(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
三相／二相変圧器の二相側に接続した鉄道用電力補償装置において、
Ｍ座の負荷電流を検出するＭ座側の検出部と、
Ｔ座の負荷電流を検出するＴ座側の検出部と、
前記検出部が検出したＭ座およびＴ座の負荷電流を、Ｍ座およびＴ座の有効成分と、Ｍ座およびＴ座の無効成分に変換し、Ｍ座およびＴ座の有効電流指令値と、Ｍ座およびＴ座の無効電流指令値を求める電流指令値演算部と、
前記有効電流指令値および前記無効電流指令値に基づいて制御信号を出力する電流制御部と、
前記制御信号に従い直流回路を介してＭ座とＴ座間で有効電力を融通すると共に、Ｍ座とＴ座それぞれに独立して無効電力を出力する単相のＭ座変換器および単相のＴ座変換器、を備え、
前記電流指令値演算部は、
Ｍ座およびＴ座の前記有効成分が両方とも力行であり、両有効成分の差分の１／２である逆相値が一定値を超えると、その超過分を補償するような有効電流指令値を求め、
Ｍ座およびＴ座の前記有効成分のうち少なくとも一方が回生であれば、その回生値と前記逆相値のうちの絶対値の小さい方の値を補償するような有効電流指令値を求めることを特徴とする鉄道用電力補償装置。
【請求項２】
三相／二相変圧器の三相側に接続した鉄道用電力補償装置において、
三相負荷電流を検出する三相電流検出部と、
前記三相電流検出部が検出した三相負荷電流を、Ｍ座電流相当であるＭ座信号とＴ座電流相当であるＴ座信号に変換するＭＴ座変換部と、
前記ＭＴ座変換部が変換したＭ座信号およびＴ座信号を、Ｍ座およびＴ座の有効成分と、Ｍ座およびＴ座の無効成分に変換し、逆相有効電流指令値および無効電流指令値を求める電流指令値演算部と、
前記逆相有効電流指令値および前記無効電流指令値に基づいてＭ座およびＴ座の制御信号を出力する電流制御部と、
前記Ｍ座およびＴ座の制御信号を三相の制御信号に逆変換するＭＴ座逆変換部と、
前記三相の制御信号に従って三相負荷電流の逆相補償と無効分補償を行う三相変換器、を備え、
前記電流指令値演算部は、
Ｍ座およびＴ座の前記有効成分が両方とも力行であり、両有効成分の差分の１／２である逆相値が一定値を超えると、その超過分を補償するような逆相有効電流指令値を求め、
Ｍ座およびＴ座の前記有効成分のうち少なくとも一方が回生であれば、その回生値と前記逆相値のうちの絶対値の小さい方の値を補償するような逆相有効電流指令値を求めることを特徴とする鉄道用電力補償装置。
【請求項３】
三相／二相変圧器の二相側に接続した鉄道用電力補償装置において、
Ｍ座の負荷電流を検出するＭ座側の検出部と、
Ｔ座の負荷電流を検出するＴ座側の検出部と、
前記検出部が検出したＭ座およびＴ座の負荷電流を、Ｍ座およびＴ座の有効成分と、Ｍ座およびＴ座の無効成分に変換し、Ｍ座およびＴ座の有効電流指令値と、Ｍ座およびＴ座の無効電流指令値を求める電流指令値演算部と、
前記有効電流指令値および前記無効電流指令値に基づいて制御信号を出力する電流制御部と、
前記制御信号に従い直流回路を介してＭ座とＴ座間で有効電力を融通すると共に、Ｍ座とＴ座それぞれに独立して無効電力を出力する単相のＭ座変換器および単相のＴ座変換器、を備え、
前記電流指令値演算部は、
Ｍ座およびＴ座の前記有効成分が両方とも力行であり、両有効成分の差分の１／２である逆相値が一定値を超えると、その超過分を補償するような有効電流指令値を求め、
Ｍ座およびＴ座の前記有効成分のうち少なくとも一方が回生であれば、その回生量に応じて前記逆相値に対する補償率を変化させて有効電流指令値を求めることを特徴とする鉄道用電力補償装置。
【請求項４】
三相／二相変圧器の三相側に接続した鉄道用電力補償装置において、
三相負荷電流を検出する三相電流検出部と、
前記三相電流検出部が検出した三相負荷電流を、Ｍ座電流相当であるＭ座信号とＴ座電流相当であるＴ座信号に変換するＭＴ座変換部と、
前記ＭＴ座変換部が変換したＭ座信号およびＴ座信号を、Ｍ座およびＴ座の有効成分と、Ｍ座およびＴ座の無効成分に変換し、逆相有効電流指令値および無効電流指令値を求める電流指令値演算部と、
前記逆相有効電流指令値および前記無効電流指令値に基づいてＭ座およびＴ座の制御信号を出力する電流制御部と、
前記Ｍ座およびＴ座の制御信号を三相の制御信号に逆変換するＭＴ座逆変換部と、
前記三相の制御信号に従って三相負荷電流の逆相補償と無効分補償を行う三相変換器、を備え、
前記電流指令値演算部は、
Ｍ座およびＴ座の前記有効成分が両方とも力行であり、両有効成分の差分の１／２である逆相値が一定値を超えると、その超過分を補償するような逆相有効電流指令値を求め、
Ｍ座およびＴ座の前記有効成分のうち少なくとも一方が回生であれば、その回生量に応じて前記逆相値に対する補償率を変化させて逆相有効電流指令値を求めることを特徴とする鉄道用電力補償装置。
【請求項５】
前記Ｍ座変換器と前記Ｔ座変換器が有効電流の融通を行うと共に、
前記Ｍ座変換器はＭ座の負荷電流の無効成分検出値を補償するよう無効電流を出力し、
前記Ｔ座変換器はＴ座の負荷電流の無効成分検出値を補償するよう無効電流を出力することを特徴とする請求項１又は請求項３に記載の鉄道用電力補償装置。
【請求項６】
前記三相変換器は逆相有効電流を出力すると共に、負荷電流の無効成分を補償するような無効電流を出力することを特徴とする請求項２又は請求項４に記載の鉄道用電力補償装置。
【請求項７】
前記電流指令値演算部は、入力信号が所定の範囲を逸脱した場合にのみ、その逸脱量に応じた値を出力する不感帯回路を備えたことを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の鉄道用電力補償装置。
【請求項８】
前記電流指令値演算部は、前記逆相値が一定値未満であれば、出力電流を零とする電流指令値を求めることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の鉄道用電力補償装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、交流き電系統へ設置される鉄道用電力補償装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、新幹線などの交流き電系統には三相／二相変圧器であるスコット巻線変圧器が使用されている。スコット巻線変圧器は、三相交流電圧を、９０°の位相差のある単相電圧２回路に、つまりＭ座とＴ座の二相に変換するものである。図６を用いてスコット巻線変圧器について説明する。
【０００３】
