特開 2023-128522 電力変換システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023128522

(43)【公開日】2023-09-14

(54)【発明の名称】電力変換システム

(51)【国際特許分類】

   H02J 7/34 20060101AFI20230907BHJP

   B60L 7/14 20060101ALI20230907BHJP

   B60L 9/18 20060101ALI20230907BHJP

   B60L 58/25 20190101ALI20230907BHJP

   B60L 3/00 20190101ALI20230907BHJP

【ＦＩ】

H02J7/34 J

B60L7/14

B60L9/18 A

B60L58/25

B60L3/00 C

【審査請求】未請求

【請求項の数】17

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022032901

(22)【出願日】2022-03-03

(71)【出願人】

【識別番号】000003078

【氏名又は名称】株式会社東芝

(71)【出願人】

【識別番号】598076591

【氏名又は名称】東芝インフラシステムズ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100091487

【弁理士】

【氏名又は名称】中村 行孝

(74)【代理人】

【識別番号】100120031

【弁理士】

【氏名又は名称】宮嶋 学

(74)【代理人】

【識別番号】100107582

【弁理士】

【氏名又は名称】関根 毅

(74)【代理人】

【識別番号】100118843

【弁理士】

【氏名又は名称】赤岡 明

(72)【発明者】

【氏名】熊切 有希

(72)【発明者】

【氏名】結城 和明

(72)【発明者】

【氏名】恩田 昇治

【テーマコード（参考）】

5G503

5H125

【Ｆターム（参考）】

5G503AA01

5G503AA07

5G503BA01

5G503BB01

5G503CA01

5G503CA11

5G503CB11

5G503DA07

5G503DA08

5G503EA05

5G503GB06

5G503GD03

5G503GD06

5H125AA05

5H125AC02

5H125BB09

5H125BC06

5H125BC19

5H125CB03

5H125CD09

5H125EE12

5H125EE23

5H125EE61

(57)【要約】

【課題】回生電力の利用効率を向上させることができる電力変換システムを提供する。
【解決手段】本開示の電力変換システムは、電動機の駆動回路と、電動機の回生運転中に回生失効が発生しているか否かを検出する回生失効検出部と、第１の直流電力または第２の直流電力を交流電力に変換して負荷に供給する第１の電力変換回路と、第１の電力変換回路の出力側と並列に自己の出力側が接続される第２の電力変換回路と、第２の電力変換回路の入力側に接続される蓄電池と、蓄電池の電圧を検出する電圧検出部と、第１の電力変換回路から一定の交流電圧が出力されるように制御する第１の制御部と、第２の電力変換回路に所定の充放電電力が入出力されるように制御することによって、蓄電池の充放電を制御する第２の制御部と、回生失効が発生しているか否かおよび蓄電池の電圧に基づいて、第２の制御部の動作を制御する統括制御部とを備えている。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

外部から供給される第１の直流電力を交流電力に変換して電動機を駆動するとともに、前記電動機の回生電力を第２の直流電力に変換する駆動回路と、
前記電動機の回生運転中に回生失効が発生しているか否かを検出する回生失効検出部と、
前記第１の直流電力または前記第２の直流電力を交流電力に変換して負荷に供給する第１の電力変換回路と、
前記第１の電力変換回路の出力側と並列に自己の出力側が接続される第２の電力変換回路と、
前記第２の電力変換回路の入力側に接続される蓄電池と、
前記蓄電池の電圧を検出する電圧検出部と、
前記第１の電力変換回路から一定の交流電圧が出力されるように制御する第１の制御部と、
前記第２の電力変換回路に所定の充放電電力が入出力されるように制御することによって、前記蓄電池の充放電を制御する第２の制御部と、
前記回生失効が発生しているか否かおよび前記蓄電池の電圧に基づいて、前記第２の制御部の動作を制御する統括制御部と
を備える、電力変換システム。

【請求項2】

前記電力変換システムは、
前記第２の電力変換回路を介して、前記電動機の回生電力を前記蓄電池に充電する回生吸収モードと、
前記第２の電力変換回路を介して、前記蓄電池に蓄えられている電力を前記負荷に供給するアシスト放電モードと、
前記蓄電池の充電および放電のいずれも行わない待機モードと
を有し、
前記統括制御部は、前記回生失効が発生しているか否かおよび前記蓄電池の電圧に基づいて、前記回生吸収モード、前記アシスト放電モードまたは前記待機モードのいずれかを選択する、請求項１に記載の電力変換システム。

【請求項3】

前記統括制御部は、
前記回生失効が発生しており、かつ前記蓄電池の電圧が第１の電圧閾値未満である場合には、前記回生吸収モードを選択し、
前記回生失効が発生しておらず、かつ前記蓄電池の電圧が前記第１の電圧閾値よりも小さい第２の電圧閾値以上である場合には、前記アシスト放電モードを選択し、
前記回生失効が発生しており、かつ前記蓄電池の電圧が前記第１の電圧閾値以上である場合、または、前記回生失効が発生しておらず、かつ前記蓄電池の電圧が前記第２の電圧閾値未満である場合には、前記待機モードを選択する、請求項２に記載の電力変換システム。

【請求項4】

前記電力変換システムは、前記第２の電力変換回路を介して、前記第１の直流電力によって前記蓄電池を充電する昇圧充電モードをさらに有し、
前記統括制御部は、前記蓄電池の電圧が前記第２の電圧閾値よりも小さい第３の電圧閾値以下である場合には、前記蓄電池の電圧が前記第２の電圧閾値よりも大きい第４の電圧閾値を上回るまで、前記昇圧充電モードを選択し、該昇圧充電モードにおいて、前記第２の電力変換回路の出力側に無効電流が流れるように、前記第２の制御部を制御する、請求項３に記載の電力変換システム。

【請求項5】

前記無効電流は、該無効電流をＩｄ、前記負荷にかかる電圧をＶＣｑ、前記第２の電力変換回路が出力可能な最大電圧をＶｍａｘ、前記第２の電力変換回路の出力電圧の角周波数をω、前記第２の電力変換回路の出力側の交流リアクトルのインダクタンス値をＬ、前記第２の電力変換回路の出力側を流れる有効電流をＩｑとして、以下の式：

【数1】

に従って定義される、請求項４に記載の電力変換システム。

【請求項6】

前記電力変換システムは、前記第２の電力変換回路を介して、前記蓄電池の充電と放電が一定期間毎に繰り返されることにより、前記蓄電池のセルの温度の低下を防止する暖機モードをさらに有し、
前記統括制御部は、前記回生失効が発生しておらず、かつ前記蓄電池の電圧が前記第２の電圧閾値未満であり、かつ前記蓄電池のセルの温度が第１の温度閾値以下である場合には、前記暖機モードを選択する、請求項３～５のいずれか一項に記載の電力変換システム。

【請求項7】

前記統括制御部は、前記回生吸収モードにおいて、前記第１の制御部から送信される前記第１の電力変換回路の出力電流に基づいて、前記第２の電力変換回路を介して前記蓄電池に供給される充電電力が制限されるように、前記第２の制御部を制御する、請求項３～６のいずれか一項に記載の電力変換システム。

【請求項8】

前記統括制御部は、前記第１の電力変換回路の出力電流が第１の電流閾値以上である場合には、前記第２の電力変換回路を介して前記蓄電池に供給される充電電力が０になるように、前記第２の制御部を制御する、請求項７に記載の電力変換システム。

【請求項9】

前記統括制御部は、前記アシスト放電モードにおいて、前記第１の制御部から送信される前記第１の電力変換回路の出力電流に基づいて、前記第２の電力変換回路を介して前記蓄電池から供給される放電電力が制限されるように、前記第２の制御部を制御する、請求項３～８のいずれか一項に記載の電力変換システム。

