(57)【要約】【課題】切替セクションおよび無電圧区間を極力減らし、電圧降下及び送電損失も低減でき、しかも変電所間の通信を用いない交流き電装置を提供する。【解決手段】本発明の電気鉄道交流き電装置は、複数の電力変換装置から構成される。各電力変換装置内に構成されたインバータ制御装置５２は、右側方向のき電系統に供給されている電流の電流計測値と、接続母線電圧計測値を入力として、前記右側方向のき電系統に電力供給する際の第１出力電流目標値を演算する演算器８３と、前記右側方向とは反対方向のき電系統に電力供給する際の複数の第２出力電流目標値を演算する第２演算器８２と、前記複数の第２出力電流目標値のうち１つを選択して、第３出力電流目標値として提供する信号選択器８４と、前記第１出力電流目標値及び第３出力電流目標値を合成した出力電流目標値を提供する合成手段を有する。【選択図】    図２
2010120513.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
商用系統の三相交流電力を直流電力に変換する第１コンバータと、第１コンバータ制御装置と、前記直流電力を単相の交流電力に変換する第２コンバータと、第２コンバータ制御装置とを、それぞれ組み合わせた複数の電力変換装置から構成される電気鉄道交流き電装置において、
前記第２コンバータ制御装置は、
片側方向のき電系統に供給されている電流の電流計測値と、接続母線電圧計測値を入力として、前記片側方向のき電系統に電力供給する際の第１出力電流目標値を演算する第１演算手段と、
前記片側方向とは反対方向のき電系統に電力供給する際の複数の第２出力電流目標値を演算する第２演算手段と、
前記複数の第２出力電流目標値のうち１つを選択して、第３出力電流目標値として提供する選択手段と、
前記第１出力電流目標値及び第３出力電流目標値を合成した出力電流目標値を提供する合成手段、
を有することを特徴とする電気鉄道用交流き電装置。
【請求項２】
前記第２出力電流目標値を演算するための電流計測値として、交流き電回路に設置される単巻変圧器の電流値を使用することを特徴とする請求項１記載の電気鉄道用交流き電装置。
【請求項３】
前記第２出力電流目標値を決定するための電流計測値として、前記第２コンバータの接続母線から前記反対方向のき電系統のトロリ線へ流れる電流値を使用することを特徴とする請求項１記載の電気鉄道用交流き電装置。
【請求項４】
前記第２出力電流目標値を決定するための電流計測値として、前記第２コンバータの接続母線から前記反対方向のき電系統のトロリ線へ流れる電流値と、交流き電回路に設置される単巻変圧器の電流値とを使用することを特徴とする請求項１記載の電気鉄道用交流き電装置。
【請求項５】
前記選択手段は、前記トロリ線へ流れる電流値を使用して決定される第２出力電流目標値を、前記単巻変圧器の電流値を使用して決定される第２出力電流目標値より優先して選択することを特徴とする請求項４記載の電気鉄道用交流き電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気鉄道用交流き電装置の構成とその制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に交流き電方式では、図６に示すように、スコット変圧器等の三相二相変圧器９により三相交流電力を９０°の位相差をもつ二相交流電力に変換して電車に給電している。同図において１ａ、１ｂは電力系統、６ａ〜６ｄはトロリ線である。各トロリ線で位相が異なることから、変電所内や変電所間でこれら二相の電源を接続することはできず、無電圧区間が生じる。無電圧区間を挟んで電源位相が急変することによる電車内の電気系統へのダメージを避けるため、無電圧区間では惰性で走行するが、新幹線では高速走行や過密な運行を実現するため、無電圧区間を無くす対策として異位相電源間に切替セクション１０を設けている。
