(57)【要約】【課題】直流電源と蓄電装置を直列にした電源による３レベルインバータ装置において、蓄電装置のエネルギーを有効に活用する。【解決手段】一方向に流れる電流を導通または遮断する電流制御素子および電流制御素子に並列に接続して電流制御素子と逆方向に電流を導通させる整流素子を組み合わせた電流制御部を複数個備えて構成されるインバータ装置により、直列に接続された直流電源および蓄電装置によって形成される高圧側電位と低圧側電位と直流電源および蓄電装置の接続点電位の３つの電位を持つ電源から、交流電動機に三相交流電力を供給して駆動するに際し、交流電動機の回転速度と直流電源の電圧値と蓄電装置の蓄電量とに応じて三相交流出力電圧を制限して、直流電源の直流電力から三相交流電力に変換する電力分と蓄電装置の直流電力から三相交流電力に変換する電力分とによりインバータ装置が出力する三相交流電力の電力配分を操作する。【選択図】図１
2017158349.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電源および該直流電源と直列に接続された蓄電装置によって形成される、高圧側の第一の電位と低圧側の第二の電位と前記直流電源および前記蓄電装置の接続点である第三の電位の３つの電位を持つ電源と、
一方向に流れる電流を導通または遮断する電流制御素子および前記電流制御素子に並列に接続して前記電流制御素子と逆方向に電流を導通させる整流素子を組み合わせた電流制御部を複数個備えて構成され、前記電源から得られる直流電力を三相交流電力に変換して出力するインバータ装置と、
前記インバータ装置の三相交流出力電圧を制御する制御装置と
を備え、
前記インバータ装置から出力される前記三相交流電力によって交流電動機を駆動し、
前記制御装置は、前記交流電動機の回転速度と前記直流電源の電圧値と前記蓄電装置の蓄電量とに応じて前記三相交流出力電圧を制限して、前記直流電源の直流電力から三相交流電力に変換する電力分と前記蓄電装置の直流電力から三相交流電力に変換する電力分とにより前記インバータ装置が出力する三相交流電力の電力配分を操作する
ことを特徴とする電力変換装置。
【請求項２】
請求項１に記載の電力変換装置であって、
前記三相交流出力電圧を、前記直流電源から出力可能な三相交流電圧で制限する
ことを特徴とする電力変換装置。
【請求項３】
請求項１に記載の電力変換装置であって、
前記蓄電装置のエネルギーと前記制御装置で設定するエネルギー指令値との差分に基づいて、前記インバータ装置が出力する三相交流電力の前記電力配分を決定する
ことを特徴とする電力変換装置。
【請求項４】
請求項１に記載の電力変換装置であって、
前記制御装置は、前記交流電動機の回転速度と前記直流電源の電圧値と前記蓄電装置の蓄電量とによって決定される前記三相交流出力電圧に応じて、前記インバータ装置が出力する三相交流電力の前記電力配分を決定する
ことを特徴とする電力変換装置。
【請求項５】
請求項１に記載の電力変換装置であって、
前記直流電源の故障時に、前記蓄電装置の直流電力を前記インバータ装置が出力する三相交流電力の前記電力配分とする
ことを特徴とする電力変換装置。
【請求項６】
請求項５に記載の電力変換装置であって、
前記三相交流出力電圧を、前記蓄電装置から出力可能な三相交流電圧で制限する
ことを特徴とする電力変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、直流電源と蓄電装置の少なくとも一方から電力を得て交流電動機を駆動する電力変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、鉄道車両において、蓄電池や電気二重層キャパシタなどのエネルギー蓄積手段で構成することで蓄電装置を活用したり、鉄道車両を構成する機器の効率向上により更なる省エネルギー化を実現する動きが活発となっている。
【０００３】