【請求項10】

前記統括制御部は、前記第１の電力変換回路の出力電流が第２の電流閾値未満である場合には、前記第２の電力変換回路を介して前記蓄電池から供給される放電電力が０になるように、前記第２の制御部を制御する、請求項９に記載の電力変換システム。

【請求項11】

前記電力変換回路は、
前記第１の電力変換回路の入力側と架線との間に直列に接続される逆流防止ダイオードと、
前記第１の電力変換回路の入力側の電圧を検知する第１の直流電圧センサーと
をさらに備え、
前記第１の制御部は、前記第１の電力変換回路の入力側の電圧が規定値以上になったことが検知されると、前記第２の電力変換回路の電力出力の停止要求を前記第２の制御部に送信する、請求項１～１０のいずれか一項に記載の電力変換システム。

【請求項12】

前記第１の制御部から前記第２の制御部への前記電力出力の停止要求の送信は、前記第１の電力変換回路から出力される交流電圧に所定の高周波信号を重畳させることによって行われる、請求項１１に記載の電力変換システム。

【請求項13】

前記第１の制御部から前記第２の制御部への前記電力出力の停止要求の送信は、前記統括制御部を経由して行われる、請求項１１に記載の電力変換システム。

【請求項14】

前記第１の制御部から前記第２の制御部への前記電力出力の停止要求の送信は、前記第１の制御部と前記第２の制御部との間に設けられた信号線を経由して行われる、請求項１１に記載の電力変換システム。

【請求項15】

前記電力変換回路は、
前記第１の電力変換回路の入力側と架線との間に直列に接続される逆流防止ダイオードをさらに備え、
前記統括制御部は、前記第２の電力変換回路を介して前記蓄電池から供給される放電電力が前記負荷の消費電力の最小値未満になるように、前記第２の制御部を制御する、請求項１～１０のいずれか一項に記載の電力変換システム。

【請求項16】

前記電力変換回路は、
前記第１の電力変換回路の入力側と架線との間に直列に接続される逆流防止ダイオードと、
前記第１の電力変換回路の入力側と架線との間に直列に接続される第１のスイッチと、
前記第１の電力変換回路の入力側の電圧を検知する第１の直流電圧センサーと
をさらに備え、
前記第１の制御部は、前記第１の電力変換回路の入力側の電圧が規定値以上になったことが検知されると、前記第１のスイッチをオンにして前記第１の電力変換回路の入力側から前記架線に向けて電力が流れるようにする、請求項１～１０のいずれか一項に記載の電力変換システム。

【請求項17】

前記電力変換回路は、
前記第１の電力変換回路の入力側と架線との間に接続される逆流防止ダイオードと、
前記第１の電力変換回路の入力側の電源ラインに一端が接続される第２のスイッチと、
前記第２のスイッチの他端と前記第１の電力変換回路の入力側のＧＮＤラインとの間に接続される放電用抵抗と、
前記第１の電力変換回路の入力側の電圧を検知する第１の直流電圧センサーと
をさらに備え、
前記第１の制御部は、前記第１の電力変換回路の入力側の電圧が規定値以上になったことが検知されると、前記第２のスイッチをオンにする、請求項１～１０のいずれか一項に記載の電力変換システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、電力変換システムに関する。

【背景技術】

【0002】

従来から、並列接続された複数のインバータ回路を備える電力変換システムが知られている。特許文献１には、並列接続された複数のインバータ回路を備える電力変換システムにおいて、各インバータ回路が自己の動作モードとして、電圧制御モードと電流制御モードとを切り替え可能な構成が記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特許第３６４８４１４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、特許文献１に記載の構成では、各インバータ回路が他のインバータ回路とは独立に自己の動作モードを切り替えている。そのため、例えばあるインバータ回路を介して電動機の回生電力を蓄電池に一時的に蓄え、必要に応じて放電させることにより、回生電力の有効利用をはかる場合には、各インバータ回路が独立に自己の動作モードを最適化しようとするために、不必要な電力損失ないし電力回生失効（回生や放電ができるのに、保護動作などにより、その機会を失う事）が発生し、回生電力の利用効率が低下してしまう。

【0005】

本開示は、上記のような課題を解決するためのものであり、回生電力の利用効率を向上させることができる電力変換システムを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記の課題を解決するために、本開示に係る電力変換システムは、外部から供給される第１の直流電力を交流電力に変換して電動機を駆動するとともに、前記電動機の回生電力を第２の直流電力に変換する駆動回路と、電動機の回生運転中に回生失効が発生しているか否かを検出する回生失効検出部と、第１の直流電力または第２の直流電力を交流電力に変換して負荷に供給する第１の電力変換回路と、第１の電力変換回路の出力側と並列に自己の出力側が接続される第２の電力変換回路と、第２の電力変換回路の入力側に接続される蓄電池と、蓄電池の電圧を検出する電圧検出部と、第１の電力変換回路から一定の交流電圧が出力されるように制御する第１の制御部と、第２の電力変換回路に所定の充放電電力が入出力されるように制御することによって、蓄電池の充放電を制御する第２の制御部と、回生失効が発生しているか否かおよび蓄電池の電圧に基づいて、第２の制御部の動作を制御する統括制御部とを備える。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】実施の形態１に係る電力変換システムの構成を示す図。

【図2】実施の形態１に係る統括制御部の内部の構成を示す図。

【図3】実施の形態１に係るモード選択処理の詳細を説明するフローチャート。

【図4】実施の形態２に係る電力変換システムの構成を示す図。

【図5】実施の形態２に係る統括制御部の内部の構成を示す図。

【図6】実施の形態２に係るモード選択処理の詳細を説明するフローチャート。

【図7A】無効電流が流れない場合のベクトル図。

【図7B】無効電流が流れる場合のベクトル図。

【図8】実施の形態３に係る電力変換システムの構成を示す図。

【図9】実施の形態３に係る統括制御部の内部の構成を示す図。

【図10】実施の形態３に係るモード選択処理の詳細を説明するフローチャート。

【図11】実施の形態４に係る電力変換システムの構成を示す図。

【図12】実施の形態４に係る統括制御部の内部の構成を示す図。

【図13】回生吸収モードにおける第１のインバータ回路の出力電流と係数との関係を示す図。

【図14】実施の形態５に係る電力変換システムの構成を示す図。

【図15】実施の形態５に係る統括制御部の内部の構成を示す図。

【図16】アシスト放電モードにおける第１のインバータ回路の出力電流と係数との関係を示す図。

【図17】実施の形態６に係る電力変換システムの構成を示す図。

【図18】交流電圧に所定の高周波信号を重畳させてバンドパスフィルタに入力した様子を模式的に示す図。

【図19】実施の形態７に係る電力変換システムの構成を示す図。

【図20】実施の形態８に係る電力変換システムの構成を示す図。

【発明を実施するための形態】

【0008】

以下では、図面を参照しながら、本開示の実施の形態について説明する。なお、以降の説明では、本開示に係る電力変換システムを電車に搭載した例に基づいて説明する。ただし、本開示に係る電力変換システムの適用可能な範囲は電車に限定されるものではない。また、図面において、同一または対応する要素には同じ参照符号を付して、詳細な説明は適宜省略する。

【0009】

（実施の形態１）
図１は、本開示の実施の形態１に係る電力変換システム１００の構成を示す図である。電力変換システム１００は、電車の走行用の電動機１を駆動する可変電圧可変周波数制御型（ＶＶＶＦ制御型）の駆動回路１０を備えている。電動機１の力行運転時には、駆動回路１０は、架線２から供給される直流電力（以下、「第１の直流電力」という）を交流電力に変換して電動機１に供給する。一方、電動機１の回生運転時には、駆動回路１０は、電動機１の回生電力を直流電力（以下、「第２の直流電力」という）に変換し、第１のインバータ回路１１の入力側１１ａに供給する。また、駆動回路１０は、電動機１の回生運転中に回生失効が発生しているか否かを検出する回生失効検出部としての機能を有している。

