(57)【要約】【課題】  デッドビート制御を用いて低パスフィルタＲＬＣフィルタの出力フィルタ出力電圧Ｕｃまたは出力電流Ｉｌを調整する。【解決手段】  時刻ｔｉと時刻ｔｉ＋１の間でフィルタの第１出力点を通して流れるＤＣ電流Ｉｕの平均強度＜Ｉｕ＞に対する電流設定Ｉｕｃを計算するデッドビート制御であって、電流設定Ｉｕｃは、フィルタ出力電圧Ｕｃが時刻ｔｉ＋１で予め決められた電圧設定Ｕｃｃと同一になるようにフィルタの離散化状態方程式から決定され、離散化状態方程式は、時刻ｔｉおよびｔｉ＋１における、ライン電流Ｉｌの強度Ｉｌｉ及びＩｌ，ｉ＋１、フィルタの出力点の間の電圧Ｕｃｉ、Ｕｃ，ｉ＋１、及び平均ライン電圧＜Ｕ１＞、平均強度＜Ｉｕ＞の間に成立し、フィルタを通して流れるＤＣ電流Ｉｕを制御する電力変換器を有し、時刻ｔｉおよびｔｉ＋１の間の平均強度＜Ｉｕ＞は電流設定Ｉｕｃと等しく、時刻ｔｉおよびｔｉ＋１の間の間隔Ｔは５τより小さいことを特徴とする。【選択図】  図３
2008295295.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固有周期Ｔｆを有する低パスＲＬＣフィルタ（３０）の第１および第２の出力点（３８、４０）間の電圧Ｕｃを調整するデッドビート制御法であって、
前記ＲＬＣフィルタは、カテナリを介して電力が与えられる電気車両のＤＣバスの導体（２６、２８）に各々電気接続される第１および第２の入力点（３４、３６）を備えており、
前記ＲＬＣフィルタの前記第１および第２の出力点（３８、４０）は、電気車両のモータ（１６）の駆動トルクを制御する制御可能な電力変換器（２０）に電気接続されており、
前記モータの固定子時間定数τは固有周期Ｔｆより小さく、
前記デッドビード制御法は、時刻ｔｉでの前記ＲＬＣフィルタの前記第１および第２の出力点（３８、４０）の間の電圧Ｕｃｉ、時刻ｔｉでの前記ＲＬＣフィルタの前記第１および第２の入力点（３４、３６）の間のライン電圧Ｕｌ、および前記ＲＬＣフィルタのインダクタンス（Ｌ）に流れるライン電流Ｉｌの強度Ｉｌｉの測定（８２）および推定を含み、
時刻ｔｉと時刻ｔｉ＋１の間に前記ＲＬＣフィルタの第１の出力点（３８）から流れるＤＣ電流Ｉｕの平均強度＜Ｉｕ＞に対する電流設定Ｉｕｃを計算し、
前記電流設定Ｉｕｃは、前記電圧Ｕｃが時刻ｔｉ＋１での予め決められた電圧設定Ｕｃｃと同一になるように前記ＲＬＣフィルタの離散化状態方程式から求められ、
前記離散化状態方程式は、時刻ｔｉとｔｉ＋１での前記ライン電流Ｉｌの強度ＩｌｉおよびＩｌ，ｉ＋１、時刻ｔｉとｔｉ＋１での前記ＲＬＣフィルタの前記第１および第２の出力点（３８、４０）の間の電圧ＵｃｉおよびＵｃ，ｉ＋１、時刻ｔｉとｔｉ＋１の間の平均ライン電圧＜Ｕｌ＞、および前記平均強度＜Ｉｕ＞の間に成立し、
前記ＲＬＣフィルタの前記第１の出力点（３８）を通して流れる電流Ｉｕを生成するために前記電力変換器を制御（１００）し、時刻ｔｉとｔｉ＋１の間の前記平均強度＜Ｉｕ＞は前記電流設定Ｉｕｃと等しく、時刻ｔｉとｔｉ＋１の間の間隔Ｔは５τより小さいことを特徴とするＲＬＣフィルタの電圧および電流を調整するデッドビート制御法。
【請求項２】
前記電圧設定Ｕｃｃが、前記電力変換器（２０）の２つの入力点（２２，２４）の間で、または前記ＲＬＣフィルタの前記第１および第２の出力点（３８、４０）の間に許容される最大電圧に対応する電圧限界Ｕｃｍａｘより、常に小さいか、またはこれに等しいように選択されることを特徴とする、請求項１に記載のＲＬＣフィルタの電圧および電流を調整するデッドビート制御法。
【請求項３】
前記電圧Ｕｃが時刻ｔｉ＋１における前記電圧設定Ｕｃｃと等しい場合に到達される前記ライン電流Ｉｌの予測Ｉｌｐの決定（８６）と、
少なくとも１つの予め決められたライン電流限界Ｉｌｍと前記予測Ｉｌｐとの比較（８８）と、
前記予測Ｉｌｐが前記予め決められたライン電流限界Ｉｌｍを超える場合にのみ、前記予め決められたライン電流限界Ｉｌｍを超えないライン電流の予測Ｉｌｐに対応した一時的な電圧設定Ｕｃｃｍを得るために前記電圧設定Ｕｃｃの変更（９０）を行い、制御中の間隔Ｔの期間にのみ、前記電流設定Ｉｕｃの計算のために前記電圧設定Ｕｃｃの代わりに前記一時的な電圧設定Ｕｃｃｍを使用し、
前記予測Ｉｌｐが前記予め決められた限界Ｉｌｍを超えない場合は、制御中の間隔Ｔの期間に、前記電流設定Ｉｕｃの計算のために前記電圧設定Ｕｃｃを使用することを特徴とする、請求項１または２に記載のＲＬＣフィルタの電圧および電流を調整するデッドビート制御法。
【請求項４】
前記電流設定Ｉｕｃは、［数１］の方程式の解であることを特徴とする、請求項１ないし３のいずれか一項に記載のＲＬＣフィルタの電圧および電流を調整するデッドビート制御法。
【数１】
2008295295.tif 000074
式中、ＲおよびＬはそれぞれ前記ＲＬＣフィルタの抵抗およびインダクタンスの値であり、Ｌは前記第１の入力点（２６）と前記第１の出力点（３８）の間に直列に接続されていて、
Ｃは、前記第１および第２の出力点（３８、４０）の間に接続されたコンデンサのキャパシタンスであり、
μ１およびμ２は、展開マトリックスの固定値であり、［数２］の式によって定義され、
【数２】
2008295295.tif 000075
また、ａ１およびａ２は、［数３］の式により定義される値である。
【数３】
2008295295.tif 000076
【請求項５】
前記電圧設定Ｕｃｃは、電力スペクトルが周波数０．９／Ｔｆを越えるあらゆる高調波を含まないように前記ライン電圧Ｕｌから決定されることを特徴とする、請求項１ないし４のいずれか一項に記載のＲＬＣフィルタの電圧および電流を調整するデッドビート制御法。
【請求項６】
固有周期Ｔｆを有する低パスＲＬＣフィルタのインダクタンスＬを通して流れるライン電流Ｉｌを調整するデッドビート制御法であって、
前記ＲＬＣフィルタは、カテナリを介して電力が与えられた電気車両のＤＣバスのそれぞれの導体（２６、２８）に電気接続される第１および第２の入力点（３４、３６）、および電気車両のモータ（１６）の駆動トルクを変化させるように、制御可能な電力変換器（２０）に電気接続される第１および第２の出力点（３８、４０）を有し、
前記モータ（１６）の固定子時間定数τは固有周期Ｔｆより小さく、
前期デッドビート制御法は、時刻ｔｉでの前記ＲＬＣフィルタの前記第１および第２の出力点（３８、４０）間の電圧Ｕｃｉ、時刻ｔｉでの前記ＲＬＣフィルタの前記第１および第２の入力点（３４、３６）間のライン電圧Ｕｌ、および前記ＲＬＣフィルタのインダクタンス（Ｌ）を流れるライン電流Ｉｌの強度Ｉｌｉの測定（１１２）および推定を含み、
時刻ｔｉと時刻ｔｉ＋１の間で前記ＲＬＣフィルタの前記第１出力点（３８）を通して流れるＤＣ電流Ｉｕの平均強度＜Ｉｕ＞に対する電流設定Ｉｕｃを計算し（１２２）、
前記電流設定Ｉｕｃは、前記ライン電流Ｉｌの強度が時刻ｔｉ＋１での予め決められたライン電流設定Ｉｌｃと同一になるように前記ＲＬＣフィルタの離散化状態方程式から求められ、
前記離散化状態方程式は、時刻ｔｉとｔｉ＋１でのライン電流Ｉｌの強度ＩｌｉおよびＩｌ，ｉ＋１、時刻ｔｉとｔｉ＋１での前記ＲＬＣフィルタの前記第１および第２の出力点（３８、４０）の間の電圧ＵｃｉおよびＵｃ，ｉ＋１、時刻ｔｉとｔｉ＋１の間の平均ライン電圧＜Ｕｌ＞、および前記平均強度＜Ｉｕ＞の間に成立し、
前記ＲＬＣフィルタの前記第１の出力点（３８）から流れる電流Ｉｕを生成するために前記電力変換器（２０）を制御（１３０）し、
時刻ｔｉとｔｉ＋１の間の前記平均強度＜Ｉｕ＞は前記電流設定Ｉｕｃと等しく、時刻ｔｉとｔｉ＋１の間の間隔Ｔは５τより小さいことを特徴とするＲＬＣフィルタの電圧および電流を調整するデッドビート制御法。
【請求項７】
前記ライン電流設定Ｉｌｃは常に、上限値Ｉｌｍａｘより小さいか、またはこれと等しいように選択され、前記上限値Ｉｍａｘは、カテナリの電力分局の回路ブレーカまたは車両の回路ブレーカが作動する前記ライン電流Ｉｌの強度に対応していることを特徴とする、請求項６に記載のＲＬＣフィルタの電圧および電流を調整するデッドビート制御法。
【請求項８】
前記ライン電流設定Ｉｌｃは常に、下限値Ｉｌｍｉｎより大きいか、またはこれと等しいように選択され、前記下限値Ｉｌｍｉｎは、その条件下で前記ＲＬＣフィルタのインダクタンスＬが脱飽和される前記ライン電流Ｉｌの強度に対応していることを特徴とする、請求項６または７に記載のＲＬＣフィルタの電圧および電流を調整するデッドビート制御法。
【請求項９】
前記ライン電流Ｉｌの強度が時刻ｔｉ＋１での前記ライン電流設定Ｉｌｃに等しい場合に、時刻ｔｉ＋１で前記ＲＬＣフィルタの前記第１および第２の出力点（３８、４０）の間の前記電圧Ｕｃが到達する電圧予測Ｕｃｐの決定（１１６）と、
少なくとも１つの予め決められた電圧限界Ｕｃｍと前記電圧予測Ｕｃｐとの比較（１１８）と、
前記電圧予測Ｕｃｐが前記予め決められた電圧限界Ｕｃｍを超えた場合にのみ、前記予め決められた電圧限界Ｕｃｍを超えない前記電圧予測Ｕｃｐに対応する、一時的なライン電流設定Ｉｌｃｍを得るために前記ライン電流設定Ｉｌｃの変更（１１８）を行い、制御中の間隔Ｔの期間にのみ、前記電力変換器の制御する前記ライン電流設定Ｉｌｃの代わりに前記一時的なライン電流設定Ｉｌｃｍを使用（１３０）し、
前記電圧予測Ｕｃｐが前記予め決められた電圧限界Ｕｃｍを超えない場合は、制御中の間隔Ｔの期間に、前記電流設定Ｉｕｃの計算のために、前記ライン電流設定Ｉｌｃを使用することを特徴とする、請求項６ないし８のいずれか一項に記載のＲＬＣフィルタの電圧および電流を調整するデッドビート制御法。
【請求項１０】