省エネルギー化を実現する方法の一つに、回生ブレーキ能力の拡大がある。回生ブレーキは、交流電動機の誘起電圧が電力変換装置（インバータ装置）入力側の電源電圧以下である必要がある。そのため、誘起電圧が電源電圧よりも高くなる高速度域では、界磁を弱めることで、誘起電圧が電源電圧以下となるように制御している。したがって、高速度域では回生ブレーキ力が不足し、空気ブレーキによるブレーキ力の補足が行われている。
【０００４】
これに対し、非特許文献１では、直流電源と蓄電装置を直列に接続し、インバータ装置の直流側の電圧を昇圧することで高速度域における加速性能および回生ブレーキ力を向上させる技術が報告されている。
【０００５】
この技術を鉄道車両に適用することで、車両の加減速性能を向上させるとともに、回生ブレーキ力を拡大することで、架線に戻す電力を増加させ、更なる省エネルギー化を実現できる。また、高速度域における空気ブレーキの使用量を抑えることができるため、ブレーキシューの磨耗が減りメンテナンス費を削減する効果も得られる。
【０００６】
また、この構成は、直流電源と蓄電装置を直列にした電源による、３レベルインバータ装置であり、通常、直流電源の電圧と蓄電装置の電圧は異なり、中間電位に対する上位電位との電位差（以下、「ＥｄｃＰ」とする)、および下位電位に対する中間電位との電位差（以下、「ＥｄｃＮ」とする）は異なる。
【０００７】
さらに、蓄電装置で使用できるエネルギーは、車両に搭載した蓄電装置の容量によって制限される。鉄道車両は、線路形状等による速度や運転上の制限がない限り、通常は一回の加速で最高速度まで達し、一回のブレーキで停止する。よって、蓄電装置からの放電時間または充電時間が長くなるため、蓄電装置を有効活用するためには、搭載する蓄電装置の容量を十分大きくする必要がある。
【０００８】
ところで、入力電位が３点で構成される３レベルインバータ装置のＥｄｃＰとＥｄｃＮは、一般的に等しく設定される。実際のインバータ装置は、使用する部品のばらつきや、出力パルスのタイミング、接続された負荷の状態などにより、ＥｄｃＰとＥｄｃＮの値が一致せず、アンバランスを生じることがある。このため、インバータ装置の平滑用キャパシタや、電流制御素子の耐圧破壊を招く可能性がある。
【０００９】
そこで、例えば、特許文献１や特許文献２では、変調波Ｖｃの中心を上下に変化させる（オフセット調整とする）ことで、ＥｄｃＰとＥｄｃＮの出力電力配分、すなわち、２つの電源のうち一方の電源と他方の電源の出力電力の配分を変え、ＥｄｃＰとＥｄｃＮが一致するように制御し、ＥｄｃＰとＥｄｃＮをバランスさせる方法が示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００９−１３１０２４号公報
【特許文献２】特開２０１１−２３９５６４号公報
【非特許文献】
【００１１】
【非特許文献１】嶋田ほか２名  「直流入力側に蓄電素子を直列接続した不均等電圧形３レベルインバータの基礎特性」、ＩＥＥＪａｐａｎ  ＭＤ−１１−１４  ＲＭ−１１−３５、２０１１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
鉄道車両では機器を艤装する制約上、搭載できる蓄電装置の容量に制限があることから、非特許文献１の技術を鉄道車両に適用する場合、少ない蓄電装置の容量で高い効果を得るように、蓄電装置の充放電を制御する必要がある。このため、直流電源と蓄電装置を直列にした電源による３レベルインバータ装置では、直流電源と蓄電装置の電力配分を、蓄電装置の蓄電量に応じて管理することが必要となる。ところが、この課題に対して、非特許文献１には具体的な記述はない。
【００１３】
