(57)【要約】      （修正有）【課題】複数のフィルタコンデンサの各々の電圧を検出する複数の電圧検出器の検出電圧の間に検出誤差が生じても、複数の電力変換器をバランス良く制御すること。【解決手段】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を含む複数の平滑回路と、複数の平滑回路を介して供給される直流電力を交流電力に変換する複数の電力変換器と、複数の電力変換器の各々の出力電流を検出する複数の電流検出器と、複数の平滑回路に属する各フィルタコンデンサの電圧を検出する複数の電圧検出器と、各電流検出器の検出電流と各電圧検出器の検出電圧を基に複数の電力変換器を制御する制御装置と、を備え、各電力変換器が各主電動機に接続される電力変換制御装置であって、制御部は、各制御部共通の電圧検出値を算出する算出部が存在する場合、算出部の算出による共通の電圧検出値と速度情報を基に電流指令生成処理又は惰行制御処理を実行する。【選択図】図１
2020108232.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電源から供給される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を含む複数の平滑回路と、前記複数の平滑回路の各々を介して供給される直流電力を交流電力に変換する複数の電力変換器と、前記複数の電力変換器の各々の出力電流を検出する複数の電流検出器と、前記複数の平滑回路の各々に属する前記フィルタコンデンサの電圧を検出する複数の電圧検出器と、前記複数の電流検出器の各々の検出電流と前記複数の電圧検出器の各々の検出電圧を基に前記複数の電力変換器を制御する制御装置と、を備え、前記複数の電力変換器の各々が複数の主電動機の各々に接続される電力変換制御装置であって、
前記複数の電力変換器の各々を制御する複数の制御部を有し、
前記複数の制御部の各々は、
前記複数の電圧検出器の各々の検出電圧を基に前記複数の制御部の各々に共通の電圧検出値を算出する算出部が存在する場合、前記算出部の算出による前記共通の電圧検出値と速度情報を基に電流指令生成処理又は惰行制御処理のうち少なくとも一つの処理を実行することを特徴とする電力変換制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載の電力変換制御装置であって、
前記複数の制御部の各々は、
前記算出部が存在しない場合、前記複数の電圧検出器の各々の検出電圧を基に前記複数の制御部の各々に共通の電圧検出値を算出し、当該算出による前記共通の電圧検出値を、前記算出部の算出による前記共通の電圧検出値の代わりに入力することを特徴とする電力変換制御装置。
【請求項３】
請求項１に記載の電力変換制御装置であって、
前記複数の制御部の中の一つの制御部は、
前記算出部が存在しない場合、前記複数の電圧検出器の各々の検出電圧を基に前記複数の制御部の各々に共通の電圧検出値を算出し、当該算出による前記共通の電圧検出値を、前記算出部の算出による前記共通の電圧検出値の代わりに入力すると共に、前記算出による前記共通の電圧検出値を前記複数の制御部の中の他の制御部に転送し、
前記他の制御部は、
前記一つの制御部から転送された前記算出による前記共通の電圧検出値を、前記算出部の算出による前記共通の電圧検出値の代わりに入力することを特徴とする電力変換制御装置。
【請求項４】
請求項１、２、３のうちいずれか１項に記載の電力変換制御装置であって、
前記複数の制御部の各々は、
前記複数の主電動機の各々が永久磁石同期モータで構成される場合、前記電流指令生成処理により、ｄ軸電流指令値とｑ軸電流指令値を生成することを特徴とする電力変換制御装置。
【請求項５】
請求項１、２、３のうちいずれか１項に記載の電力変換制御装置であって、
前記複数の制御部の各々は、
前記複数の主電動機の各々が永久磁石同期モータで構成される場合、前記惰行制御処理では、前記惰行制御処理の開始タイミング又は終了タイミングのうち少なくとも一方のタイミングを決定することを特徴とする電力変換制御装置。
【請求項６】
請求項１、２、３、４、５のうちいずれか１項に記載の電力変換制御装置であって、
前記共通の電圧検出値は、前記複数の電圧検出器の各々の検出電圧の平均値であることを特徴とする電力変換制御装置。
【請求項７】
直流電源から供給される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を含む複数の平滑回路と、前記複数の平滑回路の各々を介して供給される直流電力を交流電力に変換する複数の電力変換器と、前記複数の電力変換器の各々の出力電流を検出する複数の電流検出器と、前記複数の平滑回路の各々に属する前記フィルタコンデンサの電圧を検出する複数の電圧検出器と、前記複数の電流検出器の各々の検出電流と前記複数の電圧検出器の各々の検出電圧を基に前記複数の電力変換器を制御する制御装置と、を備え、前記複数の電力変換器の各々が複数の主電動機の各々に接続される電力変換制御装置における制御方法であって、