前記電流設定Ｉｕｃは、［数４］の方程式の解であることを特徴とする、請求項６ないし９の何れか一項に記載のＲＬＣフィルタの電圧および電流を調整するデッドビート制御法。
【数４】
2008295295.tif 000077
式中、ＲおよびＬはそれぞれ前記ＲＬＣフィルタの抵抗およびインダクタンスの値であり、Ｌは前記ＲＬＣフィルタの前記第１の入力点と第１の出力点の間に直列に接続されていて、
Ｃは、前記ＲＬＣフィルタの前記第１と第２の出力点の間に接続されたコンデンサのキャパシタンスであり、
μ１およびμ２は、展開マトリックスの固定値であり、［数５］の式によって定義され、
【数５】
2008295295.tif 000078
また、ａ１およびａ２は、［数６］の式により定義される値である。
【数６】
2008295295.tif 000079
【請求項１１】
請求項１ないし５のいずれか一項により、前記ＲＬＣフィルタの前記第１と第２の出力点の間の前記電圧Ｕｃのみを調整する第１の段階（１４０）と、
請求項６ないし１０のいずれか一項により、前記ライン電流Ｉｌのみを調整する第２の段階（１４２）と、
前記ライン電流Ｉｌが限界値Ｉｌｍを超えると直ちに、第１の段階（１４０）から第２の段階（１４２）への切り換えを行い、前記ライン電流Ｉｌが反対の方向で同じまたは別の限界値を超えると直ちに、第２の段階から第１の段階への切り換えを行うことを特徴とする、請求項１ないし１０のいずれか一項に記載のＲＬＣフィルタの電圧および電流を調整するデッドビート制御法。
【請求項１２】
前記電力変換器の制御と組み合わせて、前記ＲＬＣフィルタの前記第１の出力点（３８）から流れる電流Ｉｕを生成するために、加減抵抗器の制御を含み、
時刻ｔｉとｔｉ＋１の間の前記平均強度＜Ｉｕ＞は、前記電流設定Ｉｕｃと等しいことを特徴とする、請求項１ないし１１のいずれか一項に記載のＲＬＣフィルタの電圧および電流を調整するデッドビート制御法。
【請求項１３】
間隔Ｔは、τ／５より小さいか、またはこれと等しいことを特徴とする、請求項１ないし１２のいずれか一項に記載のＲＬＣフィルタの電圧および電流を調整するデッドビート制御法。
【請求項１４】
命令がコンピュータによって実行され、請求項１ないし１３のいずれか一項に記載の制御法を実行する命令を含むことを特徴とする情報記録媒体。
【請求項１５】
２つの導体（２６、２８）によって形成されるＤＣバスと、
固定子時間定数τを有する電気車両の少なくとも１つのモータ（１６）と、
前記モータの駆動トルクを変化させることを目的とした制御可能な電力変換器（２０）と、
前記ＤＣバスの２つの導体にそれぞれ電気接続される２つの入力点、および前記電力変換器に電気接続される第１および第２の出力点を含む低パスＲＬＣフィルタ（３０）と、
時刻ｔｉでの前記ＲＬＣフィルタのインダクタンス（Ｌ）を流れるライン電流Ｉｌの強度Ｉｌｉ、時刻ｔｉでの前記ＲＬＣフィルタの第１および第２の出力点（３８、４０）の間の電圧Ｕｃｉ、および前記ＲＬＣフィルタの第１および第２の入力点（３４、３６）間のライン電圧Ｕｌを測定または推定することを目的としたセンサ（６０、６２、６４）または予測器を備えた電気車両であって、
時刻ｔｉと時刻ｔｉ＋１の間で前記ＲＬＣフィルタの第１の出力点（３８）を通して流れるＤＣ電流Ｉｕの平均強度＜Ｉｕ＞に対する電流設定Ｉｕｃを計算するコンピュータ（５４）を有し、
前記電流設定Ｉｕｃは、前記ＲＬＣフィルタの前記第１および第２の出力点の間の電圧Ｕｃが時刻ｔｉ＋１での予め決められた電圧設定Ｕｃｃと同一になるように前記ＲＬＣフィルタの離散化状態方程式から求められ、
前記離散化状態方程式は、時刻ｔｉとｔｉ＋１での前記ライン電流Ｉｌの強度ＩｌｉおよびＩｌ，ｉ＋１、時刻ｔｉとｔｉ＋１での前記ＲＬＣフィルタの前記第１および第２の出力点（３８、４０）の間の電圧ＵｃｉおよびＵｃ，ｉ＋１、時刻ｔｉとｔｉ＋１の間の平均ライン電圧＜Ｕｌ＞、および前記平均強度＜Ｉｕ＞の間に成立し、
前記ＲＬＣフィルタの第１の出力点（３８）を流れる電流Ｉｕを生成するために前記電力変換器を制御する制御ユニット（５６）を有し、
時刻ｔｉとｔｉ＋１の間の前記平均強度＜Ｉｕ＞は前記電流設定Ｉｕｃと等しく、時刻ｔｉとｔｉ＋１の間の間隔Ｔは５τより小さいことを特徴とする電気車両。
【請求項１６】
２つの導体（２６、２８）によって形成されるＤＣバスと、
固定子時間定数τを有する電気車両の少なくとも１つのモータ（１６）と、
前記モータの駆動トルクを変化させることを目的とした制御可能な電力変換器（２０）と、
前記ＤＣバスの２つの導体にそれぞれ電気接続される２つの入力点、および前記電力変換器に電気接続される第１および第２の出力点を含む低パスＲＬＣフィルタ（３０）と、
時刻ｔｉでの前記ＲＬＣフィルタのインダクタンス（Ｌ）を流れるライン電流Ｉｌの強度Ｉｌｉ、時刻ｔｉでの前記ＲＬＣフィルタの第１および第２の出力点（３８、４０）の間の電圧Ｕｃｉ、および前記ＲＬＣフィルタの第１および第２の入力点（３４、３６）間のライン電圧Ｕｌを測定または推定することを目的としたセンサ（６０、６２、６４）または予測器を備えた電気車両であって、
時刻ｔｉと時刻ｔｉ＋１の間で前記ＲＬＣフィルタの第１の出力点（３８）を流れるＤＣ電流Ｉｕの平均強度＜Ｉｕ＞に対する電流設定Ｉｕｃを計算するコンピュータ（５４）を有し、
前記電流設定Ｉｕｃは、ライン電流Ｉｌが時刻ｔｉ＋１での予め決められたライン電流設定Ｉｌｃと同一になるように前記ＲＬＣフィルタの離散化状態方程式から求められ、
前記離散化状態方程式は、時刻ｔｉとｔｉ＋１での前記ライン電流Ｉｌの強度ＩｌｉおよびＩｌ，ｉ＋１、時刻ｔｉとｔｉ＋１での前記ＲＬＣフィルタの前記第１および第２の出力点（３８、４０）の間の電圧ＵｃｉおよびＵｃ，ｉ＋１、時刻ｔｉとｔｉ＋１の間の平均ライン電圧＜Ｕｌ＞、および前記平均強度＜Ｉｕ＞の間に成立し、
前記ＲＬＣフィルタの第１の出力点（３８）から流れる電流Ｉｕを生成するために前記電力変換器を制御する制御ユニット（５６）を有し、
時刻ｔｉおよびｔｉ＋１の間の前記平均強度＜Ｉｕ＞は前記電流設定Ｉｕｃと等しく、時刻ｔｉおよびｔｉ＋１の間の間隔Ｔは５τより小さいことを特徴とする電気車両。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＲＬＣフィルタの電圧および電流を調整するデッドビート制御法、この制御法に対する記録媒体、および電気車両に関する。
【背景技術】
【０００２】
本願発明はより詳しくは、固有周期Ｔｆを有する低パスＲＬＣフィルタの第１と第２の出力点の間の電圧Ｕｃを調整するデッドビート制御法であり、このＲＬＣフィルタは、それぞれカテナリを介して電力が与えられる電気車両のＤＣバスの導体に電気接続される２つの入力点を備えており、ＲＬＣフィルタの第１および第２の出力点は、電気車両のモータの駆動トルクを制御する制御可能な電力変換器に電気接続されており、このモータの固定子時間定数τは固有周期Ｔｆより小さい。
【０００３】
上記ＲＬＣフィルタの第１と第２の出力点の間の電圧Ｕｃを調整する方法は、時刻ｔｉでのフィルタの出力点間の電圧をＵｃｉ、およびフィルタの入力点間のライン電圧をＵｌとした場合、時刻ｔｉでのフィルタのインダクタンスを通して流れるライン電流Ｉｌの強度Ｉｌｉの測定および推定を含んでいる。
【０００４】
本願発明はまた、固有周期Ｔｆの低パスＲＬＣフィルタのインダクタンスＬを通して流れるライン電流Ｉｌのデッドビート制御法であり、このフィルタは下記の構成である。
１）カテナリを介して電力が与えられる電気車両のＤＣバスの導体にそれぞれ電気接続される２つの入力点を有する。
２）電気車両のモータの駆動トルクを変化させるように、制御可能な電力変換器に電気接続されている第１および第２の出力点を有する。
３）このモータの固定子時間定数τは固有周期Ｔｆより小さい。
【０００５】
上記ＲＬＣフィルタのインダクタンスＬを通して流れるライン電流Ｉｌのデッドビート制御法は、時刻ｔｉでのフィルタの出力点間の電圧をＵｃｉ、およびフィルタの入力点間のライン電圧をＵｌとして、時刻ｔｉでのライン電力Ｉｌの強度Ｉｌｉの測定および推定を含む。
【０００６】
ここで、「カテナリ」という用語は、電気車両に電力を与えるためにパンタグラフが接触するオーバーヘッドライン、および電気車両に電力を与えるために接触シューが移動する地上レールの両方のことをいう。
この地上レールは、「第３のレール」という用語によってより知られている。
【０００７】
電気車両のモータの固定子時間定数τは以下の式によって規定される。  
τ＝Ｌｍ／Ｒｍ
式中、Ｌｍはモータの固定子インダクタンスであり、Ｒｍはモータの固定子抵抗である。
この時間定数は普通、電気車両のモータにおいて、４ｍｓから２００ｍｓの間の大きさである。
【０００８】
ＲＬＣフィルタの固有周期Ｔｆは、以下の式によって規定される。
Ｔｆ＝２π√（ＬＣ）
この固有周期Ｔｆは、モータの時間定数τよりかなり大きくなければならない。そうでなければ、ＲＬＣフィルタはモータによって消費または生成される電流の急速な変化に対する低パスＲＬＣフィルタとしての機能を果たすことができない。
ＲＬＣフィルタの別の目的は、電力変換器から見た場合の、ソースインピーダンス、または負荷インピーダンスを減らすことである。
【０００９】
モータの速度を上げる時間は、ここでは、かなりの割合、即ち、その最大トルクで、最大速度の例えば１／１０００だけその速度を変化させるのに必要な時間として規定されている。
【００１０】
従来における方法では、フィルタの出力点間の電圧設定Ｕｃｃ、またはライン電流設定Ｉｌｃと測定値の間の差を確立するためにフィードバックループを用いる。
