(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
２つの変換器を組み合わせてなる自励式単相ＢＴＢ変換装置を有して、セクションポストで区分された２つの単相交流き電線間に接続され、それぞれの上記変換器の有効電力基準、無効電力基準、交流側電流値および上記単相交流き電線の電圧位相角が入力されて上記それぞれの変換器の半導体素子点弧信号を演算する２つの制御パルス演算回路を備えたことを特徴とする電力変換装置。
【請求項２】
両単相交流き電線へ供給される有効電力間の偏差が入力されてこの偏差を小さくするように演算する制御関数の出力を、一方の制御パルス演算回路に入力される有効電力基準とするとともに、自励式単相ＢＴＢ変換装置の直流電圧と直流電圧基準との偏差が入力されてこの偏差を小さくするように演算する制御関数の出力を、他方の制御パルス演算回路に入力される有効電力基準とするようにしたことを特徴とする請求項１記載の電力変換装置。
【請求項３】
自励式単相ＢＴＢ変換装置の直流電圧と直流電圧基準との偏差が入力されてこの偏差を小さくするように演算する制御関数の出力の１/２と、両単相交流き電線へ供給される電力間の偏差が入力されてこの偏差を小さくするように演算する制御関数の出力とを加算した値を、一方の制御パルス演算回路に入力される有効電力基準とするとともに、上記自励式単相ＢＴＢ変換装置の直流電圧と直流電圧基準との偏差が入力されてこの偏差を小さくするように演算する制御関数の出力の１/２から、上記両単相交流き電線へ供給される電力間の偏差が入力されてこの偏差を小さくするように演算する制御関数の出力を減算した値を、他方の制御パルス演算回路に入力される有効電力基準とするようにしたことを特徴とする請求項１記載の電力変換装置。
【請求項４】
一方の制御パルス演算回路に入力される有効電力基準を０とし、自励式単相ＢＴＢ変換装置の直流電圧と直流電圧基準との偏差が入力されてこの偏差を小さくするように演算する制御関数の出力を、他方の制御パルス演算回路に入力される有効電力基準とするとともに、それぞれの単相交流き電線電圧と単相交流き電線電圧基準との偏差が入力されてこれらの偏差を小さくするように演算するそれぞれの制御関数の出力を、それぞれの制御パルス演算回路に入力される無効電力基準とするようにしたことを特徴とする請求項１記載の電力変換装置。
【請求項５】
自励式単相ＢＴＢ変換装置の直流電圧と直流電圧基準との偏差が入力されてこの偏差を小さくするように演算する制御関数の出力を、両制御パルス演算回路に入力される有効電力基準とするとともに、それぞれの単相交流き電線電圧と単相交流き電線電圧基準との偏差が入力されてこれらの偏差を小さくするように演算するそれぞれの制御関数の出力を、それぞれの制御パルス演算回路に入力される無効電力基準とするようにしたことを特徴とする請求項１記載の電力変換装置。
【請求項６】
両単相交流き電線電圧間の偏差が入力されてこの偏差を小さくするように演算する制御関数の出力に一定のゲインをかけた値を、一方の制御パルス演算回路に入力される有効電力基準とするとともに、自励式単相ＢＴＢ変換装置の直流電圧と直流電圧基準との偏差が入力されてこの偏差を小さくするように演算する制御関数の出力を、他方の制御パルス演算回路に入力される有効電力基準とするようにしたことを特徴とする請求項１記載の電力変換装置。
【請求項７】
自励式単相ＢＴＢ変換装置の直流電圧と直流電圧基準との偏差が入力されてこの偏差を小さくするように演算する制御関数の出力の１/２と、両単相交流き電線電圧間の偏差が入力されてこの偏差を小さくするように演算する制御関数の出力に一定のゲインをかけた値とを加算した値を、一方の制御パルス演算回路に入力される有効電力基準とするとともに、上記自励式単相ＢＴＢ変換装置の直流電圧と直流電圧基準との偏差が入力されてこの偏差を小さくするように演算する制御関数の出力の１/２から、上記両単相交流き電線電圧間の偏差が入力されてこの偏差を小さくするように演算する制御関数の出力に一定のゲインをかけた値を減算した値を、他方の制御パルス演算回路に入力される有効電力基準とするようにしたことを特徴とする請求項１記載の電力変換装置。
【請求項８】
両単相交流き電線の電圧位相間の偏差が入力されてこの偏差の変化を小さくするように演算する制御関数の出力に一定のゲインをかけた値を、一方の制御パルス演算回路に入力される有効電力基準とするとともに、自励式単相ＢＴＢ変換装置の直流電圧と直流電圧基準との偏差が入力されてこの偏差を小さくするように演算する制御関数の出力を、他方の制御パルス演算回路に入力される有効電力基準とするようにしたことを特徴とする請求項１記載の電力変換装置。
【請求項９】
自励式単相ＢＴＢ変換装置の直流電圧と直流電圧基準との偏差が入力されてこの偏差を小さくするように演算する制御関数の出力の１/２と、両単相交流き電線の電圧位相間の偏差が入力されてこの偏差の変化を小さくするように演算する制御関数の出力に一定のゲインをかけた値とを加算した値を、一方の制御パルス演算回路に入力される有効電力基準とするとともに、上記自励式単相ＢＴＢ変換装置の直流電圧と直流電圧基準との偏差が入力されてこの偏差を小さくするように演算する制御関数の出力の１/２から、上記両単相交流き電線の電圧位相間の偏差が入力されてこの偏差の変化を小さくするように演算する制御関数の出力に一定のゲインをかけた値を減算した値を、他方の制御パルス演算回路に入力される有効電力基準とするようにしたことを特徴とする請求項１記載の電力変換装置。