また、直流電源と蓄電装置の電力配分を管理するために、３レベルインバータ装置の電力配分として、特許文献１や特許文献２に示される方法と同様の方法により、蓄電装置のエネルギーを変調波の中心位置のみで制御しようとすると、変調波振幅が架線電圧入力側キャリア振幅より大きくなる場合に、蓄電装置の入出力電力の管理が十分にできなくなる。そのため、鉄道車両の力行電力量と高速域の回生電力量が釣り合わない場合、蓄電装置のエネルギー（すなわち蓄電量）は、充放電を繰り返すうちに、上限または下限に達する。蓄電装置の蓄電量が、上限に達すると充電が、また下限に達すると放電ができなくなるため、蓄電装置を有効に活用できず、インバータ装置の直流側の電圧を昇圧動作させることができない。これにより、車両の高速度域における加速性能および回生ブレーキ力を向上させることはできず、省エネルギー効果が低下する。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明に係る電力変換装置は、直流電源および該直流電源と直列に接続された蓄電装置によって形成される、高圧側の第一の電位と低圧側の第二の電位と直流電源および蓄電装置の接続点である第三の電位の３つの電位を持つ電源と、一方向に流れる電流を導通または遮断する電流制御素子および電流制御素子に並列に接続して電流制御素子と逆方向に電流を導通させる整流素子を組み合わせた電流制御部を複数個備えて構成され、前記電源から得られる直流電力を三相交流電力に変換して出力するインバータ装置と、インバータ装置の三相交流出力電圧を制御する制御装置とを備え、インバータ装置から出力される三相交流電力によって交流電動機を駆動し、制御装置は、交流電動機の回転速度と直流電源の電圧値と蓄電装置の蓄電量とに応じて三相交流出力電圧を制限して、直流電源の直流電力から三相交流電力に変換する電力分と蓄電装置の直流電力から三相交流電力に変換する電力分とによりインバータ装置が出力する三相交流電力の電力配分を操作することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、蓄電装置の蓄電量が使用可能な範囲で、蓄電装置の充放電を任意に制御し、エネルギーを管理することで、省エネルギー効果の向上が可能になる。また、蓄電装置の充放電を任意に行うことができるため、蓄電装置の劣化に対し、影響の少ない充放電制御を行うことによる蓄電装置の長寿命化が可能となる。
さらに、直流電源が失われた場合等、蓄電装置のエネルギーのみで鉄道車両を走行させることも可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】図１は、実施例１に係る電力変換装置の構成を示す図である。
【図２】図２は、実施例１に係る電力変換装置の変調波、キャリアおよび出力パルスを示す図である。
【図３】図３は、実施例２に係る電力変換装置の構成を示す図である。
【図４】図４は、実施例２に係る電力変換装置の変調波、キャリアおよび出力パルスを示す図である。
【図５】図５は、実施例４の場合の変調波、キャリアおよび出力パルスを示す図である。
【図６】図６は、実施例５の場合の変調波、キャリアおよび出力パルスを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施形態に当たる各実施例について、図面を用いて説明する。本発明に係る電力変換装置は、主として鉄道車両用に適用するものであるが、それに限定されるものではない。
【実施例１】
【００１８】
本発明の実施例１に係る電力変換装置について説明する。最初に、実施例１に係る電力変換装置の構成について説明し、その後、実施例１に係る電力変換装置の動作態様について説明する。
【００１９】
図１は、実施例１に係る電力変換装置の構成を示す図である。図１の破線で囲まれたインバータ装置２は、高圧側から低圧側に流れる電流を導通または遮断できる電流制御素子と電流制御素子と逆方向に電流を導通できるダイオードを組み合わせた第１の電流制御部Ｔｕ１から第１２の電流制御部Ｔｗ４により構成される。
【００２０】