【０００３】
切替セクション１０は２つのエアセクションで区切られた中セクション２１と真空開閉器２２で構成され、電車の位置を検出して、中セクション２１への給電を進行方向手前から進行方向先へ切り替えることにより、僅かな無電圧時間あるだけで、電車は力行状態で通過することができる（非特許文献１参照）。
【０００４】
一方、この切替セクションの数を少なくするために、三相交流電力を交直変換器により一旦、直流電力に変換し、再び直流電力から単相交流電力に変換して、き電回路に電力供給を行うシステムが提案されている。このシステムは、交直変換器により電圧、電流を制御することができるので、電車負荷が必要とする電力を供給できる。また、三相交流電源側が位相の異なる電源であっても、き電回路の電源位相に合わせて運転できるので、切替セクションが不要となる（特許文献１、２参照）。
【非特許文献１】最新  電気鉄道工学（１７７〜１７８頁）
【特許文献１】特開２０００−７１８２０（交流き電方式）
【特許文献２】特願２００７−１４７１０６（電気鉄道用交流き電装置）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
真空開閉器は電車が通過する度に開閉を繰り返すため、保守や更新が不可欠であること、故障に備えて予備回路を設けておく必要があることから、設備投資や維持費として多額の資金を必要とするという課題がある。
【０００６】
また、この課題を解決するための交流き電方式を提案している特許文献１では、交直変換器の具体的な制御方法が示されておらず、特許文献２では、交直変換器からみて基本的に一方向路線にある電車負荷に電力を供給する制御方式が示されている。両方向に電力を供給するには、隣り合う変電所間で情報の通信を行なうための通信設備が必要となる。
【０００７】
特許文献２で示されている方式でも切替セクションをなくし、電車負荷への電力供給は可能であるが、基本的に一方向への電力供給であるため、き電区間が長距離で、かつ電車負荷が交直変換器から遠く離れている場合には、電圧降下が大きくなり、かつ送電損失も増える。
【０００８】
本発明は上述した課題を解決するためになされたものであり、切替セクションおよび無電圧区間を極力減らし、電圧降下及び送電損失も低減でき、しかも変電所間の通信を用いない交流き電装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために本発明の一実施例に係る電気鉄道用交流き電装置は、商用系統の三相交流電力を直流電力に変換する第１コンバータと、第１コンバータ制御装置と、前記直流電力を単相の交流電力に変換する第２コンバータと、第２コンバータ制御装置とを、それぞれ組み合わせた複数の電力変換装置から構成される電気鉄道交流き電装置において、前記第２コンバータ制御装置は、片側方向のき電系統に供給されている電流の電流計測値と、接続母線電圧計測値を入力として、前記片側方向のき電系統に電力供給する際の第１出力電流目標値を演算する第１演算手段と、前記片側方向とは反対方向のき電系統に電力供給する際の複数の第２出力電流目標値を演算する第２演算手段と、前記複数の第２出力電流目標値のうち１つを選択して、第３出力電流目標値として提供する選択手段と、前記第１出力電流目標値及び第３出力電流目標値を合成した出力電流目標値を提供する合成手段を有する。
