電鉄用電圧変動補償装置の制御装置
【課題】 インバータの直流電圧を一定に制御でき、Ｍ座及びＴ座の有効電力又は無効電力をより効果的に制御することのできる電鉄用電圧変動補償装置の制御装置を提供することにある。
【解決手段】 Ｍ座及びＴ座のき電線ＬＭ，ＬＴの電圧変動を補償する電鉄用電圧変動補償装置１を制御する制御装置３において、Ｍ座及びＴ座の単相インバータ３１，３２に割り振られた有効電力出力指令値に、直流電圧一定制御２４から出力された有効電力指令値をそれぞれ加算し、Ｍ座及びＴ座の容量リミッタ１６，１７により装置容量に応じて有効電力及び無効電力の出力指令値を制限し、協調リミッタ１８によりＭ座とＴ座の有効電力出力指令値を協調させるための制限をする。
【解決手段】 Ｍ座及びＴ座のき電線ＬＭ，ＬＴの電圧変動を補償する電鉄用電圧変動補償装置１を制御する制御装置３において、Ｍ座及びＴ座の単相インバータ３１，３２に割り振られた有効電力出力指令値に、直流電圧一定制御２４から出力された有効電力指令値をそれぞれ加算し、Ｍ座及びＴ座の容量リミッタ１６，１７により装置容量に応じて有効電力及び無効電力の出力指令値を制限し、協調リミッタ１８によりＭ座とＴ座の有効電力出力指令値を協調させるための制限をする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電鉄用電圧変動補償装置の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、電鉄用電圧変動補償装置（RPC: Railway Static Power Conditioner）の制御装置は、Ｍ座とＴ座のそれぞれの有効電力Ｐと無効電力Ｑを検出して、Ｍ座とＴ座の有効電力の平衡化をするための制御（以下、「有効電力平衡化制御」という。）やスコット結線変圧器出力の力率を１にするような無効電力補償の制御（以下、「無効電力力率１制御」という。）を行う。電鉄用電圧変動補償装置は、Ｍ座とＴ座のそれぞれの有効電力Ｐと無効電力Ｑを制御するために、Ｍ座側単相インバータ及びＴ座側単相インバータを備えている。これらの制御を行う電鉄用電圧変動補償装置の制御装置としては、例えば、次のように構成されている。
【０００３】
制御装置は、有効電力平衡化制御を行うために、Ｍ座及びＴ座の有効電力をそれぞれ制御するためのＭ座側単相インバータの有効電力出力指令値及びＴ座側単相インバータの有効電力出力指令値を算出する。また、制御装置は、Ｍ座及びＴ座のそれぞれの無効電力補償をするために、Ｍ座及びＴ座の無効電力をそれぞれ制御するためのＭ座側単相インバータの無効電力出力指令値及びＴ座側単相インバータの無効電力出力指令値を算出する。制御装置は、Ｍ座Ｐ−Ｑ制御リミッタ及びＴ座Ｐ−Ｑ制御リミッタを備えている。Ｍ座Ｐ−Ｑ制御リミッタは、Ｍ座側単相インバータの有効電力出力指令値及び無効電力出力指令値が、Ｍ座装置としてＰ−Ｑ制御に許容された容量を超える場合には、リミット処理をする。Ｔ座Ｐ−Ｑ制御リミッタは、Ｔ座側単相インバータの有効電力出力指令値及び無効電力出力指令値に対して、Ｍ座Ｐ−Ｑ制御リミッタと同様の処理をする。
【０００４】
一方、制御装置は、インバータ直流電圧を一定に制御（以下、「直流電圧一定制御」という。）するために、有効電力出力指令値を算出する。この有効電力出力指令値は、Ｍ座側単相インバータとＴ座側単相インバータとに振り分けられる。振り分けられた有効電力出力指令値は、上述のＭ座Ｐ−Ｑ制御リミッタ及びＴ座Ｐ−Ｑ制御リミッタから出力されたそれぞれのＭ座側単相インバータ及びＴ座側単相インバータのそれぞれの有効電力出力指令値に加算（減算）される。
【０００５】
このようにして算出された有効電力出力指令値及び無効電力出力指令値に基づいて、制御装置は、インバータ電流を制御する。
【非特許文献１】持永芳文、外３名，“東北新幹線延伸用ＲＰＣ装置概要とフィールド試験結果について”，平成１４年電気学会静止器研究会，２００２，ＳＡ−０２−６３
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上述のような電鉄用電圧変動補償装置の制御装置では、次のような問題がある。
【０００７】
まず、インバータの安定運転のためには、インバータ直流電圧の確保は必須である。そのため、直流電圧一定制御により算出された有効電力指令値は優先的に保持する必要がある。そこで、直流電圧一定制御による有効電力指令値は、装置容量で制限されないように、装置が出力可能な容量の中で、予め直流電圧一定制御用に十分な容量を割り振っておく必要がある。このため、有効電力平衡化制御やＭ座無効電力力率１制御に使える容量は、減少することになる。
【０００８】
さらに、有効電力平衡化制御からの有効電力出力指令値が、Ｍ座Ｐ−Ｑ制御リミッタとＴ座Ｐ−Ｑ制御リミッタにより、Ｍ座とＴ座が個別にリミットされて異なる値に制限されると、その差の有効電力をインバータ直流回路が受電又は放電することになる。これは、インバータの直流電圧を大きく変動させ、安定運転を困難にする。そこで、Ｍ座Ｐ−Ｑ制御リミッタ及びＴ座Ｐ−Ｑ制御リミッタは、基本的に、有効電力出力指令値は制限せずに優先出力し、無効電力出力指令値のみを制限することになる。この結果、例えば力率１制御によるき電電圧低下抑止を主目的とする制御の場合には、無効電力のみ大きく制限され、き電電圧確保に必要な進みの無効電力不足となる可能性があるため問題となる。
【０００９】
そこで、本発明の目的は、インバータの直流電圧を一定に制御でき、Ｍ座及びＴ座の有効電力又は無効電力をより効果的に制御することのできる電鉄用電圧変動補償装置の制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の観点に従った電鉄用電圧変動補償装置の制御装置は、電気鉄道の電力系統に設けられた電気鉄道用三相／二相変換変圧器のＭ座及びＴ座からそれぞれき電するＭ座側き電線及びＴ座側き電線の電圧変動を補償するためのＭ座インバータ及びＴ座インバータを備えた電鉄用電圧変動補償装置を制御する制御装置において、前記Ｍ座インバータの無効電力を制御するためのＭ座無効電力出力指令値を出力するＭ座無効電力制御手段と、前記Ｔ座インバータの無効電力を制御するためのＴ座無効電力出力指令値を出力するＴ座無効電力制御手段と、前記Ｍ座インバータの有効電力を制御するためのＭ座有効電力出力指令値を出力するＭ座有効電力制御手段と、前記Ｔ座インバータの有効電力を制御するためのＴ座有効電力出力指令値を出力するＴ座有効電力制御手段と、前記Ｍ座インバータ及び前記Ｔ座インバータの直流電圧を所定値に制御するための直流電圧指令値を出力する直流電圧制御手段と、前記Ｍ座有効電力制御手段から出力された前記Ｍ座有効電力出力指令値に、前記直流電圧制御手段から出力された前記直流電圧指令値を加算する第１の加算手段と、前記Ｔ座有効電力制御手段から出力された前記Ｔ座有効電力出力指令値に、前記直流電圧制御手段から出力された前記直流電圧指令値を加算する第２の加算手段と、前記第１の加算手段により加算された前記Ｍ座有効電力出力指令値及び前記Ｍ座無効電力制御手段から出力された前記Ｍ座無効電力出力指令値を、前記Ｍ座インバータの装置容量の許容範囲内に制限するＭ座容量制限手段と、前記第２の加算手段により加算された前記Ｔ座有効電力出力指令値及び前記Ｔ座無効電力制御手段から出力された前記Ｔ座無効電力出力指令値を、前記Ｔ座インバータの装置容量の許容範囲内に制限するＴ座容量制限手段と、前記Ｍ座容量制限手段により制限された前記Ｍ座有効電力出力指令値と前記Ｔ座容量制限手段により制限された前記Ｔ座有効電力出力指令値との和を、前記第１の加算手段により加算された前記Ｍ座有効電力出力指令値と前記第２の加算手段により加算された前記Ｔ座有効電力出力指令値との和と等しくなるように、前記Ｍ座容量制限手段により制限された前記Ｍ座有効電力出力指令値又は前記Ｔ座容量制限手段により制限された前記Ｔ座有効電力出力指令値を制限する協調制限手段と、前記Ｍ座容量制限手段により制限された前記Ｍ座無効電力出力指令値及び前記協調制限手段により制限された前記Ｍ座有効電力出力指令値に基づいて、前記Ｍ座インバータを制御するＭ座インバータ制御手段と、前記Ｔ座容量制限手段により制限された前記Ｔ座無効電力出力指令値及び前記協調制限手段により制限された前記Ｔ座有効電力出力指令値に基づいて、前記Ｔ座インバータを制御するＴ座インバータ制御手段とを備えた構成である。