車両用電力変換器の制御装置

トップ :: B 処理操作運輸 :: B60 車両一般

【発明の名称】	車両用電力変換器の制御装置
【発明者】	【氏名】鈴木優人【氏名】安田高司【氏名】安藤武【氏名】仲田清
【要約】	【課題】回生運転時の高電圧制御においては、一編成車両を制御する複数台の制御装置間に制御のアンバランスが発生する。この制御のアンバランスを抑制することにある。【解決手段】直流架線１から供給される直流電力を平滑化するリアクトル２とコンデンサ３から成る平滑回路を備え、直流電力を交流電力に変換する複数台のインバータ装置４と、インバータ装置毎に駆動される誘導電動機８と、複数台のインバータ装置を個別に制御する複数台の群制御装置１２から成る車両用電力変換器の制御装置において、これらの群制御装置に共通な情報を出力する主制御装置１１を備えると共に、主制御装置に電圧演算部１１１を設け、複数台の群制御装置が検出した平滑回路のコンデンサ電圧の内最大値を基準にして各々の群制御装置の高電圧制御開始電圧を個別に設定し、全ての群制御装置が同時に高電圧制御を行う。

【特許請求の範囲】
【請求項１】直流架線から供給される直流電力を平滑化するリアクトルとコンデンサから成る平滑回路を備え、前記直流電力を交流電力に変換する複数台のインバータ装置と、該インバータ装置毎に駆動される誘導電動機と、前記複数台のインバータ装置を個別に制御する複数台の群制御装置から成る車両用電力変換器の制御装置において、前記複数台の制御装置とは別にこれらの群制御装置に共通な情報を出力する主制御装置を備えると共に、前記主制御装置に前記群制御装置の入力情報或いは制御情報のアンバランスを検出し、該アンバランスに応じて回生時の高電圧制御開始電圧を前記群制御装置毎に個別に設定する手段を設けることを特徴とする車両用電力変換器の制御装置。
【請求項２】請求項１において、前記高電圧制御開始電圧を設定する手段は、前記複数台の群制御装置が検出した前記平滑回路のコンデンサ電圧の内最大値を基準にして高電圧制御開始電圧を個別に調整することを特徴とする車両用電力変換器の制御装置。
【請求項３】請求項１において、前記高電圧制御開始電圧を設定する手段は、前記複数台の群制御装置の回生時の電流からアンバランスを検出し、高電圧制御開始電圧を個別に調整することを特徴とする車両用電力変換器の制御装置。
【請求項４】請求項２または請求項３において、前記高電圧制御開始電圧の調整は、インバータ装置がゲートストップしている状態のとき、実行することを特徴とする車両用電力変換器の制御装置。