【発明の効果】
【００１０】
切替セクションおよび無電圧区間を極力減らし、電圧降下及び送電損失も低減でき、しかも変電所間の通信を用いない交流き電装置が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
【００１２】
図１は本発明による電気鉄道用電力供給システムの一実施例の全体的な回路構成を示す図である。この実施例は、変換器用変圧器２、コンバータ３、インバータ４と直流コンデンサ５から構成され、電力系統１から供給される三相電力を単相電力に変換する複数の電力変換装置７ａ、７ｂと、スコット変圧器等のき電用変圧器９ｓにより、それぞれ異なる電力系統１ａ、１ｂ、１ｓからトロリ線６に電力を供給する構成となっている。なお、電力変換装置７の台数は説明の便宜上２台としたが、これは台数を限定するものではなく、必要に応じて変更される。
【００１３】
コンバータ３はコンバータ制御装置５３により制御される。すなわちコンバータ制御装置５３は、電力系統１と電力変換装置７の間に設置された電流検出器１０５と、電力系統１に設置された電圧検出器１０６と、コンバータ３とインバータ４間の直流回路に設置された直流電圧検出器１０７からの信号に基づいて、直流コンデンサ５の直流電圧が一定となるようにコンバータ３を制御する。
【００１４】
一方、インバータ４はインバータ制御装置５２により制御される。すなわちインバータ制御装置５２は、電力変換装置７と単相き電母線１１との間に設置された電流検出器１０１の電流値と、単相き電母線１１とトロリ線６とをつなぐ線路上に設置された電流検出器１０３、１１３、１０８、１１８の電流値と、単相き電母線１１に設置された電圧検出器１０４の電圧値と、電力変換装置７に最も近い単巻変圧器（オートトランス、略称ＡＴ）１２、１３に設置された電流検出器１０９、１１０の電流値に基づいて、インバータ４を制御する。インバータ４はインバータ制御装置５２により、各電流検出器の電流値の合成値とインバータ４の電流ＩＡ、ＩＢが等しくなるように制御される。
【００１５】
なお、図１の構成は、従来のき電変圧器９による電力供給方式が併設されたシステムを示しているが、従来のき電変圧器９による電力供給方式のない、電力変換装置のみの構成も実施の形態として挙げられる。その場合は、複数のインバータのうち１台は、き電回路の電源基準としての役割を担い、予め定められた周波数と大きさの電圧を一定に出力するように制御される。
【００１６】
次に、図１のシステムに適用されているＡＴ方式き電システムについて説明する。
【００１７】
図２はＡＴ方式き電システムの構成の詳細を示す図であり、例として電力変換装置７ａ付近の構成を示している。電力変換装置７ａの一方の交流出力端子２０１は、母線１１を介して上り線のトロリ線（Ｔ）６ａ、６ｂ、下り線のトロリ線８ａ、８ｂに接続されている。電力変換装置７ａの他方の交流出力端子２０２は、上り線のフィーダー線（Ｆ）１４ａ、１４ｂ、下り線のフィーダー線１５ａ、１５ｂに接続されている。
【００１８】
トロリ線とレールとフィーダー線には、ＡＴ１２が所定距離おきに接続されている。ＡＴ１２の配置間隔は例えば１０ｋｍ程度である。隣り合うＡＴ間には、トロリ線、レール、フィーダー線のインピーダンスＺが存在する。上り線及び下り線のトロリ線、レール、フィーダー線の左右は、絶縁部２０３に示すように絶縁されている。
【００１９】
次にＡＴ方式き電システムに流れる電流について説明する。
【００２０】
