(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電源からの第１の直流電力を第１のＬＣフィルタを介して受け取り、交流電力に変換する第１の電力変換装置と、
前記第１の直流電力を第２のＬＣフィルタを介して受け取り、当該第１の直流電力の電圧レベルと異なる電圧レベルの第２の直流電力に変換して蓄電装置を充放電する第２の電力変換装置と
から構成される鉄道車両用の電力変換装置であって、
前記第１のＬＣフィルタおよび前記第２のＬＣフィルタを前記直流電源に対して並列に接続し、
前記第１の直流電力に重畳する電圧振動成分を検出する電圧振動成分検出部を、前記直流電源から前記第２のＬＣフィルタまでの間に設け、
前記蓄電装置に対する充放電制御指令および前記電圧振動成分検出部が検出した前記電圧振動成分に基づいて前記第２の電力変換装置を制御する
ことを特徴とする鉄道車両用の電力変換装置。
【請求項２】
請求項１に記載の鉄道車両用の電力変換装置において、
前記第２の電力変換装置は、前記第１の電力変換装置から独立して制御される
ことを特徴とする鉄道車両用の電力変換装置。
【請求項３】
請求項１に記載の鉄道車両用の電力変換装置において、
前記電圧振動成分検出部は電圧検出器を有し、当該電圧検出器が検出した電圧信号をフィルタに通して前記電圧振動成分として検出し、当該フィルタは当該電圧振動成分の位相特性の設定が可能である
ことを特徴とする鉄道車両用の電力変換装置。
【請求項４】
請求項３に記載の鉄道車両用の電力変換装置において、
前記電圧振動成分検出部が検出した前記電圧振動成分の振幅を、乗算器により増大または減少させる
ことを特徴とする鉄道車両用の電力変換装置。
【請求項５】
請求項１に記載の鉄道車両用の電力変換装置において、
前記電圧振動成分検出部の検出点を、前記第２の電力変換装置の前記直流電源に対する接続点とすることを特徴とする鉄道車両用の電力変換装置。
【請求項６】
請求項１に記載の鉄道車両用の電力変換装置において、
前記電圧振動成分検出部の検出点を、前記第２の電力変換装置の前記第１の直流電力を受ける側に並列に接続されたコンデンサの両端とすることを特徴とする鉄道車両用の電力変換装置。
【請求項７】
直流電源からの第１の直流電力を第１のＬＣフィルタを介して受け取り交流電力に変換する第１の電力変換装置を備えた鉄道車両に、前記直流電源に対して前記第１の電力変換装置と並列に接続して後付けされる鉄道車両後付け用の電力変換装置であって、
前記第１の直流電力を第２のＬＣフィルタを介して受け取り、当該第１の直流電力の電圧レベルと異なる電圧レベルの第２の直流電力に変換して蓄電装置を充放電する第２の電力変換部と、
前記直流電源から前記第２のＬＣフィルタまでの間に設け、前記第１の直流電力に重畳する電圧振動成分を検出する電圧振動成分検出部と、
前記蓄電装置に対する充放電制御指令および前記電圧振動成分検出部が検出した前記電圧振動成分に基づいて前記第２の電力変換部を制御する制御部とを備え、
前記第２のＬＣフィルタは、前記第１のＬＣフィルタと並列して前記直流電源に接続される
ことを特徴とする鉄道車両後付け用の電力変換装置。
【請求項８】
請求項７に記載の鉄道車両後付け用の電力変換装置において、
前記第２の電力変換部は、前記第１の電力変換装置から独立して制御される
ことを特徴とする鉄道車両後付け用の電力変換装置。
【請求項９】
請求項７に記載の鉄道車両後付け用の電力変換装置において、
前記電圧振動成分検出部は電圧検出器を有し、当該電圧検出器が検出した電圧信号をフィルタに通して前記電圧振動成分として検出し、当該フィルタは当該電圧振動成分の位相特性の設定が可能である
ことを特徴とする鉄道車両後付け用の電力変換装置。
【請求項１０】
請求項９に記載の鉄道車両後付け用の電力変換装置において、
前記電圧振動成分検出部から検出した前記電圧振動成分の振幅を、乗算器により増大または減少させる
