JP2008005620A

JP2008005620A - 電気車の制御装置

Info

Publication number: JP2008005620A
Application number: JP2006172258A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Koga; 猛古賀; Hiromitsu Ueda; 浩充植田
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2006-06-22
Filing date: 2006-06-22
Publication date: 2008-01-10

Abstract

【課題】電気車の軽負荷回生制御時に各制御ユニットの主電動機電流のアンバランスを抑制できる電気車の制御装置を提供することである。
【解決手段】電気車を駆動する主電動機を制御するとともに電力回生制御機能を持つ複数の制御ユニット１１ａ〜１１ｎと、各制御ユニットからの情報に基づき列車制御およびモニタリングを行う中央装置１２とを備え、各制御ユニットの平滑回路のフィルタコンデンサ電圧の値にリミッタを設けて主電動機の電流を絞り込む軽負荷回生制御を行う際に、中央装置は、各制御ユニットに流れる主電動機電流を入力し各制御ユニットの主電動機電流をユニット数で除した平均値を算出して各制御ユニットに伝送し、各制御ユニットは、主電動機電流が中央装置から伝送されてきた平均値に収束するようにフィルタコンデンサ電圧を補正する。
【選択図】図１

Description

本発明は、電気車の軽負荷回生制御の際に主電動機の電流を絞り込む制御を行う電気車の制御装置に関する。

電力回生制御機能を持つ電気車の制御装置では、同一電車線につながる負荷に対して電力を回生するが、その負荷に対して回生する電力が大きすぎる場合は電車線電圧を持ち上げ電車線電圧を異常状態にすることがある。そこで、電力回生負荷が小さい軽負荷時には電車線に出力する回生電力を軽減するために軽負荷回生制御を行うようにしている。このような電気車の軽負荷回生制御では各制御ユニットの平滑回路のフィルタコンデンサ電圧の値にリミッタを設けて主電動機の電流を絞り込む制御を行う。図３は、軽負荷回生制御を行う場合の主電動機電流ＩＡｎとフィルタコンデンサ電圧ＥＦＣとの関係図である。

フィルタコンデンサ電圧ＥＦＣに対するリミッタとして、ＥＦＣ１（Ｂ１点）とＥＦＣ０（Ｃ点）とが設定されている場合には、フィルタコンデンサ電圧ＥＦＣがＥＦＣ１（Ｂ１点）となると、主電動機電流ＩＡｎを減少させ始め、フィルタコンデンサ電圧ＥＦＣがＥＦＣ０（Ｃ点）となったときに主電動機電流ＩＡｎを０に制御する。同様に、フィルタコンデンサ電圧ＥＦＣに対するリミッタとして、ＥＦＣ２（Ｂ２点）とＥＦＣ０（Ｃ点）とが設定されている場合には、フィルタコンデンサ電圧ＥＦＣがＥＦＣ２（Ｂ２点）となると、主電動機電流ＩＡｎを減少させ始め、フィルタコンデンサ電圧ＥＦＣがＥＦＣ０（Ｃ点）となったときに主電動機電流ＩＡｎを０に制御する。

フィルタコンデンサ電圧ＥＦＣに対するリミッタの差電圧が大きい場合には、フィルタコンデンサ電圧ＥＦＣの検出誤差が多少あっても、主電動機電流ＩＡｎに大きなアンバランスをもたらさないが、フィルタコンデンサ電圧ＥＦＣに対するリミッタの差電圧が大きい場合には、フィルタコンデンサ電圧ＥＦＣの検出誤差により各制御ユニット間の主電動機電流ＩＡｎにアンバランスが生じる。近年、フィルタコンデンサ電圧ＥＦＣに対するリミッタの電圧差をできるだけ小さくし、遠くの回生負荷に対しても積極的に回生電流を流すようにしている。従って、各制御ユニットの主電動機電流ＩＡｎのアンバランスが大きくなっている。