前記複数の電力変換器の各々を制御する複数の制御部の各々が、前記複数の電圧検出器の各々の検出電圧を基に前記複数の制御部の各々に共通の電圧検出値を算出する算出ステップが存在する場合、前記算出ステップでの算出による前記共通の電圧検出値と速度情報を基に電流指令生成処理又は惰行制御処理のうち少なくとも一つの処理を実行する処理ステップを有することを特徴とする電力変換制御方法。
【請求項８】
請求項７に記載の電力変換制御方法であって、
前記複数の制御部の各々は、
前記処理ステップでは、前記算出ステップが存在しない場合、前記複数の電圧検出器の各々の検出電圧を基に前記複数の制御部の各々に共通の電圧検出値を算出し、当該算出による前記共通の電圧検出値を、前記算出ステップでの算出による前記共通の電圧検出値の代わりに入力することを特徴とする電力変換制御方法。
【請求項９】
請求項７に記載の電力変換制御方法であって、
前記複数の制御部の中の一つの制御部は、
前記処理ステップでは、前記算出ステップが存在しない場合、前記複数の電圧検出器の各々の検出電圧を基に前記複数の制御部の各々に共通の電圧検出値を算出し、当該算出による前記共通の電圧検出値を、前記算出ステップでの算出による前記共通の電圧検出値の代わりに入力すると共に、前記算出による前記共通の電圧検出値を前記複数の制御部の中の他の制御部に転送し、
前記他の制御部は、
前記処理ステップでは、前記一つの制御部から転送された前記算出による前記共通の電圧検出値を、前記算出ステップでの算出による前記共通の電圧検出値の代わりに入力することを特徴とする電力変換制御方法。
【請求項１０】
請求項７、８、９のうちいずれか１項に記載の電力変換制御方法であって、
前記複数の制御部の各々は、
前記処理ステップでは、前記複数の主電動機の各々が永久磁石同期モータで構成される場合、前記電流指令生成処理により、ｄ軸電流指令値とｑ軸電流指令値を生成することを特徴とする電力変換制御方法。
【請求項１１】
請求項７、８、９のうちいずれか１項に記載の電力変換制御方法であって、
前記複数の制御部の各々は、
前記処理ステップでは、前記複数の主電動機の各々が永久磁石同期モータで構成される場合、前記惰行制御処理により、前記惰行制御処理の開始タイミング又は終了タイミングのうち少なくとも一方のタイミングを決定することを特徴とする電力変換制御方法。
【請求項１２】
請求項７、８、９、１０、１１のうちいずれか１項に記載の電力変換制御方法であって、
前記共通の電圧検出値は、前記複数の電圧検出器の各々の検出電圧の平均値であることを特徴とする電力変換制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数台の主電動機に供給する電力を制御する電力変換制御装置及びその方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
複数台の主電動機に電力を供給する電力変換器として、電気車に搭載されたインバータ装置がある。従来の電気車の制御装置として、例えば、電気車の軽負荷回生制御時に各制御ユニットの主電動機電流のアンバランスを抑制できる制御装置が提案されている（特許文献１参照）。この特許文献１には、「電気車を駆動する主電動機を制御するとともに電力回生制御機能を持つ複数の制御ユニット１１ａ〜１１ｎと、各制御ユニットからの情報に基づき列車制御およびモニタリングを行う中央装置１２とを備え、各制御ユニットの平滑回路のフィルタコンデンサ電圧の値にリミットを設けて主電動機の電流を絞り込む軽負荷回生制御を行う際に、中央装置は、各制御ユニットに流れる主電動機電流を入力し各制御ユニットの主電動機電流をユニット数で除した平均値を算出して各制御ユニットに伝送し、各制御ユニットは、主電動機電流が中央装置から伝送されてきた平均値に収束するようにフィルタコンデンサ電圧を補正する。」ことが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開2008-005620号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
電気車を駆動するに際して、複数台の主電動機を電気車に搭載すると共に、各主電動機に対応して、複数台のインバータ装置を搭載し、各インバータ装置を制御装置で制御する構成が採用される。この際、制御装置で、各インバータ装置の直流電力入力端子間に並列接続された各フィルタコンデンサの電圧を基に、各インバータ装置に関する電流指令値を生成したり、各インバータ装置に対する制御を実行したりする場合、各フィルタコンデンサの電圧（端子間電圧）を検出して得られた検出電圧の間に検出誤差が生じると、そのままでは各インバータ装置をバランス良く制御することが困難となる。