これらの方法は、正確に動作するが、ライン電圧Ｕｌまたはモータのトルクの急激な変化に対して十分迅速に反応しない。例えば、ライン電圧Ｕｌまたはモータトルクの急激な変化は、
１）パンタグラフがカテナリから外された場合、すなわち、パンタグラフがカテナリとの機械的および電気的接触を失った時、
２）パンタグラフがカテナリに再び取り付けられた場合、すなわち、パンタグラフがカテナリとの機械的および電気的接触を再び確立した時、
３）電気車両の駆動ホイールとホイール軸受構造の間の粘着を喪失した場合に生じる。
【００１１】
大きな容量性負荷において、上記パンタグラフがカテナリと接触を失った場合、及び接触を確立した時に生ずるＤＣ電圧の振動を抑えるため、ＬＣフィルタと直流チョッパを用いた装置に関する特許文献１がある。
しかし、上記ＤＣ電圧の振動を高速に抑えるために、デッドビート制御法を用いた特許文献は見られない。
【００１２】
【特許文献１】特開２００５−２７４１４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明は、ＲＬＣフィルタ出力電圧Ｕｃまたはライン電流Ｉｌをデッドビート制御により高速に調整し、下記課題を達成するものである。即ち、
１）ＤＣバス上のあらゆる電圧サージを遮断する抵抗チョッパなどの安全装置の不時の動作を防止するため、フィルタ出力電圧Ｕｃを上限値以下に制限する。
２）分局の回路ブレーカ、または車両自体への回路ブレーカ保護機器の不時の動作を防止するため、ライン電流Ｉｌを許容値以下に、また、インダクタンスＬが常に飽和状態に保存されるように、許容値以上に維持する。
３）ＲＬＣフィルタの固有周期に近いライン電流Ｉｌおよびコンデンサ電圧（フィルタ出力電圧Ｕｃ）の振動を防止するため、電力スペクトルがその値に近い高調波を含まないようにする。
４）ＲＬＣフィルタ出力電圧Ｕｃのみ、およびライン電流Ｉｌのみを制御する段階の切り換えを行うことにより、ＲＬＣフィルタの出力電圧Ｕｃおよびライン電流Ｉｌの双方を許容動作範囲内に維持する。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の請求項１に係る発明は、固有周期Ｔｆを有する低パスＲＬＣフィルタ（３０）の第１および第２の出力点（３８、４０）間の電圧Ｕｃを調整するデッドビート制御法であって、前記ＲＬＣフィルタは、カテナリを介して電力が与えられる電気車両のＤＣバスの導体（２６、２８）に各々電気接続される第１および第２の入力点（３４、３６）を備えており、前記ＲＬＣフィルタの前記第１および第２の出力点（３８、４０）は、電気車両のモータ（１６）の駆動トルクを制御する制御可能な電力変換器（２０）に電気接続されており、前記モータの固定子時間定数τは固有周期Ｔｆより小さく、前記デッドビード制御法は、時刻ｔｉでの前記ＲＬＣフィルタの前記第１および第２の出力点（３８、４０）の間の電圧Ｕｃｉ、時刻ｔｉでの前記ＲＬＣフィルタの前記第１および第２の入力点（３４、３６）の間のライン電圧Ｕｌ、および前記ＲＬＣフィルタのインダクタンス（Ｌ）に流れるライン電流Ｉｌの強度Ｉｌｉの測定（８２）および推定を含み、時刻ｔｉと時刻ｔｉ＋１の間に前記ＲＬＣフィルタの第１の出力点（３８）から流れるＤＣ電流Ｉｕの平均強度＜Ｉｕ＞に対する電流設定Ｉｕｃを計算し、前記電流設定Ｉｕｃは、前記電圧Ｕｃが時刻ｔｉ＋１での予め決められた電圧設定Ｕｃｃと同一になるように前記ＲＬＣフィルタの離散化状態方程式から求められ、前記離散化状態方程式は、時刻ｔｉとｔｉ＋１での前記ライン電流Ｉｌの強度ＩｌｉおよびＩｌ，ｉ＋１、時刻ｔｉとｔｉ＋１での前記ＲＬＣフィルタの前記第１および第２の出力点（３８、４０）の間の電圧ＵｃｉおよびＵｃ，ｉ＋１、時刻ｔｉとｔｉ＋１の間の平均ライン電圧＜Ｕｌ＞、および前記平均強度＜Ｉｕ＞の間に成立し、前記ＲＬＣフィルタの前記第１の出力点（３８）を通して流れる電流Ｉｕを生成するために前記電力変換器を制御（１００）し、時刻ｔｉとｔｉ＋１の間の前記平均強度＜Ｉｕ＞は前記電流設定Ｉｕｃと等しく、時刻ｔｉとｔｉ＋１の間の間隔Ｔは５τより小さいことを特徴とする。
【００１５】
本発明の請求項６に係る発明は、固有周期Ｔｆを有する低パスＲＬＣフィルタのインダクタンスＬを通して流れるライン電流Ｉｌを調整するデッドビート制御法であって、前記ＲＬＣフィルタは、カテナリを介して電力が与えられた電気車両のＤＣバスのそれぞれの導体（２６、２８）に電気接続される第１および第２の入力点（３４、３６）、および電気車両のモータ（１６）の駆動トルクを変化させるように、制御可能な電力変換器（２０）に電気接続される第１および第２の出力点（３８、４０）を有し、前記モータ（１６）の固定子時間定数τは固有周期Ｔｆより小さく、前期デッドビート制御法は、時刻ｔｉでの前記ＲＬＣフィルタの前記第１および第２の出力点（３８、４０）間の電圧Ｕｃｉ、時刻ｔｉでの前記ＲＬＣフィルタの前記第１および第２の入力点（３４、３６）間のライン電圧Ｕｌ、および前記ＲＬＣフィルタのインダクタンス（Ｌ）を流れるライン電流Ｉｌの強度Ｉｌｉの測定（１１２）および推定を含み、時刻ｔｉと時刻ｔｉ＋１の間で前記ＲＬＣフィルタの前記第１出力点（３８）を通して流れるＤＣ電流Ｉｕの平均強度＜Ｉｕ＞に対する電流設定Ｉｕｃを計算し（１２２）、前記電流設定Ｉｕｃは、前記ライン電流Ｉｌの強度が時刻ｔｉ＋１での予め決められたライン電流設定Ｉｌｃと同一になるように前記ＲＬＣフィルタの離散化状態方程式から求められ、前記離散化状態方程式は、時刻ｔｉとｔｉ＋１でのライン電流Ｉｌの強度ＩｌｉおよびＩｌ，ｉ＋１、時刻ｔｉとｔｉ＋１での前記ＲＬＣフィルタの前記第１および第２の出力点（３８、４０）の間の電圧ＵｃｉおよびＵｃ，ｉ＋１、時刻ｔｉとｔｉ＋１の間の平均ライン電圧＜Ｕｌ＞、および前記平均強度＜Ｉｕ＞の間に成立し、前記ＲＬＣフィルタの前記第１の出力点（３８）から流れる電流Ｉｕを生成するために前記電力変換器（２０）を制御（１３０）し、時刻ｔｉとｔｉ＋１の間の前記平均強度＜Ｉｕ＞は前記電流設定Ｉｕｃと等しく、時刻ｔｉとｔｉ＋１の間の間隔Ｔは５τより小さいことを特徴とする。
【００１６】
上記のデッドビート制御法は、次の調整時刻ｔｉ＋１における設定に到達することを提供する。この目的のために、これらの方法はフィードバックループを用いない。
【００１７】
より詳細には、上記デッドビート制御法では、電流設定Ｉｕｃは、フィードバックループを使用しないで、ＲＬＣフィルタの離散化状態方程式から求められる。
これらの方法はしたがって、フィルタ出力電圧Ｕｃまたはライン電流Ｉｌが制御の間隔Ｔのちょうど終わりにその設定値に到達することを保証する。
【００１８】
さらに、間隔Ｔはこの場合、小さいように、すなわちモータの時間定数τの５倍より小さいように選択されるので、これらの方法はフィードバックループを実施する調整方法よりはるかに迅速に反応する。
これらの条件により、ライン電圧Ｕｌの電圧サージ、またはライン電流Ｉｌの電流サージは、パンタグラフの取外しまたは再取付けの場合、または粘着を喪失した場合に特に効果的に抑制される。
【００１９】
また、平均強度＜Ｉｕ＞に対する調節が、５τより小さい間隔Ｔで行なわれることに注目する必要がある。
即ち、間隔Ｔは、モータシャフトにもたらされる電気車両の慣性により、また電気車両回転子自体の慣性により電気車両の速度を上げる時間よりもはるかに短く、それによってこの車両の運転者または乗客によって感じられることがない。また、電気車両のトルクを制御する方法の妨げとはならない。
【００２０】
請求項２〜５はフィルタ出力電圧Ｕｃを調整する実施形態である。
【００２１】
本願の請求項２に係る発明は、電圧設定Ｕｃｃが電力変換器の入力で、またはフィルタの出力点の間で認めることができる最大電圧に対応する電圧限界Ｕｃｍａｘより小さいか、またはこれ等しいように常に選択されることを特徴とする。
【００２２】
本願の請求項３に係る発明は、フィルタ出力電圧Ｕｃが時刻ｔｉ＋１での電圧設定Ｕｃｃと等しい場合に到達される電流Ｉｌの到達Ｉｌｐを予測することを特徴とする。
１）少なくとも１つの予め決められたライン電流限界Ｉｌｍと予測Ｉｌｐとを比較する。
２）予測Ｉｌｐが、予め決められたライン電流限界Ｉｌｍを超える場合にのみ、予め決められたライン電流限界Ｉｌｍを超えないライン電流予測Ｉｌｐに対応した一時的な電圧設定Ｕｃｃｍを得るために電圧設定Ｕｃｃを変更し、制御中の間隔Ｔに対して、平均電流設定Ｉｕｃの計算のために電圧設定Ｕｃｃの代わりに一時的な電圧設定Ｕｃｃｍを使用する。
３）予測Ｉｌｐが、予め決められた限界Ｉｌｍを超えない場合は、制御中の間隔Ｔにおける電流設定Ｉｕｃを計算するために電圧設定Ｕｃｃを使用する。
【００２３】
本願の請求項４に係る発明は、電流設定Ｉｕｃが［数７］の方程式の解であることを特徴とする。
【数７】
2008295295.tif 000003
【００２４】
式中、ＲおよびＬはそれぞれＲＬＣフィルタの抵抗およびインダクタンスの値であり、ＲＬＣフィルタの第１の入力点と出力点の間に直列に接続されている。
Ｃは、ＲＬＣフィルタの第１と第２の出力点の間に接続されたコンデンサのキャパシタンスである。
【００２５】
μ１およびμ２は、展開マトリックスの固定値であり、式（１）、（２）によって定義される。
【数８】
2008295295.tif 000004
【数９】
2008295295.tif 000005
【００２６】
ａ１およびａ２は、式（３）、（４）により定義される値である。
【数１０】
2008295295.tif 000006
【数１１】
2008295295.tif 000007
【００２７】