【0010】

第１のインバータ回路１１は、電動機１の力行運転時には、架線２から供給される第１の直流電力を交流電力に変換して出力する。また、第１のインバータ回路１１は、電動機１の回生運転時には、架線２から供給される第１の直流電力および駆動回路１０から供給される第２の直流電力を交流電力に変換して出力する。第１のインバータ回路１１の出力電力の一部またはすべては、変圧器１２を介して負荷３に供給される。負荷３の種類は、特に限定されるものではないが、例えば電車内の蛍光灯や空調機等である。

【0011】

第１のインバータ回路１１の入力側１１ａには、入力電圧を平滑化する第１の直流キャパシタ１３が並列に接続されている。また、第１のインバータ回路１１の入力側１１ａと架線２との間には、逆流防止ダイオード３０が直列に接続されている。逆流防止ダイオード３０は、第１のインバータ回路１１から架線２に向けて電力が流れることを防止する。これにより、架線２からの電力供給が絶たれた場合でも、第１のインバータ回路１１は、第１の直流キャパシタ１３に蓄えられている電力によって、短時間であれば動作を継続することができる。一方、第１のインバータ回路１１の出力側１１ｂの変圧器１２と負荷３との間には、第１の交流コンデンサ１４が並列に接続されている。

【0012】

第１のインバータ回路１１は、第１の制御部１５によって制御される。第１の制御部１５は、例えば、ＡＳＩＣやＦＰＧＡ等の集積回路、あるいはソフトウェアによって制御されるＣＰＵによって構成することができる。第１の制御部１５は、負荷３に一定の交流電圧が印加されるように、第１のインバータ回路１１のスイッチング動作を制御する。第１の制御部１５は、第１の直流電圧センサー１６によって検出される第１のインバータ回路１１の入力電圧と、第１の交流電圧センサー１８によって検出される第１のインバータ回路１１の出力電圧とに基づいて、負荷端（第１の交流電圧センサー１８の検出点）で一定の交流電圧が出力されるように、第１のインバータ回路１１のスイッチング動作を制御する。すなわち、第１のインバータ回路１１は、第１の制御部１５によって電圧制御される。

【0013】

また、電力変換システム１００は、第１のインバータ回路１１の出力側１１ｂと並列に自己の出力側１９ｂが接続される第２のインバータ回路１９を備えている。第２のインバータ回路１９の出力側１９ｂと負荷３との間には、第２の交流コンデンサ２０が並列に接続されるとともに、交流リアクトル２１が直列に接続されている。第２のインバータ回路１９の入力側１９ａには、第２の直流キャパシタ２２および蓄電池２３が並列に接続されている。

【0014】

第２のインバータ回路１９は、第２の制御部２４によって制御される。第２の制御部２４は、例えば、ＡＳＩＣやＦＰＧＡ等の集積回路、あるいはソフトウェアによって制御されるＣＰＵによって構成することができる。第２の制御部２４は、第２の直流電圧センサー２５によって検出される第２のインバータ回路１９の入力電圧と、第２の交流電流センサー２６によって検出される第２のインバータ回路１９の出力電流と、第２の交流電圧センサー２７によって検出される第２のインバータ回路１９の出力電圧とに基づいて、第２のインバータ回路１９のスイッチング動作を制御することによって、第２のインバータ回路１９の出力電流を制御する。すなわち、第２のインバータ回路１９は、第２の制御部２４によって電流制御される。この際、第２の制御部２４の出力電圧の位相は、負荷端（第２交流電圧センサー２７の検出点）の電圧の位相と同期するようにＰＬＬ制御される。これにより、第２のインバータ回路１９は、負荷端の電圧に対して、任意の位相差を有する交流電流を出力することができる。

【0015】

また、上述したように、負荷３にかかる電圧は第１のインバータ回路１１によって一定値に保たれており、第２のインバータ回路１９の出力側１９ｂも負荷３に接続されている。そのため、第２のインバータ回路１９の出力電流を制御することは、第２のインバータ回路１９の入出力電力を制御することと等しい。すなわち、第２の制御部２４は、第２のインバータ回路１９の入出力電力を制御しているとも言える。

【0016】

さらに、電力変換システム１００は、第２の制御部２４の動作を制御する統括制御部２８を備えている。統括制御部２８は、駆動回路１０から送信される回生失効信号と、監視部２９によって検出される蓄電池２３の電圧とに基づいて、第２の制御部２４に充放電電力の指令値を送信する。ここで、駆動回路１０から送信される回生失効信号は１または０の値をとり、電動機１の回生運転中に回生失効が発生している場合には１となり、そうでない場合には０となる。また、監視部２９によって検出される蓄電池２３の電圧は、より正確には蓄電池２３の開回路電圧（ＯＣＶ）である。周知のように、蓄電池２３の開回路電圧と充電量との間には、正の相関関係が成立する。

【0017】

本実施の形態１に係る電力変換システム１００は、「回生吸収モード」、「アシスト放電モード」および「待機モード」という、３つの動作モードを有しており、これら３つの動作モードの選択は、統括制御部２８によって行われる。回生吸収モードでは、第２のインバータ回路１９を介して、電動機１の回生電力によって蓄電池２３が充電される。アシスト放電モードでは、第２のインバータ回路１９を介して、蓄電池２３に蓄えられている電力が負荷３に供給され、第１のインバータ回路１１から負荷３への電力供給がアシストされる。待機モードでは、蓄電池２３の充電および放電のいずれも行われない。

【0018】

図２は、統括制御部２８の内部の構成を示す図である。統括制御部２８は、例えば、ＡＳＩＣやＦＰＧＡ等の集積回路、あるいはソフトウェアによって制御されるＣＰＵによって構成することができる。また、統括制御部２８は、第１の制御部１５または第２の制御部２４の内部に設けられてもよい。統括制御部２８は、モード選択部２８ａと、電力選択部２８ｂとを含んでいる。モード選択部２８ａは、駆動回路１０から送信される回生失効信号と、監視部２９によって検出される蓄電池２３の電圧とに基づいて、動作モードを選択する。電力選択部２８ｂは、モード選択部２８ａによって選択された動作モードに基づいて、充放電電力の指令値を選択し、第２の制御部２４に送信する。

【0019】

第２のインバータ回路１９を介して蓄電池２３に充電電力が供給される回生吸収モードでは、充放電電力の指令値は負の値をとる。これは第２のインバータ回路１９の出力側１９ｂから入力側１９ａに向けて充電電力が流れることを意味している。本実施の形態１では、回生吸収モードにおける充放電電力の指令値は、－Ｐｃ［ｋＷ］で表される。一方、第２のインバータ回路１９を介して蓄電池２３の放電が行われるアシスト放電モードでは、充放電電力の指令値は正の値をとる。これは第２のインバータ回路１９の入力側１９ａから出力側１９ｂに向けて放電電力が流れることを意味している。本実施の形態１では、アシスト放電モードにおける充放電電力の指令値は、＋Ｐｄ［ｋＷ］で表される。また、蓄電池２３の充電および放電のいずれも行われない待機モードでは、充放電電力の指令値は０ｋＷとなる。

【0020】

図３は、統括制御部２８のモード選択部２８ａにおけるモード選択処理の詳細を説明するフローチャートである。図３のフローチャートに示されるように、モード選択部２８ａは、回生失効が発生しており（Ｓ１０１＝ＹＥＳ）、かつ蓄電池２３の電圧が第１の電圧閾値Ｖｔｈｒ１未満（Ｓ１０２＝ＹＥＳ）である場合には、回生吸収モードを選択する（Ｓ１０４）。ここで、第１の電圧閾値Ｖｔｈｒ１は蓄電池２３の仕様上の最大電圧よりも僅かに低く設定されている。蓄電池２３の電圧がこの値未満である場合には、蓄電池２３の充電量が上限に達しておらず、充電可能な余裕があることを意味している（図３の右上の図解を参照）。

