(57)【要約】  複数の平滑用フィルタコンデンサを介した直流電力を交流電力に変換してそれぞれ交流モータに供給する複数の電力変換器を複数の制御部で構成される制御装置で制御する際に、フィルタコンデンサ電圧の検出誤差により、電流指令絞り込み量が各制御部間でアンバランス化し、回生電力量も各制御部間でアンバランスが発生する。この課題を解決するために、平滑用フィルタコンデンサそれぞれの電圧を検出する複数の電圧検出器と、電力変換器それぞれを当該電力変換器に対応する電圧検出器からの電圧検出値に基づいて個別に制御する複数の第１の制御部と、複数の電圧検出器からの各電圧検出値に基づき複数の第１の制御部に対する共通の電流指令絞り込み量を算出して第１の制御部それぞれに出力する第２の制御部とを備え、軽負荷回生制御時に、第１の制御部それぞれは、第２の制御部が出力する共通の電流指令絞り込み量に基づき制御を行う。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の平滑用フィルタコンデンサを介した直流電力を交流電力に変換してそれぞれ交流モータに供給する複数の電力変換器用の制御装置であって、
前記平滑用フィルタコンデンサそれぞれの電圧を検出する複数の電圧検出器と、
前記電力変換器それぞれを当該電力変換器に対応する前記電圧検出器からの電圧検出値に基づいて個別に制御する複数の第１の制御部と、
前記複数の電圧検出器からの各電圧検出値に基づき、前記複数の第１の制御部に対する共通の電流指令絞り込み量を算出して、前記第１の制御部それぞれに出力する第２の制御部と
を備え、
軽負荷回生制御時に、前記第１の制御部それぞれは、前記第２の制御部が出力する前記共通の電流指令絞り込み量に基づき制御を行う
ことを特徴とする複数の電力変換器用の制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載の複数の電力変換器用の制御装置であって、
前記第２の制御部を、前記複数の第１の制御部とは別に独立して備える
ことを特徴とする複数の電力変換器用の制御装置。
【請求項３】
請求項１に記載の複数の電力変換器用の制御装置であって、
前記第２の制御部を、前記複数の第１の制御部の少なくともいずれか一方の内部に備える
ことを特徴とする複数の電力変換器用の制御装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の複数の電力変換器用の制御装置であって、
前記第２の制御部は、前記電圧検出器それぞれからの各電圧検出値に基づいて求めた複数の電流指令絞り込み量の平均値を算出し、当該平均値を前記共通の電流指令絞り込み量とする
ことを特徴とする複数の電力変換器用の制御装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の複数の電力変換器用の制御装置と、
前記制御装置により駆動制御される前記複数の電力変換器と
から構成される電力変換装置。
【請求項６】
請求項５に記載の電力変換装置を搭載した電気車。
【請求項７】
複数の平滑用フィルタコンデンサを介した直流電力を交流電力に変換してそれぞれ交流モータに供給する複数の電力変換器の制御方法であって、
軽負荷回生制御時に、前記複数の平滑用フィルタコンデンサそれぞれの各電圧検出値に基づいて複数の電流指令絞り込み量を求め、当該複数の電流指令絞り込み量の平均値を算出し、当該平均値を共通の電流指令絞り込み量として前記電力変換器それぞれを個別に制御する
ことを特徴とする複数の電力変換器の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の電力変換器用の制御装置及び制御方法に関するもので、特に、鉄道車両の軽負荷回生制御に好適なものである。
【背景技術】
