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JP6140085B2 - Vehicle control system - Google Patents

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JP6140085B2 JP2014014960A JP2014014960A JP6140085B2 JP 6140085 B2 JP6140085 B2 JP 6140085B2 JP 2014014960 A JP2014014960 A JP 2014014960A JP 2014014960 A JP2014014960 A JP 2014014960A JP 6140085 B2 JP6140085 B2 JP 6140085B2
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Description

本発明の実施形態は、鉄道車両の車両用制御システムに関する。   Embodiments described herein relate generally to a railway vehicle control system.

従来から、架線から供給される電力には直流電力と交流電力とが存在し、路線が直流電力区間と交流電力区間にまたがる場合がある。これに伴い、直流電力区間と交流電力区間の双方を走行することが可能な鉄道車両(交直両用車両)が存在する。   Conventionally, there is a case where DC power and AC power exist in the power supplied from the overhead line, and the route extends over the DC power section and the AC power section. Along with this, there are railway vehicles (vehicles for both AC and DC) that can travel in both the DC power section and the AC power section.

架線から直流電力の供給を受けて走行する鉄道車両では、電力変換装置の接地は直流回路の負側に接続される。一方、架線から交流電力の供給を受けて走行する鉄道車両では、電力変換装置の中間直流回路の中性点を接地させる技術が知られている。 In a railway vehicle that travels by receiving DC power supplied from an overhead line, the ground of the power converter is connected to the negative side of the DC circuit. On the other hand, a technology for grounding a neutral point of an intermediate DC circuit of a power converter is known for a railway vehicle that travels by receiving AC power supplied from an overhead wire.

ここで、交直両用車両に搭載された電力変換装置の接地回路を実現する場合、直流電力区間と交流電力区間とも電力変換装置の中間直流回路の負側で接地するように回路を構成するか、直流電力区間と交流電力区間で接地を切り替えることが考えられる。   Here, when realizing the ground circuit of the power conversion device mounted on the AC / DC vehicle, the circuit is configured so that both the DC power section and the AC power section are grounded on the negative side of the intermediate DC circuit of the power conversion apparatus, It is conceivable to switch the grounding between the DC power section and the AC power section.

前者の場合、絶縁耐圧電圧を直流電力区間に基づいて設定する必要があるため、交流電力区間で中間直流回路の電圧を上げることができず、電力変換装置の小型化が図れないという課題がある。一方、後者の場合、直流電力区間と交流電力区間とで接地回路を異ならせることから、交流電力区間において中間直流回路の電圧を上げることができ、これに伴って中間直流回路の電流を下げることができるため、電力変換装置を小型化することが可能となる。   In the former case, since it is necessary to set the withstand voltage based on the DC power section, there is a problem that the voltage of the intermediate DC circuit cannot be increased in the AC power section, and the power converter cannot be downsized. . On the other hand, in the latter case, since the ground circuit is made different between the DC power section and the AC power section, the voltage of the intermediate DC circuit can be increased in the AC power section, and accordingly, the current of the intermediate DC circuit is decreased. Therefore, the power converter can be downsized.

特開平9−93702号公報JP-A-9-93702

しかしながら、直流電力区間と交流電力区間で接地回路を切り替える構成とした場合、切替回路が必要となり、接触器等の物理的な切り替え手段を用いることになる。接触器等の切り替え手段を用いた場合、故障等により正しく切り替わらないまま交流電力区間から直流電力区間、又はその逆、に進入しまうと、電力変換装置を構成する部品に過度の電圧もしくは耐圧がかかることとなり、電力変換装置の故障に至る可能性がある。   However, when the ground circuit is switched between the DC power section and the AC power section, a switching circuit is required, and physical switching means such as a contactor is used. When switching means such as contactors are used, excessive voltage or withstand voltage is applied to the components that make up the power converter if the AC power section enters the DC power section or vice versa without switching correctly due to a failure or the like. As a result, there is a possibility of failure of the power conversion device.

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、接触器等の切り替え手段が故障等した場合であっても、電力変換装置等を構成する部品を保護することが可能な車両用制御システムを提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above, and is a vehicle control system capable of protecting components constituting a power conversion device or the like even when a switching means such as a contactor fails. The purpose is to provide.