【0021】

回生吸収モードでは、第２のインバータ回路１９を介して、電動機１の回生電力によって蓄電池２３が充電される。詳細には、電動機１の回生電力が駆動回路１０によって第２の直流電力に変換され、この第２の直流電力が第１のインバータ回路１１によって交流電力に変換される。この交流電力が第２のインバータ回路１９によって直流電力に変換され、この直流電力によって蓄電池２３が充電される。この際、第２の制御部２４は、第２のインバータ回路１９から蓄電池２３に向けて、統括制御部２８から送信された充放電電力の指令値に等しい充電電力が流れるように、第２のインバータ回路１９のスイッチング動作を制御する。回生吸収モードは、回生失効が発生しており（Ｓ１０１＝ＹＥＳ）、かつ蓄電池２３の電圧が第１の電圧閾値Ｖｔｈｒ１未満（Ｓ１０２＝ＹＥＳ）である間、継続される。

【0022】

また、モード選択部２８ａは、回生失効が発生しておらず（Ｓ１０１＝ＮＯ）、かつ蓄電池２３の電圧が第２の電圧閾値Ｖｔｈｒ２以上（Ｓ１０３＝ＹＥＳ）である場合には、アシスト放電モードを選択する（Ｓ１０６）。ここで、第２の電圧閾値Ｖｔｈｒ２は、蓄電池２３の仕様上の最小電圧よりも僅かに高く設定されている。蓄電池２３の電圧がこの値以上である場合には、蓄電池２３の充電量が下限に達しておらず、放電可能な余裕があることを意味している（図３の右上の図解を参照）。

【0023】

アシスト放電モードでは、第２のインバータ回路１９を介して、蓄電池２３に蓄えられている電力が負荷３に供給される。詳細には、蓄電池２３から放電された直流電力が第２のインバータ回路１９によって交流電力に変換され、この交流電力が負荷３に供給されることによって、第１のインバータ回路１１による負荷３への電力供給がアシストされる。この際、第２の制御部２４は、蓄電池２３から第２のインバータ回路１９に向けて、統括制御部２８から送信された充放電電力の指令値に等しい放電電力が流れるように、第２のインバータ回路１９のスイッチング動作を制御する。アシスト放電モードは、回生失効が発生しておらず（Ｓ１０１＝ＮＯ）、かつ蓄電池２３の電圧が第２の電圧閾値Ｖｔｈｒ２以上（Ｓ１０３＝ＹＥＳ）である間、継続される。

【0024】

また、モード選択部２８ａは、回生失効が発生しており（Ｓ１０１＝ＹＥＳ）、かつ蓄電池２３の電圧が第１の電圧閾値Ｖｔｈｒ１以上（Ｓ１０２＝ＮＯ）である場合、すなわち回生失効中であるが、蓄電池２３に充電可能な余裕がない場合には、蓄電池２３の充電および放電のいずれも行わない待機モードを選択する（Ｓ１０５）。

【0025】

また、モード選択部２８ａは、回生失効が発生しておらず（Ｓ１０１＝ＮＯ）、かつ蓄電池２３の電圧が第２の電圧閾値Ｖｔｈｒ２未満（Ｓ１０３＝ＮＯ）である場合、すなわち回生失効中でないが、蓄電池２３に放電可能な余裕がない場合には、蓄電池２３の充電および放電のいずれも行わない待機モードを選択する（Ｓ１０５）。

【0026】

以上説明したように、本実施の形態１に係る電力変換システム１００は、並列接続された第１のインバータ回路１１および第２のインバータ回路１９を備えており、第２のインバータ回路１９の入力側１９ａには蓄電池２３が接続されている。第１の制御部１５は、第１のインバータ回路１１から一定の交流電圧が出力されるように制御する。第２の制御部２４は、第２のインバータ回路１９に所定の充放電電力が入出力されるように制御することによって、蓄電池２３の充放電を制御する。そして、統括制御部２８は、電動機１の回生運転中に回生失効が発生しているか否かおよび蓄電池２３の電圧に基づいて、第２の制御部２４の動作を制御する。

【0027】

上記の特徴により、本実施の形態１に係る電力変換システム１００では、第１のインバータ回路１１および第２のインバータ回路１９の動作が全体として最適化され、電動機１の回生電力の利用効率が向上する。

【0028】

（実施の形態２）
上記の実施の形態１では、第２のインバータ回路１９の動作開始時に蓄電池２３の電圧が第２の電圧閾値Ｖｔｈｒ２以下である場合には、回生吸収モードによって蓄電池２３の充電が行われるまでの間は、アシスト放電モードを選択することができない。

【0029】

上記の問題に対処するために、本実施の形態２では、第２のインバータ回路１９の動作開始時に蓄電池２３の電圧が第２の電圧閾値Ｖｔｈｒ２以下である場合には、「昇圧充電モード」が選択される。昇圧充電モードでは、第２のインバータ回路１９を介して、架線２から供給される第１の直流電力によって蓄電池２３が充電される。

【0030】

図４は、本実施の形態２に係る電力変換システム２００の構成を示す図である。電力変換システム２００の統括制御部２２８は、実施の形態１と同様の充放電電力の指令値に加えて、第２のインバータ回路１９の出力側１９ｂを流れる無効電流の指令値を第２の制御部２４に送信する。

【0031】

図５は、統括制御部２２８の内部の構成を示す図である。統括制御部２２８は、モード選択部２２８ａと、電力選択部２２８ｂと、無効電流選択部２２８ｃとを含んでいる。モード選択部２２８ａは、駆動回路１０から送信される回生失効信号と、監視部２９によって検出される蓄電池２３の電圧とに基づいて、動作モードを選択する。

【0032】

電力選択部２２８ｂは、モード選択部２２８ａによって選択された動作モードに基づいて、充放電電力の指令値を選択し、第２の制御部２４に送信する。本実施の形態２では、昇圧充電モードにおける充放電電力の指令値は、－Ｐｕ［ｋＷ］で表される。

【0033】

無効電流選択部２２８ｃは、モード選択部２２８ａによって選択された動作モードに基づいて、無効電流の指令値を選択し、第２の制御部２４に送信する。本実施の形態２では、昇圧充電モード以外の動作モードにおける無効電流の指令値は０Ａである。また、昇圧充電モードにおける無効電流の指令値はＩｄであり、以下の式に従って定義される。

【0034】

【数1】

【0035】

ただし、上式において、ＶＣｑは負荷３にかかる電圧、すなわち負荷電圧であり、Ｖｍａｘは第２のインバータ回路１９の出力可能な最大電圧であり、ωは第２のインバータ回路１９の出力電圧の角周波数であり、Ｌは交流リアクトル２１のインダクタンス値であり、Ｉｑは第２のインバータ回路１９の出力側１９ｂを流れる有効電流、すなわち蓄電池２３の充電電流に相応する電流である。

【0036】

図６は、統括制御部２２８のモード選択部２２８ａにおけるモード選択処理の詳細を説明するフローチャートである。図６のフローチャートに示されるように、モード選択部２２８ａは、蓄電池２３の電圧が第２の電圧閾値Ｖｔｈｒ２よりも小さい第３の電圧閾値Ｖｔｈｒ３以下（Ｓ２０７＝ＮＯ）である場合には、蓄電池２３の電圧が第２の電圧閾値Ｖｔｈｒ２よりも大きい第４の電圧閾値Ｖｔｈｒ４を上回るまで（Ｓ２０９＝ＹＥＳ）、昇圧充電モードを選択する（Ｓ２０８）。

【0037】

昇圧充電モードでは、第２のインバータ回路１９を介して、架線２から供給される第１の直流電力によって蓄電池２３が充電される。詳細には、架線２から供給される第１の直流電力が第１のインバータ回路１１によって交流電力に変換され、この交流電力が第２のインバータ回路１９によって直流電力に変換され、この直流電力によって蓄電池２３が充電される。