ことを特徴とする鉄道車両後付け用の電力変換装置。
【請求項１１】
請求項７に記載の鉄道車両後付け用の電力変換装置において、
前記電圧振動成分検出部の検出点を、前記第２の電力変換部の前記直流電源に対する接続点とすることを特徴とする鉄道車両後付け用の電力変換装置。
【請求項１２】
請求項７に記載の鉄道車両後付け用の電力変換装置において、
前記電圧振動成分検出部の検出点を、前記第２の電力変換装置の前記第１の直流電力を受ける側に並列に接続されたコンデンサの両端とすることを特徴とする鉄道車両後付け用の電力変換装置。
【請求項１３】
直流電源からの第１の直流電力を第１のＬＣフィルタを介して受け取り、交流電力に変換する第１の電力変換部と、
前記第１の直流電力を第２のＬＣフィルタを介して受け取り、当該第１の直流電力の電圧レベルと異なる電圧レベルの第２の直流電力に変換して蓄電装置を充放電する第２の電力変換部とを備え、
前記第１のＬＣフィルタおよび前記第２のＬＣフィルタが前記直流電源に対して並列に接続されて構成される電力変換装置の制御方法であって、
前記直流電源から前記第２のＬＣフィルタまでの間に設けた電圧振動成分検出部から前記第１の直流電力に重畳する電圧振動成分信号を抽出し、
前記蓄電装置に対する充放電制御指令および前記電圧振動成分信号に基づいて前記第２の電力変換部を制御する
ことを特徴とする電力変換装置の制御方法。
【請求項１４】
請求項１３に記載の電力変換装置の制御方法において、
前記第２の電力変換部を、前記第１の電力変換部から独立して制御する
ことを特徴とする電力変換装置の制御方法。
【請求項１５】
請求項１３に記載の電力変換装置の制御方法において、
前記電圧振動成分信号の位相特性をフィルタにより変化させる
ことを特徴とする電力変換装置の制御方法。
【請求項１６】
請求項１５に記載の電力変換装置の制御方法において、
前記電圧振動成分信号の振幅を乗算器により増大または減少させる
ことを特徴とする電力変換装置の制御方法。
【請求項１７】
請求項１３に記載の電力変換装置の制御方法において、
前記電圧振動成分信号を、前記第２の電力変換部の前記直流電源に対する接続点から検出した電圧信号から抽出する
ことを特徴とする電力変換装置の制御方法。
【請求項１８】
請求項１３に記載の電力変換装置の制御方法において、
前記電圧振動成分信号を、前記第２の電力変換部の前記第１の直流電力を受ける側に並列に接続されたコンデンサの両端から検出した電圧信号から抽出する
ことを特徴とする電力変換装置の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蓄電装置を搭載した鉄道車両用の電力変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
産業界で広く用いられているインバータ装置では、パルス幅変調（ＰＷＭ）方式を用いた可変電圧可変周波数（ＶＶＶＦ）制御により直流電力を交流電力に変換する方式が広く利用されている。【０００３】
例えば鉄道車両の分野では、ＶＶＶＦインバータ装置を用いて交流電動機を駆動することにより車両を加速させると共に、ブレーキ時に交流電動機を発電機として動作させることにより運動エネルギーを電気エネルギーに変換し、架空電車線（以下、架線という）へ戻す回生ブレーキ制御が広く用いられている。【０００４】
また近年、蓄電装置を応用して回生ブレーキにより得られる回生電力を有効活用し、更なる省エネルギー化を実現させる技術が検討や実用化されている。【０００５】
例えば、特許文献１には、インバータ装置の入力側に蓄電装置を並列に接続し、回生エネルギーを蓄電して有効利用することにより、車両を高効率に運転する技術が示されており、さらに入力ＬＣフィルタの電気振動を減衰させる制御回路の技術が開示されている。【０００６】