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、インバータの直流電圧を一定に制御でき、Ｍ座及びＴ座の有効電力又は無効電力をより効果的に制御することのできる電鉄用電圧変動補償装置の制御装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、図面を参照して、本発明の各実施形態を説明する。
【００１３】
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る電鉄用電圧変動補償装置の制御装置１の適用された構成を示す構成図である。なお、以降の図における同一部分には同一符号を付してその詳しい説明を省略し、異なる部分について主に述べる。以降の実施形態も同様にして重複した説明を省略する。
【００１４】
スコット結線変圧器ＴＲは、電気鉄道用三相／二相変換変圧器である。スコット結線変圧器ＴＲは、一次側から三相交流を受電し、二次側のＭ座及びＴ座からそれぞれ単相交流を出力する。スコット結線変圧器ＴＲは、Ｍ座及びＴ座から出力された２つの単相交流により、それぞれＭ座側き電線ＬＭ及びＴ座側き電線ＬＴにき電する。電気鉄道ＲＷは、Ｍ座側き電線ＬＭ又はＴ座側き電線ＬＴから電力の供給を受けて走行する。
【００１５】
電鉄用電圧変動補償装置３は、Ｍ座側き電線ＬＭ及びＴ座側き電線ＬＴの電圧を補償する装置である。電鉄用電圧変動補償装置３は、Ｍ座側単相インバータ３１、Ｔ座側単相インバータ３２、Ｍ座側単相インバータ用変圧器３３及びＴ座側単相インバータ用変圧器３４により構成されている。
【００１６】
Ｍ座側単相インバータ３１は、Ｍ座側き電線ＬＭの有効電力及び無効電力を補償するための装置である。Ｔ座側単相インバータ３２は、Ｔ座側き電線ＬＴの有効電力及び無効電力を補償するための装置である。
【００１７】
Ｍ座側単相インバータ用変圧器３３は、Ｍ座側単相インバータ３１からの出力電圧を変圧して、Ｍ座側き電線ＬＭに供給する。Ｔ座側単相インバータ用変圧器３４は、Ｔ座側単相インバータ３２からの出力電圧を変圧して、Ｔ座側き電線ＬＴに供給する。
【００１８】
制御装置１は、電鉄用電圧変動補償装置３を制御する装置である。制御装置１は、Ｍ座無効電力力率１制御器２１、Ｔ座無効電力力率１制御器２３、有効電力平衡化制御器２２、直流電圧一定制御器２４、Ｍ座容量リミッタ１６、Ｔ座容量リミッタ１７、協調リミッタ１８、Ｍ座電流制御器１９、Ｔ座電流制御器２０、極性器１１，１２、及び加算器１４，１５により構成されている。
【００１９】
Ｍ座無効電力力率１制御器２１は、スコット結線変圧器ＴＲのＭ座き電側の無効電力がゼロになるようなＭ座単相インバータ３１の無効電力出力指令値を出力する。換言すれば、Ｍ座無効電力力率１制御器２１は、スコット結線変圧器ＴＲのＭ座き電側の力率を１にするような無効電力補償の制御を行う。
【００２０】
Ｔ座無効電力力率１制御器２３は、スコット結線変圧器ＴＲのＴ座き電側の無効電力がゼロになるようなＴ座単相インバータ３２の無効電力出力指令値を出力する。換言すれば、Ｔ座無効電力力率１制御器２３は、スコット結線変圧器ＴＲのＴ座き電側の力率を１にするような無効電力補償の制御を行う。
【００２１】
有効電力平衡化制御器２２は、スコット結線変圧器ＴＲのＭ座き電側の有効電力とＴ座き電側の有効電力とが等しくなるような有効電力融通量を出力する。この有効電力融通量に基づいて、Ｍ座単相インバータ３１及びＴ座単相インバータ３２は、Ｍ座とＴ座の有効電力を平衡化するように制御される。この有効電力融通量は、極性器１１，１２によって、互いに反対極性に変換される。
【００２２】
極性器１１は、有効電力平衡化制御器２２から出力された有効電力融通量を、Ｍ座単相インバータ３１の有効電力出力指令値に変換する。
【００２３】
極性器１２は、有効電力平衡化制御器２２から出力された有効電力融通量を、Ｔ座単相インバータ３２の有効電力出力指令値に変換する。
【００２４】
直流電圧一定制御器２４は、インバータ直流電圧を所定値に保つような有効電力指令値を算出する。
【００２５】
加算器１４は、極性器１１から入力されたＭ座単相インバータ３１の有効電力出力指令値に、直流電圧一定制御器２４から入力された有効電力指令値を加算する。
【００２６】
加算器１５は、極性器１２から入力されたＴ座単相インバータ３２の有効電力出力指令値に、直流電圧一定制御器２４から入力された有効電力指令値を加算する。
【００２７】
Ｍ座容量リミッタ１６は、Ｍ座単相インバータ３１の装置容量に応じて、Ｍ座無効電力力率１制御器２１から出力された無効電力出力指令値及び加算器１４から出力されたＭ座単相インバータ３１の有効電力出力指令値に、Ｍ座単相インバータ３１の装置に適した制限をかける。
【００２８】
Ｔ座容量リミッタ１７は、Ｔ座単相インバータ３２の装置容量に応じて、Ｔ座無効電力力率１制御器２３から出力された無効電力出力指令値及び加算器１５から出力されたＴ座単相インバータ３２の有効電力出力指令値に、Ｔ座単相インバータ３２の装置に適した制限をかける。
【００２９】
協調リミッタ１８は、直流電圧確保に必要な有効電力を保持させるために、協調をとるためのリミッタである。
【００３０】
Ｍ座電流制御器１９は、Ｍ座単相インバータの電流を制御するための制御部である。
【００３１】
Ｔ座電流制御器２０は、Ｔ座単相インバータの電流を制御するための制御部である。
【００３２】
次に、制御装置１の動作について説明する。
【００３３】
Ｍ座無効電力力率１制御器２１から出力された無効電力出力指令値は、Ｍ座容量リミッタ１６及び協調リミッタ１８に入力される。Ｔ座無効電力力率１制御器２３から出力された無効電力出力指令値は、Ｔ座容量リミッタ１７及び協調リミッタ１８に入力される。
【００３４】
有効電力平衡化制御器２２から出力された有効電力融通量は、極性器１１，１２にそれぞれ入力される。極性器１１に入力された有効電力融通量は、Ｍ座単相インバータ３１の有効電力出力指令値に変換される。極性器１２に入力された有効電力融通量は、Ｔ座単相インバータ３２の有効電力出力指令値に変換される。極性器１１により変換されたＭ座単相インバータ３１の有効電力出力指令値は、加算器１４に入力される。極性器１２により変換されたＴ座単相インバータ３２の有効電力出力指令値は、加算器１５に入力される。
【００３５】