【0038】

この際、第２の制御部２４は、第２のインバータ回路１９から蓄電池２３に向けて、統括制御部２２８から送信された充放電電力の指令値に等しい充電電力が流れるように、かつ第２のインバータ回路１９の出力側１９ｂを流れる無効電流が統括制御部２２８から送信された無効電流の指令値Ｉｄに等しくなるように、第２のインバータ回路１９のスイッチング動作を制御する。なお、第２のインバータ回路１９の出力側１９ｂを流れる無効電流を制御するということは、具体的には第２のインバータ回路１９の出力電圧と出力電流との位相差を制御するということである。

【0039】

図７Ａは、第２のインバータ回路１９の出力側１９ｂを流れる無効電流が０Ａ、すなわち無効電流が流れない場合のベクトル図である。無効電流が流れない場合には、第２のインバータ回路１９の出力電圧Ｖｏ２は、負荷電圧ＶＣｑと、有効電流Ｉｑによるインピーダンス降下ωＬＩｑとのベクトル和によって決定される。そのため、蓄電池２３の充電電流に相応する第２のインバータ回路１９の出力側１９ｂを流れる有効電流Ｉｑを増加させようとすると、第２のインバータ回路１９の出力電圧Ｖｏ２もそれに伴って増加する。

【0040】

しかしながら、第２のインバータ回路１９の出力可能な最大電圧Ｖｍａｘは、蓄電池２３の電圧によって制限される。それにもかかわらず、昇圧充電モードが選択されるのは、蓄電池２３の電圧が低下している場合である。そのため、第２のインバータ回路１９の出力側１９ｂを流れる有効電流Ｉｑに相応する蓄電池２３の充電電流を増加させることが困難になる。

【0041】

これに対して、図７Ｂは、第２のインバータ回路１９の出力側１９ｂに無効電流Ｉｄが流れる場合のベクトル図である。無効電流Ｉｄが流れる場合には、第２のインバータ回路１９の出力電圧Ｖｏ２は、負荷電圧ＶＣｑから無効電流Ｉｄによるインピーダンス降下ωＬＩｄを減算したベクトルと、有効電流Ｉｑによるインピーダンス降下ωＬＩｑとのベクトル和によって決定される。すなわち、無効電流Ｉｄが存在することにより、第２のインバータ回路１９の出力電圧Ｖｏ２を抑えながら有効電流Ｉｑに相応する蓄電池２３の充電電流を増加させることができる。これにより、蓄電池２３の電圧が低下している場合でも、昇圧充電に必要な充電電流を確保することができる。

【0042】

以上説明したように、本実施の形態２に係る電力変換システム２００は、第２のインバータ回路１９を介して、架線２から供給される第１の直流電力によって蓄電池２３を充電する昇圧充電モードを有している。統括制御部２２８は、蓄電池２３の電圧が第２の電圧閾値Ｖｔｈｒ２よりも小さい第３の電圧閾値Ｖｔｈｒ３以下である場合には、蓄電池２３の電圧が第２の電圧閾値Ｖｔｈｒ２よりも大きい第４の電圧閾値Ｖｔｈｒ４を上回るまで、昇圧充電モードを選択する。

【0043】

上記の特徴により、本実施の形態２に係る電力変換システム２００では、第２のインバータ回路１９の動作が開始されてから、アシスト放電モードを選択可能になるまでに要する時間を短縮することができる。

【0044】

また、昇圧充電モードにおいて、統括制御部２２８は、第２のインバータ回路１９の出力側１９ｂに無効電流Ｉｄが流れるように、第２の制御部２４を制御する。これにより、第２のインバータ回路１９の出力電圧Ｖｏ２を抑えながら蓄電池２３の充電電流を増加させることができるため、昇圧充電に必要な充電電流を確保することができる。

【0045】

（実施の形態３）
先述の実施の形態１では、回生失効中でないが、蓄電池２３にアシスト放電可能な余裕がない場合には、蓄電池２３の充電および放電のいずれも行わない待機モードが選択される。しかしながら、蓄電池２３の充電も放電も行われない期間が長く続くと、蓄電池２３のセルの温度が低下し、充電時の充電レートが悪化してしまう。

【0046】

上記の問題に対処するために、本実施の形態３では、回生失効中でなく、かつ蓄電池２３にアシスト放電可能な余裕がない場合でも、蓄電池２３のセルの温度が第１の温度閾値Ｔｔｈｒ１以下である場合には、「暖気モード」が選択される。暖気モードでは、第２のインバータ回路１９を介して、蓄電池２３の充電と放電が一定期間毎に繰り返されることにより、蓄電池２３のセルの温度の低下が防止される。

【0047】

図８は、本実施の形態３に係る電力変換システム３００の構成を示す図である。電力変換システム３００の統括制御部３２８は、実施の形態１と同様の回生失効信号および蓄電池２３の電圧に加えて、監視部３２９によって検出される蓄電池２３のセルの温度に基づいて、第２の制御部２４に充放電電力の指令値を送信する。

【0048】

図９は、統括制御部３２８の内部の構成を示す図である。統括制御部３２８は、モード選択部３２８ａと、電力選択部３２８ｂとを含んでいる。モード選択部３２８ａは、駆動回路１０から送信される回生失効信号と、監視部３２９によって検出される蓄電池２３の電圧およびセルの温度に基づいて、動作モードを選択する。

【0049】

電力選択部３２８ｂは、モード選択部３２８ａによって選択された動作モードに基づいて、充放電電力の指令値を選択し、第２の制御部２４に送信する。本実施の形態３では、暖機モードにおける充放電電力の指令値は、一例として－Ｐｍ［ｋＷ］の充電電力と＋Ｐｍ［ｋＷ］の放電電力とが５秒毎に切り替わる。すなわち、暖気モードにおける充電電力と放電電力とは、電力の流れる向きが反対であるだけで大きさは等しい。また、｜Ｐｍ｜＜＜｜Ｐｃ｜かつ｜Ｐｍ｜＜＜｜Ｐｄ｜である。

【0050】

図１０は、統括制御部３２８のモード選択部３２８ａにおけるモード選択処理の詳細を説明するフローチャートである。図１０のフローチャートに示されるように、モード選択部３２８ａは、回生失効が発生しておらず（Ｓ１０１＝ＮＯ）、かつ蓄電池２３の電圧が第２の電圧閾値Ｖｔｈｒ２未満であり（Ｓ１０３＝ＮＯ）、かつ蓄電池２３のセルの温度が第１の温度閾値Ｔｔｈｒ１以下（Ｓ３１０＝ＮＯ）である場合には、暖気モードを選択する（Ｓ３１１）。

【0051】

暖気モードでは、第２のインバータ回路１９を介して、蓄電池２３の充電と放電が一定期間毎に繰り返されることにより、蓄電池２３のセルの温度の低下が防止される。この際、充電電力と放電電力の収支が等しくなるように充放電を繰り返すことにより、蓄電池２３の充電量を大局的には変化させることなく、セルの温度の低下を防止することができる。これにより、蓄電池２３の充電レートの悪化を防止することができる。暖機モードは、回生失効が発生しておらず（Ｓ１０１＝ＮＯ）、かつ蓄電池２３の電圧が第２の電圧閾値Ｖｔｈｒ２未満であり（Ｓ１０３＝ＮＯ）、かつ蓄電池２３のセルの温度が第１の温度閾値Ｔｔｈｒ１以下（Ｓ３１０＝ＮＯ）である間、継続される。

【0052】

以上説明したように、本実施の形態３に係る電力変換システム３００は、第２のインバータ回路１９を介して、蓄電池２３の充電と放電が一定期間毎に繰り返されることにより、蓄電池２３のセルの温度の低下を防止する暖機モードを有している。統括制御部３２８は、回生失効が発生しておらず、かつ蓄電池２３の電圧が第２の電圧閾値Ｖｔｈｒ２未満であり、かつ蓄電池２３のセルの温度が第１の温度閾値Ｔｔｈｒ１以下である場合には、暖機モードを選択する。

