(57)【要約】  複数のコンバータには、当該各コンバータから供給される直流電力を用いて電気車を推進制御する推進制御装置が負荷としてそれぞれ接続される。信号波と搬送波との間に所望の位相角を付与する位相角決定部１５には、各推進制御装置の負荷状態が同等と見なせるものを同一のグループにグルーピングしたときの当該同一グループ内の位相角の設定値を各グループ毎に記した搬送波位相テーブル２２が設けられる。位相角決定部１５は、各推進制御装置の負荷状態を表す負荷状態信号２５および自車ＩＤ信号２１に基づいて搬送波位相テーブル２２を参照し、各コンバータに付与する位相角を決定してＰＷＭ制御部に出力する。ＰＷＭ制御部は、位相角決定部１５が決定した位相角に基づいて搬送波の位相角を変更する。
2013088496.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
編成列車を構成する連結された複数の車両のうちの少なくとも２つの車両にそれぞれ搭載され、交流電圧を直流電圧に変換するコンバータと、搬送波および信号波に基づき、前記コンバータに具備されるスイッチング素子をＰＷＭ制御するＰＷＭ信号を生成して出力するＰＷＭ制御部と、前記信号波と前記搬送波との間に所望の位相角を付与する位相角決定部と、を備えて構成される電力変換装置であって、
複数の前記コンバータには、当該各コンバータから供給される直流電力を用いて電気車を推進制御する推進制御装置が負荷としてそれぞれ接続され、
前記位相角決定部には、前記各推進制御装置の負荷状態が同等と見なせるものを同一のグループにグルーピングしたときの当該同一グループ内の位相角の設定値を各グループ毎に記した第１のテーブルが設けられており、
前記位相角決定部は、前記各推進制御装置の負荷状態を表す第１の信号に基づいて前記第１のテーブルを参照し、前記各コンバータに付与する位相角を決定して前記ＰＷＭ制御部に出力し、
前記ＰＷＭ制御部は、前記位相角決定部が決定した位相角に基づいて前記搬送波の位相角を設定または変更する
ことを特徴とする電力変換装置。
【請求項２】
前記第１のテーブルに設定される同一グループ内の位相角は、前記各コンバータが発生する高調波の総和が最小となるように設定されていることを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項３】
前記編成列車は、前記コンバータに前記推進制御装置のみが接続される車両と、前記推進制御装置および前記補助電源装置の双方が接続される車両とが混在して編成されていることを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項４】
編成列車を構成する連結された複数の車両のうちの少なくとも２つの車両にそれぞれ搭載され、交流電圧を直流電圧に変換するコンバータと、搬送波および信号波に基づき、前記コンバータに具備されるスイッチング素子をＰＷＭ制御するＰＷＭ信号を生成して出力するＰＷＭ制御部と、前記信号波と前記搬送波との間に所望の位相角を付与する位相角決定部と、を備えて構成される電力変換装置であって、
複数の前記コンバータには、当該各コンバータから供給される直流電力を用いて電気車を推進制御する推進制御装置および補助電源装置が負荷としてそれぞれ接続され、
前記位相角決定部には、前記推進制御装置の負荷状態と前記補助電源装置の負荷状態との組合せが同等と見なせるものを同一のグループにグルーピングしたときの当該同一グループ内の位相角の設定値を各グループ毎に記した第２のテーブルが設けられており、
前記位相角決定部は、前記推進制御装置および補助電源装置の負荷状態を表す第２の信号に基づいて前記第２のテーブルを参照し、前記各コンバータに付与する位相角を決定して前記ＰＷＭ制御部に出力し、
前記ＰＷＭ制御部は、前記位相角決定部が決定した位相角に基づいて前記搬送波の位相角を設定または変更する
ことを特徴とする電力変換装置。
【請求項５】
前記第２のテーブルに設定される同一グループ内の位相角は、前記各コンバータが発生する高調波の総和が最小となるように設定されていることを特徴とする請求項４に記載の電力変換装置。
【請求項６】
前記編成列車は、前記コンバータに前記推進制御装置のみが接続される車両と、前記推進制御装置および前記補助電源装置の双方が接続される車両とが混在して編成されていることを特徴とする請求項４に記載の電力変換装置。
【請求項７】
