(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電源から受けた交流電力を直流電力に変換してき電線を介して電気車に供給する整流器と、
前記電気車の回生運転時に発生する回生電力を交流電力に変換する回生インバータと、
前記回生インバータに流れるインバータ電流を検出する第１の電流検出部と、
前記整流器に流れる整流器電流を検出する第２の電流検出部と、
前記回生インバータを制御するための制御装置とを備え、
前記制御装置は、
前記き電線の電圧を検出する電圧検出部と、
電圧指令を予め設定された固定値とし、前記電圧検出部により検出される前記き電線電圧が前記電圧指令に一致するように前記回生インバータを制御するための電圧制御部と、
前記整流器から前記回生インバータに流入する循環電流が設定値となるように、少なくとも前記電気車の無負荷時に前記電圧指令を補正するための補正部とを含み、
前記補正部は、前記第１の電流検出部により検出される前記インバータ電流および前記第２の電流検出部により検出される前記整流器電流に基づいて、前記電気車の力行電流および回生電流を検出するとともに、検出された前記力行電流または前記回生電流の大きさに基づいて前記電圧指令を補正するか否かを判定するための判定部を含み、
前記判定部は、前記力行電流または前記回生電流が、力行領域に上限値を有し、かつ回生領域に下限値を有するように設定された電流範囲内にない場合には、前記電圧指令の補正を行なわない、直流き電システム。
【請求項２】
前記制御装置は、前記第１の電流検出部により検出される前記インバータ電流および前記第２の電流検出部により検出される前記整流器電流に基づいて、前記整流器から前記回生インバータに流入する循環電流を検出する循環電流検出部をさらに含み、
前記補正部は、前記電気車の無負荷時および前記電気車の負荷時において、前記循環電流検出部により検出される前記循環電流と前記設定値との偏差に基づいて前記電圧指令の補正量を設定するための補正量設定部を含む、請求項１に記載の直流き電システム。
【請求項３】
前記補正部は、前記補正量設定部により設定された前記電圧指令の補正量の上限値および下限値を制限するためのリミッタ回路をさらに含む、請求項２に記載の直流き電システム。
【請求項４】
前記制御装置は、前記第１の電流検出部により検出される前記インバータ電流および前記第２の電流検出部により検出される前記整流器電流に基づいて、前記整流器から前記回生インバータに流入する循環電流を検出する循環電流検出部をさらに含み、
前記補正部は、前記設定値よりも大きい電流値を上限値とし、かつ、前記設定値よりも小さい電流値を下限値とする電流範囲を有し、前記循環電流検出部により検出される前記循環電流が前記上限値より大きい場合には、前記電圧指令の補正量を正の一定電圧に設定する一方で、前記循環電流検出部により検出される前記循環電流が前記下限値より小さい場合には、前記電圧指令の補正量を負の一定電圧に設定するための補正量設定部を含む、請求項１に記載の直流き電システム。
【請求項５】
交流電源から受けた交流電力を直流電力に変換してき電線を介して電気車に供給する整流器と、
前記電気車の回生運転時に発生する回生電力を交流電力に変換する回生インバータと、
前記回生インバータに流れるインバータ電流を検出する第１の電流検出部と、
前記整流器に流れる整流器電流を検出する第２の電流検出部と、
前記回生インバータを制御するための制御装置とを備え、
前記制御装置は、
前記き電線の電圧を検出する電圧検出部と、
電圧指令を予め設定された固定値とし、前記電圧検出部により検出される前記き電線電圧が前記電圧指令に一致するように前記回生インバータを制御するための電圧制御部と、
前記第１の電流検出部により検出される前記インバータ電流および前記第２の電流検出部により検出される前記整流器電流に基づいて、前記整流器から前記回生インバータに流入する循環電流を検出する循環電流検出部と、
前記循環電流検出部により検出される前記循環電流が設定値となるように、少なくとも前記電気車の無負荷時に前記電圧指令を補正するための補正部とを含み、
前記補正部は、
前記交流電源から受ける系統電圧と閾値電圧とを比較するための比較器と、
前記比較器の比較結果に応じて、前記電圧指令を補正するか否かを切り換えるためのスイッチとを含み、
前記スイッチは、前記系統電圧が前記閾値電圧よりも大きい場合に前記電圧指令を補正するように構成される、直流き電システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、直流き電システムに関し、特に、電気車の回生電力を交流電力に変換して交流電源に回生する回生インバータの制御に関する。
【背景技術】
【０００２】
直流き電システムには、たとえば特開２００４−３５１９５２号公報（特許文献１）に開示されるように、交流入力を整流器で整流して電気車に力行電流を供給する力行用電源と、定電圧制御したインバータ装置によって電気車からの回生電流を交流電力に変換して交流入力側に回生する回生用電源とを備えたものがある。
【０００３】
上記の特許文献１には、インバータ装置の定電圧制御方式として、整流器の直流電圧変動範囲よりも高い電圧に設定しておき、き電線電圧が設定電圧を保つようにインバータ装置を制御する構成が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−３５１９５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記のような直流き電システムにおいては、整流器の出力電圧とインバータ装置の設定電圧との電位差が大きい場合には、整流器とインバータ装置との間を過大な循環電流が流れる虞がある。循環電流は回路損失を発生させるため、直流き電システムのランニングコストの増大を招いてしまう。したがって、力行と回生との切り換え時における循環電流の増大を抑制するためには、整流器の出力電圧がインバータ装置の設定電圧よりも高くならないようにする必要がある。
【０００６】
一方、整流器の出力電圧は交流入力側の電圧変動に連動して変動するため、交流入力の電圧変動を受けて、整流器の出力電圧と設定電圧との電位差も変動する。このため、整流器の出力電圧が設定電圧よりも高くなり、過大な循環電流が生じる可能性がある。