図７に、特許文献１の一実施例を示す。特許文献１は、直流電車線１からの直流電力をフィルタリアクトル３およびフィルタコンデンサ４を介して三相交流電力に変換して電動機６を駆動するインバータ装置５と、インバータ装置５の直流入力側に並列に接続して、インバータ装置５の直流入力側電圧と異なる電圧レベルに変換するＤＣ−ＤＣ変換回路８と、ＤＣ−ＤＣ変換回路８からの出力を、平滑リアクトル１１を介して蓄電する蓄電手段９とを備えた電力変換装置であって、フィルタリアクトル３およびフィルタコンデンサ４から成る入力フィルタによりインバータ装置５の直流入力側に重畳する電気振動成分をフィルタコンデンサ４の電圧等から検出し、この検出した電気振動成分により蓄電手段９に対する充放電制御指令Ｉｃ＊＊を補正してＤＣ−ＤＣ変換回路８を制御することにより電気振動成分を抑制する蓄電手段を備えた電力変換装置の制御回路を開示している。【０００７】
ＤＣ−ＤＣ変換回路８に対して、ＤＣ−ＤＣ変換制御回路２００は、その内部に、電圧制御部２０１、ＰＷＭ制御部２０２、ハイパスフィルタ２０３、ダンピング制御部２０４、および加算器２０５を有し、電圧検出器１５によりフィルタコンデンサ電圧Ｅｃｆを検出し、ハイパスフィルタ２０３で交流成分ΔＥｃｆを抽出する。その後、ダンピング制御部２０４によりこの電気振動を抑制するために必要な充放電電流補正量ｄＩｃを演算して、加算器２０５にて充放電電流指令Ｉｃ＊に加算する。これにより、充放電電流指令Ｉｃ＊はＩｃ＊＊として補正され、電圧制御部２０１への入力指令となる。このように、ＤＣ−ＤＣ変換回路８のダンピング制御により、蓄電装置９の充放電電流に入力ＬＣフィルタの交流成分を重畳することにより、この入力ＬＣフィルタの電気振動を減衰させている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０１５−６５７３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本願発明者が、既存の鉄道車両に、蓄電装置チョッパ回路を後付けすることについて鋭意検討した結果、次の知見を得るに至った。【００１０】
特許文献１（図７）の例では、入力ＬＣフィルタ（フィルタリアクトル３とフィルタコンデンサ４）を車両駆動用回路３１と蓄電装置チョッパ回路３２で共用しているため、既に広く普及している車両駆動用回路３１のみを搭載した鉄道車両に、蓄電装置チョッパ回路３２を並列に接続（図７のＢ−Ｂ´で接続）することは、車両艤装の面や、ＤＣ−ＤＣ変換回路８のインダクタンス低減の必要性の観点から容易でない。このため、広く普及している車両駆動用回路３１のみを搭載した鉄道車両に、蓄電装置を搭載して、電力を有効利用したり、緊急走行したりすることの実現が難しい。【００１１】
このため、蓄電装置チョッパ回路の直流側入力に蓄電装置チョッパ回路用の入力ＬＣフィルタを備え、蓄電装置チョッパ回路を直流電圧源すなわち直流電車線の入力部で接続した構成とすることを検討した。この構成とすることにより、電線を引き回して接続するなど、電気的特性や艤装面で既存の車両駆動用回路のみを搭載した鉄道車両に、蓄電装置チョッパ回路を容易に後付けで接続することができ、鉄道車両に蓄電装置を搭載して、電力を有効利用したり、緊急走行したりすることの実現が容易にできるメリットがある。【００１２】
一方で、このような構成とした場合、特許文献１に示された制御回路では、上述したような蓄電装置チョッパ回路を既存の車両駆動用回路のみを搭載した鉄道車両に後付けで接続する場合を考慮していないため、蓄電装置チョッパ回路を後付けしたことによる入力ＬＣフィルタの共振特性の変化に対し、電気振動成分を抑制できなかったり、既にある車両駆動用回路側の電気振動成分を抑制するための制御パラメータの調整が必要になったりすることが見出された。【００１３】