図３は図１の区間ＳａにおけるＡＴ方式き電のトロリ線、レール、フィーダー線に流れる電流の分布を示す図である。図３の給電点Ａ、Ｂは、図１の三相商用系統電源の給電点Ａ、Ｂに対応する。この例では、列車１６が上り線のＡＴ１２ａとＡＴ１２ｃ（電力変換装置７ａに最も近いＡＴと２番目に近いＡＴ）の中心を力行している状態を示している。
【００２１】
き電の給電電圧を２Ｖとすると、レール・トロリ線間及びレール・フィーダー線間にはそれぞれ電圧Ｖが印加される。レールの電流はＡＴ１２ａ及びＡＴ１２ｂにより、トロリ線側及びフィーダー線側にそれぞれ吸い上げられる。このとき、環状電流が電車、レールＡＴ、トロリ線を介して流れる。電車１６を流れる負荷電流をＩＬとすると、電車の皮相電力Ｓは次式のようになる。
【００２２】
Ｓ＝Ｖ・ＩＬ
き電回路入力端Ａ、Ｂの皮相電力Ｓは次式のように表すことができる。
【００２３】
Ｓ＝２Ｖ・ＩＬ／２＝Ｖ・ＩＬ
ＡＴ間を流れるいずれの電流も電車の負荷電流ＩＬ以下である。従って、このようなＡＴ方式き電の場合、給電ポイントＡ、Ｂから電車１６までの電力伝送路における電圧降下を小さく抑えることができる。その結果、変電所の数を減らすことができる。さらに、このようなＡＴ方式き電の場合、フィーダー線はトロリ線の近くに配置され、トロリ線電流とフィーダー線電流とは向きが逆向きであるため、相互に影響を打ち消しあう結果、電磁誘導現象による通信線のへの影響を小さくすることができる。
【００２４】
ここで、ＡＴ１２ａ（電力変換装置７ａに最も近い左側のＡＴ）を流れる電流ＩｕａｔＡは、ＩＬ／４である。この電流ＩｕａｔＡ（電流検出器１０９ａにより検出される電流）は、電車１６がＡＴ１２ａに近づくほど大きくなる。つまり、ＡＴ１２ａとＡＴ１２ｂ間において、ＡＴ１２ａと電車１６間の距離は、電流ＩｕａｔＡの大きさから推測可能である。本発明の一実施例では後述するように、電力変換装置７ａから左側路線区に供給される電流の一部が、ＡＴ１２ａ及びＡＴ１２ｂを流れる電流の大きさに基づいて決定される。
【００２５】
次に、コンバータ制御装置５３の構成を説明する。コンバータ制御装置５３ａの構成を図４に示す。なお、コンバータ制御装置５３ａ、５３ｂの構成と作用は同一である。
【００２６】
コンバータ制御装置５３ａは、電圧検出器１０６ａの検出信号を入力とする位相検出回路６４−２と、電流検出器１０５ａの検出信号と位相検出回路６４−２の出力を入力とする三相／二相変換器７０と、直流電圧検出器１０７ａの検出信号と直流電圧設定値Ｅｄｒｅｆを入力とする定電圧制御器６３−２と、無効電流指令値Ｉｃｑｒｅｆと定電圧制御器６３−２の出力と三相／二相変換器７０の出力を入力とする定電流制御器６８−２と、定電流制御器６８−２の出力と位相検出回路６４−２の出力を入力とするゲート信号生成器６９−２から構成される。
【００２７】
位相検出回路６４−２は電圧検出器１０６ａで検出された電力系統１ａの電圧の位相角θａｃを検出する。三相／二相変換器７０は位相角θａｃを基準として電流検出器１０５ａで検出されたコンバータ電流の有効分Ｉｃｄと無効分Ｉｃｑを生成する。定電圧制御器６３−２は、直流電圧検出器１０７ａで検出された直流電圧と直流電圧指令値Ｅｄｒｅｆとの差分に応じた有効電流指令値Ｉｃｄｒｅｆを生成する。定電流制御器６８−２は、有効電流指令値Ｉｃｄｒｅｆと有効電流分Ｉｃｄが等しく、無効電流指令値Ｉｃｑｒｅｆと無効電流分Ｉｃｑが等しくなるように、コンバータ電圧の出力電圧指令値Ｖｃと位相差指令値θｃを生成する。ゲート信号生成器６９−２は出力電圧指令値Ｖｃの大きさと、位相角θａｃに対して位相差指令値θｃの位相差をもつコンバータ電圧が発生するように、コンバータ２ａのゲート信号を生成する。
【００２８】
ここでコンバータ制御装置５３の作用を簡単に説明する。