一般的に、電流制御素子としては、ＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌaｔｅｄ  Ｇａｔｅ  Ｂｉｐｏｌａｒ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ）やパワーＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｆｉｅｌｄ  Ｅｆｆｅｃｔ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ、金属酸化物半導体電界効果トランジスタ）などのパワー半導体素子が用いられる。これらのパワー半導体素子は、材料としてシリコンを用いているものが多いが、近年になってＳｉＣ（炭化珪素）やＧａＮ（窒化ガリウム）を用いたものも増えており、システムの低損失化に貢献している。そのため、電流制御素子はＳｉＣやＧａＮを用いたものでもよい。
【００２１】
インバータ装置２は、直流電源１（電圧Ｅｓ）ならびに蓄電装置２１（電圧Ｅｂ）から出力された直流電力を、三相交流電力に変換して交流電動機８を駆動する。
【００２２】
図１の一点鎖線で示す直流電源１は、図示のように、一般的に平滑リアクトル５と集電装置であるパンタグラフ４を介して直流架線３に接続する構成、または交流架線による交流電力を整流して直流電力を得る構成、または第三軌条方式により直流電力を得る構成、または非接触電力伝送により交流電力を得て整流器により直流電力に変換する構成などが用いられる。
【００２３】
また、交流電動機８は、誘導電動機や永久磁石型同期電動機等が用いられる。図１では、インバータ装置２が１台の交流電動機８を駆動する構成としているが、インバータ装置２が複数台の交流電動機８を駆動する構成であってもよい。
【００２４】
蓄電装置２１は、例えば二次電池やキャパシタで構成され、車両の力行時には電力を放電し、車両の回生ブレーキ時には電力を充電する機能を持つ。
【００２５】
制御装置１１は、蓄電装置２１の蓄電量、電流、電圧および温度などの蓄電状態の情報と、インバータ装置２の電圧、電流および周波数等の動作状態の情報を取得し、後述する図２および図４〜６のＰＷＭ変調（Ｐｕｌｓｅ  Ｗｉｄｔｈ  Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ、パルス幅変調）により出力パルスを生成する。さらに、この出力パルスを電流制御部に与え、電流制御部のオン、オフを切り替えることで、直流電源１ならびに蓄電装置２１の直流電力を、三相交流電力に変換し、交流電動機８を駆動する。
【００２６】
次に、インバータ装置２の動作態様について説明する。
蓄電装置２１を図１のとおり高圧側に接続した場合、図２（ａ）に示すように、変調波Ｖｃ３２と、振幅ＥｓのキャリアＡ３１Ａまたは振幅ＥｂのキャリアＢ３１Ｂとの比較によって、出力パルス３４を決定する。図２では、三相交流のうち一相分について示し、インバータ装置２の出力する交流電圧の指令値、インバータ装置２の直流側の電圧で正規化した変調波Ｖｃ３２、三角波状のキャリアＡ３１ＡおよびキャリアＢ３１Ｂを示している。図２に示すキャリアは二つあり、キャリアＡは直流電源１の電圧、キャリアＢは蓄電装置２１の電圧でそれぞれ正規化したものである。
【００２７】
ここで、変調波Ｖｃ３２と振幅ＥｓのキャリアＡ３１Ａとの比較によって、電流制御部Ｔｕ２、Ｔｕ４、Ｔｖ２、Ｔｖ４、Ｔｗ２およびＴｗ４を制御する。また、変調波Ｖｃ３２と振幅ＥｂのキャリアＢ３１Ｂとの比較によって、電流制御部Ｔｕ１、Ｔｕ３、Ｔｖ１、Ｔｖ３、Ｔｗ１およびＴｗ３を制御する。電流制御部Ｔｕ１からＴｗ４は、変調波とキャリアとの大小関係に基づいて、変調波Ｖｃ３２がキャリアより大きい場合はオン指令となり、変調波Ｖｃ３２がキャリアより小さい場合はオフ指令となる。
【００２８】