実施形態の車両用制御システムは、集電装置を介して架線に接続された交流用遮断器と、前記集電装置を介して架線に接続された直流用遮断器と、前記交流用遮断機に接続された変圧器と、前記変圧器に接続されたコンバータと、前記変圧器と前記コンバータとの間に接続された交流接触器と、中間直流回路を介してコンバータに接続されたインバータと、前記直流用遮断器と前記中間直流回路との間に接続された直流接触器と、前記中間直流回路の負側と接地間に配置された第1の電流検出器と、 前記中間直流回路の中性点と接地間に配置された第2の電流検出器と、前記第1の電流検出器と前記第2の電流検出器の一方を接地に接続する切替部と、架線から供給される電力が直流であるか交流であるかを検出する架線電力検出器と、前記架線電力検出器の検出結果に基づき、前記直流用遮断機および前記交流用遮断機の一方を接続状態に制御するとともに前記切替部を制御する第1の制御部と、前記第1の電流検出器が接地に接続されるように切替部が制御されているときに前記第2の電流検出器が電流を検出した場合に前記切替部が故障したと判定し前記直流接触器と遮断するように制御し、前記第2の電流検出器が接地に接続されるように切替部が制御されているときに前記第1の電流検出器が電流を検出した場合に前記切替部が故障したと判定し前記交流接触器を遮断するように制御する第2の制御部とを備えている。 The vehicle control system of the embodiment includes an AC circuit breaker connected to an overhead line via a current collector, a DC circuit breaker connected to the overhead line via the current collector, and the AC circuit breaker. A connected transformer; a converter connected to the transformer; an AC contactor connected between the transformer and the converter; an inverter connected to the converter via an intermediate DC circuit; a DC contactor connected between the DC breaker and the intermediate DC circuit, and the negative side of the intermediate DC circuit and the first current detector which is disposed between the ground, the neutral of the intermediate DC circuit A second current detector disposed between the point and the ground, a switching unit that connects one of the first current detector and the second current detector to the ground, and the power supplied from the overhead wire is a direct current and overhead wire power detector for detecting whether an AC or is, the Based on the detection result of the line power detector, a first control unit for controlling the switching unit to control one of the direct current for the circuit breaker and the AC circuit breaker in the connected state, the first current detector When the switching unit is controlled so as to be connected to ground, when the second current detector detects a current, it is determined that the switching unit has failed and is controlled to be disconnected from the DC contactor. and, wherein the determining that the second current detector said switching unit when said first current detector detects a current when the switching unit is controlled so as to be connected to ground fails And a second control unit that controls the AC contactor to shut off.

図1は、一実施形態の車両に含まれる構成を示した図である。FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration included in a vehicle according to an embodiment. 図2は、一実施形態における、接地切り替え動作および保護動作の処理のフローを示した図である。FIG. 2 is a diagram illustrating a processing flow of the ground switching operation and the protection operation in the embodiment. 図3は、一実施形態における、接地切り替え動作の判定基準のデータベースを示した図である。FIG. 3 is a diagram illustrating a database of determination criteria for ground switching operation according to an embodiment. 図4は、一実施形態における、架線から交流電流が供給される場合の電流経路を示した図である。FIG. 4 is a diagram illustrating a current path when an alternating current is supplied from an overhead line in the embodiment. 図5は、一実施形態において、架線から交流電流が供給される場合に接地切替回路が異常となった場合の電流経路を示した図である。FIG. 5 is a diagram illustrating a current path when the ground switching circuit becomes abnormal when an alternating current is supplied from an overhead line in an embodiment. 図6は、一実施形態における、架線から直流電流が供給される場合の電流経路を示した図である。FIG. 6 is a diagram illustrating a current path when a direct current is supplied from an overhead line in the embodiment. 図7は、一実施形態において、架線から直流電流が供給される場合に接地切替回路が異常となった場合の電流経路を示した図である。FIG. 7 is a diagram illustrating a current path when the ground switching circuit becomes abnormal when a direct current is supplied from an overhead line in one embodiment. 図8は、一実施形態における変形例を示した図である。FIG. 8 is a diagram illustrating a modification of the embodiment.

図1は、一実施形態にかかる車両に含まれる構成を示した図である。図1に示すように、本実施形態にかかる車両100は、集電装置(パンタグラフ)を介し、架線1から直流電力および交流電力の供給を受けて走行できる車両(交直両用車)であって、交流用遮断機2、直流用遮断機3、メイントランス4、車両用制御装置5、モータ6、接地切替回路7、車両制御部8、および電圧検出センサ9を備えている。   FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration included in a vehicle according to an embodiment. As shown in FIG. 1, a vehicle 100 according to the present embodiment is a vehicle (AC / DC vehicle) that can travel by receiving supply of DC power and AC power from an overhead line 1 via a current collector (pantograph), An AC circuit breaker 2, a DC circuit breaker 3, a main transformer 4, a vehicle control device 5, a motor 6, a ground switching circuit 7, a vehicle control unit 8, and a voltage detection sensor 9 are provided.

メイントランス4は、交流用遮断機2を介して架線1に接続されるとともに、グラウンド(例えば、車輪を介したグラウンド)に接続される。そして、架線1から供給された交流電力の電圧は、一次巻線41と二次巻線42の比に応じた電圧に変圧され、車両制御装置5に供給される。   The main transformer 4 is connected to the overhead wire 1 via the AC circuit breaker 2 and also connected to the ground (for example, ground via wheels). The voltage of the AC power supplied from the overhead wire 1 is transformed into a voltage corresponding to the ratio between the primary winding 41 and the secondary winding 42 and supplied to the vehicle control device 5.

