特許 7563896 電力変換制御装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-09-30

(45)【発行日】2024-10-08

(54)【発明の名称】電力変換制御装置

(51)【国際特許分類】

   H02M 7/12 20060101AFI20241001BHJP

【ＦＩ】

H02M7/12 Q

【請求項の数】 4

(21)【出願番号】P 2020089878

(22)【出願日】2020-05-22

(65)【公開番号】P2021184675

(43)【公開日】2021-12-02

【審査請求日】2023-02-22

(73)【特許権者】

【識別番号】390021577

【氏名又は名称】東海旅客鉄道株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000578

【氏名又は名称】名古屋国際弁理士法人

(72)【発明者】

【氏名】久野村 健

(72)【発明者】

【氏名】清水 俊匡

(72)【発明者】

【氏名】佐▲藤▼ 賢司

(72)【発明者】

【氏名】▲高▼見 俊彰

【審査官】白井 孝治

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２０１７／１７５６８４（ＷＯ，Ａ１）

【文献】国際公開第２０２０／０７０８１５（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１７－１８８９９０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００５－３０４１５６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００５－０７３３４５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－１６５５２２（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許第０５９２３５５０（ＵＳ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０２Ｍ ７／００～ ７／９８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

架線から入力された交流電力を電力変換するように構成された電力変換装置に、目的とする有効電力及び目的とする無効電力が入力されるように、パルス幅変調回路を介して前記電力変換装置を制御する電力変換制御装置であって、
架線電圧の検出値に基づいて力率を設定するように構成された力率設定部と、
前記電力変換装置に前記有効電力を入力するための有効電流指令値に、前記力率の力率角の正接を乗じることで、初期指令値を算出するように構成された算出部と、
前記算出部により算出された前記初期指令値に基づいて、前記電力変換装置に前記無効電力を入力するための無効電流指令値を算出し、前記パルス幅変調回路へ前記無効電流指令値を出力するように構成された無効処理部と、
前記有効電流指令値を前記パルス幅変調回路へ出力するように構成された出力部と、
を備え、
前記力率設定部は、
前記検出値に対する１次遅れ制御によって得られる電圧指令値から前記検出値を減じた電圧差を算出するように構成された前処理部と、
前記電圧差がゼロの場合は予め定められた基準値を前記力率として設定し、前記電圧差が正の場合は、前記電圧差の絶対値に比例した第１調整値を前記基準値から減じた値を前記力率として設定し、前記電圧差が負の場合は、前記電圧差の絶対値に比例した第２調整値を前記基準値に加えた値を前記力率として設定するように構成された後処理部と、
を有する、
ように構成される、電力変換制御装置。

【請求項2】

請求項１に記載の電力変換制御装置であって、
前記前処理部は、前記電圧指令値が予め定められた上限指令値を超える場合は、前記電圧指令値を前記上限指令値に置き換えて前記電圧差を算出し、前記電圧指令値が予め定められた下限指令値未満の場合は、前記電圧指令値を前記下限指令値に置き換えて前記電圧差を算出するように構成され、
前記後処理部は、前記電圧差が正の場合は、前記電圧差及び予め定められた上限電圧差のうち小さい方に第１係数を乗じた値を前記第１調整値とし、前記電圧差が負の場合は、前記電圧差及び予め定められた下限電圧差のうち大きい方に第２係数を乗じた値を前記第２調整値とするように構成される、電力変換制御装置。

【請求項3】

請求項１又は請求項２に記載の電力変換制御装置であって、
前記算出部により算出された前記初期指令値に１次遅れ処理をして第１ゲイン値を乗ずるように構成された遅れ要素と、
前記算出部により算出された前記初期指令値に第２ゲイン値を乗ずるように構成された比例要素であって、前記第２ゲイン値と前記第１ゲイン値との和は１である、比例要素と、
前記遅れ要素の出力値と前記比例要素の出力値とを足し合わせた値を、第１指令値として出力するように構成された加算部と、を含む調整部をさらに備え、
前記無効処理部は、前記調整部から出力された前記第１指令値に基づいて、前記無効電流指令値を算出するように構成されている、
電力変換制御装置。

