JP3331456B2 - Power converter - Google Patents
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Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、交流を直流に変換
するコンバータ等の電力変換装置に係わり、特に、交流
電源が停電した場合に、コンバータ等の電力変換装置の
動作を停止させる制御に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a power converter such as a converter for converting AC to DC, and more particularly to control for stopping the operation of a power converter such as a converter when an AC power supply fails.
【0002】[0002]
【従来技術】図1に、交流を直流に変換する電力変換器
の一例として鉄道車両用電力変換器およびその制御装置
を示す。鉄道車両用電力変換器は、交流電源1に接続さ
れている架線111から集電手段11によって集電す
る。集電手段11によって集電された交流電圧を変圧器
3の一次側に入力し、変圧器3によって降圧して得た二
次電圧esをリアクトル4を介してGTO,IGBT,ト
ランジスタ等の自己消弧能力を持つ半導体素子およびこ
の半導体素子に逆並列に接続されるダイオードによって
構成されるコンバータ2の交流端に入力する。コンバー
タ2の直流端にはコンデンサ5を接続し、コンバータ2
によって得られた直流電圧を平滑する。さらに、コンデ
ンサ5の電圧を直流電圧源として動作するインバータ6
が接続され、インバータ6によって交流電動機7を駆動
する。なお、リアクトル4については、変圧器3の漏れ
インピーダンス要素を利用しても良い。2. Description of the Related Art FIG. 1 shows a power converter for a railway vehicle and a control device therefor as an example of a power converter for converting AC to DC. The railway vehicle power converter collects power from the overhead line 111 connected to the AC power supply 1 by the power collection means 11. The AC voltage collected by the current collecting means 11 is input to the primary side of the transformer 3, and the secondary voltage es obtained by stepping down the voltage by the transformer 3 is supplied to the reactor 4 via the reactor 4 for self-consumption of GTO, IGBT, transistor, etc. It is input to an AC terminal of a converter 2 composed of a semiconductor element having an arcing capability and a diode connected in anti-parallel to this semiconductor element. A capacitor 5 is connected to the DC terminal of the converter 2.
DC voltage obtained by the above is smoothed. Further, an inverter 6 that operates using the voltage of the capacitor 5 as a DC voltage source
Are connected, and the AC motor 7 is driven by the inverter 6. Note that the reactor 4 may use the leakage impedance element of the transformer 3.
【0003】次に、コンバータ2の制御装置について説
明する。コンデンサ5の電圧edを電圧検出手段33によ
って検出し、減算器95によって直流電圧指令値Ed*か
ら減じ、直流電圧制御手段93に入力し、交流電流の実
効値指令Is*を得て、乗算器96によってこの交流電流
の実効値指令Is*と後述する正弦波発生手段8の出力で
ある正弦波とを乗じて交流電流の瞬時指令is*を得る。
減算器97によって交流電流の瞬時指令is*から電流検
出手段32によって検出した交流電流の瞬時値isを減
じ、交流電流制御手段94に入力することによってコン
バータ2の瞬時交流出力電圧指令ec得て、PWMパルス
発生手段21に入力し、コンバータ2を構成する半導体
素子に与えるPWMパルスを発生する。Next, a control device of the converter 2 will be described. The voltage ed of the capacitor 5 is detected by the voltage detecting means 33, and is subtracted from the DC voltage command value Ed * by the subtractor 95, and is input to the DC voltage control means 93 to obtain the AC current effective value command Is *. The multiplication unit 96 multiplies this AC current effective value command Is * by a sine wave output from the sine wave generating means 8 described later to obtain an AC current instantaneous command is *.
The instantaneous AC output voltage command ec of the converter 2 is obtained by subtracting the instantaneous value is of the AC current detected by the current detecting means 32 from the instantaneous command is * of the AC current by the subtracter 97 and inputting it to the AC current control means 94, A PWM pulse is input to the PWM pulse generation means 21 and is applied to a semiconductor element constituting the converter 2 to generate a PWM pulse.
【0004】ここで、正弦波発生手段8の動作について
述べる。上記に述べた制御系においては、直流電圧制御
手段93の出力Is*は交流電流の実効値指令であり、こ
の値の実効値を持ち、交流電圧epと同じ周波数の交流電
流の実効値指令is*に変換する必要がある。実効値を瞬
時値に変換するためには、交流電圧epと同じ周波数を持
ち、実効値1すなわち振幅が√2である単位基準正弦波
が必要となる。従来技術では、図6に示す方式によって
単位基準正弦波を発生している。図6では、集電手段1
1によって集電される交流電圧epは、電車の交流電源es
sからの距離やコンバータ2の電力、同じ架線111か
ら電力を得たり、回生している電車の電力量によって大
きく変動し、その範囲は定格電圧に対して−20〜+2
0%である。また、交流電圧epにはコンバータ2のスイ
ッチングによって発生する歪みが多く含まれている。こ
のような状況においても安定した単位基準正弦波を得る
ため、集電手段11によって集電した電圧の大きさ、歪
みに拘らず、実効値が1すなわち振幅が√2でかつ交流
電源電圧に同期した単位基準正弦波を得る必要がある。
そこで、図6に示した正弦波発生手段においては、次の
ようにして基準正弦波を発生する。交流電圧epを電圧検
出手段31によって検出し、周波数検出手段91に入力
し、交流電圧の周波数Fssを検出する。単位基準正弦波
発生手段92は周波数検出手段91の検出した交流電圧
の周波数Fssで、実効値が1である正弦波を発生する。
この結果、交流電圧epの変動、歪みの有無に拘らず、交
流電圧epに同期した単位基準正弦波を得ることができ、
交流電流isの力率を力行時に1、回生時に−1に保ちつ
つ、平滑コンデンサ5の電圧edを指令値Ed*に一致させ
ることができるコンバータ2の制御装置を提供すること
が可能となる。Here, the operation of the sine wave generating means 8 will be described. In the control system described above, the output Is * of the DC voltage control means 93 is an effective value command of the AC current, has an effective value of this value, and has an effective value command of the AC current having the same frequency as the AC voltage ep. * Need to be converted. In order to convert the effective value into an instantaneous value, a unit reference sine wave having the same frequency as the AC voltage ep and having an effective value of 1, that is, an amplitude of √2 is required. In the prior art, a unit reference sine wave is generated by the method shown in FIG. In FIG. 6, the current collecting means 1
The AC voltage ep collected by 1 is the train AC power supply es
s, the power of the converter 2, the power from the same overhead wire 111, or the power of the regenerating electric train, and greatly varies depending on the rated voltage.