車両用制御装置5は、交流電力を直流電力に変換するコンバータ(CONV)51、コンバータから供給される直流電力を交流電力に変換するインバータ(INV)52、制御部53
、直流電流検出回路54、交流区間接地電流検出回路55、同一構成の電圧検出器(正側)56と(負側)57、交流接触器58、および直流接触器9とを備えている。また、コンバータ51とインバータ52との間には、中間直流回路60が形成されている。なお、図1では、コンバータ51とインバータ52が、いずれも3レベルの電力変換装置とした場合の中間直流回路60を、例として示している。
The vehicle control device 5 includes a converter (CONV) 51 that converts AC power into DC power, an inverter (INV) 52 that converts DC power supplied from the converter into AC power, and a control unit 53.
, A DC current detection circuit 54, an AC section ground current detection circuit 55, voltage detectors (positive side) 56 and (negative side) 57, an AC contactor 58, and a DC contactor 9 having the same configuration. An intermediate DC circuit 60 is formed between the converter 51 and the inverter 52. In FIG. 1, an intermediate DC circuit 60 is shown as an example in which the converter 51 and the inverter 52 are both three-level power converters.

なお、車両用制御装置5の制御部53は、車両制御部8が制御する接地切替回路7の状態と、直流電流検出回路54、交流区間接地電流検出回路55、および電圧検出器(正側)56と(負側)57の検出結果が合っていない場合、交流接触器58および直流接触器59を開状態(遮断状態)にさせ、車両用制御装置5の保護を行う。   The control unit 53 of the vehicle control device 5 includes a state of the ground switching circuit 7 controlled by the vehicle control unit 8, a DC current detection circuit 54, an AC section ground current detection circuit 55, and a voltage detector (positive side). When the detection results of 56 and (negative side) 57 do not match, the AC contactor 58 and the DC contactor 59 are opened (blocked), and the vehicle control device 5 is protected.

接地切替回路7は、車両制御部8からの指示に従い、中間直流回路60の中性点61と負側62のいずれかをグランドに接続する。   The ground switching circuit 7 connects either the neutral point 61 or the negative side 62 of the intermediate DC circuit 60 to the ground in accordance with an instruction from the vehicle control unit 8.

車両制御部8は、車両100が走行している区間が直流電力区間か交流電力区間かに応じて接地切替回路7を制御し、直流電流検出回路54と交流区間接地電流検出回路55の一方がグラウンドに接続されるようにする。   The vehicle control unit 8 controls the ground switching circuit 7 according to whether the section in which the vehicle 100 is traveling is a DC power section or an AC power section, and one of the DC current detection circuit 54 and the AC section ground current detection circuit 55 is Be connected to ground.

電圧検出センサ9は、架線1から集電装置を介して供給される電力の電圧値に基づき、架線1から供給される電力が直流か交流かの判定を行い、この結果を車両制御部8に通知する。   The voltage detection sensor 9 determines whether the electric power supplied from the overhead line 1 is direct current or alternating current based on the voltage value of the electric power supplied from the overhead line 1 via the current collector, and sends the result to the vehicle control unit 8. Notice.

次に、上記のような構成を有する車両における接地切替回路7の切り替え動作、および車両用制御装置5の保護動作について説明する。   Next, the switching operation of the ground switching circuit 7 and the protection operation of the vehicle control device 5 in the vehicle having the above configuration will be described.

図2は上記切り替え動作および保護動作の処理を表したフロー図であり、直流電力区間から交流電力区間に進入する場合について例示する。   FIG. 2 is a flowchart showing the processing of the switching operation and the protection operation, and illustrates the case of entering the AC power section from the DC power section.

車両100が直流電力区間を走行しているとき、車両制御部8は、電圧検出センサ9から直流であるとの判定結果を受信するので、この判定結果に基づいて接地切替回路7を制御して直流電流検出回路54がグラウンドにつながるようにする。更に、車両制御部8は交流用遮断機2を開状態に、そして直流用遮断機3を閉状態にする。これにより、架線1から集電装置を介して供給される直流電力は、直流用遮断機3を介して車両用制御装置5に供給され、インバータ52で可変電圧可変周波数の交流電力に変換された後、モータ6に供給される。この結果、モータ6によって車両100が駆動される。   When the vehicle 100 is traveling in the DC power section, the vehicle control unit 8 receives the determination result that the voltage is detected from the voltage detection sensor 9, and controls the ground switching circuit 7 based on the determination result. The direct current detection circuit 54 is connected to the ground. Further, the vehicle control unit 8 brings the AC circuit breaker 2 into an open state and the DC circuit breaker 3 into a closed state. Thus, the DC power supplied from the overhead wire 1 via the current collector is supplied to the vehicle control device 5 via the DC circuit breaker 3 and converted into AC power of variable voltage and variable frequency by the inverter 52. Thereafter, it is supplied to the motor 6. As a result, the vehicle 100 is driven by the motor 6.

さて、車両100が走行しているとき、架線1から供給された電力に基づき、電圧検出センサ9では、供給された電力が直流か交流かの判定が行われる(ステップS1)。つまり、車両100が直流電力区間を走行しているため、直流を示す判定結果が、電圧検出センサから車両制御部8へ通知される。   When the vehicle 100 is traveling, the voltage detection sensor 9 determines whether the supplied power is direct current or alternating current based on the power supplied from the overhead line 1 (step S1). That is, since the vehicle 100 is traveling in the DC power section, a determination result indicating DC is notified from the voltage detection sensor to the vehicle control unit 8.