【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、車両用電力変換器の制御装置に係り、特に、複数台の群制御装置によって一編成車両を制御するシステムにおける回生運転時の高電圧制御の技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来の直流電気車用インバータ制御装置では、電圧検出器から出力される平滑回路のコンデンサ電圧（以下、フィルタコンデンサ電圧と呼ぶ。）を制御装置に設けたアナログ／デジタル変換回路（以下、Ａ／Ｄ変換回路と呼ぶ。）を介して取り込み、これに基づいて制御を行っている。従来の直流電気車用インバータ装置の制御装置を図６に示す。図中、１は直流架線、２ａ，２ｂ，３ａ，３ｂは直流電力を平滑化するフィルタリアクトルとフィルタコンデンサ、４ａ，４ｂはインバータ装置、５ａ，６ａ，７ａ，５ｂ，６ｂ，７ｂは電動機の各相電流を検出する電流検出器、８ａ，８ｂは誘導電動機、９ａ，９ｂは速度信号発生器、１０ａ，１０ｂはフィルタコンデンサ電圧を検出する電圧検出器、１２ａ，１２ｂはインバータ装置４ａ，４ｂを駆動する制御装置、１３はノッチ信号を出力する主幹制御装置である。また、制御装置１２ａ（１２ｂは同様のため省略する。）は、フィルタコンデンサ電圧Ｅｃｆａをデジタル量に変換するアナログ／デジタル変換器（以下、Ａ／Ｄ変換回路と略称する。）１２６と、このＡ／Ｄ変換回路１２６の出力Ｅｃｆ１に基づいて回生運転時のトルク電流絞り量Δｉｑを出力する高電圧制御部１２７と、主幹制御装置１３から出力されるノッチ信号に従って起動、停止のシーケンス情報Ｓｓｑを出力するシーケンス制御部１１３と、電流検出器５ａ，６ａ，７ａの出力ｉｕ，ｉｖ，ｉｗから励磁分電流ｉｄとトルク分電流ｉｑを算出する電流演算部１２４と、速度信号発生器９ａから出力される速度信号Ｓｐからロータ周波数Ｆｒを算出する速度演算部１２５と、Ａ／Ｄ変換回路１２６、高電圧制御部１２７、シーケンス制御部１１３、電流演算部１２４、速度演算部１２５の出力に従って制御演算を行うベクトル演算部１２２と、ベクトル制御演算部１２２から出力される電圧指令Ｖｃと偏角δとインバータ周波数指令Ｆｉに従ってＰＷＭパルス信号Ｓｐｗｍを出力するＰＷＭ演算部１２３から成る。図７において、従来の制御装置における回生運転時は、電圧検出器１０ａ，１０ｂで検出したフィルタコンデンサ電圧Ｅｃｆａ，Ｅｃｆｂをそれぞれの制御装置１２ａ，１２ｂで取り込み、電圧が所定の値Ｅｃｆｍａｘを越えた場合、トルク電流絞り量Δｉｑａを出力して回生電力を制限する高電圧制御を行っている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来の制御装置が複数台で構成される一編成車両を考えた場合、前記Ａ／Ｄ変換回路等のバラツキによりフィルタコンデンサ電圧の検出値に誤差が生じ、制御にアンバランスが発生する。例えば、回生運転時の高電圧制御においては、検出したフィルタコンデンサ電圧に誤差があると、図７に示すように、高電圧制御開始電圧を同じ値に設定していても、高電圧制御を行う制御装置と行わない制御装置に別れ、制御装置間で動作が異なってしまう。このようなアンバランスが発生すると、全電力を回生しているインバータ装置の回生電力により、回生電力を抑制しているインバータ装置のフィルタコンデンサ電圧が上昇して過電圧保護動作に至ってしまうといった問題や、全電力を回生しているインバータ装置により駆動される車輪が滑走状態に陥るといった問題がある。
【０００４】本発明の課題は、回生運転時に一編成車両を制御する複数台の制御装置間に発生する制御アンバランスを抑制するに好適な車両用電力変換器の制御装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記課題は、一編成車両を制御する複数台の群制御装置とは別に１台の主制御装置を設け、この主制御装置によって複数台の群制御装置の高電圧制御開始電圧を個別に調整して、全ての制御装置が同時に高電圧制御を行うことにより、解決される。ここで、調整の際に、複数台の群制御装置が検出した平滑回路のコンデンサ電圧の内最大値を基準とする。
【０００６】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面を用いて説明する。図１は、本発明の一実施形態による車両用電力変換器の制御装置を示し、ここでは、２群構成の直流車両用インバータ装置の制御装置を示す。なお、図１において図５と同記号のものは同意のため、説明を省略する。また、制御装置１２ｂについては制御装置１２ａと同様のため説明を省略する。図１において、１１は主制御装置であり、２台のインバータ装置４ａ，４ｂにそれぞれ対応する２台の制御装置１２ａ，１２ｂに共通する情報を取り扱う。また、主制御装置１１と制御装置１２ａは通信部１１２及び１２１を介してシリアル通信で情報の授受を行う。まず、主制御装置１１の電圧演算部１１１は、制御装置１２ａから伝送されるフィルタコンデンサ電圧の検出値Ｅｃｆ１、制御装置１２ｂから伝送されるフィルタコンデンサ電圧の検出値Ｅｃｆ２（図示せず）を受信し、フィルタコンデンサ電圧の検出値の最も大きい値を基準にその差を求める。例えば、ここではＥｃｆ２が大きいと仮定すると、（数１）により差電圧ΔＥｃｆ１２を求め、（数２）によりそれぞれの高電圧制御開始電圧Ｅｃｆｍａｘ１，Ｅｃｆｍａｘ２を決定する。この結果は、シーケンス制御部１１３の出力Ｓｓｑがゲートストップ状態の間に各制御装置１２ａ，１２ｂに対して送信する。
