(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電源に一次側を接続された変圧器と、該変圧器の二次側にリアクトルを介して接続され、交流を直流に変換する電力変換回路と、直流電圧指令値に基づいて前記電力変換回路の入力電圧の振幅および位相に係わる制御量を生成する制御装置とを備えた電力変換装置において、
前記電力変換回路の出力である直流電圧と該電力変換回路の入力電圧に係わる制御量とに基づいて、該電力変換回路の入力電圧の瞬時値を演算し、
演算された前記瞬時値が所定の値を超えたときに、前記交流電源に停電が発生したとして、停電検知信号を外部に出力する機能を備えたことを特徴とする電力変換装置の停電検知装置。
【請求項２】
交流電源に一次側を接続された変圧器と、該変圧器の二次側にリアクトルを介して接続され、交流を直流に変換する電力変換回路と、直流電圧指令値に基づいて前記電力変換回路の入力電圧の振幅および位相に係わる制御量を生成する制御装置とを備えた電力変換装置において、
前記電力変換回路の出力である直流電圧と該電力変換回路の入力電圧に係わる制御量とに基づいて、前記変圧器の二次側電圧の瞬時値を演算し、
演算された前記瞬時値が所定の値を超えたときに、前記交流電源に停電が発生したとして、停電検知信号を外部に出力する機能を備えたことを特徴とする電力変換装置の停電検知装置。
【請求項３】
交流電源に一次側を接続された変圧器と、該変圧器の二次側にリアクトルを介して接続され、交流を直流に変換する電力変換回路と、直流電圧指令値に基づいて前記電力変換回路の入力電圧の振幅および位相に係わる制御量を生成する制御装置とを備えた電力変換装置において、
前記電力変換回路の出力である直流電圧と該電力変換回路の入力電圧に係わる制御量とに基づいて、該電力変換回路の入力電圧の実効値を演算し、
演算された前記実効値が所定の値を超えたときに、前記交流電源に停電が発生したとして、停電検知信号を外部に出力する機能を備えたことを特徴とする電力変換装置の停電検知装置。
【請求項４】
交流電源に一次側を接続された変圧器と、該変圧器の二次側にリアクトルを介して接続され、交流を直流に変換する電力変換回路と、直流電圧指令値に基づいて前記電力変換回路の入力電圧の振幅および位相に係わる制御量を生成する制御装置とを備えた電力変換装置において、
前記電力変換回路の出力である直流電圧と該電力変換回路の入力電圧に係わる制御量とに基づいて、前記変圧器の二次側電圧の実効値を演算し、
演算された前記実効値が所定の値を超えたときに、前記交流電源に停電が発生したとして、停電検知信号を外部に出力する機能を備えたことを特徴とする電力変換装置の停電検知装置。
【請求項５】
交流電源に一次側を接続された変圧器と、該変圧器の二次側にリアクトルを介して接続され、交流を直流に変換する電力変換回路と、直流電圧指令値に基づいて前記電力変換回路の入力電圧の振幅および位相に係わる制御量を生成する制御装置とを備えた電力変換装置において、
前記電力変換回路の出力である直流電圧と該電力変換回路の入力電圧に係わる制御量とに基づいて、該電力変換回路の入力電圧の瞬時値を演算し、
演算された前記瞬時値が所定の値を超え、且つ、これが所定の時間継続したときに、前記交流電源に停電が発生したとして、停電検知信号を外部に出力する機能を備えたことを特徴とする電力変換装置の停電検知装置。
【請求項６】
交流電源に一次側を接続された変圧器と、該変圧器の二次側にリアクトルを介して接続され、交流を直流に変換する電力変換回路と、直流電圧指令値に基づいて前記電力変換回路の入力電圧の振幅および位相に係わる制御量を生成する制御装置とを備えた電力変換装置において、
前記電力変換回路の出力である直流電圧と該電力変換回路の入力電圧に係わる制御量とに基づいて、前記変圧器の二次側電圧の瞬時値を演算し、
演算された前記瞬時値が所定の値を超え、且つ、これが所定の時間継続したときに、前記交流電源に停電が発生したとして、停電検知信号を外部に出力する機能を備えたことを特徴とする電力変換装置の停電検知装置。