【請求項4】

請求項３に記載の電力変換制御装置であって、
前記有効電流指令値の大きさに応じて第１上限値を設定するように構成された上限値設定部と、
前記調整部から前記第１指令値が入力されると共に、入力された前記第１指令値、前記第１上限値、及び予め定められた第２上限値のうち、最も小さい値を、第２指令値として出力するように構成された制限部と、をさらに備え、
前記無効処理部は、前記制限部から出力された前記第２指令値に基づいて、前記無効電流指令値を算出するように構成されている、
電力変換制御装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、電力変換制御装置に関する。

【背景技術】

【0002】

架線から交流電流を集電して走行する列車では、電力変換装置によって交流電力を電力変換して主電動機に供給する。架線を含む鉄道のき電回路では、列車を構成する車両の消費電力に応じて電圧が降下する。この電圧降下は、車両のさらなる消費電流の増加を招くため、電圧降下がさらに促進される。その結果、車両の推進力が不十分となるおそれがある。

【0003】

そこで、き電回路の電圧降下を補償するために、電力変換装置において無効電流を消費する第１の方法が考案されている（特許文献１参照）。第１の方法では、電力変換制御装置の交流電圧制御によって調整された無効電流指令値が、電力変換装置に入力される。

【0004】

また、力率を固定し、有効電力に応じて無効電力を決定する第２の方法も知られている（特許文献２参照）。第２の方法では、電力変換装置の連系点の電圧を電力変換制御装置に入力し、有効電力と無効電力とを決定する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】特開２０１７－１８８９９０号公報

【文献】特許第４５６８１１１号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

上述の第１の方法では、架線電圧として各車両の主変圧器における３次電圧を利用して交流電圧制御を行っている。そのため、３次電圧の取得値が各車両によってバラつくと、各車両の無効電力が不平衡となるおそれがある。

【0007】

また、上述の第２の方法では、電力変換制御装置が出力する進相無効電流指令値で有効電流指令値が決定されるため、有効電力の設定が制約される。そのため、車両の走行性能に支障が生じるおそれがある。

【0008】

本開示の一局面は、車両の走行性能を維持しつつ、複数の電力変換制御装置間の無効電力のバラつきを抑えられる電力変換制御装置を提供することを目的としている。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本開示の一態様は、架線から入力された交流電力を電力変換すると共に、有効電力と無効電力とを消費するように構成された電力変換装置を制御する電力変換制御装置である。電力変換制御装置は、架線電圧の検出値に基づいて力率を設定するように構成された力率設定部と、電力変換装置に有効電力を消費させる有効電流指令値に、力率の力率角の正接を乗じることで、電力変換装置に無効電力を消費させる無効電流指令値を算出するように構成された算出部と、を備える。

【0010】

力率設定部は、検出値が予め定められた基準範囲内の場合は予め定められた基準値を力率として設定し、検出値が基準範囲より小さい場合は基準値よりも小さい値を力率として設定し、検出値が基準範囲より大きい場合は基準値よりも大きい値を力率として設定するように構成される。

【0011】

このような構成によれば、有効電力の設定が制約されないため、車両の走行性能が維持される。また、架線電圧の検出値の範囲に応じて設定される力率を使用して無効電流指令値が算出されるため、複数の電力変換制御装置間の無効電力のバラつきが抑制される。

【0012】

さらに、検出値が基準範囲よりも小さい場合に力率が小さくされ、かつ検出値が基準範囲よりも大きい場合に力率が大きくされることで、き電用の変電所の高負荷時におけるき電回路の電圧を安定させることができると共に、変電所の低負荷時におけるき電回路の過電圧を抑制できる。

【0013】

本開示の一態様は、算出部が算出した無効電流指令値を遅れさせるように構成された遅れ要素を含む調整部をさらに備えてもよい。このような構成によれば、き電回路の電圧の安定化を促進させることができる。

【0014】

本開示の一態様は、有効電流指令値の大きさに応じて第１上限値を設定するように構成された上限値設定部と、無効電流指令値が入力されると共に、入力された無効電流指令値、第１上限値、及び予め定められた第２上限値のうち、最も小さい値を新たな無効電流指令値として出力するように構成された制限部と、をさらに備えてもよい。このような構成によれば、電力変換装置における有効電力の消費を優先させることができる。そのため、車両の走行を安定させることができる。

