(57)【要約】  交流架線における停電検知機能を有する交流電気車の制御装置において、従来よりも停電検知感度を高めつつ、停電検知精度の向上を図ること。主変圧器出力電流ＩＳから第１特定周波数設定値Ｆｓｅｔ１に相当する電流成分を抽出して第１特定周波数電流Ｉ１として出力する第１特定周波数電流演算部１４ａと、主変圧器出力電流ＩＳから第１特定周波数電流Ｉ１を減算し、その減算結果を電流偏差ＤＩ１として出力する減算器１６と、電流偏差ＤＩ１から第２特定周波数設定値Ｆｓｅｔ２に相当する電流成分を抽出して第２特定周波数電流Ｉ２として出力する第２特定周波数電流演算部１５ａと、第２特定周波数電流Ｉ２と所定の停電検知電流設定値Ｉｓｅｔとを比較して第２特定周波数電流Ｉ２が停電検知電流設定値Ｉｓｅｔよりも大きいときに停電検知信号を出力する停電検知部１９ａと、を備える。
2014002260.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流架線より変圧器を介して入力された交流電圧を直流電圧に変換するコンバータと、
前記コンバータの直流電圧を交流電圧に変換して、交流電動機に出力するインバータと、
前記変圧器の出力電流を検出する電流検出器と、
前記電流検出器が検出した検出電流に基づくゲート許可信号に応じて前記コンバータの出力を制御するコンバータ制御器、および、該検出電流に基づいて前記交流架線に生じた停電を検出する停電検知器を具備する制御部と、
を備えた交流電気車の制御装置において、
前記停電検知器は、
前記検出電流から所定の第１特定周波数設定値に相当する電流成分を抽出し、該抽出した電流成分を第１特定周波数電流として出力する第１特定周波数電流演算部と、
前記検出電流から前記第１特定周波数電流を減算し、その減算結果を電流偏差として出力する減算器と、
前記電流偏差から所定の第２特定周波数設定値に相当する電流成分を抽出し、該抽出した電流成分を第２特定周波数電流として出力する第２特定周波数電流演算部と、
前記第２特定周波数電流と所定の停電検知電流設定値とを比較して該第２特定周波数電流が該停電検知電流設定値よりも大きいときに停電検知信号を出力する停電検知部と、
を備え、
前記コンバータ制御器は、
入力された前記停電検知信号に基づいて前記ゲート許可信号を停止させることにより、前記コンバータの動作を停止させる
ことを特徴とする交流電気車の制御装置。
【請求項２】
交流架線より変圧器を介して入力された交流電圧を直流電圧に変換するコンバータと、
前記コンバータの直流電圧を交流電圧に変換して、交流電動機に出力するインバータと、
前記変圧器の出力電圧を検出する電圧検出器と、
前記電圧検出器が検出した検出電圧に基づくゲート許可信号に応じて前記コンバータの出力を制御するコンバータ制御器、および、該検出電圧に基づいて前記交流架線に生じた停電を検出する停電検知器を具備する制御部と、
を備えた交流電気車の制御装置において、
前記停電検知器は、
前記検出電圧から所定の第１特定周波数設定値に相当する電圧成分を抽出し、該抽出した電圧成分を第１特定周波数電圧として出力する第１特定周波数電圧演算部と、
前記検出電圧から前記第１特定周波数電圧を減算し、その減算結果を電圧偏差として出力する減算器と、
前記電圧偏差から所定の第２特定周波数設定値に相当する電圧成分を抽出し、該抽出した電圧成分を第２特定周波数電圧として出力する第２特定周波数電圧演算部と、
前記第２特定周波数電圧と所定の停電検知電圧設定値とを比較して該第２特定周波数電圧が該停電検知電圧設定値よりも大きいときに停電検知信号を出力する停電検知部と、
を備え、
前記コンバータ制御器は、
入力された前記停電検知信号に基づいて前記ゲート許可信号を停止させることにより、前記コンバータの動作を停止させる
ことを特徴とする交流電気車の制御装置。
【請求項３】
前記停電検知器は、前記第１特定周波数設定値、前記第２特定周波数設定値、および前記停電検知設定値が可変可能であるように構成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の交流電気車の制御装置。
【請求項４】
前記停電検知器は、前記第２特定周波数設定値が前記第１特定周波数設定値に対して大きい値となるように構成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の交流電気車の制御装置。
【請求項５】
前記停電検知器は、前記第２特定周波数設定値が前記第１特定周波数設定値の２倍の値となるように構成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の交流電気車の制御装置。