【請求項７】
交流電源に一次側を接続された変圧器と、該変圧器の二次側にリアクトルを介して接続され、交流を直流に変換する電力変換回路と、直流電圧指令値に基づいて前記電力変換回路の入力電圧の振幅および位相に係わる制御量を生成する制御装置とを備えた電力変換装置において、
前記電力変換回路の出力である直流電圧と該電力変換回路の入力電圧に係わる制御量とに基づいて、該電力変換回路の入力電圧の実効値を演算し、
演算された前記実効値が所定の値を超え、且つ、これが所定の時間継続したときに、前記交流電源に停電が発生したとして、停電検知信号を外部に出力する機能を備えたことを特徴とする電力変換装置の停電検知装置。
【請求項８】
交流電源に一次側を接続された変圧器と、該変圧器の二次側にリアクトルを介して接続され、交流を直流に変換する電力変換回路と、直流電圧指令値に基づいて前記電力変換回路の入力電圧の振幅および位相に係わる制御量を生成する制御装置とを備えた電力変換装置において、
前記電力変換回路の出力である直流電圧と該電力変換回路の入力電圧に係わる制御量とに基づいて、前記変圧器の二次側電圧の実効値を演算し、
演算された前記実効値が所定の値を超え、且つ、これが所定の時間継続したときに、前記交流電源に停電が発生したとして、停電検知信号を外部に出力する機能を備えたことを特徴とする電力変換装置の停電検知装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は交流を直流に変換する電力変換装置、特に、交流鉄道車両に搭載される電力変換装置としてのＰＷＭコンバータ装置の停電検知装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
交流鉄道車両に搭載される電力変換装置においては、地上変電設備の事故，地震，事故点への電力の供給停止等によるき電系統の停電時におけるき電線の過電圧防止および車両の安全停止のため、又は、セクション通過時におけるこの電力変換装置の過電圧，過電流防止のために、これらの停電を検知して、この車両の力行動作もしくは回生ブレーキ動作を停止する必要がある。
【０００３】
従来のこの種の停電検知方法として、下記のような方法が知られている。
▲１▼  架線電圧の値が所定の範囲を逸脱したことにより検知する。
▲２▼  特開平６−１８９４１１号公報に開示されている如く、架線電圧の周波数が所定の範囲を逸脱したこと、または該周波数の変化率が所定の値を越えたことにより検知する。
【０００４】
▲３▼  電力変換装置の出力電圧値が所定の範囲を逸脱したことにより検知する。▲４▼  特開平４−１１７１０３号公報に開示されている如く、架線電圧に含まれる特定の高調波成分が増大したことにより検知する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述の従来の制御方法によると、同一き電系統内に力行動作の車両と、回生ブレーキ動作の別の車両とがある場合に停電が発生すると、この力行動作の車両の消費電力と、回生ブレーキ動作の別の車両の回生電力とがバランスした状態では、この停電を速やかに検知することが困難なときがあった。
【０００６】
この発明は上記問題点を解決し、車両が回生ブレーキ動作時に発生した停電を速やかに検知する電力変換装置の停電検知装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この第１の発明は、交流電源に一次側を接続された変圧器と、該変圧器の二次側にリアクトルを介して接続され、交流を直流に変換する電力変換回路と、直流電圧指令値に基づいて前記電力変換回路の入力電圧の振幅および位相に係わる制御量を生成する制御装置とを備えた電力変換装置において、