0%. Further, the AC voltage ep contains a lot of distortion generated by switching of the converter 2. Even in such a situation, in order to obtain a stable unit reference sine wave, the effective value is 1, that is, the amplitude is √2, and is synchronized with the AC power supply voltage regardless of the magnitude and distortion of the voltage collected by the current collecting means 11. It is necessary to obtain a unit reference sine wave.
Therefore, the sine wave generating means shown in FIG. 6 generates a reference sine wave as follows. The AC voltage ep is detected by the voltage detecting means 31 and input to the frequency detecting means 91 to detect the frequency Fss of the AC voltage. The unit reference sine wave generating means 92 generates a sine wave having an effective value of 1 at the frequency Fss of the AC voltage detected by the frequency detecting means 91.
As a result, a unit reference sine wave synchronized with the AC voltage ep can be obtained regardless of the fluctuation of the AC voltage ep and the presence or absence of distortion.
It is possible to provide a control device for the converter 2 that can make the voltage ed of the smoothing capacitor 5 equal to the command value Ed * while keeping the power factor of the AC current is 1 during power running and -1 during regeneration.
【0005】[0005]
【発明が解決しようとする課題】以上、図6に示した正
弦波発生方式を用いた場合においては、周波数検出手段
91が交流電圧の周波数を検出するまでには、交流電圧
の周期(1/Fss)以上の時間がかかるのは明らかであ
り、このため交流電源1が停電しても、コンバータ2は
瞬時に停止することはなく、停電後も、停電する以前に
周波数検出手段91が検出した周波数Fssで動作し続け
る。その後は、コンバータ2自身が動作することによっ
て周波数Fssの交流電圧epを発生するので、交流電源ess
が停電したにも拘らず、周波数検出手段91がコンバー
タ2の発生する周波数Fssを検出するため、コンバータ
2は周波数Fssで動作を継続する(つまり、制御系が発
振状態となる)。力行時に停電したのであれば、インバ
ータ6が必要とする電力を交流電源1から得られないた
め、直流電圧が急激に減少する。一方、回生時に停電し
たのであれば、負荷の回生する電力を交流電源1に回生
できなくなるため、直流電圧が急激に上昇する。このた
め、これら直流電圧の異常を検出して装置を停止させる
ことができるが、コンバータ2を搭載している電車が回
生状態であって、架線11に他の電車が存在し、この電
車がコンバータ2の回生する電力とほぼ等しい電力量を
消費しながら力行運転を行っている場合には、交流電源
1が停電しても、直流電圧が急激に上昇したり、減少し
たりすることがなく、通常の変動範囲で推移するので、
コンバータ2は回生動作を継続してしまう。この運転継
続時間は、回生電力と力行車の電力との関係によって決
定するが、最悪の場合数分間にわたって動作を続けるこ
とがある。鉄道においては、保安上の問題から交流電源
を意図的に停電させることがあるため、停電を発生させ
ても数分間にわたって動作を続けてしまうことは、安全
上望ましくない。このような場合にも、停電を検知する
方式の例として、特開平6−46501号公報にあるよ
うに、交流電圧に含まれる高調波の増加を検出し、この
値が規定値よりも大きくなった場合に停電とみなす方式
や、特開平6−169501号公報にあるように、制御
装置の発振する周波数を交流電源電圧の周波数Fssと多
少ずらしておき、交流電源停電時に周波数Fssから徐々
にずれていく現象を利用し、交流電圧の周波数がFssか
ら規定値以上離れた場合に停電を検出する方式等があげ
られるが、高調波の増加を検知する方式では、誤検知を
防止するため、規定値を予め大きめに設定する必要があ
り、その正確さに問題があり、事実上検知は難しい。ま
た、単位基準正弦波の周波数をずらしておく方式では、
負荷の力率によっては、周波数がずれないことがある
上、正常運転時に交流電流に低次高調波、分数次調波が
発生する、といった別の問題が発生する。いずれにして
も、従来技術において、停電後も交流電源と同じ周波数
でコンバータが動作を続けてしまう原因は、交流電源が
停電した後も、停電前に検知した交流電圧epの周波数Fs
sでかつ実効値1の正弦波を発生し続けていることにあ
る。As described above, when the sine wave generation method shown in FIG. 6 is used, the period of the AC voltage (1/1) is required until the frequency detecting means 91 detects the frequency of the AC voltage. Obviously, it takes more time than Fss). Therefore, even if the AC power supply 1 fails, the converter 2 does not stop instantaneously. Continue to operate at frequency Fss. Thereafter, the converter 2 itself operates to generate an AC voltage ep having a frequency of Fss.