【０００５】
この際、特許文献１に記載された手法を電流指令生成処理に適用することが考えられる。しかし、主電動機として、特に、永久磁石同期モータ（ＰＭＳＭ：Ｐｅｒｍａｎｅｎｔ  Ｍａｇｎｅｔ  Ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ  Ｍｏｔｏｒ）を用いる場合、ＰＭＳＭは、リラクタンストルクを有効活用する電動機であることに加えて、インダクタンスが電流の大きさに対して非線形であって、ｄ軸・ｑ軸の電流と電圧との関係が非線形である。このため、特許文献１に記載された手法をそのまま電流指令生成処理に適用することはできない。すなわち、特許文献１に記載された軽負荷回生制御では、電流の振幅だけを各群（１台のインバータ装置と一台の主電動機を含むグループ）で揃えるように調整することで、フィルタコンデンサ電圧の検出誤差の影響を無くせるが、主電動機をＰＭＳＭとした場合、電流指令生成処理では、電流の振幅と位相を両方調整する必要があり、特許文献１の手法は適用できない。
【０００６】
本発明の課題は、複数のフィルタコンデンサの各々の電圧を検出する複数の電圧検出器の検出電圧の間に検出誤差が生じても、複数の電力変換器をバランス良く制御することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明は、直流電源から供給される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を含む複数の平滑回路と、前記複数の平滑回路の各々を介して供給される直流電力を交流電力に変換する複数の電力変換器と、前記複数の電力変換器の各々の出力電流を検出する複数の電流検出器と、前記複数の平滑回路の各々に属する前記フィルタコンデンサの電圧を検出する複数の電圧検出器と、前記複数の電流検出器の各々の検出電流と前記複数の電圧検出器の各々の検出電圧を基に前記複数の電力変換器を制御する制御装置と、を備え、前記複数の電力変換器の各々が複数の主電動機の各々に接続される電力変換制御装置であって、前記複数の電力変換器の各々を制御する複数の制御部を有し、前記複数の制御部の各々は、前記複数の電圧検出器の各々の検出電圧を基に前記複数の制御部の各々に共通の電圧検出値を算出する算出部が存在する場合、前記算出部の算出による前記共通の電圧検出値と速度情報を基に電流指令生成処理又は惰行制御処理のうち少なくとも一つの処理を実行することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、複数のフィルタコンデンサの各々の電圧を検出する複数の電圧検出器の検出電圧の間に検出誤差が生じても、複数の電力変換器をバランス良く制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の第１実施例に係る鉄道車両駆動システムの全体構成を示す構成図である。
【図２】本発明の第１実施例に係る均一化処理部の構成図である。
【図３】鉄道車両の引張力特性の直流電圧依存性の一例を示す特性図であって、（ａ）は、力行最大ノッチにおける、車両速度とモータ軸トルクとの関係を示す特性図であり、（ｂ）は、回生最大ノッチにおける、車両速度とモータ軸トルクとの関係を示す特性図である。
【図４】車両速度とｄ軸電流指令値との関係を示す特性図である。
【図５】車両速度とｑ軸電流指令値との関係を示す特性図である。
【図６】制御装置が力行制御から惰行制御に移行するときのインバータ周波数と惰行制御開始フラグの時間的変化を示す特性図である。
【図７】制御装置が力行制御から惰行制御に移行するときのインバータ周波数と惰行制御開始フラグの時間的変化を示す特性図である。
【図８】本発明の第２実施例に係る鉄道車両駆動システムの全体構成を示す構成図である。
【図９】本発明の第３実施例に係る鉄道車両駆動システムの全体構成を示す構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明に係る実施例を図面に基づいて説明する。
【実施例１】
【００１１】
図１は、本発明の実施例１に係る鉄道車両駆動システムの全体構成を示す構成図である。図１において、鉄道車両駆動システムは、電力変換制御装置と複数の主電動機を含むシステムであって、２台のインバータ装置４ａ、４ｂ、２台の主電動機８ａ、８ｂ、制御装置１５を備えている。インバータ装置４ａの直流電力入力側の一端には、フィルタリアクトル２ａが直列に接続され、インバータ装置４ａの直流電力入力側の両端には、フィルタコンデンサ３ａと電圧検出器９ａが並列に接続される。フィルタリアクトル２ａは、直流電車線（直流架線）１に接続される。