車両制御部8では、電圧検出センサ9から通知される判定結果に基づいて、判定結果が変化したかを判断する(ステップS2)。上記の通り、車両100が直流電力区間の走行を継続していることから、電圧検出センサ9から車両制御部8に通知される判定結果は直流のままとなるため(ステップS2のNO)、車両制御部8は接地切替回路7に対する制御は行わず、制御部53に対して接地切替回路7の状態、すなわち、直流電流検出回路54がグラウンドに接続されていることの通知のみ行う。   The vehicle control unit 8 determines whether the determination result has changed based on the determination result notified from the voltage detection sensor 9 (step S2). As described above, since the vehicle 100 continues to travel in the DC power section, the determination result notified from the voltage detection sensor 9 to the vehicle control unit 8 remains DC (NO in step S2). The control unit 8 does not control the ground switching circuit 7, but only notifies the control unit 53 of the state of the ground switching circuit 7, that is, that the DC current detection circuit 54 is connected to the ground.

制御部53では、車両制御部8から通知される接地切替回路7の状態に基づいて、接地切替回路7の切替動作が正しく行われたか否か、また、接地切替回路7の状態が異常になったかの判定を行う(ステップS4)。このとき、制御部53で行われる判定は、図3に示すような判定基準をデータベースとして図示しないメモリにあらかじめ登録しておき、車両制御部8から通知される接地切替回路7の状態、直流電流検出回路54、交流区間接地電流検出回路55、および電圧検出器56と57で検出された値に基づき、前記データベースの判定基準を参照することで行われる。   In the control unit 53, based on the state of the ground switching circuit 7 notified from the vehicle control unit 8, whether or not the switching operation of the ground switching circuit 7 has been performed correctly, and the state of the ground switching circuit 7 becomes abnormal. Judgment is made (step S4). At this time, the determination performed by the control unit 53 is performed by previously registering a determination criterion as shown in FIG. 3 as a database in a memory (not shown), the state of the ground switching circuit 7 notified from the vehicle control unit 8, and the direct current. Based on the values detected by the detection circuit 54, the AC section ground current detection circuit 55, and the voltage detectors 56 and 57, the determination is made by referring to the determination criteria of the database.

上記した通り、制御部53は、車両制御部8から直流電流回路54がグラウンドに接続されていることの通知を受けていることから、判定基準の負側の設定情報を利用して接地切替回路7が正常か異常かを判定する。   As described above, since the control unit 53 has received a notification from the vehicle control unit 8 that the DC current circuit 54 is connected to the ground, the ground switching circuit is used by using setting information on the negative side of the determination criterion. Determine whether 7 is normal or abnormal.

ここで、車両制御部8の制御に基づいて、接地切替回路7が、直流電流検出回路54、すなわち中間直流回路60の負側62側となるよう正しく切り替わっている場合、図4に示すように、直流遮断機3を介して車両用制御装置5に供給された直流電力によって、直流接触器59を通り、電圧検出器56と57および直流電流検出器54を介し、グラウンドへと電流が流れる経路301が形成される。この結果、この電流が直流電流検出回路54によって検出される。更に、接地切替回路7が正しく切り替わっている場合、交流区間接地電流検出回路55で電流は検出されず、また、電圧検出器56と57で検出される電圧値は、直流電力区間の架線電圧の半分の値、例えば、架線電圧がDC1500Vである場合は、電圧検出器56と57で750Vの電圧値が検出されるので、負側の異常判定条件はいずれも満たさず、正常判定条件のみが成立することになる。なお、電圧検出器が検出する電圧値はある程度変動することがあるため、架線電圧の半分の値に対して±α(任意の値)の幅を持たせ、この幅の範囲内であれば半分の値とみなすようにしても良い。   Here, when the ground switching circuit 7 is correctly switched to be on the negative current 62 side of the DC current detection circuit 54, that is, the intermediate DC circuit 60, based on the control of the vehicle control unit 8, as shown in FIG. The path through which the current flows to the ground through the DC contactor 59, the voltage detectors 56 and 57, and the DC current detector 54 by the DC power supplied to the vehicle control device 5 through the DC circuit breaker 3. 301 is formed. As a result, this current is detected by the direct current detection circuit 54. Further, when the ground switching circuit 7 is correctly switched, no current is detected by the AC section ground current detection circuit 55, and the voltage values detected by the voltage detectors 56 and 57 are the overhead voltage of the DC power section. When the overhead voltage is DC1500V, for example, the voltage detectors 56 and 57 detect a voltage value of 750V. Therefore, the negative abnormality determination condition is not satisfied, and only the normal determination condition is satisfied. Will do. Since the voltage value detected by the voltage detector may fluctuate to some extent, a width of ± α (arbitrary value) is given to the half value of the overhead line voltage, and if it is within this width range, it is half It may be considered as the value of.