直流電圧一定制御器２４から出力された有効電力指令値は、加算器１４，１５にそれぞれ入力される。加算器１４は、Ｍ座単相インバータ３１の有効電力出力指令値に、直流電圧一定制御器２４から入力された有効電力指令値を加算する。加算器１５は、Ｔ座単相インバータ３２の有効電力出力指令値に、直流電圧一定制御器２４から入力された有効電力指令値を加算する。加算器１４から出力されたＭ座単相インバータ３１の有効電力出力指令値は、Ｍ座容量リミッタ１６に入力される。加算器１５から出力されたＴ座単相インバータ３２の有効電力出力指令値は、Ｔ座容量リミッタ１７に入力される。
【００３６】
ここで、極性器１１の出力（Ｍ座単相インバータ３１の有効電力出力指令値）と極性器１２の出力（Ｔ座単相インバータ３２の有効電力出力指令値）とは、反対極性で絶対値は同一である。また、直流電圧一定制御器２４から加算器１４，１５にそれぞれ入力される有効電力出力指令値は、同一量である。従って、加算器１４と加算器１５の二つの出力は、同一量に対して、それぞれ反対極性で絶対値が同一である値を加算するため、絶対値（大きさ）が異なる。よって、加算器１４の出力と加算器１５の出力との和をとってもゼロにはならない。この加算器１４と加算器１５との和の値が、直流電圧一定に必要な有効電力の値になる。
【００３７】
Ｍ座容量リミッタ１６は、加算器１４から入力されたＭ座単相インバータ３１の有効電力出力指令値とＭ座無効電力力率１制御器２１から入力された無効電力出力指令値とがＭ座単相インバータ３１の装置容量を超えていれば、当該装置の主目的に一番整合した方法でリミットされる。ここで、主目的に一番整合した方法とは、出力したい有効電力Ｐ及び無効電力Ｑの値になるべく近い値にリミットすることである。
【００３８】
Ｔ座容量リミッタ１７は、加算器１５から入力されたＴ座単相インバータ３２の有効電力出力指令値とＴ座無効電力力率１制御器２３から入力された無効電力出力指令値とがＴ座単相インバータ３２の装置容量を超えていれば、当該装置の主目的に一番整合した方法でリミットされる。ここで、主目的に一番整合した方法とは、出力したい有効電力Ｐ及び無効電力Ｑの値になるべく近い値にリミットすることである。
【００３９】
協調リミッタ１８は、Ｍ座単相インバータ３１の有効電力出力指令値とＴ座単相インバータ３２の有効電力出力指令値との和が、Ｍ座容量リミッタ１６及びＴ座容量リミッタ１７による制限を受ける前と制限を受けた後で等しくない場合は、制限を受ける前と等しくなるように、Ｍ座単相インバータ３１の有効電力出力指令値又はＴ座単相インバータ３２の有効電力出力指令値に制限を加える処理を行う。
【００４０】
本実施形態によれば、Ｍ座容量リミッタ１６及びＴ座容量リミッタ１７には、Ｍ座単相インバータ３１及びＴ座単相インバータ３２に適した制限方法を用いて、直流電圧を所定値に維持するための容量を予め差し引くことなく、直流電圧を一定に制御することができる。
【００４１】
（第２の実施形態）
図２は、第２の実施形態に係る電鉄用電圧変動補償装置の制御装置１Ａの適用された構成を示す構成図である。
【００４２】
制御装置１Ａは、図１に示す第１の実施形態に係る制御装置１において、Ｍ座容量リミッタ１６、Ｔ座容量リミッタ１７及び協調リミッタ１８の代わりに、Ｍ座容量円リミッタ１６Ａ、Ｔ座容量円リミッタ１７Ａ及び協調リミッタ１８Ａを設けた点以外は、同様である。
【００４３】
Ｍ座容量円リミッタ１６Ａは、加算器１４からＭ座単相インバータ３１の有効電力出力指令値が入力される。Ｍ座容量円リミッタ１６Ａは、Ｍ座無効電力力率１制御２１からＭ座単相インバータ３１の無効電力出力指令値が入力される。
【００４４】
Ｔ座容量円リミッタ１７Ａは、加算器１５からＴ座単相インバータ３２の有効電力出力指令値が入力される。Ｔ座容量円リミッタ１７Ａは、Ｔ座無効電力力率１制御２３からＴ座単相インバータ３２の無効電力出力指令値が入力される。
【００４５】
図４は、第２の実施形態に係る電鉄用電圧変動補償装置の制御装置１Ａの動作を説明するため座標図である。図４において、横軸Ｐを有効電力指令値、縦軸Ｑを無効電力指令値の平面図で表している。図４中の円は、Ｍ座単相インバータ３１及びＴ座単相インバータ３２の出力可能な容量を表している。
【００４６】
今、Ｍ座容量円リミッタ１６Ａへの入力であるＭ座単相インバータ３１の有効電力出力指令値及び無効電力出力指令値が点Ｍ１であるとする。このとき、Ｔ座容量円リミッタ１７Ａへの入力であるＴ座単相インバータ３２の有効電力出力指令値及び無効電力出力指令値が点Ｔ１であるとする。
【００４７】
点Ｍ１は、円外にある。即ち、装置容量超過の状態である。そこで、Ｍ座容量円リミッタ１６Ａは、点Ｍ１に一番近い円周上の点Ｍ２にリミット処理をする。このリミット方式は、有効電力と無効電力とを均等（同じ重み付け）にリミットする方法である。この方法は、有効電力平衡化制御と無効電力力率１制御の両立性が高い。Ｍ座容量円リミッタ１６Ａによりリミット処理されたＭ座単相インバータ３１の有効電力出力指令値及び無効電力出力指令値（点Ｍ２）は、協調リミッタ１８Ａに入力される。
【００４８】
一方、点Ｔ１は、円内にある。即ち、装置容量の許容範囲内の状態である。そのため、Ｔ座容量円リミッタ１７Ａは、点Ｔ１の状態を変動させずに、協調リミッタ１８Ａに出力する。
【００４９】
点Ｍ１が点Ｍ２に制限されると、Ｍ座容量円リミッタ１６Ａ及びＴ座容量円リミッタ１７Ａへの入力段階でのＭ座単相インバータ３１の有効電力出力指令値とＴ座単相インバータ３２の有効電力出力指令値との和が保持されなくなる。そこで、協調リミッタ１８Ａは、この和を同じ値に維持するように、変化させる。具体的には、Ｍ座容量円リミッタ１６Ａによる点Ｍ１から点Ｍ２への移行によって変化した有効電力出力指令値分（Ｐ軸方向に変化した分）をＴ座側も点Ｔ１を点Ｔ２に移行させる。
【００５０】
本実施形態によれば、Ｍ座容量円リミッタ１６Ａ及びＴ座容量リミッタ円１７Ａにより、Ｍ座及びＴ座のそれぞれの有効電力と無効電力を同じ重み付けでリミットでき、直流電圧を一定に制御することができる。
【００５１】
（第３の実施形態）
図３は、第３の実施形態に係る電鉄用電圧変動補償装置の制御装置１Ｂの適用された構成を示す構成図である。
【００５２】
制御装置１Ｂは、図２に示す第２の実施形態に係る制御装置１Ａにおいて、Ｍ座容量円リミッタ１６Ａ及びＴ座容量円リミッタ１７Ａの代わりに、Ｍ座容量リミッタ（Ｑ優先）１６Ｂ及びＴ座容量リミッタ（Ｑ優先）１７Ｂを設けた点以外は、同様である。
【００５３】
Ｍ座容量リミッタ（Ｑ優先）１６Ｂは、加算器１４からＭ座単相インバータ３１の有効電力出力指令値が入力される。Ｍ座容量リミッタ（Ｑ優先）１６Ｂは、Ｍ座無効電力力率１制御２１からＭ座単相インバータ３１の無効電力出力指令値が入力される。Ｍ座容量リミッタ（Ｑ優先）１６Ｂは、無効電力の出力を優先し、有効電力を制限するように動作する。
【００５４】
Ｔ座容量リミッタ（Ｑ優先）１７Ｂは、加算器１５からＴ座単相インバータ３２の有効電力出力指令値が入力される。Ｔ座容量リミッタ（Ｑ優先）１７Ｂは、Ｔ座無効電力力率１制御２３からＴ座単相インバータ３２の無効電力出力指令値が入力される。Ｔ座容量リミッタ（Ｑ優先）１７Ｂは、無効電力の出力を優先し、有効電力を制限するように動作する。
【００５５】
図５は、第３の実施形態に係る電鉄用電圧変動補償装置の制御装置１Ｂの動作を説明するため座標図である。図５において、横軸Ｐを有効電力指令値、縦軸Ｑを無効電力指令値の平面図で表している。図５中の円は、Ｍ座単相インバータ３１及びＴ座単相インバータ３２の出力可能な容量を表している。
【００５６】