【００１２】
この際、直流電源となる直流電車線１からの直流電力がフィルタリアクトル２ａを介して、フィルタコンデンサ３ａの両端に印加され、インバータ装置４ａの直流電力入力側の両端には、フィルタリアクトル２ａとフィルタコンデンサ３ａを含む平滑回路で平滑化された直流電力が印加される。インバータ装置４ｂの直流電力入力側の一端には、フィルタリアクトル２ｂが直列に接続され、インバータ装置４ｂの直流電力入力側の両端には、フィルタコンデンサ３ｂと電圧検出器９ｂが並列に接続される。フィルタリアクトル２ｂは、直流電車線１に接続される。この際、直流電車線１からの直流電力がフィルタリアクトル２ｂを介して、フィルタコンデンサ３ｂの両端に印加され、インバータ装置４ｂの直流電力入力側の両端には、フィルタリアクトル２ｂとフィルタコンデンサ３ｂを含む平滑回路で平滑化された直流電力が印加される。インバータ装置４ａ、４ｂは、直流電力を可変電圧可変周波数の交流電力に変換し、変換した交流電力をそれぞれ主電動機８ａ、８ｂに出力する電力変換器として構成される。
【００１３】
インバータ装置４ａ、４ｂの負荷となる主電動機８ａ、８ｂは、鉄道車両を駆動する三相交流電動機であって、例えば、永久磁石同期モータ（ＰＭＳＭ）で構成される。永久磁石同期モータは、回転磁界を発生させる固定子コイルと、回転磁界との磁気的な吸引力・反発力で回転する回転子（永久磁石）を有し、固定子コイルが、インバータ装置４ａ、４ｂに接続される。インバータ装置４ａと主電動機８ａとの間には、三相各相の電流を検出する電流検出器５ａ、６ａ、７ａが配置される。インバータ装置４ｂと主電動機８ｂとの間には、三相各相の相電流を検出する電流検出器５ｂ、６ｂ、７ｂが配置される。
【００１４】
制御装置１５は、例えば、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）、メモリ、入出力インタフェース等の情報処理資源を備えたコンピュータ装置で構成される。この際、ＣＰＵは、フィルタコンデンサ３ａの両端電圧を検出する電圧検出器９ａの電圧検出値Ｅｃｆ１と、フィルタコンデンサ３ｂの両端電圧を検出する電圧検出器９ｂの電圧検出値Ｅｃｆ２とをそれぞれ電圧情報として、各電圧検出器９ａ、９ｂから取り込む。さらに、ＣＰＵは、電流検出器５ａ、６ａ、７ａの検出による相電流検出値ｉｕ、ｉｖ、ｉｗ及び電流検出器５ｂ、６ｂ、７ｂの検出による相電流検出値ｉｕ、ｉｖ、ｉｗをそれぞれ電流情報として、各電流検出器５ａ、６ａ、７ａ及び各電流検出器５ｂ、６ｂ、７ｂから取り込み、各電圧情報及び各電流情報を基に各インバータ装置４ａ、４ｂを制御するための処理を実行する。
【００１５】
例えば、ＣＰＵは、電流検出器５ａ、６ａ、７ａの検出による相電流検出値ｉｕ、ｉｖ、ｉｗをｄ−ｑ軸座標系のｄ軸電流と、ｑ軸電流に変換する座標変換処理を実行する。この後、ＣＰＵは、ｄ軸電流指令値とｄ軸電流とのｄ軸電流偏差、及びｑ軸電流指令値とｑ軸電流とのｑ軸電流偏差をそれぞれ演算し、各演算結果を基にd軸電圧指令値とｑ軸電圧指令値を演算する。さらに、ＣＰＵは、各演算結果を基に、静止座標系の三相電圧指令値を演算し、この演算結果を基にインバータ装置４ａを制御するための制御信号Ｓｐｗｍ１を生成し、生成した制御信号Ｓｐｗｍ１をインバータ装置４ａに出力し、インバータ装置４ａの出力電力を制御する。
【００１６】
また、ＣＰＵは、電流検出器５ｂ、６ｂ、７ｂの検出による相電流検出値ｉｕ、ｉｖ、ｉｗをｄ−ｑ軸座標系のｄ軸電流と、ｑ軸電流に変換する座標変換処理を実行し、座標変換処理の結果を基に、インバータ装置４ｂを制御するための制御信号Ｓｐｗｍ２を生成し、生成した制御信号Ｓｐｗｍ２をインバータ装置４ｂに出力し、インバータ装置４ｂの出力電力を制御する。なお、ｄ軸は、磁極位置（磁束）の方向を示し、ｑ軸は、電気的にｄ軸に直交する方向を示す。主電動機８ａであるＰＭＳＭの回転子（永久磁石）が回転すると、ｄ−ｑ軸座標系も回転するので、静止座標系からの位相θを、磁極の位置として電流から推定することができる。
【００１７】
この際、ＣＰＵは、メモリに格納された各種プログラムを実行することで、その機能を実現することができる。本実施例では、例えば、プログラムとして、統括制御部１１、制御部１０ａ、１０ｂを備えている。統括制御部１１は、制御部１０ａ、１０ｂ全体を統括制御する機能を有すると共に、均一化処理部１２として機能するプログラムから構成される。制御部１０ａは、駆動制御部として、電流指令生成処理部１３ａ、惰行制御処理部１４ａから構成され、制御部１０ｂは、駆動制御部として、電流指令生成処理部１３ｂ、惰行制御処理部１４ｂから構成される。
【００１８】