本発明の目的は、入力ＬＣフィルタを有した蓄電装置チョッパ回路を後付けした場合でも、入力ＬＣフィルタの電気振動を減衰させ、この電気振動の減衰を蓄電装置チョッパ回路側の制御のみで可能とすることに関する。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明は、直流電源からの第１の直流電力を交流電力に変換する第１の電力変換装置と、第１の直流電力を、当該第１の直流電力の電圧レベルと異なる電圧レベルの第２の直流電力に変換し、蓄電手段に蓄電する第２の電力変換装置が直流電源に対して並列に接続されている鉄道車両用の電力変換装置において、蓄電手段に対する充放電制御指令および第１の直流電力に重畳する電圧振動成分に基づいて第２の電力変換装置を制御することに関する。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、第１の電力変換装置の回路や制御パラメータを調整することなく、第１および第２の電力変換装置が並列接続される直流部における共振現象を防ぐことができる。このため、例えば、既存の車両用駆動システムに蓄電装置を搭載して電力を有効利用したり、緊急走行したりすることが容易に実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】実施例１にかかる電力変換装置の制御回路を示す。
【図２】実施例１にかかるダンピング制御部の制御機能を示す。
【図３】実施例１にかかるダンピング制御適用無しの場合の動作例とダンピング制御を適用した場合の動作例を示す。
【図４】実施例２にかかる電力変換装置の制御回路を示す。
【図５】実施例３にかかる電力変換装置の制御回路を示す。
【図６】実施例３にかかるダンピング制御部の制御機能を示す。
【図７】特許文献１の一実施例を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
実施例では、直流を交流に変換するインバータ装置と、インバータ装置と並列に接続された第１の直流電圧を第２の直流電圧に変換するＤＣ−ＤＣ変換装置と、蓄電装置とを備える電力変換装置において、直流側電圧の振動現象を抑制する制御回路を開示する。
【００１８】
また、実施例では、直流入力電源の第１の直流電力を交流電力に変換する第１の電力変換手段と、第１の電力変換手段の交流側に接続された交流回路と、直流電力電源と第１の電力変換手段との間に直列に接続された第１のリアクトルと、第１の電力変換手段の第１の直流電力を受ける側に並列に接続される第１のコンデンサと、を備えた第１の電力変換装置と；第１の直流電力を受け、第１の直流電力の電圧レベルと異なる電圧レベルの第２の直流電力に変換する第２の電力変換手段と、第２の電力変換手段の第２の直流電力を蓄電する蓄電手段と、直流電力電源と第２の電力変換手段との間に直列に接続された第２のリアクトルと、第２の電力変換手段の第１の直流電力を受ける側に並列に接続される第２のコンデンサと、第２の電力変換手段と蓄電手段との間に、第２の直流電力を蓄電手段に導く第３のリアクトルと、を備えた第２の電力変換装置と；を備え、第１の電力変換装置と第２の電力変換装置を直流入力電源と並列接続した電力変換装置において、第１の直流電力に重畳する電圧振動成分を検出する電圧振動成分検出手段を備え、蓄電手段に対する充放電制御指令および電圧振動成分検出手段から検出した電圧振動成分により第２の電力変換手段を制御して電圧振動を抑制することを開示する。
【００１９】
また、実施例では、直流電源からの第１の直流電力を交流電力に変換する第１の電力変換装置と、第１の直流電力を、当該第１の直流電力の電圧レベルと異なる電圧レベルの第２の直流電力に変換し、蓄電手段に蓄電する第２の電力変換装置と、を備え、第１の電力変換装置および第２の電力変換装置が直流電源に対して並列に接続されている、蓄電装置を搭載した鉄道車両用の電力変換装置であって、第１の直流電力に重畳する電圧振動成分を検出する電圧振動成分検出手段を備え、蓄電手段に対する充放電制御指令および電圧振動成分検出手段が検出した電圧振動成分に基づいて第２の電力変換装置を制御するものを開示する。