そこで、これを解消するために、電気車の惰行時にはフィルタコンデンサ電圧ＥＦＣは各制御ユニットで同じ値であることに着目し、各制御ユニット１１ａ〜１１ｎで検出したフィルタコンデンサ電圧ＥＦＣを修正するようにしている。すなわち、図４に示すように、各制御ユニット１１ａ〜１１ｎは主電動機を駆動するインバータを有し、この各制御ユニット１１ａ〜１１ｎで検出した電気車の惰行時のフィルタコンデンサ電圧ＥＦＣの値ＥＡ１〜ＥＡｎを中央装置１２に伝送し、中央制御装置１２は各制御ユニット１１ａ〜１１ｎのフィルタコンデンサ電圧の値ＥＡ１〜ＥＡｎの総和をユニット数で除して平均電圧値ＥＡaveを演算し、各制御ユニット１１ａ〜１１ｎに戻すようにしている。これによりフィルタコンデンサ電圧ＥＦＣの検出誤差を修正し、各制御ユニット１１ａ〜１１ｎのフィルタコンデンサ電圧ＥＦＣを揃えるようにしている。この修正したフィルタコンデンサ電圧ＥＦＣを軽負荷回生制御に用いることで主電動機電流ＩＡｎを同じになるようにする。

ここで、回生運転時の高電圧制御において、一編成車両を制御する複数台の群制御装置とは別に１台の主制御装置を設け、この主制御装置によって複数台の群制御装置の高電圧制御開始電圧を個別に調整して、全ての制御装置が同時に高電圧制御を行い、一編成車両を制御する複数台の制御装置間に制御の発生するアンバランスを抑制するようにしたものがある（例えば、特許文献１参照）。
特開２００１−１５７３０３号公報

しかし、従来のものでは、軽負荷回生制御時の各制御ユニットのフィルタコンデンサ電圧ＥＦＣの検出誤差を修正することにより、各制御ユニットの主電動機電流ＩＡｎをアンバランスにする要因を取り除くものであるが、軽負荷回生制御の特性線上に沿って各制御ユニットが動くとは必ずしも限らないので、各制御ユニットの主電動機電流ＩＡｎのアンバランスを修正することができない場合がある。すなわち、主電動機電流ＩＡｎを平均値であるＩＡaveに一致させる制御はオープンループで実施されているので、各制御ユニットの主電動機電流ＩＡｎを一致させることができない場合がある。また、軽負荷回生制御の特性が異なった場合（例えば異機種の併結列車の場合）にはアンバランスが生じることになる。

フィルタコンデンサ電圧の検出誤差によりユニット間の主電動機電流にアンバランスが生じると、ブレーキ力を一定に保つために補足される空気ブレーキ量のアンバランスを結果的にもたらし、制輪子の磨耗量にアンバランスが生じる。保守の面から見ると制輪子も磨耗量は均等化が望まれる。

本発明の目的は、電気車の軽負荷回生制御時に各制御ユニットの主電動機電流のアンバランスを抑制できる電気車の制御装置を提供することである。

本発明の電気車の制御装置は、電気車を駆動する主電動機を制御するとともに電力回生制御機能を持つ複数の制御ユニットと、各制御ユニットからの情報に基づき列車制御およびモニタリングを行う中央装置とを備え、電気車の軽負荷回生制御の際に各制御ユニットの平滑回路のフィルタコンデンサ電圧の値にリミッタを設けて主電動機の電流を絞り込む電気車の制御装置において、前記中央装置は、電気車の軽負荷回生制御の際に各制御ユニットに流れる主電動機電流を入力し各制御ユニットの主電動機電流をユニット数で除した平均値を算出して各制御ユニットに伝送し、各制御ユニットは、主電動機電流が前記中央装置から伝送されてきた平均値に収束するようにフィルタコンデンサ電圧を補正することを特徴とする。

本発明によれば、電気車の軽負荷回生制御時に各制御ユニットの主電動機電流のアンバランスを抑制できる。

以下本発明の実施の形態を説明する。図１は本発明の実施の形態に係わる電気車の制御装置の構成図である。各々の制御ユニット１１ａ〜１１ｎは、インバータを有し電気車を駆動する主電動機を制御するとともに電力回生制御機能を持つ。また、中央装置１２は、各制御ユニット１１ａ〜１１ｎからの情報に基づき列車制御およびモニタリングを行う。各制御ユニット１１ａ〜１１ｎは、電気車の軽負荷回生制御の際に、各制御ユニット１１ａ〜１１ｎの平滑回路のフィルタコンデンサ電圧を検出し、そのフィルタコンデンサ電圧にリミッタを設けて主電動機の電流を絞り込む軽負荷回生制御を行う。

その際に、各制御ユニット１１ａ〜１１ｎは、各制御ユニット１１ａ〜１１ｎに流れる電流ＩＡ１〜ＩＡｎを中央装置１２に伝送する。中央装置１２は、各制御ユニット１１ａ〜１１ｎの電流ＩＡ１〜ＩＡｎを入力すると、各制御ユニット１１ａ〜１１ｎの電流ＩＡ１〜ＩＡｎの総和をユニット数で除した平均値ＩＡaveを算出し各制御ユニット１１ａ〜１１ｎに伝送する。