前記第２の信号に基づいて前記補助電源装置の故障の有無を判定し、前記補助電源装置を故障と判定したときには、当該故障と判定した補助電源装置を搭載する車両を、前記推進制御装置のみを搭載する車両に変更して管理することを特徴とする請求項６に記載の電力変換装置。
【請求項８】
前記補助電源装置の負荷状態が同等と見なせるものを同一のグループにグルーピングし、前記推進制御装置に付与する性能値をグループ内では同一の設定値を記し、且つ、グループ間では異なる設定値を記した第３のテーブルを設け、前記補助電源装置の負荷状態を表す第３の信号が入力または変更される都度、前記第３のテーブルに記されている性能値に変更することを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の電力変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気車に搭載される電力変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来技術として、例えば下記特許文献１では、交流電源に並列接続されて運転される複数の電力変換装置において、交流電源側に流出する高調波を最小化するような位相角を各電力変換装置に設定し、電源電圧の正弦波のゼロ点を基準に位相角を考慮して搬送波波形を生成している。【０００３】
また、この特許文献１では、編成内の電力変換装置をすべて等価な装置として扱い、高調波抑制のために搬送波に位相差を持たせる場合には、その角度を等間隔に設定することとしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平７−２７４５１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記特許文献１に示される手法は、各電力変換装置が常に同一のタイミングで、同一の電流を入出力する場合には有効である。しかしながら、各電力変換装置が動作するにあたり、全ての電力変換装置が常に同一のタイミングで、同一の電流を入出力するとは限らず、主電動機を制御する推進制御装置の動作状態が異なる場合には、高調波成分の電力変換装置間で動作タイミングや入出力電流に差異が生ずることとなり、打ち消すことができない高調波成分が残留するという問題点があった。【０００６】
また、同一編成内の補助電源装置が全ての電力変換装置には接続されない構成の場合、即ち、推進制御装置および補助電源装置を負荷とする電力変換装置と、推進制御装置のみを負荷とする電力変換装置とが編成内に混在する構成の場合、例えば、推進制御装置が動作しない惰行中には、補助電源装置の接続された一部の電力変換装置のみが動作するため、電力変換装置間で動作タイミングや入出力電流に差異が生ずることとなり、打ち消すことができない高調波成分が残留するという問題点があった。【０００７】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、推進制御装置の動作状態が異なる場合であっても、また、推進制御装置および補助電源装置を負荷とする電力変換装置と推進制御装置のみを負荷とする電力変換装置とが編成内に混在する構成の場合であっても、高調波を効果的に抑制することができる電力変換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】
【０００８】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る電力変換装置は、編成列車を構成する連結された複数の車両のうちの少なくとも２つの車両にそれぞれ搭載され、交流電圧を直流電圧に変換するコンバータと、搬送波および信号波に基づき、前記コンバータに具備されるスイッチング素子をＰＷＭ制御するＰＷＭ信号を生成して出力するＰＷＭ制御部と、前記信号波と前記搬送波との間に所望の位相角を付与する位相角決定部と、を備えて構成される電力変換装置であって、複数の前記コンバータには、当該各コンバータから供給される直流電力を用いて電気車を推進制御する推進制御装置が負荷としてそれぞれ接続され、前記位相角決定部には、前記各推進制御装置の負荷状態が同等と見なせるものを同一のグループにグルーピングしたときの当該同一グループ内の位相角の設定値を各グループ毎に記した第１のテーブルが設けられており、前記位相角決定部は、前記各推進制御装置の負荷状態を表す第１の信号に基づいて前記第１のテーブルを参照し、前記各コンバータに付与する位相角を決定して前記ＰＷＭ制御部に出力し、前記ＰＷＭ制御部は、前記位相角決定部が決定した位相角に基づいて前記搬送波の位相角を設定または変更することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、高調波の抑制効果を高めることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、実施の形態１に係る電力変換装置を搭載する編成列車の全体構成の一例を示す図である。