【００２９】
直流電圧検出器１０７ａにより検出される直流電圧が直流電圧指令値Ｅｄｒｅｆより低下すると有効電流指令値Ｉｃｄｒｅｆが負となり、それに応じて位相差指令値θｃも負となる。電力系統１ａの電圧に対してコンバータ出力電圧が遅れ位相差となるので、コンバータ３ａを介して電力系統１ａから直流回路に有効電流が流れて直流コンデンサ５ａが充電され、直流電圧は上昇する。逆に、直流電圧検出器１０７ａにより検出される直流電圧が直流電圧指令値Ｅｄｒｅｆより上昇すると有効電流指令値Ｉｃｄｒｅｆが正となり、それに応じて位相差指令値θｃも正となる。電力系統１ａの電圧に対してコンバータ出力電圧が進み位相となるので、コンバータ３ａを介して直流回路から電力系統１ａに有効電流が流れて直流コンデンサ５ａが放電され、直流電圧は低下する。以上の動作によって、直流電圧は一定に保たれる。
【００３０】
次に、インバータ制御装置の構成と作用を説明する。
【００３１】
インバータ制御装置５２ａの構成を図５に示す。図５は一例として電力変換装置７ａのインバータ制御装置を示したものであるが、電力変換装置７ｂのインバータ制御装置も構成および作用は同様である。インバータ制御装置５２ａは、有効分検出器６１−１〜６１−７と、無効分検出器６２と、定電圧制御器６３−１と、位相検出回路６４−１と、信号演算器（Ａ）８１〜（Ｃ）８３と、信号選択器８４と、変化率制限器６７と、定電流制御器６８−１と、ゲート信号生成器６９−１を含む。
【００３２】
位相検出回路６４−１は電圧検出器１０４ａで得られた、き電母線電圧の位相角θｉａを検出する。有効分検出器６１−１は位相角θｉａを基準として、電流検出器１０９ａで得られた上り左側路線区のＡＴ１２ａを流れる電流の有効分Ｉｄ１０９ａを検出する。
【００３３】
同様に位相角θｉａを基準として、有効分検出器６１−２は電流検出器１１０ａで得られた下り左側路線区のＡＴ１３ａを流れる電流の有効分Ｉｄ１１０ａを、有効分検出器６１−３は電流検出器１０３ａで得られた上り左側路線区のトロリ線に流れる電流の有効分Ｉｄ１０３ａを、有効分検出器６１−４は電流検出器１１３ａで得られた下り左側路線区のトロリ線に流れる電流の有効分Ｉｄ１１３ａを、有効分検出器６１−５は電流検出器１０８ａで得られた上り右側路線区のトロリ線に流れる電流の有効分Ｉｄ１０８ａを、有効分検出器６１−６は電流検出器１１８ａで得られた下り右側路線区のトロリ線に流れる電流の有効分Ｉｄ１１８ａを、それぞれ検出する。
【００３４】
一方、有効分検出器６１−７は電流検出器１０１ａで得られたインバータ電流の有効分Ｉｉｄを検出し、無効分検出器６２はインバータ電流の無効分Ｉｉｑを検出する。
【００３５】
信号演算器（Ａ）８１は、ＡＴ１２ａ及び１２ｂの電流の有効分Ｉｄ１０９ａ及びＩｄ１１０ａを入力として、以下の演算を行う。
【００３６】
｜Ｉｄ１０９ａ｜≧ＩｄｒｅｖＡ、または、｜Ｉｄ１１０ａ｜≧ＩｄｒｅｖＡのとき、
Ｉｄｒａｔ  ＝  （Ｉｄ１０９ａ＋Ｉｄ１１０ａ）×２          （式１）
｜Ｉｄ１０９ａ｜＜ＩｄｒｅｖＡ、かつ、｜Ｉｄ１１０ａ｜＜ＩｄｒｅｖＡのとき、
Ｉｄｒａｔ  ＝  ０                                          （式２）
ここで、ＩｄｒｅｖＡは、電車を検出するための検出電流の有効レベル値であり、電流検出器１０９ａ、１１０ａの検出精度から予め設定される値である。すなわちＩｄｒｅｖＡは、ＡＴ１２ａとＡＴ１２ｃ間、またはＡＴ１３ａとＡＴ１３ｃ間に、電車が在線しているか否かを判断するための基準値である。ＩｄｒｅｖＡを大きな値に設定するほど、ＡＴ１２ａまたはＡＴ１３ａに近い位置で電車が検出される。