【０００７】
このような電圧変動時の循環電流の発生を抑制するための対策として、従来より、交流入力側の電圧変動を考慮したインバータ装置の制御を行なうことが検討されている。しかしながら、交流入力電圧を検出するためには、特別高圧電圧を検出するための計器用変圧器を設置する必要がある。このような計器用変圧器は大型なものであるため、システムの大型化を招くという課題がある。特に、地下変電所などのように、システムの設置スペースが制限される場合には、上記の課題が顕著となる。
【０００８】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、その目的は、小型な構成で、循環電流の発生を抑制することができる直流き電システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この発明のある局面によれば、直流き電システムは、交流電源から受けた交流電力を直流電力に変換してき電線を介して電気車に供給する整流器と、電気車の回生運転時に発生する回生電力を交流電力に変換する回生インバータと、回生インバータに流れるインバータ電流を検出する第１の電流検出部と、整流器に流れる整流器電流を検出する第２の電流検出部と、回生インバータを制御するための制御装置とを備える。制御装置は、き電線の電圧を検出する電圧検出部と、電圧指令を予め設定された固定値とし、電圧検出部により検出されるき電線電圧が電圧指令に一致するように回生インバータを制御するための電圧制御部と、第１の電流検出部により検出されるインバータ電流および第２の電流検出部により検出される整流器電流に基づいて、整流器から回生インバータに流入する循環電流を検出する循環電流検出部と、循環電流検出部により検出される循環電流が設定値となるように、少なくとも電気車の無負荷時に電圧指令を補正するための補正部とを含む。
【発明の効果】
【００１０】
この発明によれば、循環電流の発生を抑制することが可能な直流き電システムを、小型な構成で構築することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】この発明の実施の形態１による直流き電システムの全体構成図である。
【図２】図１における回生インバータの回路図である。
【図３】直流き電システムにおける負荷電流に対するき電線の出力特性を示す図である。
【図４】従来技術における回生インバータの制御構造を説明する図である。
【図５】実施の形態１による回生インバータの制御装置の構成を示す機能ブロック図である。
【図６】実施の形態３による回生インバータの制御装置の構成を示す機能ブロック図である。
【図７】実施の形態３の変形例による回生インバータの制御装置における補正量演算部の構成を示す回路図である。
【図８】実施の形態４による回生インバータの制御装置の構成を示す機能ブロック図である。
【図９】実施の形態５による回生インバータの制御装置の構成を示す機能ブロック図である。
【図１０】実施の形態１の変形例による直流き電システムの全体構成図である。
【図１１】図１０における回生インバータの回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、この発明の実施の形態について図面を参照して詳しく説明する。なお、同一または相当する部分には同一の参照符号を付して、その説明を繰返さない。
【００１３】
［実施の形態１］
（直流き電システムの全体構成）
図１は、この発明の実施の形態１による直流き電システムの全体構成図である。
【００１４】
図１を参照して、実施の形態１による直流き電システムは、交流電源１から供給される三相交流電力を直流電力に変換してき電線３を介して電気車５に供給する。
【００１５】
直流き電システムは、整流器１０と、整流器用変圧器２０と、回生インバータ１２と、回生インバータ用変圧器２２と、制御装置１４とを備える。
【００１６】
整流器用変圧器２０は、一次側が遮断器ＣＢを介して送電線２に接続され、二次側が整流器１０に接続される。整流器用変圧器２０は、送電線２より受電する三相交流の特別高圧電圧（たとえば三相交流７７ｋＶ、以下「系統電圧」と称す）をき電に適した電圧（直流１５００Ｖの場合は、三相交流１２００Ｖ）に降圧する。
【００１７】
整流器１０は、たとえばダイオード整流器から構成される。整流器１０は、整流器用変圧器２０から受ける三相交流電力を直流電力に整流する。直流電力は、図１中に点線矢印で示されるように、き電線３を介して電気車５へ供給される。整流器１０に対する電流帰路としてレール４が利用される。き電線３およびレール４には複数の整流器が接続されている。図１では１つの整流器１０を例示する。
【００１８】
回生インバータ１２は、電気車５の回生時に発生する回生電力を交流電力に変換するための装置である。回生インバータ１２の交流側は回生インバータ用変圧器２２および遮断器ＣＢを介して送電線２に接続される。
【００１９】
回生インバータ１２は、たとえば他励式変換器から構成される。図２は、図１における回生インバータ１２の回路図である。図２を参照して、回生インバータ１２は、１２パルス整流器であり、サイリスタから成るスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ１２を含む。スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ１２の各々は、制御装置１４からの駆動信号（ゲートパルス信号）に応じてスイッチング動作を行なう。
【００２０】
回生インバータ用変圧器２２は、回生インバータ１２から出力される交流電圧を系統電圧に変換して送電線２側に回生する。これにより、図１中に実線矢印で示されるように、電気車５の回生時に生じる回生電力を送電線２に回生できるため、安定したブレーキ動作や電力の有効利用が実現される。
【００２１】
制御装置１４は、代表的には、ＣＰＵ（Central  Processing  Unit）と、ＲＡＭ（Random  Access  Memory）やＲＯＭ（Read  Only  Memory）などのメモリ領域と、入出力インターフェイスとを主体として構成される。そして、制御装置１４は、予めＲＯＭなどに格納されたプログラムをＣＰＵがＲＡＭに読み出して実行することによって、回生インバータ１２の制御を実行する。