【図２】図２は、実施の形態１に係る電力変換装置の一構成例を示す図である。
【図３】図３は、実施の形態１に係る位相角決定部の動作を説明する図である。
【図４】図４は、実施の形態２に係る電力変換装置の一構成例を示す図である。
【図５】図５は、実施の形態２に係る位相角決定部の動作を説明する図である。
【図６】図６は、実施の形態３に係る電力変換装置の一構成例を示す図である。
【図７】図７は、実施の形態３に係る入出力性能調整部の動作を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下に添付図面を参照し、本発明の実施の形態に係る電力変換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。
【００１２】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る電力変換装置を搭載する編成列車の全体構成の一例を示す図である。実施の形態１に係る電力変換装置を搭載する編成列車は、図１に示すように、一つの車両に、パンタグラフ１、変圧器２、車輪３、電力変換装置４および負荷装置群１２を有して構成され、一つの編成列車には、複数台の電力変換装置４が設けられている。パンタグラフ１、変圧器２および車輪３は、電力の供給源（電源）となる架線５と線路６との間に直列に接続され、電力変換装置４は、変圧器２から供給される交流電力を直流電力に変換し、変換した直流電力を負荷装置群１２に供給する。
【００１３】
図２は、実施の形態１に係る電力変換装置の一構成例を示す図である。電力変換装置４は、コンバータ１１、位相角決定部１５およびＰＷＭ制御部１６を備えている。コンバータ１１は、入力される交流電圧を直流電圧に変換する電力変換器であり、複数のスイッチング素子１１ａと、複数のダイオード１１ｂを有し、公知である３レベルコンバータとして構成されている。なお、図２では、３レベルコンバータを例示しているが、３レベルコンバータ以外の構成（例えば２レベルコンバータ）を採用しても構わない。
【００１４】
負荷装置群１２は、推進制御装置１３および補助電源装置１４を総称する構成部である。推進制御装置１３は、電気車の推進制御に供される装置であり、図示を省略した電力変換器（インバータ）および主電動機により駆動力を発生して電気車を駆動する。補助電源装置１４は、主電動機以外の機器に電力を供給する電源装置であり、図示を省略したブレーキ装置、照明装置、ドア開閉装置、空調装置などに所要の電力を供給する。
【００１５】
位相角決定部１５は、ＰＷＭ制御部１６に付与する搬送波位相角を決定する構成部であり、推進制御装置１３の負荷状態を示す第１の信号としての負荷状態信号２５に基づき、搬送波位相角の情報を含む位相角設定信号２３を生成してＰＷＭ制御部１６に出力する。ＰＷＭ制御部１６は、コンバータ１１に具備されるスイッチング素子１１ａを制御するためのＰＷＭ信号を生成する構成部であり、信号波と搬送波に基づき、ＰＷＭ信号１９を生成してコンバータ１１に出力する。
【００１６】
図３は、図２に示した位相角決定部１５の動作を説明するための説明図である。位相角決定部１５には、第１のテーブルとして参照される搬送波位相テーブル２２が設けられている。位相角決定部１５には、自車ＩＤ信号２１と、負荷状態信号２５とが入力される。自車ＩＤ信号２１には、編成列車を成す車両のうちの、電力変換装置４が搭載されている車両を識別するための識別情報（ＩＤ）が含まれている。このＩＤは、号車番号であってもよいし、電力変換装置４が搭載されている車両を０１から昇順に並べて表す識別番号であってもよい。なお、ＩＤが号車番号である場合、図３に示すような連続番号になるとは限らない。例えば、１２両編成の列車において、２号車、５号車、８号車、１１号車に電力変換装置が搭載されている場合、ＩＤは、左から“０２”，“０５”，“０８”，“１１”となる。