今、Ｍ座容量リミッタ（Ｑ優先）１６Ｂへの入力であるＭ座単相インバータ３１の有効電力出力指令値及び無効電力出力指令値が点Ｍ１Ａであるとする。このとき、Ｔ座容量リミッタ（Ｑ優先）１７Ｂへの入力であるＴ座単相インバータ３２の有効電力出力指令値及び無効電力出力指令値が点Ｔ１Ａであるとする。
【００５７】
点Ｍ１Ａは、円外にある。即ち、装置容量超過の状態である。そこで、Ｍ座容量リミッタ（Ｑ優先）１６Ｂは、無効電力の出力を優先し、有効電力の出力のみを制限するように動作する。具体的には、Ｍ座容量リミッタ（Ｑ優先）１６Ｂは、点Ｍ１Ａを真横（Ｐ軸方向と平行）に移動させ、円周上の点Ｍ２Ａにリミット処理する。このリミット方式は、き電電圧低下を抑止するために、有効電力平衡化よりも無効電力力率１制御の方が重要な場合に適した方法である。
【００５８】
点Ｍ１Ａが点Ｍ２Ａに制限されると、Ｍ座容量リミッタ（Ｑ優先）１６Ｂ及びＴ座容量リミッタ（Ｑ優先）１７Ｂへの入力段階でのＭ座単相インバータ３１の有効電力出力指令値とＴ座単相インバータ３２の有効電力出力指令値との和が保持されなくなる。そこで、協調リミッタ１８Ａは、この和を同じ値に確保するように、点Ｔ１Ａを点Ｔ２Ａに移行する。具体的には、Ｍ座容量リミッタ（Ｑ優先）１６Ｂによる点Ｍ１Ａから点Ｍ２Ａへの移行によって変化した有効電力出力指令値分（Ｐ軸方向に変化した分）をＴ座側も変化させる。
【００５９】
本実施形態によれば、Ｍ座容量リミッタ（Ｑ優先）１６Ｂ及びＴ座容量リミッタ（Ｑ優先）１７Ｂにより、無効電力出力を優先し、有効電力のみをリミットしながら、直流電圧を一定に制御することができる。
【００６０】
なお、各実施形態では、電気鉄道用三相／二相変換変圧器を、代表してスコット結線変圧器として説明したが、変形ウッドブリッジ結線変圧器を用いても同様の構成で実現することができる。また、電気鉄道用三相／二相変換変圧器として採用する変圧器の結線方式によっては、Ｍ座及びＴ座の代わりに、Ａ座及びＢ座と呼ばれるが、ここでは、総称してＭ座及びＴ座としている。
【００６１】
なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る電鉄用電圧変動補償装置の制御装置の適用された構成を示す構成図。
【図２】第２の実施形態に係る電鉄用電圧変動補償装置の制御装置の適用された構成を示す構成図。
【図３】第３の実施形態に係る電鉄用電圧変動補償装置の制御装置の適用された構成を示す構成図。
【図４】第２の実施形態に係る電鉄用電圧変動補償装置の制御装置の動作を説明するため座標図。
【図５】第３の実施形態に係る電鉄用電圧変動補償装置の制御装置の動作を説明するため座標図。
【符号の説明】
【００６３】
１，１Ａ，１Ｂ…電鉄用電圧変動補償装置の制御装置、３…電鉄用電圧変動補償装置、１１，１２…極性器、１４，１５…加算器、１６…Ｍ座容量リミッタ、１６Ａ…Ｍ座容量円リミッタ、１６Ｂ…Ｍ座容量リミッタ（Ｑ優先）、１７…Ｔ座容量リミッタ、１７Ａ…Ｔ座容量円リミッタ、１７Ｂ…Ｔ座容量リミッタ（Ｑ優先）、１８，１８Ａ…協調リミッタ、１９…Ｍ座電流制御、２０…Ｔ座電流制御、２１…Ｍ座無効電力力率１制御、２２…有効電力平衡化制御、２３…Ｔ座無効電力力率１制御、２４…直流電圧一定制御、３１…Ｍ座単相インバータ、３２…Ｔ座単相インバータ、３３…Ｍ座側単相インバータ用変圧器、３４…Ｔ座側単相インバータ用変圧器、ＬＭ…Ｍ座側き電線、ＬＴ…Ｔ座側き電線、ＲＷ…電気鉄道、ＴＲ…電気鉄道用三相／二相変換変圧器。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電鉄用電圧変動補償装置の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、電鉄用電圧変動補償装置（RPC: Railway Static Power Conditioner）の制御装置は、Ｍ座とＴ座のそれぞれの有効電力Ｐと無効電力Ｑを検出して、Ｍ座とＴ座の有効電力の平衡化をするための制御（以下、「有効電力平衡化制御」という。）やスコット結線変圧器出力の力率を１にするような無効電力補償の制御（以下、「無効電力力率１制御」という。）を行う。電鉄用電圧変動補償装置は、Ｍ座とＴ座のそれぞれの有効電力Ｐと無効電力Ｑを制御するために、Ｍ座側単相インバータ及びＴ座側単相インバータを備えている。これらの制御を行う電鉄用電圧変動補償装置の制御装置としては、例えば、次のように構成されている。
【０００３】
制御装置は、有効電力平衡化制御を行うために、Ｍ座及びＴ座の有効電力をそれぞれ制御するためのＭ座側単相インバータの有効電力出力指令値及びＴ座側単相インバータの有効電力出力指令値を算出する。また、制御装置は、Ｍ座及びＴ座のそれぞれの無効電力補償をするために、Ｍ座及びＴ座の無効電力をそれぞれ制御するためのＭ座側単相インバータの無効電力出力指令値及びＴ座側単相インバータの無効電力出力指令値を算出する。制御装置は、Ｍ座Ｐ−Ｑ制御リミッタ及びＴ座Ｐ−Ｑ制御リミッタを備えている。Ｍ座Ｐ−Ｑ制御リミッタは、Ｍ座側単相インバータの有効電力出力指令値及び無効電力出力指令値が、Ｍ座装置としてＰ−Ｑ制御に許容された容量を超える場合には、リミット処理をする。Ｔ座Ｐ−Ｑ制御リミッタは、Ｔ座側単相インバータの有効電力出力指令値及び無効電力出力指令値に対して、Ｍ座Ｐ−Ｑ制御リミッタと同様の処理をする。
【０００４】
一方、制御装置は、インバータ直流電圧を一定に制御（以下、「直流電圧一定制御」という。）するために、有効電力出力指令値を算出する。この有効電力出力指令値は、Ｍ座側単相インバータとＴ座側単相インバータとに振り分けられる。振り分けられた有効電力出力指令値は、上述のＭ座Ｐ−Ｑ制御リミッタ及びＴ座Ｐ−Ｑ制御リミッタから出力されたそれぞれのＭ座側単相インバータ及びＴ座側単相インバータのそれぞれの有効電力出力指令値に加算（減算）される。
【０００５】
このようにして算出された有効電力出力指令値及び無効電力出力指令値に基づいて、制御装置は、インバータ電流を制御する。
【非特許文献１】持永芳文、外３名，“東北新幹線延伸用ＲＰＣ装置概要とフィールド試験結果について”，平成１４年電気学会静止器研究会，２００２，ＳＡ−０２−６３
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上述のような電鉄用電圧変動補償装置の制御装置では、次のような問題がある。
【０００７】
まず、インバータの安定運転のためには、インバータ直流電圧の確保は必須である。そのため、直流電圧一定制御により算出された有効電力指令値は優先的に保持する必要がある。そこで、直流電圧一定制御による有効電力指令値は、装置容量で制限されないように、装置が出力可能な容量の中で、予め直流電圧一定制御用に十分な容量を割り振っておく必要がある。このため、有効電力平衡化制御やＭ座無効電力力率１制御に使える容量は、減少することになる。
【０００８】
さらに、有効電力平衡化制御からの有効電力出力指令値が、Ｍ座Ｐ−Ｑ制御リミッタとＴ座Ｐ−Ｑ制御リミッタにより、Ｍ座とＴ座が個別にリミットされて異なる値に制限されると、その差の有効電力をインバータ直流回路が受電又は放電することになる。これは、インバータの直流電圧を大きく変動させ、安定運転を困難にする。そこで、Ｍ座Ｐ−Ｑ制御リミッタ及びＴ座Ｐ−Ｑ制御リミッタは、基本的に、有効電力出力指令値は制限せずに優先出力し、無効電力出力指令値のみを制限することになる。この結果、例えば力率１制御によるき電電圧低下抑止を主目的とする制御の場合には、無効電力のみ大きく制限され、き電電圧確保に必要な進みの無効電力不足となる可能性があるため問題となる。