例えば、力行時は、図２（ａ）の区間Ｘでは、変調波Ｖｃ３２がキャリアＡ３１ＡおよびキャリアＢ３１Ｂより大きいところでは、Ｔｘ１オン、Ｔｘ２オン、Ｔｘ３オフおよびＴｘ４オフとなる。また、変調波Ｖｃ３２がキャリアＡ３１Ａより大きく、キャリアＢ３１Ｂより小さいところでは、Ｔｘ１オフ、Ｔｘ２オン、Ｔｘ３オンおよびＴｘ４オフとなる動作を繰り返す。これにより、蓄電装置２１から交流電動機８を駆動するための電力を放電する。なお、添え字ｘは、３相のｕ、ｖおよびｗのどれか１相を示すもので、以降同様である。
【００２９】
また、図２（ａ）の区間Ｙでは、変調波Ｖｃ３２がキャリアＡ３１Ａより大きく、キャリアＢ３１Ｂより小さいところでは、Ｔｘ１オフ、Ｔｘ２オン、Ｔｘ３オンおよびＴｘ４オフとなる。また、変調波Ｖｃ３２がキャリアＡ３１ＡおよびキャリアＢ３１Ｂより小さいところでは、Ｔｘ１オフ、Ｔｘ２オフ、Ｔｘ３オンおよびＴｘ４オンとなる。これにより、直流電源１から交流電動機８を駆動するための電力を放電する。
このように、変調波Ｖｃ３２がキャリアＢ３１Ｂと交差する場合、蓄電装置２１から放電、または蓄電装置２１に充電する動作が行われる。
【００３０】
ところで、車両を加速させるときには、ＶＶＶＦ（Ｖａｒｉａｂｌｅ  Ｖｏｌｔａｇｅ  Ｖａｒｉａｂｌｅ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ、可変電圧可変周波数）制御を行う。ＶＶＶＦ制御は、交流電動機８を任意の回転数で駆動するため、交流電動機８の回転数が上がるに従い、変調波Ｖｃ３２の振幅を大きくし、かつ周波数を上げていく制御方法である。このとき、変調波Ｖｃ３２の中心３３は、通常３レベルインバータ装置では、入力電圧の中心値である、直流電源１の電圧Ｅｓと蓄電装置２１の電圧Ｅｂとの合計電圧の半分、すなわち、（Ｅｓ+Ｅｂ）／２に生成される。交流電動機８の回転数が上がり、変調波Ｖｃ３２の振幅を大きくしていくとき、変調波Ｖｃ３２の振幅が（Ｅｓ−Ｅｂ）／２を超えると変調波Ｖｃ３２がキャリアＢ３１Ｂと交差し、蓄電装置２１の放電を開始する。
【００３１】
また、交流電動機８の回転数がさらに上がり、変調波Ｖｃ３２の振幅をキャリアＡ３１Ａの振幅ＥｓとキャリアＢ３１Ｂの振幅Ｅｂの和、すなわち、Ｅｓ＋Ｅｂまで大きくすると、蓄電装置２１の放電電力と直流電源１からの放電電力は固定され、蓄電装置２１の放電電力の大きさを操作することができなくなる。先に示した特許文献１や特許文献２には、変調波Ｖｃ３２のオフセットを調整、すなわち変調波Ｖｃ３２の中心３３を上下にずらす方法が示されている。ただし、これのみでは、上述のように変調波Ｖｃ３２の振幅がＥｓ＋Ｅｂまで大きくなったときに、蓄電装置２１の放電電力を操作することができず、蓄電装置２１が放電され続け、過放電に至る場合があった。
【００３２】
このように、蓄電装置２１の状態に関わらず放電を行うことになり、そのまま放電を継続すると、鉄道車両の力行アシストによる放電量と、回生電力による充電量のバランスが崩れる。よって、上述の課題に示すように、蓄電装置の利用率低下を招き、省エネルギー効果が低下する。
【００３３】
そのために、本発明は、蓄電装置２１の状態に応じ、変調波Ｖｃ３２のオフセット調整を行う。すなわち、変調波Ｖｃ３２の中心３３を上下にずらすことに加え、変調波Ｖｃ３２の振幅を制限する。これにより、力行時における放電量と回生ブレーキ時における充電量を任意に調整することが可能となる。
【００３４】
例えば、図２（ｂ）に示すように、変調波Ｖｃ３２の振幅を直流電源１の電圧Ｅｓで制限しながら、変調波Ｖｃ３２の中心３３を下にずらすオフセット量を調整する。図２（ｂ）では、図２（ａ）の区間Ｙと同様の動作のみとなり、蓄電装置２１から交流電動機８を駆動するための電力を放電する動作が無くなる。これにより、蓄電装置２１の状態に応じて蓄電装置２１からの放電電力と直流電源１からの電力配分を調整することができ、蓄電装置２１の放電電力を操作することができる。そのため、蓄電装置の利用率の向上による省エネルギー効果の向上と、蓄電装置の劣化に対し影響の少ない充放電制御を行うことにより、蓄電装置の長寿命化が可能となる。