本願の請求項５に係る発明は、電圧設定Ｕｃｃを、電力スペクトルが周波数０．９／Ｔｆを越えるあらゆる高調波を含まないように、ライン電圧Ｕｌから決定されることを特徴とする。
【００２８】
請求項７〜１１はライン電流Ｉｌの強度を調整する実施形態である。
【００２９】
本願の請求項７に係る発明は、ライン電流設定Ｉｌｃが常に、上限値Ｉｌｍａｘより小さくまたはこれと等しいように常に選択され、上限値Ｉｍａｘは、カテナリの電力分局の回路ブレーカまたは車両の回路ブレーカが作動する、ライン電流Ｉｌの強度に対応していることを特徴とする。
【００３０】
本願の請求項８に係る発明は、ライン電流設定Ｉｌｃが常に、下限値Ｉｌｍｉｎより大きくまたはこれと等しいように選択され、下限値Ｉｌｍｉｎは、その下でフィルタのインダクタンスＬが脱飽和されるライン電流の強度に対応していることを特徴とする。
【００３１】
本願の請求項９に係る発明は、ライン電流Ｉｌの強度が時刻ｔｉ＋１での設定Ｉｌｃに等しい場合に、時刻ｔｉ＋１でのＲＬＣフィルタ出力点の間で到達する電圧Ｕｃの電圧予測Ｕｃｐは下記の方法で決定されることを特徴とする。
１）少なくとも１つの予め決められた電圧限界Ｕｃｍと電圧予測Ｕｃｐとを比較する。
２）電圧予測Ｕｃｐが、予め決められた電圧限界Ｕｃｍを超えた場合にのみの、予め決められた電圧限界Ｕｃｍを超えない電圧予測Ｕｃｐに対応した一時的なライン電流設定Ｉｌｃｍを得るためにライン電流設定Ｉｌｃの変更を行い、制御中の間隔Ｔに対して、電力変換器の制御するライン電流設定Ｉｌｃの代わりに一時的なライン電流設定Ｉｌｃｍを使用する。
３）電圧予測Ｕｃｐが、予め決められた電圧限界Ｕｃｍを超えない場合は、制御中の間隔Ｔにおける電流設定Ｉｕｃを計算するためにライン電流設定Ｉｌｃを使用する。
【００３２】
本願の請求項１０に係る発明は、電流設定Ｉｕｃは、［数１２］の方程式の解であることを特徴とする。
【数１２】
2008295295.tif 000008
【００３３】
式中、ＲおよびＬはそれぞれＲＬＣフィルタの抵抗およびインダクタンスの値であり、ＲＬＣフィルタの第１の入力点と出力点の間に直列に接続されている。
Ｃは、ＲＬＣフィルタの第１と第２の出力点の間に接続されたコンデンサのキャパシタンスである。
【００３４】
μ１およびμ２は、展開マトリックスの固定値であり、式（１）、式（２）によって定義されたものである。
【００３５】
ａ１およびａ２は、式（３）、式（４）によって定義されたものである。
【００３６】
本願の請求項１１に係る発明は、フィルタの第１と第２の出力点の間の電圧Ｕｃのみを調整する第１の段階と、ライン電流Ｉｌのみを調整する第２の段階を有する。
【００３７】
また、ライン電流Ｉｌが限界Ｉｌｍを超えると直ちに、第１の段階から第２の段階への切り換えを行い、ライン電流Ｉｌが反対の方向で同じまたは別の限界を超えると直ちに、第２の段階から第１の段階へ切り換わる。
【００３８】
本願の請求項１２に係る発明は、電力変換器の制御と組み合わせて、ＲＬＣフィルタの第１の出力点を通して流れるＤＣ電流Ｉｕを生成するために加減抵抗器の制御を含み、時刻ｔｉとｔｉ＋１の間の平均強度＜Ｉｕ＞は、電流設定Ｉｕｃと等しいことを特徴とする。
【００３９】
本願の請求項１３に係る発明は、請求項１〜１２に係る発明の間隔Ｔが、τ／５より小さいか、またはこれと等しいことを特徴とする。
【００４０】
本願の請求項１４に係る発明は、本発明の別の課題であり、命令がコンピュータによって実行される場合に、請求項１〜１３の制御方法のいずれかの１つを実行する命令を含む情報記録媒体に対するものである。
【００４１】
本願の請求項１５に係る発明は、本発明のさらに別の課題の電気車両に対し下記の特徴を有する。
１）２つの導体によって形成されるＤＣバス
２）固定子時間定数τを有する電気車両の少なくとも１つのモータ
３）モータのトルクを変化させることを目的とした制御可能な電力変換器
４）ＤＣバスの２つの導体にそれぞれ電気接続された２つの入力点、および電力変換器に電気接続された第１および第２の出力点を含む低パスＲＬＣフィルタ
５）時刻ｔｉでのフィルタのインダクタンスを流れるライン電流Ｉｌの強度Ｉｌｉ、時刻ｔｉでのフィルタの出力点の間の電圧Ｕｃｉ、およびフィルタの入力点間のライン電圧Ｕｌを測定または推定することを目的としたセンサまたは予測器
を備え、
６）時刻ｔｉと時刻ｔｉ＋１の間でフィルタの第１出力点を通して流れるＤＣ電流Ｉｕの平均強度＜Ｉｕ＞に対する電流設定Ｉｕｃを計算するコンピュータを有し、
電流設定Ｉｕｃは、フィルタ出力電圧Ｕｃが時刻ｔｉ＋１での予め決められた電圧設定Ｕｃｃと同一になるようにフィルタの離散化状態方程式から求められ、
その間の離散化状態方程式は、時刻ｔｉとｔｉ＋１でのライン電流Ｉｌの強度ＩｌｉおよびＩｌ，ｉ＋１、時刻ｔｉとｔｉ＋１でのフィルタの出力点の間の電圧ＵｃｉおよびＵｃ，ｉ＋１、時刻ｔｉとｔｉ＋１の間の平均ライン電圧＜Ｕｌ＞、および平均強度＜Ｉｕ＞の間に成立する。
７）フィルタの出力点を通して流れるＤＣ電流Ｉｕを生成する電力変換器を制御する制御ユニットを有し、時刻ｔｉとｔｉ＋１の間の平均強度＜Ｉｕ＞は電流設定Ｉｕｃと等しく、時刻ｔｉとｔｉ＋１の間の間隔Ｔは５τより小さい。
【００４２】
本願の請求項１６に係る発明は、電気車両に対し下記の特徴を有する。
１）時刻ｔｉと時刻ｔｉ＋１の間でフィルタの第１の出力点を通して流れるＤＣ電流Ｉｕの平均強度＜Ｉｕ＞に対する電流設定Ｉｕｃを計算するコンピュータを有し、
電流設定Ｉｕｃは、ライン電流Ｉｌが時刻ｔｉ＋１での予め決められたライン電流設定Ｉｌｃと同一になるようにフィルタの離散化状態方程式から求められ、
離散化状態方程式は、時刻ｔｉとｔｉ＋１でのライン電流Ｉｌの強度ＩｌｉおよびＩｌ，ｉ＋１、時刻ｔｉとｔｉ＋１でのフィルタの出力点の間の電圧ＵｃｉおよびＵｃ，ｉ＋１、時刻ｔｉとｔｉ＋１の間の平均ライン電圧＜Ｕｌ＞、および平均強度＜Ｉｕ＞の間に成立し、
２）フィルタの出力点を通して流れるＤＣ電流Ｉｕを生成する電力変換器を制御する制御ユニットを有し、時刻ｔｉおよびｔｉ＋１の間の平均強度＜Ｉｕ＞は電流設定Ｉｕｃと等しく、時刻ｔｉおよびｔｉ＋１の間の間隔Ｔは５τより小さい。
【発明の効果】
【００４３】
本願の請求項１〜５に係る発明における、フィルタ出力電圧Ｕｃを調整する実施形態は以下の利点を有する。
１）フィルタ出力電圧Ｕｃを上限値Ｕｃｍａｘ以下に保持することによって、ＤＣバス上のあらゆる電圧サージを遮断する抵抗チョッパなどの安全装置の不時の動作を防止する。
２）一時的な電圧設定Ｕｃｃｍを使用することによって、ライン電流Ｉｌの強度を、フィルタ出力電圧Ｕｃの変化を制限しながら、許容範囲内に維持することができる。
３）電力スペクトルが周波数０．９／Ｔｆの下のあらゆる高調波を含まないような電圧設定Ｕｃｃを選択することによって、フィルタの固有周期に近いライン電流Ｉｌおよびコンデンサ電圧Ｕｃの振動が防止され、また制御エネルギーが最小限に抑えられる。
【００４４】
本願の請求項６〜１１に係る発明における、ライン電流Ｉｌを調整する方法によって下記の利点を生ずる。
１）ライン電流設定Ｉｌｃを上限値Ｉｌｍａｘより低いように選択することによって、分局の回路ブレーカ、または車両自体への回路ブレーカ保護機器の不時の動作が防止される。
２）ライン電流設定Ｉｌｃを常に下限値Ｉｌｍｉｎより大きくなるように選択することによって、飽和インダクタンスＬが常に保存され、したがって、これにより、直線動作区域内に留まり、それによってインダクタンスＬが脱飽和しながら多量のエネルギーを急に放出する事態を防ぐ。
３）一時的なライン電流設定Ｉｌｃｍを使用することによって、フィルタ出力電圧Ｕｃは常に、ライン電流Ｉｌの変化を制限しながら、許容動作範囲内に維持される。
４）フィルタ出力電圧Ｕｃのみ、およびライン電流Ｉｌのみを制御する段階の間の切り換えを行うことにより、許容動作範囲内にフィルタ出力電圧Ｕｃおよびライン電流Ｉｌの双方を維持する。
【００４５】
本願の請求項１２、１３に係る発明における、フィルタ出力電圧Ｕｃまたはライン電流Ｉｌを調整する実施形態は以下の利点を有する。
１）電力変換器に加えて、フィルタ出力ＤＣ電流Ｉｕを生成するのに加減抵抗器を使用することによって、フィルタ出力電圧Ｕｃまたはライン電流Ｉｌの変化は、電力変換器のみを使用した場合より、高速に補償することができる。
２）間隔Ｔをτ／５より小さいか、またはこれと等しく選択することによって、フィルタ出力ＤＣ電流Ｉｕの変化の振幅を制限することができ、それによって制御方法の特徴を改善することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４６】
本発明は、単にこれに限られない例として示す、以下の説明および図面を参照してよりよく理解されるだろう。
【００４７】
図１は、電力変換器の上流側にＲＬＣフィルタを備えた電気車両の略図である。
図２は、図１の車両のＲＬＣフィルタの単純等価回路図である。
図３および４は、図１の車両のＲＬＣフィルタの出力点の間の電圧Ｕｃおよびライン電流Ｉｌを制御するデッドビート制御方法のフローチャートである。
図５は、図１のＲＬＣフィルタの出力電圧Ｕｃおよびライン電流Ｉｌの双方を制御するデッドビート制御法の状態図である。
図６は、ライン電圧Ｕｌの外乱の図である。
図７は、図３および４の方法が無い状態の時の、図６のグラフに示した外乱に応じた、フィルタ出力電圧Ｕｃ、ライン電流Ｉｌ、およびフィルタ出力ＤＣ電流Ｉｕの経過時間に対する変化を示すグラフである。
図８は、実施される制御方法が図５のものに対する、図７に示すのと同じ量の経過時間に対する変化を示すグラフである。
【００４８】
これらの図では、同じものを示すのに同じ参照番号が使用されている。