よって、制御部53で接地切替回路7が正常であると判定され(ステップS4のYES)、車両用制御装置5の動作は維持される。   Therefore, the control unit 53 determines that the ground switching circuit 7 is normal (YES in step S4), and the operation of the vehicle control device 5 is maintained.

一方、車両100が直流電力区間を走行しているときに接地切替回路7に故障が発生するなどして交流区間接地電流検出回路55側に切り替わってしまうと、図5に示すように、直流遮断機3を介して車両用制御装置5に供給された直流電力によって、直流接触器59を通り、コンバータ51、インバータ52、中間直流回路60のいずれかに内蔵されており、中間直流回路60を分圧している図示しない抵抗もしくはコンデンサおよび交流区間接地電流検出器55を介し、グラウンドへと電流が流れる経路302が形成されてしまう。このため、直流電流検出回路54で電流の検出ができなくなる、交流区間接地電流検出回路55で電流が検出される、と判定基準の負側の設定情報での異常条件が成立することになり、制御部53によって接地切替回路7に異常が生じたと判定される(ステップS4のNO)。   On the other hand, when the vehicle 100 is traveling in the DC power section, if the ground switching circuit 7 is faulty or the like and is switched to the AC section ground current detection circuit 55 side, as shown in FIG. The DC power supplied to the vehicle control device 5 via the machine 3 passes through the DC contactor 59 and is incorporated in any of the converter 51, the inverter 52, and the intermediate DC circuit 60. A path 302 through which a current flows to the ground is formed through a resistor or capacitor (not shown) that is pressed and the AC section ground current detector 55. For this reason, an abnormal condition is established in the setting information on the negative side of the determination criterion that the current cannot be detected by the DC current detection circuit 54 and the current is detected by the AC section ground current detection circuit 55, The controller 53 determines that an abnormality has occurred in the ground switching circuit 7 (NO in step S4).

接地切替回路7に異常が生じたと判定された場合、制御部53は、直流接触器59に対して開放指示信号を出力し、この結果、直流接触器59が開状態となり架線1から車両用制御装置5への電力供給が停止される。   When it is determined that an abnormality has occurred in the ground switching circuit 7, the control unit 53 outputs an open instruction signal to the DC contactor 59, and as a result, the DC contactor 59 is opened and the vehicle control is started from the overhead line 1. The power supply to the device 5 is stopped.

車両100が直流電力区間を走行している間は上記の判定処理および車両用制御装置5の保護処理が継続して実行される。   While the vehicle 100 is traveling in the DC power section, the above determination process and the protection process of the vehicle control device 5 are continuously executed.

その後、車両100が直流電力区間から交流電力区間に進入すると、電圧検出センサ9で架線1から供給される交流電力による電圧の変動が検出され(ステップS1)、車両制御部8に対して交流を示す判定結果が通知される。   After that, when the vehicle 100 enters the AC power section from the DC power section, the voltage detection sensor 9 detects the voltage fluctuation due to the AC power supplied from the overhead line 1 (step S1), and the vehicle control unit 8 receives the AC. The determination result shown is notified.

車両制御部8では、電圧検出センサ9から通知される判定結果に基づいて、判定結果が変化したかを判断する(ステップS2)。上記の通り、電圧検出センサ9から通知される判定結果が直流から交流に変化したので、車両制御部8では、判定結果が変化したことを検出し(ステップS2のYES)、交流区間接地電流検出回路55がグラウンドに接続されるよう接地切替回路7に対する制御を行う(ステップS6)。また、制御部53に対して接地切替回路7の状態、すなわち、交流区間接地電流検出回路55がグラウンドに接続されていることを通知する。   The vehicle control unit 8 determines whether the determination result has changed based on the determination result notified from the voltage detection sensor 9 (step S2). As described above, since the determination result notified from the voltage detection sensor 9 has changed from DC to AC, the vehicle control unit 8 detects that the determination result has changed (YES in Step S2), and detects AC section ground current detection. The ground switching circuit 7 is controlled so that the circuit 55 is connected to the ground (step S6). Further, the controller 53 is notified of the state of the ground switching circuit 7, that is, that the AC section ground current detection circuit 55 is connected to the ground.

また、車両制御部8が、電圧検出センサ9からの通知に基づいて直流電力区間から交流電力区間に移ったことを検出すると、交流用遮断機2を閉状態に、そして直流用遮断機3を開状態に切り換える。これにより、架線1から集電装置を介して供給される交流電力は、交流用遮断機2、メイントランス4を介して車両用制御装置5に送られる。車両用制御装置5では、コンバータ51によって供給された交流電力が直流電力に変換され、中間直流回路60に供給される。その後は車両100が直流電力区間を走行している場合と同様に、インバータ52で可変電圧可変周波数の交流電力に変換され、モータ6に供給される。   When the vehicle control unit 8 detects that the DC power section has moved to the AC power section based on the notification from the voltage detection sensor 9, the AC circuit breaker 2 is closed and the DC circuit breaker 3 is turned on. Switch to the open state. Thereby, the AC power supplied from the overhead wire 1 via the current collector is sent to the vehicle control device 5 via the AC circuit breaker 2 and the main transformer 4. In the vehicle control device 5, the AC power supplied by the converter 51 is converted into DC power and supplied to the intermediate DC circuit 60. Thereafter, as in the case where the vehicle 100 is traveling in the DC power section, the inverter 52 converts the AC power into AC power having a variable voltage and variable frequency and supplies the AC power to the motor 6.