【００３５】
なお、本発明の実施例１では、上記ＥｄｃＰに相当する電圧Ｅｂと、ＥｄｃＮに相当する電圧Ｅｓが同値であるか否かは問わず、キャリアＡ３１ＡをＥｓ、キャリアＢ３１ＢをＥｂの各電圧で正規化し、出力電力調整のため、変調波Ｖｃ３２のオフセット調整を行うことに加え、変調波Ｖｃ３２の振幅調整を行うことで、任意の電圧比で運用できる。
【００３６】
また、実施例１では、変調波Ｖｃ３２の振幅を直流電源１の電圧Ｅｓで制限したが、直流電源１の電圧Ｅｓより小さい電圧で制限してもよい。ただし、この場合には出力電圧の利用率は低下する。
【００３７】
さらに、上述の例では車両の力行時について示したところ、車両の減速すなわち交流電動機８の回転数が下がる回生ブレーキ動作においても同様に、変調波Ｖｃ３２の振幅制限と、オフセット量調整により蓄電装置２１の充電電力を調整することができる。
【実施例２】
【００３８】
図３は、本発明の実施例２に係る電力変換装置の構成を示す図である。
実施例１は、図１に示すとおり、直流電源１の高圧側に蓄電装置２１を接続する構成であるところ、実施例２は、図３に示すとおり、直流電圧の低圧側に蓄電装置２１を接続する構成である点が異なる。この構成により、蓄電装置２１の絶縁耐圧を低くでき、装置全体を小型、軽量化できるメリットがある。
【００３９】
図３に示すように、蓄電装置２１を低圧側に接続した場合、図４（ａ）に示すとおり、変調波Ｖｃ３２と、振幅ＥｓのキャリアＡ３１Ａまたは振幅ＥｂのキャリアＢ３１Ｂとの比較によって、出力パルス３４を決定する。
【００４０】
ここで、変調波Ｖｃ３２と振幅ＥｓのキャリアＡ３１Ａとの比較によって、電流制御部Ｔｕ１、Ｔｕ３、Ｔｖ１、Ｔｖ３、Ｔｗ１およびＴｗ３を制御する。また、変調波Ｖｃ３２と振幅ＥｂのキャリアＢ３１Ｂとの比較によって、電流制御部Ｔｕ２、Ｔｕ４、Ｔｖ２、Ｔｖ４、Ｔｗ２およびＴｗ４を制御する。電流制御部Ｔｕ１からＴｗ４は、変調波とキャリアとの大小関係に基づいて、変調波Ｖｃ３２がキャリアより大きい場合はオン指令となり、変調波Ｖｃ３２がキャリアより小さい場合はオフ指令となる。
【００４１】
例えば、力行時においては、図４（ａ）の区間Ｘでは、変調波Ｖｃ３２がキャリアＡ３１ＡおよびキャリアＢ３１Ｂより小さいところでは、Ｔｘ１オフ、Ｔｘ２オフ、Ｔｘ３オンおよびＴｘ４オンとなる。また、変調波Ｖｃ３２がキャリアＡ３１Ａより小さく、キャリアＢ３１Ｂより大きいところでは、Ｔｘ１オフ、Ｔｘ２オン、Ｔｘ３オンおよびＴｘ４オフとなる動作を繰り返す。これにより、蓄電装置２１から交流電動機８を駆動するための電力を放電する。
【００４２】
また、図４（ａ）の区間Ｙでは、変調波Ｖｃ３２がキャリアＡ３１Ａより小さく、キャリアＢ３１Ｂより大きいところでは、Ｔｘ１オフ、Ｔｘ２オン、Ｔｘ３オンおよびＴｘ４オフとなる。また、変調波Ｖｃ３２がキャリアＡ３１Ａ、キャリアＢ３１Ｂより大きいところでは、Ｔｘ１オン、Ｔｘ２オン、Ｔｘ３オフおよびＴｘ４オフとなる。これにより、直流電源１から交流電動機８を駆動するための電力を放電する。
このようにして、図４（ａ）では、変調波Ｖｃ３２がキャリアＢ３１Ｂと交差する場合、蓄電装置２１から放電、または蓄電装置２１に充電する動作が行われる。
【００４３】
一方、図４（ｂ）では、図４（ａ）の区間Ｙと同様の動作のみとなり、蓄電装置２１から交流電動機８を駆動するための電力を放電する動作は無くなる。
【００４４】
実施例２においても、実施例１と同様に、図４（ｂ）に示すように変調波Ｖｃ３２の振幅を直流電源１の電圧Ｅｓで制限しながら、変調波Ｖｃ３２の中心３３を上にずらすオフセット量を調整する。これにより、蓄電装置２１の状態に応じて蓄電装置２１からの放電電力と直流電源１からの電力配分を調整することができ、蓄電装置２１の放電電力を操作することができる。また、回生ブレーキ動作における蓄電装置２１の充電動作も同様である。