【0053】

上記の特徴により、本実施の形態２に係る電力変換システム３００では、蓄電池２３の充電量を大局的には変化させることなく、セルの温度の低下を防止し、充電レートの悪化を防止することができる。

【0054】

（実施の形態４）
先述の実施の形態１では、回生吸収モードにおいて、第２のインバータ回路１９を介して蓄電池２３に供給される充電電力が大きくなりすぎると、第１のインバータ回路１１の出力電流が仕様上の最大値を超過し、第１のインバータ回路１１が過負荷になってしまう可能性がある。

【0055】

上記の問題に対処するために、本実施の形態４に係る電力変換システム４００では、回生吸収モードにおける第１のインバータ回路１１の過負荷を防止するために、蓄電池２３の充電電力を制限する機構を設ける。

【0056】

図１１は、本実施の形態４に係る電力変換システム４００の構成を示す図である。電力変換システム４００の統括制御部４２８は、実施の形態１と同様の回生失効信号および蓄電池２３の電圧に加えて、第１の制御部１５から送信される第１のインバータ回路１１の出力電流に基づいて、第２の制御部２４に充放電電力の指令値を送信する。

【0057】

実施の形態１で述べたように、第１のインバータ回路１１は負荷３に一定電圧を印加するように制御されている。そのため、第１のインバータ回路１１の出力電流は、負荷３で消費される電力と、蓄電池２３の充放電電力とによって決定される。

【0058】

図１２は、統括制御部４２８の内部の構成を示す図である。統括制御部４２８は、モード選択部４２８ａと、電力選択部４２８ｂと、電力制限部４２８ｄとを含んでいる。モード選択部４２８ａは、駆動回路１０から送信される回生失効信号と、監視部２９によって検出される蓄電池２３の電圧とに基づいて、動作モードを選択する。電力選択部４２８ｂは、モード選択部４２８ａによって選択された動作モードに基づいて、充放電電力の指令値を選択する。

【0059】

電力制限部４２８ｄは、電力選択部４２８ｂによって選択された充放電電力の指令値に対して、第１のインバータ回路１１の出力電流に依存する係数を乗じることにより、充放電電力の指令値に制限を課す。電力制限部４２８ｄは、制限を課された充放電電力の指令値を、第２の制御部２４に送信する。

【0060】

図１３は、回生吸収モードにおける第１のインバータ回路１１の出力電流と係数との関係を示す図である。電力制限部４２８ｄは、第１のインバータ回路１１の出力電流が第１の電流閾値Ｉｔｈｒ１未満である場合には、電力選択部４２８ｂによって選択された充放電電力の指令値に対して、係数１．０を乗じる。すなわち、第１のインバータ回路１１の出力電流が第１の電流閾値Ｉｔｈｒ１未満である場合には、電力選択部４２８ｂによって選択された充放電電力の指令値がそのまま第２の制御部２４に送信される。本実施の形態４では、第１の電流閾値Ｉｔｈｒ１は、一例として、第１のインバータ回路１１が出力可能な最大電流の９０パーセントの値に設定される。

【0061】

これに対して、電力制限部４２８ｄは、第１のインバータ回路１１の出力電流が第１の電流閾値Ｉｔｈｒ１以上である場合には、電力選択部４２８ｂによって選択された充放電電力の指令値に対して、係数０を乗じる。すなわち、第１のインバータ回路１１の出力電流が第１の電流閾値Ｉｔｈｒ１以上である場合には、充放電電力の指令値として０ｋＷが第２の制御部２４に送信される。結果として、第２のインバータ回路１９を介して蓄電池２３に供給される充電電力が０になる。これにより、回生吸収モードにおいて、第２のインバータ回路１９を介して蓄電池２３に供給される充電電力が大きくなりすぎて、第１のインバータ回路１１が過負荷になることが防止される。

【0062】

以上説明したように、本実施の形態４に係る電力変換システム４００の統括制御部４２８は、回生吸収モードにおいて、第１の制御部１５から送信される第１のインバータ回路１１の出力電流に基づいて、第２のインバータ回路１９を介して蓄電池２３に供給される充電電力を制限する。具体的には、統括制御部４２８は、第１のインバータ回路１１の出力電流が第１の電流閾値Ｉｔｈｒ１以上である場合には、第２のインバータ回路１９を介して蓄電池２３に供給される充電電力が０になるように、第２の制御部２４を制御する。

【0063】

上記の特徴により、本実施の形態４に係る電力変換システム４００では、回生吸収モードにおいて、第２のインバータ回路１９を介して蓄電池２３に供給される充電電力が大きくなりすぎて、第１のインバータ回路１１が過負荷になることが防止される。

【0064】

（実施の形態５）
先述の実施の形態１では、アシスト放電モードにおいて、第２のインバータ回路１９を介して蓄電池２３から供給される放電電力が過度に大きくなり、負荷３で消費される電力を上回ると、第２のインバータ回路１９の出力電力の一部が第１のインバータ回路１１の出力側１１ｂに流入し、第１のインバータ回路１１の出力側１１ｂから入力側１１ａに向けて電力が流れてしまう可能性がある。

【0065】

上記のような電力の流れが起こると、逆流防止ダイオード３０が存在するために、第１の直流キャパシタ１３が充電され、その電圧が上昇していく。そして、第１の直流キャパシタ１３の電圧が規定値以上に達すると、第１のインバータ回路１１を過電圧から保護するために、図示しない過電圧保護回路が動作して、第１のインバータ回路１１が強制的に遮断され、動作停止してしまう。この問題に対処するために、本実施の形態５に係る電力変換システム５００では、アシスト放電モードにおける第１のインバータ回路１１の過電圧を防止するために、蓄電池２３の放電電力を制限する機構を設ける。

【0066】

図１４は、本実施の形態５に係る電力変換システム５００の構成を示す図である。電力変換システム５００の統括制御部５２８は、実施の形態１と同様の回生失効信号および蓄電池２３の電圧に加えて、第１の制御部１５から送信される第１のインバータ回路１１の出力電流に基づいて、第２の制御部２４に充放電電力の指令値を送信する。

【0067】

図１５は、統括制御部５２８の内部の構成を示す図である。統括制御部５２８は、モード選択部５２８ａと、電力選択部５２８ｂと、電力制限部５２８ｄとを含んでいる。モード選択部５２８ａは、駆動回路１０から送信される回生失効信号と、監視部２９によって検出される蓄電池２３の電圧とに基づいて、動作モードを選択する。電力選択部５２８ｂは、モード選択部５２８ａによって選択された動作モードに基づいて、充放電電力の指令値を選択する。

【0068】

電力制限部５２８ｄは、電力選択部５２８ｂによって選択された充放電電力の指令値に対して、第１のインバータ回路１１の出力電流に依存する係数を乗じることにより、充放電電力の指令値に制限を課す。電力制限部５２８ｄは、制限を課された充放電電力の指令値を、第２の制御部２４に送信する。

【0069】

図１６は、アシスト放電モードにおける第１のインバータ回路１１の出力電流と係数との関係を示す図である。電力制限部５２８ｄは、第１のインバータ回路１１の出力電流が第２の電流閾値Ｉｔｈｒ２以上であり、かつ第３の電流閾値Ｉｔｈｒ３未満である場合には、電力選択部５２８ｂによって選択された充放電電力の指令値に対して、第１のインバータ回路１１の出力電流に比例した係数を乗じる。

【0070】

本実施の形態５では、第２の電流閾値Ｉｔｈｒ２は、一例として、第２のインバータ回路１９の充放電電力の指令値、すなわち＋Ｐｄ［ｋＷ］と等しい電力を第１のインバータ回路１１が出力する場合における、第１のインバータ回路１１の出力電流の値に設定される。また、第３の電流閾値Ｉｔｈｒ３は、一例として、第２の電流閾値Ｉｔｈｒ２の２倍の値に設定される。