【０００２】
図６は、直流電気車に用いる従来の車両用電力変換器の制御装置の全体構成を示す図である。図中、１は、直流電車線、２ａ、２ｂおよび３ａ、３ｂは、直流電力を平滑化するフィルタリアクトルおよびフィルタコンデンサ、４ａおよび４ｂは、直流電車線１から供給される直流電力を可変電圧可変周波数の交流電力に変換するインバータ装置（電力変換器）、８ａおよび８ｂは、交流モータ、５ａ、６ａ、７ａおよび５ｂ、６ｂ、７ｂは、交流モータ８ａおよび８ｂの各相電流を検出する電流検出器、９ａおよび９ｂは、フィルタコンデンサ３ａおよび３ｂの電圧を検出する電圧検出器、１０ａおよび１０ｂは、インバータ装置４ａおよび４ｂを駆動する駆動制御部ＡおよびＢ、１２ａおよび１２ｂは、制御部１０ａおよび１０ｂに内蔵された軽負荷回生制御部、１３は、駆動制御ＡおよびＢから構成される制御装置である。【０００３】
図６において、従来の制御装置１３を構成する駆動制御部１０ａおよび１０ｂは、電圧検出器９ａおよび９ｂで検出した、フィルタコンデンサ３ａの電圧Ｅｃｆ１およびフィルタコンデンサ３ｂの電圧Ｅｃｆ２をそれぞれ取り込む。この電圧Ｅｃｆ１または電圧Ｅｃｆ２が所定の電圧制限値を越えた場合に、駆動制御部１０ａおよび１０ｂは、回生トルク電流の大きさを絞り回生電力を制限して、フィルタコンデンサ３ａまたは３ｂの電圧Ｅｃｆ１または電圧Ｅｃｆ２が電圧制限値を越えないように制御することにより、軽負荷回生制御を行っている。【０００４】
しかし、上記のように制御装置が複数台の駆動制御部で構成される場合、電圧検出器９ａおよび９ｂの検出誤差や検出信号をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換回路（図示しないが、軽負荷回生制御部の前段に設置）の変換誤差等により、フィルタコンデンサ電圧３ａおよび３ｂの検出値Ｅｃｆ１およびＥｃｆ２に差が生じ、電流指令絞り込み量が駆動制御部１０ａおよび１０ｂ間でアンバランスとなる。【０００５】
これにより、台車間で電空ブレーキ（電気ブレーキおよび空気ブレーキ）の負担割合に差が生じ、この差によってブレーキディスクの摩耗度合がばらつき、その交換頻度が異なってくる（すなわち、一括したメンテナンスができないことにつながる）。【０００６】
また、各電気機器の発熱や負担が均等化されず、熱サイクル寿命が異なってしまう。特に交流モータ８ａおよび８ｂが永久磁石同期モータである場合、このモータの温度が高温になるほど、同じトルクを出すために電流をより増やす制御となり、負担の大きい側がさらに負担を負ってしまう、といった種々の課題がある。【０００７】
このような駆動制御部１０ａおよび１０ｂ間に発生する軽負荷回生時の制御アンバランスを抑制する方法として、例えば特許文献１や特許文献２に示される手法がある。【０００８】
特許文献１には、電圧制限値を調整することで複数の制御部の電流指令絞り込み量を均等化する制御手法が示されている。
図９は、特許文献１に示される制御手法を説明する図である。図９に「（調整前）」として示すように、駆動制御部１０ａおよび１０ｂそれぞれの電圧検出値Ｅｃｆ１およびＥｃｆ２に検出差が生じていると、Ｅｃｆ１およびＥｃｆ２は、予め設定したフィルタコンデンサの電圧制限値Ｅｃｆｍａｘとの差が異なるため、駆動制御部１０ａおよび１０ｂ間に発生する軽負荷回生時の絞り込み量にアンバランスが生じる。【０００９】
特許文献１に示される制御手法では、図９に「（調整後）」として示すように、電圧検出器９ａおよび９ｂそれぞれのフィルタコンデンサ電圧検出値の差分ΔＥｃｆ１２を求め、このΔＥｃｆ１２の値を用いて電圧制限値Ｅｃｆｍａｘを調整している。例えば、ここではＥｃｆ２が大きいと仮定すると、（数１）により電圧の差分ΔＥｃｆ１２を求め、（数２）により駆動制御部１０ａおよび１０ｂそれぞれの電圧制限値Ｅｃｆｍａｘ１およびＥｃｆｍａｘ２を決定する。【００１０】