【００１７】
一方、搬送波位相テーブル２２の表側に示される負荷状態は、推進制御装置１３から出力される負荷状態信号２５に含まれる情報をＩＤ毎に左から並べて示した情報である。例えば、２行目に示される負荷状態（Ａ，Ａ，Ａ，Ａ，Ａ，Ｂ）は、ＩＤ０６の車両に搭載されている推進制御装置の負荷状態が“Ｂ”であり、その他の推進制御装置（ＩＤ０１〜０５の車両に搭載されている推進制御装置）の負荷状態が“Ａ”である場合を示している。なお、ここでいう負荷状態とは、負荷の状態が同等のものを一つのグループにして管理しようという概念を具現するための指標である。即ち、負荷状態が“Ａ”同士は、同一の負荷状態と見なせるものを集めたグループであり、負荷状態“Ｂ”は、負荷状態“Ａ”とは負荷状態が異なっていると見なせるものを集めたグループである。なお、図３では、負荷状態“Ａ”と負荷状態“Ｂ”の２つのグループに分ける場合の一例を示しているが、３つ以上のグループに分けることも無論可能である。
【００１８】
つぎに、搬送波位相テーブル２２に設定される位相角について説明する。搬送波位相テーブル２２に設定される位相角は、図２のＰＷＭ制御部１６内に示されている搬送波位相角であり、信号波における所定位相を基準位相とし、例えば搬送波の頂点をこの基準位相から搬送波位相角分ずらした搬送波をＰＷＭ制御部１６が生成できるようにする位相角である。ここで、信号波および基準位相は、各車両に搭載されるコンバータ１１に共通である。このため、コンバータ１１が生成するＰＷＭ信号は、図３に示すテーブルに設定されている位相角だけ位相のずれた信号が生成されることになる。
【００１９】
例えば、推進制御装置１３の負荷状態が、図３の１行目に示すような（Ａ，Ａ，Ａ，Ａ，Ａ，Ａ）の場合、ＩＤ０１〜０６の電力変換装置（コンバータ）に対し、０〜１５０°までの範囲の位相角が３０°刻みで等間隔に設定される。搬送波位相角が、このように設定されるのは、搬送波によって生じる高調波成分を低減するためである。例えば、０〜１５０°までの範囲の位相角３０°刻みの成分は、０°，３０°，６０°，９０°，１２０°，１５０°であり、この位相角を２倍した成分である０°，６０°，１２０°，１８０°，２４０°，３００°のベクトル和は零となる。よって、コンバータ１１において発生する高調波のうち、最も問題となる２次高調波を効果的に抑制することができると共に、２次高調波以外の偶数時高調波成分も効果的に抑制することが可能となる。
【００２０】
また、推進制御装置１３の負荷状態が、図３の４行目に示すような（Ａ，Ａ，Ａ，Ｂ，Ｂ，Ｂ）の場合、ＩＤ０１〜０６に対する搬送波位相角としては、それぞれ、０°，６０°，１２０°，３０°，９０°，１５０°が設定される。したがって、負荷状態Ａによってグルーピングされた第１グループの位相角は、０°，６０°，１２０°であり、これらを２倍した成分である０°，１２０°，２４０°のベクトル和は零となる。同様に、負荷状態Ｂによってグルーピングされた第２グループの位相角は、３０°，９０°，１５０°であり、これらを２倍した成分である６０°，１８０°，３００°のベクトル和も零である。よって、負荷状態Ａ，Ｂによってグルーピングされたグループ毎に、高調波の発生を抑制することが可能となる。
【００２１】
つぎに、自車ＩＤ信号２１と、負荷状態信号２５が入力されるときの位相角決定部１５の動作について図３を参照して説明する。例えば、上位の制御装置からＩＤが例えば０３である自車ＩＤ信号２１が入力されるとき、位相角決定部１５は、自身のＩＤが０３の車両であることを認識する。なお、このＩＤ信号は、常時入力されていても、定期的に入力されていてもよい。また、システムの立ち上げ時に入力され、列車の運行時には入力されていなくても構わない。
【００２２】
位相角決定部１５は、負荷状態信号２５から、推進制御装置１３の負荷状態が（Ａ，Ａ，Ａ，Ａ，Ａ，Ｂ）であることを認識し、搬送波位相テーブル２２の２行３列目（３列目はＩＤ“０３”の欄）に記載されている値“７２”を参照し、位相角設定信号２３に参照値“７２°”を含ませてＰＷＭ制御部１６に出力する。なお、この値がＰＷＭ制御部１６において参照され、基準位相から７２°の位相差を有する搬送波が生成されることは、上述した通りである。
【００２３】