【請求項６】
前記停電検知器は、前記第２特定周波数設定値が前記第１特定周波数設定値のｎ倍（ｎは２以上の整数）の値となるように構成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の交流電気車の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、交流電力を供給する架線（以下、「交流架線」という）における停電検知機能を有する交流電気車の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
交流架線から供給される電力または回生電力の授受により走行する交流電気車において、何らかの原因で交流架線が停電した場合、保安上の観点から、交流架線の停電を速やかに検知し（例えば、１００〜１０００ｍｓ以内）、電気車の制御装置を停止させることが従来から行われている。ここで、電気車が回生ブレーキを動作させ（以下、「回生車」という）、交流架線に回生電力を供給している最中に交流架線で停電が発生した際、同一変電区間内に交流架線から電力の供給を受けて力行する電気車（以下、「力行車」という）が存在しないか、あるいは、力行車が存在しても、回生車が供給する回生電力と、力行車が消費する消費電力とが一致しない場合には、交流架線の停電による電流や電圧の変動が発生するため、この交流架線の電流や電圧の変動を捕らえて停電を検知することが可能である。しかしながら、同一変電区間内に存在する回生車の回生電力と力行車の消費電力とが略均等となった場合には、交流架線の電流や電圧の変動幅が小さくなるため、停電を検知し難いことが知られている。以下、この同一変電区間内に存在する回生車の回生電力と力行車の消費電力とが略均等となった状態における交流架線の停電を「バランス停電」と称する。【０００３】
従来、交流架線の停電を検知する技術としては、例えば、コンバータの入力電流を電流検出器により検出した検出電流信号から架線電圧の周波数（例えば、５０Ｈｚ、または６０Ｈｚ）に相当する電流成分を抽出し、抽出した特定周波数電流信号から検出電流信号を減算し、その減算結果である電流偏差を所定の停電検知設定値とを比較して、電流偏差が停電検知設定値を超過した場合に停電検知を行う技術が開示されている（例えば、特許文献１）。また、例えば、コンバータの入力電流ではなく、入力電圧を用いて、停電検知を行う技術が開示されている（例えば、特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第４２４３３２１号公報
【特許文献２】特許第３１４４８４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述したように、交流架線の停電が発生した場合、保安上の観点から、その交流架線の停電を確実且つ速やかに検知し、電気車の制御装置を停止させる必要がある。一方で、上述したバランス停電では、交流架線の電流や電圧の変動幅が小さくなるため、このバランス停電を検知しようとすると、停電検知設定値を小さく設定する必要がある。しかしながら、上記特許文献に代表されるような従来技術において、バランス停電のように交流架線の電流や電圧の変動幅が小さい停電を検知するために停電検知設定値を小さく設定した場合には、その弊害として、交流架線が停電していない通常運転時において停電検知の誤検知が発生する等、停電検知精度が低下して電気車の円滑な運行に支障を来たす虞がある、という問題があった。【０００６】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、従来よりも停電検知感度を高めつつ、停電検知精度の向上を図ることが可能な交流電気車の制御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】
【０００７】
上述した課題を解決し、目的を達成するため、本発明にかかる交流電気車の制御装置は、交流架線より変圧器を介して入力された交流電圧を直流電圧に変換するコンバータと、前記コンバータの直流電圧を交流電圧に変換して、交流電動機に出力するインバータと、前記変圧器の出力電流を検出する電流検出器と、前記電流検出器が検出した検出電流に基づくゲート許可信号に応じて前記コンバータの出力を制御するコンバータ制御器、および、該検出電流に基づいて前記交流架線に生じた停電を検出する停電検知器を具備する制御部と、を備えた交流電気車の制御装置において、前記停電検知器は、前記検出電流から所定の第１特定周波数設定値に相当する電流成分を抽出し、該抽出した電流成分を第１特定周波数電流として出力する第１特定周波数電流