【００２０】
また、実施例では、直流電源からの第１の直流電力を交流電力に変換する第１の電力変換装置を備えた鉄道車両に、直流電源に対して第１の電力変換装置と並列に接続して後付けされる、蓄電装置が搭載される鉄道車両後付け用の電力変換装置であって、第１の直流電力を、当該第１の直流電力の電圧レベルと異なる電圧レベルの第２の直流電力に変換し、蓄電手段に蓄電する第２の電力変換装置と、第１の直流電力に重畳する電圧振動成分を検出する電圧振動成分検出手段を備え、蓄電手段に対する充放電制御指令および電圧振動成分検出手段が検出した電圧振動成分に基づいて第２の電力変換装置を制御するものを開示する。
【００２１】
また、実施例では、直流電源からの第１の直流電力を交流電力に変換する第１の電力変換装置と、第１の直流電力を、当該第１の直流電力の電圧レベルと異なる電圧レベルの第２の直流電力に変換し、蓄電手段に蓄電する第２の電力変換装置とが、直流電源に対して並列に接続されている、蓄電装置を搭載した鉄道車両用の電力変換装置の制御方法であって、電圧振動成分検出手段により、第１の直流電力に重畳する電圧振動成分を検出し、蓄電手段に対する充放電制御指令および電圧振動成分検出手段が検出した電圧振動成分に基づいて第２の電力変換装置を制御するものを開示する。
【００２２】
また、実施例では、電圧振動成分検出手段が、電圧検出器により検出した電圧信号をフィルタに通過させて電圧振動成分を検出することを開示する。
【００２３】
また、実施例では、電圧振動成分検出手段から検出した電圧振動成分の位相特性を、フィルタにより変化させることを開示する。
【００２４】
また、実施例では、電圧振動成分検出手段から検出した電圧振動成分の振幅を、乗算器により増大または減少させることを開示する。
【００２５】
また、実施例では、電圧振動成分検出手段が、第２の電力変換装置の直流電源に対する接続部を検出することを開示する。
【００２６】
また、実施例では、電圧振動成分検出手段が、第２の電力変換装置の第１の直流電力を受ける側に並列に接続されたコンデンサにかかる電圧を検出することを開示する。
【００２７】
以下、上記およびその他の本発明の新規な特徴と効果について、図面を参酌して説明する。なお、図面は専ら発明の理解のために用いるものであり、権利範囲を限縮するものではない。
【実施例１】
【００２８】
図１は、本実施例にかかる電力変換装置の制御回路を示す。【００２９】
図１の電力変換装置における主回路の部分について説明する。主回路には、直流電車線１、集電装置２、車輪１９、軌道２０、車両駆動用回路３１および蓄電装置チョッパ回路３２が含まれる。【００３０】
車両駆動用回路３１は、車両を駆動させるための回路であり、フィルタリアクトル３、フィルタコンデンサ４、インバータ装置５および電動機６により構成されている。ここで、フィルタリアクトル３およびフィルタコンデンサ４は、インバータ装置５の入力ＬＣフィルタを構成している。【００３１】
また、蓄電装置チョッパ回路３２は、直流電車線１の直流電圧を蓄電装置９の直流電圧相当に変換し、蓄電装置の充放電動作を行うための回路であり、蓄電装置チョッパ回路用フィルタリアクトル２４、蓄電装置チョッパ回路用フィルタコンデンサ２５、ＤＣ−ＤＣ変換を行うためのスイッチング素子１０ａ、１０ｂを有するＤＣ−ＤＣ変換回路８、平滑リアクトル１１、および蓄電装置９が含まれている。ここで、蓄電装置チョッパ回路用フィルタリアクトル２４および蓄電装置チョッパ回路用フィルタコンデンサ２５は、ＤＣ−ＤＣ変換回路８の入力ＬＣフィルタを構成している。【００３２】
従来は、図７に示すように、蓄電装置チョッパ回路の直流側入力に蓄電装置チョッパ回路用フィルタリアクトル２４および蓄電装置チョッパ回路用フィルタコンデンサ２５を有しておらず、蓄電装置チョッパ回路３２を図７のＢ−Ｂ´点で接続している。【００３３】