Although the power failure occurs, the frequency detecting means 91 detects the frequency Fss generated by the converter 2, so that the converter 2 continues to operate at the frequency Fss (that is, the control system enters an oscillation state). If a power failure occurs during power running, the power required by the inverter 6 cannot be obtained from the AC power supply 1, so that the DC voltage sharply decreases. On the other hand, if a power failure occurs during regeneration, the power regenerated by the load cannot be regenerated to the AC power supply 1, and the DC voltage rises sharply. Therefore, the apparatus can be stopped by detecting the abnormality of the DC voltage. However, the train on which the converter 2 is mounted is in a regenerative state, and another train exists on the overhead wire 11, and the train is connected to the converter. In the case where the power running operation is performed while consuming an amount of power substantially equal to the regenerated power of the DC power source 2, the DC voltage does not rapidly increase or decrease even if the AC power supply 1 is cut off. Since it moves in the normal fluctuation range,
Converter 2 continues the regenerative operation. This operation continuation time is determined by the relationship between the regenerative electric power and the electric power of the powering vehicle, but in the worst case, the operation may be continued for several minutes. In a railroad, an AC power supply may be intentionally cut off due to a security problem. Therefore, it is not desirable for safety to continue operation for several minutes even if a power cut occurs. Even in such a case, as an example of a method for detecting a power failure, as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-46501, an increase in harmonics included in an AC voltage is detected, and this value becomes larger than a specified value. In the case of a power failure, the frequency of oscillation of the control device is slightly shifted from the frequency Fss of the AC power supply voltage as described in JP-A-6-169501, and the frequency is gradually shifted from the frequency Fss at the time of AC power failure. There is a method of detecting a power failure when the frequency of the AC voltage deviates from Fss by a specified value or more, etc. It is necessary to set a large value in advance, and there is a problem in its accuracy, and it is practically difficult to detect. In the method of shifting the frequency of the unit reference sine wave,
Depending on the power factor of the load, the frequency may not be shifted, and another problem such as the occurrence of low-order harmonics and subharmonics in the alternating current during normal operation occurs. In any case, in the prior art, the reason that the converter continues to operate at the same frequency as the AC power supply after the power failure is that the frequency Fs of the AC voltage ep detected before the power failure even after the AC power failure.
s and a sine wave having an effective value of 1 is continuously generated.
【0006】そこで、本発明の課題は、電力変換器が回
生動作中に交流電源が停電した場合に、電力変換器の回
生電力を消費する負荷の有無、大きさの如何に拘らず、
回生動作が確実に停止する電力変換装置を提供すること
にある。[0006] Therefore, an object of the present invention is to provide a power converter that operates in the event of an AC power failure during regenerative operation, regardless of the presence or absence of a load that consumes regenerative power of the power converter.
An object of the present invention is to provide a power conversion device in which a regenerative operation stops reliably.
【0007】[0007]
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、交流電源から供給される交流電圧を検出する検出手
段と、前記検出した交流電圧に予め定められた一定のゲ
インを乗算して正規化した基準正弦波信号を生成する手
段と、平滑コンデンサの電圧を所定値に制御する直流電
圧制御手段と、直流電圧制御手段の出力に基準正弦波信
号を乗じて交流電流指令を出力する乗算器と、乗算器の
出力とコンバータの交流出力電流が一致するようにコン
バータを制御する信号を発生する交流電流制御手段と、
電流制御手段の出力をもとにコンバータを駆動するパル
ス発生装置からなる。ここで、直流電圧制御手段の出力
する信号の大きさが予め設定した範囲を逸脱したとき、
これを検知し、コンバータの動作を停止させる手段を有
する。In order to solve the above-mentioned problems, a detecting means for detecting an AC voltage supplied from an AC power supply and a normal gain by multiplying the detected AC voltage by a predetermined constant gain. Means for generating a normalized reference sine wave signal, DC voltage control means for controlling the voltage of the smoothing capacitor to a predetermined value, and a multiplier for multiplying the output of the DC voltage control means by the reference sine wave signal to output an AC current command AC current control means for generating a signal for controlling the converter so that the output of the multiplier and the AC output current of the converter match,
It comprises a pulse generator for driving the converter based on the output of the current control means. Here, when the magnitude of the signal output from the DC voltage control means deviates from a preset range,
Means for detecting this and stopping the operation of the converter is provided.
【0008】[0008]
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面を
用いて説明する。図2は、本発明の一実施形態を示す。
図2においては、図1に示したコンバータ2を制御する
制御装置内の正弦波発生手段8の構成を示すものであ
り、他については図1と同じ構成であり、動作を呈す
る。図2において、増幅器81は、電圧検出手段31に
よって検出した交流電圧epを交流電圧epの定格電圧で正
規化するためのゲインを掛ける機能を有する。基本波検
出手段82は、増幅器81の出力のうち、交流電圧epが
通常変動する周波数範囲のみの周波数成分を通過させ、
交流電圧epからepの基本周波数成分に比例した正弦波k・
sinωtを得る機能を有する。このように構成した場合、
正弦波発生手段8の出力である正弦波は、交流電圧epに
含まれる基本波周波数成分の変動に比例して変動するた
め、交流電圧epの変動範囲(鉄道の場合−20%〜+2
0%)でこの正弦波の実効値も変動する。しかしなが
ら、直流電圧制御手段93の動作によって正弦波の実効
値すなわち振幅に変動があっても、コンバータ2の動作
を保つことができる。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 2 shows an embodiment of the present invention.