制御部53では、車両制御部8から通知される接地切替回路7の状態に基づいて、接地切替回路7の切替動作が正しく行われたか否か、また、接地切替回路7の状態が異常になったかの判定を行う(ステップS4)。   In the control unit 53, based on the state of the ground switching circuit 7 notified from the vehicle control unit 8, whether or not the switching operation of the ground switching circuit 7 has been performed correctly, and the state of the ground switching circuit 7 becomes abnormal. Judgment is made (step S4).

制御部53は、車両制御部8から交流区間接地電流検出回路55がグラウンドに接続されていることの通知を受けたことから、図3に示すデータベースに登録されている判定基準の中性点側の設定情報を利用し、接地切替回路7が正常か異常かを判定する。   Since the control unit 53 has received notification from the vehicle control unit 8 that the AC section ground current detection circuit 55 is connected to the ground, the neutral point side of the criterion registered in the database shown in FIG. Is used to determine whether the ground switching circuit 7 is normal or abnormal.

ここで、車両制御部8の制御に基づいて、接地切替回路7が、交流区間接地電流検出回路55、すなわち中間直流回路60の中性点61側となるよう正しく切り替わっている場合、図6に示すように、グラウンド側から交流区間接地電流検出回路55を介し、中性点61との間で漏れ電流の経路401が形成される。   Here, when the ground switching circuit 7 is correctly switched to the neutral point 61 side of the AC section ground current detection circuit 55, that is, the intermediate DC circuit 60, based on the control of the vehicle control unit 8, FIG. As shown, a leakage current path 401 is formed from the ground side to the neutral point 61 via the AC section ground current detection circuit 55.

この結果、この漏れ電流が交流区間接地電流検出回路55によって検出される。更に、接地切替回路7が正しく切り替わっている場合、直流電流検出回路54で電流は検出されないことから、正常判定条件のみが成立することになる。   As a result, this leakage current is detected by the AC section ground current detection circuit 55. Furthermore, when the ground switching circuit 7 is correctly switched, no current is detected by the DC current detection circuit 54, so that only a normal determination condition is satisfied.

よって、制御部53で接地切替回路7が正常であると判定され(ステップS4のYES)、車両用制御装置5の動作は維持される。   Therefore, the control unit 53 determines that the ground switching circuit 7 is normal (YES in step S4), and the operation of the vehicle control device 5 is maintained.

一方、車両制御部8からの制御に対して接地切替回路7が正しく動作せずに直流電流検出回路54側につながったままの場合、または、交流区間接地電流検出回路55に正しく切り替わった後に接地切替回路7に故障が発生するなどして直流電流検出回路54側に切り替わってしまうと、図7に示すように、グラウンド側から直流電流検出回路54を介して中間直流回路60の負側62に流れる漏れ電流の経路402が形成される。このため、交流区間接地電流検出回路55で電流の検出ができなくなる、直流電流検出回路54で電流が検出される、と判定基準の中性点側の設定情報での異常条件が成立することになり、制御部53によって接地切替回路7に異常が生じたと判定される(ステップS4のNO)。   On the other hand, when the ground switching circuit 7 does not operate correctly with respect to the control from the vehicle control unit 8 and remains connected to the DC current detection circuit 54 side, or after the switching to the AC section ground current detection circuit 55 is correctly performed, If the switching circuit 7 is switched to the DC current detection circuit 54 due to a failure or the like, as shown in FIG. 7, the ground side changes to the negative side 62 of the intermediate DC circuit 60 via the DC current detection circuit 54. A flowing leakage current path 402 is formed. For this reason, an abnormal condition is established in the setting information on the neutral point side of the determination criterion that the current cannot be detected by the AC section ground current detection circuit 55 and the current is detected by the DC current detection circuit 54. Thus, the control unit 53 determines that an abnormality has occurred in the ground switching circuit 7 (NO in step S4).

接地切替回路7に異常が生じたと判定された場合、制御部53は、交流接触器58に対して開放指示信号を出力し、この結果、交流接触器58が開状態となり架線1から車両用制御装置5への電力供給が停止される。   When it is determined that an abnormality has occurred in the ground switching circuit 7, the control unit 53 outputs an opening instruction signal to the AC contactor 58, and as a result, the AC contactor 58 is opened and the vehicle control is started from the overhead wire 1. The power supply to the device 5 is stopped.