【0015】

本開示の一態様では、力率設定部は、検出値に対する１次遅れ制御によって得られる電圧指令値から検出値を減じた電圧差を算出するように構成された前処理部と、電圧差がゼロの場合は基準値を力率として設定し、電圧差が正の場合は、電圧差の絶対値に比例した第１調整値を基準値から減じた値を力率として設定し、電圧差が負の場合は、電圧差の絶対値に比例した第２調整値を基準値に加えた値を力率として設定するように構成された後処理部と、を有してもよい。このような構成によれば、架線電圧の検出値に応じた力率の設定を的確に行うことができる。

【0016】

本開示の一態様では、前処理部は、電圧指令値が予め定められた上限指令値を超える場合は、上限指令値を電圧指令値として電圧差を算出し、電圧指令値が予め定められた下限指令値未満の場合は、下限指令値を電圧指令値として電圧差を算出するように構成されてもよい。後処理部は、電圧差が正の場合は、電圧差及び予め定められた上限電圧差のうち小さい方に第１係数を乗じた値を第１調整値とし、電圧差が負の場合は、電圧差及び予め定められた下限電圧差のうち大きい方に第２係数を乗じた値を第２調整値とするように構成されてもよい。このような構成によれば、力率が過大又は過小となることが抑制されるため、き電回路の電圧の安定化を促進させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】図１は、実施形態における主回路システムの構成を示す概略図である。

【図2】図２は、図１の主回路システムにおける電力変換制御装置の構成を概略的に示すブロック図である。

【図3】図３は、図２とは異なる実施形態における電力変換制御装置の構成を概略的に示すブロック図である。

【図4】図４Ａは、従来の電力変換制御装置が出力する無効電流指令値の一例を示すグラフであり、図４Ｂは、図２の電力変換制御装置が出力する無効電流指令値の一例を示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0018】

以下、本開示が適用された実施形態について、図面を用いて説明する。
［１．第１実施形態］
［１－１．構成］
図１に示す主回路システム１００は、列車を構成する複数の車両それぞれに設置されている。ただし、列車を構成する全ての車両に主回路システム１００が設置される必要はない。

【0019】

主回路システム１００は、パンタグラフ１０１と、主変圧器１０２と、電力変換装置１０３と、逆変換装置１０４と、主電動機１０５と、架線電圧検出部１０６と、ＰＷＭ回路１０７と、電力変換制御装置１とを備える。

【0020】

＜パンタグラフ＞
パンタグラフ１０１は、架線２００から交流電力を集電する公知の装置である。パンタグラフ１０１は、架線２００に摺動する。

【0021】

＜主変圧器＞
主変圧器１０２は、パンタグラフ１０１が集電した交流電力を減圧して電力変換装置１０３へ供給するように構成されている。

【0022】

主変圧器１０２は、一次巻線１０２Ａと、二次巻線１０２Ｂと、三次巻線１０２Ｃとを有する。一次巻線１０２Ａには、パンタグラフ１０１から交流電力が入力される。二次巻線１０２Ｂは、交流電力を減圧した二次出力電力を電力変換装置１０３へ出力する。三次巻線１０２Ｃは、交流電力を減圧した三次出力電力を補助回路システム（図示省略）へ供給する。

【0023】

＜電力変換装置＞
電力変換装置１０３は、二次出力電力を直流電力に電力変換するように構成されている。本実施形態の電力変換装置１０３は、いわゆるＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）コンバータである。

【0024】

電力変換装置１０３は、後述する電力変換制御装置１が出力する有効電流指令値及び無効電流指令値に基づいて、有効電力と無効電力とを消費するように構成されている。

【0025】

＜逆変換装置＞
逆変換装置１０４は、電力変換装置１０３から出力される直流電力を三相交流電力に変換して主電動機１０５に出力するように構成されている。本実施形態の逆変換装置１０４は、いわゆるＶＶＶＦ（Ｖａｒｉａｂｌｅ Ｖｏｌｔａｇｅ Ｖａｒｉａｂｌｅ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）インバータ又はＶＦＤ（Ｖａｒｉａｂｌｅ－Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｄｒｉｖｅ）インバータである。