前記電力変換回路の出力である直流電圧と該電力変換回路の入力電圧に係わる制御量とに基づいて、該電力変換回路の入力電圧の瞬時値を演算し、演算された前記瞬時値が所定の値を超えたときに、前記交流電源に停電が発生したとして、停電検知信号を外部に出力する停電検知装置を備える。
【０００８】
また第２の発明は前記電力変換装置において、前記電力変換回路の出力である直流電圧と該電力変換回路の入力電圧に係わる制御量とに基づいて、前記変圧器の二次側電圧の瞬時値を演算し、演算された前記瞬時値が所定の値を超えたときに、前記交流電源に停電が発生したとして、停電検知信号を外部に出力する停電検知装置を備える。
【０００９】
また第３の発明は前記電力変換装置において、前記電力変換回路の出力である直流電圧と該電力変換回路の入力電圧に係わる制御量とに基づいて、該電力変換回路の入力電圧の実効値を演算し、演算された前記実効値が所定の値を超えたときに、前記交流電源に停電が発生したとして、停電検知信号を外部に出力する停電検知装置を備える。
【００１０】
また第４の発明は前記電力変換装置において、前記電力変換回路の出力である直流電圧と該電力変換回路の入力電圧に係わる制御量とに基づいて、前記変圧器の二次側電圧の実効値を演算し、演算された前記実効値が所定の値を超えたときに、前記交流電源に停電が発生したとして、停電検知信号を外部に出力する停電検知装置を備える。
【００１１】
また第５の発明は前記電力変換装置において、前記電力変換回路の出力である直流電圧と該電力変換回路の入力電圧に係わる制御量とに基づいて、該電力変換回路の入力電圧の瞬時値を演算し、演算された前記瞬時値が所定の値を超え、且つ、これが所定の時間継続したときに、前記交流電源に停電が発生したとして、停電検知信号を外部に出力する停電検知装置を備える。
【００１２】
また第６の発明は前記電力変換装置において、前記電力変換回路の出力である直流電圧と該電力変換回路の入力電圧に係わる制御量とに基づいて、前記変圧器の二次側電圧の瞬時値を演算し、演算された前記瞬時値が所定の値を超え、且つ、これが所定の時間継続したときに、前記交流電源に停電が発生したとして、停電検知信号を外部に出力する停電検知装置を備える。
【００１３】
また第７の発明は前記電力変換装置において、前記電力変換回路の出力である直流電圧と該電力変換回路の入力電圧に係わる制御量とに基づいて、該電力変換回路の入力電圧の実効値を演算し、演算された前記実効値が所定の値を超え、且つ、これが所定の時間継続したときに、前記交流電源に停電が発生したとして、停電検知信号を外部に出力する停電検知装置を備える。
【００１４】
また第８の発明は前記電力変換装置において、前記電力変換回路の出力である直流電圧と該電力変換回路の入力電圧に係わる制御量とに基づいて、前記変圧器の二次側電圧の実効値を演算し、演算された前記実効値が所定の値を超え、且つ、これが所定の時間継続したときに、前記交流電源に停電が発生したとして、停電検知信号を外部に出力する停電検知装置を備える。
【００１５】
この発明によれば、後述の如く、前記電力変換装置の停電検知装置のための特別な検出器を必要とせず、該電力変換装置が備える検出器と、前記制御装置が備える調節または演算回路の制御量とから演算した瞬時値もしくは実効値に基づいて停電検知信号を生成することができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
図１は、この発明の第１の実施例を示す電力変換装置及び該装置の停電検知装置の回路構成図である。
図１に示した電力変換装置において、１は図示の架線とレールとの間に給電される交流電源、２は架線に接触するパンダグラフ、３はレール上の車輪、４は一次側をパンダグラフ２と車輪３とに接続される変圧器、５は一端を変圧器４の二次側に接続されるリアクトル、６はＩＧＢＴとダイオードとの逆並列回路をブリッジ接続してなる電力変換回路としてのＰＷＭコンバータ、７はＰＷＭコンバータ６の出力を平滑するフィルタコンデンサ、８はフィルタコンデンサ７の両端電圧を検出する直流電圧検出器、９はＰＷＭコンバータ６の入力電流を検出する交流電流検出器、１０はフィルタコンデンサ７の両端に接続され、車輪３に連結された図示しない電動機に電力を供給する例えば３レベルインバータなどからなる負荷、１１はＰＷＭコンバータ６の出力、すなわちフィルタコンデンサ７の両端電圧を所望の値に調整する制御装置をそれぞれ示し、また、２０はこの電力変換装置の停電検知装置を示している。