【００２２】
（回生インバータの制御構造）
次に、回生インバータ１２の制御構造について詳細に説明する。
【００２３】
図１に示されるように、回生インバータ１２と整流器１０とは、き電線３およびレール４の間に並列に接続されている。そのため、電気車５の力行時における整流器１０による給電と、電気車５の回生時における回生インバータ１２による回生との切り換えは、スイッチ等を用いることなく、自動的かつ連続的にスムーズに行なうことができる。
【００２４】
図３を参照して、回生インバータ１２の制御パターンについて説明する。図３は、直流き電システムにおける負荷電流（電気車５の走行電流）に対するき電線３の出力特性を示す図である。図３において横軸は負荷電流Ｉｄを示し、縦軸はき電線３およびレール４間の電圧であるき電線電圧Ｅｄを示す。負荷電流Ｉｄの極性は、力行側を正とし、回生側を負とする。
【００２５】
図３を参照して、領域Ｉは、整流器１０が動作する順変換領域（力行領域）を示す。き電線電圧Ｅｄは、整流器１０の出力電圧に相当する。領域Ｉでは、負荷電流（力行電流）の増加に伴ない、整流器１０の内部インピーダンス等の影響を受けてき電線電圧Ｅｄが低下する。
【００２６】
領域ＩＩＩは、回生インバータ１２が動作する逆変換領域（回生領域）を示す。き電線電圧Ｅｄは、回生インバータ１２の直流側電圧（出力電圧）に相当する。領域ＩＩＩでは、負荷電流（回生電流）の増加に伴ない、回生インバータ１２の内部インピーダンス等の影響を受けてき電線電圧Ｅｄが増加する。制御装置１４は、後述する制御構造を用いて、回生インバータ１２におけるサイリスタの点弧位相を制御する。
【００２７】
領域ＩＶは、回生インバータ１２が定電圧動作する領域を示す。回生電流の増加に伴なってき電線電圧Ｅｄが上昇して所定電圧Ｅｄｉを超過したときには、き電線電圧Ｅｄが所定電圧Ｅｄｉを超えないように回生インバータ１２における回生動作を制御する。所定電圧Ｅｄｉは、たとえば回生インバータ１２の定格電圧に設定される。
【００２８】
領域ＩＩは、回生インバータ１２の動作と整流器１０の動作とが切り換わる遷移領域である。以下の説明では、負荷電流Ｉｄが０近傍となる無負荷状態のときの整流器１０の出力電圧Ｅｄｒ０を「整流器無負荷電圧」と称し、無負荷状態のときの回生インバータ１２の直流側電圧Ｅｄｉ０を「インバータ無負荷電圧」とも称する。
【００２９】
領域ＩＩにおいて、整流器無負荷電圧Ｅｄｒ０がインバータ無負荷電圧Ｅｄｉ０よりも高くなると、整流器１０から回生インバータ１２に向けて過大な循環電流が流れる。この不要な循環電流が流れることによって回路損失が発生するため、結果的に直流き電システムのランニングコストの増大を招いてしまう。したがって、循環電流の増大を抑制するためには、図３に示すように、インバータ無負荷電圧Ｅｄｉ０が整流器無負荷電圧Ｅｄｒ０よりも高くなるように、回生インバータ１２を制御する必要がある。
【００３０】
まず、図４を用いて、従来技術における回生インバータの制御構造を説明する。図４には、従来技術における回生インバータ１２の制御装置の機能ブロック図が示される。
【００３１】
図４を参照して、従来技術における回生インバータ１２の制御構造は、電圧指令生成回路３０と、電圧制御部（ＶＣ）５０と、ゲートパルス発生部（ＧＰＧ）５２と、電圧検出部（ＶＳ）５４とから構成される。
【００３２】
電圧指令生成回路３０は、交流電源１から受電する三相交流の特別高圧電圧（系統電圧）に基づいて、回生インバータ１４が出力すべき直流電圧を指令するための電圧指令を生成する。具体的には、電圧指令生成回路３０は、計器用変圧器（ＰＴ：Potential  Transformer）３２と、整流器３４とを有する。計器用変圧器３２は、系統電圧を検出する。計器用変圧器３２は、検出された系統電圧を電圧制御部５０での処理に適した電圧に変換する。整流器３２は、計器用変圧器３２から受ける交流電圧を直流電圧に整流することにより電圧指令を生成する。電圧指令生成回路３０は、生成した電圧指令を電圧制御部５０へ出力する。
【００３３】
電圧検出部５４は、き電線３とレール４との間の電圧（き電線電圧）を検出し、検出値を電圧制御部５０へ出力する。
【００３４】
電圧制御部５０は、電圧指令生成回路３０から指示された電圧指令に従って、回生インバータ１２の出力電圧を制御する。具体的には、電圧制御部５０は、電圧検出部５４によって検出されたき電線電圧と、電圧指令との比較に基づいて、き電線電圧を増減するフィードバック制御を実行する。電圧制御部５０は、電圧指令に対するき電線電圧の偏差を増幅することにより、当該偏差に応じて回生インバータ１２におけるサイリスタの点弧位相指令を生成する。
【００３５】
ゲートパルス発生部５２は、電圧制御部５０から指示される点弧位相指令に基づいてサイリスタに与えるゲートパルス信号を生成する。回生インバータ１２の各サイリスタは、ゲートにゲートパルス発生部５２からのゲートパルス信号を受ける。複数のサイリスタを所定のタイミングでオンさせることにより、直流電力を交流電力に変換することができる。
【００３６】
なお、回生電流が増加することによって、き電線電圧が所定電圧Ｅｄｉを超えた場合には、回生インバータ１２は、定電圧動作領域（図３の領域ＩＶ）に入る。これにより、き電線電圧の上昇を抑制し、電気車５の回生失効を防止する。
【００３７】
回生インバータ１２の制御構造を図４に示される構成とすることにより、系統電圧が変動すると、これに対応して電圧指令も変化する。そして、電圧制御部５０は、電圧指令の変化に追従するようにき電線電圧を制御する。したがって、力行と回生とが切り換わる遷移領域（図３の領域ＩＩ）において、インバータ無負荷電圧Ｅｄｉ０は系統電圧の変化に連動して変化する。一方、整流器１０の出力電圧は系統電圧の変化に連動して変化するため、整流器無負荷電圧Ｅｄｒ０も変化する。すなわち、系統電圧が変化した場合には、インバータ無負荷電圧Ｅｄｉ０および整流器無負荷電圧Ｅｄｒ０がともに系統電圧の変化に連動して変化する。その結果、系統電圧の変動によって、整流器無負荷電圧Ｅｄｒ０がインバータ無負荷電圧Ｅｄｉ０よりも高くなることが抑制される。これにより、系統電圧の変動時においても循環電流が増大するのを回避することができる。