図６（ａ）ではスコット巻線変圧器の巻線構成、図６（ｂ）ではスコット巻線変圧器を使った場合の電流ベクトルを示している。図６（ａ）において、ａｂｃはそれぞれ１２０°の位相差をもつ三相電圧端子であり、ａｃの中間点はＮ端子である。ａｃ端子間にはいわゆる三相の線間電圧が印加され、ｂ端子とａｃの中間点Ｎ端子間はａｃ端子間の√３／２倍の電圧が印加される。
【０００４】
このため、ｂ端子とａｃの中間点Ｎ端子間は巻数もａｃ端子間の√３／２倍である。各巻線の２次側には９０°の位相差のある単相電圧ＶＭ（Ｍ座電圧）、ＶＴ（Ｔ座電圧）が発生する。このとき、Ｍ座とＴ座に同じ大きさの負荷があれば、図６の（ｂ−１）に示すように、三相系統側電流ベクトルは三相平衡した正相電流が流れる。
【０００５】
しかし、図６の（ｂ−２）や（ｂ−３）に示すように、Ｍ座のみに負荷がある、あるいはＴ座のみに負荷があるなど、両座の負荷の大きさが異なる場合や、片座が回生負荷、残る片座が力行負荷となる場合も存在する。これらの場合には、交流き電系統に三相不平衡電流すなわち逆相成分を含んだ逆相電流が流れることになる。この逆相電流が大きくなると、三相電圧の不平衡が発生するだけではなく、交流電源の軸ストレスが増大するなどの問題も発生する。
【０００６】
また、交流き電系統において無効電流が大きくなると、電圧低下が起きる懸念がある。そこで、これらの問題を解消するために、交流き電系統においては、交流き電電圧を一定範囲内に維持するために、有効電力や無効電力を供給あるいは消費して、電力を補償する鉄道用電力補償装置が設けられている。
【０００７】
例えば、スコット巻線変圧器の二相側に接続される鉄道用電力補償装置として、鉄道用単相電力補償装置（以下、ＲＰＣと呼ぶ：Railway Static Power Conditioner）が知られている。また、スコット巻線変圧器の三相側に接続される鉄道用電力補償装置としては、三相電力補償装置（以下、ＳＶＧと呼ぶ：Static Var Generator）が知られている。これらＲＰＣやＳＶＧは、負荷電流の逆相成分と無効電力成分を補償するような電流を出力することより、交流電源側の電流の三相不平衡や交流電源の軸ストレスの低減化を図ると共に、電圧低下を抑止している。
【０００８】
（ＲＰＣ）
ここで、従来のＲＰＣの構成および動作について、図７を用いて説明する。図７に示すように、ＲＰＣ１は、交流き電系統においてスコット巻線変圧器２の二相（Ｍ座、Ｔ座）側に接続されている。ＲＰＣ１には単相のＭ座変換器３およびＴ座変換器４が設けられている。Ｍ座変換器３はＭ座に、Ｔ座変換器４はＴ座に、それぞれ接続されており、直流回路５を介して、互いに接続されている。
【０００９】
また、Ｍ座変換器３には出力電流値ＩＭを検出する電流検出器１１が接続され、Ｔ座変換器４には出力電流値ＩＴを検出する電流検出器１２が接続されている。さらに、Ｍ座き電回路には電流検出器６が、Ｔ座き電回路には電流検出器７が、それぞれ設置され、これら電流検出器６、７に電流指令値演算回路８が接続されている。電流指令値演算回路８にはＭ座側の電流制御回路９およびＴ座側の電流制御回路１０が接続されている。
【００１０】
ＲＰＣ１の制御方式については、例えば特許文献１で提案されている。すなわち、電流検出器６がＭ座き電回路に流れるＭ座の負荷電流値ＩＬＭを検出し、電流検出器７がＴ座き電回路に流れるＴ座の負荷電流値ＩＬＴを検出する。電流指令値演算回路８は、電流検出器６、７からＭ座およびＴ座の負荷電流値ＩＬＭ、ＩＬＴを取得して、Ｍ座およびＴ座の有効成分ＩｄＭ、ＩｄＴと、Ｍ座およびＴ座の無効成分ＩｑＭ、ＩｑＴに変換し、４つの電流指令値を求める。
【００１１】
４つの電流指令値とは、
Ｍ座の有効電流指令値ＩｄｒｅｆＭ、
Ｍ座の無効電流指令値ＩｑｒｅｆＭ、
Ｔ座の有効電流指令値ＩｄｒｅｆＴ、
Ｔ座の無効電流指令値ＩｑｒｅｆＴである。電流指令値演算回路８は、Ｍ座の電流指令値ＩｄｒｅｆＭ、ＩｑｒｅｆＭを電流制御回路９へ送り、Ｔ座の電流指令値ＩｄｒｅｆＴ、ＩｑｒｅｆＴを電流制御回路１０へ送る。
【００１２】
電流指令値演算回路８の内部構成について図８を参照して説明する。電流指令値演算回路８には、ｄｑ軸変換回路１３、１４、ゲイン回路１５、リミッタ回路１６、１９、２０、符号反転回路１７、直流電圧制御回路１８が設けられている。このうち、ｄｑ軸変換回路１３では、Ｍ座の負荷電流値ＩＬＭを入力して、Ｍ座の有効成分ＩｄＬＭと無効成分ＩｑＬＭに変換する。
【００１３】
また、ｄｑ軸変換回路１４では、Ｔ座の負荷電流値ＩＬＴを入力して、Ｔ座の有効成分ＩｄＬＴと無効成分ＩｑＬＴに変換する。ゲイン回路１５は、ｄｑ軸変換回路１３、１４にて変換されたＭ座の有効成分ＩｄＬＭおよびＴ座の有効成分ＩｄＬＴを入力して、両者の差分の１／２を逆相値として、これをリミッタ回路１６へ出力する。
【００１４】
リミッタ回路１６は、出力電流値がＭ座変換器３の定格値を超えないような値に制限して、その出力を最終的なＭ座の有効電流指令値ＩｄｒｅｆＭとして電流制御回路９へ送る。また、リミッタ回路１６はその出力を、符号反転回路１７により正負符号を反転して直流電圧制御回路１８の出力に加算し、最終的なＴ座の有効電流指令値ＩｄｒｅｆＴとして電流制御回路１０へ送る。
【００１５】
一方、リミッタ回路１９は、ｄｑ軸変換回路１３が変換したＭ座の無効成分ＩｑＬＭを入力し、出力電流値がＭ座変換器３の定格値を超えないような値に制限して、その出力をＭ座無効電流指令値ＩｑｒｅｆＭとして電流制御回路９へ送る。また、リミッタ回路２０は、ｄｑ軸変換回路１４が変換したＴ座の無効成分ＩｑＬＴを入力し、出力電流値がＴ座変換器４の定格値を超えないような値に制限して、その出力をＴ座無効電流指令値ＩｑｒｅｆＴとして電流制御回路１０へ送る。
【００１６】
電流制御回路９では、電流検出器１１により検出されるＭ座変換器３の出力電流値ＩＭの有効成分ＩｄＭ、無効成分ＩｑＭが、電流指令値演算回路８からのＭ座の有効電流指令値ＩｄｒｅｆＭ、Ｍ座の無効電流指令値ＩｑｒｅｆＭと一致するように、制御を行い、それに基づくスイッチング信号をＭ座変換器３に与える。
【００１７】
同様に、電流制御回路１０では、電流検出器１２により検出されるＴ座変換器４の出力電流値ＩＴの有効成分ＩｄＴ、無効成分ＩｑＴが、電流指令値演算回路８からのＴ座の有効電流指令値ＩｄｒｅｆＴ、Ｔ座の無効電流指令値ＩｑｒｅｆＴと一致するように、制御を行い、それに基づくスイッチング信号をＴ座変換器４に与える。
【００１８】
Ｍ座変換器３およびＴ座変換器４は、電流制御回路９、１０からのスイッチング信号に従って、直流回路５を介してＭ座とＴ座間で有効電力の融通を行うと共に、Ｍ座とＴ座それぞれ独立に無効電力を出力して負荷電流の無効成分を補償する。これにより、Ｍ座とＴ座の負荷電流に差が生じても、スコット巻線変圧器２を流れるＭ座電流とＴ座電流の値は等しくなる。