【０００９】
そこで、本発明の目的は、インバータの直流電圧を一定に制御でき、Ｍ座及びＴ座の有効電力又は無効電力をより効果的に制御することのできる電鉄用電圧変動補償装置の制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の観点に従った電鉄用電圧変動補償装置の制御装置は、電気鉄道の電力系統に設けられた電気鉄道用三相／二相変換変圧器のＭ座及びＴ座からそれぞれき電するＭ座側き電線及びＴ座側き電線の電圧変動を補償するためのＭ座インバータ及びＴ座インバータを備えた電鉄用電圧変動補償装置を制御する制御装置において、前記Ｍ座インバータの無効電力を制御するためのＭ座無効電力出力指令値を出力するＭ座無効電力制御手段と、前記Ｔ座インバータの無効電力を制御するためのＴ座無効電力出力指令値を出力するＴ座無効電力制御手段と、前記Ｍ座インバータの有効電力を制御するためのＭ座有効電力出力指令値を出力するＭ座有効電力制御手段と、前記Ｔ座インバータの有効電力を制御するためのＴ座有効電力出力指令値を出力するＴ座有効電力制御手段と、前記Ｍ座インバータ及び前記Ｔ座インバータの直流電圧を所定値に制御するための直流電圧指令値を出力する直流電圧制御手段と、前記Ｍ座有効電力制御手段から出力された前記Ｍ座有効電力出力指令値に、前記直流電圧制御手段から出力された前記直流電圧指令値を加算する第１の加算手段と、前記Ｔ座有効電力制御手段から出力された前記Ｔ座有効電力出力指令値に、前記直流電圧制御手段から出力された前記直流電圧指令値を加算する第２の加算手段と、前記第１の加算手段により加算された前記Ｍ座有効電力出力指令値及び前記Ｍ座無効電力制御手段から出力された前記Ｍ座無効電力出力指令値を、前記Ｍ座インバータの装置容量の許容範囲内に制限するＭ座容量制限手段と、前記第２の加算手段により加算された前記Ｔ座有効電力出力指令値及び前記Ｔ座無効電力制御手段から出力された前記Ｔ座無効電力出力指令値を、前記Ｔ座インバータの装置容量の許容範囲内に制限するＴ座容量制限手段と、前記Ｍ座容量制限手段により制限された前記Ｍ座有効電力出力指令値と前記Ｔ座容量制限手段により制限された前記Ｔ座有効電力出力指令値との和を、前記第１の加算手段により加算された前記Ｍ座有効電力出力指令値と前記第２の加算手段により加算された前記Ｔ座有効電力出力指令値との和と等しくなるように、前記Ｍ座容量制限手段により制限された前記Ｍ座有効電力出力指令値又は前記Ｔ座容量制限手段により制限された前記Ｔ座有効電力出力指令値を制限する協調制限手段と、前記Ｍ座容量制限手段により制限された前記Ｍ座無効電力出力指令値及び前記協調制限手段により制限された前記Ｍ座有効電力出力指令値に基づいて、前記Ｍ座インバータを制御するＭ座インバータ制御手段と、前記Ｔ座容量制限手段により制限された前記Ｔ座無効電力出力指令値及び前記協調制限手段により制限された前記Ｔ座有効電力出力指令値に基づいて、前記Ｔ座インバータを制御するＴ座インバータ制御手段とを備えた構成である。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、インバータの直流電圧を一定に制御でき、Ｍ座及びＴ座の有効電力又は無効電力をより効果的に制御することのできる電鉄用電圧変動補償装置の制御装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、図面を参照して、本発明の各実施形態を説明する。
【００１３】
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る電鉄用電圧変動補償装置の制御装置１の適用された構成を示す構成図である。なお、以降の図における同一部分には同一符号を付してその詳しい説明を省略し、異なる部分について主に述べる。以降の実施形態も同様にして重複した説明を省略する。
【００１４】
スコット結線変圧器ＴＲは、電気鉄道用三相／二相変換変圧器である。スコット結線変圧器ＴＲは、一次側から三相交流を受電し、二次側のＭ座及びＴ座からそれぞれ単相交流を出力する。スコット結線変圧器ＴＲは、Ｍ座及びＴ座から出力された２つの単相交流により、それぞれＭ座側き電線ＬＭ及びＴ座側き電線ＬＴにき電する。電気鉄道ＲＷは、Ｍ座側き電線ＬＭ又はＴ座側き電線ＬＴから電力の供給を受けて走行する。
【００１５】
電鉄用電圧変動補償装置３は、Ｍ座側き電線ＬＭ及びＴ座側き電線ＬＴの電圧を補償する装置である。電鉄用電圧変動補償装置３は、Ｍ座側単相インバータ３１、Ｔ座側単相インバータ３２、Ｍ座側単相インバータ用変圧器３３及びＴ座側単相インバータ用変圧器３４により構成されている。
【００１６】
Ｍ座側単相インバータ３１は、Ｍ座側き電線ＬＭの有効電力及び無効電力を補償するための装置である。Ｔ座側単相インバータ３２は、Ｔ座側き電線ＬＴの有効電力及び無効電力を補償するための装置である。
【００１７】
Ｍ座側単相インバータ用変圧器３３は、Ｍ座側単相インバータ３１からの出力電圧を変圧して、Ｍ座側き電線ＬＭに供給する。Ｔ座側単相インバータ用変圧器３４は、Ｔ座側単相インバータ３２からの出力電圧を変圧して、Ｔ座側き電線ＬＴに供給する。
【００１８】
制御装置１は、電鉄用電圧変動補償装置３を制御する装置である。制御装置１は、Ｍ座無効電力力率１制御器２１、Ｔ座無効電力力率１制御器２３、有効電力平衡化制御器２２、直流電圧一定制御器２４、Ｍ座容量リミッタ１６、Ｔ座容量リミッタ１７、協調リミッタ１８、Ｍ座電流制御器１９、Ｔ座電流制御器２０、極性器１１，１２、及び加算器１４，１５により構成されている。
【００１９】
Ｍ座無効電力力率１制御器２１は、スコット結線変圧器ＴＲのＭ座き電側の無効電力がゼロになるようなＭ座単相インバータ３１の無効電力出力指令値を出力する。換言すれば、Ｍ座無効電力力率１制御器２１は、スコット結線変圧器ＴＲのＭ座き電側の力率を１にするような無効電力補償の制御を行う。
【００２０】
Ｔ座無効電力力率１制御器２３は、スコット結線変圧器ＴＲのＴ座き電側の無効電力がゼロになるようなＴ座単相インバータ３２の無効電力出力指令値を出力する。換言すれば、Ｔ座無効電力力率１制御器２３は、スコット結線変圧器ＴＲのＴ座き電側の力率を１にするような無効電力補償の制御を行う。
【００２１】
有効電力平衡化制御器２２は、スコット結線変圧器ＴＲのＭ座き電側の有効電力とＴ座き電側の有効電力とが等しくなるような有効電力融通量を出力する。この有効電力融通量に基づいて、Ｍ座単相インバータ３１及びＴ座単相インバータ３２は、Ｍ座とＴ座の有効電力を平衡化するように制御される。この有効電力融通量は、極性器１１，１２によって、互いに反対極性に変換される。
【００２２】
極性器１１は、有効電力平衡化制御器２２から出力された有効電力融通量を、Ｍ座単相インバータ３１の有効電力出力指令値に変換する。
【００２３】
極性器１２は、有効電力平衡化制御器２２から出力された有効電力融通量を、Ｔ座単相インバータ３２の有効電力出力指令値に変換する。
【００２４】
直流電圧一定制御器２４は、インバータ直流電圧を所定値に保つような有効電力指令値を算出する。
【００２５】
加算器１４は、極性器１１から入力されたＭ座単相インバータ３１の有効電力出力指令値に、直流電圧一定制御器２４から入力された有効電力指令値を加算する。
【００２６】