【００３８】
しかしながら、図４に示される従来の回生インバータ１２の制御構造においては、系統電圧に基づいて電圧指令を生成するため、系統電圧を検出するための専用の計器用変圧器（図４の計器用変圧器３２）を設置する必要がある。系統電圧は三相交流７７ｋＶと高いため、計器用変圧器３２の体格（特に、変圧器の入出力端子を覆う碍子の体格）が大型なものとなってしまう。そのため、地下変電所などのように、システムの設置スペースが制限される場合には、制御構造を実現することが難しいという問題があった。また、系統電圧を検出するためには高価な計器用変圧器が必要となるため、システムがコストアップするという課題があった。
【００３９】
そこで、実施の形態１による回生インバータ１２の制御構造においては、電気車５の無負荷時に、電圧指令を予め設定された固定値とし、き電線電圧が電圧指令に一致するように回生インバータ１２を制御する手法を採用する。これにより、図４に示した計器用変圧器３２の設置を不要とする。さらに、上記の構成において、整流器１０から回生インバータ１２に流れる循環電流を検出し、循環電流の検出値が、設定される目標値（あるいは「設定値」とも称す）と一致するように電圧指令を補正する。
【００４０】
図５は、実施の形態１による回生インバータ１２の制御装置１４の構成を示す機能ブロック図である。なお、図５に記載された各機能ブロックについては、予め設定されたプログラムに従って制御装置１４がソフトウェア処理を実行することにより実現することができる。あるいは、制御装置１４内部に当該機能ブロックに相当する回路（ハードウェア）を構成することも可能である。
【００４１】
図５を参照して、制御装置１４は、電流検出部である計器用変流器（ＣＴ：Current  Transformer）６，１６と、整流器８，１８と、循環電流検出部（ＣＤ）４０と、電圧指令補正部４２と、電圧制御部（ＶＣ）５０と、ゲートパルス発生部（ＧＰＧ）５２と、電圧検出部（ＶＳ）５４とを含む。
【００４２】
実施の形態１に係る制御装置１４は、図４に示した従来の制御構造と比較して、電圧指令生成回路３０に代えて、循環電流検出部４０および電圧指令補正部４２を有している。制御装置１４は、電圧指令Ｖｒｅｆを予め設定された固定値として有している。電圧指令Ｖｒｅｆは、整流器１０の出力電圧（たとえば直流１５００Ｖ）よりも高い電圧（たとえば直流１６００Ｖ）に設定されている。そして、制御装置１４は、循環電流Ｉｃが設定値Ｉｔｈに一致するように電圧指令Ｖｒｅｆを補正するように構成されている。
【００４３】
計器用変流器６（第２の電流検出部）は、整流器１０に流れる電流（以下「整流器電流」と称す）Ｉｒを検出する。整流器８は、計器用変流器６により検出される整流器電流Ｉｒを整流して循環電流検出部４０に出力する。計器用変流器１６（第１の電流検出部）は、回生インバータ１２に流れる電流（以下「インバータ電流」と称す）Ｉｉを検出する。整流器１８は、計器用変流器１６により検出されるインバータ電流Ｉｉを整流して循環電流検出部４０に出力する。
【００４４】
循環電流検出部４０は、整流器８から整流器電流Ｉｒを受け、整流器１８からインバータ電流Ｉｉを受けると、整流器電流Ｉｒおよびインバータ電流Ｉｉに基づいて循環電流Ｉｃを検出する。具体的には、整流器電流Ｉｒとインバータ電流Ｉｉとが等しい場合（Ｉｒ＝Ｉｉ）には、循環電流検出部４０は、電気車５が無負荷状態であると判定する。この場合、循環電流検出部４０は、インバータ電流Ｉｉ（または整流器電流Ｉｒ）を循環電流Ｉｃとして検出する（Ｉｃ＝Ｉｉ＝Ｉｒ）。なお、循環電流検出部４０は、図示しない電流検出部によって負荷電流Ｉｄを検出し、負荷電流Ｉｄの検出値に基づいて電気車５が無負荷状態であるか否かを判定する構成としてもよい。
【００４５】
電圧指令補正部４２は、スイッチＳＷ１，ＳＷ２と、補正量設定部４４と、加算部４５とを含む。スイッチＳＷ１は、整流器８と補正量設定部４４の入力端子Ｔ１との間に接続される。スイッチＳＷ２は、整流器１８と補正量設定部４４の入力端子Ｔ１との間に接続される。スイッチＳＷ１，ＳＷ２には、たとえば電磁リレーや半導体リレーなどのオンオフ制御可能な任意の開閉器が適用される。スイッチＳＷ１，ＳＷ２の各々は、循環電流検出部４０からの制御信号に応答してオンオフされる。
【００４６】
循環電流検出部４０は、電気車５が無負荷状態であると判定された場合には、スイッチＳＷ２（またはスイッチＳＷ１）をオンする。スイッチＳＷ２がオンされることにより、整流器１８から出力されるインバータ電流Ｉｉが循環電流Ｉｃとして補正量設定部４４の入力端子Ｔ１に入力される。一方、スイッチＳＷ１がオンされた場合には、整流器８から出力される整流器電流Ｉｒが循環電流Ｉｃとして補正量設定部４４の入力端子Ｔ１に入力される。
【００４７】
補正量設定部４４は、入力端子Ｔ１に循環電流Ｉｃを受けると、設定値Ｉｔｈに対する循環電流Ｉｃとの偏差に基づいて、電圧指令Ｖｒｅｆの補正量ΔＶを設定する。具体的には、補正量設定部４４は、抵抗素子Ｒ１，Ｒ２と、オペアンプＯＰ１と、容量素子Ｃ１とを含んで構成される。抵抗素子Ｒ１およびＲ２は、入力端子Ｔ１とオペアンプＯＰ１の反転入力端子（−端子）との間に接続される。オペアンプＯＰ１の反転入力端子には抵抗素子Ｒ１を介して循環電流Ｉｃが入力されるとともに、抵抗素子Ｒ２を介して、循環電流Ｉｃの設定値Ｉｔｈが入力される。なお、設定値Ｉｔｈは、循環電流Ｉｃの目標値に対応しており、たとえば循環電流Ｉｃの定格値の６％程度に設定される。オペアンプＯＰ１の非反転入力端子（＋端子）には接地電圧が入力される。
【００４８】
オペアンプＯＰ１の反転入力端子と出力端子との間には容量素子Ｃ１が接続される。すなわち、オペアンプＯＰ１および容量素子Ｃ１は積分回路を構成する。設定値Ｉｔｈに対する循環電流Ｉｃの偏差を入力電流Ｉｉｎとして表わすと、積分回路の出力電圧Ｖｏｕｔは、式（１）で表される。ここで、容量素子Ｃ１の容量値をＣとする。
【００４９】
Ｖｏｕｔ＝１／Ｃ∫Ｉｉｎｄｔ  …（１）