【請求項１０】
それぞれの変換器の容量と有効電力基準とから演算される無効電力リミット値と、それぞれの単相交流き電線電圧と単相交流き電線電圧基準との偏差が入力されてこの偏差を小さくするように演算するそれぞれの制御関数の出力とから出力が決まるそれぞれのリミッタを有し、それぞれの上記単相交流き電線電圧と単相交流き電線電圧基準との偏差が入力されてこの偏差を小さくするように演算するそれぞれの制御関数の出力と上記リミッタの出力とを乗算した値を、それぞれの制御パルス演算回路に入力される無効電力基準とするようにしたことを特徴とする請求項６から請求項９のいずれかに記載の電力変換装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、電鉄変電所において用い、交流と交流の間で直流を経て電力を変換する電力変換装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図１７は、例えば新幹線の、従来の単相交流き電線を示す構成概念図である。図において、１Ａ、１Ｂは３相交流電源、２Ａ、２Ｂは３相交流電源１Ａ、１Ｂから電力の供給を受けてそれぞれ２つの単相電力に変換するスコット巻線変圧器、３０Ａ、３０Ｂはスコット巻線変圧器２Ａ、２Ｂから単相電力が供給される単相交流き電線、３は単相交流き電線３０Ａ、３０Ｂ間に設置され、３相交流電源１Ａ、１Ｂからの電力の供給区間を区分するセクションポスト、５は単相交流き電線３０Ａ、３０Ｂから電力の供給を受けて走行する電車である。
次に動作について説明する。
単相交流き電源３０Ａ、３０Ｂにはスコット巻線変圧器２Ａ、２Ｂで変換されたうちの一つの単相電力がそれぞれ供給され、その電力により電車５が走行する。電車５がセクションポスト３の設置部分をまたいで走行するときには、電車５はその部分を惰行する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従来のき電線は以上のように構成されているので、電車の運行状態によっては隣合う２つの３相交流電源間で電力消費量が異なるため、高目の電力量で電力会社と契約する必要があった。
また、セクションポストの両側において、電車負荷のかかり方の関係で電圧が大きく異なることがあり、電車にとっても出力不足になったり過電圧を受けたりすることなどの問題点があった。
【０００４】
この発明は、上記のような問題を解決するためになされたものであり、セクションポストの両側のき電線にそれぞれ電力を供給する２つの電源（変電所）の電力消費量を均等にすることができ、またセクションポストの両側の電圧差を小さくして、電車の出力不足や過電圧を防止できる電力変換装置を得ることを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る電力変換装置は、２つの変換器を組み合わせてなる自励式単相ＢＴＢ変換装置を有して、セクションポストで区分された２つの単相交流き電線間に接続され、それぞれの上記変換器の有効電力基準、無効電力基準、交流側電流値および上記単相交流き電線の電圧位相角が入力されて上記それぞれの変換器の半導体素子点弧信号を演算する２つの制御パルス演算回路を備えたものである。
【０００６】
請求項２に係る電力変換装置は、請求項１記載のものにおいて、両単相交流き電線へ供給される有効電力間の偏差が入力されてこの偏差を小さくするように演算する制御関数の出力を、一方の制御パルス演算回路に入力される有効電力基準とするとともに、自励式単相ＢＴＢ変換装置の直流電圧と直流電圧基準との偏差が入力されてこの偏差を小さくするように演算する制御関数の出力を、他方の制御パルス演算回路に入力される有効電力基準とするようにしたものである。
【０００７】
請求項３に係る電力変換装置は、請求項１記載のものにおいて、自励式単相ＢＴＢ変換装置の直流電圧と直流電圧基準との偏差が入力されてこの偏差を小さくするように演算する制御関数の出力の１/２と、両単相交流き電線へ供給される電力間の偏差が入力されてこの偏差を小さくするように演算する制御関数の出力とを加算した値を、一方の制御パルス演算回路に入力される有効電力基準とするとともに、上記自励式単相ＢＴＢ変換装置の直流電圧と直流電圧基準との偏差が入力されてこの偏差を小さくするように演算する制御関数の出力の１/２から、上記両単相交流き電線へ供給される電力間の偏差が入力されてこの偏差を小さくするように演算する制御関数の出力を減算した値を、他方の制御パルス演算回路に入力される有効電力基準とするようにしたものである。
【０００８】
請求項４に係る電力変換装置は、請求項１記載のものにおいて、一方の制御パルス演算回路に入力されるに入力される有効電力基準を０とし、自励式単相ＢＴＢ変換装置の直流電圧と直流電圧基準との偏差が入力されてこの偏差を小さくするように演算する制御関数の出力を、他方の制御パルス演算回路に入力される有効電力基準とするとともに、それぞれの単相交流き電線電圧と単相交流き電線電圧基準との偏差が入力されてこれらの偏差を小さくするように演算するそれぞれの制御関数の出力を、それぞれの制御パルス演算回路に入力される無効電力基準とするようにしたものである。
【０００９】