【００１９】
（ＳＶＧ）
次に一般的なＳＶＧ（三相電力補償装置）の構成および動作について図９により説明する。ＳＶＧ２１は、交流き電系統においてスコット巻線変圧器２の三相側に接続された装置である。ＳＶＧ２１には、逆相電力および無効電力を出力する三相変換器２２、電流指令値演算回路２４および電流制御回路２５が設けられている。電流指令値演算回路２４の入力側には電流検出器２３が設置され、三相変換器２２の出力側には電流検出器２６が設置されている。
【００２０】
ＳＶＧ２１の制御方式については、例えば非特許文献１に記述されている。すなわち、電流検出器２３が三相負荷電流ＩＬａ、ＩＬｂ、ＩＬｃを検出する。電流指令値演算回路２４は、これらの検出値を、Ｍ座相当とＴ座相当の有効成分および無効成分に変換して、三相の電流指令値Ｉｒｅｆａ、Ｉｒｅｆｂ、Ｉｒｅｆｃを演算し、これらを電流制御回路２５へ与える。
【００２１】
電流指令値演算回路２４の内部構成を図１０に示す。電流指令値演算回路２４には三相／二相変換回路２７、正相ｄｑ軸変換回路２８、逆相ｄｑ軸変換回路２９、リミッタ回路３０〜３２、正相ｄｑ軸逆変換回路３３、逆相ｄｑ軸逆変換回路３４、二相／三相変換回路３５が設けられている。
【００２２】
このうち、三相／二相変換回路２７は、三相負荷電流ＩＬａ、ＩＬｂ、ＩＬｃを直交する二相の信号Ｉα、Ｉβに変換し、正相ｄｑ軸変換回路２８および逆相ｄｑ軸変換回路２９へ与える。正相ｄｑ軸変換回路２８では正相有効成分Ｉｄおよび正相無効成分Ｉｑを算出し、逆相ｄｑ軸変換回路２９では逆相ｄ軸成分Ｉｄｎおよび逆相ｑ軸成分Ｉｑｎを算出する。ＳＶＧ２１の場合、電源ではなく、正相有効電力を出力することはできないため、正相有効分電流値Ｉｄが使用されることはない。
【００２３】
リミッタ回路３０は正相無効成分Ｉｑを、リミッタ回路３１は逆相ｄ軸成分Ｉｄｎを、リミッタ回路３２は逆相ｑ軸成分Ｉｑｎを、それぞれ三相変換器２２の出力電流値が定格値を超えないような値に制限する。リミッタ回路３０はその出力を正相ｄｑ軸逆変換回路３３へ与える。正相ｄｑ軸逆変換回路３３はリミッタ回路３０からの出力と共に正相有効成分として零信号を取得し、これらの信号から直交する二相の信号を演算して出力する。
【００２４】
また、リミッタ回路３１、３２はその出力を逆相ｄｑ軸逆変換回路３４へ与える。逆相ｄｑ軸逆変換回路３４は与えられた信号から直交する二相の信号を演算して出力する。正相ｄｑ軸逆変換回路３３の出力と逆相ｄｑ軸逆変換回路３４の出力の加算値を、二相／三相変換回路３５が受け取る。二相／三相変換回路３５は、三相の電流指令値Ｉｒｅｆａ、Ｉｒｅｆｂ、Ｉｒｅｆｃを出力する。
【００２５】
電流制御回路２５では、電流検出器２６にて検出された三相変換器２２の三相出力電流Ｉａ、Ｉｂ、Ｉｃが、電流指令値演算回路２４からの三相の電流指令値Ｉｒｅｆａ、Ｉｒｅｆｂ、Ｉｒｅｆｃと一致するように制御を行い、それに基づくスイッチング信号を三相変換器２２に与える。
【００２６】
三相変換器２２は、電流制御回路２５からのスイッチング信号に基づき、逆相電力および無効電力を出力する。こうして得られた電流指令値の信号は、負荷電流検出値から正相有効成分を除去した値であり、この信号に従って三相変換器２２が逆相電力および無効電力を出力することで、ＳＶＧ２１は負荷電流の逆相成分と無効成分を補償することができる。
【００２７】
以上述べたように、ＲＰＣ１あるいはＳＶＧ２１が、負荷電力の逆相成分と無効電力成分を補償するため、三相系統側からみると、有効電力は三相電圧の不平衡が起きる心配がない。したがって、交流電源側の電流の三相不平衡や交流電源の軸ストレスの低減化を図ることができる。また、無効電流成分が零となるので、電圧低下を防ぐことができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２８】
【特許文献１】特許第３３１６８６０号公報
【非特許文献】
【００２９】
【非特許文献１】平成１５年電気学会産業応用部門大会１−Ｓ３−５「平型ＩＧＢＴを適用した新幹線系統用ＳＶＣ」高實潤史朗、大木正之、他
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００３０】
交流き電系統では、重負荷時に、逆相電流やき電電圧低下が規制値を超えないようにするために、ＲＰＣやＳＶＧなどの鉄道用電力補償装置が導入されている。したがって、負荷量がそれほど大きくならない系統では、これら電力補償装置なしで、運用することができる。
【００３１】
従来の鉄道用電力補償装置は、負荷に少しでも逆相成分や無効電力が発生すると、逆相成分や無効電力を補償するように動作してしまう、そのため、電力補償装置の出力電流が増加して運転損失が増加する。そこで省エネの観点から、鉄道用電力補償装置には出力電流をできるだけ、低減することが求められる。
【００３２】
また、運転損失を減らすべく、負荷電流の逆相量や無効電流量が小さい場合には単純に補償を行わないように、電力補償装置を制御することも考えられる。しかし、このような制御を実施すると、Ｍ座とＴ座のうちの片座の負荷が回生となった場合に、残りの片座の力行負荷に電力供給することができなくなり回生電力の有効利用度が低下した。そのため、運転損失の低減と回生電力の有効利用の両立を図ることが要請されている。
【００３３】
本発明の実施形態は、上記の課題を解決するために提案されたものであり、その目的は、逆相補償や無効電力補償を行う場合に、運転損失を低減しつつ回生電力を有効利用することのできる鉄道用電力補償装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００３４】
上記目的を達成するために、本発明の実施形態は、三相／二相変圧器の二相側に接続した鉄道用電力補償装置において、次のような構成要素（ａ）〜（ｆ）を備えたことを特徴としている。
（ａ）Ｍ座の負荷電流を検出するＭ座側の検出部。
（ｂ）Ｔ座の負荷電流を検出するＴ座側の検出部。
（ｃ）前記検出部が検出したＭ座およびＴ座の負荷電流を、Ｍ座およびＴ座の有効成分と、Ｍ座およびＴ座の無効成分に変換し、Ｍ座およびＴ座の有効電流指令値と、Ｍ座およびＴ座の無効電流指令値を求める電流指令値演算部。
（ｄ）前記電流指令値演算部は、
Ｍ座およびＴ座の前記有効成分が両方とも力行であり、両有効成分の差分の１／２である逆相値が一定値を超えると、その超過分を補償するような有効電流指令値を求め、