ΔＥｃｆ１２＝Ｅｃｆ２－Ｅｃｆ１（数１）
Ｅｃｆｍａｘ１＝Ｅｃｆｍａｘ－ΔＥｃｆ１２Ｅｃｆｍａｘ２＝Ｅｃｆｍａｘ（数２）
【０００７】次に、制御装置１２ａの高電圧制御部１２７は、図２に示すように、フィルタコンデンサ電圧検出値Ｅｃｆ１と受信した高電圧制御開始電圧Ｅｃｆｍａｘ１の偏差ΔＥｃｆをリミット手段１２７１で０≦ΔＥｃｆとなるようにリミットし、その後、比例積分器１２７２により、偏差ΔＥｃｆをトルク電流絞り量Δｉｑａに変換して出力する。
【０００８】図３は、制御装置１２ａのベクトル制御演算部１２２の構成を示す。図３の電流指令発生部１２２１はＡ／Ｄ変換回路１２６から出力されるフィルタコンデンサ電圧Ｅｃｆ１と通信部１２１を介して得られるシーケンス情報Ｓｓｑ及び後述の周波数演算部１２２５から出力されるインバータ周波数Ｆｉに基づいて励磁電流指令ｉｄｐとトルク電流指令ｉｑｐを出力する。減算手段１２２２はこのトルク電流指令ｉｑｐからトルク電流指令絞り量Δｉｑａを減算し、電流制御部１２２３に入力するトルク電流指令ｉｑｐａとする。電流制御部１２２３は励磁電流指令ｉｄｐとトルク電流指令ｉｑｐａ及び図１に示す電流演算部１２４から出力される実際の励磁電流ｉｄとトルク電流ｉｑに基づいて最終的な励磁電流指令ｉｄ*とトルク電流指令ｉｑ*を出力する。電圧ベクトル演算部１２２４はこの最終的な励磁電流指令ｉｄ*とトルク電流指令ｉｑ*及びフィルタコンデンサ電圧Ｅｃｆ１からＰＷＭ演算に必要な電圧指令Ｖｃと偏角δを算出する。また、周波数演算部１２２５は励磁電流指令ｉｄ*とトルク電流指令ｉｑ*及び図１に示す速度演算部１２５から出力されるロータ周波数ＦｒからＰＷＭ演算に必要な周波数指令Ｆｉを算出する。
【０００９】以上説明した高電圧制御部１２７及びベクトル制御演算部１２２により、図４に示すように、回生運転時にフィルタコンデンサ電圧検出値Ｅｃｆ１がＥｃｆ１＞Ｅｃｆｍａｘ１となると、トルク電流指令ｉｑｐａは図示のように絞られ、この結果、フィルタコンデンサ電圧Ｅｃｆａは一定に抑制される。更に、前述のように制御装置１２ａと１２ｂでは、図５に示すように、高電圧制御開始電圧Ｅｃｆｍａｘ１，Ｅｃｆｍａｘ２を予め偏差ΔＥｃｆ１２だけづらして設定しているため、トルク電流指令絞り量ΔｉｑａとΔｉｑｂは等しくなり、制御装置間で制御のアンバランスが発生しない。
【００１０】このように、本実施形態では、回生運転時に制御装置間に制御のアンバランスが発生しないため、過電圧保護等の問題が発生さしない。また、ブレーキ力のアンバランスにより全電力を回生しているインバータ装置により駆動される車輪が滑走状態に陥るといった問題も発生しない。
【００１１】ところで、図１の実施形態では、フィルタコンデンサ電圧検出値の差から差電圧ΔＥｃｆ１２を求めたが、（数３）に示すように、各群制御装置１２ａ，１２ｂのトルク電流絞り量Δｉｑａ，Δｉｑｂを主制御装置１１に送信し、電圧演算部１１１ではこの差に応じて差電圧ΔＥｃｆ１２を求めるようにしても良い。これにより、各群制御装置１２ａ，１２ｂのブレーキ力を直接検出できるため、より細かなアンバランス補正が可能となる。
ΔＥｃｆ１２＝ｋ（Δｉｑｂ－Δｉｑａ）（数３）
ここで、ｋは係数【００１２】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、回生運転時に制御装置間に制御のアンバランスが発生しないため、過電圧保護等の問題の発生を防ぐことができ、また、ブレーキ力のアンバランスにより全電力を回生しているインバータ装置により駆動される車輪が滑走状態に陥るといった問題を回避することができる。また、回生運転時に複数台の制御装置の高電圧制御開始電圧を個別に調整する際に、検出電圧の最大値を基準とすることにより、インバータ装置の負担を軽減することができる。

【出願人】	【識別番号】０００００５１０８【氏名又は名称】株式会社日立製作所
【出願日】	平成１１年１１月２５日（１９９９．１１．２５）
【代理人】	【識別番号】１０００９９３０２【弁理士】【氏名又は名称】笹岡茂（外１名）
【公開番号】	特開２００１－１５７３０３（Ｐ２００１－１５７３０３Ａ）
【公開日】	平成１３年６月８日（２００１．６．８）
【出願番号】	特願平１１－３３３７９３