逆
に電車４が系統２から系統１に進行する場合には、ＶＮ
（・）＝Ｖ２（・）からＶＮ（・）＝Ｖ１（・）となる
よう、インバータ出力電圧を制御する。これにより、電
車４の走行位置に応じて、切替えセクション３の電圧を
始めに走行している系統の電圧から、次に進入する系統
の電圧に滑らかに変化させることができる。

【００４０】図１５にインバータ１３ａと整流器１２ｃ
からなる電力変換装置の具体例を示す。すなわち、整流
器１２ｃは半導体素子１６ａ〜１６ｆと、これらのそれ
ぞれに逆並列接続されたフリーホイーリングダイオード
１７ａ〜１７ｆとからなり、電力系統１０Ｂの交流電力
を直流電力に変換する。この整流器１２ｃにコンデンサ
１５を介して接続されたインバータ１３ａは半導体素子
１６ｇ〜１６ｊと、これらのそれぞれに逆並列接続され
たフリーホイーリングダイオード１７ｇ〜１７ｊとから
なり、直流電力を交流電力に変換する。ここで、整流器
１２ｃの交流側は電力系統１０Ｂではなく、系統１また
は系統２もしくはスコット変圧器１１ｇの一次側の電力
系統１０Ａに接続しても良く、整流器１２ｃをダイオー
ド整流器，サイリスタ整流器または可逆サイリスタ整流
器により構成するようにしても良い。

【００４１】図１６に図１３の変形例を示す。これは、
き電区分所に適用した場合を示し、図１３に示すスコッ
ト変圧器１１ｇが省略されている点が特徴である。その
ため、系統電圧Ｖ１（・），Ｖ２（・）が図１３では９
０度位相が異なっていたが、ここでは図１７に示すよう
に任意の位相となっており、その振幅も異なっている。
しかし、切替えセクション電圧の作り方や、電車の走行
位置に伴うインバータ電圧の調整方法は図１３と全く同
様なので詳細は省略する。また、インバータ１３ａと整
流器１２ｃからなる電力変換装置の具体例として、図１
５に示すものを使用できることも勿論である。

【００４２】図１８はこの発明の第１０実施例（請求項
１０相当）を示す構成図で、き電変電所に適用した例で
ある。図１９はその動作を説明するベクトル図である。
この実施例の特徴は、系統１，系統２の交流電圧から、
その中間またはその近辺の位相を持つ交流電圧を作る場
合の、その作り方にある。すなわち、き電変電所のスコ
ット変圧器１１ｇにて作られた２つの独立する単相電圧
Ｖ１（・），Ｖ２（・）は、変圧器（トランス）１１ｇ
の構成から、位相が９０度異なっていることになる。

【００４３】そこで、まず変圧器１１ｄにより、系統１
の電圧Ｖ１（・）から同位相で振幅が半分の電圧Ｖ１２
（・）を、図１９のように作る。同様に変圧器（トラン
ス）１１ｅにより、系統２の電圧Ｖ２（・）から同位相
で振幅が半分の電圧Ｖ２２（・）を、図１９のように作
ってこれらを加算することで、系統１，系統２の交流電
圧の中間の位相を持つ電圧ＶＢ（・）を得ることができ
る。そして、このＶＢ（・）とインバータ出力電圧Ｖｃ
ｏｎ（・）とを加算した電圧を切替えセクション３に印
加し、インバータ出力電圧Ｖｃｏｎ（・）を調整するこ
とで、電車４の走行位置に応じて切替えセクション３の
電圧を、始めに走行している系統の電圧から、次に進入
する系統の電圧に滑らかに変化させることができる。

【００４４】図２０はこの発明の第１１実施例（請求項
１１相当）を示す構成図で、き電区分所に適用した例を
示す。すなわち、変圧器１１ｅにより、系統２の電圧Ｖ
２（・）から、同位相で振幅を半分にした電圧Ｖ２２
（・）を作る一方、変圧器（トランス）１１ｄにより、
系統１の電圧Ｖ１（・）から、同位相で振幅を半分にし
た電圧Ｖ１２（・）を作る。次に、Ｖ１２（・）からＶ
２２（・）を減算し、変圧器１１ｅの２次側を系統２に
接続することで、系統１と系統２の交流電圧の中間の位
相を持つ電圧ＶＢ（・）を作るようにする。これを、ベ
クトル図として示すのが図２１である。つまり、図１９
ではＶ１（・），Ｖ２（・）は９０度位相が異なってい
たが、ここでは図２１に示すように任意の位相となって
おり、その振幅も異なっている。なお、電車の走行位置
に伴うインバータ電圧の調整方法は、図１８と全く同様
である。