Ｍ座およびＴ座の前記有効成分のうち少なくとも一方が回生であれば、その回生値と前記逆相値のうちの絶対値の小さい方の値を補償するような有効電流指令値を求める。
（ｅ）前記有効電流指令値および前記無効電流指令値に基づいて制御信号を出力する電流制御部。
（ｆ）前記制御信号に従い直流回路を介してＭ座とＴ座間で有効電力を融通すると共に、Ｍ座とＴ座それぞれに独立して無効電力を出力する単相のＭ座変換器および単相のＴ座変換器。
【００３５】
本発明の実施形態は、三相／二相変圧器の三相側に接続した鉄道用電力補償装置において、次のような構成要素（Ａ）〜（Ｇ）を備えたことを特徴としている。
（Ａ）三相負荷電流を検出する三相電流検出部。
（Ｂ）前記三相電流検出部が検出した三相負荷電流を、Ｍ座電流相当であるＭ座信号とＴ座電流相当であるＴ座信号に変換するＭＴ座変換部。
（Ｃ）前記ＭＴ座変換部が変換したＭ座信号およびＴ座信号を、Ｍ座およびＴ座の有効成分と、Ｍ座およびＴ座の無効成分に変換し、逆相有効電流指令値および無効電流指令値を求める電流指令値演算部。
（Ｄ）前記電流指令値演算部は、
Ｍ座およびＴ座の前記有効成分が両方とも力行であり、両有効成分の差分の１／２である逆相値が一定値を超えると、その超過分を補償するような逆相有効電流指令値を求め、
Ｍ座およびＴ座の前記有効成分のうち少なくとも一方が回生であれば、その回生値と前記逆相値のうちの絶対値の小さい方の値を補償するような逆相有効電流指令値を求める。
（Ｅ）前記逆相有効電流指令値および前記無効電流指令値に基づいてＭ座およびＴ座の制御信号を出力する電流制御部。
（Ｆ）前記Ｍ座およびＴ座の制御信号を三相の制御信号に逆変換するＭＴ座逆変換部。
（Ｇ）前記三相の制御信号に従って三相負荷電流の逆相補償と無効分補償を行う三相変換器。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る電流指令値演算回路の制御ブロック図。
【図２】第１の実施形態を適用した場合と適用しない場合の電力補償装置の出力を比較するシミュレーション波形図。
【図３】本発明の第２の実施形態のシステム構成を示すブロック図。
【図４】本発明の第３の実施形態に係る電流指令値演算回路の制御ブロック図。
【図５】本発明の第４の実施形態のシステム構成を示すブロック図。
【図６】スコット巻線変圧器を使用した場合の三相電流・電圧と、Ｍ座、Ｔ座電流・電圧の関係を説明するためのスコット巻線変圧器の構成図と電圧・電流ベクトル図。
【図７】一般的な鉄道用単相電力補償装置のシステム構成を示すブロック図。
【図８】一般的な鉄道用単相電力補償装置における電流指令値演算回路の制御ブロック図。
【図９】一般的な鉄道用三相電力補償装置のシステム構成を示すブロック図。
【図１０】一般的な鉄道用三相電力補償装置における電流指令値演算回路の制御ブロック図。
【発明を実施するための形態】
【００３７】
以下、本発明の実施形態について、図面を用いて具体的に説明する。
（１）第１の実施形態
（構成）
第１の実施形態はＲＰＣに係るものである。第１の実施形態に係るＲＰＣの構成は、基本的に図７に示した従来のＲＰＣ１と同じであり、図８に示す電流指令値演算回路８を、図１に示す電流指令値演算回路３６に置き換えたものである。したがって、従来と同一の部材に関しては、同一符号を付して説明は省略する。
【００３８】
図１は第１の実施形態に係る電流指令値演算回路３６の内部構成を示す制御ブロック図である。電流指令値演算回路３６は、次の点に特徴がある。Ｍ座側の有効成分とＴ座側の有効成分の両方が力行で、ゲイン回路１５の出力値つまり逆相有効成分の１／２である逆相値が、定格値を超えた場合には、その超過分を補償するような電流指令値を求める。また、電流指令値演算回路３６は、Ｍ座側とＴ座側の有効成分のうち少なくとも一方が回生状態となった場合には、回生値とゲイン回路１５の出力である逆相値のうちの絶対値の小さい方の値を補償するような電流指令値を求める。
【００３９】
電流指令値演算回路３６は、図８に示した電流指令値演算回路８に対し、４つのリミッタ回路３７、３８、４３、４５と、２つの最小値選択回路３９、４４と、２つの最大値選択回路４０、４２と、１つの不感帯回路４１を追加したものである。ただし、電流指令値演算回路３６は電流指令値演算回路８のリミッタ回路１６を有していない。
【００４０】
（リミッタ回路）
リミッタ回路３７はゲイン＋１で最大値を零に制限する回路であり、リミッタ回路３８は、ゲイン−１で最小値を零に制限する回路である。リミッタ回路４３は最小値を零に制限する回路であり、リミッタ回路４５は最大値を零に制限する回路である。
【００４１】
（最小値選択回路）
最小値選択回路３９は、ゲイン回路１５の出力とリミッタ回路３８の出力を取り入れて、小さい方の値を選択的に出力する回路である。最小値選択回路４４は、最大値選択回路４０の出力と不感帯回路４１の出力を取り入れて、小さい方の値を選択的に出力する回路である。
【００４２】
（最大値選択回路）
最大値選択回路４０は、最小値選択回路３９の出力とリミッタ回路３７の出力を取り入れて大きい方の値を選択的に出力する回路である。最大値選択回路４２は、最大値選択回路４０の出力と不感帯回路４１の出力を取り入れて、大きい方の値を選択的に出力する回路である。
【００４３】
（不感帯回路）
不感帯回路４１は、入力信号が一定の範囲、例えば−０．５〜＋０．５の間の場合には出力を行わず、入力信号が前記の範囲を逸脱した場合には、その逸脱量に応じた値を出力する回路である。
【００４４】
（電流指令値演算回路の信号の流れ）
電流指令値演算回路３６の信号の流れについて説明する。一般的な演算回路と同様、電流指令値演算回路３６においても、Ｍ座の負荷電流値ＩＬＭは、ｄｑ軸変換回路１３で有効成分ＩｄＬＭと無効成分ＩｑＬＭに変換される。また、Ｔ座の負荷電流値ＩＬＴは、ｄｑ軸変換回路１４で有効成分ＩｄＬＴと無効成分ＩｑＬＴに変換される。ここでＭ座とＴ座の有効成分ＩｄＬＭ、ＩｄＬＴは、力行負荷時「＋」、回生負荷時「−」の値である。
【００４５】
Ｍ座の有効成分ＩｄＬＭはリミッタ回路３７に与えられ、Ｔ座の有効成分ＩｄＬＴはリミッタ回路３８に与えられる。また、Ｍ座の有効成分ＩｄＬＭとＴ座の有効成分ＩｄＬＴの差分が、ゲイン回路１５に与えられ、ここで逆相有効成分が１／２倍されて、逆相値が得られる。ゲイン回路１５の出力とリミッタ回路３８の出力は、最小値選択回路３９へ与えられ、最小値選択回路３９から小さい方の値が最大値選択回路４０に出力される。
【００４６】