これ以下、本明細書では、当業者によく知られている特性および機能は、詳細には記載しない。
【００４９】
図１は、オーバーヘッドカテナリ６に対してスライドするパンタグラフ４を備えた電気車両２を示している。車両２は例えば、列車などの鉄道車両である。カテナリ６は、この例では、カテナリ６に沿って規則的な間隔で配置された、いくつかの分局を介してＤＣ供給部により電力が供給される。これらの分局は、例えば、数キロメートルより大きい距離間隔で互いに離れている。
【００５０】
図１を単純化するために、１つの分局８だけを示した。この分局８は、三相電力分配ネットワーク１０に接続されている。分局８は、三相電圧をカテナリ６のＤＣ電圧に変換する。普通、分局８は、カテナリ６内の電流が上限値Ｉｌｍａｘを超える場合に、ネットワーク１０からカテナリ６を電気的に絶縁することが可能な回路ブレーカ１２を備えている。
【００５１】
車両２は、駆動シャフト１８を介して車両の駆動ホイールを回転駆動することを目的とした、モータ１６を備えている。
【００５２】
ここで、モータ１６は三相同期または非同期モータである。このモータ１６は、ＤＣフィルタ出力電圧Ｕｃからモータ１６に対して三相電圧を発生することを目的とした、電力変換器２０によって電力が供給される。モータ１６は、牽引モード、および他の方法では、例えば車両２が制動する場合に、三相電圧発電機として動作する。
【００５３】
モータ１６の固定子時間定数τは、４ｍｓから１００ｍｓの間の値である。
【００５４】
ここで、電力変換器２０は、入力点２２と２４の間で並列に接続された３つのアームによって形成されている。各アームは、中間点を介して直列に接続された２つの制御可能スイッチを備えている。各中間点は、モータ１６のそれぞれの相に接続されている。
【００５５】
入力点２２および２４は、それぞれＲＬＣフィルタ３０を介してＤＣバスの導体２６および２８に接続されている。
【００５６】
導体２６は、カテナリ６を介してＤＣ電圧が供給されるように、例えば回路ブレーカ、変圧器、および整流器ブリッジなどの、図示しない様々な機器を介してパンタグラフ４に電気接続されている。導体２８は、線路のレールまたはオーバーヘッドである第２の導体を介して、または電流戻り接触シューが移動する接地ベースレールの形で、基準電位３２に電気接続されている。
【００５７】
フィルタ３０は低パスＲＬＣフィルタであり、その固有周期Ｔｆはモータ１６の時間定数τより大きい。フィルタ３０の固有周期Ｔｆは、フィルタリング機能を満足することができるように、モータ１６の時間定数τの少なくとも５倍または１０倍より大きいことが好ましい。
【００５８】
フィルタ３０は、ライン電圧Ｕｌをこれらの入力点の間で受けるように、それぞれ導体２６および２８に接続される２つの入力点３４および３６を備えている。フィルタ３０はまた、電力変換器２０の入力点２２および２４にそれぞれ電気接続される２つの出力点３８および４０を備えている。
【００５９】
抵抗ＲおよびインダクタンスＬは、点３４と３８の間に直列に接続されている。抵抗ＲおよびインダクタンスＬは、２つの別個の物体として本明細書では示した。しかし、実際、抵抗ＲおよびインダクタンスＬは巻線などの１つの構成部品として形成される。
【００６０】
インダクタンスＬを通して流れる電流は、Ｉｌによって示されている。この電流は、ライン電流と呼ばれる。
【００６１】
フィルタ３０はまた、出力点３８と４０の間に直接電気接続されたコンデンサＣを備えている。このコンデンサＣの端子にわたる電圧はフィルタ出力電圧としてＵｃによって示されている。フィルタの出力点３８を通して流れるＤＣ電流はＩｕによって示されている。
【００６２】
車両２はまた、点３８および４０と点２２および２４の間に接続された電気制動用の加減抵抗器（レオスタット）４６を備えることができる。
普通、この加減抵抗器４６は、モータ１６が発電機として動作し、カテナリ６または車両２が制動エネルギーを回収できない場合に、モータ１６によって生成される電気エネルギーを消費させることを目的としている。
例えば、加減抵抗器４６は、出力点３８と４０の間で制御可能スイッチ４８と直列接続されている抵抗Ｒｈによって形成される。スイッチ４８は、抵抗Ｒｈを通して流れる電流の強度を調整するように制御可能である。
【００６３】
車両２はまた、加えて、フィルタ３０で行なわれる測定に基づいて、加減抵抗器４６および電力変換器２０を駆動するユニット５０を備えている。
この目的で、ユニット５０は、図３から５の方法の１つの実行する命令を含んだメモリ５２に接続されている。メモリ５２はまた、図３および４を参照してさらに詳細に記載する、様々な作動限界の値を含んでいる。
【００６４】
ユニット５０は、１つまたは複数のコンピュータから構成されている。
【００６５】
ここで、ユニット５０は例えば、フィルタ３０で行なわれる測定に基づいて、間隔Ｔにわたるフィルタ出力ＤＣ電流Ｉｕの平均強度＜Ｉｕ＞に対する電流設定Ｉｕｃを確立することを意図したコンピュータ５４によって形成される。
【００６６】
ユニット５０はまた、電流設定Ｉｕｃに到達するために、加減抵抗器４６および電力変換器２０の両方を制御することを目的とした制御ユニット５６を備えている。この目的で、ユニット５６は、加減抵抗器４６および電力変換器２０に接続されている。
ユニット５６はまた、車両２を加速または制動するために、モータ１６によって供給されるトルク設定Γｃを変える機能をもつように電力変換器２０を制御することが可能である。
【００６７】
図２は、ライン電圧Ｕｌ、ライン電流Ｉｌ、フィルタ出力ＤＣ電流Ｉｕ、およびフィルタ出力電圧Ｕｃの大きさが矢印で表されるフィルタ３０の単純電気回路図を示す。
図２では、ライン電圧Ｕｌ、フィルタ出力電圧Ｕｃ、およびライン電流Ｉｌの強度それぞれに対するセンサ６０、６２、および６４が示されている。これらのセンサ６０、６２、および６４は、コンピュータ５４に接続されている。
【００６８】
図３は、駆動ユニット５０によって実施されている、フィルタ出力電圧Ｕｃを調整するデッドビート制御法を示している。
【００６９】
最初に、ステップ８０では、サンプリング期間Ｔが選択される。
これ以下、本明細書では、ｔｉは、センサ６０、６２、および６４によって行なわれる様々な測定がサンプリングされる時刻を示し、ｔｉ＋１は次のサンプリング時刻を示す。これらの時刻ｔｉおよびｔｉ＋１は、間隔Ｔによって分けられる。
【００７０】
間隔Ｔは、単一の間隔Ｔにわたって、フィルタ出力ＤＣ電流Ｉｕの強度が漸近値に到達する時間、即ち、Ｕｃ／Ｒｍより十分小さいように選択される。ここでＲｍはモータ１６の固定子抵抗である。これは、漸近値がフィルタ出力ＤＣ電流Ｉｕの強度に対して許容される上限値Ｉｕｍａｘより百倍まで高い可能性があるからである。
この目的で、間隔Ｔはしたがって、完全に５τより小さいように選択される。間隔Ｔは、τ／５またはτ／１０より小さいように選択されることが好ましい。ここでは、電気車両に対する値として、間隔Ｔは普通２０ｍｓより小さい。
【００７１】
また、フィルタ出力ＤＣ電流Ｉｕの強度が時刻ｔｉおよびｔｉ＋１の間でかなりの割合で変化する時間があるように、小さすぎない間隔Ｔを選択することが有効である。この目的で、ここでは、間隔Ｔは１００μｓより大きいように選択される。
【００７２】
次に、時刻ｔｉで、ステップ８２では、フィルタ出力電圧Ｕｃ、ライン電圧Ｕｌおよびライン電流Ｉｌが測定される。これらの測定の結果は、それぞれＵｃｉ、ＵｌｉおよびＩｌｉによって示されている。ステップ８２では、その値がライン電流Ｉｌの関数として変化する場合は、フィルタ３０のインダクタンスＬの値を計算することも可能である。
【００７３】
次のステップ８４では、フィルタ出力電圧Ｕｃに対する電圧設定Ｕｃｃが固定される。例えば、電圧設定Ｕｃｃは、前のサンプリング時刻で測定されたライン電圧Ｕｌの平均値から定義される。
ライン電圧Ｕｌの平均値は、フィルタ３０の固有周期Ｔｆより大きい値で計算され、固有周期Ｔｆより少なくとも１０倍大きいことが好ましい。例えば、電圧設定Ｕｃｃは、式（５）を用いて決定される。
【数１３】
2008295295.tif 000009
式（５）中、
１）Ｎは平均を計算するための間隔Ｔの数
２）電圧Ｕｌｉは前の時刻ｔｉで測定されたライン電圧
３）強度Ｉｌｉは前の時刻ｔｉで測定されたライン電流強度Ｉｌ
４）Ｒはフィルタ３０の抵抗値
である。
【００７４】
次に、ステップ８６では、時刻ｔｉ＋１でフィルタ出力電圧Ｕｃが電圧設定Ｕｃｃに等しい場合に、時刻ｔｉ＋１で到達されるライン電流Ｉｌの強度の推定値Ｉｌｐが算出される。例えば、推定値Ｉｌｐは式（６）から計算される。
【数１４】
2008295295.tif 000010
（６）
【００７５】
式（６）中、
１）Ｃはフィルタ３０のキャパシタンスＣの値
２）＜Ｕｌ＞は間隔Ｔにわたるライン電圧Ｕｌの平均値
３）μ１、μ２、ａ１、ａ２は以下で定義される値
４）ｅｘは電位関数
である。
ここでは、平均ライン電圧＜Ｕｌ＞は平均値がＵｌｉに等しいように、間隔Ｔにおいて一定であると仮定する。
【００７６】
μ１およびμ２は、フィルタ３０の展開マトリックスの固有値である。これらの値は、式（１）、式（２）から得られる。
【００７７】
式中、Ｒ、ＣおよびＬは、それぞれフィルタ３０の抵抗Ｒ、コンデンサＣのキャパシタンス、およびインダクタンスＬの値である。
【００７８】
ａ１およびａ２は、式（３）、式（４）から得られる。
【００７９】
式（６）は、フィルタ３０の以下の離散化状態方程式、式（７）および式（８）から＜Ｉｕ＞を除去して得られる。
【数１５】
2008295295.tif 000011
（７）