加算器１５は、極性器１２から入力されたＴ座単相インバータ３２の有効電力出力指令値に、直流電圧一定制御器２４から入力された有効電力指令値を加算する。
【００２７】
Ｍ座容量リミッタ１６は、Ｍ座単相インバータ３１の装置容量に応じて、Ｍ座無効電力力率１制御器２１から出力された無効電力出力指令値及び加算器１４から出力されたＭ座単相インバータ３１の有効電力出力指令値に、Ｍ座単相インバータ３１の装置に適した制限をかける。
【００２８】
Ｔ座容量リミッタ１７は、Ｔ座単相インバータ３２の装置容量に応じて、Ｔ座無効電力力率１制御器２３から出力された無効電力出力指令値及び加算器１５から出力されたＴ座単相インバータ３２の有効電力出力指令値に、Ｔ座単相インバータ３２の装置に適した制限をかける。
【００２９】
協調リミッタ１８は、直流電圧確保に必要な有効電力を保持させるために、協調をとるためのリミッタである。
【００３０】
Ｍ座電流制御器１９は、Ｍ座単相インバータの電流を制御するための制御部である。
【００３１】
Ｔ座電流制御器２０は、Ｔ座単相インバータの電流を制御するための制御部である。
【００３２】
次に、制御装置１の動作について説明する。
【００３３】
Ｍ座無効電力力率１制御器２１から出力された無効電力出力指令値は、Ｍ座容量リミッタ１６及び協調リミッタ１８に入力される。Ｔ座無効電力力率１制御器２３から出力された無効電力出力指令値は、Ｔ座容量リミッタ１７及び協調リミッタ１８に入力される。
【００３４】
有効電力平衡化制御器２２から出力された有効電力融通量は、極性器１１，１２にそれぞれ入力される。極性器１１に入力された有効電力融通量は、Ｍ座単相インバータ３１の有効電力出力指令値に変換される。極性器１２に入力された有効電力融通量は、Ｔ座単相インバータ３２の有効電力出力指令値に変換される。極性器１１により変換されたＭ座単相インバータ３１の有効電力出力指令値は、加算器１４に入力される。極性器１２により変換されたＴ座単相インバータ３２の有効電力出力指令値は、加算器１５に入力される。
【００３５】
直流電圧一定制御器２４から出力された有効電力指令値は、加算器１４，１５にそれぞれ入力される。加算器１４は、Ｍ座単相インバータ３１の有効電力出力指令値に、直流電圧一定制御器２４から入力された有効電力指令値を加算する。加算器１５は、Ｔ座単相インバータ３２の有効電力出力指令値に、直流電圧一定制御器２４から入力された有効電力指令値を加算する。加算器１４から出力されたＭ座単相インバータ３１の有効電力出力指令値は、Ｍ座容量リミッタ１６に入力される。加算器１５から出力されたＴ座単相インバータ３２の有効電力出力指令値は、Ｔ座容量リミッタ１７に入力される。
【００３６】
ここで、極性器１１の出力（Ｍ座単相インバータ３１の有効電力出力指令値）と極性器１２の出力（Ｔ座単相インバータ３２の有効電力出力指令値）とは、反対極性で絶対値は同一である。また、直流電圧一定制御器２４から加算器１４，１５にそれぞれ入力される有効電力出力指令値は、同一量である。従って、加算器１４と加算器１５の二つの出力は、同一量に対して、それぞれ反対極性で絶対値が同一である値を加算するため、絶対値（大きさ）が異なる。よって、加算器１４の出力と加算器１５の出力との和をとってもゼロにはならない。この加算器１４と加算器１５との和の値が、直流電圧一定に必要な有効電力の値になる。
【００３７】
Ｍ座容量リミッタ１６は、加算器１４から入力されたＭ座単相インバータ３１の有効電力出力指令値とＭ座無効電力力率１制御器２１から入力された無効電力出力指令値とがＭ座単相インバータ３１の装置容量を超えていれば、当該装置の主目的に一番整合した方法でリミットされる。ここで、主目的に一番整合した方法とは、出力したい有効電力Ｐ及び無効電力Ｑの値になるべく近い値にリミットすることである。
【００３８】
Ｔ座容量リミッタ１７は、加算器１５から入力されたＴ座単相インバータ３２の有効電力出力指令値とＴ座無効電力力率１制御器２３から入力された無効電力出力指令値とがＴ座単相インバータ３２の装置容量を超えていれば、当該装置の主目的に一番整合した方法でリミットされる。ここで、主目的に一番整合した方法とは、出力したい有効電力Ｐ及び無効電力Ｑの値になるべく近い値にリミットすることである。
【００３９】
協調リミッタ１８は、Ｍ座単相インバータ３１の有効電力出力指令値とＴ座単相インバータ３２の有効電力出力指令値との和が、Ｍ座容量リミッタ１６及びＴ座容量リミッタ１７による制限を受ける前と制限を受けた後で等しくない場合は、制限を受ける前と等しくなるように、Ｍ座単相インバータ３１の有効電力出力指令値又はＴ座単相インバータ３２の有効電力出力指令値に制限を加える処理を行う。
【００４０】
本実施形態によれば、Ｍ座容量リミッタ１６及びＴ座容量リミッタ１７には、Ｍ座単相インバータ３１及びＴ座単相インバータ３２に適した制限方法を用いて、直流電圧を所定値に維持するための容量を予め差し引くことなく、直流電圧を一定に制御することができる。
【００４１】
（第２の実施形態）
図２は、第２の実施形態に係る電鉄用電圧変動補償装置の制御装置１Ａの適用された構成を示す構成図である。
【００４２】
制御装置１Ａは、図１に示す第１の実施形態に係る制御装置１において、Ｍ座容量リミッタ１６、Ｔ座容量リミッタ１７及び協調リミッタ１８の代わりに、Ｍ座容量円リミッタ１６Ａ、Ｔ座容量円リミッタ１７Ａ及び協調リミッタ１８Ａを設けた点以外は、同様である。
【００４３】
Ｍ座容量円リミッタ１６Ａは、加算器１４からＭ座単相インバータ３１の有効電力出力指令値が入力される。Ｍ座容量円リミッタ１６Ａは、Ｍ座無効電力力率１制御２１からＭ座単相インバータ３１の無効電力出力指令値が入力される。
【００４４】
Ｔ座容量円リミッタ１７Ａは、加算器１５からＴ座単相インバータ３２の有効電力出力指令値が入力される。Ｔ座容量円リミッタ１７Ａは、Ｔ座無効電力力率１制御２３からＴ座単相インバータ３２の無効電力出力指令値が入力される。
【００４５】
図４は、第２の実施形態に係る電鉄用電圧変動補償装置の制御装置１Ａの動作を説明するため座標図である。図４において、横軸Ｐを有効電力指令値、縦軸Ｑを無効電力指令値の平面図で表している。図４中の円は、Ｍ座単相インバータ３１及びＴ座単相インバータ３２の出力可能な容量を表している。
【００４６】
今、Ｍ座容量円リミッタ１６Ａへの入力であるＭ座単相インバータ３１の有効電力出力指令値及び無効電力出力指令値が点Ｍ１であるとする。このとき、Ｔ座容量円リミッタ１７Ａへの入力であるＴ座単相インバータ３２の有効電力出力指令値及び無効電力出力指令値が点Ｔ１であるとする。
【００４７】
点Ｍ１は、円外にある。即ち、装置容量超過の状態である。そこで、Ｍ座容量円リミッタ１６Ａは、点Ｍ１に一番近い円周上の点Ｍ２にリミット処理をする。このリミット方式は、有効電力と無効電力とを均等（同じ重み付け）にリミットする方法である。この方法は、有効電力平衡化制御と無効電力力率１制御の両立性が高い。Ｍ座容量円リミッタ１６Ａによりリミット処理されたＭ座単相インバータ３１の有効電力出力指令値及び無効電力出力指令値（点Ｍ２）は、協調リミッタ１８Ａに入力される。
【００４８】
一方、点Ｔ１は、円内にある。即ち、装置容量の許容範囲内の状態である。そのため、Ｔ座容量円リミッタ１７Ａは、点Ｔ１の状態を変動させずに、協調リミッタ１８Ａに出力する。
【００４９】