【0026】

＜主電動機＞
主電動機１０５は、車両の走行動力源であり、車両の車輪を回転させる。本実施形態の主電動機１０５は、三相誘導電動機である。

【0027】

＜架線電圧検出部＞
架線電圧検出部１０６は、架線２００からパンタグラフ１０１に入力された電圧の大きさを検出するように構成されている。

【0028】

具体的には、架線電圧検出部１０６は、主変圧器１０２の三次巻線１０２Ｃから出力される三次出力電力を架線電圧検出値Ｖｔｒ１［ｐｕ］として検出し、電力変換制御装置１に出力する。

【0029】

架線電圧検出値Ｖｔｒ１は、主変圧器１０２の１次電圧（つまり架線電圧）の推定値であり、架線電圧の真値とは必ずしも一致しない。なお、架線電圧検出値Ｖｔｒ１は、架線電圧検出部１０６においてｐｕ単位系に変換されてもよいし、電力変換制御装置１においてｐｕ単位系に変換されてもよい。

【0030】

＜ＰＷＭ回路＞
ＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）回路１０７は、電力変換制御装置１から入力される有効電流指令値Ｐｒｅｆ［ｐｕ］及び無効電流指令値Ｑｒｅｆ［ｐｕ］に基づいて、電力変換装置１０３を制御する。

【0031】

具体的には、ＰＷＭ回路１０７は、電力変換装置１０３の複数のスイッチング素子を制御することで、有効電流指令値Ｐｒｅｆに対応する有効電流と、無効電流指令値Ｑｒｅｆに対応する進相無効電流とを電力変換装置１０３において消費させる。

【0032】

有効電流指令値Ｐｒｅｆは、電力変換装置１０３の定格入力電流値を基準として、有効電力に応じた有効電流を規格化したものである。有効電流指令値Ｐｒｅｆは、電力変換装置１０３に目的とする有効電力を消費させる（つまり電力変換装置１０３に目的とする有効電力を入力する）ための指令値である。有効電力は、車両の走行に必要な電力、つまり逆変換装置１０４及び主電動機１０５を含む負荷へ供給すべき電力である。

【0033】

無効電流指令値Ｑｒｅｆは、電力変換装置１０３の定格入力電流値を基準として、無効電力に応じた無効電流を規格化したものである。無効電流指令値Ｑｒｅｆは、電力変換装置１０３に目的とする無効電力を消費させる（つまり電力変換装置１０３に目的とする進相無効電力を入力する）ための指令値である。

【0034】

＜電力変換制御装置＞
電力変換制御装置１は、電力変換装置１０３を制御する。図２に示すように、電力変換制御装置１は、指令値生成部２と、力率設定部３と、算出部４と、調整部５と、上限値設定部６と、制限部７と、無効処理部８とを備える。

【0035】

電力変換制御装置１は、制御プログラムによって各部の機能を実行するコンピュータで構成されてもよいし、コンピュータと論理回路又はアナログ回路との組み合わせによって構成されてもよい。

【0036】

（指令値生成部）
指令値生成部２は、有効電力に応じて決定される有効電流指令値Ｐｒｅｆを生成するように構成されている。

【0037】

指令値生成部２は、電力変換装置１０３と逆変換装置１０４との間に配置された変換装置電圧検出部１０８（図１参照）が検出する電力変換装置１０３の出力電圧検出値Ｖｃｏｎ［ｐｕ］に基づいて、有効電流指令値Ｐｒｅｆを生成する。

【0038】

具体的には、指令値生成部２は、電力変換装置１０３の出力電圧が定格値に維持されるように、出力電圧検出値Ｖｃｏｎが小さくなるほど生成する有効電流指令値Ｐｒｅｆを大きくする。

【0039】

また、指令値生成部２は、列車のノッチの状態に応じて有効電流指令値Ｐｒｅｆを生成してもよい。例えば、指令値生成部２は、ノッチが上がるほど生成する有効電流指令値Ｐｒｅｆを大きくしてもよい。