最小値選択回路３９の出力と共にリミッタ回路３７の出力が、最大値選択回路４０へ与えられ、最大値選択回路４０から大きい方の値が最大値選択回路４２および最小値選択回路４４へ出力される。また、ゲイン回路１５の出力は不感帯回路４１へ入力される。不感帯回路４１からは、入力信号が例えば−０．５〜＋０．５を逸脱した場合にのみ、その逸脱量に応じた値が、最大値選択回路４２および最小値選択回路４４へと出力される。
【００４７】
最大値選択回路４０と不感帯回路４１の出力は、最大値選択回路４２へ与えられている。そのため、最大値選択回路４２にて大きい方の値が選択されて、リミッタ回路４３に入力される。また、最大値選択回路４０と不感帯回路４１の出力は、最小値選択回路４４へ与えられている。
【００４８】
そのため、最小値選択回路４４にて小さい方の値が選択されて、リミッタ回路４５に入力される。リミッタ回路４３とリミッタ回路４５の出力が加算されてＭ座の有効電流指令値ＩｄｒｅｆＭとして出力される。これ以外の部分については図７の一般的なＲＰＣ１の電流指令値演算回路８と同じなので、説明を省略する。
【００４９】
（作用）
電流指令値演算回路３６の作用について、具体的な数値を挙げて説明する。
（片座が回生負荷の場合）
片座の負荷が回生の場合、電流指令値演算回路３６は次のようにして電流指令値を求める。片座の負荷が回生である場合の数値として、
Ｍ座の有効成分ＩｄＬＭが回生で−０．６、
Ｔ座の有効成分ＩｄＬＴが力行で＋１．０、
不感帯回路４１の不感帯領域が−０．５〜０．５とする。
【００５０】
Ｍ座の有効成分ＩｄＬＭが負の値なので、リミッタ回路３７の出力は回生量＝−０．６で、Ｔ座の有効成分ＩｄＬＴが正の値なので、リミッタ回路３８の出力は零となる。また、ゲイン回路１５の出力は逆相値（−０．６−１．０）／２＝−０．８で、不感帯回路４１の出力は−０．３である。最小値選択回路３９ではリミッタ回路３８の出力＝０とゲイン回路１５の出力＝−０．８のうち小さい方の値、すなわち−０．８を出力する。
【００５１】
最大値選択回路４０では、リミッタ回路３７の出力＝−０．６と最小値選択回路３９の出力＝−０．８のうち大きい方の値すなわち−０．６を出力する。最大値選択回路４２では、最大値選択回路４０の出力＝−０．６と、不感帯回路４１の出力＝−０．３のうち大きい方の値すなわち−０．３を出力する。
【００５２】
不感帯回路４１の出力がマイナスとなっても、リミッタ回路４３は最小値を零に制限する回路なので、リミッタ回路４３の出力は零となる。最小値選択回路４４では、最大値選択回路４０の出力＝−０．６と不感帯回路４１の出力＝−０．３のうち小さい方の値すなわち−０．６を出力する。リミッタ回路４５は最大値を零に制限する回路なので、リミッタ回路４５の出力も−０．６である。
【００５３】
これにより、リミッタ回路４３の出力値とリミッタ回路４５の出力値を加算して得られて、電流指令値演算回路３６の最終的な有効電流指令値ＩｄｒｅｆＭ＝−０．６を求めることができる。この電流指令値に従って、Ｍ座からＴ座へ０．６ｐｕの有効電流が融通される。ここで最大値選択回路４０へ入力される値はリミッタ回路３７の出力である回生量と、最小値選択回路３９の出力である逆相量で、両方とも負の値である。そのため、回生量と逆相量のうち絶対値の小さい方の値が出力されることになる。
【００５４】
上記の例では回生値が選択されたが、逆相値が選択される場合もある。例えば、
Ｍ座の有効成分ＩｄＬＭが回生で−０．６である点は、上記の例と変わりはないが、
Ｔ座の有効成分ＩｄＬＴが力行で＋０．２であるとする（上記の例では＋１．０）。
この例の場合では、ゲイン回路１５の出力すなわち逆相値が−０．４となって、最大値選択回路４０の出力は逆相量−０．４となり、最終的な有効電流指令値ＩｄｒｅｆＭ＝−０．４ｐｕで、Ｍ座からＴ座へ０．４ｐｕの有効電流が融通されることになる。このように、第１の実施形態では、回生値と逆相値のうち絶対値の小さい方の値を補償するようにＲＰＣ１の運転が行われる。
【００５５】
（両座が力行負荷の場合）
次に、両座の負荷が力行の場合、電流指令値演算回路３６は次のようにして電流指令値を求める。両座の負荷が力行である場合の数値として、
Ｍ座の有効成分ＩｄＬＭが＋１．６、
Ｔ座の有効成分ＩｄＬＴが＋０．２、
不感帯回路４１の不感帯領域が−０．５〜０．５とする。
【００５６】
Ｍ座の有効成分ＩｄＬＭ、Ｔ座の有効成分ＩｄＬＴが両方とも正の値なので、リミッタ回路３７、リミッタ回路３８の出力は両方とも零となる。また、ゲイン回路１５の出力は逆相値（＋１．６−０．２）／２＝＋０．７で、不感帯回路４１の出力は＋０．２である。最小値選択回路３９ではリミッタ回路３８の出力＝０と、ゲイン回路１５の出力＝＋０．７のうち小さい方の値、すなわち零を出力する。
【００５７】
最大値選択回路４０ではリミッタ回路３７の出力＝０と最小値選択回路３９の出力＝０のうち大きい方の値、すなわち０を出力する。最大値選択回路４２では最大値選択回路４０の出力＝０と不感帯回路４１の出力＝＋０．２のうち大きい方の値すなわち＋０．２を出力し、リミッタ回路４３の出力も＋０．２である。
【００５８】
最小値選択回路４４では最大値選択回路４０の出力＝０と、不感帯回路４１の出力＝＋０．２のうち小さい方の値すなわち零を出力し、リミッタ回路４５の出力も零である。これにより、電流指令値演算回路３６の最終的な有効電流指令値ＩｄｒｅｆＭ＝＋０．２となり、Ｔ座からＭ座へ０．２ｐｕの有効電流が融通される。すなわち、第１の実施形態によれば、不感帯回路４１により低減された逆相値を補償するようにＲＰＣ１の運転が行われる。
【００５９】
その他の様々な負荷条件について、電流指令値演算回路３６内部の各信号と出力値を、下記の表１に示す。表１に示すように、第１の実施形態における電流指令値演算回路３６を用いることにより、両座の負荷が力行であれば、負荷電流の逆相有効成分に対して不感帯回路４１で低減した値を補償するようＲＰＣ１が運転される。また、片座が回生負荷の場合は、その回生量と逆相量のうち絶対値が小さい方の値を補償するようＲＰＣ１が運転される。
【００６０】
（表１）
0006514070.tif 000002
【００６１】
（効果）
以上述べたように、第１の実施形態によれば、両座が力行負荷の場合は、負荷電流の逆相有効成分に対して不感帯回路４１で低減した値を、補償するようにＲＰＣ１を運転している。このため、負荷電流の逆相分が小さい場合にはＲＰＣ１の出力電流を抑制することができ、運転損失の低減が可能である。
【００６２】