積分回路の出力電圧Ｖｏｕｔは、電圧指令Ｖｒｅｆに対する補正量ΔＶとして加算部４５に与えられる。加算部４５は、電圧指令Ｖｒｅｆ（固定値）と、補正量設定部４４により設定された補正量ΔＶとを加算することにより、電圧指令Ｖｒｅｆ♯を生成する。
【００５０】
電圧制御部５０には、電圧指令補正部４２によって補正された電圧指令Ｖｒｅｆ♯が入力される。電圧制御部５０は、電圧検出部５４によって検出されたき電線電圧と、補正された電圧指令Ｖｒｅｆ♯との比較に基づいて、き電線電圧を増減するフィードバック制御を実行する。
【００５１】
図５に示される回生インバータ１２の制御構造によれば、系統電圧が上昇したことに連動して整流器無負荷電圧Ｅｄｒ０が上昇し、インバータ無負荷電圧Ｅｄｉ０よりも大きくなった場合には、設定値Ｉｔｈに対する循環電流Ｉｃの上昇分に基づいて設定される、電圧指令Ｖｒｅｆに対する補正量ΔＶが増加する。その結果、系統電圧の上昇に連動して電圧指令Ｖｒｅｆ♯も上昇することになり、この電圧指令Ｖｒｅｆ♯の上昇に追従するように電圧制御部５０によってき電線電圧が制御される。したがって、力行と回生とが切り換わる遷移領域（図３の領域ＩＩ）において、インバータ無負荷電圧Ｅｄｉ０は系統電圧の上昇に連動して上昇する。
【００５２】
このように、系統電圧が上昇した場合には、インバータ無負荷電圧Ｅｄｉ０および整流器無負荷電圧Ｅｄｒ０がともに系統電圧の上昇に連動して上昇するため、系統電圧の上昇によって整流器無負荷電圧Ｅｄｒ０がインバータ無負荷電圧Ｅｄｉ０よりも大きくなることを防止することができる。この結果、系統電圧の変動時においても循環電流Ｉｃが増大するのを抑制することができる。
【００５３】
以上説明したように、この発明の実施の形態１によれば、電圧指令を予め設定された固定値とし、き電線電圧が電圧指令に一致するように回生インバータを制御する構成において、循環電流の検出値が設定値と一致するように電圧指令を補正することにより、従来の制御構造（図４）と比較して、システムの大型化およびコストアップを招くことなく、循環電流の増大を抑制することができる。
【００５４】
［実施の形態２］
上記の実施の形態１では、電気車５の無負荷状態において循環電流の増大を抑制するための回生インバータ１２の制御構造について説明したが、上記の制御構造によれば、電気車５の力行時および回生時においても循環電流の増大を抑制することができる。実施の形態２では、力行時および回生時における回生インバータ１２の制御構造を説明する。
【００５５】
図５に示す制御構造において、循環電流検出部４０は、整流器８から整流器電流Ｉｒを受け、整流器１８からインバータ電流Ｉｉを受けると、整流器電流Ｉｒとインバータ電流Ｉｉとを比較する。整流器電流Ｉｒがインバータ電流Ｉｉよりも大きい場合（Ｉｒ＞Ｉｉ）には、循環電流検出部４０は、電気車５が力行時であると判定する。この場合、循環電流検出部４０は、電流値が小さい方のインバータ電流Ｉｉを循環電流Ｉｃとして検出する（Ｉｃ＝Ｉｉ）。
【００５６】
循環電流検出部４０は、電気車５が力行時であると判定された場合には、スイッチＳＷ２をオンする。スイッチＳＷ２がオンされることにより、整流器１８から出力されるインバータ電流Ｉｉが循環電流Ｉｃとして補正量設定部４４の入力端子Ｔ１に入力される。したがって、補正量設定部４４では、循環電流Ｉｃ（インバータ電流Ｉｉ）と設定値Ｉｔｈとの偏差に基づいて、電圧指令Ｖｒｅｆに対する補正量ΔＶが設定される。そして、設定された補正量ΔＶを用いて補正された電圧指令Ｖｒｅｆ♯に従って、回生インバータ１２の出力電圧が制御される。
【００５７】
電気車５の力行時に循環電流が増大すると、整流器１０には、負荷電流（力行電流）に循環電流が重畳した電流が流れることになり、整流器１０が過負荷状態となる可能性がある。実施の形態２によれば、電気車５の力行時においても循環電流が設定値Ｉｔｈに抑えられるため、整流器１０が過負荷状態に至るのを防止することができる。
【００５８】
これに対して、インバータ電流Ｉｉが整流器電流Ｉｒよりも大きい場合（Ｉｉ＞Ｉｒ）には、循環電流検出部４０は、電気車５が回生時であると判定する。この場合、循環電流検出部４０は、電流値が小さい方の整流器電流Ｉｒを循環電流Ｉｃとして検出する（Ｉｃ＝Ｉｒ）。
【００５９】
循環電流検出部４０は、電気車５が回生時であると判定された場合には、スイッチＳＷ１をオンする。スイッチＳＷ１がオンされることにより、整流器８から出力される整流器電流Ｉｒが循環電流Ｉｃとして補正量設定部４４の入力端子Ｔ１に入力される。したがって、補正量設定部４４では、循環電流Ｉｃ（整流器電流Ｉｒ）と設定値Ｉｔｈとの偏差に基づいて、電圧指令Ｖｒｅｆに対する補正量ΔＶが設定される。そして、設定された補正量ΔＶを用いて補正された電圧指令Ｖｒｅｆ♯に従って、回生インバータ１２の出力電圧が制御される。
【００６０】
電気車の回生時に循環電流が増大すると、回生インバータ１２には、負荷電流（回生電流）に循環電流が重畳した電流が流れることになり、回生インバータ１２が過負荷状態になる可能性がある。実施の形態２によれば、電気車５の回生時においても循環電流が設定値Ｉｔｈに抑えられるため、回生インバータ１２が過負荷状態に至るのを防止することができる。
【００６１】
［実施の形態３］
実施の形態１および２では、電圧指令Ｖｒｅｆに対する補正量ΔＶを、循環電流Ｉｃと設定値Ｉｔｈとの偏差に応じて設定する構成について説明したが、この構成によれば、系統電圧の変動に連動して回生インバータ１２の電圧指令Ｖｒｅｆ♯を変動させるため、電力系統が不安定であるために系統電圧の変動が激しくなる場合には、電圧指令Ｖｒｅｆ♯も時間的に激しく変化することになる。
【００６２】
しかしながら、系統電圧が定格電圧よりも低下した場合には、循環電流Ｉｃが設定値Ｉｔｈよりも十分に小さい値を示すことに起因して、電圧指令Ｖｒｅｆ♯が電圧指令Ｖｒｅｆよりも低い電圧に補正されることがある。このような場合において、系統電圧が低下した後に急激に上昇すると、系統電圧に追従して電圧指令Ｖｒｅｆ♯を直ちに上昇させることが困難となる。その結果、系統電圧の上昇に伴なって整流器１０の出力電圧が回生インバータ１２の出力電圧を大きく上回ることになり、却って循環電流Ｉｃを増大させてしまう可能性がある。
【００６３】