その結果として、Ｅｃｆｍａｘ１は従来の電圧制限値Ｅｃｆｍａｘより低くなり、駆動制御部１０ａの電流指令絞り込み量が増加する。上記の制御手法を通して、駆動制御部１０ａおよび１０ｂの電流指令絞り込み量が同じになるように調整し、電空ブレーキの負担割合または各電気機器の発熱や負担の均等化を図るようにしている。
ΔＥｃｆ１２＝Ｅｃｆ２−Ｅｃｆ１                  （数１）
Ｅｃｆｍａｘ１＝Ｅｃｆｍａｘ−ΔＥｃｆ１２        （数２）
Ｅｃｆｍａｘ２＝Ｅｃｆｍａｘ                      （数２）【００１１】
また、特許文献２に示される制御手法は、特許文献１に示される制御手法に類似して、電圧制限値を調整することで複数の駆動制御部の電流指令絞り込み量を均等化している。
図１０は、特許文献２に示される制御手法を説明する図である。（数３）により、フィルタコンデンサ電圧Ｅｃｆ１およびＥｃｆ２の平均値ΔＥｃｆｍを求め、（数４）により、制御部１０ａおよび１０ｂそれぞれの電圧制限値Ｅｃｆｍａｘ１およびＥｃｆｍａｘ２を決定する。その結果として、図１０に「（調整後）」として示すように、駆動制御部１０ａおよび１０ｂそれぞれの電流指令絞り込み量が同じになるように調整することができる。
ΔＥｃｆｍ＝（Ｅｃｆ１＋Ｅｃｆ２）／２            （数３）
Ｅｃｆｍａｘ１＝Ｅｃｆｍａｘ−ΔＥｃｆｍ          （数４）
Ｅｃｆｍａｘ２＝Ｅｃｆｍａｘ＋ΔＥｃｆｍ          （数４）
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開２００１−１５７３０３号公報
【特許文献２】特開２００１−５７７０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
特許文献１および２共に、電圧制限値の調整により複数の駆動制御部の電流指令絞り込み量を均等化している。ただし、特許文献１および２の制御手法では、電圧制限値を調整することで、回生電力量が駆動制御部１０ａおよび１０ｂの間でアンバランス化することに加え、回生電力量が実際に回生できるはずの回生電力量と異なってしまう。電圧制限値を下げた駆動制御部では、実際に回生できるはずの回生電力量が減り、エネルギーの回収量が少なくなる。他方、電圧制限値を上げた駆動制御部では、実際に回生できるはずの回生電力量が増え、エネルギーの回収量が多くなる。回生電力量が駆動制御部１０ａおよび１０ｂでばらつく場合、例えばそれぞれの回生電力を吸収するための電力貯蔵装置（バッテリ等）の充電電力量にばらつきが生じ、稼働状態の多い電力貯蔵装置の寿命が短くなるという課題が発生する。
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、電力変換器の制御装置が備える駆動制御部が複数で構成される場合、電圧検出器の検出誤差により、複数のフィルタコンデンサ電圧の検出値に差が生じるとき、電圧制限値の調整を行わずに、複数の駆動制御部間の電流指令絞り込み量のバランス化を図り、回生電力量を実際に回生できるはずの回生電力量と同じにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記課題を解決するために、複数の平滑用フィルタコンデンサを介した直流電力を交流電力に変換してそれぞれ交流モータに供給する複数の電力変換器用の制御装置として、平滑用フィルタコンデンサそれぞれの電圧を検出する複数の電圧検出器と、電力変換器それぞれを当該電力変換器に対応する電圧検出器からの電圧検出値に基づいて個別に制御する複数の第１の制御部と、複数の電圧検出器からの各電圧検出値に基づき複数の第１の制御部に対する共通の電流指令絞り込み量を算出して第１の制御部それぞれに出力する第２の制御部とを備え、軽負荷回生制御時に、第１の制御部それぞれは、第２の制御部が出力する共通の電流指令絞り込み量に基づき制御を行うことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、複数の駆動制御部間に発生する軽負荷回生制御時の制御量アンバランスを抑制することにより、車両台車間で電空ブレーキの負担割合の差によるブレーキディスクの摩耗度合のばらつきを無くすことができる。