【００４５】図２２に図２０の変形例を示す。これは、
図２０と同様であるが、変圧器１１ｅにより、系統２の
電圧Ｖ２（・）から、同位相で振幅を半分にした電圧Ｖ
２２（・）を作る一方、変圧器（トランス）１１ｄによ
り、系統１の電圧Ｖ１（・）から、同位相で振幅を半分
にした電圧Ｖ１２（・）を作る。次に、Ｖ２２（・）か
らＶ１２（・）を減算し、変圧器１１ｄの２次側を系統
１に接続することで、系統１と系統２の交流電圧の中間
の位相を持つ電圧ＶＢ（・）を作るようにする。これ
を、ベクトル図として示すのが図２３である。その他
は、図２０と同様である。

【００４６】図２４はこの発明の第１２実施例（請求項
１２相当）を示す構成図で、き電区分所に適用した例で
ある。ここでは、系統１と系統２の間に単巻線変圧器
（トランス）１１ｈを接続し、その両端に電圧Ｖ１
（・），Ｖ２（・）を印加する。この単巻線変圧器１１
ｈのＡ−Ｃ間とＣ−Ｂ間の巻数比を１：１にする点、つ
まり単巻線変圧器１１ｈの中間タップから電圧を引き出
すと、系統２の電圧Ｖ２（・）を半分にした電圧と、系
統１の電圧Ｖ１（・）を半分にした電圧とを加算した電
圧ＶＢ（・）が、図２５のように得られることになる。
そして、このＶＢ（・）とインバータ出力電圧Ｖｃｏｎ
（・）とを加算した電圧を切替えセクション３に印加
し、インバータ出力電圧Ｖｃｏｎ（・）を調整すること
で、電車４の走行位置に応じて切替えセクション３の電
圧を、始めに走行している系統の電圧から、次に進入す
る系統の電圧に滑らかに変化させることができる。

【００４７】ここで、基本的に図１，図９のような構成
でインバータ１３が分担すべき電圧と、基本的に図１３
や図１６のような構成でインバータ１３ａが分担すべき
電圧とを比較すると、後者の方が小さくて済み、その分
だけインバータ容量を小さくし得るという利点を持つこ
とが知られている。すなわち、図１などでインバータ１
３が分担すべき電圧Ｖｃｏｎ（・）は図３に示すように
なり、図１６などでインバータ１３ａが分担すべき電圧
Ｖｃｏｎ（・）は図１７に示すようになるので、例えば
系統１の電圧Ｖ１と系統２の電圧Ｖ２について、Ｖ１＝
Ｖ２＝３０ＫＶ、負荷電流＝１ＫＡとし、電圧Ｖ１と電
圧Ｖ２の位相差をφとすると、図１の場合のインバータ
容量は、３０・（２ー２・ｃｏｓφ）^1/2（ＫＶ）・１（ＫＡ）となる。これに対し、図１６の場合のインバータ容量
は、３０・（２ー２・ｃｏｓφ）^1/2（ＫＶ）・１（ＫＡ）
／２となる。つまり、後者は前者の半分（５０％）で済むこ
ととなり、インバータ容量を大幅に低減し得るというわ
けである。

【００４８】

【発明の効果】この発明によれば、交流き電系統のき電
区分点において、電車へのき電がストップすることがな
いため、電車走行の自由度が増し運用が容易となる利点
が得られる。また、き電ストップ後の再き電に伴う負荷
突流がないため、系統擾乱を防ぐことができる。さらに
は、遮断器を繰り返し投入，開放することなどがないた
め、遮断器の寿命を短くすることもなく、これによる故
障を引き起こすことも無いことからシステムの信頼性を
著しく高めることができる。特に、同一セクションにお
いて請求項９〜１２の発明のインバータを適用した場合
は、請求項１〜８の発明のインバータを適用した場合よ
り、その分担すべき電圧が小さくできるので、インバー
タ容量を大幅に低減することが可能になるという利点も
ある。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の第１実施例を示す概要図である。