実施の形態３では、系統電圧の変動が激しい場合においても循環電流Ｉｃの増大を抑制可能な制御構造について説明する。なお、実施の形態３による直流き電システムは、制御装置１４Ａを除いて図１の直流き電システムと同様の構成であるため、その図示および説明を省略する。
【００６４】
図６は、実施の形態３による回生インバータ１２の制御装置１４Ａの構成を示す機能ブロック図である。図６を参照して、実施の形態３による制御装置１４Ａは、図５に示した実施の形態１による制御装置１４と比較して、電圧指令補正部４２に代えて、電圧指令補正部４２Ａを設けたものである。
【００６５】
電圧指令補正部４２Ａは、スイッチＳＷ１，ＳＷ２と、補正量設定部４４Ａと、加算部４５とを含む。補正量設定部４４Ａは、図５に示す補正量設定部４４に比較して、リミッタ回路４６をさらに加えたものである。
【００６６】
リミッタ回路４６は、オペアンプＯＰ１および容量素子Ｃ１からなる積分回路の出力端子と加算部４５との間に接続される。リミッタ回路４６は、積分回路から出力される補正量ΔＶが上限値および下限値を超えないように制限する。具体的には、リミッタ回路４６は、たとえば上限値を電圧指令Ｖｒｅｆ（たとえば直流１６００Ｖ）の＋５％とし、下限値を電圧指令Ｖｒｅｆの０％とする。上限値および下限値の各々は、通常時の系統電圧の変動範囲（たとえば±５％以内）に応じて設定される。リミッタ回路４６によって一定範囲内に制限された補正量ΔＶは、加算部４５において電圧指令Ｖｒｅｆに加算されることにより、電圧指令Ｖｒｅｆ♯が生成される。
【００６７】
上記のように、リミッタ回路４６を用いて補正量ΔＶを一定範囲内に制限したことにより、系統電圧の変動に応じて電圧指令Ｖｒｅｆ♯は一定範囲内で変動することになる。これによれば、系統電圧が定格電圧よりも低下したとき、電圧指令Ｖｒｅｆ♯には下限値を下回らないように制限がかけられるため、その後に系統電圧が急激に上昇しても、電圧指令Ｖｒｅｆ♯の追従性を高めることができる。これにより、整流器１０の出力電圧が回生インバータ１２の出力電圧を大きく上回るのを防止することができるため、系統電圧が急激に上昇した際に循環電流Ｉｃが増大するのを抑制することができる。
【００６８】
なお、図６に示される制御構造では、電圧指令Ｖｒｅｆに対する補正量ΔＶをリミッタ回路４６によって一定範囲内に制限する構成について説明したが、循環電流Ｉｃが所定の設定範囲から外れる場合には、循環電流Ｉｃの大きさによらず補正量ΔＶを一定値に固定する構成としても、図６と同様の作用効果を得ることができる。
【００６９】
図７は、実施の形態３による回生インバータ１２の制御装置１４Ａにおける補正量設定部４４Ａの変形例の構成を示す回路図である。図７を参照して、本変形例による補正量設定部４４Ａは、比較器ＣＰ１，ＣＰ２と、増幅器ＡＰ１，ＡＰ２と、電流源６０，６１と、電圧源６２，６３と、スイッチＳＷ４，ＳＷ５と、抵抗素子Ｒ１，Ｒ３と、オペアンプＯＰ１と、容量素子Ｃ１とを含んで構成される。
【００７０】
オペアンプＯＰ１および容量素子Ｃ１は積分回路を構成する。オペアンプＯＰ１の反転入力端子（−端子）と接地端子との間には、抵抗素子Ｒ１および抵抗素子Ｒ３が直列に接続されている。オペアンプＯＰ１の非反転入力端子（＋端子）は接地端子に接続されている。
【００７１】
抵抗素子Ｒ１および抵抗素子Ｒ３の接続点には電圧源６２および電圧源６３が並列に接続されている。電圧源６２は正の一定電圧Ｖ１（たとえば＋１Ｖ）を出力する。電圧源６３は負の一定電圧−Ｖ１（たとえば−１Ｖ）を出力する。
【００７２】
電圧源６２と接続点との間にはスイッチＳＷ４が接続されている。スイッチＳＷ４は、比較器ＯＰ１からアンプＡＰ１を経由して入力される制御信号に応答してオンオフされる。電圧源６３と接続点との間にはスイッチＳＷ５が接続されている。スイッチＳＷ５は、比較器ＣＰ２からアンプＡＰ２を経由して入力される制御信号に応答してオンオフされる。
【００７３】
比較器ＣＰ１は、非反転入力端子（＋端子）に循環電流Ｉｃが入力され、反転入力端子（−端子）に電流源６０から一定電流Ｉ１が入力される。比較器ＣＰ１は、循環電流Ｉｃと電流Ｉ１とを比較し、比較結果を出力する。電流Ｉ１は、設定値Ｉｔｈよりも高い電流値に設定される。設定値Ｉｔｈがたとえば循環電流Ｉｃの定格値の１０％程度に設定されている場合、電流Ｉ１は、たとえば循環電流Ｉｃの定格値の１０％程度に設定される。循環電流Ｉｃが電流Ｉ１を超えているとき、比較器ＣＰ１の出力信号はＨ（論理ハイ）レベルとなる。比較器ＣＰ１からのＨレベルの制御信号を受けてスイッチＳＷ４がオンされることにより、抵抗素子Ｒ１と抵抗素子Ｒ３との接続点には正の一定電圧Ｖ１（＋１Ｖ）が与えられる。
【００７４】
比較器ＣＰ２は、非反転入力端子（＋端子）に電流源６１から一定電流Ｉ２が入力され、反転入力端子（−端子）に循環電流Ｉｃが入力される。比較器ＣＰ２は、循環電流Ｉｃと電流Ｉ２とを比較し、比較結果を出力する。電流Ｉ２は、設定値Ｉｔｈよりも低い電流値に設定される。設定値Ｉｔｈがたとえば循環電流Ｉｃの定格値の１０％程度に設定されている場合、電流Ｉ２は、たとえば循環電流Ｉｃの定格値の２％程度に設定される。循環電流Ｉｃが電流Ｉ２よりも小さいとき、比較器ＣＰ２の出力信号はＨレベルとなる。比較器ＣＰ２からのＨレベルの制御信号を受けてスイッチＳＷ５がオンされることにより、抵抗素子Ｒ１と抵抗素子Ｒ３との接続点には負の一定電圧−Ｖ１（−１Ｖ）が与えられる。
【００７５】
積分回路は、接続点に入力される電圧に応じて抵抗素子Ｒ１に流れる電流を積分し、その積分値を出力する。積分値は、電圧指令Ｖｒｅｆに対する補正量ΔＶとして、加算部４５（図６）において電圧指令Ｖｒｅｆに加算される。
【００７６】
上記のような構成とすることにより、補正量設定部４４Ａは、循環電流Ｉｃが電流値Ｉ１よりも大きい場合には、正の一定値を補正量ΔＶに設定する一方で、循環電流Ｉｃが電流値Ｉ２よりも小さい場合には、負の一定値を補正量ΔＶに設定する。すなわち、正側の補正量ΔＶおよび負側の補正量ΔＶがそれぞれ一定値に固定されるため、電圧指令Ｖｒｅｆ♯は、系統電圧の変動に応じて一定範囲内で変動することになる。したがって、系統電圧が定格電圧よりも低下したとき、電圧指令Ｖｒｅｆ♯には下限値を下回らないように制限がかけられるため、その後に系統電圧が急激に上昇しても、電圧指令Ｖｒｅｆ♯の追従性を高めることができる。この結果、整流器１０の出力電圧が回生インバータ１２の出力電圧を大きく上回ることによって循環電流Ｉｃが増大するのを抑制することができる。