ところで、回生値の絶対値が逆相値の絶対値よりも大きい場合、回生値を１００％補償すると、力行側で回生電力が発生する現象が発生する。しかし、第１の実施形態では、片座が回生負荷である時、回生値と逆相値のうち、絶対値が小さい方の値を補償するようにＲＰＣ１を運転するので、力行側で回生電力が発生する現象が起きることがなく、回生電力を最大限有効に利用することができる。その結果、運転損失を低減しつつ、回生電力の有効利用を実現することができる。
【００６３】
また、片座が大きな力行負荷で、もう一方の片座の負荷量が零付近で正負を繰り返す場合、単純に片座が回生であれば「不感帯なし」、両座とも力行であれば「不感帯あり」という条件で電力補償装置の制御を行うことが考えられる。このような制御では、大きな出力変動が発生して、運転が不安定となる。そこで第１の実施形態では、逆相値と回生値のうちの絶対値の小さい方を選択している。これにより、出力変動を小さく抑えることができ、運転の安定化を実現している。
【００６４】
この動作を比較したシミュレーション波形の例を図２に示す。図２の例はＴ座の負荷有効成分が＋１．５ｐｕ（力行）で、Ｍ座の負荷有効分が＋０．０２（力行）と−０．０２ｐｕ（回生）を繰り返した場合である。このとき、単純に片座が回生であれば「不感帯なし」、両座とも力行であれば「不感帯あり」という条件で不感帯回路４１の切替制御を行ったとする。
【００６５】
この場合、Ｍ座の負荷変動がわずかであっても、図２（ｂ）に示すように、ＲＰＣ１の出力電流が大きく変動することになる。これに対して、第１の実施形態による制御を行った場合は、Ｍ座で発生した回生量−０．０２ｐｕのみを補償するだけである。そのため、ＲＰＣ１の出力変動を小さく抑えることができ、かつ回生量を１００％補償することができる。
【００６６】
以上のように、第１の実施形態によれば、負荷電力の逆相量が小さい領域ではＲＰＣ１の出力電流を抑制することで運転損失を低減し、回生負荷電力は力行側に融通して最大限に有効利用し、さらに負荷が零点付近で回生と力行を繰り返した場合にも安定して運転可能な鉄道用電力補償装置を提供することができる。
【００６７】
（２）第２の実施形態
（構成）
図３は、第２の実施形態に係るＳＶＧ２１０のシステム構成を示すブロック図である。図３に示すように、第２の実施形態に係るＳＶＧ２１０が、三相変換器２２、電流検出器２３、２６を有している点は、図９に示した従来のＳＶＧ２１と同じである。第２の実施形態に係るＳＶＧ２１０は、図９に示した従来のＳＶＧ２１と次の点が異なっている。
【００６８】
第２の実施形態では、図９、図１０に示した電流指令値演算回路２４ではなく、上記第１の実施形態で説明した電流指令値演算回路３６が設けられ、さらには、図７にて示した電流制御回路９、１０が配置されている。電流指令値演算回路３６の内部構成は、図１と同じである。すなわち、電流指令値演算回路３６は、Ｍ座の有効電流指令値ＩｄｒｅｆＭ、Ｍ座の無効電流指令値ＩｑｒｅｆＭを、Ｍ座用の電流制御回路９へ与え、Ｔ座の有効電流指令値ＩｄｒｅｆＴ、Ｔ座の無効電流指令値ＩｑｒｅｆＴを、Ｔ座用の電流制御回路１０へ与える。
【００６９】
また、従来のＳＶＧ２１では、負荷電流の検出値から正相無効分Ｉｑ、逆相ｄｑ軸成分Ｉｄｎ、Ｉｑｎを検出して、それを補償するよう制御を行っていたが、第２の実施形態に係るＳＶＧ２１０では、負荷電流の検出値をＭ座相当およびＴ座相当の信号に変換してから、Ｍ座およびＴ座の有効成分、無効成分を求め、それを補償するよう制御を行っている。
【００７０】
具体的には、第２の実施形態に係るＳＶＧ２１０にはＭＴ座変換回路４６、４７およびＭＴ座逆変換回路４８が設けられている。このうち、ＭＴ座変換回路４６は、電流検出器２３が検出した三相電流ＩＬａ、ＩＬｂ、ＩＬｃを、Ｍ座成分の負荷電流値ＩＬＭ、Ｔ座成分の負荷電流値ＩＴＬに変換して、電流指令値演算回路３６へ与えるようになっている。
【００７１】
一方、ＭＴ座変換回路４７は三相変換器２２の出力電流Ｉａ、Ｉｂ、ＩｃをＭ座電流相当の信号ＩＭ、Ｔ座電流相当の信号ＩＴに変換し、電流制御回路９ではＭ座電流相当の信号ＩＭの有効電流成分ＩｄＭ、無効電流成分ＩｑＭが電流指令値ＩｄｒｅｆＭ、ＩｑｒｅｆＭと一致するよう制御を行う。電流制御回路１０ではＴ座電流相当の信号ＩＴの有効電流成分ＩｄＴ、無効電流成分ＩｑＴが電流指令値ＩｄｒｅｆＴ、ＩｑｒｅｆＴと一致するよう制御を行う。
【００７２】
こうして得られた電流制御回路９と電流制御回路１０の出力信号を、ＭＴ座逆変換回路４８へ与え、ＭＴ座逆変換回路４８ではＭ座信号、Ｔ座信号が三相信号に逆変換して、スイッチング信号を三相変換器２２に与える。このように、第２の実施形態は、三相電流をＭ座電流相当の信号ＩＭ、Ｔ座電流相当の信号ＩＴに変換し、仮想的に第１の実施形態で説明したＲＰＣ１と同様の制御を行う。
【００７３】
（作用）
第２の実施形態における電流指令値演算回路３６の動作は、第１の実施形態と同じであり説明を省略し、ＭＴ座変換回路４６、４７とＭＴ座逆変換回路４８の動作について説明する。
【００７４】
図６に示したスコット巻線変圧器の構成と電流ベクトル図から、Ｍ座電流相当の信号ＩＭ、Ｔ座電流相当の信号ＩＴを、三相電流Ｉａ、Ｉｂ、Ｉｃで現すと表すと（１）式、（２）式となる。
（数１）
ＩＭ＝（Ｉａ−Ｉｃ）／√３  
（数２）
ＩＴ＝Ｉｂ
【００７５】
ＭＴ座変換回路４６では検出した三相負荷電流ＩＬａ、ＩＬｂ、ＩＬｃを、（１）式、（２）式に従ってＭ座電流相当の信号ＩＭ、Ｔ座相当の信号ＩＴに変換し、ＭＴ座変換回路４７では検出した三相変換器出力電流Ｉａ、Ｉｂ、Ｉｃを（１）式に従ってＭ座相当の信号ＩＭ、Ｔ座相当の信号ＩＴに変換する。
【００７６】
一方、三相電流Ｉａ、Ｉｂ、ＩｃをＭ座電流ＩＭ、Ｔ座電流ＩＴで現すと（３）式〜（５）式となる。
（数３）
Ｉａ＝√３／２×ＩＭ−ＩＴ／２
（数４）
Ｉｂ＝ＩＴ
（数５）
Ｉｃ＝−√３／２×ＩＭ−ＩＴ／２
【００７７】
ＭＴ座逆変換回路４８では電流制御回路９、電流制御回路１０から与えられるＭ座電流相当の制御出力信号およびＴ座電流相当の制御出力信号を、（３）式〜（５）式に従って三相信号に変換し、三相変換器２２のスイッチングを行う。電流制御回路９、１０の入力部分と出力部分で、以上の変換を行い、内部では第１の実施形態と同様の制御を行う。これにより、図３に示す第２の実施形態に係るＳＶＧ２１０は、第１の実施形態におけるＲＰＣ１と同等の動作をする。
【００７８】
すなわち、第２の実施形態でも電流指令値演算回路３６を用いることにより、両座の負荷が力行であれば、負荷電流の逆相有効成分に対して不感帯回路４１で低減した値を補償するようＳＶＧ２１０が運転される。また、片座が回生負荷の場合は、その回生値と逆相値のうち絶対値が小さい方の値を補償するようＳＶＧ２１０が運転される。
【００７９】
（効果）