請求項５に係る電力変換装置は、請求項１記載のものにおいて、自励式単相ＢＴＢ変換装置の直流電圧と直流電圧基準との偏差が入力されてこの偏差を小さくするように演算する制御関数の出力を、両制御パルス演算回路に入力される有効電力基準とするとともに、それぞれの単相交流き電線電圧と単相交流き電線電圧基準との偏差が入力されてこれらの偏差を小さくするように演算するそれぞれの制御関数の出力を、それぞれの制御パルス演算回路に入力される無効電力基準とするようにしたものである。
【００１０】
請求項６に係る電力変換装置は、請求項１記載のものにおいて、両単相交流き電線電圧間の偏差が入力されてこの偏差を小さくするように演算する制御関数の出力に一定のゲインをかけた値を、一方の制御パルス演算回路に入力される有効電力基準とするとともに、自励式単相ＢＴＢ変換装置の直流電圧と直流電圧基準との偏差が入力されてこの偏差を小さくするように演算する制御関数の出力を、他方の制御パルス演算回路に入力される有効電力基準とするようにしたものである。
【００１１】
請求項７に係る電力変換装置は、請求項１記載のものにおいて、自励式単相ＢＴＢ変換装置の直流電圧と直流電圧基準との偏差が入力されてこの偏差を小さくするように演算する制御関数の出力の１/２と、両単相交流き電線電圧間の偏差が入力されてこの偏差を小さくするように演算する制御関数の出力に一定のゲインをかけた値とを加算した値を、一方の制御パルス演算回路に入力される有効電力基準とするとともに、上記自励式単相ＢＴＢ変換装置の直流電圧と直流電圧基準との偏差が入力されてこの偏差を小さくするように演算する制御関数の出力の１/２から、上記両単相交流き電線電圧間の偏差が入力されてこの偏差を小さくするように演算する制御関数の出力に一定のゲインをかけた値を減算した値を、他方の制御パルス演算回路に入力される有効電力基準とするようにしたものである。
【００１２】
請求項８に係る電力変換装置は、請求項１記載のものにおいて、両単相交流き電線の電圧位相間の偏差が入力されてこの偏差の変化を小さくするように演算する制御関数の出力に一定のゲインをかけた値を、一方の制御パルス演算回路に入力される有効電力基準とするとともに、自励式単相ＢＴＢ変換装置の直流電圧と直流電圧基準との偏差が入力されてこの偏差を小さくするように演算する制御関数の出力を、他方の制御パルス演算回路に入力される有効電力基準とするようにしたものである。
【００１３】
請求項９に係る電力変換装置は、請求項１記載のものにおいて、自励式単相ＢＴＢ変換装置の直流電圧と直流電圧基準との偏差が入力されてこの偏差を小さくするように演算する制御関数の出力の１/２と、両単相交流き電線の電圧位相間の偏差が入力されてこの偏差の変化を小さくするように演算する制御関数の出力に一定のゲインをかけた値とを加算した値を、一方の制御パルス演算回路に入力される有効電力基準とするとともに、上記自励式単相ＢＴＢ変換装置の直流電圧と直流電圧基準との偏差が入力されてこの偏差を小さくするように演算する制御関数の出力の１/２から、上記両単相交流き電線の電圧位相間の偏差が入力されてこの偏差の変化を小さくするように演算する制御関数の出力に一定のゲインをかけた値を減算した値を、他方の制御パルス演算回路に入力される有効電力基準とするようにしたものである。
【００１４】
請求項１０に係る電力変換装置は、請求項６から請求項９のいずれかに記載のものにおいて、それぞれの変換器の容量と有効電力基準とから演算される無効電力リミット値と、それぞれの単相交流き電線電圧と単相交流き電線電圧基準との偏差が入力されてこの偏差を小さくするように演算するそれぞれの制御関数の出力とから出力が決まるそれぞれのリミッタを有し、それぞれの上記単相交流き電線電圧と単相交流き電線電圧基準との偏差が入力されてこの偏差を小さくするように演算するそれぞれの制御関数の出力と上記リミッタの出力とを乗算した値を、それぞれの制御パルス演算回路に入力される無効電力基準とするようにしたものである。
【００１５】
【発明の実施の形態】
例えば、新幹線の単相交流き電線では、変電所から供給される電力の電圧位相あるいは周波数が異なる場合があり、き電線同士を接続することができない。このため、セクションポストを設け、電車へ供給する電源を切り離している。き電線負荷は、電車運行状況により集中したり分散したりするので、片方の電源に負荷が集中し、契約電力を超えることもある。
また、セクションポストの両側で電圧差が大きくなる場合があり、電車の加速特性に大きな影響を与えることもある。最近では回生車が多く運転されており、そのためセクションポスト３両側間の電圧差は大きくなる傾向がある。
そこで、セクションポストが設置されたところに、自励式単相ＢＴＢ変換装置を有する電力変換装置を設けて両単相交流き電線に接続し、負荷が集中した方へもう一方から電力を供給して、変電所の電力量の均等化を図る。
【００１６】
実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１について図１、図２に基づいて説明する。図１は、この発明の実施の形態１における電力変換装置を示すブロック図である。