均一化処理部１２は、フィルタコンデンサ３ａの両端電圧を検出する電圧検出器９ａの電圧検出値Ｅｃｆ１と、フィルタコンデンサ３ｂの両端電圧を検出する電圧検出器９ｂの電圧検出値Ｅｃｆ２とを取り込み、電圧検出値Ｅｃｆ１、Ｅｃｆ２に対して、次の数１式に従って均一化処理を行って、電圧検出値Ｅｃｆ１、Ｅｃｆ２の平均値Ｅｃｆａｖｅを算出し、算出結果を、共通の電圧検出値（各制御部共通の電圧検出値）として、制御部１０ａ、１０ｂにそれぞれ出力する算出部として機能する。
【数１】
2020108232.tif 000003
【００１９】
なお、主電動機とインバータ装置とをそれぞれｎ台（ｎは３以上の整数を示す）を有し、制御装置１５が、ｎ個の電圧検出値を基にｎ台のインバータ装置を制御する場合、均一化処理部１２は、ｎ個の電圧検出値に対して、次の数２式に従って均一化処理を行って、ｎ個の電圧検出値の平均値Ｅｃｆａｖｅを算出し、算出結果を共通の電圧検出値として制御部１０ａ、１０ｂにそれぞれ出力する。この際、均一化処理部１２は、例えば、図２に示すように、ｎ個の電圧検出値Ｅｃｆ１、Ｅｃｆ２、・・・、Ｅｃｆｎの総和を算出する加算器１２１と、加算器１２１の出力をｎで除算して、ｎ個の電圧検出値の平均値Ｅｃｆａｖｅを算出する除算器１２２とから構成される。なお、加算器１２１と除算器１２２は、プログラム或いはハードウェアで構成することができる。
【数２】
2020108232.tif 000004
【００２０】
制御部１０ａは、電圧検出値Ｅｃｆ１、Ｅｃｆ２の平均値Ｅｃｆａｖｅ、速度ω１、電流検出器５ａ、６ａ、７ａの相電流検出値ｉｕ、ｉｖ、ｉｗをそれぞれ入力情報として管理し、電流指令生成処理部１３ａにおいて、インバータ装置４ａに対する電流指令を生成する処理を実行し、惰行制御処理部１４ａにおいて、鉄道車両の惰行走行時に主電動機８ａの誘起電圧を打消すための惰行制御処理を実行する。
【００２１】
制御部１０ｂは、電圧検出値Ｅｃｆ１、Ｅｃｆ２の平均値Ｅｃｆａｖｅ、速度ω２、電流検出器５ｂ、６ｂ、７ｂの相電流検出値ｉｕ、ｉｖ、ｉｗをそれぞれ入力情報として管理し、電流指令生成処理部１３ｂにおいて、インバータ装置４ｂに対する電流指令を生成する処理を実行し、惰行制御処理部１４ｂにおいて、鉄道車両の惰行走行時に主電動機８ｂの誘起電圧を打消すための惰行制御処理を実行する。惰行制御処理とは、主電動機８ａ、８ｂの回転速度を上昇させる過程で、永久磁石（回転子）による誘起電圧が主電動機８ａ、８ｂの印加電圧に達した場合、永久磁石の磁束とは逆向きの磁束を発生させるように、弱め界磁電流（負のｄ軸電流）を流す制御方法である。なお、制御部１０ａ、１０ｂは、電流指令生成処理や惰行制御処理を実行する場合、速度情報として、例えば、車両速度（ω）を検出する速度検出器（図示せず）の検出出力を用いることができる。
【００２２】
ここで、直流電車線１の電圧である架線電圧が変動し、インバータ装置４ａ、４ｂの出力可能なモータ端子電圧が変化すると、図３（ａ）、（ｂ）に示すように、主電動機８ａ、８ｂの出力特性のうち、定トルク領域Ａ１、定出力領域Ａ２、特性領域Ａ３の周波数範囲が変化する。なお、図３は、鉄道車両の引張力特性（モータ軸トルク換算）の直流電圧依存性の一例を示す特性図であって、図３（ａ）は、力行最大ノッチにおける、車両速度ωとモータ軸トルクＴｑとの関係を示す特性図であり、図３（ｂ）は、回生最大ノッチにおける、車両速度ωとモータ軸トルクＴｑとの関係を示す特性図である。また、図３（ａ）では、フィルタコンデンサ電圧Ｅｃｆ（フィルタコンデンサ３ａ、３ｂの両端電圧）＝８００Ｖ、１２００Ｖ、１４５０Ｖ、１８６０Ｖの例を示し、図３（ｂ）では、フィルタコンデンサ電圧Ｅｃｆ＝８００Ｖ、１２００Ｖ、１４５０Ｖ、１７００Ｖ、１８６０Ｖの例を示している。
【００２３】
図３（ａ）、（ｂ）に示すように、架線電圧が変動し、インバータ装置４ａ、４ｂの出力可能なモータ端子電圧が変化すると、直流電圧条件毎（電圧検出値毎）に、要求されるトルクカーブ（車両速度に応じたモータ軸トルク特性）が変化するため、フィルタコンデンサ電圧Ｅｃｆ（電圧検出値Ｅｃｆ１、Ｅｃｆ２に相当する電圧）、トルク（モータ軸トルク）Ｔｑ、速度ωの３つのパラメータに応じてＩｄ電流指令及びＩｑ電流指令を制御する必要がある。
【００２４】
しかし、制御装置１５に統括制御部１１が存在せず、複数の制御部１０ａ、１０ｂが、各フィルタコンデンサ３ａ、３ｂのフィルタコンデンサ電圧Ｅｃｆを基にそれぞれインバータ装置４ａ、４ｂを独立して制御する構成の場合、電圧検出器９ａ、９ｂの検出誤差やＡ／Ｄ変換回路の変換誤差により、電圧検出値Ｅｃｆ１と電圧検出値Ｅｃｆ２との間に差が生じると、電流指令生成処理部１３ａ、１３ｂへの入力がアンバランスになる。電流指令生成処理部１３ａ、１３ｂへの入力がアンバランスになった状態で、複数の制御部１０ａ、１０ｂが、電圧検出値Ｅｃｆ１、Ｅｃｆ２を基にそれぞれインバータ装置４ａ、４ｂを独立して制御すると、各群（１台のインバータ装置と一台の主電動機を含むグループ）の電流動作点が異なり、各主電動機８ａ、８ｂに流れる電流が各群で異なることになる。