【0040】

（力率設定部）
力率設定部３は、架線電圧検出値Ｖｔｒ１に基づいて力率ｃｏｓφ１を設定するように構成されている。力率設定部３は、前処理部３１と、後処理部３２とを有する。

【0041】

前処理部３１は、架線電圧検出値Ｖｔｒ１に対する１次遅れ制御によって得られる電圧指令値Ｖｒｅｆ［ｐｕ］から架線電圧検出値Ｖｔｒ１を減じた電圧差ΔＶ［ｐｕ］を算出して後処理部３２に出力するように構成されている。

【0042】

具体的には、前処理部３１は、まず、時定数Ｔｔｒ１を有しゲインが１である１次遅れフィルタ（つまり１次遅れ要素）で架線電圧検出値Ｖｔｒ１を処理し、上限指令値Ｖｒｅｆｍａｘ［ｐｕ］と下限指令値Ｖｒｅｆｍｉｎ［ｐｕ］とでリミットした値を電圧指令値Ｖｒｅｆとする。次に、前処理部３１は、電圧指令値Ｖｒｅｆから架線電圧検出値Ｖｔｒ１を減ずることで、電圧差ΔＶを算出する。

【0043】

つまり、前処理部３１は、１次遅れ制御で得た電圧指令値Ｖｒｅｆが予め定められた上限指令値Ｖｒｅｆｍａｘを超える場合は、上限指令値Ｖｒｅｆｍａｘを電圧指令値Ｖｒｅｆとして電圧差ΔＶを算出する。また、前処理部３１は、１次遅れ制御で得た電圧指令値Ｖｒｅｆが予め定められた下限指令値Ｖｒｅｆｍｉｎ未満の場合は、下限指令値Ｖｒｅｆｍｉｎを電圧指令値Ｖｒｅｆとして電圧差ΔＶを算出する。

【0044】

後処理部３２は、前処理部３１が算出した電圧差ΔＶに基づいて、力率ｃｏｓφ１を出力するように構成されている。

【0045】

後処理部３２は、電圧差ΔＶがゼロの場合は予め定めた基準値ｃｏｓφ０を力率ｃｏｓφ１として設定する。また、後処理部３２は、電圧差ΔＶが正の場合は、電圧差ΔＶの絶対値に比例した第１調整値を基準値ｃｏｓφ０から減じた値を力率ｃｏｓφ１として設定する。さらに、後処理部３２は、電圧差ΔＶが負の場合は、電圧差ΔＶの絶対値に比例した第２調整値を基準値ｃｏｓφ０に加えた値（つまり１に近づけた値）を力率ｃｏｓφ１として設定する。

【0046】

具体的には、後処理部３２は、電圧差ΔＶが正の場合は、電圧差ΔＶ及び予め定められた上限電圧差ΔＶｍａｘ［ｐｕ］のうち小さい方に第１係数Ｋｐｆ１を乗じた（つまり比例処理した）値を第１調整値とする。

【0047】

また、後処理部３２は、電圧差ΔＶが負の場合は、電圧差ΔＶ及び予め定められた下限電圧差ΔＶｍｉｎ［ｐｕ］のうち大きい方に第２係数Ｋｐｆ２を乗じた（つまり比例処理した）値を第２調整値とする。第１係数Ｋｐｆ１及び第２係数Ｋｐｆ２は、それぞれ、力率を調整するためのゲインである。

【0049】

（算出部）
算出部４は、指令値生成部２が生成した有効電流指令値Ｐｒｅｆに、力率ｃｏｓφ１の力率角φ１の正接ｔａｎφ１を乗じることで、初期無効電流指令値Ｑｒｅｆ０［ｐｕ］を算出するように構成されている。

【0050】

初期無効電流指令値Ｑｒｅｆ０は、最終的に無効電流指令値Ｑｒｅｆに変換されて、ＰＷＭ回路１０７に出力される。つまり、初期無効電流指令値Ｑｒｅｆ０は、無効電流指令値Ｑｒｅｆの一形態である。

【0051】

（調整部）
調整部５は、遅れ要素５１と、比例要素５２とを含む。遅れ要素５１は、算出部４が算出した初期無効電流指令値Ｑｒｅｆ０の応答を遅れさせるように構成されている。遅れ要素５１は、時定数Ｔｔｒ２及び遅れゲインＫｔｒ１を有する１次遅れフィルタである。