また、各電気機器の発熱や負担を均等化でき、熱サイクル寿命を均等化できる。更に、フィルタコンデンサの電圧制限値を調整することなく、軽負荷回生制御時に実際に回生できるはずの回生電力量を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施例１に係る車両用電力変換器の制御装置の全体構成を示す図である。
【図２】電流指令絞り込み補正量を生成するための構成を示す図である。
【図３】電流指令絞り込み量を補償するための構成を示す図である。
【図４】従来の制御装置による軽負荷回生制御の動作結果を示す図である。
【図５】本発明に係る制御装置による軽負荷回生制御の動作結果を示す図である。
【図６】従来の車両用電力変換器の制御装置の全体構成を示す図である。
【図７】本発明の実施例２に係る車両用電力変換器の制御装置の全体構成を示す図である。
【図８】本発明の実施例３に係る車両用電力変換器の制御装置の全体構成を示す図である。
【図９】特許文献１に示される制御手法を説明する図である。
【図１０】特許文献２に示される制御手法を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明を実施するための形態として、実施例１〜３について図を用いて説明する。なお、以下で説明する各図において、図６で示した構成要素と共通するものについては、同じ符号を付与し、その説明は先に示しているので省略する。
【実施例１】
【００１８】
図１は、本発明の実施例１に係る車両用電力変換器の制御装置の全体構成を示す図である。
図１において、１１は、制御装置１３が備える統括制御部であり、２台のインバータ装置４ａおよび４ｂそれぞれに対応する２台の駆動制御部１０ａおよび１０ｂそれぞれに取り込まれるフィルタコンデンサ電圧情報（Ｅｃｆ１およびＥｃｆ２）を取り扱う。【００１９】
まず、２台の駆動制御部１０ａおよび１０ｂに共通する電流指令絞り込み量と電流指令絞り込み補償量の求め方について説明する。
図２は、電流指令絞り込み補正量を生成するための構成を示す図である。駆動制御部１０ａおよび１０ｂそれぞれの電流指令絞り込み量Δｉｑ１およびΔｉｑ２を用いて、例えば、（数５）により、電流指令絞り込み量Δｉｑ１およびΔｉｑ２を加算演算１２１した後、演算器１２２によりその平均値ΔＰｒを求めている。次に、平均値ΔＰｒを用いて、電流指令絞り込み量Δｉｑ１およびΔｉｑ２それぞれと減算演算１２３および１２４を取ることで、駆動制御部１０ａおよび１０ｂそれぞれの電流指令絞り補正量ΔＰｃｒ１およびΔＰｃｒ２を求めている。
ΔＰr＝（Δｉｑ１＋Δｉｑ２）／２                      （数５）【００２０】
ここで、複数の駆動制御部が２台以上のｎ台から構成される制御装置においては、電流指令絞り込み量がｎ個存在することから、（数６）を用いてｎ個の平均値ΔＰｒを求め、各駆動制御部に対する電流指令絞り補正量ΔＰｃｒｘ（ｘ＝１、２・・・ｎ）を求める。
ΔＰr＝（Δｉｑ１＋Δｉｑ２＋・・・＋Δｉｑｎ）／ｎ    （数６）【００２１】