【００３７】
信号演算器（Ｂ）８２は、上り左側路線区及び下り左側路線区のトロリ線に流れる電流の有効分Ｉｄ１０３ａ及びＩｄ１１３ａを入力として、以下の演算を行う。
【００３８】
｜Ｉｄ１０３ａ＋Ｉｄ１１３ａ｜≧ＩｄｒｅｖＢ１、かつ、
（｜Ｉｄ１０３ａ｜≧ＩｄｒｅｖＢ２、または、｜Ｉｄ１１３ａ｜≧ＩｄｒｅｖＢ２）のとき、
Ｉｄｒ２  ＝  Ｉｄ１０３ａ  ＋  Ｉｄ１１３ａ                （式３）
｜Ｉｄ１０３ａ＋Ｉｄ１１３ａ｜＜ＩｄｒｅｖＢ１、かつ、｜Ｉｄ１０３ａ｜≧ＩｄｒｅｖＢ２のとき、
Ｉｄｒ２  ＝  Ｉｄ１０３ａ                                  （式４）
｜Ｉｄ１０３ａ＋Ｉｄ１１３ａ｜＜ＩｄｒｅｖＢ１、かつ、｜Ｉｄ１１３ａ｜≧ＩｄｒｅｖＢ２のとき、
Ｉｄｒ２  ＝  Ｉｄ１１３ａ                                  （式５）
｜Ｉｄ１０３ａ｜＜ＩｄｒｅｖＢ２、かつ、｜Ｉｄ１１３ａ｜＜ＩｄｒｅｖＢ２  のとき、
Ｉｄｒ２  ＝  ０                                            （式６）
ここで、ＩｄｒｅｖＢ１およびＩｄｒｅｖＢ２は、電車を検出するための検出電流の有効レベル値であり、ＩｄｒｅｖＢ１は電流検出器１０３ａ、１１３ａの検出精度から予め設定される値、ＩｄｒｅｖＢ２は電車の定格負荷電力から予め設定される値である。
【００３９】
すなわち、信号演算器（Ｂ）８２は（式３）のように、例えば上り左側路線区及び下り左側路線区の両方に電車が在線していると判断し場合に、電流Ｉｄ１０３ａと電流Ｉｄ１１３ａの加算値を電流Ｉｄｒ２として演算する。
【００４０】
また信号演算器（Ｂ）８２は（式４）及び（式５）のように、例えば上り左側路線区及び下り左側路線区の一方に電車が在線していると判断し場合に、電流Ｉｄ１０３ａまたは電流Ｉｄ１１３ａを電流Ｉｄｒ２として決定する。
【００４１】
また信号演算器（Ｂ）８２は（式６）のように、例えば上り左側路線区及び下り左側路線区の両方に電車が在線していないと判断し場合に、電流Ｉｄｒ２を０と決定する。
【００４２】
信号演算器（Ｃ）８３は、信号演算器（Ｂ）８２と同様に、上り右側路線区及び下り右側路線区のトロリ線に流れる電流の有効分Ｉｄ１０８ａ及びＩｄ１１８ａを入力として、以下の演算を行う。
【００４３】
｜Ｉｄ１０８ａ＋Ｉｄ１１８ａ｜≧ＩｄｒｅｖＣ１、かつ、
（｜Ｉｄ１０８ａ｜≧ＩｄｒｅｖＣ２、または、｜Ｉｄ１１８ａ｜≧ＩｄｒｅｖＣ２）のとき、
Ｉｄｒ１  ＝  Ｉｄ１０８ａ  ＋  Ｉｄ１１８ａ                （式７）
｜Ｉｄ１０８ａ＋Ｉｄ１１８ａ｜＜ＩｄｒｅｖＣ１、かつ、｜Ｉｄ１０８ａ｜≧ＩｄｒｅｖＣ２のとき、
Ｉｄｒ１  ＝  Ｉｄ１０８ａ                                  （式８）
｜Ｉｄ１０８ａ＋Ｉｄ１１８ａ｜＜ＩｄｒｅｖＣ１、かつ、｜Ｉｄ１１３ａ｜≧ＩｄｒｅｖＣ２のとき、
Ｉｄｒ１  ＝  Ｉｄ１１８ａ                                （式９）
｜Ｉｄ１０８ａ｜＜ＩｄｒｅｖＣ２、かつ、｜Ｉｄ１１８ａ｜＜ＩｄｒｅｖＣ２  のとき、
Ｉｄｒ１  ＝  ０                                            （式１０）
ここで、ＩｄｒｅｖＣ１およびＩｄｒｅｖＣ２は、電車を検出するための検出電流の有効レベル値であり、ＩｄｒｅｖＣ１は電流検出器１０８ａ、１１８ａの検出精度から予め設定される値、ＩｄｒｅｖＣ２は電車の定格負荷電力から予め設定される値である。