一方、本実施例では、蓄電装置チョッパ回路３２を車両駆動用回路３１に容易に後付けできるようにするため、図１に示すように、蓄電装置チョッパ回路の直流側入力に蓄電装置チョッパ回路用の入力ＬＣフィルタとして、蓄電装置チョッパ回路用フィルタリアクトル２４と蓄電装置チョッパ回路用フィルタコンデンサ２５を備えた構成とし、蓄電装置チョッパ回路３２を図１のＡ−Ａ´点で接続している。Ａ−Ａ´点で接続することにより、車両駆動用回路３１と蓄電装置チョッパ回路３２を電線で引き回して接続するなど、電気的特性や艤装面で既存の車両駆動用回路３１のみを搭載した鉄道車両に容易に後付けで接続することができ、鉄道車両に蓄電装置を搭載して、電力を有効利用したり、緊急走行したりすることの実現が容易にできるメリットがある。【００３４】
なお、図１では、ＤＣ−ＤＣ変換回路８を単相回路の例で示しているが、複数並列接続した多相回路であってもよく、多相とする場合には、例えば、各相ごとに、平滑リアクトル１１に相当する平滑リアクトルを設ける。【００３５】
次に制御回路の部分について説明する。ＤＣ−ＤＣ変換制御回路２００は、その内部に、ＰＷＭ制御部２０２、ダンピング制御部２０４、および加算器２０５を有している。【００３６】
図１の動作例として、まず、車両が回生ブレーキにより減速する場合について説明する。回生ブレーキにより電動機６から発生する回生電力は、インバータ装置５、フィルタコンデンサ４およびフィルタリアクトル３を介して集電装置２から直流電車線１に出力される。しかし、例えば、変電所が回生電力を吸収できない場合や同一軌道上に力行車両が存在せず、回生電力を利用できない場合などには、図１のＡ−Ａ´点より蓄電装置チョッパ回路用フィルタリアクトル２４、蓄電装置チョッパ回路用フィルタコンデンサ２５、ＤＣ−ＤＣ変換回路８、および平滑リアクトル１１を介して蓄電装置９に回生電力が充電される。【００３７】
一方、車両が加速動作をする力行時には、直流電車線１から集電装置２およびフィルタリアクトル３を介して、フィルタコンデンサ４とインバータ装置５に力行電力が供給され、電動機６を駆動するが、これと同時に、蓄電装置９から力行電力が放電され、平滑リアクトル１１、ＤＣ−ＤＣ変換回路８、蓄電装置チョッパ回路用フィルタコンデンサ２５、および蓄電装置チョッパ回路用フィルタリアクトル２４を介し、図１のＡ−Ａ´点よりフィルタリアクトル３、フィルタコンデンサ４、およびインバータ装置５を介して電動機６に力行電力が供給される。【００３８】
ここで上述の蓄電装置９への充放電動作は、ＤＣ−ＤＣ変換制御回路２００により充放電電流を制御することで実現される。具体的には、ＰＷＭ制御部２０２にて、スイッチング指令Ｓｃを演算し、当該スイッチング指令Ｓｃを基にＤＣ−ＤＣ変換回路８のスイッチング素子１０ａと１０ｂをオンオフ制御することにより、蓄電装置９の充放電電流を制御する。【００３９】
上述した電気振動の課題に対し、本実施例はダンピング制御部２０４を付加し、直流電車線１の直流電圧Ｅｓの電圧振動成分ΔＥｓを抽出し、充放電電流補正量ｄＩｃを演算して、加算器２０５にて充放電電流指令Ｉｃ＊に加算する。これにより、充放電電流指令Ｉｃ＊はＩｃ＊＊として補正され、ＰＷＭ制御部２０２に入力される。これにより、当該スイッチング指令Ｓｃによって、電気振動を抑制する。【００４０】
ここで特許文献１（図７）に対する本実施例の相違点について説明する。【００４１】
第一に、ダンピング制御部２０４の入力に直流電車線１の直流電圧Ｅｓを入力している点である。直流電車線１の直流電圧Ｅｓ検出は、蓄電装置チョッパ回路３２の直流電車線１の入力部分（図１のＡ−Ａ´）に接続される電圧検出器２２により検出する。車両駆動用回路３１と蓄電装置チョッパ回路３２を組合せて発生する直流電圧の振動は、車両駆動用回路３１と蓄電装置チョッパ回路３２それぞれへ振動成分を伝達することになり、制御が不安定となることや、軌道に流す帰線電流に高調波が重畳して信号機器を誤動作させるなどの問題があるため、振動を抑制する必要がある。より直流電車線１に近い上位側でこの電圧振動を検出するため、本実施例ではダンピング制御部２０４の入力に直流電車線１の直流電圧Ｅｓを入力する構成としている。【００４２】