図３は、電流指令絞り込み量を補償するための構成を示す図である。フィルタコンデンサ電圧検出値Ｅｃｆｘ（ｘ＝１、２・・・ｎ）とフィルタコンデンサ電圧制限値Ｅｃｆｍａｘとの減算演算１２５（両者の差分）を入力とするＰＩ制御器１２６により決められた電流指令絞り込み量Δｉｑｘ（ｘ＝１、２・・・ｎ）に対して、上述した電流指令絞り補正量ΔＰｃｒｘ（ｘ＝１、２・・・ｎ）を加算演算１２７することで、電流指令絞り込み量Δｉｑｘ（ｘ＝１、２・・・ｎ）を補償する。【００２２】
次に、軽負荷回生制御の動作態様について説明する。
図４は、従来の制御装置による軽負荷回生制御の動作結果を示す図である。図示のように、電圧検出器９ａおよび９ｂで検出した、フィルタコンデンサ３ａの電圧Ｅｃｆ１およびフィルタコンデンサ３ｂの電圧Ｅｃｆ２に差が生じるため、駆動制御部１０ａおよび１０ｂの電流指令絞り込み量Δｉｑ１およびΔｉｑ２は異なり、アンバランスになってしまう。それにより、軽負荷回生制御時に駆動制御部１０ａおよび１０ｂにより回生される電力量についても異なってくることになる。【００２３】
一方、図５は、本発明に係る制御装置による軽負荷回生制御の動作結果を示す図である。図示のように、電圧検出器９ａおよび９ｂで検出した、フィルタコンデンサ３ａの電圧Ｅｃｆ１およびフィルタコンデンサ３ｂの電圧Ｅｃｆ２に差が生じても、フィルタコンデンサ電圧Ｅｃｆ１およびＥｃｆ２は、電圧制限値Ｅｃｆｍａｘ以下に抑制されることが分かる。【００２４】
更に、電流指令絞り込み量Δｉｑ１およびΔｉｑ２に対して、電流指令絞り補正量ΔＰｃｒ１およびΔＰｃｒ２を補償することで、補償後のΔｉｑ１およびΔｉｑ２は同じ値となり、駆動制御部１０ａおよび１０ｂとの間で電流指令絞り込み量のアンバランスは発生しないことになる。また、電圧制限値Ｅｃｆｍａｘの調整を行っていないことが確認され、軽負荷回生制御時の回生電力量は影響を受けず、本来回生できる電力量を確保することができる。
【実施例２】
【００２５】
図７は、本発明の実施例２に係る車両用電力変換器の制御装置の全体構成を示す図である。
本実施例２は、駆動制御部１０ａおよび１０ｂにそれぞれ軽負荷制御部１２ａおよび１２ｂを設ける構成である。軽負荷回生制御部１２ａおよび１２ｂは、共に、電圧検出器９ａおよび９ｂで検出した、フィルタコンデンサ３ａの電圧Ｅｃｆ１およびフィルタコンデンサ３ｂの電圧Ｅｃｆ２を取り込み、先の図２および図３で説明した処理を行う。そのため、軽負荷回生制御部１２ａおよび１２ｂで生成した補償後のΔｉｑ１およびΔｉｑ２は、同じ値Δｉｑになる。これにより、駆動制御部１０ａおよび１０ｂとの間で電流指令絞り込み量のアンバランスは発生しないことになる。
【実施例３】
【００２６】
図８は、本発明の実施例３に係る車両用電力変換器の制御装置の全体構成を示す図である。
本実施例３は、軽負荷回生制御部１２を駆動制御部１０ａにのみに設ける構成である。駆動制御部１０ａに設けた軽負荷回生制御部１２は、電圧検出器９ａおよび９ｂで検出したフィルタコンデンサ３ａの電圧Ｅｃｆ１およびフィルタコンデンサ３ｂの電圧Ｅｃｆ２を取り込み、先の図２および図３で説明した処理を行う。軽負荷回生制御部１２で生成したΔｉｑは、駆動制御部１０ａの軽負荷回生制御に用いられるのに加えて、駆動制御部１０ｂにも伝送されて駆動制御部１０ｂの軽負荷回生制御にも用いられる。これにより、駆動制御部１０ａおよび１０ｂとの間で電流指令絞り込み量のアンバランスは発生しないことになる。
【符号の説明】
【００２７】
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（電力変換器）、
５ａ、５ｂ、６ａ、６ｂ、７ａ、７ｂ…電流検出器、
８ａ、８ｂ…交流モータ、９ａ、９ｂ…フィルタコンデンサ電圧検出器、
１０ａ、１０ｂ…駆動制御部Ａ，Ｂ、１１…統括制御部、
１２、１２ａ、１２ｂ…軽負荷回生制御部、１３…制御装置、１２１、１２７…加算演算、