【0052】

比例要素５２は、初期無効電流指令値Ｑｒｅｆ０に比例ゲインＫｐｔｒ１を乗ずるように構成されている。遅れ要素５１の遅れゲインＫｔｒ１と、比例要素５２の比例ゲインＫｐｔｒ１との和は１である。

【0053】

調整部５は、初期無効電流指令値Ｑｒｅｆ０を遅れ要素５１によって１次遅れ処理した値と、初期無効電流指令値Ｑｒｅｆ０を比例要素５２によって比例処理した値とを足し合わせた値を、第１無効電流指令値Ｑｒｅｆ１［ｐｕ］として出力する。

【0054】

（上限値設定部）
上限値設定部６は、有効電流指令値Ｐｒｅｆの大きさに応じて無効電流指令値Ｑｒｅｆの第１上限値Ｑｒｅｆｍａｘ１［ｐｕ］を設定するように構成されている。

【0055】

第１上限値Ｑｒｅｆｍａｘ１は、電力変換装置１０３における有効電流指令値Ｐｒｅｆに応じた有効電力の消費を優先しつつ、電力変換装置１０３に入力される全電流を定格入力電流値以下に抑えるために設定される。

【0056】

具体的には、上限値設定部６は、下記式（１）によって第１上限値Ｑｒｅｆｍａｘ１を決定する。
Ｑｒｅｆｍａｘ１＝（１－Ｐｒｅｆ^２）^１／２ ・・・（１）

【0057】

（制限部）
制限部７は、第１無効電流指令値Ｑｒｅｆ１が入力されると共に、第２無効電流指令値Ｑｒｅｆ２［ｐｕ］を出力するように構成されている。

【0058】

制限部７は、調整部５から入力された第１無効電流指令値Ｑｒｅｆ１、上限値設定部６から入力された第１上限値Ｑｒｅｆｍａｘ１、及び予め定められた第２上限値Ｑｒｅｆｍａｘ２［ｐｕ］のうち、最も小さい値を新たな無効電流指令値（つまり第２無効電流指令値Ｑｒｅｆ２）として出力する最小値選択回路ＬＶＧである。

【0059】

第２上限値Ｑｒｅｆｍａｘ２は、無効電流指令値Ｑｒｅｆのリミッタである。無効電流指令値Ｑｒｅｆをリミットする必要がない場合は、第２上限値Ｑｒｅｆｍａｘ２は、１とされる。

【0060】

（無効処理部）
無効処理部８は、第２無効電流指令値Ｑｒｅｆ２に無効電流指令値無効化信号Ｑｒｅｆｏｆｆ［ｐｕ］を乗じた値を無効電流指令値Ｑｒｅｆとして出力するように構成されている。

【0061】

無効電流指令値無効化信号Ｑｒｅｆｏｆｆは、電力変換装置１０３が回生運転する場合、地上側の設備によって電圧降下補償が可能な区間に車両が存在する場合等にゼロとされ、電力変換制御装置１による電圧降下補償が必要な場合は１とされる。

【0062】

無効処理部８から出力された無効電流指令値Ｑｒｅｆは、指令値生成部２から出力された有効電流指令値Ｐｒｅｆと共に、ＰＷＭ回路１０７に入力される。

【0063】

［１－２．効果］
以上詳述した実施形態によれば、以下の効果が得られる。
（１ａ）力率に基づいて無効電流指令値を設定することで、有効電力の設定が制約されないため、車両の走行性能が維持される。また、架線電圧の検出値の範囲に応じて設定される力率を使用して無効電流指令値が算出されるため、複数の電力変換装置１０３間の無効電力のバラつきが抑制される。

【0064】

さらに、検出値が基準範囲よりも小さい場合に力率が小さくされ、かつ検出値が基準範囲よりも大きい場合に力率が大きくされることで、き電用の変電所の高負荷時におけるき電回路の電圧を安定させることができると共に、変電所の低負荷時におけるき電回路の過電圧を抑制できる。