第二に、ダンピング制御部２０４の内部のフィルタ特性である。図２に、本実施例にかかるダンピング制御部の制御機能を示し、ダンピング制御部２０４の処理構成を示す。ダンピング制御部２０４は、特性自由度のあるフィルタ２０６および乗算器２０８を有する。直流電車線１の直流電圧Ｅｓからフィルタ２０６により電圧振動成分ΔＥｓを抽出し、乗算器２０８によりダンピング制御量ゲインＧと乗算して、充放電電流補正量ｄＩｃを演算する。図７では、直流電圧の交流成分ΔＥｃｆを検出するため、ハイパスフィルタを通す構成としているが、本実施例では、車両駆動用回路３１と蓄電装置チョッパ回路３２を組合せて発生する直流電圧の振動成分を中心に検出し、その振動成分を抑制するため、特性に自由度のあるフィルタとしている。これにより、抑制したい振動成分に対してのみ感度の高い振動抑制制御ができる。また、フィルタ２０６により直流電圧Ｅｓの検出信号の位相特性を任意に変更することができ、位相特性を変化させることにより、より感度の高い振動抑制制御ができる。【００４３】
さらに、上述の回生ブレーキ時において、同一線路上で力行する電車が不足した状態では、回生電力を蓄電装置９により吸収するが、蓄電装置９だけで回生電力を吸収しきれない場合がある。この場合は、インバータ装置５が回生ブレーキ力を絞って回生電力を低減させる制御（軽負荷回生制御）を行うが、特にこの際に電圧振動が顕著となり、インバータ装置５の軽負荷回生制御と蓄電装置チョッパ回路３２の充電制御が干渉するときがある。このときに、本実施例の構成としておくことにより、蓄電装置チョッパ回路３２側のダンピング制御部２０４のパラメータ調整を行うだけで電圧振動を抑制することが可能となり、蓄電装置チョッパ回路３２を後付けした場合でも、インバータ装置５側の回路や制御パラメータを調整することなく、蓄電装置を搭載した電力変換装置を用意に実現できるメリットがある。【００４４】
一例として、図３に、本実施例にかかるダンピング制御適用無しの場合の動作例とダンピング制御を適用した場合の動作例を示す。動作条件は、上述したような回生ブレーキ中のインバータ装置５が軽負荷回生制御するような動作条件である。図３（ａ）はダンピング制御適用無しの場合、図３（ｂ）はダンピング制御を適用した場合の動作例を示している。図３（ａ）に示すように、本実施例を適用しない場合は、直流電車線の電圧Ｅｓ、蓄電装置チョッパ回路用フィルタコンデンサ２５の電圧Ｅｆｃｂ、およびフィルタコンデンサ４の電圧Ｅｃｆが波形の後半を中心に振動している。この例では、周波数が数Ｈｚ程度である電圧振動が見られる。このため、本実施例を適用し、図２に示すダンピング制御部２０４のフィルタ２０６を、例えば電圧振動の周波数である数Ｈｚ程度に中心周波数をもつバンドパスフィルタとし、図２に示したダンピング制御部２０４の機能を導入すると、図３（ｂ）に示すように、直流電車線の電圧Ｅｓ、蓄電装置チョッパ回路用フィルタコンデンサ２５の電圧Ｅｆｃｂ、およびフィルタコンデンサ４の電圧Ｅｃｆの振動が抑制される。【００４５】
以上のように、本実施例により、ＤＣ−ＤＣ変換回路を既存のインバータ装置に後付けした場合でも、インバータ装置の回路や制御パラメータの調整を行うことなく、ＤＣ−ＤＣ変換回路と並列接続される直流部の共振現象すなわち電圧振動を防ぐことができる。これにより、既存の車両用駆動システムに蓄電装置を搭載して、電力を有効利用したり、緊急走行したりすることが容易に実現できる。
【実施例２】
【００４６】
本実施例では、実施例１と異なり、ＤＣ−ＤＣ変換制御回路にダンピング制御を備える。以下、実施例１との相違点を中心に説明する。【００４７】