図１において、１Ａ、１ＢはＡ系統、Ｂ系統の３相交流電源である。以下、Ａ系統に関連した図１の左の部分には符号にＡを付し、Ｂ系統に関連した図１の右の部分には符号にＢを付して示すものとする。２Ａ、２Ｂは３相交流電源１Ａ、１Ｂから電力の供給を受けてそれぞれ２つの単相電力に変換するスコット巻線変圧器、３０Ａ、３０Ｂはスコット巻線変圧器２Ａ、２Ｂから単相電力が供給される単相交流き電線で、互いに位相または周波数が異なっている。３は単相交流き電線３０Ａ、３０Ｂ間に設置され、両単相交流き電線３０Ａ、３０Ｂを区分するセクションポストであり、３相交流電源１Ａ、１Ｂからの電力の供給区分を区分している。５は単相交流き電線３０Ａ、３０Ｂから電力の供給を受けて走行する電車である。
【００１７】
４はセクションポスト３の設置位置に設けられ、２つの単相交流き電線３０Ａ、３０Ｂ間に接続された自励式単相ＢＴＢ（back to back）変換装置である。４１Ａ、４１Ｂは単相交流き電線３０Ａ、３０Ｂに接続された変換器用変圧器、４２Ａ、４２Ｂは半導体素子を用いて電力を交直変換する自励式の変換器で、交流側がそれぞれ変換器用変圧器４１Ａ、４１Ｂに接続され、そして直流側は互いに接続されるとともに、直流コンデンサ４３および直流電圧Ｅdを検出する直流電圧検出器９が接続されている。
変換用変圧器４１Ａ、４１Ｂ、変換器４２Ａ、４２Ｂ、直流コンデンサ４３および直流電圧検出器９で自励式単相ＢＴＢ変換装置４を構成している。
【００１８】
１１Ａ、１１Ｂはそれぞれ変換器４２Ａ、４２Ｂの半導体素子点弧信号となるパルスＰuA、ＰuBを演算して送出する制御パルス演算回路、８Ａ、８Ｂは変換器４２Ａ、４２Ｂの交流側の電流を検出する変換器電流検出器、７Ａ、７Ｂは自励式単相ＢＴＢ変換装置４の設置位置においてセクションポスト３の両側での単相交流き電線３０Ａ、３０Ｂの電圧を検出するき電線電圧検出器、１０Ａ、１０Ｂはき電線電圧検出器７Ａ、７Ｂの出力ＶA、ＶBが入力されて単相き電線３０Ａ、３０Ｂの電圧位相角θA、θBを演算するＰＬＬ回路である。変換器電流検出器８Ａの出力ＩAおよびＰＬＬ回路１０Ａの出力θAが制御パルス演算回路１１Ａに入力されるとともに、変換器電流検出器８Ｂの出力ＩBおよびＰＬＬ回路１０Ｂの出力θBが制御パルス演算回路１１Ｂに入力されるようになっている。
【００１９】
６Ａ、６Ｂはスコット巻線変圧器２Ａ、２Ｂから単相交流き電線３０Ａ、３０Ｂへ供給される有効電力を検出する電力検出器であり、電流の他に、図示を省略したが電圧が入力されて有効電力ＰA、ＰBを演算する。
１００は電力検出器６Ａ、６Ｂの出力ＰA、ＰBが入力される有効・無効電力基準演算部であり、制御パルス演算回路１１Ａへ変換器４２Ａの有効電力基準ＰArefおよび無効電力基準ＱArefを出力するとともに、制御パルス演算回路１１Ｂへ変換器４２Ｂの有効電力基準ＰBrefおよび無効電力基準ＱBrefを出力するようになっている。
【００２０】
図２は、有効・無効電力基準演算部１００を示すブロック図であり、図において、１２は電力検出器６Ａ、６Ｂの出力ＰA、ＰB間の偏差を算出する減算器、１３は減算器１２からＰA、ＰBの偏差が入力されてその偏差が小さくなるように演算し、変換器４２Ａの有効電力基準ＰArefを出力する制御関数ＧP(Ｓ)、１４は直流電圧検出器９が検出した直流電圧Ｅdから所定の直流電圧基準Ｅdrefを減算して偏差を算出する減算器、１５は減算器１４からＥdとＥdrefの偏差が入力されてその偏差が小さくなるように、変換器４２Ｂの有効電力基準ＰBrefを演算して出力する制御関数ＧEd(Ｓ)である。両変換器４２Ａ、４２Ｂの無効電力基準ＱAref、ＱBrefはともに０（ゼロ）とする。
【００２１】
自励式単相ＢＴＢ変換装置は、自励式のため一方の有効電力ＰA、無効電力ＱAおよび他方の有効電力ＰB、無効電力ＱBをそれぞれ独立に制御することができる。したがって一方から他方への融通有効電力および双方の無効電力を装置容量以内の範囲で制御することが可能である。
次に図１、図２を用いて動作について説明する。
変換器電流検出器８Ａ、８Ｂでは変換器４２Ａ、４２Ｂの交流側の電流を検出して、検出した電流値ＩA、ＩBを制御パルス演算回路１１Ａ、１１Ｂへ出力する。また、き電線電圧検出器７Ａ、７Ｂでき電線電圧を検出して、検出した電圧値ＶA、ＶBをＰＬＬ回路１０Ａ、１０Ｂへ出力し、ＰＬＬ回路１０Ａ、１０Ｂで電圧位相角を演算し、演算した電圧位相角θA、θBを制御パルス演算回路１１Ａ、１１Ｂへ出力する。
【００２２】
さらに、単相交流き電線３０Ａ、３０Ｂへ供給される有効電力を電力検出器６Ａ、６Ｂで検出し、検出した有効電力値ＰA、ＰBを有効・無効電力基準演算部１００へ出力する。
有効電力値ＰA、ＰBが入力された有効・無効電力基準演算部１００では、減算器１２で両有効電力値ＰA、ＰBの偏差を算出し、その値を制御関数ＧP(Ｓ)１３へ出力する。制御関数ＧP(Ｓ)１３は、両有効電力値ＰA、ＰBの偏差が小さくなるように、一方の変換器４２Ａの有効電力基準ＰArefを演算し、その値を制御パルス演算回路１１Ａへ出力する。
【００２３】
また、直流電圧検出器９で検出した直流電圧値Ｅdが、有効・無効電力基準演算部１００に入力される。変換器４２Ａ、４２Ｂの設計に応じて決められた直流電圧基準Ｅdrefと直流電圧値Ｅdとの偏差を減算器１４で算出し、その値を制御関数ＧEd(Ｓ)１５へ出力する。制御関数ＧEd(Ｓ)１５は、この偏差が小さくなるように有効電力基準ＰBrefを演算し、その値を制御パルス演算回路１１Ｂへ出力する。
無効電圧基準θAref、θBrefはともに０とする。
【００２４】