【実施例３】
【００４５】
本発明の実施例３は、力行時における、変調波Ｖｃ３２の中心３３のオフセット量の決定に係るものである。
実施例３は、図２または図４において、力行時において、変調波Ｖｃ３２の中心３３のオフセット量を、Ｋ（Ｅｃ−Ｅｐ）で決定する。ここで、Ｋはゲイン係数、Ｅｃは蓄電装置２１のエネルギー、Ｅｐは制御装置１１で設定するエネルギー指令値である。
【００４６】
この設定とすることで、車両が回生ブレーキ時の充電で回収した蓄電装置２１のエネルギー分を、次の力行時の放電に積極的に利用する動作とすることができる。これにより、蓄電装置２１を有効に活用することができる。
【実施例４】
【００４７】
図５は、本発明の実施例４に係る動作態様を説明する図である。電力変換装置の構成としては、実施例１または２のどちらでもよい。
実施例４は、図５に示すように、車両の回生ブレーキ時の充電電力を最大化するため、変調波Ｖｃ３２が極力長い期間キャリアＢ３１Ｂと交差するよう、変調波Ｖｃ３２の中心のオフセット量をｍ−１で操作する。ここで、ｍは、変調波Ｖｃ３２の振幅であり、入力電圧の中心値すなわち直流電源１の電圧Ｅｓと蓄電装置２１の電圧Ｅｂとの合計電圧値の半分である。また、（Ｅｓ+Ｅｂ）／２をｍ＝０、Ｅｓ+Ｅｂの最大値をｍ＝１、Ｅｓ+Ｅｂの最小値をｍ＝−１とする。
【００４８】
これにより、車両が減速して交流電動機８の回転数が下がった場合に、変調波Ｖｃ３２の振幅ｍを、図５（ａ）のｍ＝１、オフセット（＝ｍ−１）０から、図５（ｂ）のように、ｍ＝０．８、オフセット（＝ｍ−１）−０．２として小さくする。これにより、変調波Ｖｃ３２は、極力長い期間キャリアＢ３１Ｂと交差し、車両の回生ブレーキ時の充電電力を最大化することができる。
【実施例５】
【００４９】
図６は、本発明の実施例５に係る動作態様を説明する図である。電力変換装置の構成としては、実施例１または２のどちらでもよい。
図１または図３に示す直流架線３の停電や、機器故障などにより、直流電源１を失った場合、直流電源１をエネルギー源とする鉄道車両は運転を継続できない。これに対し、本発明の実施例５では、図６に示すように、変調波Ｖｃ３２のオフセット調整を行い、変調波Ｖｃ３２の中心３３を下にずらし、変調波Ｖｃ３２の振幅をＥｂ以下に制限する。
【００５０】
これにより、蓄電装置２１の電力を、交流電動機８の駆動電力として使用することができる。これにより、鉄道車両の運転を継続することができ、機器故障時などの非常走行等を可能にする。
【符号の説明】
【００５１】
１  直流電源、２  インバータ装置、３  直流架線、４  パンタグラフ、
５  平滑リアクトル、６  蓄電装置に並列接続された平滑コンデンサ、
７  直流電源に並列接続された平滑コンデンサ、８  交流電動機、９  接地、
１１  制御装置、２１  蓄電装置、３１Ａ  キャリアＡ、３１Ｂ  キャリアＢ、
３２  変調波Ｖｃ、３３  変調波Ｖｃの中心、３４  出力パルス、
Ｅｂ  蓄電装置２１の電圧、Ｅｃ  蓄電装置２１のエネルギー、
Ｅｐ  制御装置１１で設定するエネルギー指令値、Ｅｓ  直流電源１の電圧、
Ｋ  ゲイン係数、ｍ  変調波の振幅、
Ｔｕ１  第１の電流制御部、Ｔｕ２  第２の電流制御部、
Ｔｕ３  第３の電流制御部、Ｔｕ４  第４の電流制御部、
Ｔｖ１  第５の電流制御部、Ｔｖ２  第６の電流制御部、
Ｔｖ３  第７の電流制御部、Ｔｖ４  第８の電流制御部、
Ｔｗ１  第９の電流制御部、Ｔｗ２  第１０の電流制御部、
Ｔｗ３  第１１の電流制御部、Ｔｗ４  第１２の電流制御部、
Ｖｃ  インバータ装置２の変調波
【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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