FIG. 2 shows the configuration of the sine wave generating means 8 in the control device for controlling the converter 2 shown in FIG. 1, and the other configuration is the same as that of FIG. 1 and operates. In FIG. 2, the amplifier 81 has a function of multiplying a gain for normalizing the AC voltage ep detected by the voltage detecting means 31 with the rated voltage of the AC voltage ep. The fundamental wave detecting means 82 allows, of the output of the amplifier 81, a frequency component only in a frequency range where the AC voltage ep normally fluctuates,
From the AC voltage ep to the sine wave k · proportional to the fundamental frequency component of ep
It has a function to obtain sinωt. With this configuration,
Since the sine wave output from the sine wave generating means 8 fluctuates in proportion to the fluctuation of the fundamental frequency component included in the AC voltage ep, the fluctuation range of the AC voltage ep (-20% to +2 in the case of railway)
0%), the effective value of the sine wave also fluctuates. However, even if the effective value, that is, the amplitude of the sine wave fluctuates due to the operation of the DC voltage control means 93, the operation of the converter 2 can be maintained.
【0009】この動作について説明する。集電手段11
の集電する交流電圧epが定格電圧よりも低下した場合、
正弦波発生手段8の発生する正弦波の振幅も交流電圧ep
の低下に応じて小さくなる。このため、瞬時電流指令is
*の振幅も小さくなり、必要とする電力量よりも入力電
力が減少する。この結果、直流電圧edが低下傾向を示す
が、edの低下によって直流電圧指令値Ed*との偏差値つ
まり直流電圧制御手段93の入力が大きくなるため、直
流電圧制御手段93の出力Is*が大きくなる。結果とし
て、is*は、交流電圧低下前と同様の値となり、必要と
なる電力が得られることになり、直流電圧edは一定に保
たれる。同様に、交流電圧epが定格電圧よりも上昇した
場合には、正弦波発生手段8の発生する正弦波の振幅も
交流電圧epの上昇に応じて大きくなる。このため、瞬時
電流指令is*の振幅も大きくなり、必要とする電力量よ
りも入力電力が増加するため、直流電圧edが増加傾向を
示すが、edの増加によって直流電圧指令値Ed*との偏差
値つまり直流電圧制御手段93の入力が小さくため、直
流電圧制御手段93の出力Is*が小さくなる。結果とし
て、is*は、交流電圧上昇前と同様の値となり、必要と
する電力が得られるようになり、直流電圧edは一定に保
たれる。The operation will be described. Current collecting means 11
If the collecting AC voltage ep drops below the rated voltage,
The amplitude of the sine wave generated by the sine wave generating means 8 is also the AC voltage ep
Becomes smaller according to the decrease of Therefore, the instantaneous current command is
The amplitude of * is also smaller, and the input power is less than the required amount of power. As a result, the DC voltage ed shows a tendency to decrease, but the deviation of the ed from the DC voltage command value Ed *, that is, the input of the DC voltage control means 93 increases, so that the output Is * of the DC voltage control means 93 increases. growing. As a result, is * becomes the same value as before the AC voltage drop, the required power is obtained, and the DC voltage ed is kept constant. Similarly, when the AC voltage ep rises above the rated voltage, the amplitude of the sine wave generated by the sine wave generating means 8 also increases according to the rise of the AC voltage ep. For this reason, the amplitude of the instantaneous current command is * also increases, and the input power increases more than the required power amount, so that the DC voltage ed tends to increase. Since the deviation value, that is, the input of the DC voltage control means 93 is small, the output Is * of the DC voltage control means 93 becomes small. As a result, is * becomes the same value as before the AC voltage rise, the required power can be obtained, and the DC voltage ed is kept constant.
【0010】次に、停電時の動作について説明する。図
2に示した正弦波発生手段8を有する制御系によって動
作するコンバータ2において、コンバータ2が回生動作
を行っている場合に、交流電源essが停電した場合を考
える。交流電源essが停電しても交流電圧の基本波成分
は即座に減衰しないため、従来技術と同様に停電ととも
に瞬時にコンバータ2が停止することはない。しかし、
図2に示した正弦波発生手段8を用いた場合、図6に示
した従来技術と異なり、交流電源essが停電した後に
は、コンバータ2の制御系には交流電源の周波数Fssの
成分を自ら発振する要素は存在しなくなる。ここで、基
本波検出手段82は、交流電圧epに含まれる基本波を検
出する手段であって、自ら交流電源電圧と同じ成分の周
波数を発生する要素ではない。このため、負荷となる力
行車の有無、電力の大きさの如何に拘らず、交流電源es
sの停電によって、周波数Fssの成分は時間の経過ととも
に減衰し、最終的には周波数Fssの成分は全く存在しな
くなる。これにより、コンバータ2の回生動作は停止
し、従来技術のように停電後もコンバータ2が動作を続
けるといった事態は発生しない。Next, the operation at the time of a power failure will be described. In the converter 2 operated by the control system having the sine wave generating means 8 shown in FIG. 2, consider a case where the AC power supply ess fails while the converter 2 is performing a regenerative operation. Even if the AC power supply ess fails, the fundamental wave component of the AC voltage does not immediately attenuate, so that the converter 2 does not stop instantaneously with the power failure as in the related art. But,
When the sine wave generating means 8 shown in FIG. 2 is used, unlike the prior art shown in FIG. 6, after the AC power supply ess is interrupted, the control system of the converter 2 uses the component of the frequency Fss of the AC power supply by itself. The oscillating element no longer exists. Here, the fundamental wave detecting means 82 is a means for detecting a fundamental wave included in the AC voltage ep, and is not an element that itself generates a frequency having the same component as the AC power supply voltage. For this reason, AC power supply es
Due to the power failure of s, the component of the frequency Fss attenuates with the passage of time, and finally, the component of the frequency Fss does not exist at all. As a result, the regenerative operation of converter 2 is stopped, and the situation that converter 2 continues to operate even after a power failure unlike the related art does not occur.
