(57)【要約】【課題】本発明は、各主変換装置毎の補償のアンバランスを低減できる電気車制御装置を提供することを目的とする。【解決手段】コンバータと、このコンバータの直流側に接続されたＶＶＶＦインバータと、前記コンバータの交流側の電流を検出する電流検出手段と、前記フィルタコンデンサ電圧が所定値となるように演算された電流指令値と、前記電流検出手段により検出された電流値が一致するように、コンバータ出力電圧を制御する電圧制御手段とから成る複数の主変換装置と、前記架線の電圧を検出する電圧検出手段と、この電圧検出手段により検出された架線電圧に基づき無効電流の指令を演算する無効電流指令演算手段と、この無効電流指令演算手段により演算された唯一の無効電流指令から前記電流指令を補正することを特徴とする電気車制御装置【選択図】図１
2005073345.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
架線に主変圧器を介して接続されたコンバータと、
このコンバータの直流側にフィルタコンデンサを介して接続され主電動機を駆動するＶＶＶＦインバータと、
前記コンバータの交流側の電流を検出する電流検出手段と、
前記フィルタコンデンサ電圧が所定値となるように演算された電流指令値と、前記電流検出手段により検出された電流値が一致するように、コンバータ出力電圧を制御する電圧制御手段とから成る複数の主変換装置と、
前記架線の電圧を検出する電圧検出手段と、
この電圧検出手段により検出された架線電圧に基づき無効電流の指令を演算する無効電流指令演算手段と、
この無効電流指令演算手段により演算された無効電流指令を前記各主変換装置の電流指令に加算することで前記電流指令を補正する手段とを備えたことを特徴とする電気車制御装置。
【請求項２】
架線に主変圧器を介して接続されたコンバータと、
当該コンバータの直流側にフィルタコンデンサを介して接続され主電動機を駆動するＶＶＶＦインバータと、
前記コンバータの交流側の電流を検出する電流検出手段と、
前記フィルタコンデンサ電圧が所定値となるように演算された電流指令値と、前記電流検出手段により検出された電流値が一致するように、コンバータ出力電圧を制御する電圧制御手段とから成る複数の主変換装置と、
前記架線の電圧を検出する電圧検出手段と、
前記各主変換装置には、検出された架線電圧に基づき無効電流の指令を演算する無効電流指令演算手段と、
当該演算された無効電流指令を前記各主変換装置の電流指令に加算することで前記電流指令を補正する手段とを備えたことを特徴とする電気車制御装置。
【請求項３】
請求項１および請求項２記載の電気車制御装置において、
前記架線電圧の検出手段は、
前記主変換装置に設けられ架線電圧を検出する電圧検出手段と、
当該各主変換装置において検出された架線電圧に基づき平均値を算出する平均架線電圧演算手段とから構成されたことを特徴とする電気車制御装置。
【請求項４】
架線に主変圧器を介して接続された第１のコンバータと、
当該第１のコンバータの直流側にフィルタコンデンサを介して接続され主電動機を駆動するＶＶＶＦインバータと、
前記第１のコンバータの交流側の電流を検出する電流検出手段と、
前記フィルタコンデンサ電圧が所定値となるように演算された電流指令値と、前記電流検出手段により検出された電流値が一致するように、前記第１のコンバータ出力電圧を制御する電圧制御手段とから成る複数の主変換装置と、
前記架線に主変圧器を介して接続される第２のコンバータと第２のコンバータの直流側に接続されエネルギーを蓄積できるエネルギー蓄積手段と、
前記第２のコンバータの交流側の電流を検出する電流検出手段と、
当該電流値が所定の電流指令値に一致するように第２のコンバータの出力電圧を制御する電流制御手段とから成るエネルギー蓄積変換装置と、
前記架線電圧を検出する電圧検出手段と、
当該電圧検出手段により検出された架線電圧に基づき無効電流の指令を演算する無効電流指令演算手段と、
当該無効電流指令を前記エネルギー蓄積変換装置の電流指令とする手段とを備えたことを特徴とする電気車制御装置。
【請求項５】
架線に主変圧器を介して接続されたコンバータと、
当該コンバータの直流側にフィルタコンデンサを介して接続され主電動機を駆動するＶＶＶＦインバータと、
前記コンバータの交流側の電流を検出する電流検出手段と、
前記フィルタコンデンサ電圧が所定値となるように演算された電流指令値と、前記電流検出手段により検出された電流値が一致するように、コンバータ出力電圧を制御する電圧制御手段と、
前記架線の電圧を検出する電圧検出手段と、
当該検出された架線電圧に基づき無効電流の指令を演算する無効電流指令演算手段と、