2008295295.tif 000012
（８）
【００８０】
式中、ＵｃｉおよびＩｌｉは、時刻ｔｉで測定したフィルタ出力電圧Ｕｃおよびライン電流Ｉｌの強度であり、Ｕｃ，ｉ＋１およびＩｉ，ｉ＋１は、時刻ｔｉ＋１でのフィルタ出力電圧Ｕｃおよびライン電流Ｉｌの強度である。
【００８１】
実施される調整法がデッドビート制御法であるとすると、時刻ｔｉ＋１では、フィルタ出力電圧Ｕｃ，ｉ＋１は電圧設定Ｕｃｃと等しい。さらに、ライン電圧Ｕｌが間隔Ｔにわたって一定であると仮定すると、平均電圧＜Ｕｌ＞はＵｌｉに等しい。
これらの状況では、式（７）および（８）は、２つの未知数、すなわちＩｌ，ｉ＋１および＜Ｉｕ＞を有する２つの方程式を形成する。
したがって、方程式（７）および（８）から＜Ｉｕ＞を除去して方程式を解析的に解き、値Ｉｌ，ｉ＋１に対応する推定値Ｉｌｐ（６）を得ることが可能である。
【００８２】
式（７）および（８）が得られる方法は、「離散化状態方程式」という項目の部分で、本明細書の末尾でさらに詳細に説明する。
【００８３】
次に、ステップ８８では、推定値Ｉｌｐは、ライン電流Ｉｌの強度が維持されなければならない、上、下限値ＩｌｍｉｎおよびＩｌｍａｘと比較される。
【００８４】
例えば、下限値Ｉｌｍｉｎは、インダクタンスＬの飽和状態に対応するように選択され、それによって図３の方法が実行される限り、インダクタンスＬは飽和に保持される。これは、脱飽和する場合に、インダクタンスが高い量のエネルギーを急に放出する事態を避けるためである。
【００８５】
上限値Ｉｌｍａｘは、搭載機器を保護するように、回路ブレーカ１２、または車両に搭載された回路ブレーカに関して規定されたものであり、それぞれのトリッピング限界により、規定される。
回路ブレーカ１２について云えばこのトリッピング限界は、回路ブレーカ１２によって保護され、電力が供給されるラインの分局において、所与の時間で循環することが可能な車両の数に関する。
【００８６】
ステップ９０において、推定値Ｉｌｐが範囲内［Ｉｌｍｉｎ、Ｉｌｍａｘ］に入らない場合、コンピュータ５４は、時刻ｔｉ＋１における電流Ｉｌの強度が、範囲内［Ｉｌｍｉｎ、Ｉｌｍａｘ］に収まるように、電圧設定Ｕｃｃを一時的な電圧設定Ｕｃｃｍに変更する。
この場合の、一時的な電圧設定Ｕｃｃｍは式（９）から得られる。
【数１６】
2008295295.tif 000013
（９）
【００８７】
式（９）中、Ｉｌｍはセット｛Ｉｌｍｉｎ；Ｉｌｍａｘ｝から選択したライン電流Ｉｌの強度の限界値である。
より詳細には、Ｉｌｍは、ステップ８６で決定された推定値Ｉｌｐが下限値Ｉｌｍｉｎより小さい場合に、Ｉｌｍｉｎと等しいように選ばれる。
そうでない場合、すなわちこの推定値が上限値Ｉｌｍａｘより大きい場合、強度Ｉｌｍの値は上限値Ｉｌｍａｘと等しいように選ばれる。
【００８８】
式（９）により、範囲内［Ｉｌｍｉｎ、Ｉｌｍａｘ］にライン電流Ｉｌの強度を維持しながら、電圧設定Ｕｃｃに最も近い一時的な電圧設定Ｕｃｃｍを得ることができる。
【００８９】
ステップ９０の後に、ステップ９２では、コンピュータ５４は時刻ｔｉとｔｉ＋１の間のフィルタ出力ＤＣ電流Ｉｕの平均強度に対する電流設定Ｉｕｃを計算する。
【００９０】
ステップ８８で、推定値Ｉｌｐが範囲内［Ｉｌｍｉｎ、Ｉｌｍａｘ］に含まれる場合、コンピュータ５４はステップ９２に直接進む。
【００９１】
電流設定Ｉｕｃは、時刻ｔｉ＋１で、フィルタ出力電圧Ｕｃが電圧設定Ｕｃｃと等しいか、またはステップ９０が実行された場合に、一時的な電圧設定Ｕｃｃｍにちょうど等しくなるように解析的に決定される。  例えば、電流設定Ｉｕｃは、式（１０）から決定される。
【数１７】
2008295295.tif 000014
（１０）
【００９２】
式（１０）により未知数＜Ｉｕ＞は、方程式（７）および（８）からＩｌ，ｉ＋１を除去した後、式（７）および（８）によって規定された離散化状態方程式を解くことによって得られる。
【００９３】
次に、ステップ９４では、電流設定Ｉｕｃは、予め決められた許容動作範囲［Ｉｕｍｉｎ、Ｉｕｍａｘ］と比較される。
【００９４】
例として、下限値Ｉｕｍｉｎは、モータ１６が発電機として動作する場合に、電力変換器２０によって生成することができるフィルタ出力ＤＣ電流Ｉｕの最小平均強度と等しいように選ばれる。この平均値は、サンプリング期間Ｔにわたって設定される。下限値Ｉｕｍｉｎは、モータが発電機として動作しているので、負である。
【００９５】
上限値Ｉｕｍａｘは、この部分に対して例えば、加減抵抗器４６によって吸収することができる電流の最大平均強度、および電力変換器２０によって吸収することができる電流の最大平均強度の合計に等しいように選ばれる。
電力変換器２０によって吸収することができる最大平均強度は、この電力変換器の電気特性の関数である。
【００９６】
加減抵抗器によって吸収することができる最大平均強度は例えば、導体２６および２８の間の許容最大フィルタ出力電圧Ｕｃｍａｘと抵抗Ｒｈの比率によって与えられる。これらの平均値は、サンプリング期間Ｔにわたって設定される。
【００９７】
電流設定Ｉｕｃが範囲内［Ｉｕｍｉｎ、Ｉｕｍａｘ］にある場合、電流設定値はステップ９６で制御ユニット５６などに伝達される。あるいは、上、下限値ＩｕｍｉｎまたはＩｕｍａｘの一方が、ステップ９８でユニット５６に伝達される。
【００９８】
より詳細には、ステップ９８では、下限値Ｉｕｍｉｎは、ステップ９２で確立された電流設定Ｉｕｃが下限値Ｉｕｍｉｎより小さい場合、電流設定Ｉｕｃとしてユニット５６に伝達される。
そうでない場合は、ユニット５６にフィルタ出力ＤＣ電流Ｉｕの平均強度の設定として上限値Ｉｕｍａｘが伝達される。
【００９９】
ステップ９６または９８の後で、ステップ１００では、その平均強度が電流設定Ｉｕｃと等しいフィルタ出力ＤＣ電流Ｉｕを生成するために、ユニット５６は電力変換器２０を、必要に応じて、間隔Ｔにわたって加減抵抗器４６を制御する。
【０１００】
より詳細には、電流設定Ｉｕｃが正である場合、すなわち、電流が消費されている場合では、ユニット５６は、間隔Ｔにわたるその平均強度が電流設定Ｉｕｃと等しいフィルタ出力ＤＣ電流Ｉｕを生成するように、加減抵抗器４６のみ、または電力変換器２０のみ、または加減抵抗器４６および電力変換器２０の両方を制御することができる。
【０１０１】
例えば、加減抵抗器４６が制御される場合、スイッチ４８の負荷時間率または開口角度は、以下の式から計算される。
α＝Ｒｈ・Ｉｕｃ／＜Ｕｃ＞
式中、＜Ｕｃ＞は、時刻ｔｉとｔｉ＋１の間のフィルタ出力電圧Ｕｃの平均値である。
平均値＜Ｕｃ＞は例えば、以下の式から計算することができる。
＜Ｕｃ＞＝（Ｕｃｃ＋Ｕｃｉ）／２
【０１０２】
ユニット５６はまた、平均強度＜Ｉｕ＞が電流設定Ｉｕｃと等しくなるように、モータ１６が生成するトルクに対する設定Γｃを変更することができる。
【０１０３】
平均強度＜Ｉｕ＞が電流設定Ｉｕｃと等しいフィルタ出力ＤＣ電流Ｉｕを生成するために、電力変換器２０および加減抵抗器４６の同時制御も可能である。
電流設定Ｉｕｃが負である場合、すなわち電力変換器２０が電流を生成する場合では、ユニット５６は電力変換器２０のみを制御する。
【０１０４】
平均強度＜Ｉｕ＞が電流設定Ｉｕｃと等しいフィルタ出力ＤＣ電流Ｉｕを生成するのに必要なトルク設定Γｃの変更は、公称値の周りで時に負の方向に、時に正の方向に生成される。また、変更したトルク設定Γｃは、モータの速度を上げる時間と比べて、非常に小さい間隔Ｔだけ続く。したがって、車両２の運転者または乗客は、このようなトルクの急速な変化を感じない。
【０１０５】
ステップ１００の後、方法はステップ８２に戻る。ステップ８２から１００はしたがって、各サンプリング時刻で繰り返される。
【０１０６】
図４は、ライン電流Ｉｌの強度を調整するデッドビート制御法を示しており、この方法は、ステップ８０と同一であるステップ１１０で始まる。
【０１０７】
次に、ステップ１１２では、フィルタ出力電圧Ｕｃｉ、Ｕｌｉおよびライン電流Ｉｌｉが測定される。このステップ１１２は例えば、ステップ８２と同一である。
【０１０８】
ステップ１１４では、ライン電流Ｉｌの強度に対するライン電流設定Ｉｌｃは固定される。設定Ｉｌｃは、範囲内［Ｉｌｍｉｎ、Ｉｌｍａｘ］になるように選択される。例えば、設定ＩｌｃはＩｌｍｉｎまたはＩｌｍａｘと等しくなるように選択される。
【０１０９】
次に、ステップ１１６では、この時刻でのライン電流Ｉｌの強度がライン電流設定Ｉｌｃと等しい場合、時刻ｔｉ＋１でのフィルタ出力電圧Ｕｃの推定値Ｕｃｐが決定される。
例えば、この電圧推定値Ｕｃｐは、式（１１）から決定される。
【数１８】
2008295295.tif 000015
（１１）
【０１１０】
式（１１）は、Ｉｌ，ｉ＋１をＩｌｃと等しいとし、式（７）および（８）から＜Ｉｕ＞を除去した後、式（７）および（８）の離散化状態方程式を解くことによって得られる。
【０１１１】
ステップ１１８では、電圧推定値Ｕｃｐが許容作動範囲［Ｕｃｍｉｎ、Ｕｃｍａｘ］と比較される。
上限値Ｕｃｍａｘは例えば、電力変換器２０の装置限界を超えるあらゆる電圧を限定するように加減抵抗器４６が動作する場合の、導体２６と２８の間の許容最大電圧に等しい。
下限値Ｕｃｍｉｎは例えば、車両の低速度動作において、これを超えるとコンデンサがラインから再充電されなければならないような、許容電圧の最小値に選ばれる。
【０１１２】
ステップ１２０では、電圧推定値Ｕｃｐが範囲内［Ｕｃｍｉｎ、Ｕｃｍａｘ］に入らない場合、ライン電流設定Ｉｌｃは、フィルタ出力電圧Ｕｃが時刻ｔｉ＋１で範囲内［Ｕｃｍｉｎ、Ｕｃｍａｘ］に入るよう、一時的なライン電流設定Ｉｌｃｍに変更される。
