(57)【要約】【課題】  一旦各装置の位相が一致した後は、位相がズレる要因が少ないことから、電流制限を掛けた運転状態で起動し、そのときの横流ベクトルの無効分で位相補正を行ない、各補助電源装置が自立的に位相を一致させるようにした同期化方式において、従来の同期信号方式は全システム停止の可能性がある上、情報装置で並列化させようとした場合は伝送遅れが高速位相合わせを不可能としていた。【解決手段】  並列給電を行うときに、相手側の出力電流ベクトルを入力し、自身の出力電流ベクトルとの差分を演算し、差分ベクトルの大きさに応じてインバータ出力電圧を抑制すると同時に、差分ベクトルの無効分で電圧指令の位相を補正する機能を付加する。【選択図】  図１
2005130599.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定電圧指令に対してインバータ出力電流およびＡＣフィルタ出力電流とから回路定数を用いて電圧降下による補正量を演算し、該電圧補正量と前記電圧指令とを加算してインバータ出力電圧を制御する車両用補助電源装置であり、前記電圧指令、実電流は交流回路理論に基づいて座標変換かつベクトル分解した制御量とする車両用補助電源装置において、同一負荷に対して２台で並列給電を行うときに、相手側のＡＣフィルタ出力電流ベクトルを入力し、自身のＡＣフィルタ出力電流ベクトルとの差分を演算し、差分ベクトルの大きさに応じてインバータ出力電圧を抑制すると同時に、差分ベクトルの無効分で電圧指令の位相を補正するようにしたことを特徴とする車両用補助電源装置。
【請求項２】
３台以上で並列給電を行うときに、個々の装置のＡＣフィルタ出力電流ベクトルを入力、かつその平均値ベクトルを演算し、該平均値ベクトルと自身のＡＣフィルタ出力電流ベクトルとの差分を演算し、差分ベクトルの大きさに応じてインバータ出力電圧を抑制すると同時に、差分ベクトルの無効分で電圧指令の位相を補正するようにしたことを特徴とする１項記載の車両用補助電源装置。
【請求項３】
３台以上で並列給電を行うときに、個々の補助電源装置を情報制御装置と接続し、個々の補助電源装置のＡＣフィルタ出力電流ベクトルは情報制御装置が収集、かつ平均値ベクトルを演算し、該平均値ベクトルを個々の補助電源装置が伝送情報として入力し、該平均値ベクトルと自身のＡＣフィルタ出力電流ベクトルの差分を演算し、差分ベクトルの大きさに応じてインバータ出力電圧を抑制すると同時に、差分ベクトルの無効分で電圧指令の位相を補正するようにしたことを特徴とする１項記載の車両用補助電源装置。
【請求項４】
２台以上で並列給電を行うときに、個々の補助電源装置を情報制御装置と接続し、個々の補助電源装置のＡＣフィルタ出力電流ベクトルは情報制御装置が収集、かつ平均値ベクトルを演算し、該平均値ベクトルを個々の補助電源装置が伝送情報として入力し、該平均値ベクトルと自身のＡＣフィルタ出力電流ベクトルの差分を演算し、差分ベクトルの大きさに応じてインバータ出力電圧を抑制すると同時に、差分ベクトルの無効分で電圧指令の位相を補正することと併せて、インバータ出力電流の大きさが最大負荷電流を超えたときにインバータ出力電圧を抑制する電圧抑制機能とを設けたことを特徴とする３項記載の車両用補助電源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は鉄道車両用の補助電源制御装置に関するものであり、かつ、並列給電を行なう装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図２は単機給電を行なう補助電源制御装置の制御ブロック図である。インバータ部11はＰＷＭ変調部16のＰＷＭスイッチング制御信号を受けて、高圧直流電源電圧から３相交流電圧出力を得る。ＡＣフィルタ部12はインバータ部11の３相交流電圧出力のスイッチング高調波を除去する。定電圧・定周波数特性が基本特性であるため、過渡状態で操作する電圧指令や実際の機器では高圧インバータ部と低圧負荷回路とを電気的に分離するために電源装置の出力部にトランスを接続するが本発明内容に関わらないため本図では省略している。
【０００３】
電圧ベクトル補正部14はインバータ出力電流ベクトル（インバータ電流検知および３相／２相変換および回転座標変換部17の出力）171とＡＣフィルタ出力電流ベクトル（ＡＣフィルタ出力電流検知および３相／２相変換および回転座標変換部18の出力）181とから回路インピーダンスによる電圧降下分を補正した電圧ベクトル指令を出力する。電圧ベクトル指令は座標変換および２相／３相変換部15で３相交流電圧指令に変換し、ＰＷＭ変調部16でインバータ制御を行なうスイッチング信号に変換する。補助電源装置の出力周波数は位相速度発生部13の出力を積分して電圧位相に変換する。積分はＰＷＭ変調部16の中で行なうものとする。
【０００４】
システムの信頼性向上と負荷容量の増加に対応する一つの解決策として、複数台の補助電源装置による並列給電方式がある。この場合、信頼性の向上が特に重要であり、一部の故障がシステム全体の故障に直結することのないような各種提案がなされている。（例えば、出願実用新案文献１参照。）。
【特許文献１】実開昭５８−１２５５６