当該無効電流指令値に基づき前記電流指令値を補正する手段とから成る主変換装置とを有し、
前記無効電流指令演算手段において、入出力利得の低周波数域のゲインが有限であることを特徴とする電気車制御装置。
【請求項６】
架線に主変圧器を介して接続されたコンバータと、
当該コンバータの直流側にフィルタコンデンサを介して接続され主電動機を駆動するＶＶＶＦインバータと、
前記コンバータの交流側の電流を検出する電流検出手段と、
前記フィルタコンデンサ電圧が所定値となるように演算された電流指令値と、前記電流検出手段により検出された電流値が一致するように、コンバータ出力電圧を制御する電圧制御手段と、
前記架線の電圧を検出する電圧検出手段と、
当該検出された架線電圧に基づき無効電流の指令を演算する無効電流指令演算手段と、
当該無効電流指令値に基づき前記電流指令値を補正する手段とから成る主変換装置と、
前記架線電圧を検出する電圧検出器のオフセットが零となるように調整する手段とを備えたことを特徴とする電気車制御装置。
【請求項７】
前記請求項３に記載の電気車制御装置において、
各主変換装置は検出された架線電圧に基づき実効値を演算する手段を有し、
前記平均架線電圧演算手段は、前記各主変換装置において演算された前記実効値に基づき平均架線電圧を演算する手段であることを特徴とする電気車制御装置。
【請求項８】
電気車に搭載され、交流電力を直流電力に変換する複数のコンバータと、
前記複数のコンバータを制御する複数のコンバータ制御部と、
前記コンバータの有効電流から無効電流の指令を演算する無効電流指令演算手段とを有し、
前記無効電流指令演算手段は、複数のコンバータ制御部に同一の無効電流指令を出力することを特徴とする電気車制御装置。
【請求項９】
電気車に搭載され、交流電力を直流電力に変換する複数のコンバータと、
前記複数のコンバータを制御する複数のコンバータ制御部と、
架線の電圧を検出する電圧検出手段と、
この電圧検出手段により検出された架線電圧に基づき無効電流の指令を演算する無効電流指令演算手段とを有し、
前記無効電流指令演算手段は、複数のコンバータ制御部に同一の無効電流指令を出力することを特徴とする電気車制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気車制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
架線からの単相交流を受電し、主電動機を駆動するためのコンバータおよびインバータをなどの主変換装置備えた交流電車において、架線電圧が上昇すると、コンバータの出力電圧が飽和し、架線電流の歪みが増加したり、架線過電圧による保護動作により運転停止する場合がある。また、逆に、架線電圧が低下した場合には、コンバータはインバータに同一電力を供給するため有効電流を増加させるが、これがコンバータの電流容量を越えた場合には、電流制限がかかり、主電動機のトルクが低減される。このため、加減速度が所定値より低下し、運行ダイヤを乱す恐れがある。
【０００３】
この問題に対処するために、架線電圧の変動が抑制される方向に、無効電力や力率を調整することが特許文献１に開示されている。
【０００４】
しかしながら、交流電車の一編成中に、複数台の主変換装置を備える場合、  それぞれの主変換装置がそれぞれに応じた検出した架線電圧や主電動機の電力に応じて無効電流や力率を制御すると、検出系の差異や制御方法の差異により、無効電流の補正量がアンバランスする場合がある。  近年の交流電車では、主変換装置にＰＷＭコンバータが用いられるが、このＰＷＭ制御のため架線電圧にＰＷＭリプルが重畳する。このため正確にその基本波電圧を抽出するのは困難であり、電圧検出系としての誤差は大きい。また、架線電圧は定格２０ｋＶ〜２５ｋＶと高電圧であり絶縁の困難性から検出機器のコスト・サイズ・重量が大きくなる。一方、主変圧器を介して、低圧化された電圧は概ね架線電圧を反映しており、架線電圧に等価な信号として用いられる場合が多い。しかしながら、この主変圧器の巻線は、編成内の制御電源や蛍光灯・空調機器・ファン・ブロアなどの負荷電源のための巻線と共有される場合があり、負荷に応じて、検出点電圧は変動する。よって、主変換装置毎に検出された架線電圧は、かならずしも、同一の値を示さない。
【０００５】
上記の無効電流のアンバランスとは、ある主変換装置では大きな無効電流を流がしているのに対し、ある主変換装置では小さい無効電流を流す、あるいは、逆向きの無効電流を流す場合も考えられる。このように特定の主変換装置で大きな無効電流を流した場合、上述のように電流制限にかかり、トルクが制限される。