なお、図１では、変圧器に１台の電力変換装置が接続される構成について説明したが、複数台の電力変換装置が変圧器に接続される構成であっても構わない。この構成の場合、推進制御装置の負荷状態に応じてグルーピングされるグループ毎に最適化し、且つ、同一の変圧器に接続される電力変換装置毎に最適化するようにすれば、変圧器での発熱を抑えることができ、変圧器の効率運転にも資することができる。
【００２４】
また、図２では、コンバータ１１に推進制御装置１３および補助電源装置１４の双方が接続される構成について開示したが、電力変換装置４を搭載する各車両において、コンバータ１１に推進制御装置１３のみが接続される車両と、推進制御装置１３および補助電源装置１４の双方が接続される車両とが混在していても、実施の形態１に係る制御手法は有効である。このような場合には、例えば、図３に示す搬送波位相テーブル２２を、推進制御装置１３のみが接続される車両グループと、推進制御装置１３および補助電源装置１４の双方が接続される車両グループに分けて保持すればよく、本実施の形態で説明した効果を得ることができる。
【００２５】
以上説明したように、実施の形態１の電力変換装置によれば、電気車を推進制御する推進制御装置の負荷状態が同等と見なせるものを同一のグループにグルーピングし、当該同一グループ内の位相角の設定値を各グループ毎に記した第１のテーブルを設け、推進制御装置の負荷状態を表す第１の信号が入力または変更される都度、ＰＷＭ信号を生成する際に用いる搬送波の位相角を第１のテーブルに記されている位相角に設定または変更することとしたので、推進制御装置の動作状態が異なり、その結果、電力変換装置の負荷状態が異なることになった場合であっても、電力変換装置で発生する高調波成分を効果的に抑制することが可能となる。
【００２６】
実施の形態２．
図４は、本発明の実施の形態２に係る電力変換装置の一構成例を示す図である。図４の電力変換装置では、図２に示した電力変換装置の構成に加え、補助電源装置１４の負荷状態を示す第２の信号としての負荷状態信号２６が位相角決定部１５に入力される構成が付加されている。なお、その他の構成については、実施の形態１の構成と同一または同等であり、共通の構成部には、同一の符号を付して示し、重複する説明は省略する。
【００２７】
図５は、図４に示した実施の形態２に係る位相角決定部１５の動作を説明するための説明図である。位相角決定部１５には、第２のテーブルとして参照される搬送波位相テーブル２２ａが設けられている。また、位相角決定部１５には、自車ＩＤ信号２１および負荷状態信号２５，２６が入力される。
【００２８】
搬送波位相テーブル２２ａの表側に示される負荷状態には、推進制御装置１３から出力される負荷状態信号２５に含まれる情報をＩＤ毎に左から並べて示した情報と、補助電源装置１４から出力される負荷状態信号２６に含まれる情報をＩＤ毎に左から並べて示した情報とが併記されている。例えば、２行目に示される負荷状態（Ａ，Ａ，Ａ，Ａ，Ａ，Ｂ）、（Ｘ，Ｘ，Ｘ，Ｘ，Ｘ，Ｙ）は、ＩＤ０１〜０５の車両に搭載されている推進制御装置の負荷状態が“Ａ”であり、且つ、ＩＤ０６の車両に搭載されている推進制御装置の負荷状態が“Ｂ”であり、且つ、ＩＤ０１〜０５の車両に搭載されている補助電源装置の負荷状態が“Ｘ”であり、且つ、ＩＤ０６の車両に搭載されている補助電源装置の負荷状態が“Ｙ”である場合を示している。なお、図５では、補助電源装置の負荷状態を、負荷状態“Ｘ”と負荷状態“Ｙ”の２つのグループに分ける場合の一例を示しているが、３つ以上のグループに分けることも無論可能である。
【００２９】
上記のような負荷状態は、例えば（Ａ，Ｘ）が弱冷房車、（Ｂ，Ｙ）が通常冷房車の負荷状態を表すとしたきに、例えばＡ＝１０００ｋＷ、Ｂ＝９５０ｋＷ、Ｘ＝１００ｋＷ、Ｙ＝１５０ｋＷである場合を想定することができる。即ち、この一例は、推進制御装置と補助電源装置のトータルの出力を１１００ｋＷ（＝Ａ＋Ｘ＝Ｂ＋Ｙ）、とするときに、弱冷房車では推進制御装置に１０００ｋＷ、補助電源装置に１００ｋＷを振り分け、通常冷房車では推進制御装置に９５０ｋＷ、補助電源装置に１５０ｋＷを振り分けるとした想定である。
【００３０】
つぎに、搬送波位相テーブル２２ａに設定される位相角について説明する。例えば、推進制御装置１３および補助電源装置１４の負荷状態が、図５の１行目に示すような（Ａ，Ａ，Ａ，Ａ，Ａ，Ａ）および（Ｘ，Ｘ，Ｘ，Ｘ，Ｘ，Ｘ）の場合、ＩＤ０１〜０６の電力変換装置４（コンバータ１１）に対し、０〜１５０°までの範囲の位相角が３０°刻みで等間隔に設定される。なお、これらの設定値は、図３の１行目に示した設定値と同一であり、２次高調波成分を含む偶数時高調波成分を効果的に抑制することができることは、上述した通りである。