以上により、一方の制御パルス演算回路１１Ａには、ＩA、θA、ＰAref、ＱArefが入力され、一方の変換器４２Ａへ半導体素子点弧パルスＰuAを出力する。そして、他方の制御パルス演算回路１１Ｂには、ＩB、θB、ＰBref、ＱBrefが入力され、他方の変換器４２Ｂへ半導体素子点弧パルスＰuBを出力する。
このようにして、両単相交流き電線３０Ａ、３０Ｂの有効電力ＰA、ＰB間の偏差を小さくするように自励式単相ＢＴＢ変換装置を制御するので、両スコット巻線変圧器２Ａ、２Ｂの有効電力量、すなわち２つの変電所の有効電力量を均等化することができるとともに、その結果、セクションポスト３両側の電圧差も小さくなり、したがって電力料金の低減ができるとともにセクションポスト３での電圧変化や電圧降下による電車の加速特性への悪影響を防止できるなどの利点がある。
【００２５】
実施の形態２．
実施の形態１では、一方の変換器でＰ制御（有効電力制御）、他方の変換器で直流電圧制御をする例について述べたが、この実施の形態では両方の変換器で同時にＰ制御と直流電圧制御をする場合について示す。この実施の形態は有効・無効電力基準演算部１００が実施の形態１と異なる。
図３は、実施の形態２における電力変換装置の有効・無効電力基準演算部１００を示すブロック図であり、実施の形態１と同様の部分については同一符号を付し、その説明を省略する。全体は図１と同様になっている。
【００２６】
図３において、１７は制御関数ＧEd(Ｓ)１５の出力を１/２にするゲイン１/２、１８は制御関数ＧP(Ｓ)１３の出力とゲイン１/２（１７）の出力とを加算する加算器で、その出力を一方の変換器４２Ａの有効電力基準ＰArefとする。１９はゲイン１/２（１７）の出力から制御関数ＧP(Ｓ)１３の出力を減算する減算器であり、その出力を他方の変換器４２Ｂの有効電力基準ＰBrefとする。
以上により、単相交流き電線３０Ａ、３０Ｂの負荷が変動した時に、両変換器４２Ａ、４２Ｂの有効電力制御が同時に働くため、応答が早くなり、変電所の有効電力量の均等化を高速に行うことができる利点がある。
【００２７】
実施の形態３．
実施の形態１および２では、有効電力を制御する例について述べたが、無効電力を独立に制御する場合について示す。
図４は、実施の形態１における電力変換装置を示すブロック図、図５は、図４の電力変換装置の有効・無効電力基準演算部を示すブロック図である。実施の形態１と同様の部分については同一符号を付し、その説明を省略する。
【００２８】
図４において、き電線電圧検出器７Ａ、７Ｂの出力ＶA、ＶBはＰＬＬ回路１０Ａ、１０Ｂの他に、有効・無効電力基準演算部１００へも送られる。なお、図１の電力検出器６Ａ、６Ｂは、ここでは設けられていない。
図５において、２０Ａは一方の単相交流き電線３０Ａの電圧値ＶAとその単相交流き電線電圧基準ＶArefとが入力されて両者の偏差を算出する減算器、２１Ａは減算器２０ＡからＶA、ＶArefの偏差が入力されてその偏差が小さくなるように演算し、一方の変換器４２Ａの無効電力基準ＱArefを出力する制御関数ＧV(Ｓ)である。
【００２９】
２０Ｂは他方の単相交流き電線３０Ｂの電圧値ＶBとその単相交流き電線電圧基準ＶBrefとが入力されて両者の偏差を算出する減算器、２１Ｂは減算器２０ＢからＶB、ＶBrefの偏差が入力されてその偏差が小さくなるように演算し、変換器４２Ｂの無効電力基準ＱBrefを出力する制御関数ＧV(Ｓ)である。
一方の変換器４２Ａの有効電力基準ＰArefは０とし、他方の有効電力基準ＰBrefは、実施の形態１の場合と同様とする。
【００３０】
単相交流き電線３０Ａ、３０Ｂは、そのリアクタンス成分の作用で、無効電力の大きさにより電圧が大きく変化するので、両変換器４２Ａ、４２Ｂの無効電力制御により、単相交流き電線３０Ａ、３０Ｂの電圧が効果的に制御される。
以上のようにして、両単相交流き電線３０Ａ、３０Ｂの電圧を独立に制御し、その結果、ＶArefとＶBrefが同じ値として、セクションポスト３両側の電圧の差を小さくでき、したがって電車の運転特性の向上を図ることができる。
【００３１】
実施の形態４．
実施の形態３では、直流電圧制御を他方の変換器４２Ｂのみにより行う方式としたが、この実施の形態は、実施の形態２の場合と同様に、直流電圧制御を両変換器４２Ａ、４２Ｂで同時に行う場合について示す。
図６は、実施の形態４における電力変換装置の有効・無効電力基準演算部１００を示すブロック図であり、全体は図４と同様になっている。実施の形態３と同様の部分については同一符号を付し、その説明を省略する。
【００３２】
図６において、１７は制御関数ＧEd(Ｓ)１５の出力を１/２にするゲイン１/２であり、その出力を両変換器４２Ａ、４２Ｂの有効電力基準ＰArefおよびＰBrefとする。
このようにして、直流電圧制御を両変換器４２Ａ、４２Ｂで行うことにより、応答が速くなる利点がある。
【００３３】
実施の形態５．
実施の形態１では単相交流き電線３０Ａ、３０Ｂへそれぞれの変電所から供給される有効電力を検出して変換器４２Ａ、４２Ｂを制御したが、変電所間の距離が長くて容易に有効電力の検出ができない場合は、この実施の形態のように、き電線電圧により変換器４２Ａ、４２Ｂを制御することができる。
図７は、この発明の実施の形態５における電力変換装置の有効・無効電力基準演算部を示すブロック図であり、全体は図４と同様になっている。実施の形態１と同様の部分については同一符号を付し、その説明を省略する。
【００３４】