【０１１３】
例えばここでは、一時的なライン電流設定Ｉｌｃｍは、時刻ｔｉ＋１において、フィルタ出力電圧Ｕｃが限界Ｕｃｍｉｎまたは限界Ｕｃｍａｘと等しくなるように選択される。
この目的で、一時的な設定Ｉｌｃｍは式（１２）から決定される。
【数１９】
2008295295.tif 000016
（１２）
【０１１４】
式中Ｕｃｍは、セット｛Ｕｃｍｉｎ；Ｕｃｍａｘ｝から選択される。
より詳細には、値Ｕｃｍは、推定値Ｕｃｐが下限値Ｕｃｍｉｎより小さい場合に、下限値Ｕｃｍｉｎと等しいように選ばれる。
そうでない場合、すなわち推定値Ｕｃｐが上限値Ｕｃｍａｘより大きい場合、値Ｕｃｍは上限値Ｕｃｍａｘと等しいように選択される。
【０１１５】
ステップ１２０の後に、または推定値Ｕｃｐが範囲内［Ｕｃｍｉｎ、Ｕｃｍａｘ］にある場合は、時刻ｔｉとｔｉ＋１の間のフィルタ出力ＤＣ電流Ｉｕの平均強度に対する電流設定Ｉｕｃを計算するステップ１２２が行なわれる。
より詳細には、電流設定Ｉｕｃは時刻ｔｉ＋１で、ライン電流Ｉｌの強度がライン電流設定Ｉｌｃに等しいように、また、ステップ１２０が実行された場合は、一時的なライン電流設定Ｉｌｃｍと等しくなるように計算される。
【０１１６】
例えば、電流設定Ｉｕｃは式（１３）から計算される。
【数２０】
2008295295.tif 000017
（１３）
【０１１７】
式（１３）は、Ｉｌ，ｉ＋１がＩｌｃと等しく、＜Ｉｕ＞がＩｕｃと等しい場合に対して、Ｕｃ，ｉ＋１を除去して、式（７）および（８）によって規定される離散化状態方程式を解くことによって得られる。
【０１１８】
次に、ユニット５６は、図３の方法のステップ９４、９６、９８および１００それぞれと同一である、ステップ１２４、１２６、１２８および１３０を実行する。
【０１１９】
駆動ユニット５０が、カテナリ６の電圧によって固定されるライン電圧Ｕｌで動作できないとすると、フィルタ出力ＤＣ電流Ｉｕの強度だけが制御可能である。
このような状態で、間隔Ｔにおいて、フィルタ出力電圧Ｕｃのみ、またはライン電流Ｉｌのいずれかを調整することしか可能でない。すなわち、図３および４の方法は同時に実行することができない。
【０１２０】
もう一方では、図３および４の方法を交互に実行することによって、フィルタ出力電圧Ｕｃおよびライン電流Ｉｌを交互に調整することが可能である。
これは、例えば、ライン電流Ｉｌを作動範囲内［Ｉｌｍｉｎ、Ｉｌｍａｘ］に維持しながら、フィルタ出力電圧Ｕｃを安定化させる効果を有する。例えば、上限値Ｉｌｍａｘを超えるのを防ぐために、図５の方法が実施される。
【０１２１】
図５の方法は、
１）図３の方法を使用してフィルタ出力電圧Ｕｃを調整する段階１４０と、
２）図４の方法を使用してライン電流Ｉｌを調整する段階１４２、
を含んでいる。
【０１２２】
ユニット５０は、測定した強度Ｉｌｉが上限値Ｉｌｍａｘより大きくなった場合に、段階１４０から段階１４２に自動的に切り換える。
逆に、ユニット５０は、強度Ｉｌｉが予め決められた限界、例えば、上限値Ｉｌｍａｘより小さくなった場合に、段階１４２から段階１４０まで自動的に切り換える。
【０１２３】
つまり、ライン電流Ｉｌの測定した強度が上限値Ｉｌｍａｘより完全に小さい限り、フィルタ出力電圧Ｕｃは電圧設定Ｕｃｃと等しいように各時刻ｔｉで保持される。ライン電圧Ｕｌの外乱の後の設定フィルタ出力電圧Ｕｃｃの振動はしたがって制限される。
【０１２４】
ライン電流Ｉｌの強度が上限値Ｉｌｍａｘを超える場合は、フィルタ出力電圧Ｕｃの調整を必要とする第１の対象が放棄され、段階１４２への切換が起こる。
例えば、段階１４２では、ライン電流設定Ｉｌｃは、上限値Ｉｌｍａｘと等しいか、または上限値Ｉｌｍａｘより完全に小さいように選択することができる。
段階１４２は、ライン電流Ｉｌの測定した強度が上限値Ｉｌｍａｘより小さいか、または等しくなると直ぐに停止し、段階１４０へ戻る。
【０１２５】
したがって、時間内に段階１４０および１４２を交互にすることによって、上限値Ｉｍａｘより小さくライン電流Ｉｌの強度を維持しながら、フィルタ出力電圧Ｕｃを安定化させることができる。
同様に、段階１４０および１４２は、下限値Ｉｌｍｉｎより大きくライン電流Ｉｌの強度を維持するように、交互に実行される。
【０１２６】
図５の方法の動作が、図６のグラフ上に示されたライン電圧Ｕｌに外乱がある場合に対して示されている。
この外乱は、３０００ボルトから２４００ボルトへ瞬時にライン電圧Ｕｌを低下させ、ライン電圧Ｕｌを０．１秒間２４００ボルトに維持する。
次に、ライン電圧Ｕｌは３４５０ボルトまで上昇させ、３０００ボルトまで戻る前に、０．１秒間この値に留まる。
ライン電圧Ｕｌの変化は、この場合すぐに起こる。したがって、図６に示されたものは理論的外乱であることを理解すべきである。
【０１２７】
図７および８に示したグラフは、以下の数値で、車両２のモデルのシミュレーションから得られた。
Ｌ＝３ｍＨ，
Ｒ＝２５ｍΩ，
Ｃ＝１８ｍＦ，
Ｕｌ＝３０００Ｖ，
Ｕｃｍａｘ＝３５００Ｖ，
Ｉｕｍａｘ＝４７０Ａ，
Ｉｕｍｉｎ＝−４７０Ａ，
Ｉｌｍａｘ＝２０００Ａ，
Ｒｈ＝２Ω
【０１２８】
図７は、フィルタ出力電圧Ｕｃまたはライン電流Ｉｌを調整する方法が実施されない場合に対する、フィルタ出力電圧Ｕｃ、ライン電流Ｉｌの強度、およびフィルタ出力ＤＣ電流Ｉｕの強度の時間に対する変化を示す。波形をみても分かるように、これによりフィルタ出力電圧Ｕｃおよびライン電流Ｉｌの強度の強い振動が発生する。
【０１２９】
他の全ての条件が同一で、図８のグラフは、図５の方法が実施される場合の、図６に示される外乱に応じた、フィルタ出力電圧Ｕｃおよびライン電流Ｉｌおよびフィルタ出力ＤＣ電流Ｉｕの強度の変化を示している。
さらに、電圧設定Ｕｃｃはここでは、急激な変化により、電流設定Ｉｕｃが範囲［Ｉｕｍｉｎ、Ｉｕｍａｘの限界に到達する状況を作り出すように、１０ミリ秒にわたるライン電圧Ｕｌの平均に等しくなるように選ばれる。
このような選択は、電流設定Ｉｕｃが上、下限値ＩｕｍｉｎまたはＩｕｍａｘのいずれかに到達した場合に、どのようなことが起こるかを示す例として、選ばれたことに注目する必要がある。
実際、電圧設定Ｕｃｃは、ステップ８２を参照して示すように、ライン電圧Ｕｌの外乱を取り除くように選ばれる。
【０１３０】
図８のグラフに示すように、フィルタ出力電圧Ｕｃは電圧設定Ｕｃｃに近いように維持される。したがって、本方法を使用して、フィルタ出力電圧Ｕｃがライン電圧Ｕｌの急激な変化に対しても極めて十分に制御されることが理解できる。
【０１３１】
さらに、フィルタ出力ＤＣ電流Ｉｕの時間変化を示す台形状の波形に示すように、上限値Ｉｕｍａｘおよび下限値Ｉｕｍｉｎは、これらの台形波形の期間中に、フィルタ出力電圧Ｕｃが電圧設定Ｕｃｃと完全には等しくない状態で到達される。一方、これらの台形状の期間外では、フィルタ出力電圧Ｕｃは電圧設定Ｕｃｃと等しい。
【０１３２】
したがって、図８が示すように、図５の方法により、フィルタ出力ＤＣ電流ＩｕおよびラインＩｌをそれぞれの作動範囲内に維持しながら、フィルタ出力電圧Ｕｃの変化が制御される。
【０１３３】
多くの他の実施形態が可能である。
例えば、ＤＣバスの導体２６は、カテナリが単相交流電圧によって供給される場合は、変圧器とダイオードブリッジ整流器などの整流器を介して、パンタグラフ４に接続することができる。
【０１３４】
ライン電流Ｉｌの強度およびフィルタ出力電圧Ｕｃのうちの１つは、測定する代わりに推定することができる。ライン電流Ｉｌの強度およびフィルタ出力電圧Ｕｃは両方とも推定することもできる。
【０１３５】
上記は、ＤＣモータの場合にも当てはまる。この場合、電力変換器２０は例えば、チョッパ／周波数逓降変換器の構成となる。
【０１３６】
最後に、技術的制約として電流設定Ｉｕｃは式（１０）または（１３）によって与えられる正確な値ではなく、近似値［Ｉｕｃ］の使用を必要とする場合があることに留意すべきである。
例えば、これらの技術的制約の１つは、コンピュータ５４が生成できる小数点以下の桁数である。
【０１３７】
したがって、本明細書では、実用的な視点から、式（１４）の相互相関係数αが０．９より大きい場合に、近似値［Ｉｕｃ］は離散化状態方程式の式（７）および（８）から決定されるべきと考える。
【数２１】
2008295295.tif 000018
（１４）
【０１３８】
式（１４）中、Ｎは相互相関係数αを算出するように考慮された、２０より大きい整数であり、Ｉｕｃ（ｔ）は、式（１０）または（１３）から得られる、フィルタ出力ＤＣ電流Ｉｕの平均強度に対する設定の正確な値であり、［Ｉｕｃ（ｔ）］はユニット５６までコンピュータ５４によって送られる電流設定Ｉｕｃ（ｔ）の近似値であり、＜Ｉｕｃｅｆｆ＞は式（１５）によって定義される。
【数２２】
2008295295.tif 000019
（１５）
【０１３９】
また、［Ｉｕｃｅｆｆ］は式（１６）によって定義される。
【数２３】
2008295295.tif 000020
（１６）
【０１４０】
式（１４）に定義したように、相互相関係数αは、近似値［Ｉｕｃ］と正確な電流設定Ｉｕｃの間の相関関係の程度を示している。
近似値は、相関関係係数αが０．９７または０．９９より大きいような場合に用いることが好ましい。
【産業上の利用可能性】
【０１４１】
本願発明は、ＲＬＣフィルタの電圧および電流をデッドビート制御で調整する方法であり、この方法で調整されるフィルタの制御をコンピュータの命令によって実行する情報記録媒体、およびこの制御で調整されるフィルタを塔載する電力応用分野に適用できる。
【０１４２】
［離散化状態方程式］
フィルタ３０に対する離散化状態方程式