【００３１】
また、推進制御装置１３の負荷状態が、図５の３行目に示すような（Ａ，Ａ，Ａ，Ａ，Ｂ，Ｂ）および（Ｘ，Ｘ，Ｘ，Ｘ，Ｙ，Ｙ）の場合、ＩＤ０１〜０６に対する搬送波位相角としては、それぞれ、０°，４５°，９０°，１３５°，０°，９０°が設定される。したがって、負荷状態のペア（Ａ，Ｘ）によってグルーピングされた第１グループの位相角は、０°，４５°，９０°，１３５°であり、これらを２倍した成分である０°，９０°，１８０°，２７０°，のベクトル和は零となり、グループ内の高調波は抑制される。同様に、負荷状態のペア（Ｂ，Ｙ）によってグルーピングされた第２グループの位相角は、０°，９０°であり、これらを２倍した成分である０°，１８０°のベクトル和も零である。よって、負荷状態のペア（Ａ，Ｘ）および（Ｂ，Ｙ）によってグルーピングされたグループ毎に、高調波の発生を抑制することが可能となる。
【００３２】
なお、図４では、コンバータ１１に推進制御装置１３および補助電源装置１４の双方が接続される構成について開示したが、電力変換装置４を搭載する各車両において、コンバータ１１に推進制御装置１３のみが接続される車両と、推進制御装置１３および補助電源装置１４の双方が接続される車両とが混在していても、実施の形態２に係る制御手法は有効である。例えば、図５において、補助電源装置１４の負荷状態“Ｙ”を、補助電源装置１４が故障しているとき、もしくは故障に相当する動作状態であるとき、もしくは補助電源装置１４を有していないときと定義すれば、補助電源装置１４を有さない車両が存在する場合を含めることができる。このように定義すれば、例えば、補助電源装置が故障し、且つ、推進制御装置が有効である車両は、補助電源装置を有さない車両と同一のグループで管理することが可能となる。
【００３３】
以上説明したように、実施の形態２の電力変換装置によれば、電気車を推進制御する推進制御装置の負荷状態と補助電源装置の負荷状態との組合せが同等と見なせるものを同一のグループにグルーピングし、当該同一グループ内の位相角の設定値を各グループ毎に記した第２のテーブルを設け、推進制御装置および補助電源装置の負荷状態を表す第２の信号が入力または変更される都度、ＰＷＭ信号を生成する際に用いる搬送波の位相角を第２のテーブルに記されている位相角に設定または変更することとしたので、推進制御装置および／または補助電源装置の動作状態が異なり、その結果、電力変換装置の負荷状態が異なることになった場合であっても、電力変換装置で発生する高調波成分を効果的に抑制することが可能となる。
【００３４】
実施の形態３．
図６は、本発明の実施の形態３に係る電力変換装置の一構成例を示す図である。図６の電力変換装置では、図４に示した電力変換装置の構成において、補助電源装置１４の負荷状態を示す負荷状態信号２６が入力され、推進制御装置１３の出力を調整するための第３の信号である性能指令信号２８を生成して推進制御装置１３に出力する入出力性能調整部１７を設けた点が相違する。なお、その他の構成については、実施の形態２の構成と同一または同等であり、共通の構成部には、同一の符号を付して示し、重複する説明は省略する。
【００３５】
図７は、図６に示した実施の形態３に係る入出力性能調整部１７の動作を説明するための説明図である。入出力性能調整部１７には、第３のテーブルとして参照される性能設定テーブル２７が設けられている。また、入出力性能調整部１７には、自車ＩＤ信号２１および負荷状態信号２６が入力される。
【００３６】
図７において、性能設定テーブル２７の表の作りは、図３に示した搬送波位相テーブル２２と同等である。ただし、搬送波位相テーブル２２に記されるテーブル値が搬送波の位相角であったのに対し、性能設定テーブル２７に記されるテーブル値は、推進制御装置１３に付与すべき性能値である。
【００３７】
つぎに、性能値設定テーブル２７に設定される性能設定値について説明する。例えば、補助電源装置１４の負荷状態が、図７の１行目に示すような（Ｘ，Ｘ，Ｘ，Ｘ，Ｘ，Ｘ）の場合、ＩＤ０１〜０６の電力変換装置４（コンバータ１１）に対し、例えば推進制御装置１３の定格電力である２００ｋＷが設定される。また、補助電源装置１４の負荷状態が、図７の３行目に示すような（Ｘ，Ｘ，Ｘ，Ｘ，Ｙ，Ｙ）の場合（ここでは、Ｘ≦Ｙを想定）、ＩＤ０１〜０４の推進制御装置１３に対する各性能設定値として例えば１０００ｋＷが設定され、ＩＤ０５，０６の推進制御装置１３に対する各性能設定値として例えば９５０ｋＷが設定される。