第２の実施形態によれば、負荷電力の逆相量が小さい領域ではＳＶＧ２１０の出力電流を抑制することで運転損失を低減し、回生負荷電力は力行側に融通して最大限に有効利用することができる。さらに、第２の実施形態では、回生値と逆相値のうち絶対値が小さい方の値を補償するので、負荷が零点付近で回生と力行を繰り返すような場合であっても、安定に運転することが可能である。
【００８０】
（３）第３の実施形態
（構成）
図４は第３の実施形態に係るＲＰＣの電流指令値演算回路の内部構成を示す制御ブロック図である。第３の実施形態の基本的なシステム構成は図７に示した一般的なＲＰＣ１と同じであり、図８に示した従来の電流指令値演算回路８を、図４に示す電流指令値演算回路４９に置き換えたものである。
【００８１】
電流指令値演算部４９は、Ｍ座およびＴ座の前記有効成分が両方とも力行であり、両有効成分の差分の１／２である逆相値が一定値を超えると、その超過分を補償するような逆相有効電流指令値を求める点では、前記電流指令値演算部３６と同じである。しかし、Ｍ座およびＴ座の前記有効成分のうち少なくとも一方が回生である時に特徴がある。すなわち、電流指令値演算部４９は、回生量に応じて逆相値に対する補償率を変化させて逆相有効電流指令値を求めるようになっている。
【００８２】
電流指令値演算回路４９は、図８に示した電流指令値演算回路８に対し、最小値選択回路５０、リミッタ回路５１、乗算器５２、不感帯回路４１、最大値選択回路４２、リミッタ回路４３、最小値選択回路４４、リミッタ回路４５を追加した構成を有している。このうち、不感帯回路４１、最大値選択回路４２、リミッタ回路４３、最小値選択回路４４、リミッタ回路４５については、図１で示した電流指令値演算回路３６に含まれたものと同一なので、最小値選択回路５０、リミッタ回路５１、乗算器５２を中心にして、信号の流れについて説明する。
【００８３】
一般的な演算回路と同様、  電流指令値演算回路４９においても、Ｍ座の負荷電流値ＩＬＭは、ｄｑ軸変換回路１３で有効成分ＩｄＬＭと無効成分ＩｑＬＭに変換され、Ｔ座の負荷電流値ＩＬＴは、ｄｑ軸変換回路１４で有効成分ＩｄＬＴと無効成分ＩｑＬＴに変換される。ここで有効電流成分ＩｄＬＭ、ＩｄＬＴは力行負荷時「＋」、回生負荷時「−」の値である。
【００８４】
（最小値選択回路５０）
最小値選択回路５０では、ｄｑ軸変換回路１３からＭ座の有効電流成分ＩｄＬＭが、ｄｑ軸変換回路１４からＴ座の有効電流成分ＩｄＬＴが、それぞれ取得され、小さい方の値が選択されて、出力がリミッタ回路５１に与えられる。
【００８５】
（リミッタ回路５１）
リミッタ回路５１では、ゲイン−Ｋとして−５〜−１０程度の値が使用され、例えばゲイン−Ｋで最小値０〜最大値１に制限される。リミッタ回路５１の出力は乗算器５２に与えられる。
【００８６】
（乗算器５２）
乗算器５２では、リミッタ回路５１の出力とゲイン回路１５の出力が取得されて、両方を掛け合わされ、その結果が不感帯回路４１および最大値選択回路４２へ与えられる。乗算器５２と不感帯回路４１の出力は、最大値選択回路４２で大きい方の値が選択され、最小値が零に制限されたリミッタ回路４３に入力される。
【００８７】
また、乗算器５２と不感帯回路４１の出力は、最小値選択回路４４で小さい方の値が選択されて、最大値が零に制限されたリミッタ回路４５に入力される。リミッタ回路４３とリミッタ回路４５の出力が加算されてＭ座の有効電流指令値として出力される。これ以外の部分については図８に示した電流指令値演算回路８と同じであり、説明は省略する。
【００８８】
（作用）
電流指令値演算回路４９の作用について、具体的な数値を挙げて説明する。
（片座が回生負荷で絶対値が大きい場合）
電流指令値演算回路４９において、片座が回生で絶対値が大きい場合として、
Ｍ座の有効成分ＩｄＬＭが回生で−０．６、
Ｔ座の有効成分ＩｄＬＴが力行で＋１．０、
不感帯回路４１の不感帯領域が−０．５〜０．５、
リミッタ回路５１のゲインが−５とする。
【００８９】
Ｍ座の有効成分ＩｄＬＭ＜Ｔ座の有効成分ＩｄｌＴなので、最小値選択回路５０はＭ座の有効成分ＩｄＬＭ＝−０．６を選択し、リミッタ回路５１が−５倍してその出力は＋３であり、最小値０〜最大値１に制限されることで、リミッタ回路５１の出力は＋１である。また、ゲイン回路１５の出力は逆相値（−０．６−１．０）／２＝−０．８で、不感帯回路４１の出力は−０．３である。
【００９０】
乗算器５２の出力はリミッタ回路５１の出力＝＋１と、ゲイン回路１５の出力＝−０．８を掛け合わせた−０．８である。最大値選択回路４２では乗算器５２の出力＝−０．８と、不感帯回路４１の出力＝−０．３のうち大きい方の値すなわち−０．３を出力するが、リミッタ回路４３で零に制限される。
【００９１】
最小値選択回路４４では乗算器５２の出力＝−０．８と、不感帯回路４１の出力＝−０．３のうち小さい方の値すなわち−０．８をリミッタ回路４５に出力する。リミッタ回路４５では最大値を零に制限するので、その出力は−０．８である。これにより、最終的な有効電流指令値ＩｄｒｅｆＭ＝−０．８となり、Ｍ座からＴ座へ０．８ｐｕの有効電流が融通される。すなわち不感帯回路４１を介さない逆相量が補償される。
【００９２】
（片座が回生負荷で絶対値が小さい場合）
電流指令値演算回路４９において、片座が回生で絶対値が小さい場合として、Ｍ座の有効成分ＩｄＬＭの回生値を−０．６から−０．１に変え、他の数値は同じである時の動作について説明する。
【００９３】
Ｍ座の有効成分ＩｄＬＭ＜Ｔ座の有効成分ＩｄｌＴなので、最小値選択回路５０はＩｄＬＭ＝−０．１を選択し、リミッタ回路５１が−５倍して＋０．５を出力する。またゲイン回路１５の出力は逆相値（−０．１−１．０）／２＝−０．５５であり、不感帯回路４１の出力は−０．０５である。
【００９４】
乗算器５２の出力はリミッタ回路５１の出力＝＋０．５とゲイン回路１５の出力＝−０．５５を掛け合わせた−０．２７５である。最大値選択回路４２では乗算器５２の出力＝−０．２７５と不感帯回路４１の出力＝−０．０５のうち大きい方の値すなわち−０．０５を出力するが、リミッタ回路４３が零に制限する。
【００９５】
最小値選択回路４４では乗算器５２の出力＝−０．２７５と不感帯回路４１の出力＝−０．０５のうち小さい方の値すなわち−０．２７５を出力し、リミッタ回路４５の出力も−０．２７５である。これにより、最終的な有効電流指令値ＩｄｒｅｆＭ＝−０．２７５となり、Ｍ座からＴ座へ０．２７５ｐｕの有効電流が融通される。
【００９６】