Ｉ  ラインフィルタの電子技術モデル
Ｉ−１  ＲＬＣフィルタに対する微分方程式
【数２４】
2008295295.tif 000021
【数２５】
2008295295.tif 000022
Ｉ−２  状態方程式
フィルタは二次システムであり、したがって、２つの自由度を有する。状態ベクトルはしたがって、２つの自由度を有するベクトルである。ライン電流およびコンデンサの電圧は、フィルタの状態ベクトルに対する２つの座標として選択することができる。
【数２６】
2008295295.tif 000023
これらの２つの変数が測定でき、したがって既知であるとする。
このような場合でないときは、これらの１つを測定する、または予測する必要がある。
システムの制御変数は、利用電流およびライン電圧である。ライン電圧は直接変更できないので、測定され、計算されない制御変数としてモデル内で特徴づけられる。
【数２７】
2008295295.tif 000024
このように規定された状態方程式は、以下の微分方程式で示すことができる。
【数２８】
2008295295.tif 000025
連続時間状態方程式は、次のように変形される。
【数２９】
2008295295.tif 000026
連続時間形式の方程式と比較することによって、以下のことが得られる。
【数３０】
2008295295.tif 000027
これは次のように表せる。
【数３１】
2008295295.tif 000028
さらに、測定ベクトルが状態ベクトルであるとすると以下のようになる。
【数３２】
2008295295.tif 000029
式中、Ｉ２は自由度２の単位マトリックスであり、Ａは展開マトリックスであり、Ｂは制御マトリックスである。
ＩＩ  展開マトリックスの対角化
ＩＩ−１  展開マトリックスの特性方程式
マトリックスの行列式は、μ・Ｉ−Ａが０であるとして求められる。
したがって、以下の通りになる。
【数３３】
2008295295.tif 000030
【数３４】
2008295295.tif 000031
【数３５】
2008295295.tif 000032
ＩＩ−２  展開マトリックスの固有値
これらは、特性方程式のルートである。
【数３６】
2008295295.tif 000033
【数３７】
2008295295.tif 000034
インダクタンスが電流で変わらない限りこれらの固有値が一定であり、電流とは独立であることに注目すべきである。
これらの根は、特性方程式を満たす。
【数３８】
2008295295.tif 000035
これは、以下のように書き直すことができる。
【数３９】
2008295295.tif 000036
特性方程式はまた、注目すべき関係として固有値の和および積を与える。
【数４０】
2008295295.tif 000037
また、二重根μ１＝μ２が以下で得られる。
【数４１】
2008295295.tif 000038
これは、重要な臨界ダンピング抵抗値である。
もしＲ＝０，μｉ＝±iωである場合、ω＝１／√（ＬＣ）である。複素共役ポールが認識される。Ｒ≠０である場合、ポールは負の実数部を備えた複素共役であり、抵抗が重要な臨界ダンピング値より十分大きい場合、ポールは実数および負である。
ＩＩ−３  展開マトリックスの固有ベクトル
これらは、以下によって計算される。
【数４２】
2008295295.tif 000039
すなわち、以下の通りである。
【数４３】
2008295295.tif 000040
マトリックスの積は、以下の方程式として示される。
【数４４】
2008295295.tif 000041
二次方程式から、以下のことが推測される。
【数４５】
2008295295.tif 000042
また、この関係により一次方程式を以下のように書き直すことが可能になる。
【数４６】
2008295295.tif 000043
この方程式は、一次係数が特性方程式と同様の方法でゼロであるという事実により、π２ｉが０でないどのような値に対しても２つの固有値に対して成り立つ。
したがって、π２１＝−１およびπ２２＝１とする。
したがって、以下のことが導かれる。
【数４７】
2008295295.tif 000044
変換マトリックスは、固有ベクトルによって形成される。
【数４８】
2008295295.tif 000045
すなわち、以下の通りである。
【数４９】
2008295295.tif 000046
変換マトリックスの逆は以下の通りである。
【数５０】
2008295295.tif 000047
ＩＩ−４  対角マトリックス
次に、以下の通り表すことができる。
【数５１】
2008295295.tif 000048
ここで、
【数５２】
2008295295.tif 000049
である。
ＩＩＩ  状態方程式の予測
ＩＩＩ−１  離散化状態方程式
離散化状態方程式は、時刻ｔｉから期間Ｔのサンプリング期間の終わりｔｉ＋１までの積分によって得られる。
【数５３】
2008295295.tif 000050
ここで、以下の通りである。
【数５４】
2008295295.tif 000051
Ｘｔｉが初期時刻の状態ベクトルを示す場合、Ｘｔｉは状態ベクトルの予測を示す。次に以下のように記される。
【数５５】
2008295295.tif 000052
変換マトリックスＰおよび展開マトリックスの対角マトリックスを使用して、移行および制御マトリックスを計算する。
【数５６】
2008295295.tif 000053
離散化状態方程式のシステムはしたがって、以下のように書くことができる。
【数５７】
2008295295.tif 000054
ＩＩＩ−２  状態ベクトルの予測
次に、変換マトリックスの逆を左から掛けることによって固有値のベース内で離散化状態方程式のシステムを予測し、状態「固有ベクトル」を分離させる。
【数５８】
2008295295.tif 000055
以下の関係より
【数５９】
2008295295.tif 000056
ベクトル関係が単純化される。
【数６０】
2008295295.tif 000057
状態方程式の最終表示を単純化するために、定数（μ２−μ１）Ｃを、方程式の両辺に掛ける。
【数６１】
2008295295.tif 000058
状態固有ベクトルは以下によって定義される。
【数６２】
2008295295.tif 000059
【数６３】
2008295295.tif 000060
【数６４】
2008295295.tif 000061
２つの座標はしたがって、以下の通りに表せる。
【数６５】
2008295295.tif 000062
状態マトリックスの方程式は、この新しい定義を使用して示すことができ、さらに注目すべき関係が得られる。
【数６６】
2008295295.tif 000063
【数６７】
2008295295.tif 000064
【数６８】
2008295295.tif 000065
【数６９】
2008295295.tif 000066
Ξに関する「制御固有ベクトル」は、以下のように規定される。
【数７０】
2008295295.tif 000067
状態方程式は次に、単純な方法で書くことができる。
【数７１】
2008295295.tif 000068
または、
【数７２】
2008295295.tif 000069
最後に、次の変数ａ１、ａ２を用いて、
【数７３】
2008295295.tif 000070
「特性」状態方程式は以下の通りに表せる。
【数７４】
2008295295.tif 000071
前のシステムは次に、中間変数の定義を用いて以下のように表すことができる。
【数７５】
2008295295.tif 000072
【数７６】
2008295295.tif 000073
【図面の簡単な説明】
【０１４３】
【図１】電力変換器の上流側にＲＬＣフィルタを備えた電気車両の略図である。
【図２】図１の車両のＲＬＣフィルタの単純等価回路図である。
【図３】図１の車両のＲＬＣフィルタのフィルタ出力電圧Ｕｃを調整するデッドビート制御方法のフローチャートである。
【図４】図１の車両のＲＬＣフィルタのライン電流Ｉｌを調整するデッドビート制御方法のフローチャートである。
【図５】図１のＲＬＣフィルタのフィルタ出力電圧Ｕｃおよびライン電流Ｉｌ両方を調整するデッドビート制御法の状態図である。
【図６】ライン電圧Ｕｌの外乱の図である。
【図７】図３および４の方法が無い状態の時の、図６のグラフに示した外乱に応じた、フィルタ出力電圧Ｕｃ、ライン電流Ｉｌ、およびフィルタ出力ＤＣ電流Ｉｕの経過時間に対する変化を示すグラフである。
【図８】実施される調整方法が図５のものに対する、図７に示すのと同じ量の経過時間に対する変化を示すグラフである。
【符号の説明】
【０１４４】
２  車両
４  パンタグラフ
６  カテナリ
８  分局
１０  ３相電力分配ネットワーク
１６  モータ
１８  駆動シャフト
２０  電力変換器
２２、２４  電力変換器の入力点
２６、２８  ＤＣバスの導体
３０  ＲＬＣフィルタ
３４、３６  フィルタの入力点
３８、４０  フィルタの出力点
４６  加減抵抗器
４８  スイッチ
５０  ユニット
５２  メモリ
５４  コンピュータ
５６  制御ユニット
６０，６２，６４  センサ
【図１】
2008295295.tif 000080
【図２】
2008295295.tif 000081
【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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