【００３８】
上述のように、本実施の形態の電力変換装置は、同一のコンバータ１１に推進制御装置１３および補助電源装置１４が接続される構成であるため、補助電源装置１４の負荷状態が高い場合、推進制御装置１３の出力は、逆に小さくすることが好ましい制御である。なぜなら、コンバータ１１の出力が等価なもの同士で高調波を相殺させる制御を行う際、この制御に併せて、列車として要求される推進制御を過不足なく出力することは、好ましい実施態様となるからである。そこで、本実施の形態の電力変換装置では、推進制御装置１３の負荷状態が同等と見なせるものを同一のグループにグルーピングし、当該同一グループ単位で同一の性能値に設定するようにしている。
【００３９】
つぎに、自車ＩＤ信号２１と、負荷状態信号２６が入力されるときの入出力性能調整部１７の動作について図７を参照して説明する。例えば、上位の制御装置からＩＤが例えば０３である自車ＩＤ信号２１が入力されるとき、入出力性能調整部１７は、自身のＩＤが０３の車両であることを認識する。なお、このＩＤ信号は、常時入力されていても、定期的に入力されていてもよい。また、システムの立ち上げ時に入力され、列車の運行時には入力されていなくても構わない。
【００４０】
入出力性能調整部１７は、負荷状態信号２６から、補助電源装置１４の負荷状態が（Ｘ，Ｘ，Ｘ，Ｘ，Ｘ，Ｙ）であることを認識し、性能値設定テーブル２７の２行３列目に記載されている値“１０００”を参照し、性能指令信号２８に参照値“１０００ｋＷ”を含ませて推進制御装置１３に出力する。なお、この値が推進制御装置１３に設定され、推進制御装置１３が、この設定値に基づいて動作することは、上述した通りである。
【００４１】
なお、実施の形態３では、入出力性能調整部１７を設ける構成を図４に示した実施の形態２に係る電力変換装置に適用する場合を一例として示したが、入出力性能調整部１７を設ける構成を図２に示した実施の形態１に係る電力変換装置に適用するようにしてもよい。
【００４２】
以上説明したように、実施の形態３の電力変換装置によれば、補助電源装置の負荷状態が同等と見なせるものを同一のグループにグルーピングし、推進制御装置に付与する性能値をグループ内では同一の設定値を記し、且つ、グループ間では異なる設定値を記した第３のテーブルを設け、補助電源装置の負荷状態を表す第３の信号が入力または変更される都度、第３のテーブルに記されている性能値に設定または変更することとしたので、補助電源装置の動作状態が異なり、その結果、電力変換装置全体の動作状態が好適に制御され、電力変換装置で発生する高調波成分を効果的に抑制することが可能となる。
【００４３】
なお、以上の実施の形態１〜３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。
【産業上の利用可能性】
【００４４】
以上のように、本発明は、高調波の抑制効果を高めることができる電力変換装置として有用である。
【符号の説明】
【００４５】
１  パンタグラフ
２  変圧器
３  車輪
４  電力変換装置
５  架線
６  線路
１１  コンバータ
１１ａ  スイッチング素子
１１ｂ  ダイオード
１２  負荷装置群
１３  推進制御装置
１４  補助電源装置
１５  位相角決定部
１６  ＰＷＭ制御部
１７  入出力性能調整部
１９  ＰＷＭ信号
２１  自車ＩＤ信号
２２  搬送波位相テーブル（第１のテーブル）
２２ａ  搬送波位相テーブル（第２のテーブル）
２３  位相角設定信号
２５  負荷状態信号（第１の信号）
２６  負荷状態信号（第２の信号）
２７  性能値設定テーブル（第３のテーブル）
２８  性能指令信号（第３の信号）
【図１】
2013088496.tif 000003
【図２】
2013088496.tif 000004
【図３】
2013088496.tif 000005
【図４】
2013088496.tif 000006
【図５】
2013088496.tif 000007
【図６】
2013088496.tif 000008
【図７】
2013088496.tif 000009
【手続補正書】
【提出日】平成26年11月17日(2014.11.17)