【０００６】
また、交流電車の架線に流れる電流（厳密にはレールに流れる電流で帰線電流と呼ばれる）の高周波成分は、信号機器への信号として用いられており、主変換装置から流れる帰線電流高調波には規定値が設けられている。前述のＰＷＭ制御方式のコンバータでは、キャリア周波数成分の高調波が多く生じ、前記規定に影響を及ぼす。よって、同成分を打ち消すため、編成内にある主変換装置のコンバータのキャリア位相差を、故意にずらす位相差運転を実施して効果を得ている。  この位相差運転は、すべてのコンバータが同一の電流を流すことが理想的であり、主変換装置に電流アンバランスがあると、高調波の相殺効果は低減する。  すなわち、前記の無効電流のアンバランスによって、厳密な位相差運転ができず、帰線高調波が増加し、各種の信号機器に影響を与える恐れがある。
【特許文献１】特開平０８−０８４４０３号公報
【特許文献２】特開２００３−１９９３５４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
そこで、本発明は、各主変換装置毎の補償のアンバランスを低減できる電気車制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的は、架線に主変圧器を介して接続されたコンバータと、このコンバータの直流側にフィルタコンデンサを介して接続され主電動機を駆動するＶＶＶＦインバータと、前記コンバータの交流側の電流を検出する電流検出手段と、前記フィルタコンデンサ電圧が所定値となるように演算された電流指令値と、前記電流検出手段により検出された電流値が一致するように、コンバータ出力電圧を制御する電圧制御手段とから成る複数の主変換装置と、前記架線の電圧を検出する電圧検出手段と、この電圧検出手段により検出された架線電圧に基づき無効電流の指令を演算する無効電流指令演算手段と、この無効電流指令演算手段により演算された唯一の無効電流指令を前記各主変換装置の電流指令に加算することで前記電流指令を補正する手段とを備えることにより達成できる。
【０００９】
上記目的は、架線に主変圧器を介して接続されたコンバータと、当該コンバータの直流側にフィルタコンデンサを介して接続され主電動機を駆動するＶＶＶＦインバータと、前記コンバータの交流側の電流を検出する電流検出手段と、前記フィルタコンデンサ電圧が所定値となるように演算された電流指令値と、前記電流検出手段により検出された電流値が一致するように、コンバータ出力電圧を制御する電圧制御手段とから成る複数の主変換装置と、前記架線の電圧を検出する電圧検出手段と、前記各主変換装置には、検出された唯一の架線電圧に基づき無効電流の指令を演算する無効電流指令演算手段と、当該演算された無効電流指令を前記各主変換装置の電流指令に加算することで前記電流指令を補正する手段とを備えることにより達成できる。
【００１０】
上記目的は、架線に主変圧器を介して接続された第１のコンバータと、当該第１のコンバータの直流側にフィルタコンデンサを介して接続され主電動機を駆動するＶＶＶＦインバータと、前記第１のコンバータの交流側の電流を検出する電流検出手段と、前記フィルタコンデンサ電圧が所定値となるように演算された電流指令値と、前記電流検出手段により検出された電流値が一致するように、前記第１のコンバータ出力電圧を制御する電圧制御手段とから成る複数の主変換装置と、前記架線に主変圧器を介して接続される第２のコンバータと第２のコンバータの直流側に接続されエネルギーを蓄積できるエネルギー蓄積手段と、前記第２のコンバータの交流側の電流を検出する電流検出手段と、当該電流値が所定の電流指令値に一致するように第２のコンバータの出力電圧を制御する電流制御手段とから成るエネルギー蓄積変換装置と、前記架線電圧を検出する電圧検出手段と、当該電圧検出手段により検出された架線電圧に基づき無効電流の指令を演算する無効電流指令演算手段と、当該無効電流指令を前記エネルギー蓄積変換装置の電流指令とする手段とを備えることにより達成できる。
【００１１】
上記目的は、架線に主変圧器を介して接続されたコンバータと、当該コンバータの直流側にフィルタコンデンサを介して接続され主電動機を駆動するＶＶＶＦインバータと、前記コンバータの交流側の電流を検出する電流検出手段と、前記フィルタコンデンサ電圧が所定値となるように演算された電流指令値と、前記電流検出手段により検出された電流値が一致するように、コンバータ出力電圧を制御する電圧制御手段と、前記架線の電圧を検出する電圧検出手段と、当該検出された架線電圧に基づき無効電流の指令を演算する無効電流指令演算手段と、当該無効電流指令値に基づき前記電流指令値を補正する手段とから成る主変換装置とを有し、前記無効電流指令演算手段において、入出力利得の低周波数域のゲインが有限であることにより達成できる。