【0011】図3は、本発明による正弦波発生手段の他
の実施形態を示す。図3においては、図2の機能に加
え、交流電圧epから検出した基本周波数成分の正弦波の
位相を調節する位相調節手段85を設ける。位相調節手
段85の出力として、交流電圧epからepの基本周波数成
分に比例した正弦波k・sin(ωt+φ)を得る。このように
正弦波発生手段8を構成した場合にも、コンバータ2の
制御系には周波数Fssの成分を自ら発信する要素はな
く、周波数Fssの成分は交流電源essの停電とともに減衰
するので、停電後にコンバータ2が回生動作を継続する
ことはなくなる。本実施形態では、位相調節手段85を
設けることによって、交流電流isの力率を自由に設定す
ることが可能になるという利点が得られる。FIG. 3 shows another embodiment of the sine wave generating means according to the present invention. In FIG. 3, in addition to the function of FIG. 2, a phase adjusting unit 85 for adjusting the phase of the sine wave of the fundamental frequency component detected from the AC voltage ep is provided. As the output of the phase adjusting means 85, a sine wave k · sin (ωt + φ) proportional to the fundamental frequency component of ep is obtained from the AC voltage ep. Even when the sine wave generating means 8 is configured in this manner, the control system of the converter 2 has no element for transmitting the component of the frequency Fss itself, and the component of the frequency Fss attenuates with the power failure of the AC power supply ess. Converter 2 no longer continues the regenerative operation. In this embodiment, the provision of the phase adjusting means 85 has an advantage that the power factor of the alternating current is can be set freely.
【0012】図4は、本発明による正弦波発生手段の他
の実施形態を示す。図2および図3の構成においては、
交流電圧epの基本波成分のみを検出する基本波検出手段
82を設けているが、本実施形態では、この基本波検出
手段82に代えて増幅器89を設け、交流電圧epに現れ
る波形歪みが小さい場合および歪みを無視する場合につ
いては、図4のように交流電圧epの波形にゲインをかけ
たものすなわち交流電圧epと相似の波形を正弦波発生手
段8の出力k2・epとし、交流電流指令の瞬時値is*の発生
に用いる。本実施形態も図2、図3の実施形態と同様の
効果が得られる。また、フィルタを必要としないので、
容易に実現可能である。FIG. 4 shows another embodiment of the sine wave generating means according to the present invention. In the configuration of FIGS. 2 and 3,
Although the fundamental wave detecting means 82 for detecting only the fundamental wave component of the AC voltage ep is provided, in the present embodiment, an amplifier 89 is provided instead of the fundamental wave detecting means 82, and the waveform distortion appearing in the AC voltage ep is small. In the case and when the distortion is neglected, as shown in FIG. 4, a waveform obtained by multiplying the gain of the waveform of the AC voltage ep, that is, a waveform similar to the AC voltage ep is set as the output k2 · ep of the sine wave generating means 8 and the AC current command Is used to generate the instantaneous value is *. In this embodiment, the same effects as those in the embodiment shown in FIGS. 2 and 3 can be obtained. Also, since no filter is required,
It can be easily realized.