点Ｍ１が点Ｍ２に制限されると、Ｍ座容量円リミッタ１６Ａ及びＴ座容量円リミッタ１７Ａへの入力段階でのＭ座単相インバータ３１の有効電力出力指令値とＴ座単相インバータ３２の有効電力出力指令値との和が保持されなくなる。そこで、協調リミッタ１８Ａは、この和を同じ値に維持するように、変化させる。具体的には、Ｍ座容量円リミッタ１６Ａによる点Ｍ１から点Ｍ２への移行によって変化した有効電力出力指令値分（Ｐ軸方向に変化した分）をＴ座側も点Ｔ１を点Ｔ２に移行させる。
【００５０】
本実施形態によれば、Ｍ座容量円リミッタ１６Ａ及びＴ座容量リミッタ円１７Ａにより、Ｍ座及びＴ座のそれぞれの有効電力と無効電力を同じ重み付けでリミットでき、直流電圧を一定に制御することができる。
【００５１】
（第３の実施形態）
図３は、第３の実施形態に係る電鉄用電圧変動補償装置の制御装置１Ｂの適用された構成を示す構成図である。
【００５２】
制御装置１Ｂは、図２に示す第２の実施形態に係る制御装置１Ａにおいて、Ｍ座容量円リミッタ１６Ａ及びＴ座容量円リミッタ１７Ａの代わりに、Ｍ座容量リミッタ（Ｑ優先）１６Ｂ及びＴ座容量リミッタ（Ｑ優先）１７Ｂを設けた点以外は、同様である。
【００５３】
Ｍ座容量リミッタ（Ｑ優先）１６Ｂは、加算器１４からＭ座単相インバータ３１の有効電力出力指令値が入力される。Ｍ座容量リミッタ（Ｑ優先）１６Ｂは、Ｍ座無効電力力率１制御２１からＭ座単相インバータ３１の無効電力出力指令値が入力される。Ｍ座容量リミッタ（Ｑ優先）１６Ｂは、無効電力の出力を優先し、有効電力を制限するように動作する。
【００５４】
Ｔ座容量リミッタ（Ｑ優先）１７Ｂは、加算器１５からＴ座単相インバータ３２の有効電力出力指令値が入力される。Ｔ座容量リミッタ（Ｑ優先）１７Ｂは、Ｔ座無効電力力率１制御２３からＴ座単相インバータ３２の無効電力出力指令値が入力される。Ｔ座容量リミッタ（Ｑ優先）１７Ｂは、無効電力の出力を優先し、有効電力を制限するように動作する。
【００５５】
図５は、第３の実施形態に係る電鉄用電圧変動補償装置の制御装置１Ｂの動作を説明するため座標図である。図５において、横軸Ｐを有効電力指令値、縦軸Ｑを無効電力指令値の平面図で表している。図５中の円は、Ｍ座単相インバータ３１及びＴ座単相インバータ３２の出力可能な容量を表している。
【００５６】
今、Ｍ座容量リミッタ（Ｑ優先）１６Ｂへの入力であるＭ座単相インバータ３１の有効電力出力指令値及び無効電力出力指令値が点Ｍ１Ａであるとする。このとき、Ｔ座容量リミッタ（Ｑ優先）１７Ｂへの入力であるＴ座単相インバータ３２の有効電力出力指令値及び無効電力出力指令値が点Ｔ１Ａであるとする。
【００５７】
点Ｍ１Ａは、円外にある。即ち、装置容量超過の状態である。そこで、Ｍ座容量リミッタ（Ｑ優先）１６Ｂは、無効電力の出力を優先し、有効電力の出力のみを制限するように動作する。具体的には、Ｍ座容量リミッタ（Ｑ優先）１６Ｂは、点Ｍ１Ａを真横（Ｐ軸方向と平行）に移動させ、円周上の点Ｍ２Ａにリミット処理する。このリミット方式は、き電電圧低下を抑止するために、有効電力平衡化よりも無効電力力率１制御の方が重要な場合に適した方法である。
【００５８】
点Ｍ１Ａが点Ｍ２Ａに制限されると、Ｍ座容量リミッタ（Ｑ優先）１６Ｂ及びＴ座容量リミッタ（Ｑ優先）１７Ｂへの入力段階でのＭ座単相インバータ３１の有効電力出力指令値とＴ座単相インバータ３２の有効電力出力指令値との和が保持されなくなる。そこで、協調リミッタ１８Ａは、この和を同じ値に確保するように、点Ｔ１Ａを点Ｔ２Ａに移行する。具体的には、Ｍ座容量リミッタ（Ｑ優先）１６Ｂによる点Ｍ１Ａから点Ｍ２Ａへの移行によって変化した有効電力出力指令値分（Ｐ軸方向に変化した分）をＴ座側も変化させる。
【００５９】
本実施形態によれば、Ｍ座容量リミッタ（Ｑ優先）１６Ｂ及びＴ座容量リミッタ（Ｑ優先）１７Ｂにより、無効電力出力を優先し、有効電力のみをリミットしながら、直流電圧を一定に制御することができる。
【００６０】
なお、各実施形態では、電気鉄道用三相／二相変換変圧器を、代表してスコット結線変圧器として説明したが、変形ウッドブリッジ結線変圧器を用いても同様の構成で実現することができる。また、電気鉄道用三相／二相変換変圧器として採用する変圧器の結線方式によっては、Ｍ座及びＴ座の代わりに、Ａ座及びＢ座と呼ばれるが、ここでは、総称してＭ座及びＴ座としている。
【００６１】
なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る電鉄用電圧変動補償装置の制御装置の適用された構成を示す構成図。
【図２】第２の実施形態に係る電鉄用電圧変動補償装置の制御装置の適用された構成を示す構成図。
【図３】第３の実施形態に係る電鉄用電圧変動補償装置の制御装置の適用された構成を示す構成図。
【図４】第２の実施形態に係る電鉄用電圧変動補償装置の制御装置の動作を説明するため座標図。
【図５】第３の実施形態に係る電鉄用電圧変動補償装置の制御装置の動作を説明するため座標図。
【符号の説明】
【００６３】
１，１Ａ，１Ｂ…電鉄用電圧変動補償装置の制御装置、３…電鉄用電圧変動補償装置、１１，１２…極性器、１４，１５…加算器、１６…Ｍ座容量リミッタ、１６Ａ…Ｍ座容量円リミッタ、１６Ｂ…Ｍ座容量リミッタ（Ｑ優先）、１７…Ｔ座容量リミッタ、１７Ａ…Ｔ座容量円リミッタ、１７Ｂ…Ｔ座容量リミッタ（Ｑ優先）、１８，１８Ａ…協調リミッタ、１９…Ｍ座電流制御、２０…Ｔ座電流制御、２１…Ｍ座無効電力力率１制御、２２…有効電力平衡化制御、２３…Ｔ座無効電力力率１制御、２４…直流電圧一定制御、３１…Ｍ座単相インバータ、３２…Ｔ座単相インバータ、３３…Ｍ座側単相インバータ用変圧器、３４…Ｔ座側単相インバータ用変圧器、ＬＭ…Ｍ座側き電線、ＬＴ…Ｔ座側き電線、ＲＷ…電気鉄道、ＴＲ…電気鉄道用三相／二相変換変圧器。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気鉄道の電力系統に設けられた電気鉄道用三相／二相変換変圧器のＭ座及びＴ座からそれぞれき電するＭ座側き電線及びＴ座側き電線の電圧変動を補償するためのＭ座インバータ及びＴ座インバータを備えた電鉄用電圧変動補償装置を制御する制御装置において、
前記Ｍ座インバータの無効電力を制御するためのＭ座無効電力出力指令値を出力するＭ座無効電力制御手段と、
前記Ｔ座インバータの無効電力を制御するためのＴ座無効電力出力指令値を出力するＴ座無効電力制御手段と、
前記Ｍ座インバータの有効電力を制御するためのＭ座有効電力出力指令値を出力するＭ座有効電力制御手段と、
前記Ｔ座インバータの有効電力を制御するためのＴ座有効電力出力指令値を出力するＴ座有効電力制御手段と、
前記Ｍ座インバータ及び前記Ｔ座インバータの直流電圧を所定値に制御するための直流電圧指令値を出力する直流電圧制御手段と、
前記Ｍ座有効電力制御手段から出力された前記Ｍ座有効電力出力指令値に、前記直流電圧制御手段から出力された前記直流電圧指令値を加算する第１の加算手段と、
前記Ｔ座有効電力制御手段から出力された前記Ｔ座有効電力出力指令値に、前記直流電圧制御手段から出力された前記直流電圧指令値を加算する第２の加算手段と、
前記第１の加算手段により加算された前記Ｍ座有効電力出力指令値及び前記Ｍ座無効電力制御手段から出力された前記Ｍ座無効電力出力指令値を、前記Ｍ座インバータの装置容量の許容範囲内に制限するＭ座容量制限手段と、
前記第２の加算手段により加算された前記Ｔ座有効電力出力指令値及び前記Ｔ座無効電力制御手段から出力された前記Ｔ座無効電力出力指令値を、前記Ｔ座インバータの装置容量の許容範囲内に制限するＴ座容量制限手段と、