【００４４】
すなわち、信号演算器（Ｃ）８３は（式７）のように、例えば上り右側路線区及び下り右側路線区の両方に電車が在線していると判断した場合に、電流Ｉｄ１０８ａと電流Ｉｄ１１８ａの加算値を電流Ｉｄｒ１として演算する。
【００４５】
また信号演算器（Ｃ）８３は（式８）及び（式９）のように、例えば上り右側路線区及び下り右側路線区の一方に電車が在線していると判断し場合に、電流Ｉｄ１０８ａまたは電流Ｉｄ１１８ａを電流Ｉｄｒ１として決定する。
【００４６】
また信号演算器（Ｂ）８２は（式１０）のように、例えば上り右側路線区及び下り右側路線区の両方に電車が在線していないと判断した場合に、電流Ｉｄｒ１を０と決定する。
【００４７】
次に、信号選択器８４は、信号演算器（Ａ）８１の出力Ｉｄｒａｔと信号演算器（Ｂ）８２の出力Ｉｄｒ２を入力として、以下の条件により、出力する信号を選択する。
【００４８】
Ｉｄ２≠０のとき、Ｉｄｒ３＝Ｉｄｒ２                          （式１１）
Ｉｄ２＝０のとき、Ｉｄｒ３＝Ｉｄｒａｔ                        （式１２）
信号加算器６５は、信号演算器（Ｃ）８３の出力Ｉｄｒ１と信号選択器８４の出力Ｉｄｒ３を以下のように加算する。
【００４９】
Ｉｄｒ  ＝  Ｉｄｒ１  ＋  Ｉｄｒ３                            （式１３）
変化率制限器６７は、電流有効分Ｉｄｒの変化率が一定範囲内となるように調整して有効電流指令値Ｉｉｄｒｅｆとして出力する。
【００５０】
定電圧制御器６３−１は電圧検出器１０４ａで得られた、き電母線電圧と電圧設定値Ｖｒｅｆを等しくするための無効電流指令値Ｉｉｑｒｅｆを出力する。定電流制御器６８−１は、有効電流指令値Ｉｉｄｒｅｆとインバータ電流有効分Ｉｉｄ、及び無効電流指令値Ｉｉｑｒｅｆとインバータ電流無効分Ｉｉｑを、それぞれ等しくするための出力電圧指令値Ｖｉ及び位相差指令値θｉを出力する。ゲート信号生成器６９−１は、インバータ出力電圧がＶｉ＊ｓｉｎθｉで得られる正弦波となるようにゲート信号を生成する。
【００５１】
なお、有効電流指令値Ｉｉｄｒｅｆは、インバータの定格出力有効電力を超えないように制限され、無効電流指令値Ｉｉｑｒｅｆは、決定された有効電流指令値Ｉｉｄｒｅｆを基にしてインバータ４ａの定格容量を超えないように制限される。
【００５２】
ここで定電流制御器６８−１の動作を説明する。
【００５３】
定電流制御器６８−１は、有効電流Ｉｉｄが有効電流指令値Ｉｉｄｒｅｆより小さい場合は位相差指令値θｉが大きくなるように動作するので、き電母線電圧に対してインバータ出力電圧の位相差が大きくなり、有効電流が増加する。逆に、有効電流Ｉｉｄが有効電流指令値Ｉｉｄｒｅｆより大きい場合は位相差指令値θｉが小さくなるように動作するので、トロリ線電圧に対してインバータ出力電圧の位相差が小さくなり、有効電流が減少する。故に、有効電流Ｉｉｄが有効電流指令値Ｉｉｄｒｅｆと等しくなるように制御される。
【００５４】
また、有効電流指令値Ｉｉｄｒｅｆは、図１において電力変換装置７ａの右側方向の電車負荷への供給を最優先するように電流有効分Ｉｄｒ１をベースとして、電力変換装置７ａの左側方向の電車負荷への供給電流有効分Ｉｄｒ３を加算する方式としているので、一方向（図１では右方向）への電車負荷だけでなく、インバータ４ａの定格容量の範囲内ではあるが、両方向の電車負荷への供給が可能となる。
【００５５】