各制御ユニット１１ａ〜１１ｎは軽負荷回生制御に使用されるフィルタコンデンサ電圧ＥＦＣとして、ＥＦＣ＝ＥＦＣreal＋Ｋ（ＩＡｎ−ＩＡave）の計算により求めた値を使用し、フィルタコンデンサ電圧ＥＦＣの補正を行う。ここで、ＥＦＣrealはフィルタコンデンサ電圧の検出値、ＩＡｎは主電動機電流、ＩＡaveは平均値、Ｋは所定の係数である。

図２は、本発明の実施の形態における軽負荷回生制御を行う場合の主電動機電流ＩＡｎとフィルタコンデンサ電圧ＥＦＣとの関係図である。補正により求めたフィルタコンデンサ電圧ＥＦＣがＶｒ以上の値となったときに軽負荷回生モードであると判断し、フィルタコンデンサ電圧ＥＦＣがＶ０となったときに軽負荷回生を開始する。また、補正するフィルタコンデンサ電圧ＦＥＣはフィルタコンデンサ電圧の検出値ＥＦＣrealの±数％の増減というリミッタとする。

これにより、各制御ユニット１１ａ〜１１ｎの主電動機電流ＩＡｎはそれらの平均値ＩＡaveの電流を流すようにクローズループのフイードバック制御が行われる。つまり、ＩＡｎ＞ＩＡaveの場合、フィルタコンデンサ電圧ＥＦＣはプラスに補正される。このプラスに補正されたフィルタコンデンサ電圧ＥＦＣが軽負荷回生制御の制御要素に入力されると主電動機電流ＩＡｎは減少し、平均値ＩＡaveに近づく。この近づき度合いは係数Ｋによることになる。また、平均値ＩＡaveに対してフィルタコンデンサ電圧ＥＦＣを加減するフィードバック制御は、時間的に例えば１秒以上の制御ループで動くように設定する。

このように軽負荷回生モードで常に作用させることで各制御ユニットの主電動機電流を極力ＩＡaveに近い値にすることができ、各制御ユニットに補足される空気ブレーキ量をほぼ同じ値にすることができる。

本発明の実施の形態によれば、各制御ユニット１１ａ〜１１ｎに作用する空気ブレーキの量と機会が均等化されるので、制輪子の磨耗が各制御ユニットで同時進行し、取替えを必要とする時期には、各制御ユニット１１ａ〜１１ｎの制輪子が同じ磨耗量に達しているという保守に対して好ましい結果をもたらす。

本発明の実施の形態に係わる電気車の制御装置の構成図。本発明の実施の形態における軽負荷回生制御を行う場合の主電動機電流とフィルタコンデンサ電圧との関係図。従来の軽負荷回生制御を行う場合の主電動機電流とフィルタコンデンサ電圧との関係図。従来の電気車の制御装置の構成図。

符号の説明

１１…制御ユニット、１２…中央装置

Claims

電気車を駆動する主電動機を制御するとともに電力回生制御機能を持つ複数の制御ユニットと、各制御ユニットからの情報に基づき列車制御およびモニタリングを行う中央装置とを備え、電気車の軽負荷回生制御の際に各制御ユニットの平滑回路のフィルタコンデンサ電圧の値にリミッタを設けて主電動機の電流を絞り込む電気車の制御装置において、前記中央装置は、電気車の軽負荷回生制御の際に各制御ユニットに流れる主電動機電流を入力し各制御ユニットの主電動機電流をユニット数で除した平均値を算出して各制御ユニットに伝送し、各制御ユニットは、主電動機電流が前記中央装置から伝送されてきた平均値に収束するようにフィルタコンデンサ電圧を補正することを特徴とする電気車の制御装置。
各制御ユニットは、フィルタコンデンサ電圧の検出値をＥＦＣreal、主電動機電流をＩＡｎ、平均値をＩＡave、所定の係数をＫとしたとき、軽負荷回生リミッタ制御に入力されるフィルタコンデンサ電圧ＥＦＣに、ＥＦＣ＝ＥＦＣreal＋Ｋ（ＩＡｎ−ＩＡave）の補正を行うことを特徴とする請求項１記載の電気車の制御装置。