演算部と、前記検出電流から前記第１特定周波数電流を減算し、その減算結果を電流偏差として出力する減算器と、前記電流偏差から所定の第２特定周波数設定値に相当する電流成分を抽出し、該抽出した電流成分を第２特定周波数電流として出力する第２特定周波数電流演算部と、前記第２特定周波数電流と所定の停電検知電流設定値とを比較して該第２特定周波数電流が該停電検知電流設定値よりも大きいときに停電検知信号を出力する停電検知部と、を備え、前記コンバータ制御器は、入力された前記停電検知信号に基づいて前記ゲート許可信号を停止させることにより、前記コンバータの動作を停止させることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、交流電力を供給する交流架線における停電検知機能を有する交流電気車の制御装置において、従来よりも停電検知感度を高めつつ、停電検知精度の向上を図ることができる、という効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、実施の形態１にかかる交流電気車の駆動系および制御系の一構成例を示す図である。
【図２】図２は、実施の形態１にかかる停電検知器の細部構成の一例を示す図である。
【図３】図３は、バランス停電時における主変圧器出力電流ＩＳ、第１の特定周波数電流Ｉ１、および電流偏差ＤＩ１の各波形を示す図である。
【図４】図４は、バランス停電時における電流偏差ＤＩ１および第２の特定周波数電流Ｉ２の各波形を示す図である。
【図５】図５は、実施の形態２にかかる交流電気車の駆動系および制御系の一構成例を示す図である。
【図６】図６は、実施の形態２にかかる停電検知器の細部構成の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下に添付図面を参照し、本発明の実施の形態にかかる交流電気車の制御装置について説明する。なお、以下に示す実施の形態により本発明が限定されるものではない。
【００１１】
実施の形態１．
（交流電気車の構成）
図１は、実施の形態１にかかる交流電気車の駆動系および制御系の一構成例を示す図である。同図において、交流電気車の駆動系では、交流電力を入力とする主変圧器３、主変圧器３の交流出力を入力とするＰＷＭコンバータ４、ＰＷＭコンバータ４の直流出力を入力とするインバータ９、およびインバータ９の交流出力によって駆動される１台以上の電動機１２を備えて構成される。なお、電動機１２としては、誘導電動機や同期電動機が好適である。
【００１２】
一方、交流電気車の制御系では、主変圧器３の出力電流を検出する電流検出器５および電流検出器５の出力である主変圧器出力電流ＩＳに基づいてＰＷＭコンバータ４を制御する電気車制御装置７ａを備えて構成される。また、電気車制御装置７ａは、コンバータ制御器８および停電検知器１３ａを備えており、主変圧器出力電流ＩＳがコンバータ制御器８および停電検知器１３ａの双方に入力されるよう構成されている。
【００１３】
また、主変圧器３の１次側の一端は集電器２を介して交流架線１に接続され、他端は車輪２２を介して大地電位であるレール２３に接続されている。すなわち、変電所（図示省略）からの送電電力は、交流架線１、集電器２、車輪２２およびレール２３を介して受電するように構成されている。
【００１４】
（交流電気車の動作）
つぎに、交流電気車の動作について、交流架線に停電が発生していない通常時（非停電時）の動作、および、停電発生時における停電検知時の動作に分けて説明する。
【００１５】
（通常時の動作）
まず、通常時（非停電時）の動作について説明する。交流架線１から集電器２を介して集電された交流電力が主変圧器３に供給されると、主変圧器３は、降圧した交流電圧をＰＷＭコンバータ４に出力する。ＰＷＭコンバータ４は、入力された交流電圧を所望の直流電圧に変換し、変換した直流電圧をインバータ８に出力する。一方、電流検出器５は、主変圧器３から出力される主変圧器出力電流ＩＳを電気車制御装置７ａのコンバータ制御器８および停電検知器１３ａに出力する。コンバータ制御器８は、主変圧器出力電流ＩＳに基づき、ＰＷＭコンバータ４が生成する直流電圧を一定値に維持するためのゲート許可信号１１の出力制御を行う。すなわち、ＰＷＭコンバータ４からインバータ９に出力される直流電圧は、コンバータ制御器８から出力されるゲート許可信号１１によって、その出力レベルが制御される。インバータ９は、入力された直流電圧を所望周波数および所望電圧の交流電圧に変換して電動機１２に出力する。電動機１２は、入力された交流電圧を用いて電気車の走行を制御する。
【００１６】