【００１２】
上記目的は、架線に主変圧器を介して接続されたコンバータと、当該コンバータの直流側にフィルタコンデンサを介して接続され主電動機を駆動するＶＶＶＦインバータと、前記コンバータの交流側の電流を検出する電流検出手段と、前記フィルタコンデンサ電圧が所定値となるように演算された電流指令値と、前記電流検出手段により検出された電流値が一致するように、コンバータ出力電圧を制御する電圧制御手段と、前記架線の電圧を検出する電圧検出手段と、当該検出された架線電圧に基づき無効電流の指令を演算する無効電流指令演算手段と、当該無効電流指令値に基づき前記電流指令値を補正する手段とから成る主変換装置を備えた電気車制御装置において、前記架線電圧を検出する電圧検出器のオフセットが零となるように調整する手段とを備えることにより達成できる。
【００１３】
上記目的は、電気車に搭載され、交流電力を直流電力に変換する複数のコンバータと、前記複数のコンバータを制御する複数のコンバータ制御部と、前記コンバータの有効電流から無効電流の指令を演算する無効電流指令演算手段とを有し、前記無効電流指令演算手段は、複数のコンバータ制御部に同一の無効電流指令を出力することにより達成できる。
【００１４】
上記目的は、電気車に搭載され、交流電力を直流電力に変換する複数のコンバータと、前記複数のコンバータを制御する複数のコンバータ制御部と、架線の電圧を検出する電圧検出手段と、この電圧検出手段により検出された架線電圧に基づき無効電流の指令を演算する無効電流指令演算手段とを有し、前記無効電流指令演算手段は、複数のコンバータ制御部に同一の無効電流指令を出力することにより達成できる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明により、各主変換装置毎の補償のアンバランスを低減できる電気車制御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】
【００１６】
（第１の実施の形態）
本発明に基づく第１の実施の形態の電気車制御装置について、図を参照し詳細に説明する。図１は、本発明に基づく第１の実施の形態の電気車制御装置の概略構成を示すブロック図である。図２は、本発明に基づく第１の実施の形態の電気車制御装置におけるコンバータ制御部の構成図である。
【００１７】
本発明に基づく第１の実施の形態の電気車制御装置において、架線１とレール３には、単相交流が変電所（図示しない）より給電されている。架線１よりパンタグラフ２で集電し、３つの巻線を有した主変圧器５を介して、コンバータ１１が接続される。コンバータ１１の直流側には、平滑のためのフィルタコンデンサ１２と主電動機１５を駆動するＶＶＶＦインバータ１４が接続される。コンバータ制御部１６は、電圧検出器１３によって検出されるフィルタコンデンサ電圧Ｖｄｃ1が所定値となるように、電流検出器９によって検出された交流側電流や主変圧器の第３巻線８に備えられた電圧検出器の出力,架線電圧制御部１７により算出された無効電流振幅指令ＩＱＡ*に基づき、コンバータ１１を制御するものである。
【００１８】
このように構成された第１の実施形態の電気車制御装置におけるコンバータ制御の詳細を図２に示す。コンバータ制御部１６への入力は、コンバータの交流側電流である出力電流Ｉｓと、フィルタコンデンサ電圧Ｖｄｃと、主変圧器５の第３巻線の電圧である３次電圧Ｖｓ、無効電流振幅指令ＩＱＡ*である。３次電圧は、架線電圧の代替として用いられるものであり、主変圧器５の第１巻線電圧である１次電圧を検出したものであってもかまわない。
【００１９】
このように構成されたコンバータ制御部１６において、ゼロクロス検知部２７では、架線電圧に相当する３次電圧Ｖｓに基づきにそのゼロクロスを検知する。位相同期制御部２８は、架線電圧のゼロクロス点より、制御上の架線電圧位相θｓを算出する。ここに位相θｓのゼロ点は、架線電圧のゼロクロス点であると定義する。電圧制御部１９には、減算器１８の出力であるフィルタコンデンサ電圧Ｖｄｃとその目標値である直流電圧指令Ｖｄｃ*との偏差が入力され、その偏差が零となるように前記の架線電圧位相θｓに基づき、コンバータの有効電流指令値ＩＰ*を演算する。また、無効電流指令演算部２５には、架線電圧位相θｓと外部入力で別途記述する無効電流振幅指令ＩＱＡ*が入力され、無効電流指令値ＩＱ*を演算出力する。加算器２０に起いて、前記有効電流指令ＩＰ*と無効電流指令ＩＱ*とを加算して、コンバータ出力電流指令Ｉｓ*を算出する。これらの関係は、数１のようになる。同式において、前記電圧制御部１９にはＰＩ制御器を用いた場合である。右辺第１項が有効電流指令、第２項が無効電流指令である。