この値は、逆相量０．５５ｐｕに対しリミッタ回路５１で得られる係数をかけた値である。リミッタ回路５１で得られる係数は、回生量に応じて変化する値であり、−Ｋ＝−５の場合は回生量が０．２より大きいと「１」となり、すなわち逆相量をフルに補償する。回生量が０〜０．２の場合は、その値に比例して０〜１となる。この点が、電流指令値演算回路４９の特徴である。
【００９７】
（両座が力行負荷の場合）
両座負荷が力行の場合、Ｍ座の有効成分ＩｄＬＭ、Ｔ座の有効成分ＩｄＬＴが両方とも正の値なので、リミッタ回路５１の出力が零である。そのため、乗算器５２の出力も零となり、不感帯回路４１の出力が正の場合はリミッタ回路４３の出力が不感帯回路４１の出力と等しくなり、一方、リミッタ回路４５の出力は零である。また、不感帯回路４１の出力が負の場合は、リミッタ回路４５の出力が不感帯回路４１の出力と等しくなり、一方、リミッタ回路４３の出力は零である。これにより最終的に得られるＭ座有効電流指令値ＩｄｒｅｆＭは、不感帯回路４１の出力と等しくなる。
【００９８】
電流指令値演算回路４９が以上のような動作を行うことで、両座負荷が力行の場合は不感帯回路４１により低減された逆相値を補償するようにＲＰＣ１の運転が行われ、片座負荷が回生となった場合は、回生値が大きい場合には逆相量を１００％補償するようＲＰＣ１の運転が行われる。また、回生値が小さい場合はその値に応じて低減された逆相値を補償するようにＲＰＣ１の運転が行われる。
【００９９】
（効果）
以上述べたように、第３の実施形態によれば、両座が力行負荷の場合は、負荷電流の逆相有効成分に対して不感帯回路で低減した値を、補償するようＲＰＣ１を運転することができる。このため、ＲＰＣ１の出力電流を抑制して運転損失を低減できる。また、第３の実施形態では、電流指令値演算回路４９を備えたことにより、片座が回生の場合は、回生量に応じて逆相量に対する補償の割合を変化するようにＲＰＣ１を運転することで、回生電力を有効に利用できる。
【０１００】
また、片座が大きな力行負荷で、もう一方の負荷量が零付近で正負を繰り返す場合、単純に片座が回生の場合は不感帯なし、両座とも力行の場合は不感帯ありという条件で制御を行うと大きな出力変動が発生するが、第３の実施形態を使用した場合には、回生量が零付近の場合は補償率が小さくなることで、出力変動を小さく抑えることができ、安定して運転することが可能である。
【０１０１】
以上のように、第３の実施形態を用いることにより、負荷電力の逆相量が小さい領域ではＲＰＣ出力電流を抑制することで運転損失を低減しつつ、回生負荷電力は力行側に融通して有効利用を実現し、さらには負荷が零点付近で回生と力行を繰り返した場合にも安定して運転可能なＲＰＣ１を提供することができる。
【０１０２】
（４）第４の実施形態
（構成と作用）
第４の実施形態に係るＳＶＧ２１１の基本的なシステム構成は、図３に示した第２の実施形態と同じであり、第２の実施形態における電流指令値演算回路３６の代わりに、図４に示した第３の実施形態と同じく、電流指令値演算回路４９を用いたことを特徴としている（図５参照）。なお、基本的なシステム構成と、ＭＴ座変換回路４６、４７、ＭＴ座逆変換回路４８の動作は第２の実施形態と同じであり、また電流指令値演算回路４９の構成と動作は、第３の実施形態と同じであるため、説明は省略する。
【０１０３】
（効果）
第４の実施形態によれば、両座が力行負荷の場合は負荷電流逆相有効成分に対して不感帯回路４１で低減した値を補償するようにＳＶＧ２１１を運転することで、ＳＶＧ２１１の出力電流を抑制して運転損失を低減でき、片座が回生の場合は、回生量に応じて逆相量に対する補償の割合を変化するようにＳＶＧ２１１を運転することで回生電力を有効に利用できる。また第４の実施形態では、片座が大きな力行負荷で、もう一方の負荷量が零付近で正負を繰り返したとしても、回生量が零付近の場合は補償率が小さくなる。その結果、出力変動を小さく抑えて、安定に運転することができる。
【０１０４】
以上のように、第４の実施形態によれば、負荷電力の逆相量が小さい領域ではＳＶＧ２１１の出力電流を抑制することで運転損失を低減し、回生負荷電力は力行側に融通して有効利用し、さらに負荷が零点付近で回生と力行を繰り返した場合にも、安定に運転することが可能なＳＶＧ２１１を提供することができる。
【０１０５】
（５）他の実施形態
上記の実施形態は、本明細書において一例として提示したものであって、発明の範囲を限定することを意図するものではない。すなわち、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の範囲を逸脱しない範囲で、種々の省略や置き換え、変更を行うことが可能である。これらの実施形態やその変形例は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
【０１０６】
例えば、電流指令値演算回路や電流制御回路などの具体的な回路構成についても、適宜選択可能である。また、リミッタ回路における制限値や、不感帯回路における不感帯領域なども適宜変更可能である。さらに、第３あるいは第４の実施形態の電流指令値演算部４９において、逆相値に対して変化させる補償率についても適宜選択可能である。また、Ｍ座とＴ座の有効成分が両方とも力行であり、かつ逆相値が、定格値を超えなければ、演算を行うことなく、ＲＰＣ１やＳＶＧ２１の出力電流を零とするようにしてもよい。これにより、運転損失の低減化をいっそう進めることができる。
【符号の説明】
【０１０７】
１…ＲＰＣ（鉄道用単相電力補償装置）
２…スコット巻線変圧器
３…Ｍ座変換器
４…Ｔ座変換器
５…直流回路
６…Ｍ座電流検出器
７…Ｔ座電流検出器
８…電流指令値演算回路
９…Ｍ座電流制御回路
１０…Ｔ座電流制御回路
１１、１２…電流検出器
１３、１４…ｄｑ軸変換回路
１５…ゲイン回路
１６、１９、２０、３０、３１、３２、３７、３８、４３、４５、５１…リミッタ回路
１７…符号反転回路
１８…直流電圧制御回路  
２１、２１０、２１１…ＳＶＧ（鉄道用三相電力補償装置）
２２…三相変換器
２３…電流検出器
２４…電流指令値演算回路
２５…電流制御回路
２６…電流検出器
２７…三相／二相変換回路
２８…正相ｄｑ軸変換回路
２９…逆相ｄｑ軸変換回路
３３…正相ｄｑ軸逆変換回路
３４…逆相ｄｑ軸逆変換回路
３５…二相／三相変換回路
３６、４９…電流指令値演算回路
３９、４４、５０…最小値選択回路
４０、４２…最大値選択回路
４１…不感帯回路
４６、４７…ＭＴ座変換回路
４８…ＭＴ座逆変換回路
５２…乗算器
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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