【0065】

（１ｂ）調整部５によって、き電回路の電圧の安定化を促進させることができる。
（１ｃ）上限値設定部６及び制限部７によって、電力変換装置１０３における有効電力の消費を優先させることができる。そのため、車両の走行を安定させることができる。

【0066】

（１ｄ）前処理部３１における１次遅れ制御を利用した電圧差の算出と、後処理部３２における比例制御を利用した第１調整値及び第２調整値の算出とによって、架線電圧の検出値に応じた力率の設定を的確に行うことができる。

【0067】

（１ｅ）前処理部３１及び後処理部３２それぞれにおいてリミット制御を行うことで、力率が過大又は過小となることが抑制されるため、き電回路の電圧の安定化を促進させることができる。

【0068】

［２．他の実施形態］
以上、本開示の実施形態について説明したが、本開示は、上記実施形態に限定されることなく、種々の形態を採り得ることは言うまでもない。

【0069】

（２ａ）上記実施形態の電力変換制御装置１は、必ずしも上限値設定部６を備えなくてもよい。例えば、図３に示す電力変換制御装置１では、制限部７は、第１無効電流指令値Ｑｒｅｆ１、及び第２上限値Ｑｒｅｆｍａｘ２のうち、最も小さい値を第２無効電流指令値Ｑｒｅｆ２として出力する。

【0070】

第２上限値Ｑｒｅｆｍａｘ２を適切に設定することによって電力変換装置１０３における有効電力の消費が制限されない場合には、図３のように上限値設定部６を省略することで、電力変換制御装置１の演算負荷を低減できる。

【0071】

（２ｂ）上記実施形態の電力変換制御装置１において、力率設定部３は、架線電圧の検出値の大きさに基づいて力率の大きさを調整できるものであれば、上述した回路又は構成に限定されない。

【0072】

（２ｃ）上記実施形態における１つの構成要素が有する機能を複数の構成要素として分散させたり、複数の構成要素が有する機能を１つの構成要素に統合したりしてもよい。また、上記実施形態の構成の一部を省略してもよい。また、上記実施形態の構成の少なくとも一部を、他の上記実施形態の構成に対して付加、置換等してもよい。なお、特許請求の範囲に記載の文言から特定される技術思想に含まれるあらゆる態様が本開示の実施形態である。

【0073】

［３．実施例］
以下に、本開示の効果を確認するために行った解析例の内容とその評価とについて説明する。

【0074】

＜比較例＞
図４Ａに、特開２０１７－１８８９９０号公報に開示された電力変換制御装置から出力される無効電流指令値の継時変化の一例を示す。

【0075】

図４Ａ中、実線は主変圧器における架線電圧の検出値が真値の－３％であるケース、破線は架線電圧の検出値が真値の－１．５％であるケース、一点鎖線は架線電圧の検出値が真値と同値であるケース、二点鎖線は架線電圧の検出値が真値の＋２％であるケースである。

【0076】

図４Ａに示されるように、架線電圧の検出値のバラつきによって、無効電流指令値が不平衡になる。また、検出値が真値の－３％及び－１．５％のケースでは、無効電流指令値が上限値に到達している。

【0077】

＜実施例＞
図４Ｂに、図２に示す電力変換制御装置１から出力される無効電流指令値の継時変化の一例を示す。

【0078】

図４Ｂには、図４Ａと同じ４つのケースのグラフが図示されている。図４Ｂでは、４つのケースにおける無効電流指令値が平衡化されている。つまり、架線電圧の検出値のバラつきによる無効電流指令値の不平衡が抑制されている。

【符号の説明】

【0079】

１…電力変換制御装置、２…指令値生成部、３…力率設定部、４…算出部、
５…調整部、６…上限値設定部、７…制限部、８…無効処理部、３１…前処理部、
３２…後処理部、５１…遅れ要素、５２…比例要素、１００…主回路システム、
１０１…パンタグラフ、１０２…主変圧器、１０２Ａ…一次巻線、
１０２Ｂ…二次巻線、１０２Ｃ…三次巻線、１０３…電力変換装置、
１０４…逆変換装置、１０５…主電動機、１０６…架線電圧検出部、
１０７…ＰＷＭ回路、１０８…変換装置電圧検出部、２００…架線。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】