図４に、本実施例にかかる電力変換装置の制御回路を示す。本実施例にかかるＤＣ−ＤＣ変換制御回路２００の内部には、ＰＷＭ制御部２０２、ダンピング制御部２０４、および電圧指令生成部２０７が含まれている。本実施例にかかるＤＣ−ＤＣ変換制御回路２００では、電流検出器１７にて検出された平滑リアクトル１１に流れる充放電電流Ｉｃ、電圧検出器２１にて検出された蓄電電圧Ｅｂ、および充放電電流指令Ｉｃ＊を電圧指令生成部２０７に入力し、充放電電流を一定にするための蓄電電圧指令Ｖｃを演算する。その後、ＰＷＭ制御部２０２にて、電圧検出器２３にて検出した蓄電装置チョッパ回路用フィルタコンデンサ２５の電圧Ｅｆｃｂを検出し、これより上述の蓄電電圧指令Ｖｃからスイッチング指令Ｓｃを演算する。当該スイッチング指令Ｓｃを基にＤＣ−ＤＣ変換回路８のスイッチング素子１０ａと１０ｂをオンオフ制御することにより、蓄電装置９の充放電電流Ｉｃを制御する。【００４８】
本実施例においては、上述した電気振動の課題に対し、ダンピング制御部２０４を付加し、直流電車線１の直流電圧Ｅｓの電圧振動成分ΔＥｓを抽出し、充放電電流補正量ｄＩｃを演算して、加算器２０５にて充放電電流指令Ｉｃ＊に加算する。これにより、充放電電流指令Ｉｃ＊はＩｃ＊＊として補正され、電圧指令生成部２０７への入力指令となる。その後、ＰＷＭ制御部２０２に入力され、該スイッチング指令Ｓｃによって、電気振動を抑制する。
【実施例３】
【００４９】
本実施例では、実施例１や実施例２と異なり、蓄電装置チョッパ回路用フィルタコンデンサの電圧Ｅｆｃｂをダンピング制御の入力に利用している。以下、実施例１や実施例２との相違点を中心に説明する。【００５０】
図５に、本実施例にかかる電力変換装置の制御回路を示す。本実施例では、実施例１にて示した回路構成に対し、ダンピング制御部２０４の入力に蓄電装置チョッパ回路用フィルタコンデンサ２５の電圧Ｅｆｃｂを利用している。蓄電装置チョッパ回路用フィルタコンデンサ２５の電圧Ｅｆｃｂの検出には、蓄電装置チョッパ回路用フィルタコンデンサ２５と並列接続された電圧検出器２３を使用する。【００５１】
図６に、本実施例にかかるダンピング制御部の制御機能を示す。本実施例にかかるダンピング制御部２０４では、蓄電装置チョッパ回路用フィルタコンデンサ２５の電圧Ｅｆｃｂからフィルタ２０６により電圧振動成分ΔＥｆｃｂを抽出し、乗算器２０８によりダンピング制御量ゲインＧと乗算して、充放電電流補正量ｄＩｃを演算する。【００５２】
本実施例によれば、通常の蓄電装置９の充放電制御のために設けている電圧検出器２３のみにより、電圧振動を抑制することができ、実施例１に比べて蓄電装置チョッパ回路３２の電圧検出器の台数を減らすことができる。
【符号の説明】
【００５３】
１  直流電車線
２  集電装置
３  フィルタリアクトル
４  フィルタコンデンサ
５  インバータ装置
６  電動機
７  遮断器
８  ＤＣ−ＤＣ変換回路
９  蓄電装置
１０ａ、１０ｂ  スイッチング素子
１１  平滑リアクトル
１２  平滑コンデンサ
１３  速度検出器
１４、１７  電流検出器
１５、１８、２１、２２、２３  電圧検出器
１９  車輪
２０  軌道
２４  蓄電装置チョッパ回路用フィルタリアクトル
２５  蓄電装置チョッパ回路用フィルタコンデンサ
３１  車両駆動用回路
３２  蓄電装置チョッパ回路
１００  インバータ制御回路
１０１  座標変換部
１０２  電圧制御部
１０３  ＰＷＭ制御部
２００  ＤＣ−ＤＣ変換制御回路
２０１  電圧制御部
２０２  ＰＷＭ制御部
２０３  ハイパスフィルタ
２０４  ダンピング制御部
２０５  加算器
２０６  フィルタ
２０７  電圧指令生成部
２０８  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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