【数１】
2005073345.tif 000003
【００２０】
電流制御部２２では、数１で演算された出力電流指令値Ｉｓ*に、検出された出力電流が一致するように、数２のように出力電圧補正量Ｖｃcmpを算出する。
【数２】
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【００２１】
また、架線電圧のフィードフォワード項ＶｓＦＦを電源電圧ＦＦ演算部２６にて数３のように算出する。ここにＶｓ*は、架線定格電圧のコンバータ交流側への換算値である。
【数３】
2005073345.tif 000005
【００２２】
加算器２３において、架線電圧フィードフォワード項ＶｓＦＦと出力電圧補正量Ｖｃｃｍｐとを加算することで、コンバータの出力電圧指令値Ｖｃ*が算出できる。ＰＷＭ制御２４は、コンバータの出力電圧指令値Ｖｃ*に一致した出力電圧が得られるように、コンバータ１１へのゲートを三角波比較ＰＷＭ制御等により生成する。
【００２３】
尚図１では、二つの主変換装置を記載しているが、交流電車の一編成中には、複数の主変換装置が備わる場合があるため、特に２つに限定するものではない。また、パンタグラフは共通としてあるが、別個な構成であってもかまわない。
【００２４】
電圧検出器１０で検出された主変圧器５の第３巻線の電圧Ｖｓ1は、実効値演算部39によって、その実効値Ｖｓ1Ｒｍｓを演算出力する。架線電圧制御部１７では、３次電圧実効値Ｖｓ1Rmsに応じて、例えば、数４のように、無効電流の振幅指令ＩＱＡ*を算出する。ここに、Ｖｓ３Rｍｓ*は、架線定格電圧実効値の３次電圧換算値である。
【数４】
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【００２５】
架線電圧制御部１７の出力である無効電流振幅指令ＩＱＡ*は、二つの主変換装置のコンバータ制御部１６に共通に入力される。
【００２６】
このように構成された電気車制御装置において、それぞれの主変換装置では、それぞれのフィルタコンデンサ電圧Ｖｄｃがその目標電圧Ｖｄｃ*と一致するように、コンバータ出力電流のうち、それぞれの有効電流を制御する。一方、架線電圧の変動を抑制するように、架線電圧制御部１７により、無効電流指令が演算され、各主変換装置に共通の指令値が与えられる。
【００２７】
よって、唯一の架線電圧を制御するため、唯一の架線電圧制御部が存在し、唯一の無効電流指令を演算する。各主変換装置は、唯一の無効電流指令に一致する電流が流れるように作用するため、主変換装置間で無効電流がアンバランスする状態を極力回避することができる。
【００２８】
これにより、コンバータ電流制限による主電動機のトルク低下や帰線電流高調波の増大を回避することを可能になる。また、従来のように、各主変換装置内に架線電圧制御部を有する構成の場合、数４のゲインＫｐが高い場合、主変換装置間で無効電流制御が干渉し、不安定化を引き起こす恐れもある。本実施の形態では、編成で架線電圧制御部は唯一であるため、制御干渉を引き起こすことなく、安定な架線電圧を維持できる。
【００２９】
なお、本実施の形態では、主変換装置で用いる架線電圧と、架線電圧の安定化制御のために用いる架線電圧を同一点から検出した構成であるが、別な検出点を別な検出器で検出しても問題ない。
【００３０】
このように構成された電気車制御装置は、各主変換装置毎の補償のアンバランスを低減できる。
【００３１】
（第２の実施の形態）
本発明に基づく第２の実施の形態の電気車制御装置について、図を参照し詳細に説明する。図３は、本発明に基づく第２の実施の形態の電気車制御装置の概略構成を示すブロック図である。尚、図１及び図２に記載したものと構造上同一のものについては同符号を付して説明を省略する。尚、本発明に基づく第２の実施の形態の電気車制御装置は、第１の実施の形態の電気車制御装置とは、架線電圧制御部の構成位置が異なる。
【００３２】
本発明に基づく第２の実施の形態の電気車制御装置において、架線電圧制御部１７は、各コンバータ制御部１６にそれぞれ設けられている。すなわち、コンバータ制御部１６を構成する一要素と考えている（特に図示しない）。
【００３３】
このように構成された電気車制御装置は、一つの主変圧器６の第３巻線８の３次電圧Ｖｓ1を検出し、実効値演算部３９において、架線電圧実効値を演算している。この唯一の架線電圧実効値を、各架線電圧制御部１７へと入力している。ここで、架線電圧制御部１７の制御方法は、定常特性、過渡特性を含め、全く同一の特性となるようにする。