【0013】図5は、本発明による正弦波発生手段の他
の実施形態を示す。本実施形態は、図6の周波数検出手
段91と単位基準正弦波発生手段92に加え、電圧検出
手段31によって検出した交流電圧epの実効値を検出す
る実効値検出手段83と、乗算器84を設ける。周波数
検出手段91によって検出した交流電圧epの周波数Fss
を単位基準正弦波発生手段92に入力し、周波数Fssで
実効値1の単位基準正弦波を発生し、単位基準正弦波発
生手段92の出力と実効値検出手段83の出力を乗じ
る。ここで、実効値検出手段83には、交流電圧epが定
格電圧である場合に実効値1の正弦波を出力するように
ゲインを設定する。この結果、交流電圧epと同じ周波数
で、交流電圧epに比例した正弦波が得られる。ここで、
図2で述べたように、コンバータ2が回生動作を行って
いて、同一交流電源から電力を得ている負荷があり、こ
の負荷の電力がコンバータ2の回生している電力に等し
い場合に、交流電源essが停電した場合を考える。交流
電源essが停電した場合、負荷の電力とコンバータ2の
回生電力が一致していたとしても、多少ではあるものの
交流電圧epは交流電源essの停電によって必ず実効値は
変動する。この変動の方向は低下方向である。図6に示
した従来技術においては、交流電圧epが低下したとして
も、交流電圧epの振幅に拘らず、単位基準正弦波発生手
段92が実効値1の正弦波を発生し続けるので、交流電
流の瞬時指令is*およびコンバータ2が制御する交流電
流isには変化がなく、コンバータ2は安定して電力を回
生するとともに安定した交流電圧epを発生する。つま
り、交流電圧epは、停電によってステップ状に低下する
が、その後は変化しない。このため、交流電源essが停
電しても、回生動作を継続して行うことになる。一方、
本実施形態の場合、交流電源essの停電にともなって交
流電圧epが低下すると、実効値検出手段83が出力する
実効値すなわち振幅も交流電圧epに比例して低下するの
で、単位基準正弦波発生手段92との乗算によって得ら
れる乗算器84の出力が低下する。つまり、正弦波発生
手段8が出力する実効値が交流電圧epに比例して低下す
るため、交流電流の瞬時指令is*が低下することにな
り、コンバータ2の回生する電力は自ずと低下し、交流
電圧epはさらに低下する。すなわち、交流電圧epは時間
とともに減衰することになる。コンバータ2の回生電力
の低下によって直流電圧edが上昇するため、直流電圧制
御手段93の動作によって交流電流の実効値指令Is*が
上昇し、交流電流isを一定に保つように作用するが、
交流電圧epおよび交流電圧epに比例した振幅を有する正
弦波発生手段8の出力である正弦波の実効値が低下する
速度は、直流電圧制御手段93の応答よりも速く、その
ため、交流電圧epは減衰し、最終的には交流電圧epは零
となり、コンバータ2の動作は停止する。これにより、
本実施形態では、従来技術のように停電後もコンバータ
2が動作を続けるといった事態は発生しない。FIG. 5 shows another embodiment of the sine wave generating means according to the present invention. In this embodiment, in addition to the frequency detecting means 91 and the unit reference sine wave generating means 92 of FIG. 6, an effective value detecting means 83 for detecting an effective value of the AC voltage ep detected by the voltage detecting means 31 and a multiplier 84 are provided. Provide. Frequency Fss of AC voltage ep detected by frequency detecting means 91
Is input to the unit reference sine wave generation unit 92 to generate a unit reference sine wave having an effective value of 1 at the frequency Fss, and multiply the output of the unit reference sine wave generation unit 92 by the output of the effective value detection unit 83. Here, the gain is set in the effective value detecting means 83 so that a sine wave having an effective value of 1 is output when the AC voltage ep is the rated voltage. As a result, a sine wave proportional to the AC voltage ep is obtained at the same frequency as the AC voltage ep. here,
As described with reference to FIG. 2, when there is a load in which converter 2 is performing regenerative operation and power is obtained from the same AC power supply, and the power of this load is equal to the power regenerated by converter 2, Consider the case where the power supply ess fails. When the AC power supply ess fails, even if the load power and the regenerative power of the converter 2 match, the effective value of the AC voltage ep always changes, albeit slightly, due to the power failure of the AC power supply ess. The direction of this fluctuation is a downward direction. In the prior art shown in FIG. 6, even if the AC voltage ep decreases, the unit reference sine wave generating means 92 continues to generate a sine wave having an effective value of 1 regardless of the amplitude of the AC voltage ep. There is no change in the instantaneous command is * and the AC current is controlled by the converter 2, and the converter 2 stably regenerates power and generates a stable AC voltage ep. That is, the AC voltage ep decreases stepwise due to the power failure, but does not change thereafter. For this reason, even if the AC power supply ess fails, the regenerative operation is continuously performed. on the other hand,
In the case of the present embodiment, when the AC voltage ep decreases due to a power outage of the AC power supply ess, the effective value, that is, the amplitude output by the effective value detection unit 83 also decreases in proportion to the AC voltage ep. The output of the multiplier 84 obtained by the multiplication with the means 92 decreases. That is, since the effective value output by the sine wave generating means 8 decreases in proportion to the AC voltage ep, the instantaneous command is * of the AC current decreases, and the power regenerated by the converter 2 naturally decreases, and The voltage ep further decreases. That is, the AC voltage ep attenuates with time. Since the DC voltage ed increases due to the decrease in the regenerative power of the converter 2, the effective value command Is * of the AC current is increased by the operation of the DC voltage control means 93, and acts to keep the AC current is constant.
The speed at which the effective value of the sine wave, which is the output of the sine wave generating means 8 having an amplitude proportional to the AC voltage ep and the AC voltage ep, decreases faster than the response of the DC voltage control means 93. The AC voltage ep attenuates and eventually becomes zero, and the operation of the converter 2 stops. This allows
In the present embodiment, a situation in which converter 2 continues to operate even after a power failure unlike the related art does not occur.
【0014】なお、上記実施形態においては、交流電圧
すなわち変圧器の一次電圧を検出して、正弦波を発生す
る場合について説明したが、交流電圧は、変圧器の一次
電圧に限らず、変圧器の二次電圧もしくは三次巻線を有
する場合には三次巻線の電圧を検出して正弦波の発生に
用いても同様の効果が得られることは明らかである。In the above embodiment, a case has been described in which an AC voltage, that is, a primary voltage of a transformer is detected and a sine wave is generated. However, the AC voltage is not limited to the primary voltage of the transformer. It is clear that the same effect can be obtained by detecting the voltage of the tertiary winding and using it for generating a sine wave when the secondary voltage or the tertiary winding is provided.