前記Ｍ座容量制限手段により制限された前記Ｍ座有効電力出力指令値と前記Ｔ座容量制限手段により制限された前記Ｔ座有効電力出力指令値との和を、前記第１の加算手段により加算された前記Ｍ座有効電力出力指令値と前記第２の加算手段により加算された前記Ｔ座有効電力出力指令値との和と等しくなるように、前記Ｍ座容量制限手段により制限された前記Ｍ座有効電力出力指令値又は前記Ｔ座容量制限手段により制限された前記Ｔ座有効電力出力指令値を制限する協調制限手段と、
前記Ｍ座容量制限手段により制限された前記Ｍ座無効電力出力指令値及び前記協調制限手段により制限された前記Ｍ座有効電力出力指令値に基づいて、前記Ｍ座インバータを制御するＭ座インバータ制御手段と、
前記Ｔ座容量制限手段により制限された前記Ｔ座無効電力出力指令値及び前記協調制限手段により制限された前記Ｔ座有効電力出力指令値に基づいて、前記Ｔ座インバータを制御するＴ座インバータ制御手段と
を備えたことを特徴とする電鉄用電圧変動補償装置の制御装置。
【請求項２】
前記Ｍ座容量制限手段は、前記Ｍ座有効電力出力指令値及び前記Ｍ座無効電力出力指令値を同じ重み付けにより制限し、
前記Ｔ座容量制限手段は、前記Ｔ座有効電力出力指令値及び前記Ｔ座無効電力出力指令値を同じ重み付けにより制限すること
を特徴とする請求項１に記載の電鉄用電圧変動補償装置の制御装置。
【請求項３】
前記Ｍ座容量制限手段は、前記Ｍ座無効電力出力指令値を制限せずに、前記Ｍ座有効電力出力指令値を制限し、
前記Ｔ座容量制限手段は、前記Ｔ座無効電力出力指令値を制限せずに、前記Ｔ座有効電力出力指令値を制限すること
を特徴とする請求項１に記載の電鉄用電圧変動補償装置の制御装置。
【請求項４】
前記Ｍ座無効電力制御手段は、前記Ｍ座側き電線の無効電力を零にするようにＭ座無効電力出力指令値を算出し、
前記Ｔ座無効電力制御手段は、前記Ｔ座側き電線の無効電力を零にするようにＴ座無効電力出力指令値を算出し、
前記Ｍ座有効電力制御手段及び前記Ｔ座有効電力制御手段は、前記Ｍ座側き電線の有効電力と前記Ｔ座側き電線の有効電力を平衡化するように、前記Ｍ座有効電力出力指令値及び前記Ｔ座有効電力出力指令値を算出すること
を特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の電鉄用電圧変動補償装置の制御装置。
【請求項１】
電気鉄道の電力系統に設けられた電気鉄道用三相／二相変換変圧器のＭ座及びＴ座からそれぞれき電するＭ座側き電線及びＴ座側き電線の電圧変動を補償するためのＭ座インバータ及びＴ座インバータを備えた電鉄用電圧変動補償装置を制御する制御装置において、
前記Ｍ座インバータの無効電力を制御するためのＭ座無効電力出力指令値を出力するＭ座無効電力制御手段と、
前記Ｔ座インバータの無効電力を制御するためのＴ座無効電力出力指令値を出力するＴ座無効電力制御手段と、
前記Ｍ座インバータの有効電力を制御するためのＭ座有効電力出力指令値を出力するＭ座有効電力制御手段と、
前記Ｔ座インバータの有効電力を制御するためのＴ座有効電力出力指令値を出力するＴ座有効電力制御手段と、
前記Ｍ座インバータ及び前記Ｔ座インバータの直流電圧を所定値に制御するための直流電圧指令値を出力する直流電圧制御手段と、
前記Ｍ座有効電力制御手段から出力された前記Ｍ座有効電力出力指令値に、前記直流電圧制御手段から出力された前記直流電圧指令値を加算する第１の加算手段と、
前記Ｔ座有効電力制御手段から出力された前記Ｔ座有効電力出力指令値に、前記直流電圧制御手段から出力された前記直流電圧指令値を加算する第２の加算手段と、
前記第１の加算手段により加算された前記Ｍ座有効電力出力指令値及び前記Ｍ座無効電力制御手段から出力された前記Ｍ座無効電力出力指令値を、前記Ｍ座インバータの装置容量の許容範囲内に制限するＭ座容量制限手段と、
前記第２の加算手段により加算された前記Ｔ座有効電力出力指令値及び前記Ｔ座無効電力制御手段から出力された前記Ｔ座無効電力出力指令値を、前記Ｔ座インバータの装置容量の許容範囲内に制限するＴ座容量制限手段と、
前記Ｍ座容量制限手段により制限された前記Ｍ座有効電力出力指令値と前記Ｔ座容量制限手段により制限された前記Ｔ座有効電力出力指令値との和を、前記第１の加算手段により加算された前記Ｍ座有効電力出力指令値と前記第２の加算手段により加算された前記Ｔ座有効電力出力指令値との和と等しくなるように、前記Ｍ座容量制限手段により制限された前記Ｍ座有効電力出力指令値又は前記Ｔ座容量制限手段により制限された前記Ｔ座有効電力出力指令値を制限する協調制限手段と、
前記Ｍ座容量制限手段により制限された前記Ｍ座無効電力出力指令値及び前記協調制限手段により制限された前記Ｍ座有効電力出力指令値に基づいて、前記Ｍ座インバータを制御するＭ座インバータ制御手段と、
前記Ｔ座容量制限手段により制限された前記Ｔ座無効電力出力指令値及び前記協調制限手段により制限された前記Ｔ座有効電力出力指令値に基づいて、前記Ｔ座インバータを制御するＴ座インバータ制御手段と
を備えたことを特徴とする電鉄用電圧変動補償装置の制御装置。
【請求項２】
前記Ｍ座容量制限手段は、前記Ｍ座有効電力出力指令値及び前記Ｍ座無効電力出力指令値を同じ重み付けにより制限し、
前記Ｔ座容量制限手段は、前記Ｔ座有効電力出力指令値及び前記Ｔ座無効電力出力指令値を同じ重み付けにより制限すること
を特徴とする請求項１に記載の電鉄用電圧変動補償装置の制御装置。
【請求項３】
前記Ｍ座容量制限手段は、前記Ｍ座無効電力出力指令値を制限せずに、前記Ｍ座有効電力出力指令値を制限し、
前記Ｔ座容量制限手段は、前記Ｔ座無効電力出力指令値を制限せずに、前記Ｔ座有効電力出力指令値を制限すること
を特徴とする請求項１に記載の電鉄用電圧変動補償装置の制御装置。
【請求項４】
前記Ｍ座無効電力制御手段は、前記Ｍ座側き電線の無効電力を零にするようにＭ座無効電力出力指令値を算出し、
前記Ｔ座無効電力制御手段は、前記Ｔ座側き電線の無効電力を零にするようにＴ座無効電力出力指令値を算出し、
前記Ｍ座有効電力制御手段及び前記Ｔ座有効電力制御手段は、前記Ｍ座側き電線の有効電力と前記Ｔ座側き電線の有効電力を平衡化するように、前記Ｍ座有効電力出力指令値及び前記Ｔ座有効電力出力指令値を算出すること
を特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の電鉄用電圧変動補償装置の制御装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２００９−１２４８２３（Ｐ２００９−１２４８２３Ａ）
【公開日】平成２１年６月４日（２００９．６．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−２９４６５８（Ｐ２００７−２９４６５８）
【出願日】平成１９年１１月１３日（２００７．１１．１３）
【出願人】（５０１１３７６３６）東芝三菱電機産業システム株式会社 (904)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年６月４日（２００９．６．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年１１月１３日（２００７．１１．１３）
【出願人】（５０１１３７６３６）東芝三菱電機産業システム株式会社 (904)
【Ｆターム（参考）】
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