なお、電気車の力行時（加速制御時）には、上記のような電力変換を行って電動機１２を加速させるが、ブレーキ時（減速時）には電動機１２を発電機として作用させる。このとき、インバータ９はコンバータ動作を行い、ＰＷＭコンバータ４はインバータ動作を行って交流電力回生ブレーキを作用させる。
【００１７】
（停電発生時における停電検知時の動作）
つぎに、停電発生時における停電検知時の動作について説明するが、その前に、停電検知を確実且つ迅速に行わなければならない理由について説明する。いま、地上設備などの事故で変電所の遮断器がオフになった場合、つまり、交流架線１の停電が発生した場合について考える。このとき、交流架線１の停電が発生した変電区間内に回生車および力行車が存在し、回生車が供給する回生電力と、力行車が消費する消費電力とが略均等となるバランス停電では、交流架線の電圧や電流の変動幅が小さくなるので停電検知が難しくなる。
【００１８】
このようなバランス停電のように交流架線１の電圧や電流の変動幅が小さい停電を検知するために停電検知設定値を小さく設定した場合には、その弊害として、交流架線１が停電していない通常運転時において停電の誤検知が発生する等、停電検知精度が低下して電気車の円滑な運行に支障を来たす虞がある。一方、停電検知設定値を変更して誤検知の確率を低くするような値に設定することも考えられるが、この場合には、き電回路遮断時の停電検知が遅れて、条件によっては変電所等の地上設備に過大電流が流れ、装置の故障を招く可能性がある。このため、例えば１００〜１０００ｍｓ程度の短時間で停電検知を確実に行って回生ブレーキ動作を速やかに停止する必要がある。
【００１９】
このように、停電の誤検知を防止しようとすると、停電検知感度が下がり停電検知に遅れが発生し、逆に、停電検知感度を上げて停電検知の速度を上げようとすると停電検知精度が維持されない結果となる。従来技術では、これらの観点を両立させた制御を行うことができなかったが、本実施の形態の制御装置では、停電検知感度の向上と停電検知精度の向上とを両立させた制御を可能とするものである。
【００２０】
図１に戻り、交流架線１の停電が発生した場合には、停電検知器１３ａからコンバータ制御器８に対して停電検知信号ＴＤＮが出力される。なお、この停電検知信号ＴＤＮは、電流検出器５が検出した主変圧器出力電流ＩＳを用いて生成される。コンバータ制御器８は、入力された停電検知信号ＴＤＮに基づいてゲート許可信号１１の出力を完全に停止させる。
【００２１】
（停電検知器の細部構成)
つぎに、実施の形態１にかかる停電検知器１３ａの構成について説明する。図２は、実施の形態１にかかる停電検知器の細部構成の一例を示す図である。
【００２２】
図２において、停電検知器１３ａは、第１特定周波数を表す設定値（以下、「第１特定周波数設定値」という）Ｆｓｅｔ１を出力する第１特定周波数設定部２０、第２特定周波数を表す設定値（以下「第２特定周波数設定値」という）Ｆｓｅｔ２を出力する第２特定周波数設定部２１、停電を電流値レベルで判定するための閾値となる停電検知電流設定値Ｉｓｅｔを出力する停電検知電流設定部１７ａ、主変圧器出力電流ＩＳおよび第１特定周波数設定値Ｆｓｅｔ１を入力とする第１特定周波数電流演算部１４ａ、主変圧器出力電流ＩＳおよび第１特定周波数電流演算部１４ａの出力である第１特定周波数電流Ｉ１を入力とする減算器１６、減算器１６の出力である電流偏差ＤＩ１および第２特定周波数設定値Ｆｓｅｔ２を入力とする第２特定周波数電流演算部１５ａ、ならびに、停電検知電流設定値Ｉｓｅｔおよび第２特定周波数電流演算部１５ａの出力である第２特定周波数電流Ｉ２を入力とする停電検知部１９ａを備えており、停電検知部１９ａの出力が上述した停電検知信号ＴＤＮとして出力される。
【００２３】
なお、第１特定周波数設定部２０が出力する第１特定周波数設定値Ｆｓｅｔ１、第２特定周波数設定部２１が出力する第２特定周波数設定値Ｆｓｅｔ２、および停電検知電流設定部１７ａが出力する停電検知電流設定値Ｉｓｅｔについては、変電所等のき電設備における使用周波数、つまり、交流架線１の電源周波数や供給電力、同時に運行される車両編成数、編成車両のタイプ等に応じて任意の値に設定することができる。ここで、第１特定周波数設定値Ｆｓｅｔ１としては、交流架線１の電源周波数（例えば、６０Ｈｚ）を設定し、第２特定周波数設定値Ｆｓｅｔ２としては、上述したバランス停電時に発生する特有の周波数（ここでは、例えば、交流架線１の電源周波数の２倍の周波数である１２０Ｈｚ）を設定すればよく、それぞれ主変圧器出力電流ＩＳあるいは電流偏差ＤＩ１に対して異なる値を設定することができる。
【００２４】