【００１７】
この制御装置１１は図示の直流電圧指令値Ｖd * と直流電圧検出器８の検出値との偏差を求める加算器１２と、この偏差を調節演算して交流電流の振幅指令値として出力する電圧調整器（ＡＶＲ）１３と、図示のＰＷＭコンバータ６の入力電圧の制御位相指令値θ* に基づく基準正弦波を発生する正弦波発生器（ｓｉｎ）１４と、この基準正弦波と前記振幅指令値とを乗算した交流電流指令値を求める乗算器１５と、この交流電流指令値と交流電流検出器９の検出値との偏差を求める加算器１６と、この偏差を調節演算してＰＷＭコンバータ６の変調信号として出力する電流調整器（ＡＣＲ）１７と、この変調信号に基づいたＰＷＭ演算を行い、ＰＷＭコンバータ６を構成するそれぞれのＩＧＢＴのゲート信号を生成するＰＷＭ回路１８とから構成されている。
【００１８】
図１に示した電力変換装置はＰＷＭコンバータ装置と称され、周知の技術により、交流電源１側から見た力率をほぼ１にできること、負荷１０からの電力を交流電源１に回生できることなどの特徴を有し、近年、制御装置１１の機能をマイクロコンピュータで具現されたものが一般的になっている。
さらに、図１に示した電力変換装置の停電検知装置２０には電流調整器１７の出力の変調信号（λ）と直流電圧検出器８の検出値（Ｖd ）とからＰＷＭコンバータ６の入力電圧の瞬時値（ｖc ）を演算する乗算器２１と、この瞬時値の絶対値（｜ｖc ｜）を演算する絶対値回路（ＡＢＳ）２２と、この絶対値（｜ｖc ｜）が図示のしきい値（Ｖ1 ）を超えたときに停電検知信号を出力し、例えばＰＷＭ回路１８の演算動作を停止させる比較器２３とを備えている。
【００１９】
この停電検知装置２０において、交流鉄道車両が回生ブレーキ動作時に交流電源１に停電が発生すると、負荷１０としてのこの車両の回生電力を交流電源１側に回生すべく、交流電源１の電圧が減少または零になっているにも係わらず、ＰＷＭコンバータ６の入力電圧の対向電圧としての乗算器２１の出力電圧の振幅がより増大する。すなわち、比較器２３が動作して停電検知信号を出力する。
【００２０】
図２は、この発明の第２の実施例を示す電力変換装置及び該装置の停電検知装置の回路構成図であり、図１に示した実施例回路と同一機能を有するものには同一符号を付して、その説明を省略する。
すなわち、図２に示した停電検知装置３０には乗算器２１，絶対値回路２２，比較器２３の他に、リアクトル５のインダクタンスをＬとしたときに、交流電流検出器９の検出値の微分値（ｄｉ／ｄｔ）に前記Ｌを乗算して得られるリアクトル５の両端電圧を求める電圧演算回路３１と、この両端電圧と乗算器２１で得られたＰＷＭコンバータ６の入力電圧の瞬時値（ｖc ）とを加算し、変圧器２の二次側電圧の瞬時値（ｖs ）を得る加算器３２とを備えている。
【００２１】
この停電検知装置３０において、交流鉄道車両が回生ブレーキ動作時に交流電源１に停電が発生すると、負荷１０としてのこの車両の回生電力を交流電源１側に回生すべく、交流電源１の電圧が減少または零になっているにも係わらず、ＰＷＭコンバータ６の入力電圧の対向電圧としての乗算器２１の出力電圧の振幅がより増大するのに伴って、変圧器２の二次側電圧の瞬時値もより上昇し、その結果、図示のしきい値（Ｖ2 ）を超え、比較器２３が動作して停電検知信号を出力する。
【００２２】
図３は、この発明の第３の実施例を示す電力変換装置及び該装置の停電検知装置の回路構成図であり、図１に示した実施例回路と同一機能を有するものには同一符号を付して、その説明を省略する。