【００２５】
特に、主電動機８ａ、８ｂとしてＰＭＳＭを用いた場合、ＰＭＳＭに対する弱め界磁制御の精度は、電圧検出値Ｅｃｆ１、Ｅｃｆ２の大きさに左右される。このため、電圧検出器９ａ、９ｂの検出誤差は、ｄ軸電流の大きさを大きく変化させることになる。また、各主電動機８ａ、８ｂに流れる電流の大きさが各群で異なると、各群間の電力使用量及び主電動機８ａ、８ｂの損失量が不均等になる。これにより、主電動機８ａ、８ｂの発熱が各群で異なり、パラメータ変動とモータ寿命に影響を与えることになる。
【００２６】
また、鉄道車両で、主電動機としてＰＭＳＭを使用する場合、鉄道車両の惰行走行時に、ＰＭＳＭの誘起電圧を打消すための惰行制御処理が必要となる。惰行制御の開始・終了タイミングは、フィルタコンデンサ電圧Ｅｃｆの大きさを基に決定される。例えば、フィルタコンデンサ電圧Ｅｃｆが低い場合、車両速度が低い段階で惰行制御を開始する必要があり、フィルタコンデンサ電圧Ｅｃｆが高い場合、車両速度が高い段階から惰行制御を終了する必要がある。このため、各郡のフィルタコンデンサ電圧Ｅｃｆに検出誤差が生じると、各群の惰行制御の開始タイミング・終了タイミングにそれぞれバラツキが発生する。この場合、例えば、惰行制御の開始タイミングの遅れによって、主電動機に過電圧が発生し、惰行制御の終了タイミングの遅れによって、主電動機に無駄な電力が発生する。
【００２７】
次に、フィルタコンデンサ電圧（Ｅｃｆ）と車両速度（ω１、ω２）を基に電流指令生成処理部１３ａ、１３ｂで電流指令値として、ｄ軸電流指令値とｑ軸電流指令値を生成したときの処理結果を図４及び図５に従って説明する。
【００２８】
図４は、車両速度ωとｄ軸電流指令値Ｃｄとの関係を示す特性図である。図４において、電流指令生成処理部１３ａで、フィルタコンデンサ電圧Ｅｃｆに相当する電圧検出値Ｅｃｆ１＝１４００Ｖを用いて、ｄ軸電流指令値Ｃｄを生成したところ、特性Ｘ１で示すｄ軸電流指令値が得られた。一方、電流指令生成処理部１３ｂで、フィルタコンデンサ電圧Ｅｃｆに相当する電圧検出値Ｅｃｆ２＝１５００Ｖを用いて、ｄ軸電流指令値Ｃｄを生成したところ、特性Ｘ２で示すｄ軸電流指令値が得られた。特性Ｘ１、Ｘ２から、最大ノッチ上の電車特性で鉄道車両（電車）の運転時に、電流指令生成処理部１３ａの生成によるｄ軸電流指令値と、電流指令生成処理部１３ｂの生成によるｄ軸電流指令値との間に差が生じることが確認できる。最大ノッチ上の電車特性を使用し、弱め界磁制御を開始する際に、弱め界磁制御で流せるｄ軸の大きさは、検出したフィルタコンデンサ電圧Ｅｃｆの大きさに影響されるため、特性Ｘ１と特性Ｘ２との間に差が生じる。
【００２９】
図５は、車両速度ωとｑ軸電流指令値Ｃｑとの関係を示す特性図である。図５において、電流指令生成処理部１３ａで、フィルタコンデンサ電圧Ｅｃｆに相当する電圧検出値Ｅｃｆ１＝１４００Ｖを用いて、ｑ軸電流指令値Ｃｑを生成したところ、特性Ｙ１で示すｑ軸電流指令値が得られた。一方、電流指令生成処理部１３ｂで、フィルタコンデンサ電圧Ｅｃｆに相当する電圧検出値Ｅｃｆ２＝１５００Ｖを用いて、ｑ軸電流指令値Ｃｑを生成したところ、特性Ｙ２で示すｑ軸電流指令値が得られた。特性Ｙ１、Ｙ２から、最大ノッチ上の電車特性で鉄道車両の運転時に、電流指令生成処理部１３ａの生成によるｑ軸電流指令値と、電流指令生成処理部１３ｂの生成によるｑ軸電流指令値との間に差が生じることが確認できる。最大ノッチ上の電車特性を使用し、弱め界磁制御を開始する際に、弱め界磁制御で流せるｑ軸の大きさは、検出したフィルタコンデンサ電圧Ｅｃｆの大きさに影響されるため、特性Ｙ１と特性Ｙ２との間に差が生じる。
【００３０】
一方、電流指令生成処理部１３ａ、１３ｂで、それぞれフィルタコンデンサ電圧Ｅｃｆに相当する電圧検出値Ｅｃｆａｖｅ＝１４５０Ｖを用いて、ｄ軸電流指令値Ｃｄを生成したところ、図４に示すように、特性Ｘ３で示すｄ軸電流指令値が得られた。また、電流指令生成処理部１３ａ、１３ｂで、それぞれフィルタコンデンサ電圧Ｅｃｆに相当する電圧検出値Ｅｃｆａｖｅ＝１４５０Ｖを用いて、ｑ軸電流指令値Ｃｑを生成したところ、図５に示すように、特性Ｙ３で示すｑ軸電流指令値が得られた。
【００３１】
特性Ｘ３、Ｙ３から、電圧検出器９ａ、９ｂで検出したフィルタコンデンサ３ａの電圧検出値Ｅｃｆ１とフィルタコンデンサ３ｂの電圧検出値Ｅｃｆ２との間に差が生じても、電流指令生成処理部１３ａ、１３ｂで、共通の電圧検出値Ｅｃｆａｖｅ＝１４５０Ｖを用いて、ｄ軸電流指令値Ｃｄとｑ軸電流指令値Ｃｑを生成しているので、電流指令生成処理部１３ａ、１３ｂでそれぞれ生成したｄ軸電流指令値とｑ軸電流指令値に差が生じないことが分かる。