図７において、２２は両単相交流き電線３０Ａ、３０Ｂの電圧ＶA、ＶBが入力されてその偏差を算出する減算器、２３は減算器２２からＶA、ＶBの偏差が入力されてその偏差が小さくなるように演算する制御関数ＧP2(Ｓ)、２４は制御関数ＧP2(Ｓ)２３の出力に一定値ＫをかけるゲインＫで、その出力を一方の変換器４２Ａの有効電力基準ＰArefとする。他方の変換器４２Ｂの有効電力基準ＰBrefおよび両変換器４２Ａ、４２Ｂの無効電力基準ＱAref、ＱBrefは実施の形態１の場合と同様とする。
【００３５】
負荷力率が１に近い場合、単相交流き電線３０Ａ、３０Ｂでの電圧降下は有効電力の大きさによるとみなし、単相交流き電線３０Ａ、３０Ｂの電圧差から融通有効電力量を決めることができるため、変電所間が遠く離れていて有効電力の検出、演算が困難な場合に利用できる。
【００３６】
実施の形態６．
実施の形態５では、Ｐ制御、直流電圧制御をそれぞれの変換器で分担して行ったが、この実施の形態では、実施の形態２の場合と同様にＰ制御、直流電圧制御を両方の変換器で同時に行う。
図８は、この発明の実施の形態６における電力変換装置の有効・無効電力基準演算部を示すブロック図であり、全体は図４と同様になっている。実施の形態５と同様の部分については同一符号を付し、その説明を省略する。
【００３７】
図８において、１７、１８、１９は、図３に示したのと同様のゲイン１/２、加算器および減算器であり、ゲインＫ（２４）の出力とゲイン１/２（１７）の出力を加算器１８で加算して、その出力を一方の変換器４２Ａの有効電力基準ＰArefとする。また、ゲイン１/２（１７）の出力からゲインＫ（２４）の出力を減算器１９で減算して、その出力を他方の変換器４２Ｂの有効電力基準ＰBrefとする。
このようにして、Ｐ制御と直流電圧制御を両変換器４２Ａ、４２Ｂで同時に行うことにより応答が速くなる。
【００３８】
実施の形態７．
実施の形態５では、単相交流き電線の電圧差から有効電力基準を演算したが、変換器容量以内であれば、無効電力を独立に制御可能である。
図９は、この発明の実施の形態７における電力変換装置の有効・無効電力基準演算部を示すブロック図であり、全体は図４と同様になっている。実施の形態５と同様の部分については同一符号を付し、その説明を省略する。
【００３９】
両変換器４２Ａ、４２Ｂの容量をＷA、ＷBとすると、無効電力リミット値はそれぞれ√（ＷA2−ＰAref2）、√（ＷB2−ＰBref2）となる。
図９において、２０Ａ、２０Ｂおよび２１Ａ、２１Ｂは、図５に示したのと同様の減算器および制御関数ＧV(Ｓ)で、２７Ａ、２７Ｂは、有効電力基準ＰAref、ＰBrefとなるゲインＫ（２４）と制御関数ＧEd(Ｓ)１５の出力から、無効電力リミット値を演算する無効電力リミット演算器、２６Ａ、２６Ｂは無効電力リミット演算器２７Ａ、２７Ｂから出力される無効電力リミット値と制御関数ＧV(Ｓ)（２１Ａ、２１Ｂ）の出力とから出力値が決まるリミッタ、２５Ａ、２５Ｂは制御関数ＧV(Ｓ)（２１Ａ、２１Ｂ）の出力とリミッタ２７Ａ、２７Ｂの出力とを乗算する掛算器である。ゲインＫ（２４）の出力と制御関数ＧEd(Ｓ)１５の出力をそれぞれの変換器４２Ａ、４２Ｂの有効電力基準ＰAref、ＰBrefとするとともに、掛算器２５Ａ、２５Ｂの出力をそれぞれの変換器４２Ａ、４２Ｂの無効電力基準ＱAref、ＱBrefとする。
【００４０】
以上のようにして、有効電力制御のみならず、変換器容量の範囲内で無効電力制御を行うことにより、セクションポスト両側の電圧差を小さくすることができるので、更に列車の運転特性の向上を図ることができる。
【００４１】
実施の形態８．
実施の形態７では、Ｐ制御、直流電圧制御をそれぞれの変換器で分担して行ったが、この実施の形態では、実施の形態２の場合と同様にＰ制御、直流電圧制御を両方の変換器で同時に行う。
図１０は、この発明の実施の形態８における電力変換装置の有効・無効電力基準演算部を示すブロック図であり、実施の形態７と同様の部分については同一符号を付し、その説明を省略する。全体は図４と同様になっている。
【００４２】
図１０において、１７、１８、１９は、図３に示したのと同様のゲイン１/２、加算器および減算器であり、ゲインＫ（２４）の出力とゲイン１/２（１７）の出力を加算器１８で加算して、その出力を一方の変換器４２Ａの有効電力基準ＰArefとするとともに、無効電力リミット演算器２７Ａに入力する。また、ゲイン１/２（１７）の出力からゲインＫ（２４）の出力を減算器１９で減算して、その出力を他方の変換器４２Ｂの有効電力基準ＰBrefとするとともに、無効電力リミット演算器２７Ｂに入力する。
以上のようにして、Ｐ制御と直流電圧制御を両変換器４２Ａ、４２Ｂで同時に行うことにより、応答が速くなる。
【００４３】
実施の形態９．
実施の形態５では、セクションポスト両側の電圧差は、負荷力率が１に近い場合として、両単相交流き電線３０Ａ、３０Ｂの有効電力の差によるとしたが、両単相交流き電線３０Ａ、３０Ｂの負荷力率が異なった場合には誤差が大きくなる。このため、この実施の形態では、両単相交流き電線３０Ａ、３０Ｂは、そのリアクタンス成分の作用で、電圧位相が有効電力の大きさで変化することに着目し、両単相交流き電線３０Ａ、３０Ｂの電圧位相差の変化から有効電力基準を演算するようにしている。
【００４４】
図１１は、この発明の実施の形態９における電力変換装置を示すブロック図、図１２は、図１１の電力変換装置の有効・無効電力基準演算部を示すブロック図である。実施の形態５と同様の部分については同一符号を付し、その説明を省略する。