すなわち、図３に示した停電検知装置４０には乗算器２１，比較器２３の他に、乗算器２１の出力であるＰＷＭコンバータ６の入力電圧の瞬時値（ｖc ）から実効値（ｖcRMS）を得る実効値演算回路（ＲＭＳ）４１を備えている。
【００２３】
なお、実効値演算回路４１の機能をマイクロコンピュータを用いて行う場合は、下記の演算式の演算を行う。
【００２４】
【数１】
0003687335.tif 000002
ここで、ｖcRMS：実効値、ＴS ：サンプリング周期、ｖc(K)：Ｋ（Ｋ＝１・２・・・Ｎ）回目のサンプル時の乗算器２１の出力である。従って、計測期間としての交流電源１の半周期または１周期のＴはＴ＝ＴS ・Ｎの関係から、式（１）は式（２）に変形される。
【００２５】
【数２】
ｖcRMS＝｛（１／Ｔ）（ｖc(1)2 ＋ｖc(2)2 ＋・・＋ｖc(N)2 ）｝1/2 …（２）
すなわち、式（２）で演算された実効値を保持しつつ、、計測期間（Ｔ）が終了する毎に新たな実効値として比較器２３へ出力する。
この停電検知装置４０において、交流鉄道車両が回生ブレーキ動作時に交流電源１に停電が発生すると、負荷１０としてのこの車両の回生電力を交流電源１側に回生すべく、交流電源１の電圧が減少または零になっているにも係わらず、ＰＷＭコンバータ６の入力電圧の対向電圧としての乗算器２１の出力電圧の振幅がより増大し、実効値演算回路４１の演算値もより増大する。すなわち、比較器２３では、前記実効値（ｖcRMS）が図示のしきい値（Ｖ3 ）を超えたときに停電検知信号を出力する。
【００２６】
図４は、この発明の第４の実施例を示す電力変換装置及び該装置の停電検知装置の回路構成図であり、図１〜図３に示した実施例回路と同一機能を有するものには同一符号を付して、その説明を省略する。
すなわちこの停電検知装置５０においては、実効値演算回路４１では加算器３２で得られた変圧器２の二次側電圧の瞬時値（ｖs ）を式（２）と同様の演算式で変圧器２の二次側電圧の実効値（ｖsRMS）を求め、計測期間（Ｔ）が終了する毎に新たな実効値として比較器２３へ出力する。
【００２７】
この停電検知装置５０において、交流鉄道車両が回生ブレーキ動作時に交流電源１に停電が発生すると、負荷１０としてのこの車両の回生電力を交流電源１側に回生すべく、交流電源１の電圧が減少または零になっているにも係わらず、ＰＷＭコンバータ６の入力電圧の対向電圧としての乗算器２１の出力電圧の振幅がより増大するのに伴って、変圧器２の二次側電圧の実効値もより上昇し、その結果、図示のしきい値（Ｖ4 ）を超え、比較器２３が動作して停電検知信号を出力する。
【００２８】
図５は、この発明の第５の実施例を示す電力変換装置及び該装置の停電検知装置の回路構成図であり、図１に示した実施例回路と同一機能を有するものには同一符号を付して、その説明を省略する。
すなわち図５に示した停電検知装置６０においては、乗算器２１，絶対値回路２２，比較器２３の他にタイマ６１を備えている。
【００２９】
この停電検知装置６０では、絶対値回路２２で得られた｜ｖc ｜がＶ1 を超え、且つ、これがタイマ６１の時限Ｔ1 時間継続したときに、交流電源１に停電が発生したとして、停電検知信号を出力し、該時限Ｔ1 を設けることにより、ノイズなどによる誤検知を防止できる。
図６は、この発明の第６の実施例を示す電力変換装置及び該装置の停電検知装置の回路構成図であり、図２に示した実施例回路と同一機能を有するものには同一符号を付して、その説明を省略する。
【００３０】
すなわち図６に示した停電検知装置７０においては、乗算器２１，絶対値回路２２，比較器２３，電圧演算回路３１，加算器３２の他にタイマ７１を備えている。
この停電検知装置７０では、絶対値回路２２で得られた｜ｖS ｜がＶ2 を超え、且つ、これがタイマ７１の時限Ｔ2 時間継続したときに、交流電源１に停電が発生したとして、停電検知信号を出力し、該時限Ｔ2 を設けることにより、ノイズなどによる誤検知を防止できる。
【００３１】