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
複数台の補助電源装置による並列給電方式において、従来、一つの補助電源装置を親機（または主機）に位置付け、そこから出力電圧の基準位相信号を出力し各子機（または従機）に入力することが行なわれた。この方式は親機の故障が全システムの停止に繋がるため、システムの信頼性向上が実現し難いという欠点があった。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
２台で並列給電を行うときに、相手側のＡＣフィルタ出力電流ベクトルを入力し、自身のＡＣフィルタ出力電流ベクトルとの差分を演算し、差分ベクトルの大きさに応じてインバータ出力電圧を抑制すると同時に、差分ベクトルの無効分で電圧指令の位相を補正する機能を付加した制御装置とする。
３台以上の並列給電の場合は、各装置のＡＣフィルタ出力電流平均値ベクトルと自身のＡＣフィルタ出力電流ベクトルとの差分を演算し、差分ベクトルの大きさに応じてインバータ出力電圧を抑制すると同時に、差分ベクトルの無効分で電圧指令の位相を補正する機能を付加した制御装置とするが、ＡＣフィルタ出力電流ベクトルの装置間授受に関する部分について、個々の補助電源装置を情報制御装置と接続し、個々の補助電源装置のＡＣフィルタ出力電流ベクトル情報は情報制御装置が収集、かつ平均値ベクトルを演算し、該平均値ベクトルは個々の補助電源装置が伝送情報として入力し、該平均値ベクトルと自身のＡＣフィルタ出力電流ベクトルの差分を演算し、差分ベクトルの大きさに応じてインバータ出力電圧を抑制すると同時に、差分ベクトルの無効分で電圧指令の位相を補正する機能を付加した制御装置でもよい。
さらに、伝送情報としてＡＣフィルタ出力電流ベクトルや平均値ベクトルを授受する制御装置においては、平均値ベクトルと自身のＡＣフィルタ出力電流ベクトルの差分を演算し、差分ベクトルの大きさに応じてインバータ出力電圧を抑制し、差分ベクトルの無効分で電圧指令の位相を補正することと併せて、インバータ出力電流の大きさが最大負荷電流を超えたときにインバータ出力電圧を抑制する電圧抑制機能とを付加した制御装置とすることが情報制御装置の伝送性能に影響されずに本発明を有効に機能させる手段である。
【発明の効果】
【０００７】
本発明により並列接続する機器間に同期信号のような引き通しを必要とせず、親子の関係も必要なく、全システム停止に至る故障の可能性を除去できることから、信頼性の高い補助電源装置を実現することができる。かつ、情報制御装置を介した電流ベクトル情報の授受で並列給電システムを構成できるため、車両搭載機器の艤装線の削減にも寄与する補助電源装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
複数の補助電源装置を並列運転するに当たり、システムの信頼性向上のために、相手側の補助電源装置のＡＣフィルタ出力電流平均値ベクトルと、自身のＡＣフィルタ出力電流ベクトルの差をとり、差分ベクトルの大きさに応じてインバータ出力電圧を抑制し、差分ベクトルの無効分で電圧指令の位相を補正する機能を付加する。また、各出力電流ベクトルの装置間信号授受は情報制御装置を介して伝送情報処理することで、車両搭載機器の艤装線軽減できる。
【実施例１】
【０００９】
図１は２台の電源装置において本発明を適用した事例のブロック図である。図２に対して電流制限信号発生部102、差分信号演算部100、並列運転調整部101、位相速度補正部104、位相速度補正ゲイン103、電圧抑制補正部105をそれぞれの制御装置に付加している。そして、並列化する相手装置のＡＣフィルタ出力電流ベクトル181をお互いが取り込む構成である。
【００１０】
以下、付加した各ブロックの動作を簡単に説明する。補助電源装置1,2の出力電圧位相が異なる場合、負荷19に流れる電流とは別に装置間に横流が流れる。ＡＣフィルタ出力電流に横流が加算されるため、検出する電流量が（インバータ出力電流ベクトル171もＡＣフィルタ出力電流ベクトル181も）増加する。電流制限信号発生部102は電流過大でインバータを保護停止させないために、通常の最大負荷電流を超えるレベルで電流の増加を抑制する電圧制限信号を発生し、電圧抑制補正部105で従来の電圧ベクトル指令に加算する。同時にベクトル差分演算部100でそれぞれのＡＣフィルタ出力電流ベクトル181の差分（すなわち横流ベクトル）を検知し、横流ベクトルの増加を抑制する電圧制限信号を並列運転調整部101が生成し、電圧抑制補正部105で電圧指令ベクトルに加算、かつ、横流ベクトルの無効分を位相速度信号に位相速度補正ゲイン103を通して位相速度補正部104で加算する。位相速度の補正は横流ベクトルの極性が位相の進め／遅れに、ベクトルの大きさが補正量に対応し、横流を減少させるようにそれぞれの装置で独立して同位相になるように動作する。
【実施例２】
【００１１】
図１は補助電源装置２台の例であるが、３台以上の並列運転も可能である。２台目補助電源装置の入力信号である１台目補助電源装置のＡＣフィルタ出力電流ベクトル181-1、および１台目補助電源装置の入力信号である２台目補助電源装置のＡＣフィルタ出力電流ベクトル181-2をそれぞれ図４のＡＣフィルタ出力電流平均値ベクトル181-AVGに置き換えることで、任意の台数の並列運転が可能である。ただし、２台並列と３台以上の並列給電の場合の位相速度補正ゲイン103の値は同一にならないのが一般的である。