また、第１特定周波数電流演算部１４ａおよび第２特定周波数電流演算部１５ａとしては、その一例として、それぞれ第１特定周波数設定値Ｆｓｅｔ１あるいは第２特定周波数設定値Ｆｓｅｔ２を中心周波数とするバンドパスフィルタが考えられる。
【００２５】
（停電検知器の動作）
つぎに、停電検知器１３ａの動作について図１および図２を参照して説明する。第１特定周波数電流演算部１４ａは、電流検出器５から出力された主変圧器出力電流ＩＳから、第１特定周波数設定値Ｆｓｅｔ１に相当する電流成分を抽出し、当該電流成分を第１特定周波数電流Ｉ１として減算器１６に出力する。減算器１６は、主変圧器出力電流ＩＳから第１特定周波数電流Ｉ１を減算し、その減算結果を電流偏差ＤＩ１として第２特定周波数電流演算部１５ａに出力する。第２特定周波数電流演算部１５ａは、電流偏差ＤＩ１から第２特定周波数設定値Ｆｓｅｔ２に相当する電流成分を抽出し、当該電流成分を第２特定周波数電流Ｉ２として停電検知部１９ａに出力する。
【００２６】
つぎに、実施の形態１における停電検知の具体例について、図３および図４を参照して説明する。図３は、バランス停電時における主変圧器出力電流ＩＳ、第１特定周波数電流Ｉ１、および電流偏差ＤＩ１の各波形を示す図である。また、図４は、バランス停電時における電流偏差ＤＩ１および第２特定周波数電流Ｉ２の各波形を示す図である。なお、以下の説明では、力行車は、ダイオード整流装置を用いて交流-直流変換して直流電動機を動作させて走行する電気車とし、回生車は、ＰＷＭコンバータを搭載した交流電気車とし、交流架線１の電源周波数を６０Ｈｚとした例について説明する。
【００２７】
上述したように、交流架線１の電源周波数が６０Ｈｚである場合には、第１特定周波数設定値Ｆｓｅｔ１としては、交流架線１の電源周波数である６０Ｈｚに設定しておく。上述した力行車と回生車とが同一変電区間内を走行している際にバランス停電が発生すると、主変圧器出力電流ＩＳは、図３中の実線で示すように、基本周波数が６０Ｈｚの矩形波状に歪む。したがって、第１特定周波数設定値Ｆｓｅｔ１を交流架線１の電源周波数である６０Ｈｚに設定しておくことにより、主変圧器出力電流ＩＳが第１特定周波数電流演算部１５ａに入力されると、図３中の破線で示すように、６０Ｈｚの略正弦波形の第１特定周波数電流Ｉ１が出力される。
【００２８】
この第１特定周波数電流Ｉ１から主変圧器出力電流ＩＳを減算することにより、電流偏差ＤＩ１は、図３中の一点鎖線で示すように、交流架線１の電源周波数の２倍の１２０Ｈｚ周期でピークが出力される波形となる。したがって、この場合には、第２特定周波数設定値Ｆｓｅｔ２としては、電流偏差ＤＩ１の周波数である１２０Ｈｚに設定すればよい。このように、第２特定周波数設定値Ｆｓｅｔ２として、電流偏差ＤＩ１の周波数つまり、交流架線１の電源周波数の２倍の周波数である１２０Ｈｚを設定しておくことにより、電流偏差ＤＩ１が第２特定周波数電流演算部１５ａに入力されると、図４中に実線で示すように、１２０Ｈｚの略正弦波形の第２特定周波数電流Ｉ２が停電検知部１９ａに出力される。
【００２９】
そして、停電検知部１９ａでは、第２特定周波数電流Ｉ２と停電検知電流設定値Ｉｓｅｔの大きさが比較される。第２特定周波数電流Ｉ２が停電検知電流設定値Ｉｓｅｔよりも大きい場合には、停電と判断され、停電検知信号ＴＤＮがコンバータ制御器８に出力される。一方、第２特定周波数電流Ｉ２が停電検知電流設定値Ｉｓｅｔよりも小さい場合には、停電ではないと判断され、停電検知信号ＴＤＮは出力されない。
【００３０】
ここで、図２に示す停電検知器１３ａでは、主変圧器３から出力される電流（つまり、主変圧器出力電流ＩＳ）を第１特定周波数設定値Ｆｓｅｔ１と比較して第１特定周波数電流Ｉ１を抽出し、その第１特定周波数電流Ｉ１からさらに自身の入力である主変圧器出力電流ＩＳで減算処理している。これにより、非停電時と停電時の場合の出力差を大きくすることができる。つまり、非停電時の場合には減算器１６の出力（電流偏差ＤＩ１）は小さく、停電時の場合には減算器１６の出力（電流偏差ＤＩ１）は大きくなる。さらに、停電時の場合には、その大きくなった電流偏差ＤＩ１をバランス停電時に発生する特有の周波数（ここでは、交流架線１の電源周波数の２倍の周波数である１２０Ｈｚ）に設定した第２特定周波数設定値Ｆｓｅｔ２と比較して第２特定周波数電流Ｉ２を抽出し、その第２特定周波数電流Ｉ２を停電検知電流設定値Ｉｓｅｔと比較することにより、停電検知を行うようにしている。このため、停電検知のための閾値である停電検知電流設定値Ｉｓｅｔを大きく設定することができるので、バランス停電のように交流架線１の電流変動幅が小さい停電の検知感度や検知精度を向上させることができる。
【００３１】