以上に説明した通り、接地点を直流電力区間と交流電力区間で切り替えることにより、交流電力区間での中間直流回路60の電圧を直流電力区間の2倍することができる。この結果、交流電力区間において中間直流回路60に印加される電圧を上げられることから、中間直流回路60を流れる電流を下げられるので、車両用制御装置5を小型化することが可能となる。更に、接地切替回路7が故障した場合に車両用制御装置5へ供給される電力を停止させる機能を設けたことで、接地切替回路7を設けたことによって浮上した接地切替回路7の故障に伴う車両用制御装置5を構成する部品の破壊リスクが大幅に低減される。   As described above, by switching the ground point between the DC power section and the AC power section, the voltage of the intermediate DC circuit 60 in the AC power section can be doubled that of the DC power section. As a result, since the voltage applied to the intermediate DC circuit 60 can be increased in the AC power section, the current flowing through the intermediate DC circuit 60 can be reduced, and the vehicle control device 5 can be downsized. Further, by providing a function of stopping the power supplied to the vehicle control device 5 when the ground switching circuit 7 fails, the ground switching circuit 7 that has emerged due to the provision of the ground switching circuit 7 is accompanied by a failure. The risk of destruction of the parts constituting the vehicle control device 5 is greatly reduced.

なお、上記説明では、直流電力区間と交流電力区間の検出を電圧検出センサ9によって行うこととしているが、これに限らず、地上設備から無線等を用いて直流と交流の切替信号を受信するようにし、この切替信号に従って車両制御部8が接地切替回路7を制御するとともに、接地切替回路7の制御状態を制御部53に通知するようにしても良い。   In the above description, the DC power section and the AC power section are detected by the voltage detection sensor 9. However, the present invention is not limited to this, and a direct current and alternating current switching signal is received from the ground equipment by radio or the like. In addition, the vehicle control unit 8 may control the ground switching circuit 7 according to the switching signal, and may notify the control unit 53 of the control state of the ground switching circuit 7.

また、制御部53は、車両制御部8から直流電流検出回路54と交流区間接地電流検出回路55のいずれがグラウンドに接続されているかを示す通知を受けるとしているが、これに代え、電圧検出センサ9による直流か交流かの判定結果を入力、又は別に設けられ、架線から供給される電力が直流であることを検出する直流架線電圧検出器および交流であることを検出する交流架線電圧検出器(いずれの電圧検出器も図示せず)のそれぞれから検出信号を入力し、この入力に基づいて接地切替回路7の状態を判断するようにしても良い。   The control unit 53 receives a notification from the vehicle control unit 8 indicating which of the DC current detection circuit 54 and the AC section ground current detection circuit 55 is connected to the ground. Instead, the voltage detection sensor 9 is used to input the determination result of DC or AC, or separately provided, and a DC overhead wire voltage detector that detects that the power supplied from the overhead wire is DC and an AC overhead wire voltage detector that detects that the power is AC ( A detection signal may be input from each of the voltage detectors (not shown), and the state of the ground switching circuit 7 may be determined based on this input.

(変形例)
図1に示す直流中間回路60は、コンバータ51とインバータ52が共に3レベルの電力変換装置である場合の回路構成となっているが、双方もしくは一方が2レベルの電力変換装置とすることも可能である。図8は、2レベルのコンバータ51aと2レベルのインバータ52aとした場合の中間直流回路60aの回路構成を示している。すなわち、中性
点61aを形成するために、正側と負側との間に2つの同じ容量を有するコンデンサC1、C2を直列接続するとともに、この直列接続されたコンデンサC1とC2に対して電圧検出器56と57を接続する。更にコンデンサC1とC2の中間点と電圧検出器56と57の中間点とを結ぶ配線を介して交流区間接地電流検出回路55を接続する。
(Modification)
The DC intermediate circuit 60 shown in FIG. 1 has a circuit configuration when both the converter 51 and the inverter 52 are three-level power converters, but both or one of them can be a two-level power converter. It is. FIG. 8 shows a circuit configuration of an intermediate DC circuit 60a in the case of a two-level converter 51a and a two-level inverter 52a. That is, in order to form the neutral point 61a, two capacitors C1 and C2 having the same capacity are connected in series between the positive side and the negative side, and a voltage is applied to the capacitors C1 and C2 connected in series. Detectors 56 and 57 are connected. Further, the AC section ground current detection circuit 55 is connected through a wiring connecting the intermediate point between the capacitors C1 and C2 and the intermediate point between the voltage detectors 56 and 57.

このような中間直流回路61を用いることで、ともに2レベルのコンバータ51aとインバータ52aを用いた場合でも、同様の効果を得ることができる。   By using such an intermediate DC circuit 61, the same effect can be obtained even when both the two-level converter 51a and the inverter 52a are used.

なお、一方が2レベル、他方が3レベルである場合は、例えば、図8の中性点61aの3レベル側となる配線が電力変換装置(コンバータ51またはインバータ52)へ引き通され、中間直流回路を形成することになる。また、もちろんこのような回路構成とした場合でも、同様の効果を得ることができる。   If one is at the 2nd level and the other is at the 3rd level, for example, the wiring on the 3rd level side of the neutral point 61a in FIG. 8 is passed to the power converter (converter 51 or inverter 52), and the intermediate DC A circuit will be formed. Of course, even when such a circuit configuration is adopted, the same effect can be obtained.