【００７７】
［実施の形態４］
図８は、実施の形態４による回生インバータ１２の制御装置１４Ｂの構成を示す機能ブロック図である。なお、実施の形態４による直流き電システムは、制御装置１４Ｂを除いて図１の直流き電システムと同様の構成であるため、その図示および説明を省略する。
【００７８】
図８を参照して、実施の形態４による制御装置１４Ｂは、図５に示した実施の形態１による制御装置１４と比較して、電圧指令補正部４２に代えて、電圧指令補正部４２Ｂ、計器用変圧器２４および整流器２５を設けたものである。
【００７９】
電圧指令補正部４２Ｂは、スイッチＳＷ１，ＳＷ２と、補正量設定部４４と、加算部４５と、比較器ＣＰ３と、スイッチＳＷ３とを含む。電圧指令補正部４２Ｂは、図５に示す電圧指令補正部４２に比較して、比較器ＣＰ３およびスイッチＳＷ３をさらに加えたものである。
【００８０】
計器用変圧器２４は、整流器用変圧器２０の二次側の電圧を検出する。計器用変圧器２４は、検出された二次側の電圧を電圧指令補正部４２Ｂでの処理に適した電圧に変換する。整流器２５は、計器用変圧器２４から受ける交流電圧を直流電圧に整流して比較器ＣＰ３の非反転入力端子（＋端子）に入力する。比較器ＣＰ３の反転入力端子（−端子）には閾値電圧Ｖｔｈが入力される。閾値電圧Ｖｔｈは、たとえば系統電圧が定格電圧に等しいときの整流器用変圧器２０の二次側の電圧に設定される。
【００８１】
比較器ＣＰ３は、整流器用変圧器２０の二次側の電圧と閾値電圧Ｖｔｈとを比較する。整流器用変圧器２０の二次側の電圧が閾値電圧Ｖｔｈより大きいとき、すなわち、系統電圧が定格電圧より大きいとき、比較器ＣＰ３の出力信号はＨレベルとなる。一方、整流器用変圧器２０の二次側の電圧が閾値電圧Ｖｔｈ以下となるとき、すなわち、系統電圧が定格電圧以下となるとき、比較器ＣＰ３の出力信号はＬレベルとなる。
【００８２】
スイッチＳＷ３は、補正量設定部４４と加算部４５との間に接続される。スイッチＳＷ３は、比較器ＣＰ３からのＨレベルの制御信号に応答してオンし、Ｌレベルの制御信号に応答してオフする。
【００８３】
整流器用変圧器２０の二次側の電圧が閾値電圧Ｖｔｈより大きい場合（系統電圧が定格電圧より大きい場合）には、スイッチＳＷ３がＨレベルの制御信号に応答してオンすることにより、補正量設定部４４により設定された補正量ΔＶが加算部４５に入力される。加算部４５において補正量ΔＶが電圧指令Ｖｒｅｆに加算されることにより、電圧指令Ｖｒｅｆ♯が生成される。
【００８４】
一方、整流器用変圧器２０の二次側の電圧が閾値電圧Ｖｔｈ以下となる場合（系統電圧が定格電圧以下となる場合）には、スイッチＳＷ３がＬレベルの制御信号に応答してオフすることにより、補正量設定部４４により設定された補正量ΔＶは加算部４５に入力されない。したがって、電圧指令Ｖｒｅｆは補正されず、電圧指令Ｖｒｅｆ♯は電圧指令Ｖｒｅｆと等しい値となる。
【００８５】
図８に示される回生インバータ１２の制御構造によれば、整流器用変圧器２０の二次側の電圧と閾値電圧Ｖｔｈとが比較され、その比較結果に応じて電圧指令Ｖｒｅｆを補正するか否かを切り換えることができる。整流器用変圧器２０の二次側の電圧が閾値電圧Ｖｔｈより大きくなる場合、すなわち、系統電圧が閾値（たとえば定格電圧）よりも大きくなる場合には、電圧指令Ｖｒｅｆが補正される。その一方で、系統電圧が閾値（定格電圧）以下に低下したときには電圧指令Ｖｒｅｆが補正されない。これにより、実質的に、回生インバータ１２の出力電圧は電圧指令Ｖｒｅｆを下回らないように制限がかけられることになる。したがって、系統電圧が閾値以下に低下した後に系統電圧が急激に上昇しても、電圧指令Ｖｒｅｆ♯の追従性を高めることができる。これにより、整流器１０の出力電圧が回生インバータ１２の出力電圧を大きく上回るのを防止することができるため、系統電圧が急激に上昇した際に循環電流Ｉｃが増大するのを抑制することができる。
【００８６】
［実施の形態５］
図９は、実施の形態５による回生インバータ１２の制御装置１４Ｃの構成を示す機能ブロック図である。なお、実施の形態５による直流き電システムは、制御装置１４Ｃを除いて図１の直流き電システムと同様の構成であるため、その図示および説明を省略する。
【００８７】
図９を参照して、実施の形態５による制御装置１４Ｃは、図５に示した実施の形態１による制御装置１４と比較して、電圧指令補正部４２に代えて、電圧指令補正部４２Ｃを設けたものである。
【００８８】
電圧指令補正部４２Ｃは、スイッチＳＷ１，ＳＷ２と、補正量設定部４４と、加算部４５と、判定部４７と、スイッチＳＷ３とを含む。電圧指令補正部４２ＢＣ、図５に示す電圧指令補正部４２に比較して、判定部４７およびスイッチＳＷ３をさらに加えたものである。
【００８９】
判定部４７は、整流器８から整流器電流Ｉｒを受け、整流器１８からインバータ電流Ｉｉを受ける。判定部４７は、整流器電流Ｉｒおよびインバータ電流Ｉｉに基づいて、負荷電流（力行電流または回生電流）を算出する。具体的には、整流器電流Ｉｒがインバータ電流Ｉｉよりも大きい場合には、インバータ電流Ｉｉが循環電流Ｉｃに相当するため、整流器電流Ｉｒからインバータ電流Ｉｉを減算することにより、力行電流を求めることができる。一方、インバータ電流Ｉｉが整流器電流Ｉｒよりも大きい場合には、整流器電流Ｉｒが循環電流Ｉｃに相当するため、インバータ電流Ｉｉから整流器電流Ｉｒを減算することにより、回生電流を求めることができる。
【００９０】
判定部４７は、負荷電流が算出されると、負荷電流と予め設定された電流範囲とを比較し、比較結果に基づいてスイッチＳＷ３のオンオフを制御する。具体的には、電流範囲は、力行領域（図３の領域Ｉ）に上限値を有し、かつ、回生領域（図３の領域ＩＩＩ）に下限値を有するように設定されている。判定部４７は、負荷電流Ｉｄが当該電流範囲内にある場合には、Ｈレベルの制御信号を出力する。一方、負荷電流Ｉｄは当該電流範囲内にない場合には、Ｌレベルの制御信号を出力する。
【００９１】