【0015】次に、図7は、本発明の他の実施形態を示
す。本実施形態は、図2〜図5の各実施形態において交
流電圧の変動範囲検出手段100を設ける。交流電圧の
変動範囲検出手段100は、交流電圧epが通常変動し得
る電圧の範囲を逸脱した場合、これを検出し、コンバー
タ2の動作を停止する機能を有する。本実施形態では、
上記各実施形態において周波数Fssの成分が減衰する過
程で交流電圧epが通常変動し得る電圧の範囲を逸脱した
とき、コンバータ2を停止する。これにより、交流電源
の停電からコンバータ2が停止するまでの時間を飛躍的
に短くすることができる。Next, FIG. 7 shows another embodiment of the present invention. In this embodiment, the variation range detecting means 100 of the AC voltage is provided in each of the embodiments of FIGS. The AC voltage fluctuation range detecting means 100 has a function of detecting, when the AC voltage ep deviates from a voltage range that can normally fluctuate, and stopping the operation of the converter 2. In this embodiment,
In each of the above embodiments, the converter 2 is stopped when the AC voltage ep deviates from the range of the voltage that can normally fluctuate in the process of the attenuation of the frequency Fss component. Thereby, the time from the power failure of the AC power supply to the stop of converter 2 can be drastically shortened.
【0016】図8は、本発明の他の実施形態を示す。本
実施形態は、図2〜図5の各実施形態において交流電流
実効値指令の変動範囲検出手段200を設ける。交流電
流実効値指令の変動範囲検出手段200は、交流電流実
効値指令Is*の絶対値が通常変動し得る範囲を逸脱した
場合、これを検出し、コンバータ2の動作を停止する機
能を有する。直流電圧制御手段93の応答が速い場合に
は、停電後交流電圧epに含まれるFssの周波数成分が減
衰する過程において、Fssの周波数成分の減少にともな
って回生電力が低下するため、直流電圧制御手段93
は、回生電力を確保するように交流電流実効値指令Is*
の絶対値を増加させる方向に働く。そこで、交流電源が
停電した場合に、交流電圧epに含まれるFssの周波数成
分が通常変動し得る範囲よりも小さくなると、直流電圧
制御手段93の出力である交流電流実効値指令Is*の絶
対値は通常変動し得る範囲よりも大きくなる。本実施形
態では、上記各実施形態において周波数Fssの成分が減
衰する過程で、交流電流実効値指令Is*の絶対値が通常
変動し得る範囲を逸脱したとき、コンバータ2を停止す
る。これにより、交流電源の停電からコンバータ2が停
止するまでの時間を飛躍的に短くすることができる。FIG. 8 shows another embodiment of the present invention. This embodiment is provided with the fluctuation range detecting means 200 of the AC current effective value command in each of the embodiments of FIGS. The AC current effective value command fluctuation range detection means 200 has a function of detecting when the absolute value of the AC current effective value command Is * deviates from a range in which the AC value can normally fluctuate, and stopping the operation of the converter 2. When the response of the DC voltage control means 93 is fast, the regenerative power decreases with a decrease in the frequency component of Fss in the process of attenuating the frequency component of Fss included in the AC voltage ep after the power failure, so that the DC voltage control Means 93
Is the AC effective value command Is * to ensure regenerative power.
Works in the direction of increasing the absolute value of. Therefore, when the AC power supply fails, if the frequency component of Fss included in the AC voltage ep becomes smaller than the range that can normally fluctuate, the absolute value of the AC current effective value command Is *, which is the output of the DC voltage control unit 93, is obtained. Is usually larger than the range that can be varied. In the present embodiment, the converter 2 is stopped when the absolute value of the alternating current effective value command Is * deviates from a range where the absolute value of the alternating current effective value command Is * generally fluctuates in the process of attenuating the component of the frequency Fss in each of the above embodiments. Thereby, the time from the power failure of the AC power supply to the stop of converter 2 can be drastically shortened.
【0017】[0017]
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
コンバータの制御系に自ら交流成分を発生する要素を持
たないため、交流電源の周波数成分は、負荷となる力行
車の有無、電力の大きさの如何に拘らず、交流電源の停
電とともに減衰し、コンバータを制御する制御系に存在
しなくなるため、従来技術で述べたように、停電後に自
ら内包している発振源によって動作を継続することがな
くなり、停電後即座に電力変換装置の動作を停止させる
ことができる。また、直流電圧制御手段の出力する信号
の大きさが予め設定した範囲を逸脱した場合に、コンバ
ータを停止する手段を併設することにより、停電後から
電力変換装置の停止までの時間を飛躍的に短縮すること
ができる。As described above, according to the present invention,
Since the converter control system does not have an element that generates an AC component by itself, the frequency component of the AC power supply attenuates with a power outage of the AC power supply, regardless of the presence or absence of a power running vehicle serving as a load and the magnitude of the power, Since the control system for controlling the converter does not exist, as described in the related art, the operation is not continued by the oscillation source contained therein after the power failure, and the operation of the power converter is stopped immediately after the power failure. be able to. In addition, when the magnitude of the signal output from the DC voltage control means deviates from a preset range, a means for stopping the converter is additionally provided, so that the time from the power failure to the stop of the power converter is dramatically reduced. Can be shortened.