【００３４】
以上の構成では、検出演算された架線電圧実効値は唯一のものであり、各主変換装置に備わる架線電圧制御部１７の特性は等しいことから、各主変換装置の無効電流指令は同一となる。よって、第１の実施の形態の電気車制御装置と同様な作用効果を得ることができる。
【００３５】
このように構成された電気車制御装置は、第１の実施の形態の電気車制御装置と比べ，架線電圧制御部１７が分散配置された点に特徴がある。すなわち、第１の実施の形態の電気車制御装置では、架線電圧制御部１７は、主電動機を駆動するための前記主変換装置、あるいは、その上位指令として編成としての情報制御を司る車両情報制御装置の一部として構成されるにしても、車両で唯一の制御部となる。よって、その機器が故障等により動作停止した場合、編成としての架線電圧の安定化の機能を喪失する。一方、第２の実施の形態の電気車制御装置では、架線電圧制御部１７を各主変換装置に分散配置していることで、特定機器への依存性が低減され、システムの信頼性を向上させることができる。
【００３６】
このように構成された電気車制御装置は、各主変換装置毎の補償のアンバランスを低減できる。
【００３７】
（第３の実施の形態）
本発明に基づく第３の実施の形態の電気車制御装置について、図を参照し詳細に説明する。 図４は、本発明に基づく第３の実施の形態の概略構成を示すブロック図である。尚、図１乃至図３に記載したものと構造上同一のものについては同符号を付して説明を省略する。本発明に基づく第３の実施の形態の電気車制御装置は、第２の実施の形態の電気車制御装置とは、架線電圧制御部への入力が異なる。
【００３８】
本発明に基づく第２の実施の形態の電気車制御装置では、各主変換装置に備わる架線電圧制御部１７への入力電圧は、唯一の電圧検出器によって検出された架線電圧に基づくものであった。一方、本発明に基づく第３の実施の形態の電気車制御装置では、二つの電圧検出器１０によって検出された架線電圧をそれぞれの主変換装置に備わる実効値演算部３９によって架線電圧実効値を演算し、その二つの架線電圧実効値を平均電圧演算部２９に入力している。平均電圧演算部２９では、二つの架線電圧実効値に基づき平均値を求め、それぞれの架線電圧制御部１７へと出力している。
【００３９】
このように構成された電気車制御装置は、複数の架線電圧検出値より平均電圧を求め、その唯一の電圧値に基づき各架線電圧制御部１７は無効電流指令値を演算する。よって、第２の実施の形態の電気車制御装置と同様な作用効果を得る。更に、第２の実施の形態の電気車制御装置では、特定の電圧検出器の出力を用いるため、それが故障等により動作停止した場合、編成としての架線電圧の安定化の機能を喪失する。一方、本実施の形態の電気車制御装置では、複数の電圧検出器１０から得られた情報に基づくため、ある一つの電圧検出器１０が異常でありその誤差が大きくとも平均電圧への影響は小さい。また、異常の見られる電圧検出器１０を切り離しても、架線電圧制御への影響はない。すなわち、システムの信頼性が向上できる。
【００４０】
このように構成された電気車制御装置において、平均電圧演算部２９には、各主変換装置に備わる実効値演算部３９で演算された架線電圧実効値が入力される。この平均電圧演算部２９が、主変換装置外に置かれるとすれば、主変換装置との間でしかるべき伝送手段で情報を伝送する必要がある。しかしながら、架線電圧が５０Ｈｚあるいは６０Ｈｚの交流であるのに対し、伝送処理間隔は数ｍｓというオーダーである。また、架線電圧周波数と同期がとれているとも限らない。よって、データのサンプリングにより、直流を含む低周波誤差が伝送される架線電圧情報として重畳する可能性が高い。しかし、本実施の形態の電気車制御装置によれば、主変換装置内にて実効値演算まで行い、これを伝送するため、低周波成分が重畳する要因を排除することができる。これにより、無効電流補償量に低周波の擾乱を引き起こすことなく、安定した補償を可能にすることができる。
【００４１】
このように構成された電気車制御装置は、各主変換装置毎の補償のアンバランスを低減できる。
【００４２】
（第４の実施の形態）
本発明に基づく第４の実施の形態の電気車制御装置について、図を参照し詳細に説明する。 図５は、本発明に基づく第４の実施の形態の概略構成を示すブロック図である。尚、図１乃至図４に記載したものと構造上同一のものについては、同符号を付して説明を省略する。
【００４３】
本発明に基づく第４の実施の形態の電気車制御装置は、第１の実施の形態の電気車制御装置とは、エネルギー蓄積変換部３４があること、架線電圧制御部１７の出力が主変換装置のコンバータ制御部に作用するのでなく、エネルギー蓄積変換部３４の第２コンバータ制御部３７へと作用する点で異なる。