【００３２】
電流指令生成処理部１３ａ、１３ｂで、共通の電圧検出値Ｅｃｆａｖｅ＝１４５０Ｖを用いて、ｄ軸電流指令値Ｃｄとｑ軸電流指令値Ｃｑを生成することで、電圧検出器９ａと電圧検出器９ｂとの間に検出誤差が発生しても、各電圧検出器９ａ、９ｂの検出誤差を緩和し、各群（１台のインバータ装置と一台の主電動機を含むグループ）の電流動作点を均一化することができる。これにより、各群間の電力使用量及び各主電動機８ａ、８ｂの損失量を同一にすることができ、結果として、各主電動機８ａ、８ｂの温度上昇が同じになり、各主電動機８ａ、８ｂの発熱によるパラメータ変動とモータ寿命のバラツキを無くすことができる。
【００３３】
次に、制御装置１５に統括制御部１１が存在せず、複数の制御部１０ａ、１０ｂが、各フィルタコンデンサ３ａ、３ｂのフィルタコンデンサ電圧Ｅｃｆを基にそれぞれインバータ装置４ａ、４ｂを独立して制御する構成の場合、電圧検出器の検出誤差の惰行制御処理への影響を、図６を用いて説明する。図６は、制御装置が力行制御から惰行制御に移行するときのインバータ周波数ｆと惰行制御開始フラグの時間的変化を示す特性図である。
【００３４】
インバータ装置４ａのインバータ周波数ｆが増加する過程で、惰行制御処理部１４ａは、電圧検出器９ａの電圧検出値Ｅｃｆ１＝１４００Ｖを基に惰行制御回路フラグＦ１を時間ｔ１でＯＦＦからＯＮにセットし、惰行制御処理を開始する。一方、インバータ装置４ｂのインバータ周波数ｆが増加する過程で、惰行制御処理部１４ｂは、電圧検出器９ｂの電圧検出値Ｅｃｆ２＝１５００Ｖを基に惰行制御回路フラグＦ２を時間ｔ２でＯＦＦからＯＮにセットし、惰行制御処理を開始する。惰行制御処理部１４ａ、１４ｂが、それぞれ電圧検出器９ａ、９ｂの電圧検出値Ｅｃｆ１、Ｅｃｆ２を基に惰行制御処理を実行すると、電圧検出器９ａ、９ｂの電圧検出値Ｅｃｆ１、Ｅｃｆ２に検出誤差があるので、各群の惰行制御の開始タイミングに差が生じることが分かる。
【００３５】
次に、惰行制御処理部１４ａ、１４ｂで、共通の電圧検出値Ｅｃｆａｖｅ＝１４５０Ｖを用いて、惰行制御処理を実行する構成の場合、電圧検出器の検出誤差の惰行制御処理への影響を、図７を用いて説明する。図７は、制御装置が力行制御から惰行制御に移行するときのインバータ周波数ｆと惰行制御開始フラグの時間的変化を示す特性図である。
【００３６】
インバータ装置４ａのインバータ周波数ｆが増加する過程で、惰行制御処理部１４ａは、電圧検出値Ｅｃｆ１（＝１４００Ｖ）、Ｅｃｆ２（＝１５００Ｖ）の平均値Ｅｃｆａｖｅ（＝１４５０Ｖ）を基に惰行制御回路フラグＦ１を時間ｔ１でＯＦＦからＯＮにセットし、惰行制御処理を開始する。一方、インバータ装置４ｂのインバータ周波数ｆが増加する過程で、惰行制御処理部１４ｂは、電圧検出値Ｅｃｆ１（＝１４００Ｖ）、Ｅｃｆ２（＝１５００Ｖ）の平均値Ｅｃｆａｖｅ（＝１４５０Ｖ）を基に惰行制御回路フラグＦ２を時間ｔ１でＯＦＦからＯＮにセットし、時間ｔ１を惰行制御処理の開始時間に決定し、惰行制御処理を開始する。
【００３７】
惰行制御処理部１４ａ、１４ｂで、共通の電圧検出値Ｅｃｆａｖｅ＝１４５０Ｖを用いて、惰行制御処理を実行することで、各群の電圧検出器９ａ、９ｂに検出誤差が発生しても、各群間で電圧検出誤差を平均化することができ、各群間の惰行制御開始タイミングを同じにすることができる。なお、惰行制御処理部１４ａ、１４ｂは、平均値Ｅｃｆａｖｅ（＝１４５０Ｖ）を基に惰行制御処理の終了時間（終了タイミング）を決定し、惰行制御処理を終了することができる。これにより、電圧検出誤差がもたらす惰行制御開始遅れによる過電圧現象を抑制することができる。また、電圧検出誤差による惰行制御終了タイミングの遅れによる無駄な電力を減少させることができる。
【００３８】
本実施例によれば、複数のフィルタコンデンサの各々の電圧を検出する複数の電圧検出器の検出電圧の間に検出誤差が生じても、複数の電力変換器をバランス良く制御することができる。また、本実施例によれば、複数の制御部間の電流動作点が均一化になり、弱め界磁制御で使用するＩｄ、Ｉｑの大きさを群間で同じにすることができる。これにより、群間の電力使用量及びモータの損失量が同一になり、主電動機（モータ）の発熱によるパラメータ変動と寿命のバラツキが無くなる。さらに、本実施例によれば、各フィルタコンデンサの電圧（Ｅｃｆ）の違いによる群間の惰行制御処理の開始タイミング・終了タイミングの差がなくなり、電圧検出誤差がもたらす惰行制御処理の開始遅れによる過電圧現象が抑制される。また、本実施例によれば、電圧検出誤差に伴う惰行制御処理の終了遅れが抑制され、無駄な電力を減少させることができる。
【実施例２】
【００３９】