【図1】本発明を適用する鉄道車両用電力変換器および
その制御装置FIG. 1 is a power converter for a railway vehicle to which the present invention is applied and a control device therefor.
【図2】本発明の一実施形態を示す制御装置内の正弦波
発生手段の構成図FIG. 2 is a configuration diagram of a sine wave generating unit in a control device according to an embodiment of the present invention.
【図3】本発明の他の実施形態を示す制御装置内の正弦
波発生手段の構成図FIG. 3 is a configuration diagram of a sine wave generating unit in a control device according to another embodiment of the present invention.
【図4】本発明の他の実施形態を示す制御装置内の正弦
波発生手段の構成図FIG. 4 is a configuration diagram of a sine wave generating means in a control device according to another embodiment of the present invention.
【図5】本発明の他の実施形態を示す制御装置内の正弦
波発生手段の構成図FIG. 5 is a configuration diagram of a sine wave generating means in a control device according to another embodiment of the present invention.
【図6】従来の制御装置内の正弦波発生手段の構成図FIG. 6 is a configuration diagram of a sine wave generating means in a conventional control device.
【図7】本発明の他の実施形態を示す制御装置FIG. 7 is a control device showing another embodiment of the present invention.
【図8】本発明の他の実施形態を示す制御装置FIG. 8 is a control device showing another embodiment of the present invention.
1…交流電源,111…架線,集電手段…11,2…コ
ンバータ,21…PWMパルス発生手段,3…変圧器,
4…リアクトル,5…平滑コンデンサ,6…インバー
タ,7…交流電動機,31…電圧検出手段,32…電流
検出手段,33…電圧検出手段,8…正弦波発生手段,
81…増幅器,82…基本波検出手段,83…実効値検
出手段,84…乗算器,85…位相調節手段,89…増
幅器,91…周波数検出手段,92…単位基準正弦波発
生手段,93…直流電圧制御手段,94…交流電流制御
手段,95…減算器,96…乗算器,97…減算器,1
00…交流電圧の変動範囲検出手段,200…交流電流
実効値指令の変動範囲検出手段DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... AC power supply, 111 ... Overhead wire, current collection means ... 11, 2 ... Converter, 21 ... PWM pulse generation means, 3 ... Transformer,
4 reactor, 5 smoothing capacitor, 6 inverter, 7 AC motor, 31 voltage detecting means, 32 current detecting means, 33 voltage detecting means, 8 sine wave generating means,
81: amplifier, 82: fundamental wave detecting means, 83: effective value detecting means, 84: multiplier, 85: phase adjusting means, 89: amplifier, 91: frequency detecting means, 92: unit reference sine wave generating means, 93 ... DC voltage control means, 94 AC current control means, 95 subtractor, 96 multiplier, 97 subtractor, 1
00: AC voltage fluctuation range detecting means, 200: AC current effective value command fluctuation range detecting means
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平6−46501(JP,A) 特開 平6−169501(JP,A) 特開 平8−331860(JP,A) 特開 平8−251707(JP,A) 特開 平5−122943(JP,A) 特開 平8−331765(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H02M 7/72 B60L 3/04 H02H 3/24 H02M 7/21 Continuation of the front page (56) References JP-A-6-46501 (JP, A) JP-A-6-169501 (JP, A) JP-A-8-331860 (JP, A) JP-A-8-251707 (JP) JP-A-5-122943 (JP, A) JP-A-8-331765 (JP, A) (58) Fields studied (Int. Cl. 7 , DB name) H02M 7/72 B60L 3/04 H02H 3/24 H02M 7/21
Claims (2)
に変換するコンバータと、平滑コンデンサを介して直流
を交流に変換するインバータと、前記インバータによっ
て駆動される交流電動機によって構成される電力変換装
置において、 前記交流電圧を検出する検出手段と、前記検出した交流
電圧に予め定められた一定のゲインを乗算して正規化し
た基準正弦波信号を生成する手段と、前記平滑コンデン
サの電圧を所定値に制御する直流電圧制御手段と、前記
直流電圧制御手段の出力に前記基準正弦波信号を乗じて
交流電流指令を出力する乗算器と、前記乗算器の出力と
前記コンバータの交流出力電流が一致するように前記コ
ンバータを制御する信号を発生する交流電流制御手段
と、前記電流制御手段の出力をもとに前記コンバータを
駆動するパルス発生装置からなることを特徴とする電力
変換装置。1. A power converter comprising: a converter for converting an AC voltage supplied from an AC power supply to a DC; an inverter for converting a DC to an AC through a smoothing capacitor; and an AC motor driven by the inverter. A detecting means for detecting the AC voltage; a means for multiplying the detected AC voltage by a predetermined constant gain to generate a normalized reference sine wave signal; and setting the voltage of the smoothing capacitor to a predetermined value. DC voltage control means, a multiplier for multiplying the output of the DC voltage control means by the reference sine wave signal to output an AC current command, and the output of the multiplier and the AC output current of the converter match. AC current control means for generating a signal for controlling the converter, and driving the converter based on the output of the current control means. Power conversion apparatus characterized by a pulse generator.
段の出力する信号の大きさが予め設定した範囲を逸脱し
たとき、これを検知し、前記コンバータの動作を停止さ
せる手段を有することを特徴とする電力変換装置。2. The apparatus according to claim 1, further comprising means for detecting when the magnitude of a signal output from said DC voltage control means deviates from a preset range, and stopping the operation of said converter. Power converter.
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