図１１において、ＰＬＬ回路１０Ａ、１０Ｂの出力である電圧位相角θA、θBが制御回路演算回路１１Ａ、１１Ｂに入力されるとともに、有効・無効電力基準演算部１００にも入力される。なお、電圧値ＶA、ＶBは有効・無効電力基準演算部１００に入力されていない。
【００４５】
また、図１２において、２８は両単相交流き電線３０Ａ、３０Ｂの電圧位相角θA、θBの偏差を算出する減算器、２９は減算器２８からθA、θBの偏差が入力されて、その偏差の変化を小さくするように演算する制御関数ＧP3(Ｓ)、２４は制御関数ＧP3(Ｓ)２９の出力に一定値ＫをかけるゲインＫで、その出力を一方の変換器４２Ａの有効電力基準ＰArefとしている。
【００４６】
以上により、変電所間が遠く離れて有効電力の検出が困難な場合、両単相交流き電線３０Ａ、３０Ｂで負荷力率が異なっても、セクションポスト３両側の電圧位相差の変化から変換器４２Ａまたは４２Ｂを制御することにより、容易に、正確に融通有効電力の制御が行える利点がある。
【００４７】
実施の形態１０．
実施の形態９では、Ｐ制御、直流電圧制御をそれぞれの変換器で分担して行ったが、この実施の形態では、実施の形態２の場合と同様にＰ制御、直流電圧制御を両方の変換器で同時に行う。
図１３は、この発明の実施の形態１０における電力変換装置の有効・無効電力基準演算部を示すブロック図であり、実施の形態９と同様の部分については同一符号を付し、その説明を省略する。全体は図１１と同様になっている。
【００４８】
図１３において、１７、１８、１９は、図３に示したのと同様のゲイン１/２、加算器および減算器であり、ゲインＫ（２４）の出力とゲイン１/２（１７）の出力を加算器１８で加算して、その出力を一方の変換器４２Ａの有効電力基準ＰArefとする。また、ゲイン１/２（１７）の出力からゲインＫ（２４）の出力を減算器１９で減算して、その出力を他方の変換器４２Ｂの有効電力基準ＰBrefとする。
このようにして、Ｐ制御と直流電圧制御を両変換器４２Ａ、４２Ｂで同時に行うことにより、応答が速くなる。
【００４９】
実施の形態１１．
この実施の形態は、実施の形態９で示した電圧位相角から求める有効電力基準と、実施の形態７で示した電圧値から求める無効電力基準とを組み合わせたものである。
図１４は、実施の形態１１における電力変換装置を示すブロック図であり、図１１と同様の部分は同一符号を付して、その説明を省略する。有効・無効電力基準演算部１００には電圧位相角θA、θBとともに電圧値ＶA、ＶBも入力している。
【００５０】
図１５は、図１４の電力変換装置の有効・無効電力基準演算部を示すブロック図であり、図９あるいは図１２と同様の部分については同一符号を付して、その説明を省略する。図１５において、図９の減算器２２、制御関数ＧP2(Ｓ)２３、ゲインＫ（２４）の部分が、図１２の減算器２８、制御関数ＧP3(Ｓ)２９、ゲインＫ（２４）に置き換わった形になり、減算器２８に電圧位相角θA、θBが入力される。
このようにして、組み合わせることにより、容易に正確に有効電力の融通ができるとともに、セクションポスト３両側の電圧を更に小さくすることができる利点がある。
【００５１】
実施の形態１２．
実施の形態１１では、Ｐ制御、直流電圧制御をそれぞれの変換器で分担して行ったが、この実施の形態では、実施の形態２の場合と同様にＰ制御、直流電圧制御を両方の変換器で同時に行う。
図１６は、この発明の実施の形態１２における電力変換装置の有効・無効電力基準演算部を示すブロック図であり、実施の形態１１と同様の部分については同一符号を付し、その説明を省略する。
【００５２】
図１６において、１７、１８、１９は、図３に示したのと同様のゲイン１/２、加算器および減算器であり、ゲイン１/２（１７）の出力を加算器１８で加算して、その出力を一方の変換器４２Ａの有効電力基準ＰArefとするとともに、無効電力リミット演算器２７Ａに入力する。また、ゲイン１/２（１７）の出力からゲインＫ（２４）の出力を減算器１９で減算して、その出力を他方の変換器４２Ｂの有効電力基準ＰBrefとするとともに、無効電力リミット演算器２７Ｂに入力する。
以上のようにして、Ｐ制御と直流電圧制御を両変換器４２Ａ、４２Ｂで同時に行うことにより、応答が早くなる。
【００５３】
【発明の効果】
請求項１に係る電力変換装置によれば、自励式単相変換装置を有してセクションポストで区分された２つの単相交流き電線に接続されるので、２つの単相交流き電線の有効電力および無効電力をそれぞれ独立に制御でき、したがって変電所の電力量を均等化することができ、また、セクションポストの両側の電圧差を小さくすることができる効果がある。
請求項２に係る電力変換装置によれば、一方の制御パルス演算回路への有効電力基準を、両単相交流き電線の有効電力間の偏差が小さくなるように演算したので、上記と同様の効果がある。
請求項３に係る電力変換装置によれば、両制御パルス演算回路への有効電力基準を、両単相交流き電線の有効電力間の偏差が小さくなるように演算したので、上記効果を応答性良く実現できる。
【００５４】
請求項４に係る電力変換装置によれば、制御パルス演算回路への無効電力基準を、それぞれの単相交流き電線電圧と単相交流き電線電圧基準との偏差が小さくなるように演算したので、セクションポスト両側の電圧差が更に効果的に小さくなるように制御できる。