また、これと同時に、無効電流Ｉｉｑが無効電流指令値Ｉｉｑｒｅｆより小さい場合は出力電圧指令値Ｖｉが大きくなるように動作するので、き電母線電圧に対してインバータ出力電圧が大きくなり、無効電流が増加する。逆に、無効電流Ｉｉｑが無効電流指令値Ｉｉｑｒｅｆより大きい場合は出力電圧指令値Ｖｉが小さくなるように動作するので、き電母線電圧に対してインバータ出力電圧が小さくなり、無効電流が減少する。故に、無効電流Ｉｉｑが無効電流指令値Ｉｉｑｒｅｆと等しくなるように制御される。一方、定電圧制御器６３−１で生成される無効電流指令値Ｉｉｑｒｅｆは、き電母線電圧が電圧設定値Ｖｒｅｆより低いと大きくなるように動作するので、無効電流Ｉｉｑが増加して、き電母線電圧は上昇する。逆に、き電母線電圧が電圧設定値Ｖｒｅｆより高いと小さくなるように動作するので、無効電流Ｉｉｑが減少して、き電母線電圧は低下する。故に、電圧設定値Ｖｒｅｆと等しく制御される。
【００５６】
以上、本実施の形態によれば、三相電源側（１ａ、１ｂ、１ｓ）の位相が異なっていても、単相き電母線には、電車負荷に応じた単相電力を供給することができるので、切替セクションを無くした交流き電回路を提供することができる。また、変電所の両方向の電車負荷の距離に応じて、単相電力の供給量が変電所間の通信を用いることなく自律的に調整されるので、電圧降下および送電損失を適切に低減することができ、コストも削減できる。
【００５７】
以上の説明はこの発明の実施の形態であって、この発明の装置及び方法を限定するものではなく、様々な変形例を容易に実施することができるものである。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】本発明による電気鉄道用電力供給システムの一実施例の全体構成図。
【図２】ＡＴ方式き電システムの構成の詳細を示す図。
【図３】図１の区間ＳａにおけるＡＴ方式き電回路に流れる電流の分布を示す図。
【図４】コンバータ制御装置の構成図。
【図５】実施例１におけるインバータ制御装置の構成図。
【図６】従来の交流き電回路の構成図。
【符号の説明】
【００５９】
１ａ、１ｂ、１ｓ…電力系統、２ａ、２ｂ…  三相変圧器、３ａ、３ｂ…コンバータ、４ａ、４ｂ…インバータ、５ａ、５ｂ…直流コンデンサ、６ａ、６ｂ、６ｃ…  上り線のトロリ線、７ａ、７ｂ…電力変換装置、８ａ、８ｂ、８ｃ…下り線のトロリ線、９ｓ、９…三相二相変圧器、１０…  切替セクション、２１…中セクション、２２…真空開閉器、１１ａ、１１ｂ…き電回路側変換器接続母線、１２ａ、１２ｂ、１３ａ、１３ｂ…単巻変圧器、５１ａ、５１ｂ、５１ｓ、５１ｅ…開閉器（スイッチ）、５２ａ、５２ｂ…インバータ制御装置、５３ａ、５３ｂ…コンバータ制御装置、１０１ａ、１０１ｂ、１０５ａ、１０５ｂ…電流検出器、１０３ａ、１１３ａ、１０３ｂ、１１３ｂ…電流検出器、１０８ａ、１１８ａ、１０８ｂ、１１８ｂ…電流検出器、１０９ａ、１１０ａ、１０９ｂ、１１０ｂ…電流検出器、１０４ａ、１０４ｂ、１０６ａ、１０６ｂ…電圧検出器、６１−１〜６１−７  …電流有効分検出器、６２  …電流無効分検出器、６３−１、６３−２…定電圧制御器、６４−１、６４−２…位相検出回路、６５…信号加算器、６７…変化率制限器
６８−１、６８−２…定電流制御器、６９−１、６９−２…ゲート信号生成器
７０…三相／二相変換器、８１…信号演算器（Ａ）、８２…信号演算器（Ｂ）、８３…信号演算器（Ｃ）、８４…信号選択器。
【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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