1…架線、2…交流用遮断機、3…直流用遮断機、4…メイントランス、5…車両用制御装置、6…モータ、7…接地切替回路、8…車両制御部、9…電圧検出センサ、41…一次巻線、42…二次巻線、51…コンバータ、52…インバータ、53…制御部、54…直流電流検出回路、55…交流区間接地電流検出回路、56、57…電圧検出器、58…交流接触器、59…直流接触器、60…中間直流回路、100…車両   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Overhead wire, 2 ... AC circuit breaker, 3 ... DC circuit breaker, 4 ... Main transformer, 5 ... Control device for vehicles, 6 ... Motor, 7 ... Ground switching circuit, 8 ... Vehicle control part, 9 ... Voltage detection Sensor, 41 ... primary winding, 42 ... secondary winding, 51 ... converter, 52 ... inverter, 53 ... control unit, 54 ... DC current detection circuit, 55 ... AC section ground current detection circuit, 56, 57 ... voltage detection 58 ... AC contactor, 59 ... DC contactor, 60 ... intermediate DC circuit, 100 ... vehicle

Claims (3)

架線から供給される電力に基づいて車両に搭載されたモータを駆動する車両用制御システムにおいて、
集電装置を介して架線に接続された交流用遮断器と、
前記集電装置を介して架線に接続された直流用遮断器と、
前記交流用遮断機に接続された変圧器と、
前記変圧器に接続されたコンバータと、
前記変圧器と前記コンバータとの間に接続された交流接触器と、
中間直流回路を介してコンバータに接続されたインバータと、
前記直流用遮断器と前記中間直流回路との間に接続された直流接触器と、
前記中間直流回路の負側と接地間に配置された第1の電流検出器と、
前記中間直流回路の中性点と接地間に配置された第2の電流検出器と、
前記第1の電流検出器と前記第2の電流検出器の一方を接地に接続する切替部と、
架線から供給される電力が直流であるか交流であるかを検出する架線電力検出器と、
前記架線電力検出器の検出結果に基づき、前記直流用遮断機および前記交流用遮断機の一方を接続状態に制御するとともに前記切替部を制御する第1の制御部と、
前記第1の電流検出器が接地に接続されるように切替部が制御されているときに前記第2の電流検出器が電流を検出した場合に前記切替部が故障したと判定し前記直流接触器と遮断するように制御し、前記第2の電流検出器が接地に接続されるように切替部が制御されているときに前記第1の電流検出器が電流を検出した場合に前記切替部が故障したと判定し前記交流接触器を遮断するように制御する第2の制御部と
を備えたことを特徴とする車両用制御システム。
In a vehicle control system for driving a motor mounted on a vehicle based on electric power supplied from an overhead line,
An AC circuit breaker connected to the overhead wire via a current collector;
A DC circuit breaker connected to the overhead wire via the current collector;
A transformer connected to the AC circuit breaker;
A converter connected to the transformer;
An AC contactor connected between the transformer and the converter;
An inverter connected to the converter via an intermediate DC circuit;
A DC contactor connected between the DC circuit breaker and the intermediate DC circuit;
A first current detector disposed between the negative side of the intermediate DC circuit and ground;
A second current detector disposed between a neutral point of the intermediate DC circuit and ground;
A switching unit for connecting one of the first current detector and the second current detector to ground;
An overhead line power detector for detecting whether the power supplied from the overhead line is direct current or alternating current;
Based on the detection result of the overhead line power detector, a first control unit for controlling the switching unit to control one of the direct current for the circuit breaker and the AC circuit breaker in the connected state,
When the switching unit is controlled so that the first current detector is connected to the ground, it is determined that the switching unit has failed when the second current detector detects a current , and the DC contact The switching unit when the first current detector detects a current when the switching unit is controlled so that the second current detector is connected to ground. A second control unit that determines that the AC contactor has failed and controls the AC contactor to shut off;
A vehicle control system comprising:
前記中間直流回路の正側と中性点との間に設けられた第1の電圧検出器および中性点と負側との間に設けられた第2の電圧検出器とを更に備え、前記第2の制御部は、前記第1の電圧検出器および第2の電圧検出器が検出する電圧値に基づいて前記切替部に故障が発生したことを検出する請求項1に記載の車両用制御システム。   A first voltage detector provided between the positive side and the neutral point of the intermediate DC circuit and a second voltage detector provided between the neutral point and the negative side; The vehicle control according to claim 1, wherein the second control unit detects that a failure has occurred in the switching unit based on voltage values detected by the first voltage detector and the second voltage detector. system. 前記架線電力検出器は前記架線に接触する集電装置と前記直流用遮断機および前記交流用遮断機との間に印加する電力に基づき、前記架線から供給される電力が直流か交流かを判定することを特徴とする請求項1に記載の車両用制御システム。   The overhead wire power detector determines whether the power supplied from the overhead wire is direct current or alternating current based on the power applied between the current collector in contact with the overhead wire and the DC breaker and the alternating current breaker. The vehicle control system according to claim 1.
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