請求項５に係る電力変換装置によれば、両制御パルス演算回路への有効電力基準を、直流電圧と直流電圧基準との偏差が小さくなるように演算するとともに、無効電力基準を、それぞれの単相交流き電線電圧と単相交流き電線電圧基準との偏差が小さくなるように演算したので、セクションポスト両側の電圧差を小さくできるとともに、応答が早くなる。
【００５５】
請求項６に係る電力変換装置によれば、一方の制御パルス演算回路への有効電力基準を、両単相交流き電線電圧間の偏差が小さくなるように演算したので、負荷力率が１に近い場合に、有効電力の検出を必要とすることなしに、変電所の電力量を均等化することができる。
請求項７に係る電力変換装置によれば、両制御パルス演算回路への有効電力基準を、両単相交流き電線電圧間の偏差が小さくなるように演算したので、負荷力率が１に近い場合に、変電所の電力量を均等化できるとともに、応答が速くなる。
【００５６】
請求項８に係る電力変換装置によれば、一方の制御パルス演算回路への有効電力基準を、両単相交流き電線の電圧位相間の偏差の変化が小さくなるように演算したので、有効電力の検出を必要とすることなしに、変電所の電力量の均等化をより正確に行うことができる。
請求項９に係る電力変換装置によれば、両制御パルス演算回路への有効電力基準を、両単相交流き電線の電圧位相間の偏差の変化が小さくなるように演算したので、有効電力の検出を必要とすることなしに、変電所の電力量の均等化ができるとともに、応答が速くなる。
【００５７】
請求項１０に係る電力変換装置によれば、変換器容量と有効電力とから決まる無効電力リミット値の範囲内に無効電力を制限するので、融通有効電力の制御に加えて、変換器の容量を越えずに無効電力の制御もでき、セクションポスト両側の電圧差を小さくすることができ、したがって電車の運転特性を更に向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明の実施の形態１における電力変換装置を示すブロック図である。
【図２】  この発明の実施の形態１における有効・無効電力基準演算部を示すブロック図である。
【図３】  この発明の実施の形態２における有効・無効電力基準演算部を示すブロック図である。
【図４】  この発明の実施の形態３における電力変換装置を示すブロック図である。
【図５】  この発明の実施の形態３における有効・無効電力基準演算部を示すブロック図である。
【図６】  この発明の実施の形態４における有効・無効電力基準演算部を示すブロック図である。
【図７】  この発明の実施の形態５における有効・無効電力基準演算部を示すブロック図である。
【図８】  この発明の実施の形態６における有効・無効電力基準演算部を示すブロック図である。
【図９】  この発明の実施の形態７における有効・無効電力基準演算部を示すブロック図である。
【図１０】  この発明の実施の形態８における有効・無効電力基準演算部を示すブロック図である。
【図１１】  この発明の実施の形態９における電力変換装置を示すブロック図である。
【図１２】  この発明の実施の形態９における有効・無効電力基準演算部を示すブロック図である。
【図１３】  この発明の実施の形態１０における有効・無効電力基準演算部を示すブロック図である。
【図１４】  この発明の実施の形態１１における電力変換装置を示すブロック図である。
【図１５】  この発明の実施の形態１１における有効・無効電力基準演算部を示すブロック図である。
【図１６】  この発明の実施の形態１２における有効・無効電力基準演算部を示すブロック図である。
【図１７】  従来の単相交流き電線の構成概念図である。
【符号の説明】
３  セクションポスト、４  自励式単相ＢＴＢ変換装置、
６Ａ,６Ｂ  電力検出器、７Ａ,７Ｂ  き電線電圧検出器、
８Ａ,８Ｂ  変換器電流検出器、９  直流電圧検出器、
１０Ａ,１０Ｂ  ＰＬＬ回路、１１Ａ,１１Ｂ  制御パルス演算回路、
１３  制御関数ＧP(Ｓ)、１５  制御関数ＧEd(Ｓ)、
２１Ａ,２１Ｂ  制御関数ＧV(Ｓ)、２３  制御関数ＧP2(Ｓ)、２６  リミッタ、
２９  制御関数ＧP3(Ｓ)、３０Ａ,３０Ｂ  単相交流き電線、
４２Ａ,４２Ｂ  変換器、１００  有効・無効電力基準演算部。
【図１】
0004267132.tif 000002
【図２】
0004267132.tif 000003
【図３】
0004267132.tif 000004
【図４】
0004267132.tif 000005
【図５】
0004267132.tif 000006
【図６】
0004267132.tif 000007
【図７】
0004267132.tif 000008
【図８】
0004267132.tif 000009
【図９】
0004267132.tif 000010
【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
0004267132.tif 000014
【図１４】
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【図１５】
0004267132.tif 000016
【図１６】
0004267132.tif 000017
【図１７】
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