また、上述した本実施の形態の背景技術として説明した従来例では、停電以外の外乱等により、単発的に電流偏差が大きい値となると誤検知が発生するが、本実施の形態では、第２特定周波数設定値Ｆｓｅｔ２として、例えばバランス停電時に発生する特有の周波数（例えば、交流架線１の電源周波数を６０Ｈｚとした場合には、その２倍の周波数である１２０Ｈｚ）に設定することで、停電以外の外乱等により、単発的に電流偏差ＤＩ１が大きい値となっても、その外乱成分は第２特定周波数電流演算部１５ａにより減衰するので、停電以外の外乱等による誤検知を防止することが可能である。
【００３２】
以上説明したように、実施の形態１の交流電気車の制御装置によれば、主変圧器から出力される主変圧器出力電流を第１特定周波数設定値と比較して第１特定周波数電流を抽出し、さらに自身の入力である主変圧器出力電流で減算処理しているので、非停電時と停電時の場合の出力差を大きくすることができ、さらに、停電時の場合には、その大きくなった電流偏差をバランス停電時に発生する特有の周波数に設定した第２特定周波数設定値と比較して第２特定周波数電流を抽出し、その第２特定周波数電流を停電検知電流設定値と比較することにより、停電検知を行うようにしているので、停電検知のための閾値である停電検知電流設定値を大きく設定することができ、バランス停電のように交流架線の電流変動幅が小さい停電の検知感度や検知精度を向上させることができる。
【００３３】
また、第２特定周波数設定値として、例えばバランス停電時に発生する特有の周波数に設定することで、停電以外の外乱等により、単発的に電流偏差が大きい値となっても、その外乱成分は第２特定周波数電流演算部により減衰するので、停電以外の外乱等による誤検知を防止することが可能である。
【００３４】
その結果、従来よりも停電検知感度を高めつつ、通常運行時の誤検知および停電検知遅れを防止することができる。そして、停電が検出された場合には、ＰＷＭコンバータの動作を停止させ、交流架線から電力の供給を受けている電気車の回生ブレーキ動作を停止させる。これにより、交流架線に流れる交流電力は低下し、変電所における停電検出も、迅速かつ確実に行われる。このように、停電検知感度の向上と停電検知精度の向上とを両立させた制御を実現可能となり、変電所等の地上設備の障害防止、および、車両運行の安定化を実現することが可能となる。
【００３５】
実施の形態２．
実施の形態１では、主変圧器３から出力される主変圧器出力電流ＩＳを用いて、停電検知を行う例について説明したが、本実施の形態では、主変圧器３の出力電圧（主変圧器出力電圧）ＶＳを用いて、停電検知を行う例について説明する。
【００３６】
図５は、実施の形態２にかかる交流電気車の駆動系および制御系の一構成例を示す図である。実施の形態２にかかる交流電気車の駆動系の構成は、実施の形態１にかかる交流電気車の駆動系と同一であるので、ここでは説明を省略する。
【００３７】
一方、交流電気車の制御系では、図１に示す実施の形態１の構成における電流検出器５および電気車制御装置７ａに代えて、主変圧器３の出力電圧を検出する電圧検出器６および電圧検出器６の出力である主変圧器出力電圧ＶＳに基づいてＰＷＭコンバータ４を制御する電気車制御装置７ｂを備えて構成される。また、電気車制御装置７ｂは、図１に示す実施の形態１の構成における停電検知器１３ａに代えて停電検知器１３ｂを備えており、主変圧器出力電圧ＶＳがコンバータ制御器８および停電検知器１３ｂの双方に入力されるよう構成されている。
【００３８】
交流架線１の停電が発生した場合には、停電検知器１３ｂからコンバータ制御器８に対して停電検知信号ＴＤＮが出力される。なお、本実施の形態では、この停電検知信号ＴＤＮは、電圧検出器６が検出した主変圧器出力電圧ＶＳを用いて生成される。コンバータ制御器８は、入力された停電検知信号ＴＤＮに基づいてゲート許可信号１１の出力を完全に停止させる。
【００３９】
つぎに、実施の形態１にかかる停電検知器１３ｂの構成について説明する。図６は、実施の形態２にかかる停電検知器の細部構成の一例を示す図である。なお、実施の形態１と同一または同等の構成部には同一符号を付して、その詳細な説明は省略する。
【００４０】
図６において、停電検知器１３ｂは、図２に示す実施の形態１の構成における停電検知電流設定部１７ａ、第１特定周波数電流演算部１４ａ、第２特定周波数電流演算部１５ａ、および停電検知部１９ａに代えて、停電を電圧値レベルで判定するための閾値となる停電検知電圧設定値Ｖｓｅｔを出力する停電検知電圧設定部１７ｂ、主変圧器出力電圧ＶＳおよび第１特定周波数設定値Ｆｓｅｔ１を入力とする第１特定周波数電圧演算部１４ｂ、減算器１６の出力である電圧偏差ＤＶ１および第２特定周波数設定値Ｆｓｅｔ２を入力とする第２特定周波数電圧演算部１５ｂ、ならびに、停電検知電圧設定値Ｖｓｅｔおよび第２特定周波数電圧演算部１５ｂの出力である第２特定周波数電圧Ｖ２を入力とする停電検知部１９ｂを備えており、停電検知部１９ｂの出力が上述した停電検知信号ＴＤＮとして出力される。