図７は、この発明の第７の実施例を示す電力変換装置及び該装置の停電検知装置の回路構成図であり、図３に示した実施例回路と同一機能を有するものには同一符号を付して、その説明を省略する。
すなわち図７に示した停電検知装置８０においては、乗算器２１，比較器２３，実効値演算回路４１の他にタイマ８１を備えている。
【００３２】
この停電検知装置６０では、実効値演算回路４１で得られたｖcRMSがＶ3 を超え、且つ、これがタイマ８１の時限Ｔ3 時間継続したときに、交流電源１に停電が発生したとして、停電検知信号を出力し、該時限Ｔ3 を設けることにより、ノイズなどによる誤検知を防止できる。
図８は、この発明の第８の実施例を示す電力変換装置及び該装置の停電検知装置の回路構成図であり、図４に示した実施例回路と同一機能を有するものには同一符号を付して、その説明を省略する。
【００３３】
すなわち図８に示した停電検知装置９０においては、乗算器２１，比較器２３，電圧演算回路３１，加算器３２，実効値演算回路４１の他にタイマ９１を備えている。
この停電検知装置９０では、実効値演算回路４１で得られたｖsRMSがＶ4 を超え、且つ、これがタイマ９１の時限Ｔ4 時間継続したときに、交流電源１に停電が発生したとして、停電検知信号を出力し、該時限Ｔ4 を設けることにより、ノイズなどによる誤検知を防止できる。
【００３４】
なお、図３，図４，図７，図８に示した実施例回路の実効値演算回路４１においては、ＰＷＭコンバータ６の入力側電圧または変圧器２の二次側電圧の瞬時値より実効値を演算しているが、ＰＷＭ回路１８の変調周波数が比較的低いときには、該瞬時値のうち基本波成分をフィルタなどで抽出し、この抽出値の実効値による方法を用いてもよい。
【００３５】
【発明の効果】
この発明によれば、電力変換装置としてのＰＷＭコンバータ装置の停電検知装置のための特別な検出器を必要とせず、該電力変換装置が備える検出器と、前記制御装置が備える調節または演算回路の制御量とから演算した瞬時値もしくは実効値に基づいて停電検知信号を生成することができる。
【００３６】
特に、回生ブレーキ動作が頻繁に行われる交流鉄道車両に搭載されるＰＷＭコンバータ装置の停電検知装置に好適である。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の第１の実施例を示す電力変換装置の停電検知装置の回路構成図
【図２】この発明の第２の実施例を示す電力変換装置の停電検知装置の回路構成図
【図３】この発明の第３の実施例を示す電力変換装置の停電検知装置の回路構成図
【図４】この発明の第４の実施例を示す電力変換装置の停電検知装置の回路構成図
【図５】この発明の第５の実施例を示す電力変換装置の停電検知装置の回路構成図
【図６】この発明の第６の実施例を示す電力変換装置の停電検知装置の回路構成図
【図７】この発明の第７の実施例を示す電力変換装置の停電検知装置の回路構成図
【図８】この発明の第８の実施例を示す電力変換装置の停電検知装置の回路構成図
【符号の説明】
１…交流電源、２…パンダグラフ、３…車輪、４…変圧器、５…リアクトル、６…ＰＷＭコンバータ、７…フィルタコンデンサ、８…直流電圧検出器、９…交流電流検出器、１０…負荷、１１…制御装置、２０…停電検知装置、２１…乗算器２１、２２…絶対値回路、２３…比較器、３０…停電検知装置、３１…電圧演算回路、３２…加算器３２、４０…停電検知装置、４１…実効値演算回路、５０，６０，７０，８０，９０…停電検知装置、６１，７１，８１，９１…タイマ。
【図１】
0003687335.tif 000003
【図２】
0003687335.tif 000004
【図３】
0003687335.tif 000005
【図４】
0003687335.tif 000006
【図５】
0003687335.tif 000007
【図６】
0003687335.tif 000008
【図７】
0003687335.tif 000009
【図８】
0003687335.tif 000010