【図２】図１の電圧関係を説明する説明図である。

【図３】図２の電圧関係を示すベクトル図である。

【図４】この発明の第２実施例を示す構成図である。

【図５】図４の変形例を示す構成図である。

【図６】この発明の第３実施例を示す構成図である。

【図７】この発明の第４実施例を示す構成図である。

【図８】この発明の第５実施例を示す構成図である。

【図９】この発明の第６実施例を示す構成図である。

【図１０】この発明の第７実施例を示す構成図である。

【図１１】図９の具体例を示す回路図である。

【図１２】この発明の第８実施例を示す構成図である。

【図１３】この発明の第９実施例を示す構成図である。

【図１４】図１３の動作を説明するためのベクトル図で
ある。

【図１５】図１３で用いる電力変換装置の具体例を示す
構成図である。

【図１６】図１３の変形例を示す構成図である。

【図１７】図１６の動作を説明するためのベクトル図で
ある。

【図１８】この発明の第１０実施例を示す構成図であ
る。

【図１９】図１８の動作を説明するためのベクトル図で
ある。

【図２０】この発明の第１１実施例を示す構成図であ
る。

【図２１】図２０の動作を説明するためのベクトル図で
ある。

【図２２】図２０の変形例を示す構成図である。

【図２３】図２２の動作を説明するためのベクトル図で
ある。

【図２４】この発明の第１２実施例を示す構成図であ
る。

【図２５】図２４の動作を説明するためのベクトル図で
ある。

【図２６】き電区分点の例を示す概要図である。

【図２７】図２６の電圧関係を示すベクトル図である。

【符号の説明】

１，２，１０Ａ，１０Ｂ…系統、３…切替セクション、
４…電車、５ａ，５ｂ…遮断器、１１，１１ａ，１１
ｂ，１１ｃ，１１ｄ，１１ｅ，１１ｆ，１１ｈ，１４…
トランス、１２，１２ａ，１２ｂ…整流器、１３，１３
ａ…インバータ、１５…コンデンサ、１８…レール、２
１ａ，２１ｂ…自励式コンバータ、５１ａ，５１ｂ…電
圧検出器、５２…減算器、５３，６３…乗算器、５４，
６５…ストップ指令器、５５，６４…ソフトストップ演
算器、５６…パルス成形器、５７…スタート指令器、５
８…ソフトスタート演算器、６１…加算器、６２…電圧
調節器、６６…ゼロホールド回路、７０，７１…出力制
限器、８０…直流電圧検出器、８１…割算器、１０１〜
１０３…電圧源。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】交流電力系統を一定区間に区切って電車
にき電する送電系統に、き電区分点に隣接する第１，第
２の単相交流系統の混触を防止してき電切り替えを行な
うため、第１，第２系統から分離された切替セクション
を備え、第１，第２系統のいずれか一方、またはこれら以外の交
流系統から交流電圧を受けてこれを整流器により整流
し、この整流された直流をもとにインバータを介して交
流電圧を発生させ、その出力電圧で前記第１系統または
第２系統に直列接続された直列トランスの２次側を励磁
し、この直列トランスの１次側電圧に第１系統または第
２系統の電圧を加算して前記切替セクションに印加する
構成とし、電車が第１系統から第２系統に進行する場合
には、電車が切替セクションに進入する前に、その切替
セクションの電圧を前記インバータの制御によって第１
系統の交流電圧に一致させておき、電車が切替セクショ
ンに進入してから第２系統に進入するまでの間に電圧を
徐々に変化させ、切替セクションの電圧を第２系統の電
圧に一致させた上で第２系統に電車が進入するようにす
る一方、電車が第２系統から第１系統に進行する場合に
は、上記と逆の電圧調整を行なうことを特徴とする切替
セクション電圧調整方法。
【請求項２】前記第１，第２系統のうち前記切替セク
ションに電圧を供給しない側の系統（Ｂ系統）から、前
記切替セクションに電圧を供給する側の系統（Ａ系統）
へと電車が進入する際は、Ａ系統，Ｂ系統の交流電圧を
検出してＢ系統の検出電圧からＡ系統の検出電圧を減算
し、この減算結果を、電車が切替セクションに入ってい
る一定時間内にゲインを１から０に徐々に変化させる出
力制限器に入力し、この出力制限器の出力を前記インバ
ータの出力電圧目標値として制御を行なうことを特徴と
する請求項１に記載の切替セクション電圧調整方法。
【請求項３】前記切替セクションに電車が進入する前
に、電車が既に走行しているＢ系統の電圧と切替セクシ
ョン電圧とを精度良く一致させるため、電車の切替セク
ション進入前にＢ系統の検出電圧を指令値とし切替セク