【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】
編成列車を構成する連結された複数の車両のうちの少なくとも２つの車両にそれぞれ搭載され、交流電圧を直流電圧に変換するコンバータと、搬送波および信号波に基づき、前記コンバータに具備されるスイッチング素子をＰＷＭ制御するＰＷＭ信号を生成して出力するＰＷＭ制御部と、前記信号波と前記搬送波との間に所望の位相角を付与する位相角決定部と、を備えて構成される電力変換装置であって、
複数の前記コンバータには、当該各コンバータから供給される直流電力を用いて電気車を推進制御する推進制御装置が負荷としてそれぞれ接続され、
前記位相角決定部には、前記各推進制御装置の負荷状態が同等と見なせるものを同一のグループにグルーピングしたときの当該同一グループ内の位相角の設定値を各グループ毎に記した第１のテーブルが設けられており、
前記位相角決定部は、前記各推進制御装置の負荷状態を表す第１の信号に基づいて前記第１のテーブルを参照し、前記各コンバータに付与する位相角を決定して前記ＰＷＭ制御部に出力し、
前記ＰＷＭ制御部は、前記位相角決定部が決定した位相角に基づいて前記搬送波の位相角を設定または変更する
ことを特徴とする電力変換装置。
【請求項２】
前記第１のテーブルに設定される同一グループ内の位相角は、前記各コンバータが発生する高調波の総和が最小となるように設定されていることを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項３】
前記編成列車は、前記コンバータに前記推進制御装置のみが接続される車両と、前記推進制御装置および補助電源装置の双方が接続される車両とが混在して編成されていることを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項４】
編成列車を構成する連結された複数の車両のうちの少なくとも２つの車両にそれぞれ搭載され、交流電圧を直流電圧に変換するコンバータと、搬送波および信号波に基づき、前記コンバータに具備されるスイッチング素子をＰＷＭ制御するＰＷＭ信号を生成して出力するＰＷＭ制御部と、前記信号波と前記搬送波との間に所望の位相角を付与する位相角決定部と、を備えて構成される電力変換装置であって、
複数の前記コンバータには、当該各コンバータから供給される直流電力を用いて電気車を推進制御する推進制御装置および補助電源装置が負荷としてそれぞれ接続され、
前記位相角決定部には、前記推進制御装置の負荷状態と前記補助電源装置の負荷状態との組合せが同等と見なせるものを同一のグループにグルーピングしたときの当該同一グループ内の位相角の設定値を各グループ毎に記した第２のテーブルが設けられており、
前記位相角決定部は、前記推進制御装置および補助電源装置の負荷状態を表す第２の信号に基づいて前記第２のテーブルを参照し、前記各コンバータに付与する位相角を決定して前記ＰＷＭ制御部に出力し、
前記ＰＷＭ制御部は、前記位相角決定部が決定した位相角に基づいて前記搬送波の位相角を設定または変更する
ことを特徴とする電力変換装置。
【請求項５】
前記第２のテーブルに設定される同一グループ内の位相角は、前記各コンバータが発生する高調波の総和が最小となるように設定されていることを特徴とする請求項４に記載の電力変換装置。
【請求項６】
前記編成列車は、前記コンバータに前記推進制御装置のみが接続される車両と、前記推進制御装置および前記補助電源装置の双方が接続される車両とが混在して編成されていることを特徴とする請求項４に記載の電力変換装置。
【請求項７】
前記第２の信号に基づいて前記補助電源装置の故障の有無を判定し、前記補助電源装置を故障と判定したときには、当該故障と判定した補助電源装置を搭載する車両を、前記推進制御装置のみを搭載する車両に変更して管理することを特徴とする請求項６に記載の電力変換装置。
【請求項８】
前記補助電源装置の負荷状態が同等と見なせるものを同一のグループにグルーピングし、前記推進制御装置に付与する性能値をグループ内では同一の設定値を記し、且つ、グループ間では異なる設定値を記した第３のテーブルを設け、前記補助電源装置の負荷状態を表す第３の信号が入力または変更される都度、前記第３のテーブルに記されている性能値に変更することを特徴とする請求項３〜７のいずれか１項に記載の電力変換装置。
【国際調査報告】
2013088496.tif 000010
2013088496.tif 000011