【0071】

また、電力制限部５２８ｄは、第１のインバータ回路１１の出力電流が第３の電流閾値Ｉｔｈｒ３以上である場合には、電力選択部５２８ｂによって選択された充放電電力の指令値に対して、係数１．０を乗じる。すなわち、第１のインバータ回路１１の出力電流が第３の電流閾値Ｉｔｈｒ３以上である場合には、電力選択部５２８ｂによって選択された充放電電力の指令値がそのまま第２の制御部２４に送信される。

【0072】

これに対して、電力制限部５２８ｄは、第１のインバータ回路１１の出力電流が第２の電流閾値Ｉｔｈｒ２未満である場合には、電力選択部５２８ｂによって選択された充放電電力の指令値に対して、係数０を乗じる。すなわち、第１のインバータ回路１１の出力電流が第２の電流閾値Ｉｔｈｒ２未満である場合には、充放電電力の指令値として０ｋＷが第２の制御部２４に送信される。これにより、アシスト放電モードにおいて、第２のインバータ回路１９の出力電力が過度に大きくなり、その一部が第１のインバータ回路１１の出力側１１ｂに流入し、第１のインバータ回路１１の出力側１１ｂから入力側１１ａに向けて電力が流れることが防止される。

【0073】

以上説明したように、本実施の形態５に係る電力変換システム５００の統括制御部５２８は、アシスト放電モードにおいて、第１の制御部１５から送信される第１のインバータ回路１１の出力電流に基づいて、第２のインバータ回路１９を介して蓄電池２３から供給される放電電力を制限する。具体的には、統括制御部５２８は、第１のインバータ回路１１の出力電流が第２の電流閾値Ｉｔｈｒ２未満である場合には、第２のインバータ回路１９を介して蓄電池２３から供給される放電電力が０になるように、第２の制御部２４を制御する。

【0074】

上記のような特徴により、本実施の形態５に係る電力変換システム５００では、アシスト放電モードにおいて、第２のインバータ回路１９の出力電力が過度に大きくなり、その一部が第１のインバータ回路１１の出力側１１ｂに流入し、第１のインバータ回路１１の出力側１１ｂから入力側１１ａに向けて電力が流れることが防止される。したがって、アシスト放電モードにおける第１のインバータ回路１１の過電圧が防止される。

【0075】

（実施の形態６）
先述の実施の形態１では、アシスト放電モードにおいて、負荷３が遮断されるか、あるいは負荷３の要求電力が極度に小さくなると、第２のインバータ回路１９を介して蓄電池２３から供給される放電電力の行き先が失われてしまう。そのため、第２のインバータ回路１９の出力電力が第１のインバータ回路１１の出力側１１ｂに流入し、第１のインバータ回路１１の出力側１１ｂから入力側１１ａに向けて電力が流れてしまう。

【0076】

上記の実施の形態５でも述べたように、このような電力の流れが起こると、逆流防止ダイオード３０が存在するために、第１の直流キャパシタ１３が充電され、その電圧が上昇していく。そして、第１の直流キャパシタ１３の電圧、すなわち第１のインバータ回路１１の入力側１１ａの電圧が規定値以上に達すると、第１のインバータ回路１１を過電圧から保護するために、図示しない過電圧保護回路が動作して、第１のインバータ回路１１が強制的に遮断され、動作停止してしまう。

【0077】

上記の問題に対処するために、本実施の形態６では、第１のインバータ回路１１の入力側１１ａの電圧が既定値以上になったことが検知されると、第１の制御部から第２の制御部に向けて、第２のインバータ回路１９の電力出力の停止要求が送信される。

【0078】

図１７は、本実施の形態６に係る電力変換システム６００の構成を示す図である。電力変換システム６００の第１の制御部６１５は、第１の直流電圧センサー１６によって検出される第１の直流キャパシタ１３の電圧、すなわち第１のインバータ回路１１の入力側１１ａの電圧が規定値以上になったことが検知されると、第１のインバータ回路１１のスイッチング動作を制御することによって、図１８に模式的に示されるように、第１のインバータ回路１１から出力される交流電圧に所定の高周波信号を重畳させる。

【0079】

第２の制御部６２４は、バンドパスフィルタ６２４ａを含んでおり、第２の交流電圧センサー２７によって検出される第１のインバータ回路１１の出力電圧をバンドパスフィルタ６２４ａに入力する。バンドパスフィルタ６２４ａの周波数特定は、上記の高周波信号の周波数は透過するが、第１のインバータ回路１１の出力する交流電圧の周波数は遮断するように設計されている。

【0080】

第２の制御部６２４は、バンドパスフィルタ６２４ａの出力から上記の高周波信号の成分が検出されると、第１の制御部６１５から自身に向けて、第２のインバータ回路１９の電力出力の停止要求が送信されたと判断し、第２のインバータ回路１９からの電力出力を停止させる。これにより、第２のインバータ回路１９の出力電力が第１のインバータ回路１１の出力側１１ｂに流入し、第１のインバータ回路１１の出力側１１ｂから入力側１１ａに向けて電力が流れることが防止される。

【0081】

以上説明したように、本実施の形態６に係る電力変換システム６００では、第１の制御部６１５は、第１のインバータ回路１１の入力側１１ａの電圧が規定値以上になったことが検知されると、第２のインバータ回路１９の電力出力の停止要求を第２の制御部６２４に送信する。詳細には、第１の制御部６１５から第２の制御部６２４への電力出力の停止要求の送信は、第１のインバータ回路１１から出力される交流電圧に所定の高周波信号を重畳させることによって行われる。

【0082】

上記の特徴により、本実施の形態６に係る電力変換システム６００では、アシスト放電モードにおいて、負荷３が遮断されるか、あるいは負荷３の要求電力が極度に小さくなった際に、第２のインバータ回路１９の出力電力が第１のインバータ回路１１の出力側１１ｂに流入し、第１のインバータ回路１１の出力側１１ｂから入力側１１ａに向けて電力が流れることが防止される。したがって、第１のインバータ回路１１の過電圧が防止される。

【0083】

なお、第１の制御部６１５から第２の制御部６２４への電力出力の停止要求を送信する手段は、第１のインバータ回路１１から出力される交流電圧に所定の高周波信号を重畳させる方法に限定されるものではない。例えば、伝送に要する時間遅延を許容できる場合には、第１の制御部６１５から統括制御部２８を経由して、第２の制御部６２４への送信を行ってもよい。また、時間遅延は許容できないが配線スペースに余裕がある場合には、第１の制御部６１５と第２の制御部６２４との間に専用の信号線を設けてもよい。これに対して、本実施の形態６に係る交流電圧に所定の高周波信号を重畳させる方法は、時間遅延を許容できず配線スペースに余裕がない場合であっても、適用することができる。

【0084】

また、上記の実施の形態６とは前提が異なるが、負荷３が遮断されることはなく、かつ負荷３の消費電力の最小値が予め分かっている場合には、統括制御部２８は、第２のインバータ回路１９を介して蓄電池２３から供給される放電電力が、負荷３の消費電力の最小値未満になるように、第２の制御部２４を制御してもよい。これにより、第２のインバータ回路１９の出力電力のすべてが負荷３で消費され、第１のインバータ回路１１の出力電力が常に０以上となることが保証されるため、第２のインバータ回路１９の出力電力が第１のインバータ回路１１の出力側１１ｂに流入し、第１のインバータ回路１１の出力側１１ｂから入力側１１ａに向けて電力が流れることが防止される。したがって、第１のインバータ回路１１の過電圧が防止される。