ションの電圧を検出値とする電圧調節器を動作させ、そ
の出力を前記減算結果に加算し、電車が切替セクション
進入後に、前記電圧調節器の出力を漸次絞り込み、その
機能を停止させることを特徴とする請求項２に記載の切
替セクション電圧調整方法。
【請求項４】前記第１，第２系統のうち前記切替セク
ションに電圧を供給する側の系統（Ａ系統）から、前記
切替セクションに電圧を供給しない側の系統（Ｂ系統）
へと電車が進入する際は、Ａ系統，Ｂ系統の交流電圧を
検出してＡ系統の検出電圧からＢ系統の検出電圧を減算
し、この減算結果を、電車が切替セクションに入ってい
る一定時間内にゲインを０から１に徐々に変化させる出
力制限器に入力し、この出力制限器の出力を前記インバ
ータの出力電圧目標値として制御を行なうことを特徴と
する請求項１に記載の切替セクション電圧調整方法。
【請求項５】前記電車が切替セクションから次のＢ系
統へ進入する前に、電車が既に走行している切替セクシ
ョン電圧と次のＢ系統の電圧とを精度良く一致させるた
め、前記出力制限器のゲインを１とした後の電車のＢ系
統への進入前に、Ｂ系統の検出電圧を指令値とし切替セ
クションの電圧を検出値とする電圧調節器を動作させ、
その出力を前記減算結果に加算することを特徴とする請
求項４に記載の切替セクション電圧調整方法。
【請求項６】前記き電区分点で隣接する２つの系統に
整流器を設けてその直流回路を接続し、系統に直列加算
するインバータ電圧をこの直流回路から生成することを
特徴とする請求項１に記載の切替セクション電圧調整方
法。
【請求項７】前記整流器を自励式コンバータとし、こ
の自励式コンバータによりその交流側の無効電力制御を
して受電電圧制御を行なうことを特徴とする請求項１ま
たは６に記載の切替セクション電圧調整方法。
【請求項８】前記自励式コンバータにより隣接する２
つの系統の電力を一方から他方、または双方向に融通可
能にしたことを特徴とする請求項６に記載の切替セクシ
ョン電圧調整方法。
【請求項９】交流電力系統を一定区間に区切って電車
にき電する送電系統に、き電区分点に隣接する第１，第
２の単相交流系統の混触を防止してき電切り替えを行な
うため、第１，第２系統から分離された切替セクション
を備え、前記第１，第２系統の交流電圧から第１，第２系統の交
流電圧の中間またはその近傍の位相を持つ交流電圧を作
り、この交流電圧に対し第１，第２系統のいずれか一方
または双方、もしくはこれら以外の交流系統から交流電
圧を受け、これを整流器により整流した直流電圧からイ
ンバータを介して得た交流電圧を加算して前記切替セク
ションに印加する構成とし、電車が第１系統から第２系
統に進行する場合には、電車が切替セクションに進入す
る前に、その切替セクションの電圧を前記インバータの
制御によって第１系統の交流電圧に一致させておき、電
車が切替セクションに進入してから第２系統に進入する
までの間にインバータ電圧を変化させ、切替セクション
の電圧を第２系統の電圧に一致させた上で第２系統に電
車が進入するようにする一方、電車が第２系統から第１
系統に進行する場合には、上記と逆の電圧調整を行なう
ことを特徴とする切替セクション電圧調整方法。
【請求項１０】前記第１，第２系統の交流電圧から第
１，第２系統の交流電圧の中間またはその近傍の位相を
持つ交流電圧を作るに当たり、第１系統の交流電圧から
トランスを介して得た同一位相で振幅が半分またはその
近辺の交流電圧と、第２系統の交流電圧からトランスを
介して得た同一位相で振幅が半分またはその近辺の交流
電圧とを加算して作ることを特徴とする請求項９に記載
の切替セクション電圧調整方法。
【請求項１１】前記第１，第２系統の交流電圧から第
１，第２系統の交流電圧の中間またはその近傍の位相を
持つ交流電圧を作るに当たり、第１系統の交流電圧から
トランスを介して得た同一位相で振幅が半分またはその
近辺の交流電圧と、第２系統の交流電圧からトランスを
介して得た同一位相で振幅が半分またはその近辺の交流
電圧とを減算し、これに前記第１，第２系統のいずれか
一方の交流電圧を加算して作ることを特徴とする請求項
９に記載の切替セクション電圧調整方法。
【請求項１２】前記第１，第２系統の交流電圧から第
１，第２系統の交流電圧の中間またはその近傍の位相を
持つ交流電圧を作るに当たり、第１系統と第２系統間に
単巻線トランスを接続し、この単巻線トランスの中間ま
たはその近辺のタップを介して作ることを特徴とする請
求項９に記載の切替セクション電圧調整方法。