図８は、本発明の実施例２に係る鉄道車両駆動システムの全体構成を示す構成図である。本実施例は、制御装置１５から総括制御部１１を削除し、制御装置１５内の制御部１０ａに、均一化処理部１２と同一の機能を有する均一化処理部１２ａを配置し、制御部１０ｂに、均一化処理部１２と同一の機能を有する均一化処理部１２ｂを配置したものであり、他の構成は実施例１と同様である。
【００４０】
この際、均一化処理部１２ａは、フィルタコンデンサ３ａの両端電圧を検出する電圧検出器９ａの電圧検出値Ｅｃｆ１と、フィルタコンデンサ３ｂの両端電圧を検出する電圧検出器９ｂの電圧検出値Ｅｃｆ２とを取り込み、電圧検出値Ｅｃｆ１、Ｅｃｆ２に対して、均一化処理を行って、電圧検出値Ｅｃｆ１、Ｅｃｆ２の平均値Ｅｃｆａｖｅを算出し、算出結果を共通の電圧検出値として、電流指令生成処理部１３ａと惰行制御処理部１４ａにそれぞれ転送（出力）する。
【００４１】
均一化処理部１２ｂは、フィルタコンデンサ３ａの両端電圧を検出する電圧検出器９ａの電圧検出値Ｅｃｆ１と、フィルタコンデンサ３ｂの両端電圧を検出する電圧検出器９ｂの電圧検出値Ｅｃｆ２とを取り込み、電圧検出値Ｅｃｆ１、Ｅｃｆ２に対して、均一化処理を行って、電圧検出値Ｅｃｆ１、Ｅｃｆ２の平均値Ｅｃｆａｖｅを算出し、算出結果を共通の電圧検出値として、電流指令生成処理部１３ｂと惰行制御処理部１４ｂにそれぞれ転送（出力）する。
【００４２】
本実施例によれば、実施例１と同様の効果を奏することができると共に、制御部１０ａ、１０ｂでそれぞれ個別に均一化処理を実行しても、各制御部間で使用する電圧検出値にアンバランスが発生するのを防止することができる。
【実施例３】
【００４３】
図８は、本発明の実施例３に係る鉄道車両駆動システムの全体構成を示す構成図である。本実施例は、制御装置１５の総括制御部１１を削除し、制御装置１５内の制御部１０ａに、均一化処理部１２を配置したものであり、他の構成は実施例１と同様である。
【００４４】
この際、均一化処理部１２は、フィルタコンデンサ３ａの両端電圧を検出する電圧検出器９ａの電圧検出値Ｅｃｆ１と、フィルタコンデンサ３ｂの両端電圧を検出する電圧検出器９ｂの電圧検出値Ｅｃｆ２とを取り込み、電圧検出値Ｅｃｆ１、Ｅｃｆ２に対して、均一化処理を行って、電圧検出値Ｅｃｆ１、Ｅｃｆ２の平均値Ｅｃｆａｖｅを算出し、算出結果を共通の電圧検出値として、制御部１０ａ内の電流指令生成処理部１３ａと惰行制御処理部１４ａにそれぞれ転送（出力）すると共に、制御部１０ｂ内の電流指令生成処理部１３ｂと惰行制御処理部１４ｂにそれぞれ転送（出力）する。
【００４５】
本実施例によれば、実施例１と同様の効果を奏することができると共に、制御部１０ａでのみ均一化処理を実行しても、各制御部間で使用する電圧検出値にアンバランスが発生するのを防止することができる。また、本実施例によれば、実施例１、２よりも構成の簡素化を図ることができる。
【００４６】
なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例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、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
【００４７】
また、上記の各構成、機能等は、それらの一部又は全部を、例えば、集積回路で設計する等によりハードウェアで実現してもよい。また、上記の各構成、機能等は、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し、実行することによりソフトウェアで実現してもよい。各機能を実現するプログラム、テーブル、ファイル等の情報は、メモリや、ハードディスク、ＳＳＤ（Solid  State  Drive）等の記録装置、または、ＩＣ（Integrated  Circuit）カード、ＳＤ（Secure  Digital）メモリカード、ＤＶＤ（Digital  Versatile  Disc）等の記録媒体に記録して置くことができる。
【符号の説明】
【００４８】
１…直流電車線、２ａ、２ｂ…フィルタリアクトル、３ａ、３ｂ…フィルタコンデンサ、４ａ、４ｂ…インバータ装置、５ａ、５ｂ、６ａ、６ｂ、７ａ、７ｂ…電流検出器、８ａ、８ｂ…主電動機、９ａ、９ｂ…電圧検出器、１０ａ、１０ｂ…制御部、１１…統括制御部、１２、１２ａ、１２ｂ…均一化処理部、１３ａ、１３ｂ…電流指令生成処理部、１４ａ、１４ｂ…惰行制御処理部、１５…制御装置、１２１…加算器、１２２…除算器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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