１２２…演算器、１２３、１２４、１２５…減算演算、１２６…ＰＩ制御器
【図１】
2019138620.tif 000003
【図２】
2019138620.tif 000004
【図３】
2019138620.tif 000005
【図４】
2019138620.tif 000006
【図５】
2019138620.tif 000007
【図６】
2019138620.tif 000008
【図７】
2019138620.tif 000009
【図８】
2019138620.tif 000010
【図９】
2019138620.tif 000011
【図１０】
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【手続補正書】
【提出日】令和1年7月23日(2019.7.23)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の平滑用フィルタコンデンサを介した直流電力を交流電力に変換してそれぞれ交流モータに供給する複数の電力変換器用の制御装置であって、
前記平滑用フィルタコンデンサそれぞれの電圧を検出する複数の電圧検出器と、
トルク電流指令に基づき前記電力変換器それぞれを個別に制御する複数の駆動制御部と、
軽負荷回生制御時に、前記複数の電圧検出器からの各電圧検出値と所定の電圧制限値との差分からＰＩ制御器により求めた前記トルク電流指令それぞれの絞り込み量を、前記複数の駆動制御部それぞれに対する前記トルク電流指令の絞り補正量により補正する軽負荷回生制御部と
を備えることを特徴とする複数の電力変換器用の制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載の複数の電力変換器用の制御装置であって、
前記軽負荷回生制御部を、前記複数の駆動制御部とは別に独立して備える
ことを特徴とする複数の電力変換器用の制御装置。
【請求項３】
請求項１に記載の複数の電力変換器用の制御装置であって、
前記軽負荷回生制御部を、前記複数の駆動制御部の少なくともいずれか一方の内部に備える
ことを特徴とする複数の電力変換器用の制御装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の複数の電力変換器用の制御装置であって、
前記軽負荷回生制御部は、前記トルク電流指令それぞれの絞り込み量の平均値から前記トルク電流指令それぞれの絞り込み量を減算して前記複数の駆動制御部それぞれに対する前記トルク電流指令の絞り補正量を算出する
ことを特徴とする複数の電力変換器用の制御装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の複数の電力変換器用の制御装置と、
前記制御装置により駆動制御される前記複数の電力変換器と
から構成される電力変換装置。
【請求項６】
請求項５に記載の電力変換装置を搭載した電気車。
【請求項７】
複数の平滑用フィルタコンデンサそれぞれを介した直流電力を交流電力に変換してそれぞれ交流モータに供給する複数の電力変換器の軽負荷回生時の制御方法であって、
前記複数の平滑用フィルタコンデンサそれぞれの電圧検出値と所定の電圧制限値との差分からＰＩ制御により前記複数の電力変換器それぞれに対するトルク電流指令の絞り込み量を求めるステップと、
前記トルク電流指令それぞれの絞り込み量の平均値から前記トルク電流指令それぞれの絞り込み量を減算して前記トルク電流指令それぞれの絞り補正量を算出するステップと、
前記トルク電流指令の絞り込み量それぞれを前記トルク電流指令それぞれの絞り補正量により補正するステップと
を有する複数の電力変換器の軽負荷回生時の制御方法。
【国際調査報告】
2019138620.tif 000013
2019138620.tif 000014