スイッチＳＷ３は、補正量設定部４４と加算部４５との間に接続される。スイッチＳＷ３は、判定部４７からのＨレベルの制御信号に応答してオンする一方で、Ｌレベルの制御信号に応答してオフする。
【００９２】
図９に示す構成において、負荷電流が予め設定された電流範囲内にある場合には、判定部４７からのＨレベルの制御信号に応答してスイッチＳＷ３がオンする。これにより、補正量設定部４４により設定された補正量ΔＶが加算部４５に入力される。そして、加算部４５において補正量ΔＶが電圧指令Ｖｒｅｆに加算されることにより、電圧指令Ｖｒｅｆ♯が生成される。
【００９３】
一方、負荷電流Ｉｄが電流範囲内にない場合には、判定部４７からのＬレベルの制御信号に応答してスイッチＳＷ３がオフする。これにより、補正量設定部４４により設定された補正量ΔＶは加算部４５に入力されない。したがって、電圧指令Ｖｒｅｆは補正されず、電圧指令Ｖｒｅｆ♯は電圧指令Ｖｒｅｆと等しい値となる。すなわち、判定部４７は、負荷電流Ｉｄと電流範囲とを比較し、その比較結果に応じて電圧指令Ｖｒｅｆを補正するか否かを判定するように構成される。
【００９４】
ここで、系統電圧が定格電圧を超えている場合において電気車５が回生から力行に遷移するときには、回生と力行とが切り換わる遷移領域（図３の領域ＩＩ）近傍において、循環電流Ｉｃの増加が顕著となる一方で、回生電流または力行電流の絶対値が大きくなるに従って循環電流Ｉｃは減少する。これは、き電線電圧は力行電流が大きくなるに従って低下し、かつ、回生電流が大きくなるに従って増加することによる。
【００９５】
図９に示される回生インバータ１２の制御構造では、循環電流Ｉｃの増加が顕著となるときの負荷電流Ｉｄの領域に対応させて電流範囲を設定する。そして、負荷電流Ｉｄがこの電流範囲内にある場合に、電圧指令Ｖｒｅｆを補正する。
【００９６】
たとえば、電気車５の回生時には、循環電流Ｉｃが設定値Ｉｔｈよりも十分に小さい値を示すことに起因して、電圧指令Ｖｒｅｆ♯が電圧指令Ｖｒｅｆよりも低い電圧に補正されることがある。このような場合において、電気車５が回生から力行に切り換わると、循環電流Ｉｃが増加する一方で、電圧指令Ｖｒｅｆ♯を電圧指令Ｖｒｅｆよりも高い電圧に直ちに上昇させることが難しい。このように、循環電流Ｉｃが設定値Ｉｔｈよりも十分に小さい場合においても電圧指令Ｖｒｅｆを補正することで、電気車５が回生から力行に切り換わる際（または力行から回生に切り換わる際）に、却って循環電流Ｉｃを増大させてしまう可能性がある。
【００９７】
実施の形態５によれば、循環電流Ｉｃの増加が顕著となる負荷電流の領域内において電圧指令Ｖｒｅｆの補正が実行される一方で、当該領域外では電圧指令Ｖｒｅｆの補正が行なわれない。したがって、電気車５が回生と力行との間で切り換わる際に、循環電流Ｉｃが増大するのを抑制することができる。
【００９８】
なお、上記の実施の形態１から５による直流き電システムでは、回生インバータに他励式変換器を用いる構成について説明したが、回生インバータに自励式変換器を用いた構成においても、本発明による回生インバータの制御構造を適用することが可能である。図１０は、実施の形態１の変形例による直流き電システムの全体構成図である。
【００９９】
図１０を参照して、実施の形態１の変形例による直流き電システムは、整流器１０と、整流器用変圧器２０と、回生インバータ７０と、回生インバータ用変圧器２６と、制御装置７２とを備える。
【０１００】
回生インバータ７０は、電気車５の回生時に発生する回生電力を交流電力に変換するための装置である。回生インバータ７０の交流側は回生インバータ用変圧器２６および遮断器ＣＢを介して送電線２に接続される。
【０１０１】
回生インバータ７０は、自励式変換器から構成される。図１１は、図１０における回生インバータ７０の回路図である。図１１を参照して、回生インバータ７０は、スイッチング素子Ｑ１１〜Ｑ１６と、ダイオードＤ１１〜Ｄ１６とを含む。スイッチング素子Ｑ１１〜Ｑ１６は、たとえばサイリスタであるが、自己消弧型のスイッチング素子であればこれに限定されるものではない。ダイオードＤ１１〜Ｄ１６はスイッチング素子Ｑ１１〜Ｑ１６にそれぞれ逆並列接続される。スイッチング素子Ｑ１１〜Ｑ１６の各々には制御装置７２からのゲートパルス信号が与えられる。スイッチング素子Ｑ１１〜Ｑ１６は、ゲートパルス信号に基づいてスイッチング動作を行ない、電気車５の回生時に生じる回生電力を交流電力に変換して送電線２側に回生する。
【０１０２】
図１０に示す直流き電システムにおいて、回生インバータ７０の制御装置７２には、上記の実施の形態１〜５による制御装置１４，１４Ａ〜１４Ｃのいずれかを適用することが可能である。
【０１０３】
今回開示された実施の形態は例示であって、上記内容のみに限定されるものではない。本発明の範囲は特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内のすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【０１０４】
１  交流電源、２  送電線、３  き電線、４  レール、５  電気車、６，１６  計器用変流器、８，１０，１８，３４  整流器、１２，７０  回生インバータ、１４，１４Ａ，１４Ｂ，１４Ｃ，７２  制御装置、２０  整流器用変圧器、２２，２６  回生インバータ用変圧器、３０  電圧指令生成回路、３２  計器用変圧器、４０  循環電流検出部、４２  電圧指令補正部、４４  補正量設定部、４５  加算部、４６  リミッタ回路、４７  判定部、５０  電圧制御部、５２  ゲートパルス信号発生部、５４  電圧検出部、６０，６１  電流源、６２，６３  電圧源、Ｃ１  容量素子、ＯＰ１  オペアンプ、ＣＰ１〜ＣＰ３  比較器、ＡＰ１，ＡＰ２  アンプ、Ｒ１〜Ｒ３  抵抗素子、ＳＷ１〜ＳＷ４  スイッチ。
【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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【図１１】
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