【００１２】
図３は任意の台数の補助電源装置を情報制御装置を介して並列化する事例のブロック図である。装置内部は図２のブロック図と同一であるため、装置間入出力信号以外の内部は省略した。また、各装置で共通のブロックについては代表で番号を付している。
各装置のＡＣフィルタ出力電流ベクトル181-1〜ｎは伝送データ送受信バッファ210に格納された後、個別伝送ライン203で伝送制御端末装置202を経由して車両間を渡る幹線伝送ラインを通って伝送制御中央装置200に到達する。伝送制御中央装置200は集めたＡＣフィルタ出力電流ベクトル181-1〜ｎの平均値ベクトル181-AVGを演算し、各機器宛てに送信する。この平均値ベクトル181-AVGは幹線伝送ラインから伝送制御端末装置202、個別伝送ライン203を経由して各装置の伝送データ送受信バッファ210に到達する。各機器では平均値ベクトル181-AVGと自身のＡＣフィルタ出力電流ベクトル181との差分を前記ベクトル差分演算部100で演算し、差分ベクトルは前記並列運転調整部101を経て、電圧抑制補正部105で電圧指令ベクトルに加算して電流の増加を抑制すると同時に、差分ベクトルの無効分を位相速度信号に前記位相速度補正ゲイン103を経て前記位相速度補正部104で加算する。
【００１３】
情報制御装置を介して並列給電に必要なＡＣフィルタ出力電流ベクトルや平均値ベクトル情報を授受した場合、情報の伝達に数ミリ秒から数十ミリ秒の遅れが生じる。この間の位相補正の遅れに対しては、インバータ出力電流ベクトルに応じた前記電流制限信号発生部102、電圧抑制補正部105の経路による電流制限機能が有効に作用して、インバータを保護停止させずに運転を持続させることができる。一旦、位相が一致した後の位相変動については、位相速度発生部13の特性で保証されるため、位相補正の応答速度は比較的低速でよく、通常運転中に出力周波数を変動させない値に位相速度補正ゲイン103の値は設定される。
【産業上の利用可能性】
【００１４】
本発明は鉄道車両用の補助電源制御装置に関するものであり、かつ、複数台の並列給電を行なうにあたり、全システム停止故障の可能性を除去し、伝送制御装置を介することで、車両搭載機器の艤装線の削減にも寄与する補助電源装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】２台並列時の本発明ベクトル制御補助電源装置のブロック図
【図２】単機のベクトル制御補助電源装置のブロック図
【図３】伝送ラインを介して並列化した本発明ベクトル制御補助電源装置のブロック図
【図４】負荷電流平均値ベクトル演算方法
【符号の説明】
【００１６】
1              １台目補助電源装置
2              ２台目補助電源装置
11              インバータ部
12              ＡＣフィルタ部
13              位相速度発生部
14              電圧ベクトル補正部
15              座標変換および２相／３相変換部
16              ＰＷＭ変調部
17              インバータ出力電流検知および３相／２相変換および回転座標変換部
18              ＡＣフィルタ出力電流検知および３相／２相変換および回転座標変換部
19              負荷
100              ベクトル差分演算部
101              並列運転調整部
102              電流制限信号発生部
103              位相速度補正ゲイン
104              位相速度補正部
105              電圧抑制補正部
121              並列接続した電源装置の出力ライン
171              インバータ出力電流ベクトル
181              ＡＣフィルタ出力電流ベクトル
181-1              １台目補助電源装置のＡＣフィルタ出力電流ベクトル
181-2              ２台目補助電源装置のＡＣフィルタ出力電流ベクトル
181-3              ３台目補助電源装置のＡＣフィルタ出力電流ベクトル
181-n              ｎ台目補助電源装置のＡＣフィルタ出力電流ベクトル
181-AVG              負荷電流平均値ベクトル
200              伝送制御中央装置
201              幹線伝送ライン
202              伝送制御端末装置
203              個別伝送ライン
210              伝送データ送受信バッファ部
【図１】
2005130599.tif 000003
【図２】
2005130599.tif 000004
【図３】
2005130599.tif 000005
【図４】
2005130599.tif 000006