【００４１】
なお、第１特定周波数設定部２０が出力する第１特定周波数設定値Ｆｓｅｔ１、第２特定周波数設定部２１が出力する第２特定周波数設定値Ｆｓｅｔ２、および停電検知電圧設定部１７ｂが出力する停電検知電圧設定値Ｖｓｅｔについては、実施の形態１と同様に、変電所等のき電設備における使用周波数、つまり、交流架線１の電源周波数や供給電力、同時に運行される車両編成数、編成車両のタイプ等に応じて任意の値に設定することができる。ここで、第１特定周波数設定値Ｆｓｅｔ１としては、交流架線１の電源周波数（例えば、６０Ｈｚ）を設定し、第２特定周波数設定値Ｆｓｅｔ２としては、上述したバランス停電時に発生する特有の周波数（ここでは、例えば、交流架線１の電源周波数の２倍の周波数である１２０Ｈｚ）を設定すればよく、それぞれ主変圧器出力電圧ＶＳあるいは電圧偏差ＤＶ１に対して異なる値を設定することができる。
【００４２】
また、第１特定周波数電圧演算部１４ｂおよび第２特定周波数電圧演算部１５ｂとしては、その一例として、実施の形態１と同様に、それぞれ第１特定周波数設定値Ｆｓｅｔ１あるいは第２特定周波数設定値Ｆｓｅｔ２を中心周波数とするバンドパスフィルタが考えられる。
【００４３】
（停電検知器の動作）
つぎに、停電検知器１３ｂの動作について図１および図２を参照して説明する。第１特定周波数電圧演算部１４ｂは、電圧検出器６から出力された主変圧器出力電圧ＶＳから、第１特定周波数設定値Ｆｓｅｔ１に相当する電圧成分を抽出し、当該電圧成分を第１特定周波数電圧Ｖ１として減算器１６に出力する。減算器１６は、主変圧器出力電圧ＶＳから第１特定周波数電圧Ｖ１を減算し、その減算結果を電圧偏差ＤＶ１として第２特定周波数電圧演算部１５ｂに出力する。第２特定周波数電圧演算部１５ｂは、電圧偏差ＤＶ１から第２特定周波数設定値Ｆｓｅｔ２に相当する電圧成分を抽出し、当該電圧成分を第２特定周波数電圧Ｖ２として停電検知部１９ｂに出力する。
【００４４】
そして、停電検知部１９ｂでは、第２特定周波数電圧Ｖ２と停電検知電圧設定値Ｖｓｅｔの大きさが比較される。第２特定周波数電圧Ｖ２が停電検知電圧設定値Ｖｓｅｔよりも大きい場合には、停電と判断され、停電検知信号ＴＤＮがコンバータ制御器８に出力される。一方、第２特定周波数電圧Ｖ２が停電検知電圧設定値Ｖｓｅｔよりも小さい場合には、停電ではないと判断され、停電検知信号ＴＤＮは出力されない。
【００４５】
ここで、図６に示す停電検知器１３ｂでは、主変圧器３から出力される電圧（つまり、主変圧器出力電圧ＶＳ）を第１特定周波数設定値Ｆｓｅｔ１と比較して第１特定周波数電圧Ｖ１を抽出し、その第１特定周波数電圧Ｖ１からさらに自身の入力である主変圧器出力電圧ＶＳで減算処理している。これにより、非停電時と停電時の場合の出力差を大きくすることができる。つまり、非停電時の場合には減算器１６の出力（電圧偏差ＤＶ１）は小さく、停電時の場合には減算器１６の出力（電圧偏差ＤＶ１）は大きくなる。さらに、停電時の場合には、その大きくなった電圧偏差ＤＶ１をバランス停電時に発生する特有の周波数（ここでは、交流架線１の電源周波数の２倍の周波数である１２０Ｈｚ）に設定した第２特定周波数設定値Ｆｓｅｔ２と比較して第２特定周波数電圧Ｖ２を抽出し、その第２特定周波数電圧Ｖ２を停電検知電圧設定値Ｖｓｅｔと比較することにより、停電検知を行うようにしている。このため、停電検知のための閾値である停電検知電圧設定値Ｖｓｅｔを大きく設定することができ、実施の形態１と同様に、バランス停電のように交流架線１の電圧変動幅が小さい停電の検知感度や検知精度を向上させることができる。
【００４６】
また、本実施の形態においても、第２特定周波数設定値Ｆｓｅｔ２として、例えばバランス停電時に発生する特有の周波数（例えば、交流架線１の電源周波数を６０Ｈｚとした場合には、その２倍の周波数である１２０Ｈｚ）に設定することで、停電以外の外乱等により、単発的に電圧偏差ＤＶ１が大きい値となっても、その外乱成分は第２特定周波数電圧演算部１５ｂにより減衰するので、停電以外の外乱等による誤検知を防止することが可能である。
【００４７】