【００４４】
本発明に基づく第４の実施の形態の電気車制御装置において、主変換装置は、図１に示した第１の実施の形態の電気車制御装置における主変換装置と同様な構成と作用をもつ。ただし、架線電圧制御部１７の出力である無効電流振幅指令ＩＱＡ*は、図２に示すコンバータ制御部１６へと作用していない。
【００４５】
本発明に基づく第４の実施の形態の電気車制御装置は、エネルギー蓄積変換部３４が備える事を特徴の１つとしている。エネルギー蓄積変換部３４は、第２コンバータ３６、エネルギー蓄積部３５、第２コンバータ制御部３７から成る。第２コンバータ３６は、コンバータ１１と同構成であり、単相で４象限動作が可能なフルブリッジコンバータである。第２コンバータ３６の直流側には、エネルギーを蓄積可能なエネルギー蓄積部３５が接続される。エネルギー蓄積部３５としては、電気２重層コンデンサやバッテリ、あるいは通常のコンデンサであってもよい。
【００４６】
図６は、第２コンバータ３６のゲートＧａｔｅ３を制御する第２コンバータ制御部３７の詳細ブロックである。図２で示したコンバータ制御部１６の構成と同一である。ただし、電流指令Ｉｓ３*は、無効電流指令ＩＱ３*であり、有効電流指令は加算されていない。
【００４７】
このように構成された電気車制御装置において、第２コンバータの制御部３７は、コンバータ制御部１６と等価であることから、電流指令Ｉｓ３*に一致した電流Ｉｓ３を流すことができる。ここで、架線電圧制御部１７によって演算された無効電流指令が第２コンバータ制御部３７の指令値であるため、エネルギー蓄積変換部３４によって、架線電圧の変動を抑制することが可能である。
【００４８】
また、本実施の形態によれば、２組の主変換装置は、いずれも、無効電流制御を行わず、唯一の別途設けられたエネルギ−蓄積変換装置がその機能をはたす。よって、請求項１と同様、主変換装置内の無効電流アンバランスという状況は生じない。更に、仮に主変換装置の無効電流が各装置間でバランスした状況にあっても、無効電流を流すこと自体で、コンバータの出力電流を増加させる。これは、前述のとおり、コンバータの電流制限による主電動機のトルク低減を引き起こす要因である。本実施の形態では、付属的なエネルギー蓄積変換装置に無効電流を流すため、トルク低減などを引き起こす可能性を排除できる。
【００４９】
なお、エネルギー蓄積変換装置のエネルギー蓄積部には前述のように電気２重層キャパシタやバッテリーを用い、有効電力の蓄積が可能であるようにする利用法が既に技術としてある（特許文献２）。ここに本実施の形態の機能を共有させることも可能である。
【００５０】
また、本実施の形態のように無効電流だけに限った利用であれば、エネルギー蓄積部として、通常容量のキャパシタで（平均的な有効電力の授受がないため）十分であり、エネルギー蓄積変換部のサイズ・重量・コストを低減することが可能である。
【００５１】
このように構成された電気車制御装置は、各主変換装置毎の補償のアンバランスを低減できる。
【００５２】
（第５の実施の形態）
本発明に基づく第５の実施の形態の電気車制御装置について、図を参照し詳細に説明する。図７は、本発明の請求項５に関する第５の実施の形態として、架線電圧制御部１７の特性に関するものである。尚、図１乃至図６に記載したものと構造上同一のものについては、同符号を付して説明を省略する。
【００５３】
本発明に基づく第５の実施の形態の電気車制御装置の構成は、図１０の従来例と同様であるが、架線電圧制御部１７の入出力特性を限定するものである。
【００５４】
図１０において、架線電圧制御部１７には架線電圧に相当する３次電圧Ｖｓ１の実効値Ｖｓ１Ｒｍｓが入力される。無効電流振幅指令ＩＱＡ1*を出力とする。出力は、入力に基づき数５で演算する。ここに、Ｖｓ３*Ｒｍｓは、架線定格電圧の実効値の３次電圧換算値である。
【数５】
2005073345.tif 000007
【００５５】
数５は、いわゆるＰＩ制御器に対し、ハイパスフィルタ（s/(s+g)）を組み合わせ、低周波成分のゲインを低減したものである。図７は、この伝達特性のうち、ゲイン特性を示している。ハイパスフィルタを組み合わせたため、低周波ゲインが低減し、特に直流成分が有限となったことが特徴である。
【００５６】