【0085】

（実施の形態７）
本実施の形態７では、上記の実施の形態６とは異なる方法によって、第１のインバータ回路１１の過電圧を防止する。

【0086】

図１９は、本実施の形態７に係る電力変換システム７００の構成を示す図である。電力変換システム７００は、スイッチとして機能する第１の絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）７３２と、これと並列に接続される逆流防止ダイオード７３３とを備えている。詳細には、第１のＩＧＢＴ７３２のコレクタ端子は第１のインバータ回路１１の入力側１１ａに接続されており、第１のＩＧＢＴ７３２のエミッタ端子は架線２の側に接続されている。第１のＩＧＢＴ７３２は通常時はオフであり、第１のインバータ回路１１の入力側１１ａから架線２に向けて電力が流れることを防止する。逆流防止ダイオード７３３は、実施の形態６の逆流防止ダイオード３０と同様に機能する。

【0087】

第１の制御部７１５は、アシスト放電モードにおいて、負荷３が遮断されるか、あるいは負荷３の消費電力が極度に小さくなったことに起因して、第１の直流電圧センサー１６によって検出される第１の直流キャパシタ１３の電圧、すなわち第１のインバータ回路１１の入力側１１ａの電圧が規定値以上、例えば架線２の電圧以上になったことが検知されると、第１のＩＧＢＴ７３２のゲート端子に電圧信号を印加することによって、第１のＩＧＢＴ７３２をオンにする。第１のＩＧＢＴ７３２がオンになると、第１のインバータ回路１１の入力側１１ａから架線２に向けて電力が流れるようになり、第１の直流キャパシタ１３の電圧、すなわち第１のインバータ回路１１の入力側１１ａの電圧が下降する。これにより、図示しない過電圧保護回路が動作して、第１のインバータ回路１１が強制的に遮断されることが防止される。

【0088】

以上説明したように、本実施の形態７に係る電力変換システム７００は、第１のインバータ回路１１の入力側１１ａと架線２との間に直列に接続されるスイッチとしての第１のＩＧＢＴ７３２を備えている。第１の制御部７１５は、第１のインバータ回路１１の入力側１１ａの電圧が規定値以上になったことが検知されると、第１のＩＧＢＴ７３２をオンにして、第１のインバータ回路１１の入力側１１ａから架線２に向けて電力が流れるようにする。

【0089】

上記の特徴により、本実施の形態７に係る電力変換システム７００では、アシスト放電モードにおいて、負荷３が遮断されるか、あるいは負荷３の消費電力が極度に小さくなった際に、第１のインバータ回路１１が過電圧となることが防止される。

【0090】

（実施の形態８）
本実施の形態８では、上記の実施の形態６、７とはさらに異なる方法によって、第１のインバータ回路１１の過電圧を防止する。

【0091】

図２０は、本実施の形態８に係る電力変換システム８００の構成を示す図である。電力変換システム８００は、第１のインバータ回路１１の入力側１１ａに第１の直流キャパシタ１３と並列に接続される第２のＩＧＢＴ８３４と、放電用抵抗８３５とを備えている。詳細には、第２のＩＧＢＴ８３４のコレクタ端子は第１のインバータ回路１１の入力側１１ａの電源ラインに接続されており、第２のＩＧＢＴ８３４のエミッタ端子は放電用抵抗８３５の一端に接続されている。放電用抵抗８３５の他端は、第１のインバータ回路１１の入力側１１ａのＧＮＤラインに接続されている。第２のＩＧＢＴ８３４は通常時はオフである。

【0092】

第１の制御部７１５は、アシスト放電モードにおいて、負荷３が遮断されるか、あるいは負荷３の消費電力が極度に小さくなったことに起因して、第１の直流電圧センサー１６によって検出される第１の直流キャパシタ１３の電圧、すなわち第１のインバータ回路１１の入力側１１ａの電圧が規定値以上、例えば架線２の電圧以上になったことが検知されると、第２のＩＧＢＴ８３４のゲート端子に電圧信号を印加することによって、第２のＩＧＢＴ８３４をオンにする。第２のＩＧＢＴ８３４がオンになると、第１の直流キャパシタ１３が放電用抵抗８３５を介して放電し、第１のインバータ回路１１の入力側１１ａの電圧が下降する。これにより、図示しない過電圧保護回路が動作して、第１のインバータ回路１１が強制的に遮断されることが防止される。

【0093】

以上説明したように、本実施の形態８に係る電力変換システム８００は、第１のインバータ回路１１の入力側１１ａに第１の直流キャパシタ１３と並列に接続される第２のＩＧＢＴ８３４と、放電用抵抗８３５とを備えている。第１の制御部８１５は、第１の直流キャパシタ１３の電圧、すなわち第１のインバータ回路１１の入力側１１ａの電圧が規定値以上になったことが検知されると、第２のＩＧＢＴ８３４をオンにして第１の直流キャパシタ１３を放電させる。

【0094】

上記の特徴により、本実施の形態８に係る電力変換システム８００では、アシスト放電モードにおいて、負荷３が遮断されるか、あるいは負荷３の消費電力が極度に小さくなった際に、第１のインバータ回路１１が過電圧となることが防止される。

【0095】

なお、第１の制御部８１５は、第２のＩＧＢＴ８３４をオンにするとともに、例えば先述の実施の形態６と同様の方法で第２のインバータ回路１９からの電力出力を停止させてもよい。これにより、第１の直流キャパシタ１３の電圧が規定値以上になり、第１の直流キャパシタ１３が放電した後、僅かの時間の経過後には第２のインバータ回路１９からの電力出力も停止される。そのため、第１の直流キャパシタ１３の容量を過度に大きくする必要がなくなり、回路サイズの大型化を避けることができる。

【0096】

本開示の幾つかの実施の形態を説明したが、これらの実施の形態は例として提示したものであり、開示の範囲を限定することは意図していない、これらの実施の形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、開示の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。また、これらの実施の形態は、自由に組み合わせることができる。これら実施の形態やその変形は、開示の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された開示とその均等の範囲に含まれるものである。

【符号の説明】

【0097】

１ 電動機
２ 架線
３ 負荷
１０ 駆動回路（回生失効検出部）
１１ 第１のインバータ回路（第１の電力変換回路）
１１ａ 入力側
１１ｂ 出力側
１２ 変圧器
１３ 直流キャパシタ
１４ 第１の交流コンデンサ
１５ 第１の制御部
１６ 第１の直流電圧センサー
１７ 第１の交流電流センサー
１９ 第２のインバータ回路（第２の電力変換回路）
２０ 第２の交流コンデンサ
２１ 交流リアクトル
２２ 第２の直流キャパシタ
２３ 蓄電池
２４ 第２の制御部
２５ 第２の直流電圧センサー
２６ 第２の交流電流センサー
２７ 第２の交流電圧センサー
２８ 統括制御部
２８ａ モード選択部
２８ｂ 電力選択部
２９ 監視部
３０ 逆流防止ダイオード
１００ 電力変換システム
２００ 電力変換システム
２２８ 統括制御部
２２８ａ モード選択部
２２８ｂ 電力選択部
２２８ｃ 無効電流選択部
３００ 電力変換システム
３２８ 統括制御部
３２８ａ モード選択部
３２８ｂ 電力選択部
４００ 電力変換システム
４２８ 統括制御部
４２８ａ モード選択部
４２８ｂ 電力選択部
４２８ｄ 電力制限部
５００ 電力変換システム
５２８ 統括制御部
５２８ａ モード選択部
５２８ｂ 電力選択部
５２８ｄ 電力制限部
６００ 電力変換システム
６１５ 第１の制御部
６２４ 第２の制御部
６２４ａ バンドパスフィルタ
７００ 電力変換システム
７１５ 第１の制御部
７３２ 第１のＩＧＢＴ（第１のスイッチ）
７３３ 逆流防止ダイオード
８００ 電力変換システム
８１５ 第１の制御部
８３４ 第２のＩＧＢＴ（第２のスイッチ）
８３５ 放電用抵抗

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7A】

【図7B】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】