以上説明したように、実施の形態２の交流電気車の制御装置によれば、主変圧器から出力される主変圧器出力電圧を用いて停電検知を行う構成とした場合でも、主変圧器出力電圧を第１特定周波数設定値と比較して第１特定周波数電圧を抽出し、さらに自身の入力である主変圧器出力電圧で減算処理しているので、非停電時と停電時の場合の出力差を大きくすることができ、さらに、停電時の場合には、その大きくなった電圧偏差をバランス停電時に発生する特有の周波数に設定した第２特定周波数設定値と比較して第２特定周波数電圧を抽出し、その第２特定周波数電圧を停電検知電圧設定値と比較することにより、停電検知を行うようにしているので、停電検知のための閾値である停電検知電圧設定値を大きく設定することができ、バランス停電のように交流架線の電圧変動幅が小さい停電の検知感度や検知精度を向上させることができる。
【００４８】
また、第２特定周波数設定値として、例えばバランス停電時に発生する特有の周波数に設定することで、停電以外の外乱等により、単発的に電流偏差が大きい値となっても、その外乱成分は第２特定周波数電圧演算部により減衰するので、停電以外の外乱等による誤検知を防止することが可能である。
【００４９】
その結果、従来よりも停電検知感度を高めつつ、通常運行時の誤検知および停電検知遅れを防止することができる。そして、停電が検出された場合には、ＰＷＭコンバータの動作を停止させ、交流架線から電力の供給を受けている電気車の回生ブレーキ動作を停止させる。これにより、交流架線に流れる交流電力は低下し、変電所における停電検出も、迅速かつ確実に行われる。このように、停電検知感度の向上と停電検知精度の向上とを両立させた制御を実現可能となり、変電所等の地上設備の障害防止、および、車両運行の安定化を実現することが可能となる。
【００５０】
なお、上述した実施の形態では、交流架線の電源周波数を６０Ｈｚとして第１特定周波数設定値を６０Ｈｚに設定し、バランス停電時に発生する特有の周波数を交流架線の電源周波数の２倍の周波数である１２０Ｈｚとして第２特定周波数設定値を１２０Ｈｚに設定する例について説明したが、これら第１特定周波数設定値および第２特定周波数設定値の周波数は上記に限らず、これら第１特定周波数設定値および第２特定周波数設定値により本発明が限定されるものではない。
【００５１】
例えば、交流架線の電源周波数を５０Ｈｚとして第１特定周波数設定値を５０Ｈｚに設定した場合には、第２特定周波数２設定値を１００Ｈｚに設定すればよい。また、一般的には、バランス停電発生時の電流偏差または電圧偏差の波形は、交流架線の電源周波数のｎ倍（ｎは２以上の整数）の周波数でピークを持つ波形となるので、第２特定周波数設定値を交流架線の電源周波数のｎ倍の周波数に設定するようにしてもよい。
【００５２】
また、上述した実施の形態では、主変圧器出力電流を用いた停電検知と主変圧器出力電圧を用いた停電検知とをそれぞれ異なる構成で実現する例について説明したが、主変圧器出力電流および主変圧器出力電圧の双方を用いて停電検知を行う構成としてもよいことは言うまでもない。この場合には、停電検知部において、第２特定周波数電流が停電検知電流設定値よりも大きい場合、もしくは第２特定周波数電圧が停電検知電圧設定値よりも大きい場合には、停電と判断して、停電検知信号をコンバータ制御器に出力し、第２特定周波数電流が停電検知電流設定値よりも小さく、且つ、第２特定周波数電圧が停電検知電圧設定値よりも小さい場合には、停電ではないと判断するようにすればよい。
【００５３】
なお、以上の実施の形態に示した構成は、本発明の構成の一例であり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、一部を省略する等、変更して構成することも可能であることは言うまでもない。
【符号の説明】
【００５４】
１  交流架線
２  集電器
３  主変圧器
４  ＰＷＭコンバータ
５  電流検出器
６  電圧検出器
７ａ，７ｂ  電気車制御装置
８  コンバータ制御器
９  インバータ
１１  ゲート許可信号
１２  電動機
１３ａ，１３ｂ  停電検知器
１４ａ  第１特定周波数電流演算部
１４ｂ  第１特定周波数電圧演算部
１５ａ  第２特定周波数電流演算部
１５ｂ  第２特定周波数電圧演算部
１６  減算器
１７ａ  停電検知電流設定部
１７ｂ  停電検知電圧設定部
１９ａ，１９ｂ  停電検知部
２０  第１特定周波数設定部
２１  第２特定周波数設定部
２２  車輪
２３  レール
【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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【国際調査報告】
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