従来の構成により、無効電流がアンバランスするのは、主に架線電圧実効値の低周波成分、特に、直流分の誤差分を架線電圧制御部１７で増幅するためである。架線電圧制御部１７の入出力特性が直流分で無限大のゲインをとるＰＩ制御（厳密にはそのI制御）などは、実効値の直流分誤差を、時間とともに拡大していくため、ある主変換装置は、プラス方向に、ある主変換装置はマイナス方向にと、無効電流指令が発散していく。本実施の形態のように、低周波成分が有限である場合、発散していくような現象を回避することができる。
【００５７】
このように構成された電気車制御装置は、各主変換装置毎の補償のアンバランスを低減できる。
【００５８】
（第６の実施の形態）
本発明に基づく第６の実施の形態の電気車制御装置について、図を参照し詳細に説明する。図８は、本発明の請求項６に関する第６の実施の形態として、実効値演算部３９への入力にオフセット調整部３０が存在する。  図９は、オフセット調整部３０の構成例を示すものである。尚、図１乃至図７に記載したものと構造上同一のものについては、同符号を付して説明を省略する。
【００５９】
本発明に基づく第５の実施の形態の電気車制御装置において、主変圧器の３次電圧Ｖｓ１は、切替器３２に入力される。切替器３２は、コンバータ１１への運転指令Ｇｓｔ(Ｇｓｔ=1である場合にコンバータ１１が動作し、Ｇｓｔ=0である場合には動作停止する)を入力とし、Ｇｓｔ=1である場合、３次電圧Ｖｓ１を出力し、Ｇｓｔ=0である場合、フィルタ３１の出力である補償電圧Ｖｓ１ｏｆｆｓｅｔを、出力する。フィルタ３１は、低周波成分だけをとおすローパスフィルタである。減算器３３において，３次電圧Ｖｓ１から補償電圧Ｖｓ１ｏｆｆｓｅｔを減算し、オフセット調整部３０から出力する。
【００６０】
このように構成された電気車制御装置は、コンバータ１１が動作停止(Ｇｓｔ=0)である場合、架線電圧に相当する３次電圧Ｖｓ１がフィルタ３１に入力され、その低周波数成分、すなわち、直流分を抽出する。コンバータ１１が運転状態(Ｇｓｔ=1)になると、切替器３２によって、フィルタ３１への入力は、フィルタ３１の出力となる。すなわち、フィルタ３１の値は保持される。コンバータ１１が運転停止しているときの直流成分Ｖｓ１ｏｆｆｓｅｔを取得し、コンバータが運転中には、このオフセット分を補償電圧として、検出値から減算器３３で補償している。すなわち、電圧検出器１０を含む電圧検出系において重畳する直流分を除去することが可能になる。前述のように、無効電流アンバランスは、検出された直流電圧の低周波分に起因するものである。よって、検出電圧から直流オフセット分を除去することで、無効電流アンバランスを低減することができる。
【００６１】
このように構成された電気車制御装置は、各主変換装置毎の補償のアンバランスを低減できる。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】本発明の第１の実施例を示すブロック図
【図２】コンバータ制御部の構成例
【図３】本発明の第２の実施例を示すブロック図
【図４】本発明の第３の実施例を示すブロック図
【図５】本発明の第４の実施例を示すブロック図
【図６】第２のコンバータ制御部の構成例
【図７】本発明の第５の実施例である架線電圧制御系の入出力ゲインを示す図
【図８】本発明の第６の実施例を示すブロック図
【図９】電圧オフセット調整部のブロック図
【符号の説明】
【００６３】
１…架線
２…パンタグラフ
３…レール
４…車輪
５…主変圧器
６…１次巻線
７…２次巻線
８…３次巻線
９…電流検出器
１０…電圧検出器
１１…単相コンバータ
１２…フィルタコンデンサ
１３…電圧検出器
１４…ＶＶＶＦインバータ
１５…主電動機
１６…コンバータ制御部
１７…架線電圧制御部
１８…減算器
１９…直流電圧制御部
２０…加算器
２１…減算器
２２…電流制御部
２３…加算器
２４…ＰＷＭ制御部
２５…無効電流指令演算部
２６…電源電圧ＦＦ演算部
２７…ゼロクロス検知部
２８…位相同期制御部
２９…平均電圧演算部
３０…オフセット調整部
３１…フィルタ
３２…切替器
３３…減算器
３４…エネルギー蓄積変換部
３５…エネルギー蓄積部
３６…第２コンバータ
３７…第２コンバータ制御部
３８…電流検出器
３９…実効値演算部
【図１】
2005073345.tif 000008
【図２】
2005073345.tif 000009
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2005073345.tif 000013
【図７】
2005073345.tif 000014
【図８】
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【図９】
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